新型蕎麥排種器排種性能

茹孟菲，張 靜，劉 煜，孫 揚，鄭德聰

(山西農業大學工學院，山西 太谷030801)

0 引言

近年來隨著蕎麥藥用價值的不斷開發，其種植面積不斷增加，而目前市面上的蕎麥專用播種機極少，這將在很大程度上限制蕎麥的發展[1]。赤峰市農牧科學研究院研制的大壟雙行蕎麥播種機，以及西南大學研究的移動式外槽輪蕎麥排種器是為數不多的蕎麥專用播種機[2-3]。現階段多數農民仍然采用傳統的撒播或者簡易改裝的條播機，給隨后的機械收獲作業增加了難度。蕎麥屬于中小籽粒作物，華中農業大學研究的離心集排式油菜排種器實現了小籽粒油菜的高速寬幅作業，山西農業大學研制的傾斜圓盤排種裝置實現了小籽粒的精少量播種[4-5]。

針對蕎麥排種器的缺乏以及傳統排種器在高速排種時會出現斷條現象，研究了一種新型排種器，以解決傳統排種器高速作業時出現的斷條現象，并且能夠實現一器雙行播種，有利于排種器的編組，減少了工作單體。

1 排種器結構及原理

蕎麥排種器主要由排種軸、排種輪及輸種管等組成，如圖1所示。

工作時，電機帶動排種帶輪旋轉進而使排種輪旋轉，同時種子由種箱和輸種管進入排種輪型孔并隨其轉動。多余的種子在此過程中會被輸種管的側壁刮下。型孔中的種子在轉過輸種管后仍受到離心力的作用，使其被壓在型孔中，從而實現護種。當型孔轉至出種孔的位置時在力的作用下種子離開排種器，完成排種。

表1 蕎麥排種器技術性能指標

2 試驗設計

2.1試驗材料與設備

此次試驗材料為紅山蕎麥，含水率為10.69%±0.38%，千粒質量為(31.79±0.77)g，休止角為27.27°±0.53°[7]。

試驗設備包括JPS-12型計算機視覺排種器試驗臺、CP1502型分析天平(分度值0.01 g)及接種盒。其中JPS-12型試驗臺種床帶速度為1.5～12.0 kmh，最高排種軸轉速為360 rmin，能夠滿足試驗需求[8]。

2.2排種性能檢測

以平均排量、各行排量一致性、總排量穩定性、播量均勻性以及破碎率為試驗指標。以排種軸轉速、阻種套單排孔數量和種床帶速度為試驗因素，進行排種性能檢測試驗，并獲取排種軸轉速和種床帶速度與各項試驗指標之間的函數關系[9]。其中排種軸轉速對平均排量、各行排量一致性、總排量穩定性及種子破碎率有影響，阻種套單排孔數量對平均排量、總排量穩定性有影響，種床帶速度對播量均勻性和平均排量有影響。

2.2.1平均排量

將排種器兩個出種孔排出的種子分別用接種盒收集起來并取其中一行稱質量，排種時間為30 s。轉速范圍是110～200 rmin，共取10個水平，每水平重復5次，使用式(1)計算各行平均排量。

(1)

式中N——重復次數，N=5

qi——第i行平均排量，g

qij——第i行第j次排量，g

2.2.2各行排量一致性

將兩個接種盒收集的種子全部稱質量，利用式(2)～(4)計算各行排量的標準差和變異系數[10]。

(2)

(3)

(4)

式中n——測量行數，n=2

Sqi——各行排量一致性的標準差

?i——各行排量一致性變異系數

2.2.3總排量穩定性

將兩行的種子收集在一起稱質量，分別利用式(5)～(7)計算其標準差和變異系數[10]。

(5)

(6)

(7)

式中Qj——第j次測量時總排量，g

?j——總排量穩定性變異系數

2.2.4播量均勻性

在排出的種子平穩落到油帶上后，記錄種床帶兩側機架上每隔100 mm區間內種子數量，共記錄30個區間，利用式(8)～(10)計算標準差和變異系數。

(8)

(9)

(10)

式中u——區間數，u=30

Pir——第i行第r區間的種子粒數

?——播量穩定性變異系數

2.2.5種子破碎率

每組排種時間為45 s，重復3次，將排出的種子收集起來從中選取100 g并測出其破碎率，減去原始破碎率從而得到真實的種子破碎率[11]。

2.3試驗設計

本試驗研究排種軸轉速、阻種套單排孔數量和種床帶速度對排量的影響，并使用方差分析法檢驗顯著性。

(1)排種軸轉速試驗。本試驗使用各行排量一致性的數據，無須進行單獨試驗。

(2)阻種套單排孔數量。本試驗的變量為阻種套單排孔數量，在160 rmin、0 kmh的條件下通過改變孔的數量來影響排量的大小。用接種盒收集排種器排出的種子并取其中1行測量排量大小，每組重復5次。

3 結果與分析

3.1排種性能

3.1.1排種軸轉速的影響

由圖2可知，平均排量隨著轉速增加而增加，在110～150 rmin范圍內增加緩慢；150～180 rmin范圍內排量陡增；180～200 rmin范圍內增速減小。排種輪孔中種子的多少取決于兩個因素：離心力大小和孔深度。轉速較低時離心力較小，當種孔轉到上方時會有一部分種子從孔中拋出從而導致型孔無法被完全充滿，所以當轉速在110～150 rmin時，排量的增加主要是因為轉速提高。當轉速處于150～180 rmin時排量陡增，這是由于離心力增大使得種子逐漸充滿種孔從而導致排量陡增。當轉速處于180～200 rmin范圍時，由于型孔所能容納的種子數量基本固定，故此階段排量增加的原因為轉速提高。平均排量Y1和排種軸轉速x1之間的函數關系如式(11)所示[12]。

(11)

(P<0.000 1R2=0.983 8)

由圖3可知，隨著轉速的增加各行排量一致性變異系數呈先增大后減小趨勢。從150 rmin開始各行排量一致性變異系數符合要求，200 rmin時該值達到最低。轉速較低時離心力較小，各型孔內種子數量不同，因此在120 rmin時變異系數突增為正常現象。轉速x1和各行排量一致性變異系數Y2之間的函數關系如式(12)所示。

(12)

(P<0.000 1R2=0.989 9)

由圖4可知，隨著轉速的升高總排量一致性變異系數下降，在170～180 rmin時又有略微的上升，但仍符合要求。這是因為隨著轉速的升高離心力增大，在孔中留存的種子數量是固定的，所以該系數會隨著轉速的升高而降低。轉速x1和總排量一致性變異系數Y3之間的函數關系如式(13)所示。

(13)

(P<0.000 1R2=0.995 5)

由圖5可知，隨著轉速的升高種子破碎率不斷增加。這是由于轉速的增加加劇了種子間的擠壓、碰撞及種子和排種器之間的碰撞，故破碎的種子越來越多。當轉速為110 rmin時破碎率是0.14%，轉速200 rmin時破碎率達到0.79%。轉速x1和破碎率Y4之間的函數關系如式(14)所示。

(14)

(P=0.000 6R2=0.968 2)

3.1.2阻種套單排孔數量的影響

3.1.3種床帶速度的影響

由圖8可知，隨著種床帶速度的增加播量均勻性變異系數不斷升高，當轉速達到150 rmin、速度為4 kmh時該值最小，速度為8 kmh時播量均勻性變異系數達到最大超出標準的要求；當轉速達到190 rmin，速度為6 kmh時該值最小，速度為10 kmh時播量均勻性變異系數超出性能指標要求。在相同時間內排出的種子數量是固定的，而種床帶速度不斷增長，因此在每個區間內的種子數減少從而導致播量均勻性變異系數上升。種床帶速度x2和播種均勻性變異系數Y5兩者之間的函數關系如式(15)所示。

(15)

(P=0.027 4R2=0.999 5)

3.2方差分析

3.2.1轉速對排量的影響

對轉速試驗進行方差分析。由表2可知，在0.01水平上轉速對排量影響極其顯著(p<0.000 1，R2=0.986 2)。0.01和0.05水平的鄧肯均值多重比較結果如表3所示，在0.05水平上200 rmin的排量、190 rmin和180 rmin的排量、170 rmin的排量、160 rmin的排量、150 rmin的排量、140 rmin和130 rmin的排量、130 rmin和120 rmin的排量、110 rmin的排量之間有顯著的差異；190 rmin和180 rmin的排量、130 rmin和120 rmin的排量差異不顯著。在0.01水平上200 rmin和190 rmin的排量、190 rmin和180 rmin的排量及140 rmin、130 rmin和120 rmin的排量沒有顯著差異。

表2 轉速對排量的方差分析

Tab.2 Variance analysis of rotational speed versus average displacement

方差來源平方和自由度均方F值Pr>F模型3 514.2099390.467317.14<0.000 1誤差49.248401.231總和3 563.45749R2=0.986 2

表3 轉速對排量的均值多重比較

注：同列不同字母表示差異極顯著，下同

3.2.2阻種套單排孔數量對排量的影響

對阻種套單排孔數量試驗進行方差分析，結果如表4所示。由表4可知，在0.01水平上阻種套單排孔數量對排量有極顯著的影響(p<0.000 1，R2=0.999 0)。0.01和0.05水平的鄧肯均值多重比較結果如表5所示，可知3孔、6孔和12孔之間的排量差異顯著。

表4 阻種套單排孔數量對排量的方差分析

Tab.4 Variance analysis of rotational speed versus average displacement

方差來源平方和自由度均方F值Pr>F模型11 539.85625 697.9286 266.89<0.000 1誤差11.048 40120.927 0總和11 550.904 914R2=0.999 0

表5 阻種套單排孔數量對排量的均值多重比較

3.2.3種床帶速度對排量的影響

對種床帶速度試驗進行方差分析可得表6，在0.01水平上種床帶速度對排量有極顯著的影響(p<0.000 1，R2=0.967 5)。均值多重比較結果如表7所示，可知任意兩個變量之間的效應差異都是顯著的。

表6 種床帶速度對排量的方差分析

Tab.6 Variance analysis of rotational speed versus average displacement

方差來源平方和自由度DF均方F值Pr>F模型51.511 7412.877 9148.82<0.000 1誤差1.730 6200.086 5總和53.242 524R2=0.967 5

表7 種床帶速度對排量的均值多重比較

4 結論

本文研究了轉速、阻種套單排孔數量和種床帶速度對蕎麥排種器排種性能的影響規律，并對各因素對排種性能的影響顯著性進行了方差分析，結果如下。

(2)轉速、阻種套單排孔數量和種床帶速度對排種器的排量有極其顯著影響。