免耕播种机排种器机理及发展趋势

2020-12-14黑龙江省农业机械试验鉴定站东北农业大学工程学院

农机质量与监督 2020年4期

黑龙江省农业机械试验鉴定站东北农业大学工程学院

□ 李晓东李卓 □ 孔阳

保护性耕作是相对于传统铧式犁翻耕的新型耕作技术，改善其带来的土壤干燥疏松和裸露休闲。保护性耕作的基本原理及要求如下：一是减少动土量，即减少机具耕作次数；二是减少对环境的污染，即收获后的秸秆不进行燃烧而是还田；三是减少地表的裸露，通过秸秆覆盖和留有作物根茬提高土壤蓄水能力，保持良好的结构状态。其结果是，减轻水土流失和风蚀作用，提高农田蓄水保墒能力；提高土壤有机质含量，为后续农作物出苗和生长发育创造有利条件。

在保护性耕作技术环节中，免耕播种机是不可或缺的装备。排种器作为其核心部件，工作质量优劣是评价免耕播种机整体性能的重要指标。因此，提高排种器工作效率以及工作质量，关系后续苗齐、苗早、苗全、苗壮，以减少人工补苗或者其他作业，为保护性耕作技术全面推广提供强有力的技术支持。

一、排种器的分类

按播种方式分，排种器可分为穴播排种器和条播排种器。穴播排种器有：型孔轮式，型孔盘式指压式，孔盘式（水平的、竖直的、倾斜的），气力式（气吸式、气吹式和气压式）；条播排种器有：槽轮式（内槽轮以及外槽轮），勺式轮，拔轮式，花盘式，磨盘式，气力式以及离心式等。

按精确控制程度分，即排种器能否在相等时间以及相等距离内形成均匀的种子流和精确控制排种的数量，又可分为精密排种器和非精量排种器。其中，精密排种器主要有气力式和机械式两种，气力式排种器包括气吹式、气吸式和气压式3 种；机械式排种器主要包括勺轮式、指夹式、窝眼轮式、环带孔式。

二、气力式精密排种器性能、结构特点及其研究

1.气吹式排种器

气吹式排种器以西德卡尔•贝克公司的Aeromat—Ⅱ为代表。其中，国内很多研究都以此机型展开的。气吹式排种器利用气嘴吹出的气流清除排种型孔内多余种子，并压附、保持排出单粒种子的排种器。气吹式排种器是在窝眼轮盘式排种器的基础上，利用种子在冲种区的自身重力和气流压差的作用下填充至排种轮盘型孔的内部。冲种的型孔转到清种区域时，风机提供给气嘴的高压气流将型孔上多余的种子吹落，只剩下一粒种子留在型孔中，随排种轮盘转到护种区时气压消失，运动到下方卸种区时种子依靠自身重力以及推种片的作用排种，然后进入种沟内。该排种器主要应用于玉米、大豆等作物的播种。其特点是：对种子的尺寸形状要求相对宽松，充种性能较好，排种过程中的种子损伤率低，并且能够进行高速排种作业速度为8km/h 以上。其缺点是：压力达不到相应要求时，不能够清除多余的种子，进而造成重播；当气压过高时会将种子吹走，容易造成漏播；轮盘的加工精度要求较高加工复杂。主要用于大中型免耕播种机。中国农业大学刘佳等针对玉米气吹式排种器进行研究得出在吹气压强大于2.5kPa条件下，粒距合格指数能达到90%以上，漏播指数在1.2%以下，能够实现精密排种。

2.气吸式排种器

气吸式排种器是以负气压将种子吸附到排种元件的型孔上而进行排种的排种器。主要工作部件是为一个吸孔布满周围的排种圆盘和一个刮种片。其背面为一个真空室，真空室与风机吸风口相连，当风机工作时，真空室内形成负压。排种盘另一面放有种子。当排种盘转动时，在风机吸力作用下，种子被吸附在排种盘吸孔上，与排种盘一起运动。种子离开真空后依靠自身重力落入种沟。其中，刮种片的作用是刮去吸种孔上吸附的多余种子。

其特点是：对种子的形状尺寸要求不严格，可以提高播种作业速度，可以通过改变吸孔直径来适应不同大小的种子，并且可以通过改变吸孔数目跟播种传动比来实现株距的要求。其缺点是：种子群运动不合理可能会造成重播或者漏播的现象；气密性要求比较高，易磨损，并且结构复杂。沈阳农业大学高富强针对气吸式排种器排种性能进行正交试验得出：对于不同种子合适的吸种孔是关键，对于玉米籽粒，吸种孔一般选择5.5mm时，排种效果最佳；排种速度为35r/min，气吸室真空度为4.0kPa时排种盘的质量最优。内蒙古农业大学赵全满等利用吸附原理，建立空气流场方程，并通过种子气吸状态下的受力状况及种子脱离吸种孔后的分析计算，试验得出：在大豆排种时排种盘转速为21.7r/min、气吸室真空度为2.5kPa 时排种效果最好，粒距合格指数达到91.26%。

3.气压式排种器

气压式排种器以正气压将种子压附于排种元件的型孔内而进行排种的排种器。气压式排种器在国外主要进行玉米、大豆、高粱等的点播得到了广泛应用，大致分为两种类型：其一为单个排种器；其二是采用集中式排种。其原理为：风机将具有一定压力的空气送入排种器充种室内，排种盘转动，气孔内外产生一定压力差，进而一定数目的种子被吸附在排种盘窝眼孔内，随着排种盘转动，经过清种毛刷时将多余种子清除，只留下一粒种子；与单个排种不同的是，集中式排种器最后采取弹性形卸种轮强制使窝眼与大气相通，压力消失，种子依靠自身重力掉进接种漏斗中，进而进入气流输送管，在气流的作用下进入种沟内。

其特点是：排种器结构紧凑合理，简单，通用性较好，种子损伤率低，充种的性能较好。其缺点是：投种高度相对较高，种子落地后容易弹跳，进而造成株距的均匀性以及株距的合格率相对较低，功率消耗相对较大。针对功耗大的问题杨善东等设计了内充侧正压玉米精量排种器能够在风机工作压强为1.2kPa、播种作业速度为7.2km/h，粒距合格指数可以达到91.30%。

三、机械式排种器性能、结构特点及其研究

1.指夹式排种器

指夹式排种器是利用装在圆盘上的指夹排出种子的排种器。相关部件主要有：种盘、指夹器、清种刷以及前后壳体等组成。排种器在排种的过程中分为：充种区、清种区、导种区、投种区等。指夹器安装在种盘上能够避免种子和指夹器在定盘的磨损，指夹器在转动过程中能够定时开启，即指夹器运动到充种区的时候指夹器开启，充种取得种子进入指夹器内，继续旋转关闭夹持器进而进入进而完成充种的过程；种子随着指夹器进入清种区，在清种区依靠自身重力以及清种刷的清种作用来实现指夹器内只有一颗种子；当种子进入导种区时指夹器打开，种子会在离心力和重力的作用下进入投种口完成投种的作用要求。

其特点是：机械可靠性较高，结构紧凑、高效，能够实现条播的精量播种，株距均匀，并且种子的粒距合格指数能够达到98%以上。其缺点是：结构相对复杂，对种子外形要求相对严格，高速播种适应性差，漏播相对较高，种子损伤率也较高进而导致空穴较多。适用于玉米、大豆等农作物的播种。山东理工大学耿端阳等设计了一种玉米伸缩指夹式精量排种器解决了高速作业适用性差，以及对种子形状尺寸要求严格等的问题。并通过正交试验得出指夹器开启行程16mm、排种器转速为45r/min 时，漏播指数为1.9%、粒距合格指数为95.4%、重播指数为1.7%。

2.窝眼轮式排种器

窝眼轮式排种器用绕水平轴旋转的窝眼轮排出种子。种子靠自身重力填充至窝眼内，经过与窝眼轮转向相反的清种轮时进行清种作业，然后种子随旋转的窝眼轮进入护种区，当运动到卸种位置时靠推种片进行卸种。能够适用于高粱、大豆、玉米的点播或者穴播。其优缺点是：结构相对简单，但经常出现窝眼堵塞，机械可靠性差；有时不能单粒精量播种，播种均匀性差，种子机械损伤率高，作业速度一般不大于6km/h。对此，甘肃农业大学工学院赵瑞营等运用离散元法设计了一种高填充率的精量排种器，仿真得出排种轮转速为25r/min，窝眼轮圆角半径为1mm，排种轮与扰动滚筒之间传动比为2:1 时排种性能最优，粒距合格指数为98.6%、重播指数为0.8%、漏播指数为0.6%。