紅小豆氣吸式精密排種器的試驗(yàn)研究

周宴雨　毛欣　于春濤　王銘婭　邱玉博　王博

摘 要：近年來(lái)，黑龍江省雜糧的種植量越來(lái)越大。為了滿足紅小豆精密播種的機(jī)械化要求，本研究設(shè)計(jì)一款紅小豆專(zhuān)用氣吸式精密排種器。其間對(duì)排種器的主要結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行介紹，用3D打印技術(shù)加工排種器，并在播種試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn)。研究人員選擇排種盤(pán)孔徑、轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和氣室的真空度作為主要參數(shù)，進(jìn)行三因素三水平的正交試驗(yàn)，確定較優(yōu)的參數(shù)組合，并進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)其他參數(shù)固定時(shí)，排種盤(pán)孔徑為3.80 mm，真空度為6.00 kPa，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速為4.50 mm/s，從性能指標(biāo)來(lái)看，播種合格率為99.76%，重播率為0%，漏播率為0.24%，滿足播種精度要求。

關(guān)鍵詞：紅小豆;氣吸式;精播;試驗(yàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：S223.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2021）06-0050-03

Experimental Research on the Air Suction Precision Seeding

Device for Red Beans

ZHOU Yanyu MAO Xin YU Chuntao WANG Mingya QIU Yubo WANG Bo

（Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing Heilongjiang 163319）

Abstract： In recent years， the growing amount of miscellaneous grains in Heilongjiang province is increasing. In order to meet the mechanization requirements of precision seeding of red beans， this research designed a special suction type precision seed metering device for red beans. In the meantime， the main structure and working principle of the seed metering device were introduced， the seed metering device was processed with 3D printing technology and tested on the seeding test bench. The researchers selected the diameter of the seeding disc， the rotation speed of the rotating shaft and the vacuum of the air chamber as the main parameters， carried out a three-factor and three-level orthogonal test， determined the optimal parameter combination， and carried out a verification test. The test results show that when other parameters were fixed， the diameter of the seeding disc is 3.80 mm， the vacuum degree is 6.00 kPa， and the rotating shaft speed is 4.50 mm/s， from the performance index， the seeding pass rate is 99.76%， the replay rate is 0%， and the missed seeding rate is 0.24%， which met the requirements of seeding accuracy.

Keywords： red bean;gas suction;refined sowing;test

紅小豆是多用途的豆科植物，其投資少、見(jiàn)效快，經(jīng)濟(jì)效益是大宗糧食的2～5倍。紅小豆忌重、迎茬，一般以間隔2～3年輪種1～2年為好。紅小豆的種植機(jī)械多數(shù)是由其他播種機(jī)械改裝的，或是采用人工播種，保證不了播種質(zhì)量，經(jīng)常出現(xiàn)播深不一致、密度不均勻等現(xiàn)象。因此，研制紅小豆專(zhuān)用播種機(jī)是實(shí)現(xiàn)紅小豆生產(chǎn)全程機(jī)械化的重要保障之一。播種機(jī)的核心部件是排種器，排種器的適應(yīng)性越強(qiáng)、性能越穩(wěn)定可靠、精密度越高，越能很好地適應(yīng)高速作業(yè)，播種器在工作時(shí)就越能滿足播種需要。氣吸式排種器對(duì)種子的幾何尺寸要求不嚴(yán)，易實(shí)現(xiàn)單粒點(diǎn)播，通用性好，它還具有作業(yè)速度高、籽粒分布均勻以及出苗整齊等優(yōu)點(diǎn)。氣力式排種器能較好地適應(yīng)種子形狀變化，柔性好，對(duì)種子的機(jī)械損傷作用小。

很多學(xué)者對(duì)排種器進(jìn)行了研究并取得一定成果。高富強(qiáng)對(duì)氣吸式排種器排種性能的影響因素進(jìn)行了試驗(yàn)研究，得出排種盤(pán)轉(zhuǎn)速與氣室真空度大小對(duì)排種性能有很大的影響[1]。趙立軍等人就氣吸式排種器的通用性進(jìn)行了研究，對(duì)玉米和大豆兩種作物進(jìn)行了設(shè)計(jì)論證[2]。楊薇等人為滿足玉米育種試驗(yàn)的播種需要，設(shè)計(jì)了一種種腔自凈型氣吸式精量排種器，該排種器的吸種腔與清種腔相互獨(dú)立，排種與清種過(guò)程互不干擾，自凈率達(dá)100%[3]。顏丙新提出了氣吸式排種器重力輔助充種新方法，設(shè)計(jì)了排種器的充種區(qū)域方案[4]。氣吸式排種器能夠較好地實(shí)現(xiàn)播種需要，高精度和低破損率能使種子成本降低，讓種子數(shù)量得到高效使用[5]。

本研究設(shè)計(jì)了一種紅小豆專(zhuān)用氣吸式精密排種器，可實(shí)現(xiàn)單粒精密播種，為紅小豆播種機(jī)的研發(fā)提供參考。

1 紅小豆氣吸式精密排種器概述

1.1 排種器的主要結(jié)構(gòu)

紅小豆氣吸式精密排種器主要由排種盤(pán)、清種爪、氣室殼體、密封墊圈和排種器殼體等結(jié)構(gòu)組成，其排種器爆炸圖如圖1所示。

注：1.排種器殼體;2.軸承;3.排種器轉(zhuǎn)軸;4.固盤(pán)結(jié)構(gòu);5.排種盤(pán);6.密封墊圈;7.氣室殼體;8.壓板;9.清種爪;10.隔板。

1.2 排種裝置的工作原理

紅小豆種子由播種機(jī)的種箱進(jìn)入排種器的內(nèi)部，種子在排種器內(nèi)依次經(jīng)過(guò)充種區(qū)、清種區(qū)、送種區(qū)和投種區(qū)，在充種區(qū)、清種區(qū)和送種區(qū)皆受到氣室給予的負(fù)壓作用。清種區(qū)和送種區(qū)一起完成種子的運(yùn)輸作用，此外，清種區(qū)還擔(dān)任著清除排種盤(pán)的吸種孔上吸附的多余種子的作用。當(dāng)種子到達(dá)投種區(qū)，無(wú)氣室的負(fù)壓作用時(shí)，吸附在排種盤(pán)吸種孔上的種子會(huì)在重力的作用下自行脫落，即完成排種。

2 試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)材料與方法

本研究以珍珠紅品種的紅小豆為試驗(yàn)材料，試驗(yàn)在黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)機(jī)實(shí)驗(yàn)室播種試驗(yàn)臺(tái)（見(jiàn)圖2）上進(jìn)行，每個(gè)試驗(yàn)重復(fù)三次，取平均值。試驗(yàn)參照《單粒（精密）播種機(jī)試驗(yàn)方法》（GB/T 6973—2005），性能指標(biāo)如下。

2.1.1 合格指數(shù)。合格指數(shù)是指合格數(shù)與區(qū)間數(shù)的百分比，其計(jì)算公式為：

[A=n1N×100%]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中，[A]為合格指數(shù)，%;[n1]為合格數(shù);[N]為區(qū)間數(shù)。

2.1.2 重播指數(shù)。重播指數(shù)是指重播數(shù)與區(qū)間數(shù)的百分比，其計(jì)算公式為：

[D=n2N×100%]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

式中，[D]為重播指數(shù)，%;[n2]為重播數(shù)。

2.1.3 漏播指數(shù)。漏播指數(shù)是指漏播數(shù)與區(qū)間數(shù)的百分比，其計(jì)算公式為：

[M=n0N×100%]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

式中，[M]為漏播指數(shù)，%;[n0]為漏播數(shù)。

2.2 單因素試驗(yàn)研究

結(jié)合以往研究可知，影響播種性能的主要參數(shù)為吸種孔的直徑、氣室負(fù)壓和排種器轉(zhuǎn)速。

2.2.1 吸種孔直徑對(duì)排種性能指標(biāo)的影響。當(dāng)負(fù)壓為6.00 kPa，轉(zhuǎn)軸速度為30 r/min時(shí)，吸種孔直徑的變化對(duì)排種性能的影響如圖3所示。

由圖3可知，當(dāng)吸種孔直徑增大時(shí)，合格指數(shù)逐漸增大，重播指數(shù)為0，漏播指數(shù)逐漸減小。當(dāng)吸種孔直徑為3.80 mm時(shí)，合格指數(shù)為99.58%，漏播指數(shù)為0.43%。

2.2.2 氣室負(fù)壓對(duì)排種性能指標(biāo)的影響。當(dāng)吸種孔直徑為2.90 mm，轉(zhuǎn)軸速度為30 r/min時(shí)，氣室負(fù)壓的變化對(duì)排種性能的影響如圖4所示。

由圖4可知，當(dāng)氣室負(fù)壓增大時(shí)，合格指數(shù)逐漸增大，重播指數(shù)為0，漏播指數(shù)逐漸減少。當(dāng)氣室負(fù)壓為10.00 kPa時(shí)，合格指數(shù)為99.28%，漏播指數(shù)為0.72%。

2.2.3 轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速對(duì)排種性能指標(biāo)的影響。當(dāng)吸種孔直徑為2.90 mm，真空度為6.00 kPa時(shí)，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的變化對(duì)排種性能的影響如圖5所示。

由圖5可知，當(dāng)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速增大時(shí)，合格指數(shù)逐漸減小，重播指數(shù)為0，漏播指數(shù)逐漸增大。當(dāng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速為10 r/min時(shí)，合格指數(shù)為99.41%，漏播指數(shù)為0.59%。

2.3 多因素試驗(yàn)研究

2.3.1 多因素試驗(yàn)方案及數(shù)據(jù)結(jié)果。本研究選定正交試驗(yàn)的三因素，即吸種孔直徑、氣室負(fù)壓和排種器轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速，然后設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)因素水平表，如表1所示。

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，正交試驗(yàn)的性能指標(biāo)選擇合格指數(shù)。本研究采用[L9（34）]的正交試驗(yàn)，試驗(yàn)方案和結(jié)果如表2所示。

2.3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。本研究用SPSS軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的性能指標(biāo)進(jìn)行分析，通過(guò)主體間效應(yīng)檢驗(yàn)分析可知，對(duì)紅小豆氣吸式精密排種器排種性能產(chǎn)生影響的主次因素順序?yàn)椋篊（轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速）>A（吸種孔直徑）>B（氣室負(fù)壓）。經(jīng)確定，較優(yōu)組合為A3B1C2，即當(dāng)吸種孔直徑為3.80 mm，氣室負(fù)壓為6.00 kPa，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速為20 r/min時(shí)，排種器可達(dá)到較優(yōu)的工作效果。

2.3.3 驗(yàn)證試驗(yàn)。下面對(duì)正交試驗(yàn)分析得出的較優(yōu)組合進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)重復(fù)三次，取平均值。試驗(yàn)結(jié)果表明，合格指數(shù)為99.76%，重播指數(shù)為0%，漏播指數(shù)為0.24%，經(jīng)驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果滿足精度要求。

3 結(jié)論

通過(guò)開(kāi)展正交試驗(yàn)，研究人員發(fā)現(xiàn)，對(duì)紅小豆氣吸式精密排種器排種性能產(chǎn)生影響的因素主次順序?yàn)椋恨D(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速>吸種孔直徑>氣室負(fù)壓。當(dāng)吸種孔直徑為3.80 mm，氣室負(fù)壓為6.00 kPa，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速為20 r/min時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)了較優(yōu)組合。試驗(yàn)結(jié)果為合格指數(shù)99.76%、重播指數(shù)0%、漏播指數(shù)0.24%，經(jīng)驗(yàn)證，其滿足播種的精度要求。

參考文獻(xiàn)：

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