小籽粒蔬菜种子精密排种器试验研究

刘晓东，王东伟，何晓宁，万恩超，张亚栋，刘建强，李英春

(青岛农业大学 机电工程学院，山东 青岛 266109)

0 引言

播种是种植业最重要的生产环节之一，播种机械是农业机械的重要组成部分。蔬菜是我国重要的经济作物，也是人们日常生活中的重要消耗品，我国蔬菜的种植面积及产量均居世界第一。随着温室大棚的建设，蔬菜的种植不再受到时间、地域、温度差异的影响，面积不断扩大，品质不断得到提升，蔬菜已经成为我国第二大重要的农产品。种植规模的扩大需要相关产业的发展紧跟其步伐，这对蔬菜精密播种机械，尤其是精密播种机的核心部件排种器提出了新的挑战。

播种质量的优劣直接影响到农业生产成本、农作物产量和收益的高低。精密播种可以保证种子在田间最合理分布，播种量精确，株距均匀，播深一致，为种子的生长发育创造最佳条件；同时，可以大量节省种子，减少田间间苗用工，保证作物稳产高产。因此，现代农业对精密播种机械的要求越来越迫切。目前，针对机械式精密播种机械的研究较少，主要是气力式精密播种机，但农户购置成本及加工复杂程度都对气力式播种机的推广带来了极大的阻碍。虽然机械式的优势不言而喻，但无法保证播种精度为其推广带来了弊病。为此，针对机械式播种精度差的问题，设计了一种沉孔轮式排种器，致力于机械式播种机播种精度的改善。

1 技术要求

1)适应直径为0.8～4mm种子，能根据不同籽粒的大小进行沉孔轮的更换调节。沉孔轮应进行防静电处理，采用防静电材质避免由于摩擦产生的静电造成的种子吸附在孔内无法下种，使切沉孔轮不能挤种、卡种。

2)排种器应用于小型轻便型小籽粒播种机，操作简单、结构轻简牢固，不能因动力的传输造成整机的剧烈震动与晃动，各传动部件布置应合理，保证动力的直接传递，减少动力的损耗。

3)与机器配套时要落种精确，重播、漏播率控制在1%以下。对落种进行合理的控制，防止种子不能落在种沟的有效区域，影响后期的出苗率。

4)有些蔬菜播种时采用单粒精播，这就对种子的质量提出了严格的要求。为了保证出苗率，在播种前应合理选育种子。

2 结构及原理

排种装置作为自走式小籽粒蔬菜种子精密播种机的核心装置，能够满足不同直径种子，便于调整不同行、株距播种要求。沉孔排种轮采用防静电材料，避免普通沉孔轮转动与毛刷摩擦产生静电会将种子吸附住，影响落种，造成漏播、多播，直接影响播种质量。因此，设计的小籽粒蔬菜种子精密播种机用排种器应能够满足白菜到绿豆等不同直径种子的播种要求，且便于更换不同种窝的排种轮，结构如图1所示。

安装方式与工作原理：该装置通过串孔固定在机架上，地轮轴带动主动链轮转动，主动链轮驱动防静电沉孔轮转动；在沉孔轮上有根据不同的种子直径要求打好的种窝，沉孔轮转动时种子落入沉孔轮中的种窝，随着沉孔轮的转动落入落种斗，进而落到由开沟器开好的种沟中，再经覆土板将种沟进行覆盖。

1.开沟器 2.串孔 3.链条 4.主动链轮 5.从动链轮 6.种箱 7.毛刷 8.沉孔轮 9.定位卡 10.底座 11.串孔 12.覆土板图1 排种器结构图Fig.1 Structure diagram of seed metering device

3 试验研究

3.1 试验条件

本次排种器试验将在青岛农业大学JPS-12排种器性能检测试验台(见图2)上完成，通过图形采集处理系统对落在种床带上的种子进行检测，在计算机上显示种子的各种排种性能指标。

3.2 试验方法

试验时，种子选用胡萝卜种子，排种装置将胡萝卜种子播在涂有油层的种床带上，由试验台的图形采集处理系统将落在种床带的种子进行实时摄录并处理，最后得到种子的粒距，检测排种器播种均匀性能的各项指标。

图2 排种性能试验台

3.3 试验设计

播种机在田间作业时，排种器排种性能的好坏受多因素影响，但由于试验条件有限，为了减少试验次数，本试验选取对排种性能影响最主要的因素沉孔轮转速、刷种间隙、种窝直径进行试验。试验采用响应面分析法，以沉孔轮转速、刷种间隙、种窝直径为试验因素，以漏播率y1、重播率y2为试验指标，进行三因素二次回归正交旋转组合设计，如表1所示。

表1 试验因素水平表

3.4 试验结果与分析

3.4.1 试验结果

根据响应面分析软件试验方案得到的试验结果如表2所示。其中，x1为沉孔轮转速，x2为刷种间隙，x3为种窝直径，y1为漏播率，y2为重播率。

表2 试验方案与试验结果

续表2

3.4.2 试验结果分析

1)漏播率响应面模型回归系数和显著性检验，回归系数及显著性检验如表3所示。

表3 回归系数及显著性检验

从表2可以看出:x2、x2、x1x2、x1x3、x2x3、x32的P值均大于0.05，交互作用不显著；响应面回归模型F检验非常显著；负相关系数R2=0.960 6，大于0.95，说明该模型能解释96.06%的响应值变化，模型具有较好的回归性。Adeq Precision衡量了信噪比的信号，该值大于4才可以用于模拟，本试验信噪比为13.233，说明模型具有足够的信号来响应该设计。

剔除不显著项，可得漏播率回归方程为

将任一因素固定在0水平，用Design-Expert响应面分析软件得出其余两因素对漏播率影响的响应曲面如图3所示。

图3 漏播率响应曲面

由图3可以看出：刷种间隙为2mm时，沉孔轮转速越小，漏播率越小；种窝直径为0.7mm时，沉孔轮转速越小，漏播率越低；种窝直径为0.7mm、刷种间隙为2mm时，漏播率最低。

2)重播率响应面模型回归系数和显著性检验，回归系数及显著性检验如表4所示。

表4 回归系数及显著性检验

响应面回归模型F检验非常显著；本试验信噪比为6.677，说明模型具有足够的信号来响应该设计。剔除不显著项，可得到纵轴流摘果装置的破碎重播率回归方程为

y2=2.49+0.21x2+0.29x3

将任一因素固定在0水平，得出其余两因素对重播率影响的响应曲面，如图4所示。

图4 重播率响应曲面

由图4可以看出：沉孔轮转速越快，刷种间隙越小，重播率越低；种窝直径越大，沉孔轮转速越大，重播率越低；种窝直径越小，刷种间隙越小，重播率越低。

设定漏播率为最小值、重播率为最小值，得到排种装置的最优参数组合为：沉孔轮转速15r/min，刷种间隙0mm，种窝直径0.66mm。此时，理论漏播率为0.99%，重播率为2.28%。

4 结论

1)设计的自走式小籽粒蔬菜种子精密排种器，使用沉孔轮排种器实现精密播种。实验表明，播种质量完全满足农艺要求。

2)该排种器不仅能够满足不同机器的作业要求，便于安装和调试，同时能够适应不同直径种子的播种要求。