精量播種機帶式投種裝置排種性能試驗研究

王漢羊 李純輝 馬永財 王福成 付曉明

（黑龍江八一農墾大學 工程學院，黑龍江 大慶 163319）

播種是農業生產的重要環節之一，其作業質量直接影響出苗、苗全、苗齊和苗壯，與增產、增收密切相關。因此，提高播種作業質量是提高作物單產的重要保障。播種方式主要包括：撒播、條播、精量播種等多種形式，其中精量播種是指根據農業技術要求，采用精量播種機將種子按規定的播種量，精確的行距、粒距以及播種深度播入土壤，并采用適當的鎮壓力對覆土后的播種帶進行鎮壓的一種農業種植技術。與其他播種方式相比，采用精量播種方式不僅可省略田間間苗作業的作業環節，節省種子用量，降低生產成本和勞動強度，同時由于精量播種能夠顯著提高粒距合格率和播深一致性，可為田間植株分布均勻性和實現苗齊、苗全、苗壯、苗勻創造良好的條件。近幾年，精量播種技術在我國的農業生產中得到了大面積的應用和推廣。

精量播種機是實現機械化精量播種的農業機械，其核心部件是排種器，其工作性能直接決定了播種機的作業質量。根據工作原理，精量排種器主要分為：機械式精量排種器和氣力式精量排種器。其中，氣力式精量排種器采用氣流輔助充種、護種和清種，具有對種子形狀和尺寸適應性強，播種精度高，易于實現高速播種等優點，在高速精量播種機上得到了廣泛的應用。近年來，隨著播種機性能的不斷優化和改進，播種作業速度不斷提升。眾多學者的相關研究表明，在投種高度一定的條件下，隨播種速度的增大，種子著床的瞬時速度提升，容易造成種子在種溝內彈跳、翻轉和滾動的現象，從而嚴重影響播種作業的質量。為解決這一問題，目前常采用的方式是降低投種高度，即將排種器安裝在盡可能靠近地面的位置。降低投種高度可在一定程度上減小種子到達種溝底部時的瞬時速度，降低種子發生位移的幾率。然而，在此種方式下，播種單體的結構會受到很大的限制，特別是對仿形機構的安裝會造成很大的困難。因此，研究高速作業條件下，與氣力式排種器配套使用的高位投種裝置，解決高位投種時種子著床速度過高造成的播種質量下降問題是非常必要的。

本文設計一種帶式高速投種裝置，與氣吸式排種器配套使用，組成高速投種系統，并對其播種性能進行臺架試驗，通過分析不同作業速度下的排種性能指標，對排種系統的作業質量進行評定，以期為高速投種裝置的設計提高理論支撐。

1.材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用玉米種子選用德美亞1號。

1.2 試驗設備

精量排種系統主要由氣吸式排種器和帶式高速投種裝置組成。排種器的功能是將種箱內的種子從種群中定量分離出來，并形成有序的種子流。帶式高速投種裝置主要由主動帶輪、從動帶輪、撥指同步帶、護種機構、殼體等部分組成，主要是將排種器分離后的種子流二次分離和排序，并完成投種作業。

臺架試驗在黑龍江八一農墾大學工程學院播種實驗室進行。采用JPS-12型計算機視覺精密排種性能檢測試驗臺。該試驗臺由黑龍江省農業機械科學研究院研制，主要包括機架、種床帶、油路系統、計算機控制系統、風機系統、圖像采集系統、圖像處理系統和電路系統等。該試驗臺可適用于機械式和氣力式排種器的排種性能檢測。對于精量排種器的性能檢測，可以輸出粒距合格率、重播指數、漏播指數、變異系數等相關指標。

1.3 試驗設計

選取作業速度為影響因素，設置8，9，10，11，12 km/h 5個水平（分別以T1、T2、T3、T4、T5來表示），以粒距合格率、重播指數、漏播指數和粒距變異系數為響應指標進行單因素對比試驗。每組試驗重復3次，以其平均值作為指標值。

試驗過程中，精量排種系統安裝在機架上固定不動，種床帶相對于排種器的旋轉方向反向運動，種子從帶式高速投種機構的投種口落至運動的種床帶表面的油層上，并隨種床帶一起運動。種子隨種床帶通過圖像采集裝置時，由攝像機對種子的分布狀態進行實時采集并反饋給圖像處理系統，以實現對精量排種系統各性能指標的實時、準確測定。試驗時，通過中控臺的控制面板調整沖床帶的運動速度，可實現作業速度的變化。種床帶速度、粒距、排種盤型孔數以及排種軸轉速間存在一定的函數關系，調速電機的轉速可由式（1）確定。

式中，n—電機轉速，r/min；v—種床帶作業速度，km/h；m—氣吸式排種器種盤型孔數；s—試驗粒距，cm；i—排種軸傳動比。

1.4 檢測方法

依據國家標準GB/T6973-2005《單粒（精密）播種機試驗方法》的測定要求，對精密排種系統進行排種性能評價，每組測試選取250粒距進行評定。選擇粒距合格指數（合格率）、重播指數（重播率）以及漏播指數（漏播率）三個指標對排種系統的作業性能進行評價，且以粒距平均值、標準差和變異系數作為排種精度的評價指標。各個指標的具體計算方法和過程如下：

(1)區段劃分。將試驗采集的250個粒距數據樣本劃分為0.1 Xr區段，Xr為理論粒距或調整粒距。即將整個數據樣本用Xr除之，并進行無量綱化處理。

(2)計算區段變量。每個區段的變量為

式中，xi—區段中值。

（3）區間劃分。統計各個區間中xi的總數，同時把全部的數據樣本分為5個區段，分別為[0-0.5]，[0.5-1.5]，[1.5-2.5]，[2.5-3.5]以及[03.5-+∞]。統計處于各個區間的樣本數，然后定義各區間。

2.結果與分析

2.1 試驗結果

試驗結果如表1所示。

表1 試驗結果Table 1 Experimental results

2.2 方差分析

對合格指數、漏播指數、重播指數和變異系數進行方差分析，結果如表2所示。

表2 方差分析結果Table 2 Variances analysis results

由表2方差分析結果可以發現，合格指數、重播指數、漏播指數以及變異系數的P值均小于0.01，說明作業速度對4個指標的影響均達到極顯著的水平。

2.3 作業速度對排種性能指標的影響規律

作業速度對合格指數、重播指數、漏播指數以及變異系數影響規律如圖2所示。

圖2 作業速度對排種系統排種性能的影響規律

由圖2a可知，隨作業速度的增大，排種系統的粒距合格指數呈不斷下降的趨勢。當作業速度由8 km/h增至12 km/h時，粒距合格指數從95.40%下降至75.40%。這是由于在一定的粒距條件下，作業速度的增加會使排種器的排種盤轉速增大，從而縮短了排種器的充種時間，進而導致排種盤不能完全、充分充種，致使合格指數下降。另一方面，作業速度的增大同樣會使帶式投種裝置的線速度增大，使種子從脫離排種盤進入帶式投種機構的時間縮短。當玉米種子在排種盤上呈不同的位置狀態時，種子進入投種裝置柵格后，會產生相鄰種子間間隔的柵格數不一致的問題。當種子在帶式投種機構中所處柵格間隔數不一致時，種子到達投種口的時間間隔不一致，從而導致粒距合格指數下降。由圖2b，2c，2d可以發現，重播指數、漏播指數和粒距變異系數均隨作業速度的增大而增大，且當作業速度由8 km/h增至12 km/h時，重播指數由1.8%上升至7.3%，漏播指數由2.73%上升至17.3%，粒距變異系數由4.31%上升至9.07%。產生這一現象的原因主要是因為一方面作業速度的提升使得排種器充種時間縮短，容易產生型孔無法充種的問題，其次排種盤轉速的增大使清種時間減少，容易形成一孔多吸的現象，從而導致重播率上升。另一個尤為重要的原因是作業速度的增大會極大地提升種子脫離投種口的速度，導致種子抵達種床時的瞬時速度增大，造成種子在種床上產生“彈跳位移”、“滾動位移”和“翻轉位移”，這些現象的產生不僅會降低粒距合格率，同時會導致重播率、漏播率以及變異系數的增加。

3. 結論

研究結果表明，作業速度對排種系統的排種性能指標均有顯著性影響。粒距合格指數隨作業速度的增大不斷降低，重播指數、漏播指數和變異系數隨作業速度的增大呈不斷增大的趨勢。在一定的粒距條件下，當作業速度由8 km/h增至12 km/h時，粒距合格指數由95.40%下降至75.40%。重播指數由1.8%上升至7.3%，漏播指數由2.73%上升至17.3%，粒距變異系數由4.31%上升至9.07%。