孫霖生，胡 軍，宋 江，劉昶希，李寧飛

(1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163319；2.黑龍江省保護性耕作工程技術(shù)研究中心，黑龍江 大慶 163319)

0 序言

平貝母，又名坪貝、貝母、平貝，屬于百合科植物，性苦味甘，具有清熱潤肺，化痰止咳的功效[1-3]。平貝母是我國特有的一種名貴藥用植物[4]，在黑龍江省得到廣泛栽培。隨著中草藥市場的不斷擴大，自黨的十八大以來，國家將中草藥的發(fā)展作為經(jīng)濟社會發(fā)展的重要舉措，并頒布了《中草藥發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃綱要(2016—2030年)》《中醫(yī)藥法》《全國道地藥材生產(chǎn)基地建設(shè)規(guī)劃(2018—2025年)》等相關(guān)政策，進一步為我國中草藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展指明了方向。隨著中藥材種植產(chǎn)業(yè)和市場的不段擴大，越來越多種植戶不斷引入中藥材的種植。但是平貝母種子大小形狀各不相同，每個類型的特異性也不同，導(dǎo)致平貝母的種植過程仍是以人工為主，機械化程度很低。因此，結(jié)合平貝母栽培全程機械化的實際問題，研究適合平貝母栽培的配套機械對發(fā)展黑龍江省平貝母栽培的機械化、推動黑龍江省農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、提高農(nóng)民收入具有非常重要的現(xiàn)實意義。

1 整機結(jié)構(gòu)與工作原理

在滿足栽培農(nóng)藝要求的前提下，設(shè)計一種平貝母播種機。其機械化栽培需要滿足以下要求：1)工作地面需要松軟平坦，便于播種作業(yè)的推進；2)選擇1 200 mm寬的畦[5]，便于整機前進；3)畦床間距選擇400 mm[6]，可以避免地輪對畦床的損傷，有效降低傷種現(xiàn)象。

1.1 整機結(jié)構(gòu)

平貝母播種機整體結(jié)構(gòu)主要是由推土鏟、排種帶、種箱、護種板、振動電機、鎮(zhèn)壓輥、地輪、傳動機構(gòu)、調(diào)速電機和機架等部件構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.調(diào)速電機；2.振動電機；3.種箱；4護種板；5.機架；6.推土鏟；7.地輪；8.傳動軸；9.排種帶；10.傳動機構(gòu)；11.鎮(zhèn)壓輥

1.2 工作原理

根據(jù)平貝母的種植農(nóng)藝技術(shù)要求，平貝母為小規(guī)模種植，每塊畦床面積為667 m2，為了便于操作使用調(diào)速電機為整機提供主要輸出動力，通過調(diào)節(jié)調(diào)速電機轉(zhuǎn)速控制排種帶轉(zhuǎn)速，通過更換鏈輪齒數(shù)改變傳動比從而改變整機的前進速度；推土鏟是斜角型，負責(zé)清理地塊雜質(zhì)，使作業(yè)地面保持平坦；種箱斜邊配合振動電機促使種子順利下滑，通過種箱底部三角板引導(dǎo)進入排種通道，種箱底部四周毛刷可以防止種子在排種區(qū)亂動，同時刮去多余種子并輔助種子進入型孔；種子隨著排種帶前進到護種板直至種子到達末端在自重力作用下落到土地中；最后由鎮(zhèn)壓輥將種子壓入土地，完成整個播種過程。

2 播種機作業(yè)性能的試驗研究

本次排播種試驗的處理和評價依據(jù)農(nóng)機行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T19293—2001《(單粒精密)播種機技術(shù)條件》和國家標(biāo)準(zhǔn)GB6973—2005《單粒(精密)播種機試驗方法》。已知精量播種機的主要性能指標(biāo)有粒距合格率A、重播率D及漏播率M。

各指標(biāo)的計算方法如式(1)

(1)

式中n0—合格數(shù)；

n1—重播數(shù)；

n2—漏播數(shù)；

N—總區(qū)間數(shù)。

評價指標(biāo)如表1。

表1 作業(yè)性能指標(biāo)

2.1 試驗臺設(shè)計與搭建

試驗選擇1.2 m×50 m的畦床地塊，準(zhǔn)備含水率為66.5%的小貝種子5 kg，選擇平穩(wěn)階段通過測量計算株距和行距，記錄下試驗數(shù)據(jù)并進行處理與分析，確定出最佳試驗因素取值。播種機的作業(yè)性能試驗采用單因素試驗法，選取三個因素，固定其中兩個，改變一個因素，并觀察該因素對各個性能指標(biāo)的影響。本文選擇對平貝母播種機最大的三個試驗因素前進速度v、型孔直徑L、投種高度h進行試驗，以播種的合格率A、重播率D和漏播率M為作業(yè)效果指標(biāo)來檢驗排種性能。

2.2 播種機試驗

前進速度、型孔直徑、投種高度是播種機工作性能指標(biāo)的重要影響因素，設(shè)其他參數(shù)不變，分別選取前進速度、型孔直徑、投種高度的六個不同因素水平等級進行性能試驗，三種狀況分別為：當(dāng)L=20 mm，h=80 mm時，選取v=0.36 km·h-1，0.72 km·h-1，1.08 km·h-1，1.44 km·h-1，1.80 km·h-1，2.16 km·h-1；當(dāng)v=1.08 km·h-1，h=80 mm時，選取L=20 mm，22 mm，24 mm，26 mm，28 mm，30 mm；當(dāng)v=1.08 km·h-1，L=22 mm時，選取h=40 mm，60 mm，80 mm，100 mm，120 mm，140 mm，試驗結(jié)束后，對試驗數(shù)據(jù)進行處理分析，根據(jù)GB6973—2005《單粒(精密)播種機試驗方法》的取樣方法，去除試驗開頭和結(jié)尾處的株距，選取播種機平穩(wěn)運行時的一段作為測量范圍，每一組試驗測量連續(xù)的207個粒距，統(tǒng)計其合格率、重播率、漏播率，試驗重復(fù)三次進行，測量結(jié)果求其平均值。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 前進速度對播種機工作性能的影響

前進速度對播種機工作性能進行驗證的試驗結(jié)果如表2。

表2 前進速度對排種性能的影響

由表2可知，在前進速度選擇范圍內(nèi)，播種機的合格率均高于80%，排種性能效果較好。從整個試驗過程來看，合格率隨著前進速度的不斷增大呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。當(dāng)v=1.08 km·h-1時，合格率有最高值為96.17%，重播率和漏播率也出現(xiàn)最低值分別為1.92%、1.91%；在前進速度v=0.36 km·h-1時，此時重播率最高為9.13%；在前進速度v=2.16 km·h-1時，漏播率高達10.26%。

通過數(shù)據(jù)分析得出播種機的前進速度較低時，充種效果較好，原因是整機在低速運轉(zhuǎn)時種子有充足的時間進入型孔，但是造成重播率較高，因此合格率降低。當(dāng)前進速度過快時，整機的轉(zhuǎn)速也處于高速狀態(tài)，種子沒有充足的時間進入型孔，造成漏播率明顯上升，另一方面，投種時種子的初速度會增大，造成株距分布不均勻，導(dǎo)致重播率上升，合格率降低。

綜上所述，播種機的前進速度對合格率、重播率及漏播率三個性能指標(biāo)具有顯著影響，說明前進速度對排種性能影響較大。通過單因素試驗得出v在0.72～1.44 km·h-1區(qū)間內(nèi)合格率相對較高，在v=1.08 km·h-1時合格率最高為96.17%。

3.2 型孔直徑對播種機工作性能的影響

型孔直徑對播種機工作性能進行驗證的試驗結(jié)果如表3。

表3 型孔直徑對排種性能的影響

由表3可知，在型孔直徑選擇范圍內(nèi)，播種機的合格率均高于80%，排種性能良好。從整體分析隨著型孔直徑的不斷上升，合格率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在L=24 mm時合格率最高為94.04%；當(dāng)L=30 mm時，合格率偏低為86.75%，此時的重播率最高值為10.79%；當(dāng)L=18 mm時，合格率最低為83.46%，此時的漏播率最高為14.57%，重播率偏低為1.97%。

通過數(shù)據(jù)分析得出播種機的型孔直徑較小，種子在充種過程中進入型孔比較困難，造成漏播現(xiàn)象明顯；型孔直徑較大時，由于型孔直徑的增大，種子容易進入型孔，也會造成多個種子進入型孔，造成重播的現(xiàn)象。

綜上所述，播種機的型孔直徑對合格率、重播率及漏播率三個性能指標(biāo)具有顯著影響，說明型孔直徑對排種性能影響較大。通過單因素試驗得出L在20～24 mm區(qū)間內(nèi)合格率均在90%以上，播種機的作業(yè)指標(biāo)較好，工作性能穩(wěn)定。

3.3 投種高度對播種機工作性能的影響

投種高度對播種機工作性能進行驗證的試驗結(jié)果如表4。

表4 投種高度對排種性能的影響

綜合表4可知，隨著投種高度的不斷升高，合格率呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢。當(dāng)h=80 mm時，合格率最高為92.17%，重播率最低為4%，漏播率最低為4%；當(dāng)h=40 mm時，重播率出現(xiàn)最高值為12.65%；當(dāng)h=140 mm時，合格率最低為77.78%，重播率最高為10.24%，漏播率最高為11.98%。

通過數(shù)據(jù)分析可以得出投種高度越高，種子落地后的離散性越大，從而增大重播率和漏播率，導(dǎo)致合格率降低。從合格率的數(shù)據(jù)中可以看出當(dāng)h在60～100 mm區(qū)間內(nèi)，合格率先上升后下降，重播率和漏播率先下降后上升，導(dǎo)致這一情況出現(xiàn)的原因是隨著投種高度的增大，種子落地后自由度增大，填補了漏播的位置。

綜上所述，播種機的投種高度對合格率、重播率以及漏播率三個性能指標(biāo)具有顯著影響，說明投種高度對排種性能影響較大。

4 結(jié)論

本文對平貝母播種機整機的結(jié)構(gòu)及工作原理進行了闡述，為驗證整機的合理性對其進行了試驗，并得出以下結(jié)論：

1)播種機的前進速度、型孔直徑和投種高度對合格率、重播率及漏播率三個性能指標(biāo)都具有顯著影響；

2)當(dāng)v=0.72 km·h-1、L=20 mm、h=90 mm時，播種作業(yè)的平均合格率為94.13%；

3)在誤差范圍內(nèi)，各指標(biāo)均符合精量播種標(biāo)準(zhǔn)，但是排種裝置作業(yè)容易受到土地平坦程度和自然環(huán)境的影響。