玉米精量排種器性能分析與對(duì)比試驗(yàn)

劉俊杰　楊存志　楊旭　項(xiàng)建廷　叢培君

玉米精量排種器性能分析與對(duì)比試驗(yàn)

劉俊杰1，楊存志1，楊 旭1，項(xiàng)建廷1，叢培君2

（1.黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院，哈爾濱150081；2.撫順市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)督管理中心，遼寧 撫順 113123）

摘要：為掌握國(guó)內(nèi)常見4種玉米精量排種器對(duì)速度的適應(yīng)能力，采用單因素試驗(yàn)的方法，考察前進(jìn)速度對(duì)合格指數(shù)、重播指數(shù)、漏播指數(shù)和變異系數(shù)的影響。試驗(yàn)結(jié)果及方差分析結(jié)果表明：低速時(shí)各排種器工作均較穩(wěn)定，高速時(shí)機(jī)械式排種器工作性能明顯下降，氣力排種器工作性能優(yōu)于機(jī)械式排種器；當(dāng)前進(jìn)速度為12 km/h時(shí)，氣吹式排種器的合格指數(shù)和漏播指數(shù)最佳，分別為89.93%和3.29%，氣吸式排種器的重播率最低，為2.06%。

關(guān)鍵詞：精量排種器；玉米；試驗(yàn)；合格指數(shù)；重播指數(shù)；漏播指數(shù)；變異系數(shù)

中圖分類號(hào)：S223.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2015）05-0044-05

排種器作為播種機(jī)核心部件，直接決定播種機(jī)的工作質(zhì)量和工作性能。精量排種器按照工作原理主要可以分為機(jī)械式和氣力式。目前我國(guó)比較常用的機(jī)械式排種器為指夾式和勺輪式。我國(guó)氣力式排種器主要依靠引進(jìn)，經(jīng)仿制、改進(jìn)后推向市場(chǎng)，目前已經(jīng)有很多優(yōu)秀機(jī)型在各玉米主產(chǎn)區(qū)推廣使用，常見的氣力式排種器有氣吸式和氣吹式2種。

目前，我國(guó)玉米生產(chǎn)正朝著規(guī)?；较虬l(fā)展，播種機(jī)工作效率越來越被人們關(guān)注，而隨著播種機(jī)前進(jìn)速度的提高，排種器的工作性能會(huì)出現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)，因此排種器轉(zhuǎn)速已成為考察排種器性能的一個(gè)重要指標(biāo)。開展排種盤轉(zhuǎn)速對(duì)各排種器性能影響的試驗(yàn)研究，并通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析，討論各性能指標(biāo)隨轉(zhuǎn)速的變化趨勢(shì)及各排種器對(duì)速度的適應(yīng)能力，旨在為實(shí)際生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 排種器的結(jié)構(gòu)及工作原理

排種器的工作過程可分為充種、清種、護(hù)種、落種4個(gè)部分，充種和清種是較為重要的環(huán)節(jié)，是排種器完成“定量、分離”的關(guān)鍵。

勺輪式排種器主要由殼體、投種輪、分種勺盤等組成。分種勺盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，充種區(qū)內(nèi)的種子進(jìn)入由分種勺和隔板組成的持種空間，并隨著盤的旋轉(zhuǎn)逐漸向上運(yùn)動(dòng)；到達(dá)一定高度時(shí)，處于種勺開口上部的種子在重力作用下落回充種區(qū)，種子隨著分種勺的轉(zhuǎn)動(dòng)到達(dá)排種器上部，并在分種勺的推力和重力作用下落入投種輪隔間中；種子隨投種輪轉(zhuǎn)動(dòng)至投種口落下，完成排種。該排種器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傷種率低、通用性好。

指夾式排種器的排種盤上裝有12個(gè)夾指，每一個(gè)夾指經(jīng)過夾種區(qū)時(shí)，在彈簧的作用下都會(huì)在固定位置進(jìn)行張開和閉合動(dòng)作，在此過程中夾指板夾住一粒或幾粒種子，轉(zhuǎn)到清種區(qū)時(shí)，毛刷將多余的種子清落；被夾住的單粒種子隨排種盤轉(zhuǎn)到上部出口時(shí)，夾指板打開，種子落入導(dǎo)種鏈葉片上，最終隨導(dǎo)種鏈葉轉(zhuǎn)動(dòng)排出；指夾板比較適用于尺寸差異不大、形狀規(guī)則的種子，排種性能較好且穩(wěn)定，但對(duì)于扁平或細(xì)長(zhǎng)的種子夾種性能不強(qiáng)。

氣吸式排種器主要由吸室殼體、排種盤、攪拌輪、刮種器組成。排種盤將吸室和存種室隔開，吸室通過軟管與風(fēng)機(jī)相連；風(fēng)機(jī)工作時(shí)，吸室產(chǎn)生一定的真空度，使排種盤型孔形成吸力，將存種室內(nèi)部的種子吸附在型孔上；種子隨排種盤旋轉(zhuǎn)到刮種部位時(shí)，刮種器將多余種子刮掉，只留一粒種子；種子隨排種盤進(jìn)入無吸力區(qū)后，最終靠自重或推種器的作用排出。該排種器對(duì)真空度要求較高，一旦密封件磨損，就會(huì)出現(xiàn)漏播現(xiàn)象。

氣吹式排種器由排種器殼體、排種盤、氣嘴、擋種片、清種片等組成。其工作原理為：種群從種箱落入充種區(qū)，種子依靠自重和氣壓作用充入型孔；型孔底部有一氣孔，充填種子的型孔轉(zhuǎn)至清種區(qū)時(shí)，氣嘴噴出的高速氣流將多余種子吹走，使型孔底部的單粒種子被氣壓差壓附于型孔內(nèi)，并隨排種盤旋轉(zhuǎn)到清種區(qū)；種子在重力和推種片的作用下掉落，實(shí)現(xiàn)單粒排種。該排種器充填性能較好，對(duì)種子的外形尺寸要求不嚴(yán)格，能夠適應(yīng)高速作業(yè)。

2 材料與方法

2.1 材料與設(shè)備

試驗(yàn)所用種子為鄭單958玉米種子，粒型為半馬齒形，千粒質(zhì)量289.50 g，含水率12.1%。試驗(yàn)在JPS-12排種器性能檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行。該試驗(yàn)臺(tái)可用于各種機(jī)械式和氣力式排種器的精播、穴播、條播性能試驗(yàn)和檢測(cè)，其基于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)排種性能的實(shí)時(shí)檢測(cè)。試驗(yàn)時(shí)，選用可調(diào)節(jié)排種盤轉(zhuǎn)速、風(fēng)機(jī)壓力和皮帶前進(jìn)速度3個(gè)參數(shù)，檢測(cè)種子粒距（粒距測(cè)量平均誤差±2 mm）、合格指數(shù)、重播指數(shù)、漏播指數(shù)和變異系數(shù)等指標(biāo)，并輸出符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和圖表。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

單因素重復(fù)試驗(yàn)的因素為排種盤轉(zhuǎn)速，考察速度對(duì)不同排種器合格指數(shù)、重播指數(shù)和漏播指數(shù)的影響。前期試驗(yàn)確定氣力式排種器的最佳工作壓力為：氣吹式3.5 kPa，氣吸式-6.0 kPa。排種器的種帶投種高度為90 mm（誤差±12 mm），株距為250 mm，其他工作條件不變。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，前進(jìn)速度分別選取4，6，8，10，12 km/h，按照式（1）計(jì)算各前進(jìn)速度對(duì)應(yīng)的排種盤轉(zhuǎn)速：

np= （1）

式中：vm為播種機(jī)前進(jìn)速度，km/h；S為株距，mm；Z為排種盤型孔數(shù)。

試驗(yàn)共有20組，每組3次重復(fù)，每次處理均不少于200粒種子，待排種器工作穩(wěn)定后再記錄數(shù)據(jù)。排種盤轉(zhuǎn)速與前進(jìn)速度見表1，各因素及水平如表2。

3 結(jié)果與分析

排種器的合格指數(shù)、重播指數(shù)、漏播指數(shù)和變異系數(shù)隨前進(jìn)速度的變化情況如圖1-4所示，方差分析結(jié)果見表3-6。

如圖1所示：在低速條件下（4～6 km/h），各排種器的合格指數(shù)相差較小，基本都維持在95%以上，4 km/h時(shí)氣吸式排種器最高為98.1%，指夾式最低為96.65%；進(jìn)入中速區(qū)（8～10 km/h），各排種器的合格指數(shù)都隨前進(jìn)速度的提高而呈下降趨勢(shì)，其中指夾式排種器下降最快，其次是勺輪式，氣吸式和氣吹式的下降較緩，且趨勢(shì)十分接近；在高速區(qū)域（12km/h），各排種器合格指數(shù)均低于90%，兩種機(jī)械式排種器的合格指數(shù)都下降到86%以下，而兩種氣力排種器均在88.5%以上；當(dāng)前進(jìn)速度為12 km/h時(shí)，氣吹式排種的合格指數(shù)最高，為89.93%，其次是氣吸式排種器，指夾式排種器最差，為84.49%。

綜合分析重播指數(shù)和漏播指數(shù)發(fā)現(xiàn)，引起各排種器合格指數(shù)下降的原因各不相同：隨前進(jìn)速度的提高，指夾式排種器的重播指數(shù)惡化是其合格指數(shù)下降的主要因素，在12 km/h的重播指數(shù)已達(dá)到11.24%：勺輪式排種器高速時(shí)性能下降的原因是漏播，其12 km/h時(shí)的漏播率為9.27%，高于國(guó)標(biāo)8.00%的要求；氣吸式排種器同樣是漏播對(duì)性能造成影響，其12 km/h時(shí)的漏播率為9.39%，但其重播率為2.06%，在該速度段為最低；氣吹式排種器高速時(shí)的重播率較高，為7.34%，是影響其合格指數(shù)的主要原因，但其漏播指數(shù)僅為3.29%，是該速度段最低值。

由圖4可知：各排種器的變異系數(shù)均隨著前進(jìn)速度的提高而上升，其中勺輪式上升最為迅速；氣吹式排種器的變異系數(shù)很低，且隨前進(jìn)速度波動(dòng)，但沒有明顯的上升趨勢(shì)。

方差分析結(jié)果表明：各排種器的前進(jìn)速度均對(duì)合格指數(shù)和重播指數(shù)有極其顯著的影響；從漏播指數(shù)來看，氣吹式表現(xiàn)為一般顯著，其他均為高度顯著，說明速度提升對(duì)氣吹式排種器漏播指數(shù)的影響較弱；高速條件下，該排種器的漏播指數(shù)可以控制在一個(gè)較高的水平上；從變異系數(shù)來看，勺輪式、指夾式和氣吸式均為高度顯著，而氣吹式不顯著，這說明對(duì)氣吹式排種器而言，速度提升不能影響其種子間距一致性，再次驗(yàn)證了之前的結(jié)論。

4 結(jié)論

從試驗(yàn)結(jié)果可知，低速時(shí)，機(jī)械式和氣力式排種器的性能指標(biāo)較接近，但氣力式排種器需要額外提供風(fēng)機(jī)動(dòng)力，且排種器較為復(fù)雜，使用成本較高。因此，建議在小地塊低速作業(yè)時(shí)，使用機(jī)械式排種器，且指夾式排種器的漏播指數(shù)比勺輪式低一些。在中高速區(qū)，機(jī)械式排種器的性能明顯呈下降趨勢(shì)，而氣力式排種器則展現(xiàn)出較為優(yōu)良的性能，尤其前進(jìn)速度在10 km/h以上時(shí)，氣吸式排種器的合格指數(shù)均優(yōu)于氣吹式，但其漏播指數(shù)較高。