河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 崔子厚 趙一州 張玉潔 畢珈寧 楊諾

1 研制的背景和意義

小麥的種植和生產(chǎn)對(duì)保障人類(lèi)的生存非常重要。我國(guó)的小麥產(chǎn)量位居世界第一位。因此，在我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，小麥的生產(chǎn)起著重要的作用。傳統(tǒng)的小麥播種方法包括條、穴、撒播等諸多方式，其中后者實(shí)施起來(lái)頗為簡(jiǎn)便，播種效率整體較高，但是撒播麥種入土深淺不一，根系不深，在生長(zhǎng)后期容易脫肥，同時(shí)發(fā)育也容易出現(xiàn)不正?，F(xiàn)象。而穴播在小麥播種中則較少使用，其主要用于稻茬小麥田、缺乏肥料或間作的地區(qū)以及無(wú)灌溉條件的旱地小麥，其苗穗數(shù)偏少，不利于小麥的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)[1]。

作為我國(guó)運(yùn)用最為廣泛且長(zhǎng)期存在的一種播種方式-條播，較其它兩種播種方式而言?xún)?yōu)化了小麥產(chǎn)量結(jié)構(gòu)，然而條播群體不易控制，每行密度大、通風(fēng)透光欠佳，容易發(fā)生倒伏，條播密度差別較大。

圖1 排種器整體結(jié)構(gòu)爆炸圖

所謂精量播種，就是指對(duì)播種量進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化，使之作業(yè)質(zhì)量得到明顯提升，并讓其中的單粒種子遵循3D空間坐標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，使之行、株距、播深都具有精準(zhǔn)性[2]。這種播種技術(shù)的關(guān)鍵裝置是依次精量播種機(jī)器（氣吸式）與排種器，通常在地力佳、肥水等環(huán)境下進(jìn)行運(yùn)用，可將原先的“大肥、水、大群體與播量”調(diào)整為“群體合適、小播量、足肥、水”模式。并運(yùn)用新型農(nóng)機(jī)設(shè)備來(lái)進(jìn)行作業(yè)，這樣就能對(duì)基本苗數(shù)加以相應(yīng)優(yōu)化，使得整個(gè)麥田能夠?qū)崿F(xiàn)良好的動(dòng)態(tài)管理；將個(gè)體發(fā)育與整體生長(zhǎng)進(jìn)行協(xié)調(diào)，進(jìn)而對(duì)群體透氣、透光進(jìn)行優(yōu)化，合理分配群體內(nèi)有效分蘗的光照、水分和營(yíng)養(yǎng)，使之更為高效地利用地力與光能。為此，運(yùn)用小麥精量播種技術(shù)，可以對(duì)該農(nóng)作物生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行提升。這種播種技術(shù)，對(duì)分蘗作物落后的播種模式進(jìn)行了很好的革新，對(duì)播種量、均勻性等進(jìn)行了相應(yīng)的科學(xué)調(diào)控，使得每個(gè)個(gè)體都能得到相應(yīng)的生長(zhǎng)空間與營(yíng)養(yǎng)支持，這樣就能獲得更多有效的分蘗，同時(shí)還能適當(dāng)?shù)亟档头柿?、種子的使用量，使之更容易高產(chǎn)，進(jìn)而帶來(lái)較高的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益[3]。

2 主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

在播種時(shí)，所使用的排種器為典型的一器雙行，它的核心結(jié)構(gòu)囊括了負(fù)壓管軸、外殼、連接螺釘、動(dòng)排種盤(pán)I/II、擋種塊、靜排種盤(pán)等，具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以參見(jiàn)上圖1、下圖2。

圖2 排種器整體裝配結(jié)構(gòu)圖

動(dòng)排種盤(pán)Ⅱ的半個(gè)負(fù)壓室由內(nèi)部?jī)蓚?cè)凹進(jìn)形成，并且在兩側(cè)各加工3個(gè)間隔為120°的控縫連接塊，用來(lái)控制兩個(gè)圓盤(pán)之間外邊緣處的環(huán)帶縫隙寬度，控縫連接塊中心加工通孔，用于穿過(guò)固定螺栓。動(dòng)排種盤(pán)Ⅰ和Ⅱ的半個(gè)負(fù)壓室是由凹進(jìn)構(gòu)成，而且在其內(nèi)部具有相對(duì)性，前者提供了③個(gè)通孔（這兩個(gè)動(dòng)排種盤(pán)的3個(gè)通孔間隔120°相對(duì)），另一個(gè)有3個(gè)螺紋孔，用連接螺栓通過(guò)每個(gè)盤(pán)的孔，將對(duì)應(yīng)的③個(gè)動(dòng)排種盤(pán)進(jìn)行整合。在I、II這兩個(gè)盤(pán)的內(nèi)部構(gòu)成了負(fù)壓室，外緣向圓心方向4mm處形成縫隙，用于吸附種子，如圖1-3所示，均勻吸附排布的種子存放于這兩個(gè)盤(pán)的外緣的環(huán)形槽帶之中，它們的位置具有相對(duì)性。

動(dòng)排種盤(pán)Ⅰ通過(guò)螺釘與固定套筒連接，用螺釘將固定套筒安裝在負(fù)壓管軸上，動(dòng)排種盤(pán)Ⅰ內(nèi)孔鑲嵌的密封圈保證了其與負(fù)壓管軸密封良好。將負(fù)壓管軸與固定套筒的連接處穿過(guò)靜排種盤(pán)的中心孔，接著將該裝置的外殼與靜排種盤(pán)通過(guò)螺釘來(lái)實(shí)現(xiàn)連接。將負(fù)壓室中的管軸作為對(duì)象，將其沿著圓周對(duì)其進(jìn)行加工，使之構(gòu)成通孔陣列，這樣就能構(gòu)建負(fù)壓腔，并具有連通性。然后將補(bǔ)充種子的高度控制板，設(shè)置于排種器外殼上部套有彈簧的凸臺(tái)上，充種高度控制板的上下移動(dòng)通過(guò)旋轉(zhuǎn)螺母壓縮彈簧控制，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)種子高度的控制。

用于防止種子流出的擋種塊則需要設(shè)置在動(dòng)排種盤(pán)區(qū)域外殼下端，在外殼凸臺(tái)之上，可以配置落種清堵片；該模塊的另外一端則可以置入I、II這兩個(gè)部件所構(gòu)成的吸種縫隙中，其功能就是對(duì)氣路進(jìn)行隔斷，并實(shí)現(xiàn)清落種子，通過(guò)排種口將種子排出，同時(shí)也清除了縫隙內(nèi)的雜質(zhì)，防止堵塞。其中單行排種裝置的構(gòu)成為I盤(pán)（2個(gè)）進(jìn)行組合，由此構(gòu)成吸種縫隙。

在實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)時(shí)，該排種器可以將原來(lái)單行條播的麥種均勻分布到多行精播的苗帶上，將苗帶擴(kuò)寬，使每行定量的小麥種子在地理空間上均勻分布，實(shí)現(xiàn)小麥精播[4]。

3 工作原理

排種盤(pán)裝置的實(shí)現(xiàn)機(jī)制可以參見(jiàn)圖3，所使用的風(fēng)機(jī)，能夠利用旋轉(zhuǎn)接頭和軟管進(jìn)行對(duì)接，同時(shí)還對(duì)接上負(fù)壓管軸，這樣就能在兩個(gè)動(dòng)排種盤(pán)之間，生成真空負(fù)壓型腔；負(fù)壓管軸加工陣列圓孔沿圓周方向等間距排列，在排種盤(pán)外緣位置真空型腔變窄形成縫隙，縫隙外加工成橫截面為各種形狀的環(huán)形槽帶，用于排列存放被吸附的種子，于是該裝置外緣氣壓與風(fēng)機(jī)之間就會(huì)構(gòu)成氣流運(yùn)行線路，在氣流朝著內(nèi)部流動(dòng)過(guò)程中，其縫隙區(qū)域氣流的運(yùn)行速度會(huì)加快，牢牢吸附小麥種子。在排種盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，由于排種盤(pán)外圓處存在環(huán)形槽帶，于是麥種就會(huì)按照次序完成排列，在構(gòu)成種子帶，并呈現(xiàn)出環(huán)形。

圖3 排種器主要結(jié)構(gòu)及其組裝零件圖

螺釘將3個(gè)動(dòng)排種盤(pán)進(jìn)行連接，使之構(gòu)成整體，其中I盤(pán)基于固定套連接負(fù)壓管軸，后者外端與鏈輪進(jìn)行固接，通過(guò)鏈條實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞。在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，當(dāng)種盒中的麥種在運(yùn)動(dòng)到非穩(wěn)定區(qū)之后，就會(huì)在負(fù)壓作用下，使之吸附到環(huán)形槽帶，再運(yùn)轉(zhuǎn)到穩(wěn)定區(qū)之后，就會(huì)進(jìn)入到落種區(qū)域。此時(shí)在落種清堵片作用下，會(huì)將落種區(qū)氣路進(jìn)行切斷，這樣麥種就會(huì)在其自重的作用下，進(jìn)入到導(dǎo)種管。

該清堵片中的其中某端與排種器外殼凸臺(tái)進(jìn)行固定，剩余一端則在I、II盤(pán)吸種縫隙中進(jìn)行插入，其目的就是完成清落種子，同時(shí)還將其中的雜質(zhì)進(jìn)行去除，預(yù)防縫隙長(zhǎng)期工作后堵塞的情況。在圖4-1中，給出了這種落種清堵片的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況，它的前端插入吸種縫隙，提早切斷氣路或減少氣流的吸力，使麥種靠重力落下，而不是由落種清堵片將麥種撥落。該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)避免了機(jī)械落種對(duì)麥種的傷害，從而保證了麥種從充種到投種整個(gè)過(guò)程都是在氣流吸附力的作用下運(yùn)動(dòng)的，與傳統(tǒng)機(jī)械式排種器相比，其傷種率大幅降低。

圖4-1 排種裝置整體構(gòu)成

圖4-2 清堵片整體構(gòu)成情況

4 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）排種器采用真空負(fù)壓原理，在滿(mǎn)足小麥精播技術(shù)的農(nóng)藝要求下，不會(huì)對(duì)種子產(chǎn)生傷害，還能節(jié)約種子，并能對(duì)作業(yè)速度、排種頻率進(jìn)行控制。

（2）排種裝置的結(jié)構(gòu)主要為環(huán)形吸縫，通用性好，對(duì)種子尺寸要求不嚴(yán)，可以支持多器共軸，從而使得這種排種器能夠?qū)π←湻N子進(jìn)行多行播種，同時(shí)還能具有均勻性。

（3）改變傳統(tǒng)地輪帶式動(dòng)排種裝置實(shí)現(xiàn)的播種模式，創(chuàng)新地引入了電機(jī)動(dòng)力裝置，不僅為播種提供動(dòng)力，同時(shí)還運(yùn)用數(shù)控播種控制器控制排種量的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)精量播種。

（4）種箱采用分離式結(jié)構(gòu)，調(diào)整方便，可解決漏種，并減少排種器與種箱的摩擦，種箱上安裝光電傳感裝置，可以提醒無(wú)種和種少的情況。

5 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目源于河北農(nóng)業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目，主要針對(duì)小麥精量播種技術(shù)及裝備開(kāi)展研究。最后借助于真空負(fù)壓機(jī)制，完成精量排種器設(shè)計(jì)，這樣就能在播種上實(shí)現(xiàn)一器兩行，對(duì)過(guò)去的條播模式進(jìn)行了改變，同時(shí)還將過(guò)去基于某個(gè)寬度之下進(jìn)行的密集式播種，轉(zhuǎn)換成一條線式播種，明顯提升了精播效果。