唐明祥， 丁雪梅， 唐心龍， 馬中威， 董桂軍

(吉林大學(xué) a. 植物科學(xué)學(xué)院；b. 動(dòng)物科學(xué)學(xué)院；c. 農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)基地，長(zhǎng)春130062)

0 引 言

播種作業(yè)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而機(jī)械化播種相對(duì)人工作業(yè)優(yōu)勢(shì)顯著，具有作業(yè)準(zhǔn)確、深淺一致，而且效率高、速度快，同時(shí)也為田間管理作業(yè)創(chuàng)造良好的條件，所以播種機(jī)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要機(jī)械之一。播種機(jī)的種類繁多，歸納起來不外乎是它們的基本結(jié)構(gòu)大同小異，主要是它們的核心工作部件“排種器”不同[1-5]。

排種器作為播種機(jī)的核心工作部件，其種類很多，指夾式排種器就是其中的一種，主要用于玉米精量播種，電控排種器也是未來的發(fā)展趨勢(shì)，而電控指夾式排種器就是其中之一，它是將自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用其中的先進(jìn)排種器，其結(jié)構(gòu)和工作原理以及使用調(diào)整比較復(fù)雜[6-8]，尤其是對(duì)于高校涉農(nóng)非機(jī)械專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)掌握這樣的先進(jìn)播種機(jī)比較困難，而排種器又是播種機(jī)械中講授的重點(diǎn)難點(diǎn)，對(duì)于配備電控指夾式排種器的播種機(jī)，學(xué)生對(duì)播種量的檢查調(diào)整更是難于理解掌握[9-12]?；谶@一現(xiàn)狀，本文研制了電控指夾式排種器實(shí)訓(xùn)裝置，并在我院農(nóng)學(xué)、植保、資環(huán)、園藝、生技(植)等5個(gè)涉農(nóng)非機(jī)械專業(yè)機(jī)械課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中進(jìn)行了多次應(yīng)用，同時(shí)在學(xué)校的開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中也進(jìn)行了實(shí)踐應(yīng)用，解決了學(xué)生對(duì)播種機(jī)部分難于理解掌握的現(xiàn)狀，提高了學(xué)生上課的積極性與主動(dòng)性，課堂效率顯著提高。

1 實(shí)訓(xùn)裝置的研制

1.1 實(shí)訓(xùn)裝置的基本結(jié)構(gòu)

電控指夾式排種器實(shí)訓(xùn)裝置如圖1所示，主要由播種單體、自動(dòng)清種器、行走裝置和控制器等組成。其中播種單體由指夾式排種器9、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)10、速度傳感器4等組成；自動(dòng)清種器由風(fēng)機(jī)5、電動(dòng)機(jī)11、撮子8等組成；行走裝置由軌道3、電動(dòng)機(jī)12、行走輪15等組成；控制器由遙控器、播種控制器2和行走控制器13組成。

1-裝飾臺(tái)面；2-播種控制器；3-環(huán)形軌道；4-行走速度傳感器；5-內(nèi)置風(fēng)機(jī)；6-吸種管；7- 種子箱；8-撮子；9-指夾式排種器；10-排種器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)；11-自動(dòng)清種器電動(dòng)機(jī)；12-行走裝置驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)；13-行走控制器；14-電線通過裝置；15-行走輪

圖1 電控指夾式排種器的結(jié)構(gòu)

1.2 實(shí)訓(xùn)裝置的控制

圖2所示為實(shí)訓(xùn)裝置的工作流程圖，遙控器控制行走控制器和自動(dòng)清種器，其中，遙控器通過控制行走控制器來實(shí)現(xiàn)播種單體在軌道上行走的快慢，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)清種器實(shí)時(shí)清種，如果非遙控器控制自動(dòng)清種器就由行走控制器內(nèi)預(yù)置程序自動(dòng)控制清種。

圖2 實(shí)訓(xùn)裝置的工作流程圖

1.3 實(shí)訓(xùn)裝置的基本工作原理

如圖1所示，播種控制器2和行走控制器13的開關(guān)都處于開的位置，插上電源，按遙控器中的C鍵，行走裝置的電動(dòng)機(jī)12開始工作，并驅(qū)動(dòng)行走輪轉(zhuǎn)動(dòng)在環(huán)形軌道上行走，播種單體也隨之在環(huán)形軌道上行走，指夾式排種器在電動(dòng)機(jī)10的驅(qū)動(dòng)下以一定的株距在環(huán)形軌道的沙子表面上播種，同時(shí)，自動(dòng)清種器將播下的種子收入撮子8，約轉(zhuǎn)1.5圈時(shí)，撮子8在電動(dòng)機(jī)11的帶動(dòng)下升起，將種子送入撮子后端，風(fēng)機(jī)5啟動(dòng)將種子吸入種子箱7，以使種子循環(huán)利用，如果按遙控器的D鍵，則實(shí)時(shí)清種，以達(dá)到循環(huán)播種演示。

1.4 實(shí)訓(xùn)裝置的主要特色

(1) 實(shí)訓(xùn)裝置完全能模擬排種器在田間作業(yè)時(shí)的工作情況，直觀方便；

(2) 以圓形軌道來代替田間播種的直線軌跡，同時(shí)利用自動(dòng)清種器實(shí)現(xiàn)種子循環(huán)利用；

(3) 實(shí)訓(xùn)裝置的播種演示利用遙控器控制，操作簡(jiǎn)單，隨時(shí)可操作。

2 實(shí)訓(xùn)裝置的實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

設(shè)定驅(qū)動(dòng)輪直徑，然后利用實(shí)訓(xùn)裝置測(cè)定不同理論株距(在播種控制器上進(jìn)行設(shè)定)下的實(shí)測(cè)株距，測(cè)得的數(shù)據(jù)形成柱狀圖，如圖3所示。

圖3 理論株距與實(shí)測(cè)株距關(guān)系的柱狀圖

由圖3可見，當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪直徑為85 cm時(shí)，實(shí)測(cè)株距接近理論株距，為了更準(zhǔn)確，預(yù)設(shè)株距為16.67、20.00 cm，分別測(cè)試驅(qū)動(dòng)輪直徑為83、84、85、86 cm時(shí)所對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)株距，填入表1，即微調(diào)驅(qū)動(dòng)輪直徑，進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)，仍然是驅(qū)動(dòng)輪直徑為85 cm時(shí)的實(shí)測(cè)株距最接近理論株距。

表1 微調(diào)驅(qū)動(dòng)輪直徑實(shí)測(cè)株距

根據(jù)圖3分析得出如下結(jié)論：① 當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪直徑一定時(shí)，實(shí)測(cè)株距隨預(yù)設(shè)株距增大而增大；② 當(dāng)預(yù)設(shè)株距一定時(shí)，實(shí)測(cè)株距隨驅(qū)動(dòng)輪直徑增大而減小；③ 當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪直徑為85 cm時(shí)，實(shí)測(cè)株距最接近理論株距(預(yù)設(shè)株距)，即驅(qū)動(dòng)輪直徑為85 cm正是調(diào)試找到的最佳數(shù)據(jù)；

2.2 誤差分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有一定誤差，主要原因是：① 電控指夾式排種器實(shí)訓(xùn)裝置排種口與沙子平面距離較高，種子跳動(dòng)造成一定誤差；② 播種軌跡為環(huán)形軌道式，對(duì)實(shí)測(cè)株距也有一定影響；③ 測(cè)量點(diǎn)的選擇有一定影響。

3 教學(xué)應(yīng)用

實(shí)訓(xùn)裝置研制完成之后，在本科生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中進(jìn)行了應(yīng)用，涉及13個(gè)期班，603人次，3 618人·學(xué)時(shí)，如表2所示。今年首次在開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中進(jìn)行了應(yīng)用，涉及學(xué)生16人，2個(gè)學(xué)院，4個(gè)專業(yè)，如表3所示，實(shí)訓(xùn)裝置的成功應(yīng)用充分體現(xiàn)了研制該裝置的目的。

表2 本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)

實(shí)訓(xùn)裝置在本科教學(xué)和開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中應(yīng)用后，對(duì)學(xué)生的反饋進(jìn)行了歸納總結(jié)，主要有：

(1) 通過參與本實(shí)驗(yàn)，提高了我們的動(dòng)手能力與理解能力，本實(shí)驗(yàn)操作性較強(qiáng)，通過自己的動(dòng)手操作，可以學(xué)習(xí)了解有關(guān)電控式精量播種機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理，這深深地吸引了我們，并對(duì)該方面產(chǎn)生了濃厚的興趣，都說興趣是最好的老師，自然對(duì)學(xué)習(xí)這方面的知識(shí)也有所促進(jìn)。

表3 開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

(2) 通過該實(shí)訓(xùn)裝置的演示與實(shí)際操作，可以直觀地觀察指夾式排種器的工作過程，也可以在該裝置上模擬株距的調(diào)整，同時(shí)還可以清晰地觀察到指夾式排種器的結(jié)構(gòu)，我們對(duì)于機(jī)械方面沒有太深入的了解，該裝置使我們?cè)趯W(xué)習(xí)播種機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理方面的知識(shí)以及動(dòng)手調(diào)試時(shí)，得到了很多的幫助。再加上老師細(xì)心地講解，讓我們?cè)诶斫庀@部分知識(shí)時(shí)如魚得水，既提高了我們的實(shí)踐動(dòng)手能力，又能幫助我們理解掌握播種機(jī)的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)。

通過電控指夾式排種器實(shí)訓(xùn)裝置在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用，增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維、培養(yǎng)了學(xué)生的科研意識(shí)。同學(xué)們?cè)趯?shí)際操作中，積極探索，主動(dòng)交流與討論，相互學(xué)習(xí)，相互促進(jìn)，也是理論與實(shí)踐相結(jié)合的體現(xiàn)，這一過程有利于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和實(shí)踐技能[13-15]。

4 結(jié) 語(yǔ)

研制的電控指夾式排種器實(shí)訓(xùn)裝置克服了播種機(jī)播種量的調(diào)試受時(shí)間、季節(jié)、氣候、白天、晚上等因素的限制，該裝置完全能模擬排種器在田間作業(yè)時(shí)的工作情況，直觀、方便，排種器的播種株距(或者叫播種量)通過速度傳感器與排種器的行走速度相匹配，也就是說，當(dāng)播種量一定的情況下，播種量隨排種器前進(jìn)速度的變化而不變；實(shí)訓(xùn)裝置通過在本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)和開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中的應(yīng)用，提高了課堂效率、鍛煉了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，同時(shí)還能夠?qū)W(xué)生起到理論聯(lián)系實(shí)際的作用。

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