精量排種器對比及發(fā)展現(xiàn)狀分析

賈雅麗

（河北省農(nóng)業(yè)機械鑒定總站，河北 石家莊 050031）

常見的排種器有機械式和氣力式2 種類型，其中機械式排種器結(jié)構(gòu)簡單，但是播種精度一般，對種子的要求較高，多用于低速作業(yè)，單粒播種難度較大；氣力式結(jié)構(gòu)較為復雜，需要配備風機系統(tǒng)和復雜的傳動系統(tǒng)，播種精度高，對種子的要求較低，多用于高速作業(yè)和大中型播種機，可實現(xiàn)單粒播種[1-3]。

1 機械式

機械式排種器種類多樣，應用較為廣泛，其工作原理是借助種子自身重力和裝置設計，將不同形狀的種子粒通過排種器型孔在種箱中進行分類，隨后進行排種[4]。主要有窩眼輪式、外槽輪式、充種溝式以及錐盤式等。

1.1 窩眼輪式

窩眼輪式排種器在我國廣泛應用，其結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，成本較低，但是通用性較差[5]。

張恒榜等[6]利用EDEM 軟件進行仿真，采用Design-Expert 軟件進行分析，在原有排種器的基礎(chǔ)上創(chuàng)新設計出窩眼式小麥精量排種器。同時，采用正交旋轉(zhuǎn)組合試驗，建立數(shù)學模型，最終確定最佳窩眼數(shù)、端面間距、排種輪轉(zhuǎn)速等相關(guān)參數(shù)組合，進一步降低重播漏播率，成功改善排種不均勻、重播的現(xiàn)象。

李洪昌等[7]采用控制單一變量法，通過改變種層厚度調(diào)節(jié)板的水平距離探究單粒率的影響因素；并對窩眼排列方式進行探究，得出交錯排列相比于常規(guī)排列和傾斜排列，成效更為明顯。結(jié)合試驗數(shù)據(jù)設計了一種寬苗帶勾型窩眼輪式小麥精量排種器，提高單粒率。

姜萌等[8]針對苗帶種子分布不均勻的問題，優(yōu)化輸種管結(jié)構(gòu)設計，設計出的內(nèi)四等分輸種管，可以達到對種子的間隔輸送，一定程度上解決小麥苗帶播種不均勻、開溝阻力大等問題，大大提升生產(chǎn)效率。

劉彩玲、魏丹等[9]運用EDEM 仿真軟件，確定出窩眼傾角、個數(shù)、分布形式、種層調(diào)節(jié)板水平距離等一系列關(guān)鍵參數(shù)，運用數(shù)學統(tǒng)計方法，分析試驗方差結(jié)果確定各參數(shù)對單粒率的影響。得出相關(guān)參數(shù)后，設計出的勾型窩眼輪式寬苗帶小麥精量排種器，播種效果明顯提升，種子分布均勻。

1.2 外槽輪式

外槽輪式是我國傳統(tǒng)的且廣泛使用的一種排種器，其排種量穩(wěn)定，通用性較好。

何麗楠等[10]針對外槽輪普遍存在的播種不均勻問題，改進了排種槽輪控制調(diào)節(jié)裝置，通過旋轉(zhuǎn)手輪改變排種輪工作長度來調(diào)節(jié)槽輪大小，提高外槽輪排種器工作穩(wěn)定性，同時，其稻麥兼用功能大大提高。通過試驗得出，轉(zhuǎn)速和工作長度等關(guān)鍵參數(shù)對排種器播種小麥的排量、變異系數(shù)和破碎率的影響。模擬結(jié)果表明，當轉(zhuǎn)速34.93 r/min，工作長度1.28 cm時，排種器作業(yè)性能最佳。

陳蔣[11]結(jié)合國內(nèi)外現(xiàn)有的小麥播種機，對播種機的外槽式排種器、螺旋平土器等關(guān)鍵部分進行改進，設計出的電驅(qū)動小麥播種機創(chuàng)新應用雙排槽輪形式同時增加凹槽個數(shù)來減少工作時脈動帶來的影響，后續(xù)對該設計播種機進行理論排種計算，驗證設計的合理性，大大改善播種深度、均勻性提高排種器的適用性。

沈函孝[12]通過對外槽輪結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計，設計出的14齒外槽輪可以明顯降低能耗，提高生產(chǎn)效率。選用尼龍材料制造外槽輪與阻塞輪，優(yōu)化排種過程中受力問題，達到工作時，外槽輪長度調(diào)節(jié)、播種量調(diào)節(jié)更加穩(wěn)定，提高可靠性。

1.3 充種溝式

充種溝式排種器由充種槽間的排種擋片在導種側(cè)板一側(cè)的弧形過渡與導種側(cè)板上與充種輪相接處的弧形過渡組成一條溝，可使種子排成一排落入溝中，溝中種子由導種側(cè)板導入充種槽[13]。充種溝式排種器可以降低種子破種率，同時播種均勻性好。侯玲玲等[14]對多種不同尺寸充種槽進行試驗，最后確定關(guān)鍵部件最佳尺寸，設計研制的機械式充種溝式精密排種器，可以實現(xiàn)精密播種、合理密植的效果。

1.4 錐盤式

錐盤式排種器設備將中間充種環(huán)帶與中央錐盤有機組合，利用斜邊分力和旋轉(zhuǎn)離心力使種子箱內(nèi)的小麥種子集中，排種器設備整體構(gòu)造簡潔，作業(yè)質(zhì)量和作業(yè)效果都較高，還可以利用型孔之間的導槽進行投種，大幅度降低了種子被碾碎、磨損等現(xiàn)象。

鄧麗君、喬滕菲等[15]設計了一種精量小麥排種器，利用Solidworks 軟件進行排種器的結(jié)構(gòu)設計，并仿真試驗，分析5次試驗結(jié)果，得到的仿真休止角與實際測定相差不明顯，以漏充率為試驗檢驗標準，通過對比，確定型孔長度為7.6 mm，型孔數(shù)量為50 個，錐盤轉(zhuǎn)動速度為15 r/min，錐角度為30°，在此基礎(chǔ)上又進行了正交仿真試驗，利用Design-Expert程序進行回歸分析得出優(yōu)化結(jié)果為轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速19.38 r/min，型孔長度平均值為7.95 mm，小麥種子外層厚度為8.2 mm，精量小麥排種器的作業(yè)合格率、單粒率為最大。

劉彩玲等[16]針對低播種量播種出現(xiàn)的破碎率高，充種性能差等問題進行研究，并設計出一種錐面導流水平盤式小麥精量排種器。對充種性能影響較大的幾個關(guān)鍵參數(shù)：型孔數(shù)量、錐盤角度和速度等進行仿真分析，同時進一步對型孔長度進行二次回歸旋轉(zhuǎn)正交組合試驗，最終確定錐盤最佳型式，后續(xù)進行臺架試驗得到與仿真結(jié)果一致。相比于傳統(tǒng)錐盤排種器，創(chuàng)新設計應用導條及毛刷清種、彈條式投種裝置的排種器具有更加穩(wěn)定的排種性能和更低的破碎率。

2 氣力式

氣力式排種裝置主要可分成氣吸式、壓力式和氣吹式。氣吹式主要使用氣體推動，投種或清出剩余的種子；氣壓式則主要使用差異壓力來攜帶種子至投種區(qū)；氣吸式是在壓強差作用下，利用靈吸怪上的吸種孔產(chǎn)生巨大吸力，把種子吸住并轉(zhuǎn)動至投種點[17]。國內(nèi)研究的氣力式排種器主要有圓管孔式、縫隙式、負壓式、氣吸滾筒式等。

2.1 圓管孔眼式

圓管孔眼式排種器在工作時較為穩(wěn)定，排種器工作時的脈沖影響小，可以達到播種效果好，提高播種均勻性的效果。

馬立，張晉國等[18]結(jié)合國內(nèi)外對精密播種研究結(jié)果，提出一種創(chuàng)新型圓管孔眼式小麥排種器，通過對排種孔直徑、吸種孔直徑、吸種孔個數(shù)相關(guān)參數(shù)進行正交試驗，得出最佳參數(shù)組合，成功解決小麥在播種時因質(zhì)量輕、體積小帶來的播種困難的問題。同時經(jīng)過試驗得出空氣流量是改善吸種效果的關(guān)鍵因素之一。

2.2 縫隙式

由于圓管孔眼式排種器在工作時存在種子破損率高、孔眼堵塞等問題，趙曉順，于華麗等[19]提出一種縫隙式小麥氣吸精密排種器，并對比多種形式的縫隙式槽縫結(jié)構(gòu)，得出梯形槽縫隙式排種器吸種效果最佳。同時，設計出的多行負壓式小麥排種器利用計算機流體力學以及臺架試驗優(yōu)化了排種器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，運用試驗臺驗證了仿真試驗結(jié)果證明該排種器可以實現(xiàn)省種、節(jié)水、節(jié)肥的前提下達到良好的播種效果和播種均勻性。

趙曉順，陳鳳艷等[20-21]針對吸種穩(wěn)固性、排種精密性和播種均勻性以及不堵塞、易清種、作業(yè)可靠性高等問題提出了槽縫式小麥氣吸精密排種器的設計，通過田間性能試驗，表明縫隙式小麥氣吸播種機的均勻性優(yōu)于槽輪式小麥播種機，同時影響排種均勻性的因素有鎮(zhèn)壓輪的打滑率、種子的流動性、縫隙的寬度和風機的負壓值等。

2.3 負壓式

負壓式排種器的真空負壓工作原理不同于傳統(tǒng)的條播方式，負壓式可以將條播麥種均勻分散到一條線播種帶上，在提高播種效率的同時提高了麥種在田間分布的合理性。

胡毅[22]創(chuàng)新設計一種通用于水稻和小麥播種的排種器，采用氣力式播種技術(shù)相比于機械式排種降低種子損傷率，同時該機型可以實現(xiàn)一器多用，大大改善專機專用通用性差的問題。該排種器設計完成后進行正交組合旋轉(zhuǎn)試驗，得到相關(guān)工作參數(shù)：滾筒轉(zhuǎn)速、負壓吸氣室壓強、種層高度等最佳組合值，并進行適應性試驗得出該種稻麥通用型氣力式排種器的較好適應性。

程建沛等[23]通過模擬方法，深入研究了孔徑對于對流場壓強與流量的作用，并設定了最佳孔徑范圍，同時通過數(shù)理統(tǒng)計方式進行了正交試驗，對極差，方差等進行了計算，探究出氣吸口直徑、負壓、型孔速度等有關(guān)參數(shù)及其對充種特性的作用，并通過得出型孔速度對充種特性作用最大的試驗結(jié)果，創(chuàng)新研制出了氣吸型孔組合式小麥精密排種裝置，可以極大改變當前小麥籽粒中由于體積過小、形態(tài)不規(guī)則的現(xiàn)象所造成的下種效率差的狀況。

叢錦玲等[24]提出新的創(chuàng)新設計，結(jié)合油菜小麥種子播種特點，設計出一種油菜小麥兼用型精量排種器，該排種器采用氣力式工作原理，同時對排種盤進行全新的結(jié)構(gòu)設計。排種器工作時負壓吸種，正壓吹種以實現(xiàn)精量取種和投種，排種盤內(nèi)表面嵌入在加入導種條后，改善小麥油菜種子流動性相對較差的問題，充種率大幅提升。

2.4 氣吸滾筒式

氣吸滾筒式排種器中關(guān)鍵部件排種滾筒上多分布半膠囊型窩眼，同時，在滾筒周圍設有清種槽，可以改善麥種形狀特殊等問題。

杜俊等[25]通過對比多種滾筒中窩眼形狀，簡化滾筒結(jié)構(gòu)，減少密封零件帶來的影響，并通過單因素試驗探究氣力滾筒式排種器幾個關(guān)鍵參數(shù)對排種性能的影響，最終得出滾筒轉(zhuǎn)速、吸種負壓對排種性能的影響，確定出最佳窩眼形狀為橢球形窩眼。并進一步正交旋轉(zhuǎn)中心組合試驗進行分析優(yōu)化，最終研制出一種適合長江中下游稻麥輪作區(qū)的稻麥通用型滾筒式排種器。

于佳楊[26]通過研究滾筒內(nèi)吸空尺寸對排種器內(nèi)正負壓值的影響，風機對流場壓力和流速的影響等，通過運用Fluent仿真分析和EDEM 受力情況離散元分析，對排種性能產(chǎn)生影響的關(guān)鍵參數(shù)進行最優(yōu)整合，成功設計出一種氣吸滾筒，麥種形狀特殊，現(xiàn)有排種器難以滿足小麥精量播種的問題。

楊波等[27]通過對排種器中排種滾輪、氣室等幾個關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)等進行創(chuàng)新設計，同時對排種器工作過程進行力學分析，探究關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)之間相互影響關(guān)系，并確定最佳參數(shù)取值，設計出一種油菜小麥兼用排種器，大大提高播種機的利用率。