周宴雨　毛欣　于春濤　王銘婭　邱玉博　王博

摘 要：近年來，黑龍江省雜糧的種植量越來越大。為了滿足紅小豆精密播種的機械化要求，本研究設計一款紅小豆專用氣吸式精密排種器。其間對排種器的主要結構和工作原理進行介紹，用3D打印技術加工排種器，并在播種試驗臺進行試驗。研究人員選擇排種盤孔徑、轉軸的轉動速度和氣室的真空度作為主要參數(shù)，進行三因素三水平的正交試驗，確定較優(yōu)的參數(shù)組合，并進行驗證試驗。試驗結果表明，當其他參數(shù)固定時，排種盤孔徑為3.80 mm，真空度為6.00 kPa，轉軸轉速為4.50 mm/s，從性能指標來看，播種合格率為99.76%，重播率為0%，漏播率為0.24%，滿足播種精度要求。

關鍵詞：紅小豆;氣吸式;精播;試驗

中圖分類號：S223.2 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）06-0050-03

Experimental Research on the Air Suction Precision Seeding

Device for Red Beans

ZHOU Yanyu MAO Xin YU Chuntao WANG Mingya QIU Yubo WANG Bo

（Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing Heilongjiang 163319）

Abstract： In recent years， the growing amount of miscellaneous grains in Heilongjiang province is increasing. In order to meet the mechanization requirements of precision seeding of red beans， this research designed a special suction type precision seed metering device for red beans. In the meantime， the main structure and working principle of the seed metering device were introduced， the seed metering device was processed with 3D printing technology and tested on the seeding test bench. The researchers selected the diameter of the seeding disc， the rotation speed of the rotating shaft and the vacuum of the air chamber as the main parameters， carried out a three-factor and three-level orthogonal test， determined the optimal parameter combination， and carried out a verification test. The test results show that when other parameters were fixed， the diameter of the seeding disc is 3.80 mm， the vacuum degree is 6.00 kPa， and the rotating shaft speed is 4.50 mm/s， from the performance index， the seeding pass rate is 99.76%， the replay rate is 0%， and the missed seeding rate is 0.24%， which met the requirements of seeding accuracy.

Keywords： red bean;gas suction;refined sowing;test

紅小豆是多用途的豆科植物，其投資少、見效快，經(jīng)濟效益是大宗糧食的2～5倍。紅小豆忌重、迎茬，一般以間隔2～3年輪種1～2年為好。紅小豆的種植機械多數(shù)是由其他播種機械改裝的，或是采用人工播種，保證不了播種質(zhì)量，經(jīng)常出現(xiàn)播深不一致、密度不均勻等現(xiàn)象。因此，研制紅小豆專用播種機是實現(xiàn)紅小豆生產(chǎn)全程機械化的重要保障之一。播種機的核心部件是排種器，排種器的適應性越強、性能越穩(wěn)定可靠、精密度越高，越能很好地適應高速作業(yè)，播種器在工作時就越能滿足播種需要。氣吸式排種器對種子的幾何尺寸要求不嚴，易實現(xiàn)單粒點播，通用性好，它還具有作業(yè)速度高、籽粒分布均勻以及出苗整齊等優(yōu)點。氣力式排種器能較好地適應種子形狀變化，柔性好，對種子的機械損傷作用小。

很多學者對排種器進行了研究并取得一定成果。高富強對氣吸式排種器排種性能的影響因素進行了試驗研究，得出排種盤轉速與氣室真空度大小對排種性能有很大的影響[1]。趙立軍等人就氣吸式排種器的通用性進行了研究，對玉米和大豆兩種作物進行了設計論證[2]。楊薇等人為滿足玉米育種試驗的播種需要，設計了一種種腔自凈型氣吸式精量排種器，該排種器的吸種腔與清種腔相互獨立，排種與清種過程互不干擾，自凈率達100%[3]。顏丙新提出了氣吸式排種器重力輔助充種新方法，設計了排種器的充種區(qū)域方案[4]。氣吸式排種器能夠較好地實現(xiàn)播種需要，高精度和低破損率能使種子成本降低，讓種子數(shù)量得到高效使用[5]。

本研究設計了一種紅小豆專用氣吸式精密排種器，可實現(xiàn)單粒精密播種，為紅小豆播種機的研發(fā)提供參考。

1 紅小豆氣吸式精密排種器概述

1.1 排種器的主要結構

紅小豆氣吸式精密排種器主要由排種盤、清種爪、氣室殼體、密封墊圈和排種器殼體等結構組成，其排種器爆炸圖如圖1所示。

注：1.排種器殼體;2.軸承;3.排種器轉軸;4.固盤結構;5.排種盤;6.密封墊圈;7.氣室殼體;8.壓板;9.清種爪;10.隔板。

1.2 排種裝置的工作原理

紅小豆種子由播種機的種箱進入排種器的內(nèi)部，種子在排種器內(nèi)依次經(jīng)過充種區(qū)、清種區(qū)、送種區(qū)和投種區(qū)，在充種區(qū)、清種區(qū)和送種區(qū)皆受到氣室給予的負壓作用。清種區(qū)和送種區(qū)一起完成種子的運輸作用，此外，清種區(qū)還擔任著清除排種盤的吸種孔上吸附的多余種子的作用。當種子到達投種區(qū)，無氣室的負壓作用時，吸附在排種盤吸種孔上的種子會在重力的作用下自行脫落，即完成排種。

2 試驗研究

2.1 試驗材料與方法

本研究以珍珠紅品種的紅小豆為試驗材料，試驗在黑龍江八一農(nóng)墾大學農(nóng)機實驗室播種試驗臺（見圖2）上進行，每個試驗重復三次，取平均值。試驗參照《單粒（精密）播種機試驗方法》（GB/T 6973—2005），性能指標如下。

2.1.1 合格指數(shù)。合格指數(shù)是指合格數(shù)與區(qū)間數(shù)的百分比，其計算公式為：

[A=n1N×100%]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中，[A]為合格指數(shù)，%;[n1]為合格數(shù);[N]為區(qū)間數(shù)。

2.1.2 重播指數(shù)。重播指數(shù)是指重播數(shù)與區(qū)間數(shù)的百分比，其計算公式為：

[D=n2N×100%]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

式中，[D]為重播指數(shù)，%;[n2]為重播數(shù)。

2.1.3 漏播指數(shù)。漏播指數(shù)是指漏播數(shù)與區(qū)間數(shù)的百分比，其計算公式為：

[M=n0N×100%]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

式中，[M]為漏播指數(shù)，%;[n0]為漏播數(shù)。

2.2 單因素試驗研究

結合以往研究可知，影響播種性能的主要參數(shù)為吸種孔的直徑、氣室負壓和排種器轉速。

2.2.1 吸種孔直徑對排種性能指標的影響。當負壓為6.00 kPa，轉軸速度為30 r/min時，吸種孔直徑的變化對排種性能的影響如圖3所示。

由圖3可知，當吸種孔直徑增大時，合格指數(shù)逐漸增大，重播指數(shù)為0，漏播指數(shù)逐漸減小。當吸種孔直徑為3.80 mm時，合格指數(shù)為99.58%，漏播指數(shù)為0.43%。

2.2.2 氣室負壓對排種性能指標的影響。當吸種孔直徑為2.90 mm，轉軸速度為30 r/min時，氣室負壓的變化對排種性能的影響如圖4所示。

由圖4可知，當氣室負壓增大時，合格指數(shù)逐漸增大，重播指數(shù)為0，漏播指數(shù)逐漸減少。當氣室負壓為10.00 kPa時，合格指數(shù)為99.28%，漏播指數(shù)為0.72%。

2.2.3 轉軸的轉速對排種性能指標的影響。當吸種孔直徑為2.90 mm，真空度為6.00 kPa時，轉軸轉速的變化對排種性能的影響如圖5所示。

由圖5可知，當轉軸的轉速增大時，合格指數(shù)逐漸減小，重播指數(shù)為0，漏播指數(shù)逐漸增大。當轉軸轉速為10 r/min時，合格指數(shù)為99.41%，漏播指數(shù)為0.59%。

2.3 多因素試驗研究

2.3.1 多因素試驗方案及數(shù)據(jù)結果。本研究選定正交試驗的三因素，即吸種孔直徑、氣室負壓和排種器轉軸的轉速，然后設計正交試驗因素水平表，如表1所示。

根據(jù)單因素試驗結果，正交試驗的性能指標選擇合格指數(shù)。本研究采用[L9（34）]的正交試驗，試驗方案和結果如表2所示。

2.3.2 試驗數(shù)據(jù)分析。本研究用SPSS軟件對試驗數(shù)據(jù)的性能指標進行分析，通過主體間效應檢驗分析可知，對紅小豆氣吸式精密排種器排種性能產(chǎn)生影響的主次因素順序為：C（轉軸轉速）>A（吸種孔直徑）>B（氣室負壓）。經(jīng)確定，較優(yōu)組合為A3B1C2，即當吸種孔直徑為3.80 mm，氣室負壓為6.00 kPa，轉軸轉速為20 r/min時，排種器可達到較優(yōu)的工作效果。

2.3.3 驗證試驗。下面對正交試驗分析得出的較優(yōu)組合進行試驗驗證，試驗重復三次，取平均值。試驗結果表明，合格指數(shù)為99.76%，重播指數(shù)為0%，漏播指數(shù)為0.24%，經(jīng)驗證，試驗結果滿足精度要求。

3 結論

通過開展正交試驗，研究人員發(fā)現(xiàn)，對紅小豆氣吸式精密排種器排種性能產(chǎn)生影響的因素主次順序為：轉軸轉速>吸種孔直徑>氣室負壓。當吸種孔直徑為3.80 mm，氣室負壓為6.00 kPa，轉軸轉速為20 r/min時，研究人員發(fā)現(xiàn)了較優(yōu)組合。試驗結果為合格指數(shù)99.76%、重播指數(shù)0%、漏播指數(shù)0.24%，經(jīng)驗證，其滿足播種的精度要求。

參考文獻：

[1]高富強. 氣吸式排種器排種性能影響因素的分析與試驗研究[J].農(nóng)機化研究，2016（9）：191-195.

[2]趙立軍，顏珊珊，王宇杰，等.氣吸式單、雙排精密通用排種器的設計與試驗[J].農(nóng)機化研究，2018（7）：136-140.

[3]楊薇，方憲法，李建東，等.種腔自凈型氣吸式玉米小區(qū)精量排種器設計與試驗[J].機械農(nóng)業(yè)學報，2019（6）：64-73.

[4]顏丙新.盤室同步氣吸式精量排種器設計研究[D].北 京：中國農(nóng)業(yè)大學，2018：23-24.

[5]張雷雨，毛欣. 新型窩眼輪式玉米排種裝置的設計與試驗研究[J].中國農(nóng)機化學報，2017（6）：22-24.