王　川，施六林，王麗偉，王　偉

(安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)工程研究所，合肥　230031)

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油菜多功能精量排種器的設(shè)計(jì)

王川，施六林，王麗偉，王偉

(安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)工程研究所，合肥230031)

摘要：根據(jù)對3種油菜品種物理特性的對比試驗(yàn)及分析，得出油菜多功能精量排種器是一種較為實(shí)用的油菜免耕直播排種器，論證了該排種器的排種性能及其應(yīng)用于油菜免耕直播的可行性，并進(jìn)行了油菜籽粒物理性狀對比試驗(yàn)，通過臺架試驗(yàn)對籽粒三維尺寸和型孔進(jìn)行對比，確定同一排種軸上設(shè)定3種不同尺寸的橢圓腰型窩眼型孔，并通過研究和分析排種器的功能結(jié)構(gòu)，對排種器的護(hù)種盒進(jìn)行護(hù)種板材質(zhì)與排種孔坡度的改型。試驗(yàn)表明：該排種器大大減少了籽粒滯留于排種器內(nèi)的現(xiàn)象，充種效果良好。

關(guān)鍵詞：油菜排種器；窩眼型孔；護(hù)種盒

0引言

作為安徽省重點(diǎn)推廣的節(jié)本增效現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)[1]，油菜免耕直播技術(shù)的研究和推廣，關(guān)鍵在于油菜播種機(jī)械。只有研制出農(nóng)業(yè)適度規(guī)模經(jīng)營所需的油菜免耕直播播種機(jī)，利用先進(jìn)的種植手段和農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝相融合的方法，高效推廣油菜免耕直播技術(shù)以提高油菜種植的經(jīng)濟(jì)效益，才能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展。目前，我國各種油菜免耕直播播種機(jī)的研制大多處在初級研究階段，仍存在如排種器孔眼易堵塞、播種精準(zhǔn)性不理想、損失率高及均勻性差等問題，現(xiàn)有油菜免耕直播播種機(jī)的播種性能還不能完全滿足其農(nóng)藝上的要求。排種器作為播種機(jī)的關(guān)鍵部件，其排種性能直接決定播種機(jī)播種性能，而播種機(jī)播種性能又直接關(guān)系到農(nóng)作物的生長和產(chǎn)量。為此，開發(fā)了油菜多功能精量排種器，已獲得國家實(shí)用新型專利授權(quán)(專利號：ZL201220705185.2)，并進(jìn)行排種器排種性能試驗(yàn)[2-12]，旨在為研制性能優(yōu)良的油菜免耕直播播種機(jī)具有提供參考。

1總體結(jié)構(gòu)

1.1　總體結(jié)構(gòu)及其工作原理

油菜多功能精量排種器結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.排種器機(jī)架　2.排種器護(hù)種盒　3.排種軸

筆者分別以甘藍(lán)型半冬性核不育二系優(yōu)質(zhì)雜交種皖油27號、甘藍(lán)型中熟雙低高油份油菜品種核油56號和半冬性甘藍(lán)型三系雜交品種核優(yōu)46號為研究對象，3個品種物理特性各有差異，如表1所示。本設(shè)計(jì)將排種型孔由傳統(tǒng)尺寸相同的“一排三列”窩眼輪型孔改制成“一排三列”尺寸不同的橢圓腰型型孔。排種器作業(yè)時，油菜籽粒由于受到自重和摩擦力的作用，通過排種箱落入排種器并集中在排種軸附近，通過排種軸上的不同孔眼即可對3種三維尺寸不一的油菜籽粒按不同規(guī)格的籽粒播種。排種量由排種器機(jī)構(gòu)插板調(diào)節(jié)，插板從排種盒由大向小尺寸型孔方向進(jìn)入，從而達(dá)到不同尺寸的籽粒進(jìn)入與之相匹配的型孔。將插板用螺釘頂壓固定，以防止插板做偏向運(yùn)動。當(dāng)已充種結(jié)束的窩孔在排種輪的運(yùn)動下轉(zhuǎn)到排種器下方時，內(nèi)部嚙合結(jié)構(gòu)從排種孔底部的推卸頂將籽粒推出。排種盒上部有刮種毛刷，為降低籽粒損失率，排種輪在種盒結(jié)構(gòu)內(nèi)做旋轉(zhuǎn)方向運(yùn)動，其運(yùn)動方向與籽粒自重方向相反，從而使得籽粒自重與刮種毛刷不產(chǎn)生力的作用。同時，排種軸每旋轉(zhuǎn)90°，有一面型孔朝向作業(yè)農(nóng)田，依靠重力作用實(shí)現(xiàn)種子落入田穴中，完成一次排種作業(yè)。

表1　3種油菜品種物理特性的比較

1.2　主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇與確定

1.2.1護(hù)種盒材料與坡度的確定

種子的物理機(jī)械特性直接影響排種器的播種性能包括摩擦特性、抗壓強(qiáng)度、流動性等。摩擦特性是物料的主要物理機(jī)械特性,一般用滑動摩擦因數(shù)、滾動摩擦因數(shù)、內(nèi)摩擦角及休止角等來描述。準(zhǔn)確的測定結(jié)果是設(shè)計(jì)精密播種機(jī)排種器的一個關(guān)鍵，項(xiàng)目組選取3種材質(zhì)對摩擦特性的滑動摩擦角的測定,做對比試驗(yàn)，重復(fù)測定20次取其平均值。內(nèi)摩擦角,采用型號為DJY-4直接剪切儀測定；休止角,采用注入法測定，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2　種子物理機(jī)械特性試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)研究表明：籽粒的滑動摩擦角和滾動穩(wěn)摩擦角與種子箱導(dǎo)種板的傾角、排種器的型孔或型槽所處位置的角度成正比例關(guān)系；籽粒的滑動摩擦角越小，其充種效果就越好。而籽粒與有漆鐵板的滑動摩擦角均小于與木板、橡膠板的滑動摩擦角。綜上，改型前護(hù)種盒導(dǎo)種板傾角較大，造成種子與有漆鐵板滑動摩擦因數(shù)較高，種子進(jìn)入排種型孔難度較大，形成種子擁堵，導(dǎo)致排種漏播率上升。項(xiàng)目組適當(dāng)調(diào)整護(hù)種盒導(dǎo)種板傾角，坡度角由47°降低至33°，有效增大了窩眼輪型孔的充種率，如圖2所示。

1.2.2橢圓腰型型孔參數(shù)

橢圓腰型孔要根據(jù)籽粒種子的形狀與大小來確定其形狀與大小。對于不同三維尺寸的籽粒，要依據(jù)其長、寬、厚尺寸的排列和型孔配合的機(jī)率等來決定型孔尺寸；對于不規(guī)則圓類籽粒，其長、寬、厚差別較大，在空間較大的型孔內(nèi)可能表現(xiàn)為躺、立、斜等多種方式，因而設(shè)計(jì)型孔大小時，要按照籽粒充填機(jī)率較大的情況下，使其按相匹配的型孔大小就位。試驗(yàn)表明：當(dāng)每穴播種量為l～2粒時，型孔直徑一般應(yīng)大于種子最大長度的0.7～1.5mm，型孔深度一般為種子的最大厚度；當(dāng)每穴播種量為3～4粒時，型孔直徑一般應(yīng)等于種子的最大長度與最大厚度之和，型孔深度一般為種子最大厚度的2倍。本設(shè)計(jì)確定3個腰型型孔參數(shù)依次為半徑1mm、孔距2.6mm、腰長4.6mm、半徑1.5mm、孔距3.6mm、腰長6.6mm和半徑2mm、孔距4.6mm、腰長8.6mm。排種軸示意如圖3所示。

1.護(hù)種盒漆鐵板　2.導(dǎo)種孔　3.固定槽

1~3.腰型型孔

1.3　效益估算

1.3.1社會效益

安徽省油菜有生產(chǎn)優(yōu)勢，無產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢。油菜生產(chǎn)盡管規(guī)模大、區(qū)域集中、具有明顯種植優(yōu)勢，但是在傳統(tǒng)育苗移栽和其他作物播種機(jī)具直播的種植方式下，油菜生產(chǎn)的勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)成本高，收益差。由于安徽省農(nóng)村勞動力的大量轉(zhuǎn)移，勞動力成本增加，加上一季稻面積逐年擴(kuò)大等因素，傳統(tǒng)種植模式不再適應(yīng)實(shí)際的油菜生產(chǎn)，實(shí)施油菜免耕精量直播勢在必行。在這種形勢下，本項(xiàng)目研發(fā)油菜品種通用型較好的免耕直播機(jī)械，有利于在保護(hù)環(huán)境條件下油菜種植效益的提高，有利于安徽省近1千萬農(nóng)民的節(jié)本增收。

1.3.2經(jīng)濟(jì)效益

本項(xiàng)目將油菜免耕精量直播機(jī)油菜播種機(jī)關(guān)鍵部件排種器改型為通用型較好的油菜多功能精密排種器，在安徽省長豐崗集油菜示范基地測試播種性能。試驗(yàn)后測定，每公頃用工75個，比人工育苗移栽方式節(jié)約2個工日；如按每工日120元計(jì)，節(jié)約240元，起到了節(jié)本增效的效果。此外，雖然應(yīng)用人工育苗移栽增加了150~375kg/hm2的油菜籽產(chǎn)量,收入增加660~1 650元/hm2(油菜籽4.40元/kg);但相對而言，油菜免耕直播機(jī)械由于配套了油菜多功能機(jī)密排種，其綜合效益要高出其1 350~2 340元/hm2，以5年推廣示范1.3萬hm2計(jì)，實(shí)現(xiàn)增收0.18~0.312億元。

2設(shè)計(jì)方案驗(yàn)證

本設(shè)計(jì)由安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電院制作了樣機(jī)，并在前茬為水稻的實(shí)驗(yàn)田中進(jìn)行了田間試驗(yàn)。試驗(yàn)機(jī)械選用配套樣機(jī)的上海農(nóng)機(jī)化研究所研制的2BGKF-6油菜免耕精量播種機(jī)，試驗(yàn)對象為3個油菜品種，分別為皖油27號、核優(yōu)46號和核優(yōu)56號。試驗(yàn)地點(diǎn)選址為長豐縣安徽農(nóng)科院崗集基地，試驗(yàn)流程為：對3個油菜品種分別按照同一播種量150、200、300g進(jìn)行配套多功能精量排種器的播種機(jī)進(jìn)行直播，對作業(yè)情況進(jìn)行播種破損率、漏播率、重播率、空穴率、粒距合格率和總排量變異系數(shù)6個指標(biāo)的檢測，分析獲得數(shù)據(jù)如表3所示。結(jié)果表明，樣機(jī)達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)。

表3　三種油菜品種播種指標(biāo)的比較

續(xù)表3

3結(jié)論

1)在對不同油菜品種三維尺寸、千粒質(zhì)量和含水率等物理特性對比試驗(yàn)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)區(qū)別于傳統(tǒng)機(jī)械式排種器型孔設(shè)定的尺寸相同的“一排三列”窩眼輪型孔，即采在排種軸上設(shè)計(jì)3種不同尺寸大小的橢圓腰型型孔，以適宜于性狀不一的油菜機(jī)械化播種作業(yè)。該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上具備創(chuàng)新性，能有效降低排種器對不同油菜品種籽粒的破損率，提高窩眼型孔的充種能力。

2)對傳統(tǒng)排種器的護(hù)種盒進(jìn)行了改進(jìn)。播種機(jī)在進(jìn)行田間播種作業(yè)時，容易出現(xiàn)種子滯留于排種器內(nèi)的現(xiàn)象，充種效果不佳，導(dǎo)致種子漏播率較高。本課題通過研究和分析排種器的功能結(jié)構(gòu)，對排種器的護(hù)種盒進(jìn)行護(hù)種板材質(zhì)與排種孔坡度的改型。試驗(yàn)表明：改進(jìn)后大大減少籽粒滯留于排種器內(nèi)現(xiàn)象，充種效果良好。

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Design of Multifunctional Rape No-tillage and Direct Seeding Device

Wang Chuan，Shi Liulin，Wang Liwei，Wang Wei

(Institute of Agricultural Engineering, Anhui Academy of Agricultural Sciences, Hefei 230031, China)

Abstract：According to the analysis of the physical property in three kind of rape, this study has concluded that the rape no-tillage and direct seeding device filling seed outside, which is multifunctional and precise, works fairly ideal and has a good performance.Moreover, in this paper, the primary tasks for verifying its seedling performance and studying the feasibility of applying it to rape no-tillage and direct seeding are as follows:Firstly, based on the test about the physical property of different rapeseeds, a final design that three different size of socket-roller and elliptical mold hole were set on the same feed shaft was determined through making comparative platform experiment on the characteristics of rapeseeds’ three-dimensional size and mold hole. Secondly, by analysis the functional structure of this seeding device above, its board material for protecting seed and the slope of seeding hole were both remodeled. At last, it was discovered that the quantity of seeds left behind in the seeding device was reduced greatly and the consequence of filling seeds was effective after some tests were done.

Key words：rape seeding device；socket-roller mold hole；case of protecting seed

中圖分類號：S233.2；S220.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-188X(2016)11-0158-04

作者簡介：王川(1978-)，男，安徽桐城人，副研究員，碩士，(E-mail)06wangchuan@163.com。通訊作者：施六林(1964-)，男，安徽樅陽人，研究員，碩士，(E-mail)shiliulin386@126.com。

基金項(xiàng)目：中央財(cái)政農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣資金項(xiàng)目(2014-2015)

收稿日期：2015-10-23