曾 山，姚臘梅，李 凝，楊禹錕，黃登攀，方龍羽，莫澤文

(1 華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院/南方農(nóng)業(yè)機(jī)械與裝備關(guān)鍵技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510642； 2 貴州省山地農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所，貴州 貴陽(yáng)，550001)

辣椒是一種重要的鮮食蔬菜和調(diào)味品原料，同時(shí)也是重要的工業(yè)原料，辣椒素、辣椒紅素在化工和醫(yī)藥等方面都有特殊的用途[1-4]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，辣椒年種植面積213.96 萬(wàn)hm2，產(chǎn)值700 億元[5-7]，在我國(guó)蔬菜生產(chǎn)中占據(jù)極其重要的地位，主要分布在河南、新疆、江西、貴州和湖南等地[8]。

在市場(chǎng)需求不斷增長(zhǎng)的推動(dòng)下，辣椒產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)基地化、規(guī)?；蛥^(qū)域化快速發(fā)展等特點(diǎn)[9]。然而辣椒種植普遍采用人工育苗及移栽方式，存在成本高、勞動(dòng)強(qiáng)度大和生產(chǎn)效率低等問(wèn)題。隨著農(nóng)村勞動(dòng)力輸出和人口老齡化趨勢(shì)加快，勞動(dòng)力緊缺矛盾日益突出，嚴(yán)重制約了辣椒產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，亟需研究高效辣椒種植技術(shù)及配套機(jī)械。辣椒精量直播省去了育苗和移栽等環(huán)節(jié)，省工省力、節(jié)本增效顯著，近年來(lái)該技術(shù)發(fā)展較快，具有較好的推廣應(yīng)用前景。

國(guó)內(nèi)外專門(mén)針對(duì)辣椒播種機(jī)械的研究較少，通常采用蔬菜播種機(jī)播種，歐美地區(qū)以大型化、高效化的氣力式蔬菜直播機(jī)為主[10-11]，能實(shí)現(xiàn)高速精量播種，傷種率低，但對(duì)種子分選清潔度要求高。主要代表機(jī)型有美國(guó)MONOSEM(滿勝) 公司的NGPlus系列蔬菜精量播種機(jī)、英國(guó)StanHay 公司的5-780型蔬菜直播機(jī)以及意大利馬斯奇奧公司的Orietta型和Olimpia 型氣吸播種機(jī)等。日本、韓國(guó)辣椒直播機(jī)具有小型化和播種行數(shù)可調(diào)等特點(diǎn)，適合小面積種植作業(yè)，根據(jù)種子形態(tài)大小和農(nóng)藝要求，多采用槽輪或窩眼輪式排種輪。主要代表機(jī)型有日本矢崎公司的SYV 系列蔬菜播種機(jī)、韓國(guó)Rool clean seeder 手推式蔬菜條播機(jī)和韓國(guó) “播蘭特”系列蔬菜播種機(jī)等[12-13]，機(jī)械式排種器播種精度低，且排種輪轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中易傷種，影響發(fā)芽率[14-15]。

國(guó)內(nèi)蔬菜直播機(jī)主要有小型手推式、自走式(電動(dòng)與油動(dòng))及懸掛式機(jī)型[16]，以機(jī)械式排種器為主。山東省寧津縣發(fā)達(dá)機(jī)械廠研制了一種外槽輪式辣椒播種機(jī)，由于辣椒種子體積小、呈圓片狀，與棉花、花生種子差異較大，存在播種量大、成穴性差等問(wèn)題；河北省衡水礦山機(jī)械廠與冀州市農(nóng)機(jī)局聯(lián)合開(kāi)發(fā)了2BLP-3 型辣椒點(diǎn)水鋪膜穴播機(jī)，采用地輪滾筒聯(lián)體舀勺地引式精播器，播種量為4～8 粒/穴，不能滿足精量播種的要求[17-18]。為解決辣椒高速精量播種的問(wèn)題，中機(jī)美諾科技股份有限公司研制了2BJ-4/5 型氣吸式蔬菜播種機(jī)，可播種胡蘿卜、洋蔥和辣椒等小粒蔬菜種子[19]；黑龍江德沃科技開(kāi)發(fā)公司研制了2BQS-8/8X 型氣力式蔬菜直播機(jī)，解決了漏播現(xiàn)象，保證了出苗率，但該機(jī)存在作業(yè)能耗大、播種質(zhì)量受機(jī)器振動(dòng)影響等缺陷[20]。

因此，本文針對(duì)辣椒機(jī)械化種植存在的播種量大、成穴性差、勞動(dòng)強(qiáng)度大和生產(chǎn)效率低等方面的問(wèn)題，結(jié)合辣椒種植農(nóng)藝要求，在參考國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制了一種氣吸式辣椒精量穴直播機(jī)，并進(jìn)行了田間試驗(yàn)，以期為實(shí)現(xiàn)辣椒的輕簡(jiǎn)化栽培推廣提供參考。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

氣吸式辣椒精量穴直播機(jī)要求能一次完成開(kāi)溝、播種、覆土和鎮(zhèn)壓等多項(xiàng)作業(yè)；滿足不同的辣椒種植模式和農(nóng)藝要求，播種行距、穴距和深度可調(diào)，保證種植密度；播種量為1～3 粒/穴。

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

氣吸式辣椒精量穴直播機(jī)主要包括懸掛機(jī)架、負(fù)壓風(fēng)機(jī)、播種裝置、開(kāi)溝裝置、覆土鎮(zhèn)壓裝置和動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)等，可同時(shí)完成開(kāi)溝、播種、覆土和鎮(zhèn)壓等作業(yè)，結(jié)構(gòu)如圖1 所示。開(kāi)溝裝置主要包括雙圓盤(pán)開(kāi)溝器和落種機(jī)構(gòu)，布置在排種管正下方；覆土鎮(zhèn)壓裝置由鎮(zhèn)壓輪和鎮(zhèn)壓深度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)構(gòu)成，可調(diào)式凸面橡膠鎮(zhèn)壓裝置位于機(jī)架的后下方，隨著機(jī)具前進(jìn)對(duì)土壤進(jìn)行鎮(zhèn)壓起到保墑作用；播種單體通過(guò)平行四桿仿形機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)獨(dú)立仿形，可根據(jù)播種行數(shù)和播種行距需求組合單體數(shù)量和單體間距離。

圖 1 整機(jī)結(jié)構(gòu)三維圖Fig. 1 Three-dimensional diagram of the whole machine structure

氣吸式辣椒精量穴直播機(jī)通過(guò)三點(diǎn)懸掛裝置與拖拉機(jī)掛接，田間作業(yè)時(shí)，拖拉機(jī)牽引機(jī)具，帶動(dòng)播種機(jī)地輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)力通過(guò)鏈傳動(dòng)和穴距調(diào)整系統(tǒng)傳遞，帶動(dòng)氣吸式辣椒精量排種器的排種盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，在負(fù)壓作用下實(shí)現(xiàn)吸種、攜種和斷壓排種等過(guò)程，種子通過(guò)排種管落入雙圓盤(pán)開(kāi)溝器所開(kāi)的溝槽中，鎮(zhèn)壓輪將回落的土壤向溝槽中間擠推壓實(shí)，實(shí)現(xiàn)種子的覆土鎮(zhèn)壓。一次性完成開(kāi)溝、播種、覆土和鎮(zhèn)壓作業(yè)。

1.2 主要技術(shù)參數(shù)

氣吸式辣椒精量穴直播機(jī)采用單壟雙行種植方式，其對(duì)應(yīng)的農(nóng)藝要求如圖2 所示。

實(shí)際生產(chǎn)中，壟高為200 mm，壟面寬度為700 mm，播種深度可調(diào)范圍為10～30 mm，播種溝寬度為60 mm，播種穴距可調(diào)范圍為150～250 mm，播種行距可調(diào)范圍為400～550 mm。

辣椒精量直播機(jī)整機(jī)主要技術(shù)參數(shù)包括整機(jī)尺寸(長(zhǎng)×寬×高)1 700 mm×1 200 mm×1 200 mm，整機(jī)質(zhì)量約為85 kg，配套動(dòng)力15～22 kW，作業(yè)速度0.5～1.0 km/h，生產(chǎn)效率為0.603～1.206 hm2/h，播種2～4 行。

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 氣吸式辣椒精量排種器結(jié)構(gòu)及工作原理

圖 2 辣椒直播種植農(nóng)藝Fig. 2 Direct planting agriculture of pepper

為滿足辣椒精量穴直播的農(nóng)藝要求，本文設(shè)計(jì)了一種氣吸式辣椒精量排種器，由種箱、進(jìn)種盒、排種器殼體、排種口、排種盤(pán)、氣室殼體、排種軸和負(fù)壓進(jìn)氣口等組成，如圖3 所示。排種器采用負(fù)壓吸附原理，作業(yè)時(shí)排種軸帶動(dòng)排種盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，將種子吸附在排種盤(pán)的排種孔上，當(dāng)轉(zhuǎn)到負(fù)壓阻斷凸臺(tái)時(shí)斷壓排種，種子進(jìn)入排種管后落入種溝內(nèi)，完成排種作業(yè)。

2.2 排種盤(pán)設(shè)計(jì)

圖 3 排種器結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 3 Structural diagram of seed metering device

排種盤(pán)是實(shí)現(xiàn)精量播種的核心部件，研究表明，氣吸式排種器排種盤(pán)直徑一般為140～260 mm[21]。根據(jù)辣椒播種要求及負(fù)壓腔體的密閉要求，選擇排種盤(pán)直徑140 mm。對(duì)排種器結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程分析，使吸種孔負(fù)壓保持在中間位置，所以設(shè)計(jì)吸種孔在排種盤(pán)上環(huán)形排列的直徑取115 mm。

2.3 吸種孔設(shè)計(jì)

對(duì)南方廣泛種植的辣椒品種的種子進(jìn)行機(jī)械物理特性測(cè)定，結(jié)果表明，辣椒種子的形狀為橢圓碟片型，種子外形尺寸(長(zhǎng)×寬×厚)平均為3.70 mm×3.20 mm×0.75 mm，種子顆粒密度為630 kg/m3，千粒質(zhì)量為5.53 g，與有機(jī)玻璃的滑動(dòng)摩擦角為27.3°、休止角為39°。吸種孔的形狀和尺寸與辣椒種子的形狀尺寸相適應(yīng)，設(shè)計(jì)原則是保證1 個(gè)吸種孔僅有1 粒種子，根據(jù)辣椒種子大小確定吸種孔直徑(d)。

式中，a 為系數(shù)，一般取0.64～0.66；b 為種子平均寬度；則d 為2.05～2.11。辣椒種子為橢圓碟片狀，因此取2 mm 作為吸種孔的直徑。

吸種孔數(shù)與播種速度、播種頻率及穴距有較大關(guān)系，對(duì)排種性能有顯著影響。為提高播種機(jī)的作業(yè)效率，可提高排種盤(pán)的轉(zhuǎn)速，但排種盤(pán)轉(zhuǎn)速過(guò)高，充種時(shí)間過(guò)短，充種室內(nèi)的種子來(lái)不及吸到排種盤(pán)上，會(huì)造成漏播；攪種時(shí)轉(zhuǎn)速過(guò)快容易損傷種子，影響出苗率。相關(guān)研究[22]表明排種孔穩(wěn)定吸種線速度不宜超過(guò)0.35 m/s(排種盤(pán)轉(zhuǎn)速最高為58.2 r/min)，拖拉機(jī)田間作業(yè)速度為0.5～1.0 m/s，辣椒的種植農(nóng)藝要求，穴距為150～250 mm，南方常用穴距為200 mm[23-24]。根據(jù)公式(2)確定吸種孔的孔數(shù)(N)。式中，v 為田間作業(yè)速度，m/s，此處取1 m/s；l 為穴距；n 為排種盤(pán)轉(zhuǎn)速，r/min。

機(jī)器作業(yè)速度一定，穴距保持不變的情況下，隨孔數(shù)的增多，排種盤(pán)轉(zhuǎn)速降低，充種時(shí)間較長(zhǎng)，排種性能逐漸提高；同樣隨著孔數(shù)的增多，兩吸種孔之間距離逐漸變小，當(dāng)孔數(shù)增加到一定值時(shí)，兩吸種孔吸種會(huì)相互干擾，使得種子在吸種孔上排列混亂，造成排種質(zhì)量降低。在不影響吸種孔的吸種、清種和落種的情況下，取吸種孔數(shù)量為6。

2.4 排種過(guò)程分析

2.4.1 吸種動(dòng)力學(xué)分析 為保證種子被穩(wěn)定吸附在吸種、攜種弧段上，且隨排種盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，相對(duì)于吸種孔不發(fā)生滾動(dòng)和滑動(dòng)。根據(jù)設(shè)計(jì)的排種盤(pán)的大小，對(duì)充種區(qū)的吸種弧段和攜種弧段所吸附的種子進(jìn)行受力分析，具體如圖4 所示。

圖 4 種子在充種區(qū)和攜種區(qū)的受力分析Fig. 4 Force analysis of seeds in seed filling zone and seed carrying areas

被穩(wěn)定吸附在吸種弧段上的種子需要滿足下列受力平衡：

由吸力與真空度的關(guān)系，吸種弧段所需的真空度(Hc)需滿足：

式中，S 為吸孔面積，mm2；Hc為吸室臨界真空度，Pa。

因充種區(qū)存在種間摩擦，吸種弧段所需吸力大于其他弧段，所以此處不再對(duì)攜種區(qū)的受力進(jìn)行分析。在吸種區(qū)當(dāng)Fh1達(dá)到最大值時(shí)，式(4)可簡(jiǎn)化為：

式中，g 為重力加速度，m/s2；v 為排種盤(pán)吸孔中心處的線速度，m/s；r 為排種盤(pán)吸孔處的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑，mm；λ 為種子的摩擦阻力綜合系數(shù)；K1為吸種可靠性系數(shù)；K2為外界條件影響系數(shù)；K3為種子含水率影響系數(shù)。參照相關(guān)文獻(xiàn)[23]，本文取λ=36.15，K1=2，K2=1.8，K3=1.2，v=0.36 m/s。計(jì)算得臨界真空度Hc=139 Pa，排種器臺(tái)架試驗(yàn)最佳真空度值是150 Pa，計(jì)算值和實(shí)際值接近。

2.4.2 攜種狀態(tài)分析 辣椒種子為橢圓碟片形，外形尺寸不規(guī)則，而排種盤(pán)上種子的吸附狀態(tài)不同，對(duì)吸孔的密封也不完全一樣，導(dǎo)致種子的吸種粒數(shù)不同。種子以不同的姿態(tài)進(jìn)入吸種孔，當(dāng)種子以直立姿態(tài)進(jìn)入吸種孔時(shí)，吸種孔還有間隙，且此時(shí)的吸力較強(qiáng)，吸種孔吸附2 或3 粒種子的可能性增大。前期試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在保證空穴發(fā)生率低于2%的氣壓作用下，辣椒種子能在攜種區(qū)形成穩(wěn)定的吸附狀態(tài)，如圖5 所示。但由于辣椒種子外形尺寸的特殊性，清種裝置會(huì)造成傷種，且不增加清種裝置也能滿足1～3 粒/穴播種量的農(nóng)藝要求，無(wú)需增設(shè)額外的清種裝置。

圖 5 種子的吸附狀態(tài)Fig. 5 Adsorption states of seeds

2.5 穴距調(diào)整系統(tǒng)

圖 6 穴距調(diào)整系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 6 Structural diagram of hole distance adjusting system

2.5.1 穴距調(diào)整系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 為提高播種機(jī)具的實(shí)用性和通用性，播種穴距必須具有一定的調(diào)節(jié)范圍。播種單體的穴距調(diào)整系統(tǒng)如圖6 所示，穴距調(diào)整系統(tǒng)由二級(jí)鏈傳動(dòng)和一級(jí)變速齒輪組傳動(dòng)組成；拖拉機(jī)掛接機(jī)具進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)時(shí)，地輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)由地輪軸輸入，經(jīng)第一級(jí)鏈傳動(dòng)將動(dòng)力輸送到變速器輸入軸，由齒輪組成的變速齒輪組將不同傳動(dòng)比的動(dòng)力輸出給第二級(jí)鏈傳動(dòng)，最終帶動(dòng)末端的排種器軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)播排種盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)與車(chē)速的同步匹配，同時(shí)可通過(guò)改變變速傳動(dòng)齒輪組的嚙合齒輪實(shí)現(xiàn)播種穴距的調(diào)節(jié)。2.5.2 穴距調(diào)整系統(tǒng)的工作原理 氣吸式辣椒精量穴直播機(jī)穴距調(diào)節(jié)主要通過(guò)調(diào)節(jié)傳動(dòng)系統(tǒng)中變速器的檔位，改變動(dòng)力輸入與輸出之間的傳動(dòng)比來(lái)實(shí)現(xiàn)，不同傳動(dòng)比對(duì)應(yīng)不同的穴距。辣椒播種穴距要求150～250 mm，南方常用穴距為200 mm，本文以變速器三檔為常用穴距開(kāi)展穴距調(diào)整系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本文地輪直徑(D)為250 mm，滑移率(δ)取5%，排種盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)1 圈播種6 穴，則理論穴距(l)滿足公式(6)。整機(jī)總傳動(dòng)比的計(jì)算見(jiàn)公式(7)，本機(jī)第一級(jí)鏈傳動(dòng)比取值為1，即鏈輪I 齒數(shù)(Z1)=鏈輪II 齒數(shù)(Z2)=25[24-25]。齒輪I 齒數(shù)(Z3)為18，變速器三檔對(duì)應(yīng)的齒輪II 的齒數(shù)(Z4)為21，鏈輪Ⅳ為排種軸上鏈輪，取齒數(shù)(Z6)為21。由公式(6)和(7)，得鏈輪III 的齒數(shù)(Z5)計(jì)算公式(8)，通過(guò)計(jì)算Z5=17。

式中，i 為本機(jī)總傳動(dòng)比；i1為第一級(jí)鏈傳動(dòng)比，取值為1；i2為齒輪傳動(dòng)比;i3為第二級(jí)鏈傳動(dòng)比；n1為地輪軸轉(zhuǎn)速，n2、n3為變速箱輸入軸轉(zhuǎn)速，n4、n5為變速箱輸出軸轉(zhuǎn)速，n6為排種軸轉(zhuǎn)速，r/min。

穴距與齒輪Ⅱ的齒數(shù)Z4一一對(duì)應(yīng)，則每一個(gè)檔位對(duì)應(yīng)的齒數(shù)帶入公式(9)可計(jì)算對(duì)應(yīng)的穴距(l)，計(jì)算結(jié)果如表1 所示。

表 1 變速箱各檔位與穴距對(duì)應(yīng)表Table 1 Different gear position in the gear box and the corresponding hole distance

2.6 風(fēng)機(jī)選型

本樣機(jī)選用離心式風(fēng)機(jī)，前期試驗(yàn)表明，整機(jī)所需風(fēng)量為2.2×10-2m3/s，總風(fēng)壓為3.2 kPa，可滿足本機(jī)組2 個(gè)播種單體的正常工作。根據(jù)文獻(xiàn)[26]，可以計(jì)算所選風(fēng)機(jī)的有效功率(Pe)。

式中，Q 為風(fēng)量，m3/s；p 為風(fēng)壓，kPa。

根據(jù)風(fēng)量和風(fēng)壓，可計(jì)算得到風(fēng)機(jī)的有效功率Pe=7.2×10-2kW。

根據(jù)參考文獻(xiàn)[27]，取內(nèi)效率ηi=0.7，機(jī)械效率ηm=0.92，軸功率(Ps)為：

使風(fēng)壓滿足播種機(jī)的要求[28]，將所用風(fēng)機(jī)的功率儲(chǔ)備系數(shù)K 定為1.1。

因此，所需的風(fēng)機(jī)功率(Ped)為：

將數(shù)據(jù)帶入公式(12)，求得Ped為0.12 kW。

所選風(fēng)機(jī)功率不能低于0.12 kW，由于管路的長(zhǎng)度和氣室的空間大小對(duì)吸孔處的負(fù)壓和流速有影響，所以風(fēng)機(jī)所需的功率應(yīng)該比理論計(jì)算的功率大，且需要預(yù)留足夠的功率作為后備功率，并且從經(jīng)濟(jì)上考慮，風(fēng)機(jī)直接選用了黑龍江省雙福機(jī)械有限公司生產(chǎn)的離心式電動(dòng)風(fēng)機(jī)。該風(fēng)機(jī)的功率為0.2 kW，完全滿足該播種機(jī)的風(fēng)壓要求。風(fēng)機(jī)安裝在主機(jī)架的安裝板上，單獨(dú)由蓄電池供電，風(fēng)機(jī)與播種機(jī)之間用硬脂塑料管連接。

3 田間播種試驗(yàn)與結(jié)果

3.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)增城教學(xué)試驗(yàn)基地(N 23°14′35.78″，E113°38′17.00″，海拔20 m)展開(kāi)，試驗(yàn)田地勢(shì)平坦，土壤類型為壤土，土壤含水率為18%～25%，土壤緊實(shí)度為2 kg/cm2。本次試驗(yàn)前茬作物為玉米，試驗(yàn)前采用旋耕機(jī)對(duì)田塊土壤進(jìn)行耕整，使其細(xì)碎平整并起高20 cm、寬70 cm 的地壟。試驗(yàn)材料為‘辣研102’，其物理特性如下：千粒質(zhì)量5.53 g，容重759.2 g/L，顆粒密度630 kg/m3，含水率為11.2%，種子外形尺寸(長(zhǎng)×寬×厚)平均為3.70 mm ×3.20 mm×0.75 mm。試驗(yàn)用拖拉機(jī)為常發(fā)金冠CFD554A 輪式拖拉機(jī)，作業(yè)速度為3.6 km/h，圖7為播種機(jī)及田間試驗(yàn)圖片。

圖 7 田間播種試驗(yàn)Fig. 7 Field sowing test

3.2 指標(biāo)及測(cè)定方法

為考核氣吸式辣椒精量穴直播機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，以及性能指標(biāo)是否達(dá)到田間實(shí)際生產(chǎn)要求。根據(jù)參考文獻(xiàn)[29-30]的方法，對(duì)氣吸式辣椒精量穴直播機(jī)田間生產(chǎn)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試內(nèi)容主要包括地輪滑移率、穴距及其變異系數(shù)和播種深度合格率等。主要檢測(cè)設(shè)備包括卷尺、鐵刮板、電子秤、計(jì)算器、秒表、標(biāo)桿、塑料袋、土壤硬度計(jì)和鐵鍬等。

根據(jù)地輪半徑計(jì)算得到地輪行走20 圈的理論距離；標(biāo)記地輪，測(cè)量機(jī)具在拖拉機(jī)的牽引下，地輪轉(zhuǎn)動(dòng)20 圈前進(jìn)的實(shí)際距離，重復(fù)5 次試驗(yàn)取平均值。地輪滑移率(δ)計(jì)算公式如下：

式中，r 為地輪半徑，mm；n 取20 圈；S 為地輪走過(guò)的實(shí)際距離，m。

試驗(yàn)區(qū)總長(zhǎng)度為100 m，測(cè)區(qū)為播種機(jī)單次作業(yè)開(kāi)始后10 m 和結(jié)束前10 m 的區(qū)間。設(shè)定3 個(gè)穴距進(jìn)行試驗(yàn)，每個(gè)穴距重復(fù)3 次，每次連續(xù)測(cè)250組穴距和穴粒數(shù)，記錄數(shù)據(jù)并統(tǒng)計(jì)結(jié)果。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和辣椒種植農(nóng)藝要求，設(shè)定穴距和穴粒數(shù)2 個(gè)考核指標(biāo)對(duì)作業(yè)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，計(jì)算穴距合格指數(shù)、重播指數(shù)、漏播指數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差(穴距偏移指數(shù))和變異系數(shù)，根據(jù)穴距合格指數(shù)計(jì)算式計(jì)算穴距合格指數(shù)；按照播種量1～3 粒/穴為合格，空穴和每穴粒數(shù)大于4 分別為漏播和重播，并計(jì)算出對(duì)應(yīng)的概率，作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

式中，A 為考核指數(shù)，n1為播種穴距滿足要求的數(shù)量，即考核數(shù)；N'為考核區(qū)間數(shù)。

播種深度與地平面有關(guān)，應(yīng)以鎮(zhèn)壓后的地面為準(zhǔn)。播種深度的測(cè)定取5 行，每行測(cè)定10 點(diǎn)，在測(cè)點(diǎn)上垂直切開(kāi)土層使種子完全露出，測(cè)量播種深度并記錄數(shù)據(jù)，播種深度合格率是指覆土深度 ± 10 mm的點(diǎn)占總測(cè)定點(diǎn)的百分?jǐn)?shù)，按公式(15)計(jì)算測(cè)區(qū)播種深度合格率(Q)。

式中，q 為播種深度合格點(diǎn)數(shù)；q總為測(cè)定總點(diǎn)數(shù)。

3.3 結(jié)果與分析

3.3.1 地輪滑移率 地輪為沒(méi)有動(dòng)力的第5 輪，其因機(jī)具行走與土地產(chǎn)生的摩擦而同步轉(zhuǎn)動(dòng)，能較好體現(xiàn)機(jī)具前進(jìn)的速度，其產(chǎn)生的動(dòng)力經(jīng)過(guò)動(dòng)力傳輸系統(tǒng)直接作用于吸種盤(pán)的旋轉(zhuǎn)。由于地輪存在滑移現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致地輪速度與機(jī)具前進(jìn)速度不匹配，從而影響吸種盤(pán)轉(zhuǎn)速，直接體現(xiàn)在播種穴距上。地輪滑移率越小，播種穴距越接近理論穴距；地輪滑移率越大，實(shí)際播種穴距會(huì)同步增大。采用定圈測(cè)距的方式測(cè)得地輪轉(zhuǎn)動(dòng)20 圈播種機(jī)的實(shí)際前進(jìn)距離統(tǒng)計(jì)結(jié)果，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析得出實(shí)際前進(jìn)距離平均為16.71 m，理論前進(jìn)距離為15.71 m，計(jì)算得出地輪的滑移率為6.37%，標(biāo)準(zhǔn)差為0.11，變異系數(shù)為2.02%。穴距調(diào)整系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)已考慮5%的滑移率影響，所以本機(jī)的設(shè)計(jì)可靠且符合實(shí)際生產(chǎn)需求。3.3.2 穴粒數(shù)及穴距 統(tǒng)計(jì)選取的3 個(gè)穴距及穴粒數(shù)試驗(yàn)結(jié)果如表2 和表3 所示。由表2 和表3 結(jié)果可知，在開(kāi)展播種作業(yè)的時(shí)候，在不同的播種穴距下，播種機(jī)穴距合格率均大于89%，重播率均小于4.85%，漏播率均小于11%，合格穴距變異系數(shù)均小于23.77%，穴粒數(shù)合格率大于89.86%，重播率小于11%，漏播率小于0.53%。在行進(jìn)速度不變的情況下，隨著播種穴距的增大，排種器轉(zhuǎn)速減慢，穴距合格指數(shù)增大，重播指數(shù)幾乎不變，漏播指數(shù)減小，合格穴距變異系數(shù)減小。穴距和穴粒數(shù)兩方面的考查參數(shù)均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，作業(yè)質(zhì)量達(dá)到辣椒直播的要求。

3.3.3 播種深度合格率 辣椒最佳播種深度為20 mm，處理各行播種深度值后得到的2 項(xiàng)指標(biāo)值如表4所示。播種深度主要影響種子的出苗率，播種深度的一致性主要影響出苗時(shí)間的一致性。由表4 可知，播種深度變化不大，平均播種深度合格率為86%，高于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的不小于80%的指標(biāo)。覆土鎮(zhèn)壓裝置的覆土量滿足生產(chǎn)需求，對(duì)種子萌發(fā)和出苗時(shí)間沒(méi)有較大影響，達(dá)到生產(chǎn)要求。

表 2 穴距及其變異系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Test results of hole distance and its coefficient of variation

表 3 穴粒數(shù)試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Test result of seed number in hole

表 4 播種深度試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Test result of seeding depth

4 結(jié)論

1)研制了一種氣吸式辣椒精量穴直播機(jī)，提出用于辣椒穴直播的氣吸精量排種器，整機(jī)可一次完成開(kāi)溝、播種、覆土和鎮(zhèn)壓等工序。該機(jī)器播種量、穴距、播種深度等播種質(zhì)量指標(biāo)皆達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求。

2)田間試驗(yàn)結(jié)果表明，氣吸式辣椒精量穴直播機(jī)的播種量為1～3 粒/穴，穴粒數(shù)平均漏播率為0.18%，平均合格率為91.16%，平均重播率為8.66%。不同穴距試驗(yàn)的播種穴距合格指數(shù)均大于89%，重播指數(shù)均小于4.85%，漏播指數(shù)均小于11%，合格穴距變異系數(shù)均小于23.77%，播深合格率為86%。各項(xiàng)指標(biāo)值均滿足標(biāo)準(zhǔn)[30]要求。

由于機(jī)具覆土依靠種溝開(kāi)溝器回土，土壤含水率或黏度不同會(huì)造成回土量不穩(wěn)定，影響播種深度，有待進(jìn)一步研究。