小麦分引组合式双行宽条带导种装置设计与试验

韩建锋 ，杜娟慧 ，顾 昕 ，刘立超 ,2，李兆东 ,2※，刘 超

（1. 安徽农业大学工学院, 合肥 230036；2. 安徽省智能农机装备工程实验室, 合肥 230036；3. 华南农业大学工程学院,广州 510642；4. 安徽宏翔农业机械有限公司, 马鞍山 238100）

0 引 言

小麦是重要的粮食作物之一，种植面积占粮食作物种植总面积的35%以上[1]。小麦种植区域分布广泛，北方以麦玉旱地轮作为主，南方以稻麦水旱轮作为主。当前小麦播种机械化水平较高，但在稻茬黏重土壤条件下播种质量仍有待提高[2]。

小麦播种分为撒播、条播和穴播3 种方式，其中条播技术被广泛应用，而条播又分为窄行条播和宽行条播2 种[3]。小麦播种过程主要由排种、输种和导种3 个串联环节组成，工作中除受排种装置、输种装置影响外，导种装置对播种效果及后续苗情长势有重要影响[4]。现有稻茬小麦窄行条播主要是通过排种器从种箱里拾取连续种子流，大都利用双圆盘开沟器与导种管组合将种子流运送至种沟内。上述技术在矮留茬秸秆还田条件下作业效果较佳，但遇高留茬秸秆还田时受黏壤土与还田秸秆耦合制约易存在导种装置管口壅堵导致漏播断条。余松烈[5]提出了旱地“增大播幅、籽粒分散”宽幅条播式导种技术并成功进行了小麦高产栽培试验，在借鉴已有旱地小麦宽幅条播技术基础上，开展稻茬小麦导种新技术研究显得尤为重要。

小麦宽幅条播的优点主要是合理密植、通风透光、方便管理，其关键在于提供一种性能优良的导种装置。导种技术是一种将种子流连续导入种床表面的调控手段[6]，现有导种装置主要有带式导种[7-9]、管式导种[10-12]、气送式导种[13-16]等3 种形式。带式导种装置一般应用于穴播技术领域，John Deere 公司研制了一种毛刷带式导种装置用于将种子有序运移至种床[17]；康建明等[18]设计了一种隔板带式导种装置，在输送带上增设隔板和种道护板护送种子定位投种；陈学庚等[19]设计了与气吸式排种器组配且传动与投种机构一体的带式导种装置。管式导种应用较为广泛，对穴播、条播均适应，陈玉龙等[20]为提高玉米排种合格率，设计了一种固动组合式导种管；张顺等[21]为解决水稻内充气力式排种器种子成穴性能，通过运动学分析建立了种子理论导送轨迹，并结合离散元法开展了导种管底板倾角与滚筒转速对成穴性能影响；YAZGI[22]进行了不同结构导种管对播种性能影响研究，结果表明排种速度、导种管形状对播种性能有显著影响；KOCHER 等[23]开展了导种管不同磨损程度下的播种性能试验，结果得出受磨损的导种管播种性能显著下降。气送导种多应用于条播，TANG 等[24]为提高玉米播种质量，设计了用于内充式玉米排种器气流辅助种子导送装置，分析了玉米种子在导种管中的运动机理；利用数值模拟分析了导种管不同结构参数组合，分析了种子在气流作用下运移机理；LIU 等[25]设计一种新型的玉米高速气送导种装置，数值分析了输送装置的结构参数对种子运动的影响，探讨了进气气流速度与播种机运行速度的匹配关系；黄小毛等[26]设计了一种可折叠式导种装置，应用数值模拟与正交试验相结合的方法开展了输送气流速度、投种管长度、投种管内径对排种性能影响规律研究；雷小龙等[27]运用EDEM 软件研究了导种管类型、导种管直径、落种高度和作业速度4 因素对种子运动特性和播种性能影响试验。综上所述，研究人员通过理论分析、数值模拟仿真、正交试验设计等方法对不同形式的导种装置进行了卓有成效的研究，提高了不同作物的播种性能，但上述研究主要集中在对不同作物穴播或窄行条播导种技术上，对于宽行条带导种技术方面的研究较少。

本文以宽条带小麦导种装置为研究对象，建立种子导种过程力学模型，应用离散元法对不同结构参数的导种装置宽条带播种过程进行数值模拟，结合单因素和正交试验优化关键结构参数，并进行台架和田间试验验证，旨在提升小麦宽条带播种均匀性，为研制高性能稻茬黏壤土环境下小麦均匀播种装备提供参考。

1 小麦宽条带播种模式和导种装置结构组成与工作原理

1.1 小麦宽条带播种模式

小麦的宽条带播种模式多种多样，常见的播种幅宽为 60～120 mm，幅距为 70～170 mm，为解决小麦播种时前茬稻秸秆量大、土壤黏重板结导种装置缠草、壅泥的问题，提出一种宽条带播种模式，播幅为 80 mm，播距为 100 mm，如图 1 所示。

1.2 导种装置总体结构

导种装置主要结构有Y 型汇种管、刚性垂直输种管、球面弹籽部件、斜面底板部件和壳体组成，整个导种装置均为铁质材料。Y 型汇种管与分配器支管通过软管连接，设计与分配器支管直径相同为25 mm；Y 型汇种管与刚性垂直输种管圆滑连接形成三通，设计直径为35 mm；分引组合式导种装置主要有分种结构和引种结构两大关键部件，为均匀分布刚性垂直输种管中随机区域竖直掉落的小麦种子，因与球面碰撞后可均匀向四周分散，设计球面弹籽部件（球面弹籽部件内嵌于壳体与底板部件相固结，其圆心位于刚性垂直输种管中心位置正下方；为小麦种子在行内横向均匀分布，因斜面具有引流效果，设计斜面底板部件由内向外倾斜。导种装置导种分为分种和引种两个重要过程。球面弹籽部件对从刚性垂直输种管中连续下落的种子流均匀分配成2 行，利用斜面底板引种部件实现行内宽条带播种。结合宽条带播种农艺要求，针对小田块常应用幅宽2.3 m 的小麦气送式精量联合播种机，设计播种行数10 行，主要技术参数如表1所示。

表1 气送式小麦播种机主要参数与性能指标Table 1 Main parameters and performance indicators of pneumatic wheat seeder

1.3 工作原理

气送式小麦播种机工作原理示意图如图2 所示。

图3 为播种机的工作原理示意图。根据图3a，播种机在田间工作时，大量秸秆和土壤被旋耕刀组切碎抛向后方，通过挡泥板平整垄面，少量秸秆和土壤通过挡泥板下方间隙抛盖由导种装置导入播种条带内的种子，同时铧式犁完成开厢沟。

根据图3b，种箱内的小麦种子在重力作用下充入供种装置，多排错置式倾斜抛物线型孔将种子定量运移至文丘里管，风机产生的高速气流将文丘里管内的种子运移至分配器进行多管路均匀分配，各管路内种子流经柔性输种管输入导种装置，连续运移的种子流在导种装置中经过汇种管汇聚并由刚性垂直输种管输送至球面弹籽部件（分种结构）碰撞后形成2 行均匀的种子流，并通过斜面底板部件（引种结构）形成宽行内的横向均匀种子流，最终从导种装置导种口导至土壤，完成播种。

1.4 关键部件结构

根据图1 农艺要求，同时为减少稻麦轮作区前茬稻秸秆量大导种装置缠草、壅泥甚至堵塞而出现断条现象，导种装置设计为一分为二的宽条带型式，主要部件为球面弹籽部件和斜面底板，种子流经导种装置汇聚后由球面弹籽部件均匀分种，最后通过斜面底板进行横向均匀引种并导入种床，提高导种均匀性。根据图3 气送式小麦播种机工作原理，散粒体种群在自身重力作用下与分种部件顶部接触碰撞后向左右分流，为使下落种群均匀分行，设计分种部件结构形状为球面；分成两行的种子流在合外力作用下沿各行内壁运动至导种口，具有一定坡度的斜面可使种子在行内横向上受到一定分力作用，实现种子流由内向外偏移，故引种部件设计为斜面底板。由此看出，球面弹籽部件和斜面底板部件对下落种群的分种和引种起到至关重要作用。

图1 小麦宽苗带撒播农艺模式Fig.1 Agronomic mode of wheat wide-boundary sowing

图2 气送式小麦播种机整机及导种装置结构图Fig.2 Structure diagram of air-fed wheat seeder and seed guiding device

图3 气送式小麦播种机工作原理示意图Fig.3 Schematic diagram of working principle of pneumatic wheat seeder

1.4.1 小麦导种装置分种过程分析

根据播种机的工作原理可知，分引组合式双行宽条带导种装置导种主要分为分种和引种两个过程，为研究导种装置导种效果，确定球面弹籽部件（分种结构）对各行排量的影响和斜面底板部件（引种结构）对行内横向均匀度的影响，对分种结构分种和引种结构引种两个过程进行分析。分种过程中，小麦种子在重力作用下沿刚性垂直输种管垂直下落，并最终与球面弹籽部件碰撞。碰撞时，由于种子速度较快，两者无明显形变且碰撞冲力远大于其他的力，可近似看做完全弹性碰撞，碰撞过程中小麦种子的受力情况（忽略小麦种子形状的影响）如图4 所示。

图4 小麦种子与弹籽部件碰撞受力分析图Fig.4 Collision force analysis diagram of wheat seed and elastic seed component

已知球面弹籽部件的半径为R，为研究刚性垂直输种管中小麦种子如何均匀分为2 行宽条带，对空间中小麦种子与球面弹籽部件的碰撞区域进行分析，将分流区域沿垂直方向剖开，如图5 所示，其中箭头为种子运动方向及轨迹，碰撞区域分为3 部分：小麦种子与球面弹籽部件能够直接接触的区域，或者说能够发挥分流效果的区域（Sa和Sb）；小麦种子很少与球面弹籽部件接触的区域，或者说无法发挥分流效果的区域（Sc）。在Sa和Sb区域，根据种子流相对球面弹籽部件碰撞形成的入射角大小，将小麦种子与球面弹籽部件碰撞的型式分为3 种：

图5 种子与弹籽部件的碰撞运动模型Fig.5 Collision motion model of seed and collision seed part

1）小麦种子与球面弹籽部件的碰撞点位于Sa和Sb区域的交界处，连接球面弹籽部件圆心与碰撞点做法线，可知入射角无论多大反射角都会向指向四周，此时，无论小麦种子碰撞前的速度方向如何，碰撞后小麦种子的运动方向最终均朝向两侧。

2）小麦种子与球面弹籽部件的碰撞点位于Sb区域内时，同样连接球面弹籽部件圆心与碰撞点做法线，由于碰撞时入射方向不明确且入射角小，导致反射方向不明确，存在左半球Sb区域碰撞点的种子弹向右侧，同理也存在右半球Sb区域碰撞点的种子弹向左侧，故Sb区域碰撞的小麦种子分流效果影响整体分流效果。

3）小麦种子与球面弹籽部件的碰撞点位于Sa和Sc区域时， 此时，碰撞后小麦种子的运动轨迹与分流效果同 1)。

根据图5 小麦种子碰撞后的运动轨迹，离开球面弹籽部件表面时，忽略空气阻力影响，小麦种子仅受到自身重力FG作用，此时小麦种子的运动可近似看作类平抛运动，根据图5 有如下关系：

式中vx为水平分速度，m/s；vy为竖直分速度，m/s；g为重力加速度，9.8 m/s2；X1为无球面弹籽部件时总水平距离，mm；X2为有球面弹籽部件时总水平距离，mm；γ为种子碰撞时种子的入射角，γ∈（0，π/4），rad；为沿l2运动上升时间，s；为平抛时间，s。解得小麦种子降落的时间为

根据式（1）～（3），当小麦种子速度v0不变时，球面弹籽部件半径R影响碰撞后运动轨迹l2、高度H2和运动时间t2，进而对种子的水平位移造成影响，最终对种子分流效果造成影响。因此球面弹籽部件半径R是影响种子均匀分流的重要因素。研究球面弹籽部件旨在探究导种装置各行排量一致性，提高播种均匀性。

1.4.2 斜面底板部件引种过程分析

斜面底板部件是关键的引种结构，为保证宽条带播种达到种子行内横向均匀性要求，对导种装置的斜面底板进行分析。斜面底板是一个空间三维斜面，三维斜面相对于水平面的夹角β不同，对种子行内横向均匀度的影响不同，故对引种过程进行分析，分析小麦种子在三维斜面上的运动状态，求解三维斜面与水平面的夹角β，以及β同三维斜面正视图（YOZ平面）与水平面的夹角θ、三维斜面右视图（XOZ平面）与水平面的夹角α三者之间的关系。为抑制种子在斜面静止，根据前期试验小麦种子的滑动摩擦角为32°，为防止种子重力沿斜面的分力小于摩擦力导致种子在三维斜面上滞留、壅堵，本文确定α=35°。为使小麦种子在出口处左右两侧均匀分流，需确定θ角的大小。

以三维斜面最低点作为原点，建立三维直角坐标系，如图6 所示，各点坐标为O（0，0，0）、A（0，-1，tanθ）、B（-1，0，tanα）；AOB三点构成空间三维斜面，根据空间向量法有：

图6 斜面底板空间角度关系Fig.6 Beveled bottom plate slope spatial angle relation

解得：

根据图6 和式（5）可知，β取决于α和θ，β越大，三维斜面由内向外的倾斜程度越大，种子的行内横向水平位移就越大，越易于聚集在导种口外侧；β越小，三维斜面由内向外的倾斜程度越小，种子的行内横向水平位移就越小，越易于聚集在导种口内侧，故β是影响种子行内横向均匀性的主要因素。又由于α为定值，β与θ正相关，因此θ也是影响行内横向均匀性的主要因素。

2 离散元仿真分析

离散元仿真是解决颗粒运动学分析的有效途径，不仅降低试验成本，还可减少试验周期，已被广泛应用于农业工程领域。分引组合式导种装置设计的核心是球面弹籽部件和斜面底板，根据前述分析，球面弹籽部件直径影响分种均匀性，斜面底板坡度影响行内横向播种均匀性。为探究球面弹籽部件直径和斜面底板坡度对导种性能的影响，寻出较优导种性能的结构参数组合，开展离散元仿真试验，对比分析小麦种子经导种装置导种后在种床带上的分布，优化关键结构参数。

2.1 小麦种子离散元颗粒模型

根据前期研究及相关文献[28-30]，小麦种子颗粒形状不规则，可看作椭球体。本文选取许科1 号小麦种子为研究对象，利用游标卡尺对随机选取的100 粒种子进行测定，三轴尺寸如图7a 所示，求得三轴平均尺寸为长6.30 mm，宽3.09 mm，厚2.75 mm，选取4 球组合构建小麦种子离散元颗粒模型，如图7b 所示。

2.2 导种装置离散元仿真模型

利用Creo 三维绘图软件结合EDEM 离散元仿真软件建立导种装置离散元仿真模型，种床带纵向对称面与导种装置对称面重合，尺寸为1 500 mm×600 mm，根据田间播种时落种口距地面30～50 mm，设计导种装置出种口距种床带表面40 mm，便于观察种床带上的种子分布情况。如图8 所示。

图8 导种装置离散元仿真模型Fig.8 Discrete element simulation model of seed guiding device

本文主要研究小麦籽粒与小麦籽粒间的接触和小麦籽粒与导种装置（主要包括Y型汇种管，输种管，球面弹籽部件、斜面底板）接触，以及种子与种床带间的接触，为更好模拟田间环境，设置种床带的接触参数为土壤接触参数[31-32]，如表2 所示。

表2 材料接触模型参数设置Table 2 Factor level table of seeding performance test

设计仿真总时间为10 s，根据农户提供的不同播种时期播量，设计颗粒工厂的落种量为150、300 和450 kg/hm2。根据2.3 m 幅宽机型小麦播种行数（10 行）设计每个颗粒工厂的种子生成速度为78、155 和234 颗/s。由于稻茬田秸秆量大，土壤板结黏重，为达到最佳播种效果，根据农户经验（常用的拖拉机田间作业速度为3.6 km/h），设置种床带相对导种装置的运动速度为1 m/s。

2.3 试验方案

仿真结束后，进入EDEM 软件的Analyst 模块，对导种装置导出口处的种子进行统计，每个导种口设置一个网格单元（1 000 mm×80 mm×50 mm)，计算各行排量一致性变异系数，如图9a 所示。对种床带上的种子进行区域划分，每侧导种口对应的种床带划分为2×5 的单元网格（每个单元网格为200 mm×40 mm×50 mm），计算种子行内横向均匀度变异系数，如图9b 所示。

图9 仿真试验排量统计方法Fig.9 Statistical method of seed number in simulation test

2.4 评价指标与计算方法

各行种子排量一致性变异系数δ1与行内种子横向均匀度变异系数δ2越小，说明排种均匀性和行内种子分布均匀度越高。

各指标计算式如下：

式中为2 行5 次测量的排种量均值；sc为2 行5 次测量的平均排种量标准差；为机具前进方向左侧排种量；为左侧排种量平均值；j为重复次数，j=5；x右为机具前进方向右侧排种量；为右侧排种量平均值。

式中为行小麦平均籽粒数；xi为第i行的小麦籽粒数；xij为第i行第j列网格单位的小麦籽粒数；m为行数，m=2；n为列数，n=5；e为每行内小麦籽粒数的标准差；δ2为行内小麦的横向均匀度变异系数，%

3 仿真试验结果分析

3.1 单因素试验

3.1.1 球面弹籽部件直径对评价指标的影响

根据刚性垂直输种管直径为30 mm，设置球面弹籽部件直径分别为0 、10 、20 、30 、40 、50 和 60 mm共7 个梯度进行单因素试验，不同球面弹籽部件直径下的斜面底板坡度倾角均为10°，材料为铁质。

图10a 为不同球面弹籽部件直径对各行排量一致性变异系数的影响。从图10a 可看出，各行排量一致性变异系数随球面弹籽部件直径的增大呈先减小后增大趋势，当球面弹籽部件直径为40 mm 时，播量为150 kg / hm2的各行排量一致性变异系数δ1最佳，为0.98%。由图10b可知，球面弹籽部件直径对行内横向均匀度变异系数无明显影响，随着球面弹籽部件直径不断增大，行内横向均匀度变异系数基本保持在8%～12%。

图10 主要试验因素对评价指标的影响Fig.10 Effects of main experimental factors on evaluation index

3.1.2 斜面坡度对评价指标的影响

试验固定球面弹籽部件直径为40 mm，种子经球面弹籽部件碰撞后一分为二呈“八字形”引流，为达到宽幅均匀播种，设定一定的斜面坡度倾角，根据小麦种子的滑动摩擦角为32°并结合依据理论分析图6，设定斜面右视图（XOZ平面）与水平面的夹角α为35°。坡度倾角选取0°、5°、10°、15°、20°共5 个梯度进行试验。

不同斜面底板坡度对各行排量一致性变异系数影响曲线如图10c 所示。根据图10c 可知，随着斜面底板部件的坡度不断增大，各行排量一致性变异系数始终保持在1.1%～1.7%，表明斜面底板坡度对各行排量一致性变异系数的影响不大，与理论分析相符。由图10d可知，随着斜面底板部件的坡度不断增大，行内横向均匀度变异系数呈先减小后增大的趋势，当斜面底板坡度为10°时，播量为150 kg / hm2行内横向均匀度变异系数最佳为8.45%。

3.2 正交试验

3.2.1 正交试验设计

为优化导种装置结构参数，根据单因素试验结果选取球面弹籽部件直径26～54 mm，斜面底板部件的坡度倾角3 °～17 °，进行二次正交旋转组合正交试验，正交试验因素与水平如表3 所示。

表3 正交试验因素与水平Table 3 Orthogonal test factors and levels

3.2.2 正交试验结果与分析

利用Design-Expert 分析软件对试验结果进行回归分析.试验方案与试验结果如表4 所示。

表4 正交试验方案与试验结果Table 4 Orthogonal test scheme and results

方差分析如表5 所示。

表5 方差分析Table 5 Analysis of variance

由表5 可知，球面弹籽部件直径对各行排量一致性变异系数影响显著，斜面坡度对行内横向均匀度变异系数影响显著，且失拟项均不显著，回归方程如下：

根据正交试验结果分析可知，优化后导种装置的关键结构参数球面弹籽部件直径为40 mm，斜面底板坡度为10°；通过计算可得预期结果各行排量一致性变异系数为2.17%、行内横向均匀的变异系数为22.73%。

3.3 不同导种装置结构的导种性能对比

根据市场现有的宽苗带导种装置，利用三维建模软件建立仿真模型并导入离散元仿真软件进行对比分析。其中分种结构的球面弹籽件直径均设置为40 mm，引种结构分别为斜面底板型坡度10°、波浪底板型放射均布6 凹槽、弧面底板型半径500 mm、平面底板型，如图11所示。试验结果如表6 所示。

表6 不同播量下各导种装置型式导种性能仿真结果Table 6 Simulation results of different seeding guiding device types on the performance of seeding

图11 不同导种装置型式Fig.11 Different types of seed guides

由表6 可知，4 种双行宽条带分引组合式导种装置模型在3 种不同播量下的各行排量一致性变异系数和行内横向均匀度变异系数由大到小排列均为平面底板型、弧面底板型、波浪底板型、斜面底板型， 结果显示斜面底板型导种装置结构最优。当播量为450 kg / hm2时，斜面底板型导种装置播种效果最佳，各行排量一致性变异系数为2.92%、行内横向均匀度变异系数为14.19%，优化后球面弹籽部件直径40 mm，斜面坡度10°的斜面底板型导种装置的排种性能与预期结果基本一致，满足设计要求。

4 验证试验

4.1 台架试验

台架试验使用JPS-12 试验台，搭建气送式小麦播种机工作的核心部件，如图12 所示。取球面弹籽部件直径为40 mm，斜面坡度为10°，对4 种导种装置模型分别进行不同播量下的台架试验，小麦品种为许科1 号。使用风机将种箱的种子经供种装置集中气送至排种分配器并将种子均匀分配至10 条管路，其中2 条管路接入导种装置，其余管路接入收集袋。为与仿真试验保持一致，设置JPS-12 试验台传送带速度为3.6 km/h，通过控制排种转速旋钮将排种量设为3 个档，分别为150 、300 和450 kg/hm2，为防止小麦种子在传送带上发生弹跳，在被测区涂覆3 mm 厚、300 mm 宽的的桐油，以增大传送带对小麦种子的黏附力，降低试验误差。制作一个2×5（每个单元网格为200 mm×40 mm×50 mm）的简易框架，随机选取纵向1 m 长的传送带，均匀分成5 段，横向分为2 行，统计各单元格内的小麦种子数量，计算行内横向均匀度变异系数。测量收集袋内小麦种子质量，计算各行排量一致性变异系数。每项试验时间为3 min，重复6 次，结果取平均值。

图12 台架试验Fig.12 Bench experiment

不同播量下4 种导种装置各行排量一致性变异系数和行内横向均匀度变异系数如图13 所示。

图13 导种装置性能对比试验结果Fig.13 Performance comparison test results of seed guiding device

当球面弹籽部件直径为40 mm 时，不同播量下均有斜面底板型坡度10 °导种装置各行排量一致性变异系数和行内横向均匀度变异系数最小，当播量为450 kg/hm2时，平均各行排量一致性变异系数为2.31%，平均行内横向均匀度变异系数为14.21%，与仿真结果基本吻合，验证了仿真试验的可靠性和合理性。

由图13a 可知，4 种导种装置各行排量一致性变异系数随播量的增大而减小，斜面底板型变异系数最小；从图13b 看出，4 种导种装置的行内横向均匀度变异系数随播量的增大变化不明显，同一播量下行内横向均匀度变异系数由高到低的顺序为平面底板型、弧面底板型、波浪底板型和斜面底板型，且均不大于45%，分析其原因在于：台架播种性能试验播量为150～450 kg/hm2，尽管播量差异较大，但各导种装置的单行播种幅宽较小，单位面积内种子密度相对较大，因此播量变化时，导种装置行内横向均匀度变异系数无明显变化；相同播量条件下，4 种导种装置行内横向均匀度变异系数变化明显，原因是导种装置的引种结构不同，与其他型式导种装置相比，同一播量下，斜面底板型导种装置的各行排量一致性变异系数最低下降了0.45 个百分点；行内横向均匀度变异系数最低下降了13 个百分点，具有明显优势。

4.2 田间试验

为进一步验证所设计的小麦导种装置工作性能，于2022 年11 月27 日在安徽省马鞍山市含山县清溪镇马桥行政村开展田间验证试验，试验田土壤类型为黄棕壤，耕层土壤坚实度为736～815 kPa，稻茬高度为150～400 mm，稻秸秆覆盖量为0.74～1.32 kg/m2，土壤干基含水率为27.56%～35.12%。试验时2BQMG-10/12 型小麦集排气送式定量播种机由常发农机CFF1004-H 型轮式拖拉机提供动力，将播种机调整至正常工作状态，控制拖拉机的行走速度为3.6 km/h，播种量设为3 档，分别为150 、300 和450 kg/hm2，拖拉机在田间行进100 m，将每个导种口用收集袋套住，用电子天平称量排种量，田间试验及出苗效果图14 所示。播种65 d 后，将每行小麦随机选取5 段，每段长度为1 m，测定区域内的小麦株数，每行内的小麦分成2 窄行，测定每行内株数，计算行内横向均匀度变异系数。试验结果如表7 所示。

表7 田间试验结果Table 7 Field test results

图14 田间试验Fig.14 Field test

由表7 可知，与其他3 种宽条带导种装置相比，所设计的导种装置的各行排量一致性变异系数最低下降了2.73 个百分点，行内横向均匀度变异系数最低下降了10.61 个百分点；各播量下斜面底板型导种装置各行排量一致性变异系数和行内横向均匀度变异系数均最小，各行排量一致性变异系数在2.0%～4.0%范围内波动，行内横向均匀度变异系数在14%～16%范围内波动，作业稳定性较高，与台架试验和仿真结果的误差均不超过5%，满足设计要求。

5 结 论

1）为解决稻茬田小麦机械化带状播种时受黏重土壤与秸秆还田耦合作用制约存在导种装置壅堵导致断条的问题，设计了一种非触土播种小麦分引组合式双行宽条带导种装置，阐述了导种装置的工作原理，构建了小麦在分种和引种过程的力学模型，理论分析了影响导种均匀性的关键要素。

2）应用EDEM 离散元仿真，通过单因素和正交试验，建立了球面弹籽部件直径和斜面坡度与分引组合式导种装置各行排量一致性变异系数和行内横向均匀度变异系数的二次回归数学模型，分析了各因素对各评价指标的影响，得出较优参数组合为球面弹籽部件直径40 mm，斜面坡度10°，并在该参数组合下开展3 种播量仿真试验，在播量 450 kg/hm2下，播种效果最佳，各行排量一致性变异系数为2.92%，行内横向均匀度变异系数为14.19%，导种装置可有效实现均匀分种及行内均匀播种。

3）通过台架试验验证优参数组合下不同播量的播种性能，试验表明斜面底板型导种装置的平均各行排量一致性变异系数为2.31% ，平均行内横向均匀度变异系数为14.21%；田间试验表明，不同播量下，斜面底板型导种装置的各行排量一致性变异系数均在2.0%～4.0%，行内横向均匀度变异系数均在14%～16%范围内，与仿真和台架试验结果误差不超过5%，满足小麦宽条带种植农艺要求。