精量排种器对比及发展现状分析

贾雅丽

（河北省农业机械鉴定总站，河北 石家庄 050031）

常见的排种器有机械式和气力式2 种类型，其中机械式排种器结构简单，但是播种精度一般，对种子的要求较高，多用于低速作业，单粒播种难度较大；气力式结构较为复杂，需要配备风机系统和复杂的传动系统，播种精度高，对种子的要求较低，多用于高速作业和大中型播种机，可实现单粒播种[1-3]。

1 机械式

机械式排种器种类多样，应用较为广泛，其工作原理是借助种子自身重力和装置设计，将不同形状的种子粒通过排种器型孔在种箱中进行分类，随后进行排种[4]。主要有窝眼轮式、外槽轮式、充种沟式以及锥盘式等。

1.1 窝眼轮式

窝眼轮式排种器在我国广泛应用，其结构简单，可靠性高，成本较低，但是通用性较差[5]。

张恒榜等[6]利用EDEM 软件进行仿真，采用Design-Expert 软件进行分析，在原有排种器的基础上创新设计出窝眼式小麦精量排种器。同时，采用正交旋转组合试验，建立数学模型，最终确定最佳窝眼数、端面间距、排种轮转速等相关参数组合，进一步降低重播漏播率，成功改善排种不均匀、重播的现象。

李洪昌等[7]采用控制单一变量法，通过改变种层厚度调节板的水平距离探究单粒率的影响因素；并对窝眼排列方式进行探究，得出交错排列相比于常规排列和倾斜排列，成效更为明显。结合试验数据设计了一种宽苗带勾型窝眼轮式小麦精量排种器，提高单粒率。

姜萌等[8]针对苗带种子分布不均匀的问题，优化输种管结构设计，设计出的内四等分输种管，可以达到对种子的间隔输送，一定程度上解决小麦苗带播种不均匀、开沟阻力大等问题，大大提升生产效率。

刘彩玲、魏丹等[9]运用EDEM 仿真软件，确定出窝眼倾角、个数、分布形式、种层调节板水平距离等一系列关键参数，运用数学统计方法，分析试验方差结果确定各参数对单粒率的影响。得出相关参数后，设计出的勾型窝眼轮式宽苗带小麦精量排种器，播种效果明显提升，种子分布均匀。

1.2 外槽轮式

外槽轮式是我国传统的且广泛使用的一种排种器，其排种量稳定，通用性较好。

何丽楠等[10]针对外槽轮普遍存在的播种不均匀问题，改进了排种槽轮控制调节装置，通过旋转手轮改变排种轮工作长度来调节槽轮大小，提高外槽轮排种器工作稳定性，同时，其稻麦兼用功能大大提高。通过试验得出，转速和工作长度等关键参数对排种器播种小麦的排量、变异系数和破碎率的影响。模拟结果表明，当转速34.93 r/min，工作长度1.28 cm时，排种器作业性能最佳。

陈蒋[11]结合国内外现有的小麦播种机，对播种机的外槽式排种器、螺旋平土器等关键部分进行改进，设计出的电驱动小麦播种机创新应用双排槽轮形式同时增加凹槽个数来减少工作时脉动带来的影响，后续对该设计播种机进行理论排种计算，验证设计的合理性，大大改善播种深度、均匀性提高排种器的适用性。

沈函孝[12]通过对外槽轮结构优化设计，设计出的14齿外槽轮可以明显降低能耗，提高生产效率。选用尼龙材料制造外槽轮与阻塞轮，优化排种过程中受力问题，达到工作时，外槽轮长度调节、播种量调节更加稳定，提高可靠性。

1.3 充种沟式

充种沟式排种器由充种槽间的排种挡片在导种侧板一侧的弧形过渡与导种侧板上与充种轮相接处的弧形过渡组成一条沟，可使种子排成一排落入沟中，沟中种子由导种侧板导入充种槽[13]。充种沟式排种器可以降低种子破种率，同时播种均匀性好。侯玲玲等[14]对多种不同尺寸充种槽进行试验，最后确定关键部件最佳尺寸，设计研制的机械式充种沟式精密排种器，可以实现精密播种、合理密植的效果。

1.4 锥盘式

锥盘式排种器设备将中间充种环带与中央锥盘有机组合，利用斜边分力和旋转离心力使种子箱内的小麦种子集中，排种器设备整体构造简洁，作业质量和作业效果都较高，还可以利用型孔之间的导槽进行投种，大幅度降低了种子被碾碎、磨损等现象。

邓丽君、乔滕菲等[15]设计了一种精量小麦排种器，利用Solidworks 软件进行排种器的结构设计，并仿真试验，分析5次试验结果，得到的仿真休止角与实际测定相差不明显，以漏充率为试验检验标准，通过对比，确定型孔长度为7.6 mm，型孔数量为50 个，锥盘转动速度为15 r/min，锥角度为30°，在此基础上又进行了正交仿真试验，利用Design-Expert程序进行回归分析得出优化结果为转盘转速19.38 r/min，型孔长度平均值为7.95 mm，小麦种子外层厚度为8.2 mm，精量小麦排种器的作业合格率、单粒率为最大。

刘彩玲等[16]针对低播种量播种出现的破碎率高，充种性能差等问题进行研究，并设计出一种锥面导流水平盘式小麦精量排种器。对充种性能影响较大的几个关键参数：型孔数量、锥盘角度和速度等进行仿真分析，同时进一步对型孔长度进行二次回归旋转正交组合试验，最终确定锥盘最佳型式，后续进行台架试验得到与仿真结果一致。相比于传统锥盘排种器，创新设计应用导条及毛刷清种、弹条式投种装置的排种器具有更加稳定的排种性能和更低的破碎率。

2 气力式

气力式排种装置主要可分成气吸式、压力式和气吹式。气吹式主要使用气体推动，投种或清出剩余的种子；气压式则主要使用差异压力来携带种子至投种区；气吸式是在压强差作用下，利用灵吸怪上的吸种孔产生巨大吸力，把种子吸住并转动至投种点[17]。国内研究的气力式排种器主要有圆管孔式、缝隙式、负压式、气吸滚筒式等。

2.1 圆管孔眼式

圆管孔眼式排种器在工作时较为稳定，排种器工作时的脉冲影响小，可以达到播种效果好，提高播种均匀性的效果。

马立，张晋国等[18]结合国内外对精密播种研究结果，提出一种创新型圆管孔眼式小麦排种器，通过对排种孔直径、吸种孔直径、吸种孔个数相关参数进行正交试验，得出最佳参数组合，成功解决小麦在播种时因质量轻、体积小带来的播种困难的问题。同时经过试验得出空气流量是改善吸种效果的关键因素之一。

2.2 缝隙式

由于圆管孔眼式排种器在工作时存在种子破损率高、孔眼堵塞等问题，赵晓顺，于华丽等[19]提出一种缝隙式小麦气吸精密排种器，并对比多种形式的缝隙式槽缝结构，得出梯形槽缝隙式排种器吸种效果最佳。同时，设计出的多行负压式小麦排种器利用计算机流体力学以及台架试验优化了排种器的结构参数，运用试验台验证了仿真试验结果证明该排种器可以实现省种、节水、节肥的前提下达到良好的播种效果和播种均匀性。

赵晓顺，陈凤艳等[20-21]针对吸种稳固性、排种精密性和播种均匀性以及不堵塞、易清种、作业可靠性高等问题提出了槽缝式小麦气吸精密排种器的设计，通过田间性能试验，表明缝隙式小麦气吸播种机的均匀性优于槽轮式小麦播种机，同时影响排种均匀性的因素有镇压轮的打滑率、种子的流动性、缝隙的宽度和风机的负压值等。

2.3 负压式

负压式排种器的真空负压工作原理不同于传统的条播方式，负压式可以将条播麦种均匀分散到一条线播种带上，在提高播种效率的同时提高了麦种在田间分布的合理性。

胡毅[22]创新设计一种通用于水稻和小麦播种的排种器，采用气力式播种技术相比于机械式排种降低种子损伤率，同时该机型可以实现一器多用，大大改善专机专用通用性差的问题。该排种器设计完成后进行正交组合旋转试验，得到相关工作参数：滚筒转速、负压吸气室压强、种层高度等最佳组合值，并进行适应性试验得出该种稻麦通用型气力式排种器的较好适应性。

程建沛等[23]通过模拟方法，深入研究了孔径对于对流场压强与流量的作用，并设定了最佳孔径范围，同时通过数理统计方式进行了正交试验，对极差，方差等进行了计算，探究出气吸口直径、负压、型孔速度等有关参数及其对充种特性的作用，并通过得出型孔速度对充种特性作用最大的试验结果，创新研制出了气吸型孔组合式小麦精密排种装置，可以极大改变当前小麦籽粒中由于体积过小、形态不规则的现象所造成的下种效率差的状况。

丛锦玲等[24]提出新的创新设计，结合油菜小麦种子播种特点，设计出一种油菜小麦兼用型精量排种器，该排种器采用气力式工作原理，同时对排种盘进行全新的结构设计。排种器工作时负压吸种，正压吹种以实现精量取种和投种，排种盘内表面嵌入在加入导种条后，改善小麦油菜种子流动性相对较差的问题，充种率大幅提升。

2.4 气吸滚筒式

气吸滚筒式排种器中关键部件排种滚筒上多分布半胶囊型窝眼，同时，在滚筒周围设有清种槽，可以改善麦种形状特殊等问题。

杜俊等[25]通过对比多种滚筒中窝眼形状，简化滚筒结构，减少密封零件带来的影响，并通过单因素试验探究气力滚筒式排种器几个关键参数对排种性能的影响，最终得出滚筒转速、吸种负压对排种性能的影响，确定出最佳窝眼形状为椭球形窝眼。并进一步正交旋转中心组合试验进行分析优化，最终研制出一种适合长江中下游稻麦轮作区的稻麦通用型滚筒式排种器。

于佳杨[26]通过研究滚筒内吸空尺寸对排种器内正负压值的影响，风机对流场压力和流速的影响等，通过运用Fluent仿真分析和EDEM 受力情况离散元分析，对排种性能产生影响的关键参数进行最优整合，成功设计出一种气吸滚筒，麦种形状特殊，现有排种器难以满足小麦精量播种的问题。

杨波等[27]通过对排种器中排种滚轮、气室等几个关键结构参数等进行创新设计，同时对排种器工作过程进行力学分析，探究关键结构参数之间相互影响关系，并确定最佳参数取值，设计出一种油菜小麦兼用排种器，大大提高播种机的利用率。