花生播种机内侧充种式排种器设计与试验

凌 轩，王旭东

(仲恺农业工程学院机电工程学院，广州 510225)

花生播种机内侧充种式排种器设计与试验

凌 轩，王旭东※

(仲恺农业工程学院机电工程学院，广州 510225)

花生播种机核心部件排种器是影响花生播种质量的关键，在很大程度上决定花生的产量。针对播种过程中空穴、漏播率较高的不足，通过分析花生排种器的排种过程，研究设计了内侧充种垂直圆盘排种器。基于课题组自主研发的排种器试验台进行了排种性能、护种板排种器及伤种试验。通过优化排种器结构参数，提升了排种器的排种性能。

花生 播种 垂直圆盘排种器 内充式

0 前言

花生是我国的四大油料作物之一，既是重要的经济作物也是营养价值很高的蛋白植物，在世界农业生产中占有重要地位[1-2]。我国花生种植面积占世界花生种植总面积的20%以上，仅次于印度，产量居世界首位，占世界总产量的35%以上。目前，除了西藏自治区之外，我国其他各个省区都有花生种植，尤以山东、河南、广东等省区更为集中[3-4]。随着农业科技的发展，花生向良种化、机械化和区域化种植方向发展。此外，我国花生产区基本上属于高产区，是世界平均产量的2～3倍，处于世界前列。因此，目前花生已成为我国最具国际竞争力的优质油料作物和农业结构调整与产业重点扶持的重要内容[5]。但花生播种机械化还处在较低水平，尤其是广东花生产区的机械化播种比例更低，长期以来，花生的播种大都是靠人工完成的，成为制约广东农业机械化全面发展的一个重要方面。

播种和收获是花生生产过程中最为耗时耗工的环节，现阶段的突出问题是花生播种机械品种少、性能和质量还不能完全满足要求。播种作为花生生产重要环节之一，现阶段特别缺少对花生产区具有普遍适应性的播种机械。目前我国花生播种机械化水平无论是同其他主要粮食作物比，还是同世界发达国家比，均处于较低水平。所以大力发展适用、高水平的花生播种机械就变得越来越迫切。

播种质量在很大程度上决定花生的产量[6-7]，而作为播种机核心部件的排种器是主导花生播种机播种质量的关键。目前花生排种器普遍采用内充式垂直圆盘排种器，该排种器创造性地运用了内侧充种的新型充种原理。内充式垂直圆盘排种器，具有良好的充种性能，投种均匀，清种定量准确，并能适应常速和高速运作。国内外许多专家对内充式垂直圆盘排种器排种器进行了大量的研究，并取得了一些有意义成果[8]。但实际应用中，当花生种子大小尺寸差异较大时，播种的空穴、漏播率较高。其次花生种子在排种过程中，由于护种板过长和型孔结构不够完善，使得在排种的过程中种子受到较大的摩

擦，从而造成种子损伤，影响出芽率，不能达到农民的播种要求。本文针对上述问题，研究一种内侧充种垂直圆盘排种器，并对其关键部件技术参数进行试验研究。

1 排种器结构设计

1.1 排种器结构与工作原理

内充式垂直圆盘排种器主要由排种轮、排种器轴、排种器壳体、径向护种板、进种口等组成，单个排种盘结构简图如图1所示。该排种器使用了复式型孔内侧充种的原理，有良好的充种性能，清种定量准确，投种均匀，能适应常速和高速作业。

排种盘在排种器内腔，并在地轮的带动下转动，每转一圈完成一个排种周期，工作过程如图2所示。排种器的排种过程分为充种、清种、护种和投种四个阶段。种子从进种口进入排种器内腔，随着排种轮的转动，排种器内腔中的种子在离心力和重力的作用下，先进入排种盘上的复式型孔的外孔中，并逐渐进入到复式型孔的内孔中。复式型孔内孔中的种子在护种板的保护下进入投种区，在重力和离心力的作用下完成投种。

1.2 排种轮设计

排种轮是圆盘碟式排种器核心部件，确定合理的排种轮结构参数是保证播种质量的重要条件。首先，要保证持种空间的大小，持种空间过小，种子难以进入排种轮，造成漏播；持种空间过大，多粒种子进入分种匙，造成重播。其次，保证适当的隔板倾斜角度，倾斜角度过大，加大了分种匙对种子的把持作用，影响清种造成重播；倾斜角度过小，降低了排种轮对种子的把持作用，种子未到隔板上部的开口就落回充种区造成漏播。因此，应该根据种子尺寸及种子在持种空间中的排布设计持种空间。

种窝每次取种个数与种窝参数和种子大小有直接关系，其主要参数为种窝的宽度W和有效长度S及种窝的深度h，其中种子厚度与长度比应符合农业机械设计手册规定的厚长比大于0.55的要求。通过倾斜圆盘式排种器充种试验可知，优选排种轮的种窝尺寸，可提高种子的单穴单粒率，由此可以确定排种轮单排型孔总长L，种窝长S、宽W、深h的尺寸。

图2 排种器工作原理

图3 排种轮结构

1.3 护种挡板结构创新设计

现在多数的花生排种器都是定值排种，即只能排一定宽度范围的花生种子。由于排种型孔尺寸为固定值，不能随着花生种子大小的变化而变化，当遇到花生种子尺寸较小时，就会造成多粒排种，从而造成排种的不均匀性，而且会造成浪费。现在多数排种器厂家为解决以上问题，生产了多种不同复式型孔型号的排种盘，当遇到不同宽度范围的种子时，可以选择不同型号的排种盘。但是生产较多不同型号的排种盘会造成浪费，加大生产成本。

针对以上问题，设计了一种新型调整挡板结构，该结构固定在排种盘的护种板的左右极限位置，可以通过松开护种板紧固螺栓调整，如图4所示，以适应一定宽度范围的花生种子。

图4 可调护种板

3 花生排种器性能试验

3.1 试验材料

试验用花生种子选取广州市周边地区优良花生品种，最具代表性的花生粤油花生，其具有优质、高产、兼抗、专用等多方面优良特性。并从20 kg种子中随即抽取2 000粒，混合均匀后分成每组100粒，并测量抽取的种子质量及特征。

在实验室对试验种子称重，每100粒称一次，共称到2 000粒。结果如表1所示。1 000粒的平均单粒质量为0.689 g，2 000粒的平均单粒质量0.682 g。在实验室测量花生种子三个互相垂直方向的直径a，b，c，测量样本 122个，其平均值分别为9.86，8.93，14.78，测量结果表明选择的花生种子符合农业机械设计手册规定的厚长比大于0.55的要求。

表1 试验用种子千粒重

3.2 试验方法及评价方法

排种器转速是影响排种器充种和清种效果的重要因素之一，影响排种器充种、清种效果。而排种器型孔是重要的结构参数，对种子的运动状态、运动轨迹等产生影响。根据花生播种质量的要求，本文以单穴单粒率、空穴率、挤破率作为试验指标。

其中：

图5 排种器试验台

3.3 实验装置及试验结果

为对内侧充种垂直圆盘排种器进行排种试验，课题组自己研发了排种器试验台，如图5所示。排

种器的转速由交流伺服电机提供，通过变频器调节交流电机转速实现排种器转速的改变。

3.3.1 排种性能试验

对内侧充种垂直圆盘排种器（单排型孔）进行排种试验，以了解排种器结构参数对排种性能的影响。

试验表明，采用单排型孔、当种窝长度由12 mm减少到8 mm时，单穴单粒率可从原来的58%增加到79%。由此确定本文设计的排种轮单排型孔总长L、种窝长S、宽W、深h分别为47 mm，8 mm，14 mm和12 mm。

3.3.2 护种板排种器试验

本试验分别测量了选用短护种板和长护种板时不同转速对排种产生空穴率、单穴单粒率及单穴双粒率的影响。测试条件选用单排型孔排种器，种窝长S、宽W、深h分别为8 mm，14 mm和12 mm。

选用短护种板，在右极限位置。分别以16 r/min，20 r/min和25 r/min进行试验，测定排种器空穴率、单穴单粒率、单穴两粒率，整理的试验结果如表2所示。试验结果表明，空穴率随着排种器转速增加，单穴单粒率先降后增，单穴双粒率先增后降，在20 r/min时性能最优。

选用长护种板，在右极限位置。分别以25 r/min，35 r/min和45 r/min进行试验，测定排种器空穴率、单穴单粒率、单穴两粒率，试验结果如表2所示。当转速增加时，空穴率会升高，单穴单粒率则逐步下降，在25 r/min时性能最优。从试验结果可以看出，选用长护种板比选用短护种板能获得更好的播种性能。

3.3.3 伤种试验

排种器工作时，由于挡种板的结构原因，在清种区，种子可能落到排种轮与挡种板之间，当排种轮转过时，将种子挤伤甚至挤碎。试验结果表明，同一批种子（1 550 g）经过10次反复排种试验，被挤伤挤破的近50 g，而排种轮转速及直径对于挤伤挤破率没有太大影响。

表2 短护种板排种器试验结果

表3 长护种板排种器试验结果

4 结论

1）花生排种器结构参数是影响播种机排种性能的关键。当减少种窝长度时，可提高播种的单穴单粒率。

2）影响播种漏播率(空穴率)和单穴单粒率及单穴双粒率的因素很多，主要有排种器转速、排种器结构、护种板尺寸位置等。本文通过试验优化了排种器参数。

3）排种器工作时，由于挡种板结构原因，会将种子挤伤甚至挤碎，但排种轮转速及直径对于挤伤挤破率没有太大影响。

[1]赵荣东.发展花生收获机械迫在眉睫[J].农业机械，2004，9（4）:4-5.

[2]汪懋华.中国农业机械化发展战略研究[M].北京：中国农业出版社，2008：126-131.

[3]汤松，禹山林，廖伯寿，等.我国花生产业现状、存在问题及发展对策[J].花生学报，2010，39（3）：35-38.

[4]单世华，万书波，邱庆树，等.我国花生种质资源品质性状评[J].山东农业科学,2007,（6）：40-42.

[5]尚书旗，王方艳，刘曙光，等.花生收获机械的研究现状与发展趋势[J].农业工程学报，2004，20（1）：20-25.

[6]李国林，宋炜，毛俐，等.国内外几种主要排

种器的特点[J].农业科技与装备，2011（3）：70-73.

[7]何波，李成华，张家峰. 倾斜圆盘勺式精密排种器充种过程的种子运动分析[J].沈阳农业大学学报，2009，40（2）：234-236.

[8]冯晓静，刘俊峰，杨欣，等.排种器排种均匀性分析研究[J].河北农业大学学报，2003，26（1）：93-96.

Design and Experiment on Metering Device of Internal Filling for Peanut Seeder

Ling Xuan,Wang Xudong※
(College of Mechanical&Electrical Engineering,Zhongkai University of Agriculture and Engineering, Guangzhou 510225,China)

Peanut seed-metering device is the key tool for the peanut sowing harvester and its quality is directly related to the production of peanuts.Aiming at the shortcomings of high percentage of cavity and percentage of miss-seeding,a new vertical disc metering device of internal filling firstly was studied according to the analysis of performance of the metering device.Then based on the indigenous metering device test bench, the tests for metering device performance were carried out.The experimental results show that the better metering performance can be obtained on condition of optimum metering device parameters.

peanut;sowing;metering device with vertical disc;internal filling

广东省农业机械化科研课题、广东省科技计划项目（2012B020313005）资助。

凌轩（1974-），男，广西南宁人，博士。(E-mail)mysoar@163.com。

※通讯作者：王旭东（1969-），男，甘肃陇西人，教授，研究生导师。