小區播種機凈種系統的研究

周家鵬，王延耀

(青島農業大學 機電工程學院，山東 青島　266109)

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小區播種機凈種系統的研究

周家鵬，王延耀

(青島農業大學 機電工程學院，山東 青島266109)

摘要：小區播種機的性能是種子新品種培育的重要保障，其凈種系統尤為重要。為此,就目前小區播種機上采用的幾種凈種方式進行研究，分析其組成結構和工作原理，同時對各種方式的優缺點進行剖析，以確定各種方式所適用的種子類型，為今后的小區播種機凈種系統的研制提供一些參考。主要介紹了3種凈種方式：①插裝式，即采用可拆卸式排種裝置，每次換種之前進行人工凈種；②機械結構自動凈種，利用特殊的結構造型在排種過程中自動清理剩余種子；③氣吸式，根據氣吸原理將剩余種子從排種器中吸出去。

關鍵詞：小區播種機；凈種；氣吸式

0引言

糧食是人們賴以生存的基本生活資源，糧食產量關系到一個國家的穩定發展，而土地荒漠化、水土流失使得土地資源正在流失，同時大量的農用耕地荒廢或植樹讓本就不堪重負的耕地再度縮水，高產作物品種成為提高糧食產量的重要因素，使小區育種試驗的工作越來越重要。我國小區試驗大多采用傳統的人力手工播種，勞動的繁重、工序的繁瑣、播種效率的低下、播種質量的不均衡，以及小區面積、數量的小且少，嚴重地影響了小區試驗研究的準確性、科學性及普遍性。針對上述問題，國內有些科研機構也進行過研究，但成果不顯著，雖然能解決人工勞動強度大和作業效率低的問題，但并沒有解決培育新品種過程中的核心問題，即播種精度不夠的問題。

在小區試驗過程中不僅要保證行距，還要有合理的株距，在育種試驗中對以上兩點的要求就更加嚴格。同時，同小區中播種同一品種的種子，不同小區之間品種不同，要求播種機在一個小區播種完之后機器內不能留存有上個小區的種子，一旦出現混種將造成試驗數據不可靠或者誤導研究人員的判斷，使試驗失去意義。因此，凈種系統的工作是否可靠是關系到育種工作成敗的重要因素[1-4]。

為此，研究了現有的幾種凈種系統，分析其工作原理、工作過程及適用情況，希望為以后小區播種機凈種系統的研發提供參考。

1插裝式凈種系統

手動式凈種即采用人工清理每個小區播完后排種器中剩余的、未播完種子的一種凈種系統。具體的操作方式是：采用一種特殊的快速拆裝的排種裝置，在播種完一個小區的時候由操作人員在播種機走過小區間隔區域的時間內將排種裝置從機器上拆下，然后進行殘余種子的清理，同時換上下個小區要播種的種子品種。

插裝式凈種系統是一種目前較常見的手動式凈種系統，結構簡單可靠，主要靠插裝式排種器和機架連接機構兩大工作部件間的快速插裝完成凈種過程。

1.1　插裝式凈種裝置

插裝式凈種裝置的特點在于其能在工作過程中快速拆裝，結構如圖1所示。

1.箱體　2.前導套　3.彈簧柱銷　4.后導套

圖1中，箱體是整個排種器的工作空間，同時也是排種器與機架連接機構的連接部件；前導套和后導套主要起到快速插裝時的導向作用，且限制排種器在水平面中的移動；彈簧柱銷在排種器安裝在機架上后起到限制排種器在豎直方向上位移的作用[5]。

1.2　插裝式結構工作過程分析

插裝式排種器和機架配合過程如圖2所示。

1.彈簧柱銷　2.前導柱　3.導套套管

圖2中，前導套和后導套裝配在排種器箱體上，導套套管焊接在前導套上面，且導套套管一側加工有螺紋孔，彈簧柱銷通過螺紋孔與導套套管配合。前導柱和后導柱安裝在機架連接機構上。

在安裝排種器的過程中，首先前導柱與導套套管配合，在前導柱深入的過程中彈簧柱銷的頂端受到來自前導柱表面的壓力，彈簧受力壓縮彈簧導柱后退，前導柱繼續插入；當排種器箱體與機架連接機構相接時，排種器箱體停止向下運動，同時彈簧導柱與前導柱上的凹槽處在同一水平面上，在彈簧的作用下彈簧導柱向里運動，彈簧導柱的頂端與前導柱的凹槽配合。在排種器箱體下落后期，后導柱也與后導套配合。各個配合部件成功配合后，前導柱與導套套管之間的配合及后導柱與后導套之間的配合能夠限制排種器箱體在水平面內的運動，彈簧柱銷與前導柱凹槽間的配合加上整個排種器的重力能夠防止排種箱體的上下震動，從而保證排種器內部工作部件之間的傳動穩定和排種工作的正常進行[6-7]。

在一個小區播種完成需要清種和換種時，操作員向上提拉排種器。排種器箱體向上運動前導柱做向下的相對運動，彈簧柱銷頂端下表面受到前導柱凹槽下表面的壓力向外運動，彈簧柱銷與前導柱配合解除；排種器箱體繼續向上運動與機架脫離完成拆卸過程。在人工將上個小區殘留的種子清除后，加入下個小區要播種的種子品種，重復安裝和拆卸完成整個播種作業[8]。

利用插裝結構形成的凈種系統最突出的特點就是保證排種器中無種子殘留，完全避免了小區試驗中混種的弊端；但小區的長度決定了在小區播種作業過程中要頻繁的更換種子品種，這就使操作員的工作量非常大，從而影響到整個播種作業的效率。

2機械式凈種系統

本文介紹的機械式凈種系統是指一種利用特殊的結構構成一個特定的曲面或空間，使排種器在播種完本小區后里面沒有殘留種子的排種系統，也叫自動凈種系統。該系統能夠保證在排種器完成排種工作后排種器種沒有種子殘留防止混種。小區育種過程中，混種是必須要優先解決的關鍵技術難題。精量播種是精確科學數據的重要前提，機械式凈種系統的發展將大大加快小區育種機械化進程[9]。

本文主要研究兩種常見的機械式裝置：錐體格盤裝置和錐體皮帶裝置。20 世紀 60 年代，Egil Oyjord 教授發明了錐體格盤式裝置，并研制了一臺應用此排種裝置的小區條播播種機；此后，隨著田間育種模式和要求的變化，衍生出了錐體皮帶式裝置[10-11]。

2.1　錐體格盤裝置

錐體格盤裝置的機械結構如圖3所示。

1.落種漏斗　2.錐體　3.格盤

圖3結構是在排種的過程中同時完成凈種的。種子由落種漏斗進入整個裝置，后經錐體的分種使種子基本均勻地進入格盤與格盤盤底組成的扇形空間內；扇形空間只有上面開口，格盤與底盤及外面圓筒配合緊密，動力由錐齒輪傳入該裝置，錐體格盤在轉動軸的帶動下轉動[12-13]。

種子在錐體格盤裝置工作過程中受力如圖4所示。錐體格盤在工作過程中按逆時針轉動，格盤對種子的推力F克服摩擦力Fp對種子做功，推動種子前進；錐體格盤轉動時種子還受到向心力的作用，在合力的作用下種子由掉落位置運動到落種口，由落種口落下；格盤與底盤和圓筒內壁緊密貼合，種子全部受到合力作用，在格盤轉到落種口時該扇形區域所有種子全部由落種口落下，不發生扇形區域存種現象。

圖4　種子受力圖

2.2　錐體皮帶裝置

錐體皮帶裝置是在錐體格盤的基礎上根據小區種植模式和農藝的變化衍生來的，其結構如圖5所示。

1.錐體　2.皮帶　3.張緊銷軸　4.滾動銷軸　5.種子

與錐體格盤不同的是：種子由落種漏斗下落后并非是落在格盤中，而是落在皮帶帶和錐體之間的縫隙中，如圖5所示。整機前進過程中，地輪帶動鏈輪轉動，將動力傳遞給錐齒輪傳動軸，再通過錐齒輪帶動錐體轉動，皮帶與錐體緊密配合在一起，其間的摩擦力帶動皮帶一起轉動。皮帶表面粗糙，與種子之間的摩擦力較大，一個小區播種完成后，剩余種子在皮帶摩擦力的帶動下運動。滾動銷軸保證皮帶與錐體之間只在落種口處有間隙，種子通過間隙由落種口落下。張緊銷軸保證皮帶與錐體之間的張緊程度，皮帶不打滑，從而更好地保證凈種效果[14]。

錐體格盤式的結構具有理想的自凈能力，只要格盤能夠轉到落種口處，種子就能落進排種管。但此種裝置要求在小區播種結束到下個小區播種前必須保證格盤能夠轉完1周，讓所有格盤在落種口上方轉過1次，保證沒有種子殘留。格盤如果沒有轉夠1周，將可能會有種子殘留，這在傳動上的要求就比較高，傳動不夠精確將會影響凈種效果，從而影響小區試驗的精度。

錐體皮帶式結構在傳動系統上的要求相對較低，結構較格盤式裝置也簡單；但自凈能力不夠理想且對皮帶帶的要求較高，種子的運動靠與皮帶之間的摩擦力帶動，作業過程中皮帶裸露在外作業環境的變化容易影響皮帶的摩擦因數，從而影響凈種效果。

3氣吸式凈種系統

氣吸式凈種系統原理是利用風機將剩余種子從排種器存種腔吸出，再將種子存于集種盒內。該系統主要與氣吸組合式排種器配合使用。

排種器上的存種腔與兩個口連接：落種口與凈種口，凈種口的另一端與風管相接，在一個小區播種完成后，凈種口通風，氣流流向如圖6所示，氣流將種子帶往集種盒。集種盒結構如圖7所示。

1.落種口　2.凈種口　3.存種腔

1.吸氣管　2.吸氣腔　3.隔離網　4.集種腔　5.盒體　　6.收種管

由圖7可知：集種盒主要由盒體、收種管、吸氣管和隔離網4部分構成。種盒內腔被隔離網分成上下兩部分：上半部分為吸氣腔與吸氣管相連，下半部分為集種腔與收種管相連。排種器中的殘留種子由收種管進入集種腔，隔離網阻隔了種子進入吸氣腔，種子停留在了集種腔內。

氣吸式凈種系統的整個工作過程如圖8所示。

1.播種閥門　2.風機　3.排種器無種腔接口

風機的吸風口連接有播種閥門和凈種閥門兩個電控閥門：播種閥門與排種器無種腔相連，凈種閥門與集中盒上的吸氣管接口連接，集種盒的收種管與排種器上存種腔的凈種口接口相連。

風機由拖拉機動力輸出軸帶動。當1個小區播種作業完成整機進入兩個小區間隔時，電控播種閥門關閉，電控凈種閥門打開，播種機凈種系統開始工作。排種器存種腔內的未播完的種子在氣流的帶動下由凈種口流出，經過連接管路由集種盒的收種口進入集種盒，在隔離網的作用下氣流繼續前進，種子被阻隔在隔離網下面的集種腔內；在播種機進入下個小區時，電控清種閥門關閉，播種閥門開啟，完成一次凈種過程。下個小區播種完成后重復上述工作過程保證播種機連續作業[15-17]。

氣吸式凈種系統工作效率高，凈種效果好，但成本較高[18]。

4結論

1)插裝式凈種系統目前國內在大豆播種機上使用較多, 東北農業大學工程學院利用插裝結構的方式發明和研制了2BZXJ-1型大豆小區育種精密播種機[19]。插裝式凈種系統結構簡單，工作可靠，但插裝費時、工作效率相對較低。插裝式結構能夠適應于所有的種子類型，但小區的規模和種植模式成為制約其應用的關鍵因素，人工插裝的工作模式使得播種小區長度不能太短，小區個數不能太多。

2)錐體格盤和錐體皮帶式裝置多用于小區條播機上，適用于小麥等中小粒作物種子條播作業，在點播機或穴播機上運用較少。小區播種的精確性使得這兩種結構對傳動系統的要求很高，作業效率較插裝式有了明顯的提升。新疆農墾科學院農機所研制的 2XBX-2.0 型懸掛式小區條播機采用了錐體格盤式結構[20]，效果良好。

3)在高速的小區育種播種作業中多采用氣吸式凈種系統，因為需要搭配風機使用，多與采用氣吸式的精密排種器搭配使用。氣吸式凈種系統工作效率高，可靠性好，但造價相對較高。在小區規模較大、種植品種較多時可采用這種系統，高速作業能夠既保證作業精度又能使得播種時間相差不大。2014年，中機美諾科技股份有限公司研制的全自動化小區精量播種機采用了該種系統。

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Plot Seeder Seed-clearing System Research

Zhou Jiapeng, Wan Yanyao

(College of Mechanical and Electrical Engineering, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, China)

Abstract：Plot seeder performance is the important guarantee of seed breeding new varieties especially net system is particularly important. Net in this paper, the current community seeding machine adopts several kinds of ways to study, analyze its composition structure and working principle, analyzes the advantages and disadvantages of all kinds of ways and seed types, applicable to the various ways for future net kind of system to provide some references for the development of plot seeder. This paper mainly introduces the three ways:①Net cartridge, namely the removable type metering device, every time before another manual net.②Net, automatic mechanical structure with special structure model in the process of seed automatically clean up the rest of the seed.③Gas suction, according to the principle of suction seed balance will be sucked out of the seed metering device.

Key words：plot seedey; seed-clearing; gas suction

中圖分類號：S223.2+6

文獻標識碼：A

文章編號：1003-188X(2016)10-0109-05

作者簡介：周家鵬(1990-)，男，山東日照人，碩士研究生，(E-mail)1169583171@qq.com。通訊作者：王延耀(1957-)，男，山東青州人，教授，碩士生導師。

基金項目：公益性行業(農業)科研專項(201203028)

收稿日期：2015-12-07