電控指夾式排種器實訓裝置的研制與應用

唐明祥， 丁雪梅， 唐心龍， 馬中威， 董桂軍

(吉林大學 a. 植物科學學院；b. 動物科學學院；c. 農業實驗基地，長春130062)

0 引 言

播種作業是農業生產過程中的關鍵環節，而機械化播種相對人工作業優勢顯著，具有作業準確、深淺一致，而且效率高、速度快，同時也為田間管理作業創造良好的條件，所以播種機是現代農業生產中的重要機械之一。播種機的種類繁多，歸納起來不外乎是它們的基本結構大同小異，主要是它們的核心工作部件“排種器”不同[1-5]。

排種器作為播種機的核心工作部件，其種類很多，指夾式排種器就是其中的一種，主要用于玉米精量播種，電控排種器也是未來的發展趨勢，而電控指夾式排種器就是其中之一，它是將自動控制技術應用其中的先進排種器，其結構和工作原理以及使用調整比較復雜[6-8]，尤其是對于高校涉農非機械專業的學生學習掌握這樣的先進播種機比較困難，而排種器又是播種機械中講授的重點難點，對于配備電控指夾式排種器的播種機，學生對播種量的檢查調整更是難于理解掌握[9-12]。基于這一現狀，本文研制了電控指夾式排種器實訓裝置，并在我院農學、植保、資環、園藝、生技(植)等5個涉農非機械專業機械課程的實驗教學中進行了多次應用，同時在學校的開放性創新實驗項目中也進行了實踐應用，解決了學生對播種機部分難于理解掌握的現狀，提高了學生上課的積極性與主動性，課堂效率顯著提高。

1 實訓裝置的研制

1.1 實訓裝置的基本結構

電控指夾式排種器實訓裝置如圖1所示，主要由播種單體、自動清種器、行走裝置和控制器等組成。其中播種單體由指夾式排種器9、驅動電動機10、速度傳感器4等組成；自動清種器由風機5、電動機11、撮子8等組成；行走裝置由軌道3、電動機12、行走輪15等組成；控制器由遙控器、播種控制器2和行走控制器13組成。

1-裝飾臺面；2-播種控制器；3-環形軌道；4-行走速度傳感器；5-內置風機；6-吸種管；7- 種子箱；8-撮子；9-指夾式排種器；10-排種器驅動電動機；11-自動清種器電動機；12-行走裝置驅動電動機；13-行走控制器；14-電線通過裝置；15-行走輪

圖1 電控指夾式排種器的結構

1.2 實訓裝置的控制

圖2所示為實訓裝置的工作流程圖，遙控器控制行走控制器和自動清種器，其中，遙控器通過控制行走控制器來實現播種單體在軌道上行走的快慢，實現自動清種器實時清種，如果非遙控器控制自動清種器就由行走控制器內預置程序自動控制清種。

圖2 實訓裝置的工作流程圖

1.3 實訓裝置的基本工作原理

如圖1所示，播種控制器2和行走控制器13的開關都處于開的位置，插上電源，按遙控器中的C鍵，行走裝置的電動機12開始工作，并驅動行走輪轉動在環形軌道上行走，播種單體也隨之在環形軌道上行走，指夾式排種器在電動機10的驅動下以一定的株距在環形軌道的沙子表面上播種，同時，自動清種器將播下的種子收入撮子8，約轉1.5圈時，撮子8在電動機11的帶動下升起，將種子送入撮子后端，風機5啟動將種子吸入種子箱7，以使種子循環利用，如果按遙控器的D鍵，則實時清種，以達到循環播種演示。

1.4 實訓裝置的主要特色

(1) 實訓裝置完全能模擬排種器在田間作業時的工作情況，直觀方便；

(2) 以圓形軌道來代替田間播種的直線軌跡，同時利用自動清種器實現種子循環利用；

(3) 實訓裝置的播種演示利用遙控器控制，操作簡單，隨時可操作。

2 實訓裝置的實驗及結果分析

2.1 實驗結果

設定驅動輪直徑，然后利用實訓裝置測定不同理論株距(在播種控制器上進行設定)下的實測株距，測得的數據形成柱狀圖，如圖3所示。

圖3 理論株距與實測株距關系的柱狀圖

由圖3可見，當驅動輪直徑為85 cm時，實測株距接近理論株距，為了更準確，預設株距為16.67、20.00 cm，分別測試驅動輪直徑為83、84、85、86 cm時所對應的實測株距，填入表1，即微調驅動輪直徑，進一步觀察發現，仍然是驅動輪直徑為85 cm時的實測株距最接近理論株距。

表1 微調驅動輪直徑實測株距

根據圖3分析得出如下結論：① 當驅動輪直徑一定時，實測株距隨預設株距增大而增大；② 當預設株距一定時，實測株距隨驅動輪直徑增大而減小；③ 當驅動輪直徑為85 cm時，實測株距最接近理論株距(預設株距)，即驅動輪直徑為85 cm正是調試找到的最佳數據；

2.2 誤差分析

實驗數據具有一定誤差，主要原因是：① 電控指夾式排種器實訓裝置排種口與沙子平面距離較高，種子跳動造成一定誤差；② 播種軌跡為環形軌道式，對實測株距也有一定影響；③ 測量點的選擇有一定影響。

3 教學應用

實訓裝置研制完成之后，在本科生的實驗教學中進行了應用，涉及13個期班，603人次，3 618人·學時，如表2所示。今年首次在開放性創新實驗項目中進行了應用，涉及學生16人，2個學院，4個專業，如表3所示，實訓裝置的成功應用充分體現了研制該裝置的目的。

表2 本科生實驗教學

實訓裝置在本科教學和開放性創新實驗項目中應用后，對學生的反饋進行了歸納總結，主要有：

(1) 通過參與本實驗，提高了我們的動手能力與理解能力，本實驗操作性較強，通過自己的動手操作，可以學習了解有關電控式精量播種機的基本結構與工作原理，這深深地吸引了我們，并對該方面產生了濃厚的興趣，都說興趣是最好的老師，自然對學習這方面的知識也有所促進。

表3 開放性創新實驗項目

(2) 通過該實訓裝置的演示與實際操作，可以直觀地觀察指夾式排種器的工作過程，也可以在該裝置上模擬株距的調整，同時還可以清晰地觀察到指夾式排種器的結構，我們對于機械方面沒有太深入的了解，該裝置使我們在學習播種機的結構與工作原理方面的知識以及動手調試時，得到了很多的幫助。再加上老師細心地講解，讓我們在理解消化這部分知識時如魚得水，既提高了我們的實踐動手能力，又能幫助我們理解掌握播種機的各個知識點。

通過電控指夾式排種器實訓裝置在實踐教學中的應用，增強了學生的實驗技能，激發了學生的創新思維、培養了學生的科研意識。同學們在實際操作中，積極探索，主動交流與討論，相互學習，相互促進，也是理論與實踐相結合的體現，這一過程有利于提高學生的綜合素質和實踐技能[13-15]。

4 結 語

研制的電控指夾式排種器實訓裝置克服了播種機播種量的調試受時間、季節、氣候、白天、晚上等因素的限制，該裝置完全能模擬排種器在田間作業時的工作情況，直觀、方便，排種器的播種株距(或者叫播種量)通過速度傳感器與排種器的行走速度相匹配，也就是說，當播種量一定的情況下，播種量隨排種器前進速度的變化而不變；實訓裝置通過在本科實驗教學和開放性創新實驗項目中的應用，提高了課堂效率、鍛煉了學生的實踐動手能力，同時還能夠對學生起到理論聯系實際的作用。

參考文獻(References)：

[1] 李劍峰, 高曉陽. 播種機速度自動檢測的硬件及軟件設計[J]. 甘肅農業大學學報, 2007(1):92-95.

[2] 張春嶺, 吳 榮, 陳黎卿. 電控玉米排種系統設計與試驗[J]. 農業機械學報, 2017(2):51-59.

[3] 史 嵩，張東興, 楊 麗, 等. 氣壓組合孔式玉米精量排種器設計與試驗[J]. 農業工程學報, 2014, 30(5): 10-18．

[4] 唐明祥, 梁天也. 談2BJG-2型精密耕播通用機的改裝及使用效果[J]. 農機使用與維修, 2014(9):42-44.

[5] 石林榕, 吳建民, 孫 偉, 等. 基于離散單元法的水平圓盤式精量排種器排種仿真試驗[J]. 農業工程學報, 2014(8):40-48.

[6] 劉文忠, 趙滿全, 王文明, 等. 氣吸式排種裝置排種性能理論分析與試驗[J]. 農業工程學報, 2010(9):133-138.

[7] 孫裕晶, 馬成林, 牛序堂, 等. 基于離散元的大豆精密排種過程分析與動態模擬[J]. 農業機械學報, 2006(11):45-48.

[8] 楊 麗, 史 嵩, 崔 濤, 等. 氣吸與機械輔助附種結合式玉米精量排種器[J]. 農業機械學報, 2012(S1):48-53.

[9] 張 磊, 趙明冬. 光伏并網發電實訓平臺研制與應用[J]. 實驗技術與管理, 2017(1):109-113.

[10] 黃 思, 楊衛國, 梁棣華, 等. “過程流體機械”本科教學實驗裝置的研究[J]. 廣州化工, 2009(2):204-205, 215.

[11] 邢雪梅. SLJWX-1A型微機保護實訓裝置在教學中的應用[J]. 工業控制計算機, 2017(3):138-139.

[12] 李劍峰. 播種機排種自動控制系統的研究[D]. 蘭州：甘肅農業大學, 2006.

[13] 張潤光, 張有林, 韓軍岐, 等. 智能氣調保鮮實驗裝置研制與教學應用[J]. 實驗技術與管理, 2015(11):99-101, 104.

[14] 魏 弟, 王會君, 張 桂, 等. 生物化學電泳實驗染、脫色裝置的研制及教學應用[J]. 實驗技術與管理, 2005(11):60-63.

[15] 易 黎. 加強實驗室開放管理培養學生實踐創新能力[J]. 實驗技術與管理, 2014(7):223-225.