花生播種機(jī)內(nèi)側(cè)充種式排種器設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

凌 軒，王旭東

(仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，廣州 510225)

花生播種機(jī)內(nèi)側(cè)充種式排種器設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

凌 軒，王旭東※

(仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，廣州 510225)

花生播種機(jī)核心部件排種器是影響花生播種質(zhì)量的關(guān)鍵，在很大程度上決定花生的產(chǎn)量。針對(duì)播種過(guò)程中空穴、漏播率較高的不足，通過(guò)分析花生排種器的排種過(guò)程，研究設(shè)計(jì)了內(nèi)側(cè)充種垂直圓盤(pán)排種器。基于課題組自主研發(fā)的排種器試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了排種性能、護(hù)種板排種器及傷種試驗(yàn)。通過(guò)優(yōu)化排種器結(jié)構(gòu)參數(shù)，提升了排種器的排種性能。

花生 播種 垂直圓盤(pán)排種器 內(nèi)充式

0 前言

花生是我國(guó)的四大油料作物之一，既是重要的經(jīng)濟(jì)作物也是營(yíng)養(yǎng)價(jià)值很高的蛋白植物，在世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位[1-2]。我國(guó)花生種植面積占世界花生種植總面積的20%以上，僅次于印度，產(chǎn)量居世界首位，占世界總產(chǎn)量的35%以上。目前，除了西藏自治區(qū)之外，我國(guó)其他各個(gè)省區(qū)都有花生種植，尤以山東、河南、廣東等省區(qū)更為集中[3-4]。隨著農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展，花生向良種化、機(jī)械化和區(qū)域化種植方向發(fā)展。此外，我國(guó)花生產(chǎn)區(qū)基本上屬于高產(chǎn)區(qū)，是世界平均產(chǎn)量的2～3倍，處于世界前列。因此，目前花生已成為我國(guó)最具國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的優(yōu)質(zhì)油料作物和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)扶持的重要內(nèi)容[5]。但花生播種機(jī)械化還處在較低水平，尤其是廣東花生產(chǎn)區(qū)的機(jī)械化播種比例更低，長(zhǎng)期以來(lái)，花生的播種大都是靠人工完成的，成為制約廣東農(nóng)業(yè)機(jī)械化全面發(fā)展的一個(gè)重要方面。

播種和收獲是花生生產(chǎn)過(guò)程中最為耗時(shí)耗工的環(huán)節(jié)，現(xiàn)階段的突出問(wèn)題是花生播種機(jī)械品種少、性能和質(zhì)量還不能完全滿足要求。播種作為花生生產(chǎn)重要環(huán)節(jié)之一，現(xiàn)階段特別缺少對(duì)花生產(chǎn)區(qū)具有普遍適應(yīng)性的播種機(jī)械。目前我國(guó)花生播種機(jī)械化水平無(wú)論是同其他主要糧食作物比，還是同世界發(fā)達(dá)國(guó)家比，均處于較低水平。所以大力發(fā)展適用、高水平的花生播種機(jī)械就變得越來(lái)越迫切。

播種質(zhì)量在很大程度上決定花生的產(chǎn)量[6-7]，而作為播種機(jī)核心部件的排種器是主導(dǎo)花生播種機(jī)播種質(zhì)量的關(guān)鍵。目前花生排種器普遍采用內(nèi)充式垂直圓盤(pán)排種器，該排種器創(chuàng)造性地運(yùn)用了內(nèi)側(cè)充種的新型充種原理。內(nèi)充式垂直圓盤(pán)排種器，具有良好的充種性能，投種均勻，清種定量準(zhǔn)確，并能適應(yīng)常速和高速運(yùn)作。國(guó)內(nèi)外許多專(zhuān)家對(duì)內(nèi)充式垂直圓盤(pán)排種器排種器進(jìn)行了大量的研究，并取得了一些有意義成果[8]。但實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)花生種子大小尺寸差異較大時(shí)，播種的空穴、漏播率較高。其次花生種子在排種過(guò)程中，由于護(hù)種板過(guò)長(zhǎng)和型孔結(jié)構(gòu)不夠完善，使得在排種的過(guò)程中種子受到較大的摩

擦，從而造成種子損傷，影響出芽率，不能達(dá)到農(nóng)民的播種要求。本文針對(duì)上述問(wèn)題，研究一種內(nèi)側(cè)充種垂直圓盤(pán)排種器，并對(duì)其關(guān)鍵部件技術(shù)參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)研究。

1 排種器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 排種器結(jié)構(gòu)與工作原理

內(nèi)充式垂直圓盤(pán)排種器主要由排種輪、排種器軸、排種器殼體、徑向護(hù)種板、進(jìn)種口等組成，單個(gè)排種盤(pán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。該排種器使用了復(fù)式型孔內(nèi)側(cè)充種的原理，有良好的充種性能，清種定量準(zhǔn)確，投種均勻，能適應(yīng)常速和高速作業(yè)。

排種盤(pán)在排種器內(nèi)腔，并在地輪的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，每轉(zhuǎn)一圈完成一個(gè)排種周期，工作過(guò)程如圖2所示。排種器的排種過(guò)程分為充種、清種、護(hù)種和投種四個(gè)階段。種子從進(jìn)種口進(jìn)入排種器內(nèi)腔，隨著排種輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，排種器內(nèi)腔中的種子在離心力和重力的作用下，先進(jìn)入排種盤(pán)上的復(fù)式型孔的外孔中，并逐漸進(jìn)入到復(fù)式型孔的內(nèi)孔中。復(fù)式型孔內(nèi)孔中的種子在護(hù)種板的保護(hù)下進(jìn)入投種區(qū)，在重力和離心力的作用下完成投種。

1.2 排種輪設(shè)計(jì)

排種輪是圓盤(pán)碟式排種器核心部件，確定合理的排種輪結(jié)構(gòu)參數(shù)是保證播種質(zhì)量的重要條件。首先，要保證持種空間的大小，持種空間過(guò)小，種子難以進(jìn)入排種輪，造成漏播；持種空間過(guò)大，多粒種子進(jìn)入分種匙，造成重播。其次，保證適當(dāng)?shù)母舭鍍A斜角度，傾斜角度過(guò)大，加大了分種匙對(duì)種子的把持作用，影響清種造成重播；傾斜角度過(guò)小，降低了排種輪對(duì)種子的把持作用，種子未到隔板上部的開(kāi)口就落回充種區(qū)造成漏播。因此，應(yīng)該根據(jù)種子尺寸及種子在持種空間中的排布設(shè)計(jì)持種空間。

種窩每次取種個(gè)數(shù)與種窩參數(shù)和種子大小有直接關(guān)系，其主要參數(shù)為種窩的寬度W和有效長(zhǎng)度S及種窩的深度h，其中種子厚度與長(zhǎng)度比應(yīng)符合農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)規(guī)定的厚長(zhǎng)比大于0.55的要求。通過(guò)傾斜圓盤(pán)式排種器充種試驗(yàn)可知，優(yōu)選排種輪的種窩尺寸，可提高種子的單穴單粒率，由此可以確定排種輪單排型孔總長(zhǎng)L，種窩長(zhǎng)S、寬W、深h的尺寸。

圖2 排種器工作原理

圖3 排種輪結(jié)構(gòu)

1.3 護(hù)種擋板結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

現(xiàn)在多數(shù)的花生排種器都是定值排種，即只能排一定寬度范圍的花生種子。由于排種型孔尺寸為固定值，不能隨著花生種子大小的變化而變化，當(dāng)遇到花生種子尺寸較小時(shí)，就會(huì)造成多粒排種，從而造成排種的不均勻性，而且會(huì)造成浪費(fèi)?，F(xiàn)在多數(shù)排種器廠家為解決以上問(wèn)題，生產(chǎn)了多種不同復(fù)式型孔型號(hào)的排種盤(pán)，當(dāng)遇到不同寬度范圍的種子時(shí)，可以選擇不同型號(hào)的排種盤(pán)。但是生產(chǎn)較多不同型號(hào)的排種盤(pán)會(huì)造成浪費(fèi)，加大生產(chǎn)成本。

針對(duì)以上問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種新型調(diào)整擋板結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)固定在排種盤(pán)的護(hù)種板的左右極限位置，可以通過(guò)松開(kāi)護(hù)種板緊固螺栓調(diào)整，如圖4所示，以適應(yīng)一定寬度范圍的花生種子。

圖4 可調(diào)護(hù)種板

3 花生排種器性能試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用花生種子選取廣州市周邊地區(qū)優(yōu)良花生品種，最具代表性的花生粵油花生，其具有優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、兼抗、專(zhuān)用等多方面優(yōu)良特性。并從20 kg種子中隨即抽取2 000粒，混合均勻后分成每組100粒，并測(cè)量抽取的種子質(zhì)量及特征。

在實(shí)驗(yàn)室對(duì)試驗(yàn)種子稱重，每100粒稱一次，共稱到2 000粒。結(jié)果如表1所示。1 000粒的平均單粒質(zhì)量為0.689 g，2 000粒的平均單粒質(zhì)量0.682 g。在實(shí)驗(yàn)室測(cè)量花生種子三個(gè)互相垂直方向的直徑a，b，c，測(cè)量樣本 122個(gè)，其平均值分別為9.86，8.93，14.78，測(cè)量結(jié)果表明選擇的花生種子符合農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)規(guī)定的厚長(zhǎng)比大于0.55的要求。

表1 試驗(yàn)用種子千粒重

3.2 試驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)方法

排種器轉(zhuǎn)速是影響排種器充種和清種效果的重要因素之一，影響排種器充種、清種效果。而排種器型孔是重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)，對(duì)種子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)軌跡等產(chǎn)生影響。根據(jù)花生播種質(zhì)量的要求，本文以單穴單粒率、空穴率、擠破率作為試驗(yàn)指標(biāo)。

其中：

圖5 排種器試驗(yàn)臺(tái)

3.3 實(shí)驗(yàn)裝置及試驗(yàn)結(jié)果

為對(duì)內(nèi)側(cè)充種垂直圓盤(pán)排種器進(jìn)行排種試驗(yàn)，課題組自己研發(fā)了排種器試驗(yàn)臺(tái)，如圖5所示。排

種器的轉(zhuǎn)速由交流伺服電機(jī)提供，通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)交流電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)排種器轉(zhuǎn)速的改變。

3.3.1 排種性能試驗(yàn)

對(duì)內(nèi)側(cè)充種垂直圓盤(pán)排種器（單排型孔）進(jìn)行排種試驗(yàn)，以了解排種器結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)排種性能的影響。

試驗(yàn)表明，采用單排型孔、當(dāng)種窩長(zhǎng)度由12 mm減少到8 mm時(shí)，單穴單粒率可從原來(lái)的58%增加到79%。由此確定本文設(shè)計(jì)的排種輪單排型孔總長(zhǎng)L、種窩長(zhǎng)S、寬W、深h分別為47 mm，8 mm，14 mm和12 mm。

3.3.2 護(hù)種板排種器試驗(yàn)

本試驗(yàn)分別測(cè)量了選用短護(hù)種板和長(zhǎng)護(hù)種板時(shí)不同轉(zhuǎn)速對(duì)排種產(chǎn)生空穴率、單穴單粒率及單穴雙粒率的影響。測(cè)試條件選用單排型孔排種器，種窩長(zhǎng)S、寬W、深h分別為8 mm，14 mm和12 mm。

選用短護(hù)種板，在右極限位置。分別以16 r/min，20 r/min和25 r/min進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)定排種器空穴率、單穴單粒率、單穴兩粒率，整理的試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。試驗(yàn)結(jié)果表明，空穴率隨著排種器轉(zhuǎn)速增加，單穴單粒率先降后增，單穴雙粒率先增后降，在20 r/min時(shí)性能最優(yōu)。

選用長(zhǎng)護(hù)種板，在右極限位置。分別以25 r/min，35 r/min和45 r/min進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)定排種器空穴率、單穴單粒率、單穴兩粒率，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。當(dāng)轉(zhuǎn)速增加時(shí)，空穴率會(huì)升高，單穴單粒率則逐步下降，在25 r/min時(shí)性能最優(yōu)。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，選用長(zhǎng)護(hù)種板比選用短護(hù)種板能獲得更好的播種性能。

3.3.3 傷種試驗(yàn)

排種器工作時(shí)，由于擋種板的結(jié)構(gòu)原因，在清種區(qū)，種子可能落到排種輪與擋種板之間，當(dāng)排種輪轉(zhuǎn)過(guò)時(shí)，將種子擠傷甚至擠碎。試驗(yàn)結(jié)果表明，同一批種子（1 550 g）經(jīng)過(guò)10次反復(fù)排種試驗(yàn)，被擠傷擠破的近50 g，而排種輪轉(zhuǎn)速及直徑對(duì)于擠傷擠破率沒(méi)有太大影響。

表2 短護(hù)種板排種器試驗(yàn)結(jié)果

表3 長(zhǎng)護(hù)種板排種器試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)論

1）花生排種器結(jié)構(gòu)參數(shù)是影響播種機(jī)排種性能的關(guān)鍵。當(dāng)減少種窩長(zhǎng)度時(shí)，可提高播種的單穴單粒率。

2）影響播種漏播率(空穴率)和單穴單粒率及單穴雙粒率的因素很多，主要有排種器轉(zhuǎn)速、排種器結(jié)構(gòu)、護(hù)種板尺寸位置等。本文通過(guò)試驗(yàn)優(yōu)化了排種器參數(shù)。

3）排種器工作時(shí)，由于擋種板結(jié)構(gòu)原因，會(huì)將種子擠傷甚至擠碎，但排種輪轉(zhuǎn)速及直徑對(duì)于擠傷擠破率沒(méi)有太大影響。

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Design and Experiment on Metering Device of Internal Filling for Peanut Seeder

Ling Xuan,Wang Xudong※
(College of Mechanical&Electrical Engineering,Zhongkai University of Agriculture and Engineering, Guangzhou 510225,China)

Peanut seed-metering device is the key tool for the peanut sowing harvester and its quality is directly related to the production of peanuts.Aiming at the shortcomings of high percentage of cavity and percentage of miss-seeding,a new vertical disc metering device of internal filling firstly was studied according to the analysis of performance of the metering device.Then based on the indigenous metering device test bench, the tests for metering device performance were carried out.The experimental results show that the better metering performance can be obtained on condition of optimum metering device parameters.

peanut;sowing;metering device with vertical disc;internal filling

廣東省農(nóng)業(yè)機(jī)械化科研課題、廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2012B020313005）資助。

凌軒（1974-），男，廣西南寧人，博士。(E-mail)mysoar@163.com。

※通訊作者：王旭東（1969-），男，甘肅隴西人，教授，研究生導(dǎo)師。