曾山 姚臘梅 李凝 等 氣吸式辣椒精量穴直播機(jī)的研制與試驗(yàn) J 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 2020 41 3 102 109 ZENG Shan YAO Lamei LI Ning et al Development and test of an air suction type precision direct seeding machine for pepper J Journal of South China Agricultural University 2020 41 3 102 109 氣吸式辣椒精量穴直播機(jī)的研制與試驗(yàn) 曾 山1 姚臘梅1 李 凝2 楊禹錕1 黃登攀1 方龍羽1 莫澤文1 1 華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院 南方農(nóng)業(yè)機(jī)械與裝備關(guān)鍵技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廣東 廣州 510642 2 貴州省山地農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所 貴州 貴陽 550001 摘要 目的 針對(duì)辣椒種植育苗移栽方式存在的成本高 勞動(dòng)強(qiáng)度大和生產(chǎn)效率低等問題 結(jié)合南方辣椒種植模式和農(nóng)藝 要求 研制一種氣吸式辣椒精量穴直播機(jī) 方法 該機(jī)具由主機(jī)架 仿形機(jī)構(gòu) 風(fēng)機(jī) 傳動(dòng)系統(tǒng) 變速器 氣吸式排種器 開 溝裝置和鎮(zhèn)壓裝置等組成 可一次完成開溝 播種 覆土和鎮(zhèn)壓作業(yè) 利用負(fù)壓取種和斷壓排種的原理 根據(jù)辣椒種子物理 特性和播種要求 確定了氣吸式排種器排種盤尺寸 排種孔數(shù)量和大小 滿足播種精度和播種量要求 播種部分通過平行 四桿仿形機(jī)構(gòu)與主機(jī)架連接 可實(shí)現(xiàn)播種單體對(duì)地仿形 保證開溝和播種深度 結(jié)果 播種 量 1 3粒 穴的平均合格率 為 91 16 平均漏播率 為 0 18 平均重播率 為 8 66 不同穴距試驗(yàn)的播種穴距合格指數(shù)均大 于 89 重播指數(shù)均小 于 4 85 漏播指數(shù)均小 于 11 穴距變異系數(shù)均小 于 23 77 播深合格率 為 86 結(jié)論 整機(jī)工作性能滿足辣椒種植要求 本研究可為蔬菜精密播種機(jī)的研制和開發(fā)提供參考 關(guān)鍵詞 氣吸式 精量直播機(jī) 辣椒 設(shè)計(jì)與試驗(yàn) 中圖分類號(hào) S352 53 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A 文章編號(hào) 1001 411X 2020 03 0102 08 Development and test of an air suction type precision direct seeding machine for pepper ZENG Shan1 YAO Lamei1 LI Ning2 YANG Yukun1 HUANG Dengpan1 FANG Longyu1 MO Zewen1 1 College of Engineering South China Agricultural University Key Laboratory of Key Technology on Agricultural Machine and Equipment Ministry of Education Guangzhou 510642 China 2 Guizhou Mountain Agricultural Machinery Research Institute Guiyang 550001 China Abstract Objective To solve the problems of high cost high labor intensity and low production efficiency in pepper planting seeding and transplanting an air suction type precision direct seeding machine for pepper was developed considering pepper planting pattern and agronomic requirements in south area Method The machine consists of a main frame a copying mechanism a fan a transmission system a derailleur an air suction seed device a ditching device and a pressing device which can complete the ditching seeding soil covering and pressing operations at one time The seed metering machine uses the principle of taking seeds by negative pressure and discharging seeds by breaking pressure According to the seeding requirements and physical characteristics of pepper seeds the size of seeding plate the number and size of seeding holes were determined Sowing precision and quantity requirements were ensured The seeding part is connected with the main frame by a parallel four bar copying mechanism so as to realize the ground copying of the seeding monomer and ensure the ditching and 收稿日期 2019 06 06 網(wǎng)絡(luò)首發(fā)時(shí)間 2020 04 22 11 01 04 網(wǎng)絡(luò)首發(fā)地址 作者簡介 曾 山 1973 男 副研究員 博士 E mail shanzeng 通信作者 李 凝 1986 女 高級(jí)工程師 碩士 E mail 307315115 基金項(xiàng)目 貴州省科技廳平臺(tái)和人才項(xiàng)目 黔科合平臺(tái)人才 2017 5708 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) Journal of South China Agricultural University 2020 41 3 102 109 DOI 10 7671 j issn 1001 411X 201906012 seeding depth Result Field test results showed that the average qualified rate of 1 3 grains hole was 91 16 the average leakage seeding rate was 0 18 and the average repeat seeding rate was 8 66 In tests of different hole distances qualified rates for different hole distances were above 89 the repeat rate was below 4 85 the leakage seeding rate were below 11 the coefficients of variations of the hole distances were below 23 77 and the qualified rate of seeding depth was 86 Conclusion The working performance of the whole machine meets the requirements for pepper planting This research can provide a reference for the research and development of precision vegetable seeders Key words air suction type precision direct seeding machine pepper design and test 辣椒是一種重要的鮮食蔬菜和調(diào)味品原料 同 時(shí)也是重要的工業(yè)原料 辣椒素 辣椒紅素在化工 和醫(yī)藥等方面都有特殊的用途 1 4 據(jù)統(tǒng)計(jì) 辣椒年 種植面積213 96萬hm2 產(chǎn)值700億元 5 7 在我國 蔬菜生產(chǎn)中占據(jù)極其重要的地位 主要分布在河 南 新疆 江西 貴州和湖南等地 8 在市場(chǎng)需求不斷增長的推動(dòng)下 辣椒產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn) 基地化 規(guī)?；蛥^(qū)域化快速發(fā)展等特點(diǎn) 9 然而 辣椒種植普遍采用人工育苗及移栽方式 存在成本 高 勞動(dòng)強(qiáng)度大和生產(chǎn)效率低等問題 隨著農(nóng)村勞 動(dòng)力輸出和人口老齡化趨勢(shì)加快 勞動(dòng)力緊缺矛盾 日益突出 嚴(yán)重制約了辣椒產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 亟需研究 高效辣椒種植技術(shù)及配套機(jī)械 辣椒精量直播省去 了育苗和移栽等環(huán)節(jié) 省工省力 節(jié)本增效顯著 近 年來該技術(shù)發(fā)展較快 具有較好的推廣應(yīng)用前景 國內(nèi)外專門針對(duì)辣椒播種機(jī)械的研究較少 通 常采用蔬菜播種機(jī)播種 歐美地區(qū)以大型化 高效化 的氣力式蔬菜直播機(jī)為主 10 11 能實(shí)現(xiàn)高速精量播 種 傷種率低 但對(duì)種子分選清潔度要求高 主要代 表機(jī)型有美國MONOSEM 滿勝 公司的NGPlus 系列蔬菜精量播種機(jī) 英國StanHay公司的5 780 型蔬菜直播機(jī)以及意大利馬斯奇奧公司的Orietta 型和Olimpia型氣吸播種機(jī)等 日本 韓國辣椒直播 機(jī)具有小型化和播種行數(shù)可調(diào)等特點(diǎn) 適合小面積 種植作業(yè) 根據(jù)種子形態(tài)大小和農(nóng)藝要求 多采用槽 輪或窩眼輪式排種輪 主要代表機(jī)型有日本矢崎公 司的SYV系列蔬菜播種機(jī) 韓國Rool clean seeder手推式蔬菜條播機(jī)和韓國 播蘭特 系列蔬 菜播種機(jī)等 12 13 機(jī)械式排種器播種精度低 且排種 輪轉(zhuǎn)動(dòng)過程中易傷種 影響發(fā)芽率 14 15 國內(nèi)蔬菜直播機(jī)主要有小型手推式 自走式 電動(dòng)與油動(dòng) 及懸掛式機(jī)型 16 以機(jī)械式排種器為 主 山東省寧津縣發(fā)達(dá)機(jī)械廠研制了一種外槽輪式 辣椒播種機(jī) 由于辣椒種子體積小 呈圓片狀 與棉 花 花生種子差異較大 存在播種量大 成穴性差等 問題 河北省衡水礦山機(jī)械廠與冀州市農(nóng)機(jī)局聯(lián)合 開發(fā)了2BLP 3型辣椒點(diǎn)水鋪膜穴播機(jī) 采用地輪 滾筒聯(lián)體舀勺地引式精播器 播種量為4 8粒 穴 不能滿足精量播種的要求 17 18 為解決辣椒高速精 量播種的問題 中機(jī)美諾科技股份有限公司研制了 2BJ 4 5型氣吸式蔬菜播種機(jī) 可播種胡蘿卜 洋蔥 和辣椒等小粒蔬菜種子 19 黑龍江德沃科技開發(fā)公 司研制了2BQS 8 8X型氣力式蔬菜直播機(jī) 解決 了漏播現(xiàn)象 保證了出苗率 但該機(jī)存在作業(yè)能耗 大 播種質(zhì)量受機(jī)器振動(dòng)影響等缺陷 20 因此 本文針對(duì)辣椒機(jī)械化種植存在的播種量 大 成穴性差 勞動(dòng)強(qiáng)度大和生產(chǎn)效率低等方面的 問題 結(jié)合辣椒種植農(nóng)藝要求 在參考國內(nèi)外先進(jìn) 技術(shù)的基礎(chǔ)上 研制了一種氣吸式辣椒精量穴直播 機(jī) 并進(jìn)行了田間試驗(yàn) 以期為實(shí)現(xiàn)辣椒的輕簡化 栽培推廣提供參考 1 整機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理 氣吸式辣椒精量穴直播機(jī)要求能一次完成開 溝 播種 覆土和鎮(zhèn)壓等多項(xiàng)作業(yè) 滿足不同的辣椒 種植模式和農(nóng)藝要求 播種行距 穴距和深度可調(diào) 保證種植密度 播種量為1 3粒 穴 1 1 整機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理 氣吸式辣椒精量穴直播機(jī)主要包括懸掛機(jī)架 負(fù)壓風(fēng)機(jī) 播種裝置 開溝裝置 覆土鎮(zhèn)壓裝置和動(dòng) 力傳動(dòng)系統(tǒng)等 可同時(shí)完成開溝 播種 覆土和鎮(zhèn)壓 等作業(yè) 結(jié)構(gòu)如圖1所示 開溝裝置主要包括雙圓 盤開溝器和落種機(jī)構(gòu) 布置在排種管正下方 覆土 鎮(zhèn)壓裝置由鎮(zhèn)壓輪和鎮(zhèn)壓深度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)構(gòu)成 可調(diào) 式凸面橡膠鎮(zhèn)壓裝置位于機(jī)架的后下方 隨著機(jī)具 前進(jìn)對(duì)土壤進(jìn)行鎮(zhèn)壓起到保墑作用 播種單體通過 平行四桿仿形機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)獨(dú)立仿形 可根據(jù)播種行數(shù) 和播種行距需求組合單體數(shù)量和單體間距離 氣吸式辣椒精量穴直播機(jī)通過三點(diǎn)懸掛裝置 與拖拉機(jī)掛接 田間作業(yè)時(shí) 拖拉機(jī)牽引機(jī)具 帶動(dòng) 第 3 期 曾 山 等 氣吸式辣椒精量穴直播機(jī)的研制與試驗(yàn) 103 播種機(jī)地輪同步轉(zhuǎn)動(dòng) 動(dòng)力通過鏈傳動(dòng)和穴距調(diào)整 系統(tǒng)傳遞 帶動(dòng)氣吸式辣椒精量排種器的排種盤轉(zhuǎn) 動(dòng) 在負(fù)壓作用下實(shí)現(xiàn)吸種 攜種和斷壓排種等過 程 種子通過排種管落入雙圓盤開溝器所開的溝槽 中 鎮(zhèn)壓輪將回落的土壤向溝槽中間擠推壓實(shí) 實(shí) 現(xiàn)種子的覆土鎮(zhèn)壓 一次性完成開溝 播種 覆土和 鎮(zhèn)壓作業(yè) 1 2 主要技術(shù)參數(shù) 氣吸式辣椒精量穴直播機(jī)采用單壟雙行種植 方式 其對(duì)應(yīng)的農(nóng)藝要求如圖2所示 實(shí)際生產(chǎn)中 壟高為200 mm 壟面寬度為700 mm 播種深度可調(diào)范圍為10 30 mm 播種溝寬度為 60 mm 播種穴距可調(diào)范圍為150 250 mm 播種行 距可調(diào)范圍為400 550 mm 辣椒精量直播機(jī)整機(jī)主要技術(shù)參數(shù)包括整機(jī) 尺寸 長 寬 高 1 700 mm 1 200 mm 1 200 mm 整 機(jī)質(zhì)量約為85 kg 配套動(dòng)力15 22 kW 作業(yè)速度0 5 1 0 km h 生產(chǎn)效率為0 603 1 206 hm2 h 播種 2 4行 2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì) 2 1 氣吸式辣椒精量排種器結(jié)構(gòu)及工作原理 為滿足辣椒精量穴直播的農(nóng)藝要求 本文設(shè)計(jì) 了一種氣吸式辣椒精量排種器 由種箱 進(jìn)種盒 排 種器殼體 排種口 排種盤 氣室殼體 排種軸和負(fù) 壓進(jìn)氣口等組成 如圖3所示 排種器采用負(fù)壓吸 附原理 作業(yè)時(shí)排種軸帶動(dòng)排種盤轉(zhuǎn)動(dòng) 將種子吸 附在排種盤的排種孔上 當(dāng)轉(zhuǎn)到負(fù)壓阻斷凸臺(tái)時(shí)斷 壓排種 種子進(jìn)入排種管后落入種溝內(nèi) 完成排種 作業(yè) 2 2 排種盤設(shè)計(jì) 排種盤是實(shí)現(xiàn)精量播種的核心部件 研究表 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 主機(jī)架 2 風(fēng)機(jī) 3 平行四桿仿形機(jī)構(gòu) 4 管路 5 調(diào)節(jié)閥 6 地輪 7 鏈傳動(dòng) 8 單體機(jī)架 9 變速器 10 氣吸式辣椒精量排種器 11 雙圓盤開溝裝 置 12 鎮(zhèn)壓裝置 1 Main frame 2 Fan 3 Parallel four bar copying mechanism 4 Pipeline 5 Regulating valve 6 Ground wheel 7 Chain drive 8 Single frame 9 Transmission system 10 Air suction type precision seeding device for pepper 11 Double disk ditching device 12 Pressing device 圖 1 整機(jī)結(jié)構(gòu)三維圖 Fig 1 Three dimensional diagram of the whole machine structure 1 2 3 l2 w1 w2 l1 h1 h2 1 種溝 2 辣椒種子 3 壟體 h1 壟高 h2 播種深度 w1 壟寬 w2 播 種溝寬度 l1 播種穴距 l2 播種行距 1 Seed ditch 2 Pepper seed 3 Ridge h1 Ridge height h2 Sowing depth w1 Ridge width w2 Sowing width l1 Sowing hole distance l2 Sowing spacing 圖 2 辣椒直播種植農(nóng)藝 Fig 2 Direct planting agriculture of pepper 104 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 第 41 卷 明 氣吸式排種器排種盤直徑一般為140 260 mm 21 根據(jù)辣椒播種要求及負(fù)壓腔體的密閉要求 選擇排 種盤直徑140 mm 對(duì)排種器結(jié)構(gòu)及工作過程分析 使吸種孔負(fù)壓保持在中間位置 所以設(shè)計(jì)吸種孔在 排種盤上環(huán)形排列的直徑取115 mm 2 3 吸種孔設(shè)計(jì) 對(duì)南方廣泛種植的辣椒品種的種子進(jìn)行機(jī) 械物理特性測(cè)定 結(jié)果表明 辣椒種子的形狀為橢 圓碟片型 種子外形尺寸 長 寬 厚 平均為3 70 mm 3 20 mm 0 75 mm 種子顆粒密度為630 kg m3 千 粒質(zhì)量為5 53 g 與有機(jī)玻璃的滑動(dòng)摩擦角為 27 3 休止角為39 吸種孔的形狀和尺寸與辣椒 種子的形狀尺寸相適應(yīng) 設(shè)計(jì)原則是保證1個(gè)吸種 孔僅有1粒種子 根據(jù)辣椒種子大小確定吸種孔直 徑 d d ab 1 式中 a為系數(shù) 一般取0 64 0 66 b為種子平均寬 度 則d為2 05 2 11 辣椒種子為橢圓碟片狀 因此取 2 mm作為吸種孔的直徑 吸種孔數(shù)與播種速度 播種頻率及穴距有較大 關(guān)系 對(duì)排種性能有顯著影響 為提高播種機(jī)的作 業(yè)效率 可提高排種盤的轉(zhuǎn)速 但排種盤轉(zhuǎn)速過高 充種時(shí)間過短 充種室內(nèi)的種子來不及吸到排種盤 上 會(huì)造成漏播 攪種時(shí)轉(zhuǎn)速過快容易損傷種子 影 響出苗率 相關(guān)研究 22 表明排種孔穩(wěn)定吸種線速 度不宜超過0 35 m s 排種盤轉(zhuǎn)速最高為58 2 r min 拖拉機(jī)田間作業(yè)速度為0 5 1 0 m s 辣椒的種植 農(nóng)藝要求 穴距為150 250 mm 南方常用穴距為 200 mm 23 24 根據(jù)公式 2 確定吸種孔的孔數(shù) N N 60 000vln 5 2 2 式中 v為田間作業(yè)速度 m s 此處取1 m s l為 穴距 n為排種盤轉(zhuǎn)速 r min 機(jī)器作業(yè)速度一定 穴距保持不變的情況下 隨孔數(shù)的增多 排種盤轉(zhuǎn)速降低 充種時(shí)間較長 排 種性能逐漸提高 同樣隨著孔數(shù)的增多 兩吸種孔 之間距離逐漸變小 當(dāng)孔數(shù)增加到一定值時(shí) 兩吸 種孔吸種會(huì)相互干擾 使得種子在吸種孔上排列混 亂 造成排種質(zhì)量降低 在不影響吸種孔的吸種 清 種和落種的情況下 取吸種孔數(shù)量為6 2 4 排種過程分析 2 4 1 吸種動(dòng)力學(xué)分析 為保證種子被穩(wěn)定吸附 在吸種 攜種弧段上 且隨排種盤轉(zhuǎn)動(dòng) 相對(duì)于吸種 孔不發(fā)生滾動(dòng)和滑動(dòng) 根據(jù)設(shè)計(jì)的排種盤的大小 對(duì)充種區(qū)的吸種弧段和攜種弧段所吸附的種子進(jìn) 行受力分析 具體如圖4所示 被穩(wěn)定吸附在吸種弧段上的種子需要滿足下 列受力平衡 F吸d2 Fh1C 3 Fh1 G F離 F摩 式中 d為排種盤吸孔直徑 mm C為種子重心與排 種盤的距離 mm G為單粒種子 的重力 N F離為種子的離心力 N F摩為種子受到 的種間摩擦力 N F吸為吸孔處的吸力 N 由吸力與真空度的關(guān)系 吸種弧段所需的真空 度 Hc 需滿足 1 2 3 4 567 8 9 1 排種盤 2 進(jìn)種盒 3 導(dǎo)種管 4 安裝座 5 排種器殼體 6 種箱 7 負(fù)壓進(jìn)氣口 8 氣室殼體 9 排種軸 1 Seed metering plate 2 Feed hopper 3 Seed guiding tube 4 Mounting base 5 Shell of seed metering device 6 Seed box 7 Negative pressure air inlet 8 Gas chamber shell 9 Seed metering shaft 圖 3 排種器結(jié)構(gòu)示意圖 Fig 3 Structural diagram of seed metering device F1 F1 F2 F2 F吸 F吸 C C d 2 d 2 F離 R2 G G F摩 r 排種弧段 Discharge seed arc segment 攜種弧段 Carry seed arc segment吸種弧段 Suck seed arc segment 清種弧段 Clear seed arc segment Fh1 Fh1 Fh2 r為排種盤吸孔處的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑 G為種子的重力 F離為離心力 F摩為種 間摩擦力 F吸為吸孔處的吸力 Fh1為種子的重力 離心力及種間摩擦力 三者的合力 Fh2為種子的重力和離心力的合力 C為種子重心與排種盤 的距離 F1 F2為排種盤對(duì)種子的支持力 d為排種盤吸孔直徑 r Rotational radius G Gravity of seed F離 Centrifugal force of seed F摩 Interspecific friction force of seeds F吸 Suction force of hole Fh1 Force of seed gravity centrifugal force and interspecific friction Fh2 Force of seed gravity and centrifugal force C Distance between seed and seed plate F1 F2 Seed plate support force d diameter of suction hole of seed metering plate 圖 4 種子在充種區(qū)和攜種區(qū)的受力分析 Fig 4 Force analysis of seeds in seed filling zone and seed carrying areas 第 3 期 曾 山 等 氣吸式辣椒精量穴直播機(jī)的研制與試驗(yàn) 105 Hc F吸S 2Fh1CSd 4 式中 S為吸孔面積 mm2 Hc為吸室臨界真空度 Pa 因充種區(qū)存在種間摩擦 吸種弧段所需吸力大 于其他弧段 所以此處不再對(duì)攜種區(qū)的受力進(jìn)行分 析 在吸種區(qū)當(dāng)Fh1達(dá)到最大值時(shí) 式 4 可簡化為 Hc 2K1K2K3CGSd 1 v 2 gr 5 式中 g為重力加速度 m s2 v為排種盤吸孔中心處 的線速度 m s r為排種盤吸孔處的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑 mm 為種子的摩擦阻力綜合系數(shù) K1為吸種可靠性系 數(shù) K2為外界條件影響系數(shù) K3為種子含水率影響 系數(shù) 參照相關(guān)文獻(xiàn) 23 本文取 36 15 K1 2 K2 1 8 K3 1 2 v 0 36 m s 計(jì)算得臨界真空度 Hc 139 Pa 排種器臺(tái)架試驗(yàn)最佳真空度值是150 Pa 計(jì)算值和實(shí)際值接近 2 4 2 攜種狀態(tài)分析 辣椒種子為橢圓碟片形 外 形尺寸不規(guī)則 而排種盤上種子的吸附狀態(tài)不同 對(duì)吸孔的密封也不完全一樣 導(dǎo)致種子的吸種粒數(shù) 不同 種子以不同的姿態(tài)進(jìn)入吸種孔 當(dāng)種子以直 立姿態(tài)進(jìn)入吸種孔時(shí) 吸種孔還有間隙 且此時(shí)的 吸力較強(qiáng) 吸種孔吸附2或3粒種子的可能性增 大 前期試驗(yàn)發(fā)現(xiàn) 在保證空穴發(fā)生率低于2 的 氣壓作用下 辣椒種子能在攜種區(qū)形成穩(wěn)定的吸附 狀態(tài) 如圖5所示 但由于辣椒種子外形尺寸的特 殊性 清種裝置會(huì)造成傷種 且不增加清種裝置也 能滿足1 3粒 穴播種量的農(nóng)藝要求 無需增設(shè)額外 的清種裝置 2 5 穴距調(diào)整系統(tǒng) 2 5 1 穴距調(diào)整系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 為提高播種機(jī)具的實(shí) 用性和通用性 播種穴距必須具有一定的調(diào)節(jié)范 圍 播種單體的穴距調(diào)整系統(tǒng)如圖6所示 穴距調(diào) 整系統(tǒng)由二級(jí)鏈傳動(dòng)和一級(jí)變速齒輪組傳動(dòng)組成 拖拉機(jī)掛接機(jī)具進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)時(shí) 地輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)由 地輪軸輸入 經(jīng)第一級(jí)鏈傳動(dòng)將動(dòng)力輸送到變速器 輸入軸 由齒輪組成的變速齒輪組將不同傳動(dòng)比的 動(dòng)力輸出給第二級(jí)鏈傳動(dòng) 最終帶動(dòng)末端的排種器 軸轉(zhuǎn)動(dòng) 實(shí)現(xiàn)播排種盤的轉(zhuǎn)動(dòng)與車速的同步匹配 同時(shí)可通過改變變速傳動(dòng)齒輪組的嚙合齒輪實(shí)現(xiàn) 播種穴距的調(diào)節(jié) i 2 5 2 穴距調(diào)整系統(tǒng)的工作原理 氣吸式辣椒精 量穴直播機(jī)穴距調(diào)節(jié)主要通過調(diào)節(jié)傳動(dòng)系統(tǒng)中變 速器的檔位 改變動(dòng)力輸入與輸出之間的傳動(dòng)比來 實(shí)現(xiàn) 不同傳動(dòng)比對(duì)應(yīng)不同的穴距 辣椒播種穴距 要求150 250 mm 南方常用穴距為200 mm 本文 以變速器三檔為常用穴距開展穴距調(diào)整系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本文地輪直徑 D 為250 mm 滑移率 取5 排 種盤轉(zhuǎn)動(dòng)1圈播種6穴 則理論穴距 l 滿足公式 6 整機(jī)總傳動(dòng)比 的計(jì)算見公式 7 本機(jī)第一級(jí) 鏈傳動(dòng)比取值為1 即鏈輪I齒數(shù) Z1 鏈輪II齒數(shù) Z2 25 24 25 齒輪I齒數(shù) Z3 為18 變速器三檔對(duì) 應(yīng)的齒輪II的齒數(shù) Z4 為21 鏈輪 為排種軸上 鏈輪 取齒數(shù) Z6 為21 由公式 6 和 7 得鏈輪 III的齒數(shù) Z5 計(jì)算公式 8 通過計(jì)算Z5 17 l D 1 n16n 6 6 i i1i2i3 n1n3n5n 2n4n6 Z2Z4Z6Z 1Z3Z5 7 Z5 Z4Z6 D 1 6Z 3lr 8 式中 i為本機(jī)總傳動(dòng)比 i1為第一級(jí)鏈傳動(dòng)比 取 值為1 i2為齒輪傳動(dòng)比 i3為第二級(jí)鏈傳動(dòng)比 n1為 地輪軸轉(zhuǎn)速 n2 n3為變速箱輸入軸轉(zhuǎn)速 n4 n5為 變速箱輸出軸轉(zhuǎn)速 n6為排種軸轉(zhuǎn)速 r min a 橫臥吸b 直立吸c(diǎn) 重疊吸 a Lying suction b Upright suction c Overlapping suction 圖 5 種子的吸附狀態(tài) Fig 5 Adsorption states of seeds 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 地輪軸 2 鏈輪 3 鏈條 4 鏈輪 5 變速器輸入軸 6 齒輪 7 齒輪 8 變速器輸出軸 9 鏈輪 10 鏈條 11 鏈輪 12 排 種器軸 1 Ground wheel shaft 2 Sprocket 3 Chain 4 Sprocket 5 Transmission input shaft 6 Gear 7 Gear 8 Transmission output shaft 9 Sprocket 10 Chain 11 Sprocket 12 Seed metering shaft 圖 6 穴距調(diào)整系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 Fig 6 Structural diagram of hole distance adjusting system 106 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 第 41 卷 穴距與齒輪 的齒數(shù)Z4一一對(duì)應(yīng) 則每一個(gè)檔 位對(duì)應(yīng)的齒數(shù)帶入公式 9 可計(jì)算對(duì)應(yīng)的穴距 l 計(jì)算結(jié)果如表1所示 l 21Z4 D 1 6 18 17 9 2 6 風(fēng)機(jī)選型 本樣機(jī)選用離心式風(fēng)機(jī) 前期試驗(yàn)表明 整機(jī) 所需風(fēng)量為2 2 10 2 m3 s 總風(fēng)壓為3 2 kPa 可滿足 本機(jī)組2個(gè)播種單體的正常工作 根據(jù)文獻(xiàn) 26 可以計(jì)算所選風(fēng)機(jī)的有效功率 Pe Pe Qp 10 式中 Q為風(fēng)量 m3 s p為風(fēng)壓 kPa 根據(jù)風(fēng)量和風(fēng)壓 可計(jì)算得到風(fēng)機(jī)的有效功率 Pe 7 2 10 2 kW 根據(jù)參考文獻(xiàn) 27 取內(nèi)效率 i 0 7 機(jī)械效 率 m 0 92 軸功率 Ps 為 Ps Pe i m 0 112 kW 11 使風(fēng)壓滿足播種機(jī)的要求 28 將所用風(fēng)機(jī)的功 率儲(chǔ)備系數(shù)K定為1 1 因此 所需的風(fēng)機(jī)功率 Ped 為 Ped KPs 12 將數(shù)據(jù)帶入公式 12 求得Ped為0 12 kW 所選風(fēng)機(jī)功率不能低于0 12 kW 由于管路的 長度和氣室的空間大小對(duì)吸孔處的負(fù)壓和流速有 影響 所以風(fēng)機(jī)所需的功率應(yīng)該比理論計(jì)算的功率 大 且需要預(yù)留足夠的功率作為后備功率 并且從 經(jīng)濟(jì)上考慮 風(fēng)機(jī)直接選用了黑龍江省雙福機(jī)械有 限公司生產(chǎn)的離心式電動(dòng)風(fēng)機(jī) 該風(fēng)機(jī)的功率為 0 2 kW 完全滿足該播種機(jī)的風(fēng)壓要求 風(fēng)機(jī)安裝 在主機(jī)架的安裝板上 單獨(dú)由蓄電池供電 風(fēng)機(jī)與 播種機(jī)之間用硬脂塑料管連接 3 田間播種試驗(yàn)與結(jié)果 3 1 試驗(yàn)材料 試驗(yàn)在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)增城教學(xué)試驗(yàn)基地 N 23 14 35 78 E113 38 17 00 海拔20 m 展開 試 驗(yàn)田地勢(shì)平坦 土壤類型為壤土 土壤含水率為 18 25 土壤緊實(shí)度為2 kg cm2 本次試驗(yàn)前茬 作物為玉米 試驗(yàn)前采用旋耕機(jī)對(duì)田塊土壤進(jìn)行耕 整 使其細(xì)碎平整并起高20 cm 寬70 cm的地壟 試驗(yàn)材料為 辣研102 其物理特性如下 千粒質(zhì) 量5 53 g 容重759 2 g L 顆粒密度630 kg m3 含水率 為11 2 種子外形尺寸 長 寬 厚 平均為3 70 mm 3 20 mm 0 75 mm 試驗(yàn)用拖拉機(jī)為常發(fā)金冠 CFD554A輪式拖拉機(jī) 作業(yè)速度為3 6 km h 圖7 為播種機(jī)及田間試驗(yàn)圖片 3 2 指標(biāo)及測(cè)定方法 為考核氣吸式辣椒精量穴直播機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)是否合理 以及性能指標(biāo)是否達(dá)到田間實(shí)際生 產(chǎn)要求 根據(jù)參考文獻(xiàn) 29 30 的方法 對(duì)氣吸式 辣椒精量穴直播機(jī)田間生產(chǎn)進(jìn)行測(cè)試 測(cè)試內(nèi)容 主要包括地輪滑移率 穴距及其變異系數(shù)和播種 深度合格率等 主要檢測(cè)設(shè)備包括卷尺 鐵刮板 電子秤 計(jì)算器 秒表 標(biāo)桿 塑料袋 土壤硬度計(jì) 和鐵鍬等 根據(jù)地輪半徑計(jì)算得到地輪行走20圈的理論 距離 標(biāo)記地輪 測(cè)量機(jī)具在拖拉機(jī)的牽引下 地輪 轉(zhuǎn)動(dòng)20圈前進(jìn)的實(shí)際距離 重復(fù)5次試驗(yàn)取平均 值 地輪滑移率 計(jì)算公式如下 S 2 rn2 rn 100 13 式中 r為地輪半徑 mm n取20圈 S為地輪走過 的實(shí)際距離 m 試驗(yàn)區(qū)總長度為100 m 測(cè)區(qū)為播種機(jī)單次作 業(yè)開始后10 m和結(jié)束前10 m的區(qū)間 設(shè)定3個(gè)穴 距進(jìn)行試驗(yàn) 每個(gè)穴距重復(fù)3次 每次連續(xù)測(cè)250 組穴距和穴粒數(shù) 記錄數(shù)據(jù)并統(tǒng)計(jì)結(jié)果 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn) 表 1 變速箱各檔位與穴距對(duì)應(yīng)表 Table 1 Different gear position in the gear box and the corresponding hole distance 檔位 Gear position 齒輪 II 齒數(shù) Gear II teeth 總傳動(dòng)比 Total drive ratio 穴距 mm Hole spacing 1 15 1 03 140 2 18 1 24 168 3 21 1 44 196 4 24 1 65 224 5 27 1 85 252 6 30 2 06 280 a b a 播種機(jī) b 田間試驗(yàn) a Seeding machine b Field experiment 圖 7 田間播種試驗(yàn) Fig 7 Field sowing test 第 3 期 曾 山 等 氣吸式辣椒精量穴直播機(jī)的研制與試驗(yàn) 107 和辣椒種植農(nóng)藝要求 設(shè)定穴距和穴粒數(shù)2個(gè)考核 指標(biāo)對(duì)作業(yè)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估 計(jì)算穴距合格指數(shù) 重 播指數(shù) 漏播指數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)差 穴距偏移指數(shù) 和變異 系數(shù) 根據(jù)穴距合格指數(shù)計(jì)算式計(jì)算穴距合格指 數(shù) 按照播種量1 3粒 穴為合格 空穴和每穴粒數(shù) 大于4分別為漏播和重播 并計(jì)算出對(duì)應(yīng)的概率 作為評(píng)價(jià)指標(biāo) A n1N 100 14 式中 A為考核指數(shù) n1為播種穴距滿足要求的數(shù) 量 即考核數(shù) N 為考核區(qū)間數(shù) 播種深度與地平面有關(guān) 應(yīng)以鎮(zhèn)壓后的地面為 準(zhǔn) 播種深度的測(cè)定取5行 每行測(cè)定10點(diǎn) 在測(cè) 點(diǎn)上垂直切開土層使種子完全露出 測(cè)量播種深度 并記錄數(shù)據(jù) 播種深度合格率是指覆土深度 10 mm 的點(diǎn)占總測(cè)定點(diǎn)的百分?jǐn)?shù) 按公式 15 計(jì)算測(cè)區(qū)播 種深度合格率 Q Q qq 總 100 15 式中 q為播種深度合格點(diǎn)數(shù) q總為測(cè)定總點(diǎn)數(shù) 3 3 結(jié)果與分析 3 3 1 地輪滑移率 地輪為沒有動(dòng)力的第5輪 其 因機(jī)具行走與土地產(chǎn)生的摩擦而同步轉(zhuǎn)動(dòng) 能較好 體現(xiàn)機(jī)具前進(jìn)的速度 其產(chǎn)生的動(dòng)力經(jīng)過動(dòng)力傳輸 系統(tǒng)直接作用于吸種盤的旋轉(zhuǎn) 由于地輪存在滑移 現(xiàn)象 會(huì)導(dǎo)致地輪速度與機(jī)具前進(jìn)速度不匹配 從 而影響吸種盤轉(zhuǎn)速 直接體現(xiàn)在播種穴距上 地輪 滑移率越小 播種穴距越接近理論穴距 地輪滑移 率越大 實(shí)際播種穴距會(huì)同步增大 采用定圈測(cè)距 的方式測(cè)得地輪轉(zhuǎn)動(dòng)20圈播種機(jī)的實(shí)際前進(jìn)距離 統(tǒng)計(jì)結(jié)果 并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析得出實(shí)際前進(jìn)距 離平均為16 71 m 理論前進(jìn)距離為15 71 m 計(jì)算 得出地輪的滑移率為6 37 標(biāo)準(zhǔn)差為0 11 變異系 數(shù)為2 02 穴距調(diào)整系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)已考慮5 的滑 移率影響 所以本機(jī)的設(shè)計(jì)可靠且符合實(shí)際生產(chǎn)需求 3 3 2 穴粒數(shù)及穴距 統(tǒng)計(jì)選取的3個(gè)穴距及穴 粒數(shù)試驗(yàn)結(jié)果如表2和表3所示 由表2和表3結(jié) 果可知 在開展播種作業(yè)的時(shí)候 在不同的播種穴 距下 播種機(jī)穴距合格率均大于89 重播率均小 于4 85 漏播率均小于11 合格穴距變異系數(shù) 均小于23 77 穴粒數(shù)合格率大于89 86 重播率 小于11 漏播率小于0 53 在行進(jìn)速度不變的 情況下 隨著播種穴距的增大 排種器轉(zhuǎn)速減慢 穴 距合格指數(shù)增大 重播指數(shù)幾乎不變 漏播指數(shù)減 小 合格穴距變異系數(shù)減小 穴距和穴粒數(shù)兩方面 的考查參數(shù)均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定 作業(yè)質(zhì)量達(dá)到 辣椒直播的要求 3 3 3 播種深度合格率 辣椒最佳播種深度為20 mm 處理各行播種深度值后得到的2項(xiàng)指標(biāo)值如表4 所示 播種深度主要影響種子的出苗率 播種深度 的一致性主要影響出苗時(shí)間的一致性 由表4可 知 播種深度變化不大 平均播種深度合格率為 86 高于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的不小于80 的指標(biāo) 覆 土鎮(zhèn)壓裝置的覆土量滿足生產(chǎn)需求 對(duì)種子萌發(fā)和 出苗時(shí)間沒有較大影響 達(dá)到生產(chǎn)要求 表 2 穴距及其變異系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果 Table 2 Test results of hole distance and its coefficient of variation 試驗(yàn)號(hào) Test no 穴距 mm Hole distance 合格率 Qualified rate 重播率 Repeat seeding rate 漏播率 Leakage seeding rate 變異系數(shù) Coefficient of variation 測(cè)試值 Test value 標(biāo)準(zhǔn)值 Standard value 測(cè)試值 Test value 標(biāo)準(zhǔn)值 Standard value 測(cè)試值 Test value 標(biāo)準(zhǔn)值 Standard value 測(cè)試值 Test value 標(biāo)準(zhǔn)值 Standard value 1 168 89 10 75 0 20 10 90 10 22 01 35 2 196 89 10 75 4 85 20 6 05 10 23 76 35 3 224 90 78 80 4 78 15 4 44 8 21 53 30 表 3 穴粒數(shù)試驗(yàn)結(jié)果 Table 3 Test result of seed number in hole 試驗(yàn)號(hào) Test no 理論穴距 mm Theoretical hole distance 漏播率 Leakage seeding rate 合格率 Qualified rate 重播率 Repeat seeding rate 1 168 0 90 13 9 87 2 196 0 89 87 10 13 3 224 0 53 93 47 6 00 108 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 第 41 卷 4 結(jié)論 1 研制了一種氣吸式辣椒精量穴直播機(jī) 提出 用于辣椒穴直播的氣吸精量排種器 整機(jī)可一次完 成開溝 播種 覆土和鎮(zhèn)壓等工序 該機(jī)器播種量 穴距 播種深度等播種質(zhì)量指標(biāo)皆達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī) 定 滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求 2 田間試驗(yàn)結(jié)果表明 氣吸式辣椒精量穴直播 機(jī)的播種量為1 3粒 穴 穴粒數(shù)平均漏播率為 0 18 平均合格率為91 16 平均重播率為 8 66 不同穴距試驗(yàn)的播種穴距合格指數(shù)均大于 89 重播指數(shù)均小于4 85 漏播指數(shù)均小于 11 合格穴距變異系數(shù)均小于23 77 播深合格 率為86 各項(xiàng)指標(biāo)值均滿足標(biāo)準(zhǔn) 30 要求 由于機(jī)具覆土依靠種溝開溝器回土 土壤含水 率或黏度不同會(huì)造成回土量不穩(wěn)定 影響播種深 度 有待進(jìn)一步研究 參考文獻(xiàn) 蒲亨明 遵義市辣椒產(chǎn)業(yè)化戰(zhàn)略管理研究 D 貴陽 貴 州大學(xué) 2009 1 王琦 帕斯卡齒輪辣椒缽苗移栽機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與仿 真分析 D 哈爾濱 東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 2016 2 申愛民 趙香梅 我國辣椒生產(chǎn)概況及發(fā)展方向 J 農(nóng) 業(yè)科技通訊 2010 6 5 7 3 王田利 我國辣椒產(chǎn)業(yè)存在問題與對(duì)策建議 J 西北園 藝 蔬菜 2014 4 4 5 4 李晴 韓玉珠 張廣臣 國內(nèi)外辣椒產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨 勢(shì) J 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué) 2009 48 9 2278 2281 5 張真和 中國蔬菜產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)對(duì)策探討 上 J 中國 農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào) 2017 38 9 88 94 6 胡爽吉 梳齒式辣椒采摘裝置的設(shè)計(jì)研究 D 石河子 石河子大學(xué) 2012 7 段斌 小型辣椒移栽機(jī)栽植器的設(shè)計(jì)與仿真試驗(yàn) D 鄭州 河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 2014 8 王建江 余建軍 李小剛 等 膜下滴灌直播辣椒高產(chǎn)栽 培技術(shù) J 新疆