小籽粒蔬菜種子精密排種器試驗研究

劉曉東，王東偉，何曉寧，萬恩超，張亞棟，劉建強，李英春

(青島農業大學 機電工程學院，山東 青島 266109)

0 引言

播種是種植業最重要的生產環節之一，播種機械是農業機械的重要組成部分。蔬菜是我國重要的經濟作物，也是人們日常生活中的重要消耗品，我國蔬菜的種植面積及產量均居世界第一。隨著溫室大棚的建設，蔬菜的種植不再受到時間、地域、溫度差異的影響，面積不斷擴大，品質不斷得到提升，蔬菜已經成為我國第二大重要的農產品。種植規模的擴大需要相關產業的發展緊跟其步伐，這對蔬菜精密播種機械，尤其是精密播種機的核心部件排種器提出了新的挑戰。

播種質量的優劣直接影響到農業生產成本、農作物產量和收益的高低。精密播種可以保證種子在田間最合理分布，播種量精確，株距均勻，播深一致，為種子的生長發育創造最佳條件；同時，可以大量節省種子，減少田間間苗用工，保證作物穩產高產。因此，現代農業對精密播種機械的要求越來越迫切。目前，針對機械式精密播種機械的研究較少，主要是氣力式精密播種機，但農戶購置成本及加工復雜程度都對氣力式播種機的推廣帶來了極大的阻礙。雖然機械式的優勢不言而喻，但無法保證播種精度為其推廣帶來了弊病。為此，針對機械式播種精度差的問題，設計了一種沉孔輪式排種器，致力于機械式播種機播種精度的改善。

1 技術要求

1)適應直徑為0.8～4mm種子，能根據不同籽粒的大小進行沉孔輪的更換調節。沉孔輪應進行防靜電處理，采用防靜電材質避免由于摩擦產生的靜電造成的種子吸附在孔內無法下種，使切沉孔輪不能擠種、卡種。

2)排種器應用于小型輕便型小籽粒播種機，操作簡單、結構輕簡牢固，不能因動力的傳輸造成整機的劇烈震動與晃動，各傳動部件布置應合理，保證動力的直接傳遞，減少動力的損耗。

3)與機器配套時要落種精確，重播、漏播率控制在1%以下。對落種進行合理的控制，防止種子不能落在種溝的有效區域，影響后期的出苗率。

4)有些蔬菜播種時采用單粒精播，這就對種子的質量提出了嚴格的要求。為了保證出苗率，在播種前應合理選育種子。

2 結構及原理

排種裝置作為自走式小籽粒蔬菜種子精密播種機的核心裝置，能夠滿足不同直徑種子，便于調整不同行、株距播種要求。沉孔排種輪采用防靜電材料，避免普通沉孔輪轉動與毛刷摩擦產生靜電會將種子吸附住，影響落種，造成漏播、多播，直接影響播種質量。因此，設計的小籽粒蔬菜種子精密播種機用排種器應能夠滿足白菜到綠豆等不同直徑種子的播種要求，且便于更換不同種窩的排種輪，結構如圖1所示。

安裝方式與工作原理：該裝置通過串孔固定在機架上，地輪軸帶動主動鏈輪轉動，主動鏈輪驅動防靜電沉孔輪轉動；在沉孔輪上有根據不同的種子直徑要求打好的種窩，沉孔輪轉動時種子落入沉孔輪中的種窩，隨著沉孔輪的轉動落入落種斗，進而落到由開溝器開好的種溝中，再經覆土板將種溝進行覆蓋。

1.開溝器 2.串孔 3.鏈條 4.主動鏈輪 5.從動鏈輪 6.種箱 7.毛刷 8.沉孔輪 9.定位卡 10.底座 11.串孔 12.覆土板圖1 排種器結構圖Fig.1 Structure diagram of seed metering device

3 試驗研究

3.1 試驗條件

本次排種器試驗將在青島農業大學JPS-12排種器性能檢測試驗臺(見圖2)上完成，通過圖形采集處理系統對落在種床帶上的種子進行檢測，在計算機上顯示種子的各種排種性能指標。

3.2 試驗方法

試驗時，種子選用胡蘿卜種子，排種裝置將胡蘿卜種子播在涂有油層的種床帶上，由試驗臺的圖形采集處理系統將落在種床帶的種子進行實時攝錄并處理，最后得到種子的粒距，檢測排種器播種均勻性能的各項指標。

圖2 排種性能試驗臺

3.3 試驗設計

播種機在田間作業時，排種器排種性能的好壞受多因素影響，但由于試驗條件有限，為了減少試驗次數，本試驗選取對排種性能影響最主要的因素沉孔輪轉速、刷種間隙、種窩直徑進行試驗。試驗采用響應面分析法，以沉孔輪轉速、刷種間隙、種窩直徑為試驗因素，以漏播率y1、重播率y2為試驗指標，進行三因素二次回歸正交旋轉組合設計，如表1所示。

表1 試驗因素水平表

3.4 試驗結果與分析

3.4.1 試驗結果

根據響應面分析軟件試驗方案得到的試驗結果如表2所示。其中，x1為沉孔輪轉速，x2為刷種間隙，x3為種窩直徑，y1為漏播率，y2為重播率。

表2 試驗方案與試驗結果

續表2

3.4.2 試驗結果分析

1)漏播率響應面模型回歸系數和顯著性檢驗，回歸系數及顯著性檢驗如表3所示。

表3 回歸系數及顯著性檢驗

從表2可以看出:x2、x2、x1x2、x1x3、x2x3、x32的P值均大于0.05，交互作用不顯著；響應面回歸模型F檢驗非常顯著；負相關系數R2=0.960 6，大于0.95，說明該模型能解釋96.06%的響應值變化，模型具有較好的回歸性。Adeq Precision衡量了信噪比的信號，該值大于4才可以用于模擬，本試驗信噪比為13.233，說明模型具有足夠的信號來響應該設計。

剔除不顯著項，可得漏播率回歸方程為

將任一因素固定在0水平，用Design-Expert響應面分析軟件得出其余兩因素對漏播率影響的響應曲面如圖3所示。

圖3 漏播率響應曲面

由圖3可以看出：刷種間隙為2mm時，沉孔輪轉速越小，漏播率越小；種窩直徑為0.7mm時，沉孔輪轉速越小，漏播率越低；種窩直徑為0.7mm、刷種間隙為2mm時，漏播率最低。

2)重播率響應面模型回歸系數和顯著性檢驗，回歸系數及顯著性檢驗如表4所示。

表4 回歸系數及顯著性檢驗

響應面回歸模型F檢驗非常顯著；本試驗信噪比為6.677，說明模型具有足夠的信號來響應該設計。剔除不顯著項，可得到縱軸流摘果裝置的破碎重播率回歸方程為

y2=2.49+0.21x2+0.29x3

將任一因素固定在0水平，得出其余兩因素對重播率影響的響應曲面，如圖4所示。

圖4 重播率響應曲面

由圖4可以看出：沉孔輪轉速越快，刷種間隙越小，重播率越低；種窩直徑越大，沉孔輪轉速越大，重播率越低；種窩直徑越小，刷種間隙越小，重播率越低。

設定漏播率為最小值、重播率為最小值，得到排種裝置的最優參數組合為：沉孔輪轉速15r/min，刷種間隙0mm，種窩直徑0.66mm。此時，理論漏播率為0.99%，重播率為2.28%。

4 結論

1)設計的自走式小籽粒蔬菜種子精密排種器，使用沉孔輪排種器實現精密播種。實驗表明，播種質量完全滿足農藝要求。

2)該排種器不僅能夠滿足不同機器的作業要求，便于安裝和調試，同時能夠適應不同直徑種子的播種要求。