小型振動式水稻芽種直播裝置設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

張超龍，全臘珍,2*，鄒運(yùn)梅,2，代振維，姚祖玉，尹益文，李健

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院， 湖南 長沙 410128 ； 2.湖南省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備工程技術(shù)研究中心， 湖南 長沙 410128)

小型振動式水稻芽種直播裝置設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

張超龍1，全臘珍1,2*，鄒運(yùn)梅1,2，代振維1，姚祖玉1，尹益文1，李健1

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院， 湖南 長沙 410128 ； 2.湖南省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備工程技術(shù)研究中心， 湖南 長沙 410128)

運(yùn)用振動改善物料流動特性的原理，設(shè)計(jì)了一種宜于在丘陵地區(qū)使用的小型振動式水稻芽種直播裝置。以‘淮稻6號’為試材，通過單因素和多因素正交試驗(yàn)，考查振幅、振動頻率、振動傾角等3個(gè)振動參數(shù)對傷芽率、播量、排種均勻性變異系數(shù)的影響。結(jié)果表明，在振幅為0.9 mm，振動頻率為60 Hz，振動傾角為8°時(shí)，播量穩(wěn)定，排種均勻性好，且傷芽率能維持在較低的水平，可滿足水稻芽種直播的要求。

水稻；芽種；直播裝置；振動參數(shù)； 傷芽率

小型水稻芽種直播機(jī)體積小，使用方便、靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，價(jià)格低廉，在南方丘陵水稻種植地區(qū)有著廣闊的市場空間[1–2]。海青浦沈巷農(nóng)機(jī)經(jīng)營服務(wù)部2001年開發(fā)的SQ2BD–2型水稻芽種直播機(jī)，能一次性完成水稻排種和開溝2項(xiàng)作業(yè)，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，但排種均勻性較差[3]。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)的2BD–10型水稻芽種精量成穴直播機(jī)，排種裝置可同時(shí)完成開溝起壟和穴直播作業(yè)，排種均勻，性能穩(wěn)定，但種芽損傷難以控制[4–7]。廣西大學(xué)農(nóng)機(jī)化研究所研制的 2BD–8自走型分流式小型水稻直播機(jī)，采用電磁振動排種器，提高了排種均勻性，較好控制了傷芽率，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大，價(jià)格偏高[8–10]。

為適應(yīng)南方丘陵地區(qū)稻田地勢復(fù)雜，田塊形狀差異大，且都是單戶作業(yè)，需方便攜帶等諸多特點(diǎn)，筆者設(shè)計(jì)了一種小型振動式水稻芽種直播裝置，擬通過選擇合適的振動參數(shù)(振動頻率、振幅和振動傾角)來達(dá)到排種均勻、排量穩(wěn)定、傷芽率低的目的。通過試驗(yàn)與分析，獲得了振動參數(shù)的較優(yōu)組合。

1 芽種直播裝置的結(jié)構(gòu)與工作原理

小型振動式芽種直播裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。主要由種箱、振動螺旋料斗、V型槽板、振動器、機(jī)架等組成。工作時(shí)，種子由種箱進(jìn)入振動螺旋料斗，種子流隨螺旋斜面向下流動，層數(shù)遞減，最后以接近單層的狀態(tài)進(jìn)入振動“V”型槽板，在高頻振動下沿著槽壁勻速向前落入排種口，均勻地排出芽種。

圖1 小型振動式排種裝置Fig.1 Small Vibrated Seeding Apparatus

2 水稻芽種直播試驗(yàn)

2.1 材料及設(shè)備

選擇‘淮稻 6號’(原代號‘淮635’)，浸種48 h后催芽，至芽長1～3 mm。

試驗(yàn)設(shè)備：多功能排種器試驗(yàn)臺(自制)；電磁振動器(自帶SDVC31–S控制器)。

采用單因素與多因素正交試驗(yàn)。選用振動頻率、振幅、振動傾角(即“V”型槽板安裝角)3 個(gè)因素進(jìn)行試驗(yàn)，以播量、傷芽率、排種均勻性變異系數(shù)為評價(jià)指標(biāo)。將芽種直播裝置樣機(jī)固定在排種試驗(yàn)臺上，啟動直播裝置，待工作穩(wěn)定后啟動多功能排種器試驗(yàn)臺的輸送帶，帶上鋪有取樣紙。取樣紙沿長度方向按每100 mm分段，當(dāng)有效排種長度達(dá)到取樣長度后停機(jī)；隨機(jī)取樣 20段，重復(fù)5次。記錄各行每段種子的粒數(shù)和芽種損傷的種子粒數(shù)，分別計(jì)算播量、傷芽率和排種均勻性變異系數(shù)。

2.2.1 單因素試驗(yàn)

① 設(shè)定振幅為 0.6 mm，振動傾角為4°，振動頻率分別為40、50、60、70、80 Hz；② 保持振動傾角為4°，振動頻率為50 Hz，振幅取0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mm；③ 保持振動頻率為50 Hz，振幅為0.6 mm，取振動傾角為0°、2°、4°、6°、8°進(jìn)行試驗(yàn)，均記錄每段種子粒數(shù)和芽種損傷情況。

2.2.2 正交試驗(yàn)

考慮到振動參數(shù)間的相互影響，進(jìn)行了多因素正交試驗(yàn)。根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選擇振動頻率(A)、振幅(B)、振動傾角(C)作L9(34)正交試驗(yàn)[11]，每組試驗(yàn)重復(fù)5次。

表1 正交試驗(yàn)因素及水平Table 1 Influence factors and levels for the test

3 結(jié)果與分析

3.1 振動頻率對試驗(yàn)指標(biāo)的影響

圖2結(jié)果表明，當(dāng)振動頻率為40~50 Hz時(shí)，播量隨振動頻率的提高呈上升趨勢；振動頻率為50~80 Hz，播量的上升速率減緩，播量趨于穩(wěn)定。

好好給我捻船，我一分錢都不虧你，從今天起，每天給你加一百。王鯰魚說著，嘴里刁著一顆軟中華，腳下喀嚓喀嚓幾聲，就消失在碼頭那邊的陽光里。

振動頻率從40 Hz增大到60 Hz時(shí)，排種均勻性變異系數(shù)明顯減?。徽駝宇l率為60~80 Hz時(shí)，排種均勻性變異系數(shù)下降，趨于平緩。

振動頻率為40~70 Hz，傷芽率呈線性增長；振動頻率提高到70 Hz以后，傷芽率隨著頻率的增加而減小?？赡苁穷l率過高時(shí)，振幅會有相應(yīng)的衰減，傷芽率反而下降。在振動頻率70 Hz處傷芽率最大，因此頻率選取40~60 Hz為宜。

圖2 不同振動頻率的播量和傷芽率及排種均勻性變異系數(shù)Fig.2 Seeding volume, bud damage rate and seeding uniformity with different vibration frequencies

3.2 振幅對試驗(yàn)指標(biāo)的影響

如圖3所示，當(dāng)振幅為0.2~1.0 mm時(shí)，播量與振幅成正比，排種均勻性變異系數(shù)與振幅成反比。當(dāng)振幅為0.2~0.6 mm時(shí)，振幅與傷芽率成正比，振幅為 0.6~0.8 mm時(shí)，傷芽率變化小，振幅上升到0.8 mm后，傷芽率小幅度上升，在振幅0.9 mm處，傷芽率低于5%。表明振幅對3個(gè)試驗(yàn)指標(biāo)的影響均比較明顯，為影響試驗(yàn)指標(biāo)的關(guān)鍵因素，振幅取0.3~0.9 mm為宜。

圖3 不同振幅的播量和傷芽率及排種均勻性變異系數(shù)Fig.3 Seeding volume, bud damage rate and seeding uniformity with different amplitudes

3.3 振動傾角對試驗(yàn)指標(biāo)的影響

圖4結(jié)果表明，振動傾角為0°~4°，播量隨著傾角的增大而增加，其余區(qū)間內(nèi)播量無明顯變化，排種均勻性變異系數(shù)隨著傾角增大變化不明顯；振動傾角4°~8°時(shí)，隨著傾角的增大，傷芽率小幅減小，振動傾角對傷芽率影響較小，傾角為 2°時(shí)，傷芽率最低，振動傾角為4°~6°時(shí)傷芽率最高。振動傾角可改變種子流動的速率，如增大“V”型槽板安裝角度，雖然可提高播量，但受到供種速率的限制，過大的安裝角度并不能大幅度增大播量，因此振動傾角取0°~8°為宜。

圖4 不同振動傾角的播量和傷芽率及排種均勻性變異系數(shù)Fig.4 Seeding volume, bud damage rate and seeding uniformity with amplitude at different angles

3.4 正交試驗(yàn)結(jié)果

對正交試驗(yàn)結(jié)果(表3)進(jìn)行極差分析，結(jié)果表明，影響播量的因素大小依次為B、C、A，影響排種均勻性的因素大小依次為B、A、C，影響傷芽率的因素大小依次B、A、C。

提高播量較優(yōu)組合為B3C3A3，對降低排種均勻性變異系數(shù)的較優(yōu)組合為B3A3C2，降低傷芽率的較優(yōu)組合為B1A1C1。

根據(jù)因素影響的大小，綜合考慮[12]，確定較優(yōu)組合為A3B3C3，即振幅為0.9 mm，振動頻率60 Hz，振動傾角8°。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of orthogonal test

4 結(jié) 論

振動式水稻芽種直播裝置通過高頻振動實(shí)現(xiàn)整個(gè)排種過程種子的自由流動，傷芽率低(控制在5%以內(nèi))，且排種效果較好，播量穩(wěn)定，排種均勻性好。

通過單因素試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)振幅為影響試驗(yàn)指標(biāo)的關(guān)鍵因素，與播量和排種均勻性成正比。振動頻率以40~60 Hz為宜。振動傾角在不大于4°時(shí)對播量影響較大，0°~8°對傷芽率的影響不明顯。

正交試驗(yàn)結(jié)果表明，影響播量的主次因素依次是振幅、振動傾角、振動頻率，影響排種均勻性和傷芽率的主次因素依次是振幅、振動頻率、振動傾角。通過綜合分析得出一組較優(yōu)的振動參數(shù)，為振幅0.9 mm，振動頻率60 Hz，振動傾角8°。

由于振動器安裝在導(dǎo)軌的一端，在振動排種過程中導(dǎo)軌上各個(gè)位置的振動狀態(tài)難以完全一致，出現(xiàn)了種子在導(dǎo)軌中的速度波動，在一定程度上影響了排種均勻性。

[1] 何金均，王立臣，宋建農(nóng)，等．水稻種植機(jī)械化發(fā)展現(xiàn)象及制約因素分析[J]．農(nóng)機(jī)化研究，2009，31(2)：1–4．

[2] 金梅，夏春華，吳崇友，等．水稻直播機(jī)排種器研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]．中國農(nóng)機(jī)化，2010(5)：39–42．

[3] 楊文敏，謝方平，吳明亮，等．偏心頂桿排種器的工作過程分析[J]．湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2005，31(5)：549–552．

[4] 周良墉．SQ2BD–2R型水稻乳苗直播機(jī)[J]．江蘇農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝，2001(2)：29–30．

[5] 羅錫文，劉濤．水稻精量穴直播排種輪的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2007，23(3)：108–112．

[6] 謝方平，孫松林，王在滿，等．水稻芽種精量成穴直播試驗(yàn)研究[J]．農(nóng)機(jī)化研究，2009(8)：122–125．

[7] 羅錫文，蔣恩臣，王在滿，等．開溝起壟式水稻精量穴直播機(jī)的研制[J]．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2008，24(12)：52–56．

[8] 于吉淼，趙冰，田新慶．水稻直播機(jī)械的發(fā)展?fàn)顩r及前景展望[J]．農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)，2006，32(2)：14–16．

[9] 張學(xué)藝，侯經(jīng)浩，臧援．電磁振動排種器的試驗(yàn)研究[J]．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，1992(3)：22–26．

[10] 楊堅(jiān)，韋林，覃振友，等．2BD–8自走型分流式小型水稻直播機(jī)[J]．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，1998，29(4)：176–179．

[11] 李志西，杜雙奎．試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)與統(tǒng)計(jì)分析[M]．北京：科學(xué)出版社，2010：148–163．

[12] 湯楚宙，羅海峰，吳明亮，等．變?nèi)萘啃涂纵喪脚欧N器設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010，26(12)：114–119．

責(zé)任編輯：羅慧敏

英文編輯：羅 維

Design and test for small-type vibrated seeding apparatus for rice bud seeds

ZHANG Chao-long1, QUAN La-zhen1,2*, ZHOU Yun-mei1,2, DAI Zhen-wei1, YAO Zu-yu1, YIN Yi-wen1, LI-Jian1
(1.College of Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 2.Hunan Provincial Engineering Technology Research Center for Modern Agricultural Equipment, Changsha 410128, China)

Base on the fact that vibration improves the material flow characteristic, a small-type vibrated seeding apparatus for rice bud seeds was designed which is suitable for hilly areas. To find the optimum vibration parameter, seeds of rice cultivar ‘Huaidao No.6’ were selected to investigate the influence of amplitude, vibration frequency and amplitude angle on bud damage rate, seeding volume and seeding uniformity by single factor and multi-factor test. The results showed that when the amplitude is 0.9 mm, the vibration frequency is 60 Hz and the amplitude angle is 8°, stable seeding volume and good seeding uniformity are obtained with bud damage rate maintaining at low level, which meet the requirements of rice bud seeding.

rice; bud seeds; seeding apparatus; vibration parameter; bud damage rate

S223.2+5

A

1007?1032(2014)02?0221?04

10.13331/j.cnki.jhau.2014.02.023

投稿網(wǎng)址：http://www.hunau.net/qks

2013–11–01

湖南省財(cái)政廳項(xiàng)目(62021611009)

張超龍(1989—)，男，湖南常德人，碩士研究生，主要從事農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)，zclgofordream@163.com; *通信作者，qlz2008 @21cn.com