“綠苗精靈”甘草育苗一體化播種機(jī)的設(shè)計(jì)

關(guān)鍵詞：甘草育苗；播種機(jī)；窩眼輪排種；覆沙機(jī)構(gòu)中圖分類號(hào)：S223.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：BDOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2025.10.033文章編號(hào)：1674-7909（2025）10-150-4

0 引言

甘草是重要中藥材，具有藥用價(jià)值與生態(tài)價(jià)值。近年來，市場對甘草需求量激增，但其較低的機(jī)械化育苗水平制約了產(chǎn)業(yè)發(fā)展［1］。傳統(tǒng)人工播種甘草存在覆沙不均、籽粒數(shù)量失控等問題，導(dǎo)致甘草出苗率低、人工成本高。甘肅省定西市作為甘草主產(chǎn)區(qū)之一，丘陵山地分散，急需小型化、高效化的育苗裝備。研究結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)藝要求，設(shè)計(jì)了窄行密植育苗播種覆沙一體機(jī)，實(shí)現(xiàn)了整地、施肥、播種、覆沙一體化作業(yè)，提升了育苗效率與質(zhì)量。

1 甘草種子生物特性與播種農(nóng)藝要求

1.1 甘草種子生物特性

甘草種子呈扁腎形，粒徑為 2.5～3.5mm ，種皮致密硬實(shí)，新種硬實(shí)率為 60%～90% ，需要通過機(jī)械摩擦、熱水浸種等方法破除種子休眠。種子解除休眠后需要通過后熟作用才能萌發(fā)，適宜在干燥低溫的條件下儲(chǔ)存，壽命為 。

1.2 甘草播種農(nóng)藝要求

甘草種子適宜在砂質(zhì)土壤播種，播種前應(yīng)深耕土壤 30～40mm ，每 667m² 施有機(jī)肥 2000～3000kg 。

條播行距為 30～50cm ，窄行密植行距為 8～30cm ，溝深為 2～3cm ，覆土 1～2cm ，每 667m² 播種量為 2～3 kg ，甘草種植效果如圖1 所示。育苗移栽可節(jié)約土地，要求株距 10～15cm ，覆沙厚度 25～35mm ，以保墑防板結(jié)［3］。傳統(tǒng)人工播種難以精準(zhǔn)控制播種深度與覆沙均勻度，因此亟須探索機(jī)械化解決方案。

圖1 甘草種植效果

2 整機(jī)設(shè)計(jì)方案

2.1 設(shè)計(jì)指標(biāo)

針對定西市丘陵地塊特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了小型化育苗機(jī)。甘草育苗機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 甘草育苗機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

2.2 創(chuàng)新設(shè)計(jì)模塊

① 窩眼輪式排種機(jī)構(gòu)（適應(yīng) 3～5mm 粒徑）：基于種子尺寸，設(shè)計(jì) 6mm 直徑球形窩眼，單粒精準(zhǔn)排種，解決籽粒數(shù)量不均問題。

② 仿形限深開溝裝置（解決壟作地形問題）：通過仿形輪自適應(yīng)地面起伏，確保開溝深度穩(wěn)定在 50mm ，適應(yīng)壟作地形。

3 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

3.1 排種器設(shè)計(jì)

排種器采用窩眼輪結(jié)構(gòu)（直徑 80mm ），結(jié)構(gòu)如圖2所示。排種器由地輪鏈傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)，完成充種、運(yùn)種、投種作業(yè)。通過優(yōu)化型孔參數(shù)，單窩眼容納1粒種子，配合刮種毛刷清除多余籽粒，實(shí)現(xiàn)播種均勻性。經(jīng)計(jì)算，排種輪型孔數(shù)量設(shè)置為12個(gè)，滿足 0.6m/s 作業(yè)速度下的充種效率。

3.2 排種輪型孔直徑和數(shù)量設(shè)計(jì)

3.2.1 型孔直徑設(shè)計(jì)

窩眼輪式排種器取種結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸直接影響甘草育苗播種機(jī)的充種效率、清種效果、護(hù)種可靠性和投種精準(zhǔn)度。設(shè)計(jì)組合型孔時(shí)，應(yīng)保證種子無論處于種箱何種位置和狀態(tài)，型孔都能完整容納對應(yīng)數(shù)量的種子，避免漏播和重播［4］。甘草種子的平均長、寬、高分別為 3.3mm，2.5mm，1.3mm ，結(jié)合甘草種子的物料特性和小區(qū)育種作業(yè)要求，將組合型孔上球形窩眼的直徑設(shè)定為 6mm ，該設(shè)計(jì)符合播種要求。

3.2.2 型孔數(shù)量設(shè)計(jì)

排種輪型孔數(shù)量影響甘草播種的均勻度、密度、深度、速度、效率及適應(yīng)性，關(guān)乎作物生長和產(chǎn)量。設(shè)計(jì)型孔應(yīng)綜合種子特性、作物需求、土壤條件和播種機(jī)械要求。在特定條件下，增加型孔數(shù)量利于形成順暢種子流，從而防止種子堆積，實(shí)現(xiàn)更好的播種效果。經(jīng)計(jì)算得出型孔個(gè)數(shù)約為12.34個(gè)，取整數(shù)為12個(gè)。

3.3 覆沙機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

覆沙機(jī)構(gòu)由沙箱、葉片式排沙滾（直徑 165mm ，10 片葉片）及溜沙分流板組成，其結(jié)構(gòu)如圖3 所示。地輪同步驅(qū)動(dòng)排沙滾，通過調(diào)節(jié)排沙調(diào)節(jié)板控制沙量，實(shí)現(xiàn) 25～35mm 覆沙厚度精準(zhǔn)控制。沙箱容量設(shè)計(jì)為 860mm×270mm×700mm ，減少添沙頻率，提升作業(yè)連續(xù)性。

1—種盒蓋子；2—種盒；3—刮種毛刷；4—排種輪；5—固定裝置；6— 泄種孔；7—排種軸；8—排種管。

圖2 排種器結(jié)構(gòu)

圖3 覆沙機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)

1—地輪；2—一級鏈傳動(dòng)；3—中間軸；4—二級鏈傳動(dòng)；5—排沙滾； 6—溜沙板；7—沙箱。

3.4 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

動(dòng)力由拖拉機(jī)輸出，經(jīng)變速箱分配至旋耕等模塊。左地輪驅(qū)動(dòng)排種軸，右地輪驅(qū)動(dòng)排沙滾與施肥裝置，通過鏈傳動(dòng)確保各部件同步運(yùn)行，傳動(dòng)效率≥90% 。選擇合適的拖拉機(jī)需要綜合考量多因素，經(jīng)計(jì)算，甘草種植壟距為 100mm ，總功率為 1.2kW ，最終選用東方MF504 小型輪式拖拉機(jī)作為動(dòng)力源，其作業(yè)速度為 0.6m/s 。

4 整機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理

4.1 總體結(jié)構(gòu)

育苗播種機(jī)由牽引裝置、旋耕整地機(jī)構(gòu)、起壟開溝裝置、播種裝置、覆沙裝置及傳動(dòng)系統(tǒng)組成（如圖4所示）。

圖4 整機(jī)結(jié)構(gòu)三維圖

1—牽引裝置；2—旋耕整地機(jī)構(gòu)；3—起壟開溝裝置；4—地輪；5—覆沙裝置；6—播種裝置；7—施肥裝置。

4.2 工作原理

作業(yè)時(shí)，播種機(jī)通過拖拉機(jī)三點(diǎn)懸掛連接并由其驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)旋耕和施肥裝置完成碎土、施肥、土壤聚集。起壟整形器起壟整形、開溝，播種裝置播種，覆沙裝置覆沙，實(shí)現(xiàn)一次完成松土、施肥、起壟、播種、覆沙等作業(yè)。

5 試驗(yàn)分析

基于關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)及試驗(yàn)參數(shù)，對甘草育苗播種機(jī)進(jìn)行三維建模并檢查裝配部件，根據(jù)三維圖樣繪制二維圖紙。在甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院加工車間，經(jīng)激光下料、車床加工、折彎、焊接、組裝等工序準(zhǔn)備部件，最終在加工師傅的指導(dǎo)下完成整機(jī)裝配，樣機(jī)加工實(shí)物圖如圖5所示。

5.1 田間試驗(yàn)

為驗(yàn)證甘草育苗播種機(jī)的實(shí)地工作性能，檢驗(yàn)整機(jī)是否滿足甘草播種農(nóng)藝要求與相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，研究開展了田間播種試驗(yàn)，采集與記錄試驗(yàn)田中各壟甘草播種數(shù)據(jù)，試驗(yàn)指標(biāo)包括甘草播種株距、行距、重播率、漏播率、合格率及破損率等［5-6］。

5.1.1 試驗(yàn)條件

定西市隴西縣地處甘肅省東南部，海拔 1612～2778m ，屬黃土梁峁與河谷地形。田間試驗(yàn)時(shí)給種子染色，以便觀察。

圖5 樣機(jī)加工實(shí)物圖

5.1.2 試驗(yàn)內(nèi)容及方法

此次田間試驗(yàn)參考《單粒（精密）播種機(jī)試驗(yàn)方法》（GB/T 6973—2005）與《播種機(jī)質(zhì)量評價(jià)技術(shù)規(guī)范》（NY/T 1143—2006），對甘草育苗播種機(jī)的工作性能進(jìn)行試驗(yàn)與評價(jià)。試驗(yàn)過程中，設(shè)置育苗播種機(jī)的工作速度為 0.60m/s 、播種深度為 50mm 、理論株距為 10cm ，試驗(yàn)時(shí)對不同株距下種子的粒距、播種深度及傷種情況進(jìn)行測量記錄。

5.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

5.2.1 播種結(jié)果分析

田間試驗(yàn)完成后，選擇甘草育苗播種機(jī)作業(yè)穩(wěn)定性高的播種區(qū)間（選擇5 壟，每壟長 20m ）進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，播種試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 甘草育苗播種機(jī)整機(jī)試驗(yàn)結(jié)果

育苗播種機(jī)排種性能指標(biāo)包括合格率、重播率、破損率、漏播率，經(jīng)過計(jì)算可得：合格率為 90.4% 、重播率為 2.8% 、破損率為 3% 、漏播率為 3.8% ，均優(yōu)于傳統(tǒng)人工育苗播種方式，且符合甘草機(jī)械化種植技術(shù)規(guī)范。

5.2.2 出苗結(jié)果分析

甘草播種后經(jīng)過5～6 個(gè)月的生長，出苗情況如圖6所示。隨機(jī)選取播種機(jī)作業(yè)區(qū)域10壟抽取樣本進(jìn)行檢測，測量其出苗情況。為保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，取平均值，結(jié)果如表3所示。

圖6 甘草出苗情況

表3 甘草育苗機(jī)播種情況

6 結(jié)束語

研究設(shè)計(jì)的甘草育苗播種機(jī)針對人工播種的缺陷，通過窩眼輪排種、仿形開溝及精準(zhǔn)覆沙技術(shù)，顯著提升了育苗質(zhì)量與效率。關(guān)鍵性能指標(biāo)（合格率、重播率、破損率、漏播率）均優(yōu)于傳統(tǒng)人工育苗播種方式，適宜應(yīng)用在丘陵山地小型地塊，為甘草規(guī)模化育苗提供了工程化解決方案。

參考文獻(xiàn)：

［1］陳陶勁，張智圓，張曉楠，等. 中藥材溯源技術(shù)現(xiàn)狀及前景分析［J］. 中醫(yī)藥導(dǎo)報(bào)，2024，30（1）：66-69.

［2］劉長利，王文全，盧金清，等. 甘草種子硬實(shí)破除方法及其發(fā)芽特性研究［J］. 中藥材，2017，40（8）：1771-1774.

［3］陳君，楊美華，程惠珍，等. 甘草規(guī)范化種植技術(shù)及其對品質(zhì)的影響［J］. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，51（10）：1932-1941.

［4］秦偉，于英杰，賴慶輝，等. 三七種子的大小對窩眼輪排種器充種性能的影響［J］. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2019，40（4）：126-132.

［5］呂勤 . 西洋參精密播種機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)［D］. 昆明：昆明理工大學(xué)，2022.

［6］裴立民. 油菜鋪膜打孔播種機(jī)改進(jìn)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)［D］. 武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2023.

Abstract： Licorice is a commonly used traditional Chinese medicinal material， and its roots and rhizomes can be used for medicinal purposes， possessing both high medicinal and ecological value. In recent years， with the continuous growth of the domestic and international market demand for licorice， its planting area has been expanding. The low degree of production mechanization， with most produc? ing areas still relying on manual sowing， has led to high labor intensity and low efficiency in the seed? ling stage， thus restricting the improvement of economic benefits in the industry. To address this is? sue， this study， based on the agronomic requirements of licorice seedling sowing， has designed a narrow-row dense-planting integrated seeder for licorice seedlings. This integrated machine can sig? nificantly improve sowing efficiency and reduce production costs， and at the same time promote the large-scale and sustainable development of the licorice industry.

Key words： licorice seedling cultivation; seeder; cell-wheel seed metering; sand-covering mechanism

（欄目編輯：董清芝）