小区播种机净种系统的研究

周家鹏，王延耀

(青岛农业大学 机电工程学院，山东 青岛　266109)



小区播种机净种系统的研究

周家鹏，王延耀

(青岛农业大学 机电工程学院，山东 青岛266109)

摘要：小区播种机的性能是种子新品种培育的重要保障，其净种系统尤为重要。为此,就目前小区播种机上采用的几种净种方式进行研究，分析其组成结构和工作原理，同时对各种方式的优缺点进行剖析，以确定各种方式所适用的种子类型，为今后的小区播种机净种系统的研制提供一些参考。主要介绍了3种净种方式：①插装式，即采用可拆卸式排种装置，每次换种之前进行人工净种；②机械结构自动净种，利用特殊的结构造型在排种过程中自动清理剩余种子；③气吸式，根据气吸原理将剩余种子从排种器中吸出去。

关键词：小区播种机；净种；气吸式

0引言

粮食是人们赖以生存的基本生活资源，粮食产量关系到一个国家的稳定发展，而土地荒漠化、水土流失使得土地资源正在流失，同时大量的农用耕地荒废或植树让本就不堪重负的耕地再度缩水，高产作物品种成为提高粮食产量的重要因素，使小区育种试验的工作越来越重要。我国小区试验大多采用传统的人力手工播种，劳动的繁重、工序的繁琐、播种效率的低下、播种质量的不均衡，以及小区面积、数量的小且少，严重地影响了小区试验研究的准确性、科学性及普遍性。针对上述问题，国内有些科研机构也进行过研究，但成果不显著，虽然能解决人工劳动强度大和作业效率低的问题，但并没有解决培育新品种过程中的核心问题，即播种精度不够的问题。

在小区试验过程中不仅要保证行距，还要有合理的株距，在育种试验中对以上两点的要求就更加严格。同时，同小区中播种同一品种的种子，不同小区之间品种不同，要求播种机在一个小区播种完之后机器内不能留存有上个小区的种子，一旦出现混种将造成试验数据不可靠或者误导研究人员的判断，使试验失去意义。因此，净种系统的工作是否可靠是关系到育种工作成败的重要因素[1-4]。

为此，研究了现有的几种净种系统，分析其工作原理、工作过程及适用情况，希望为以后小区播种机净种系统的研发提供参考。

1插装式净种系统

手动式净种即采用人工清理每个小区播完后排种器中剩余的、未播完种子的一种净种系统。具体的操作方式是：采用一种特殊的快速拆装的排种装置，在播种完一个小区的时候由操作人员在播种机走过小区间隔区域的时间内将排种装置从机器上拆下，然后进行残余种子的清理，同时换上下个小区要播种的种子品种。

插装式净种系统是一种目前较常见的手动式净种系统，结构简单可靠，主要靠插装式排种器和机架连接机构两大工作部件间的快速插装完成净种过程。

1.1　插装式净种装置

插装式净种装置的特点在于其能在工作过程中快速拆装，结构如图1所示。

1.箱体　2.前导套　3.弹簧柱销　4.后导套

图1中，箱体是整个排种器的工作空间，同时也是排种器与机架连接机构的连接部件；前导套和后导套主要起到快速插装时的导向作用，且限制排种器在水平面中的移动；弹簧柱销在排种器安装在机架上后起到限制排种器在竖直方向上位移的作用[5]。

1.2　插装式结构工作过程分析

插装式排种器和机架配合过程如图2所示。

1.弹簧柱销　2.前导柱　3.导套套管

图2中，前导套和后导套装配在排种器箱体上，导套套管焊接在前导套上面，且导套套管一侧加工有螺纹孔，弹簧柱销通过螺纹孔与导套套管配合。前导柱和后导柱安装在机架连接机构上。

在安装排种器的过程中，首先前导柱与导套套管配合，在前导柱深入的过程中弹簧柱销的顶端受到来自前导柱表面的压力，弹簧受力压缩弹簧导柱后退，前导柱继续插入；当排种器箱体与机架连接机构相接时，排种器箱体停止向下运动，同时弹簧导柱与前导柱上的凹槽处在同一水平面上，在弹簧的作用下弹簧导柱向里运动，弹簧导柱的顶端与前导柱的凹槽配合。在排种器箱体下落后期，后导柱也与后导套配合。各个配合部件成功配合后，前导柱与导套套管之间的配合及后导柱与后导套之间的配合能够限制排种器箱体在水平面内的运动，弹簧柱销与前导柱凹槽间的配合加上整个排种器的重力能够防止排种箱体的上下震动，从而保证排种器内部工作部件之间的传动稳定和排种工作的正常进行[6-7]。

在一个小区播种完成需要清种和换种时，操作员向上提拉排种器。排种器箱体向上运动前导柱做向下的相对运动，弹簧柱销顶端下表面受到前导柱凹槽下表面的压力向外运动，弹簧柱销与前导柱配合解除；排种器箱体继续向上运动与机架脱离完成拆卸过程。在人工将上个小区残留的种子清除后，加入下个小区要播种的种子品种，重复安装和拆卸完成整个播种作业[8]。

利用插装结构形成的净种系统最突出的特点就是保证排种器中无种子残留，完全避免了小区试验中混种的弊端；但小区的长度决定了在小区播种作业过程中要频繁的更换种子品种，这就使操作员的工作量非常大，从而影响到整个播种作业的效率。

2机械式净种系统

本文介绍的机械式净种系统是指一种利用特殊的结构构成一个特定的曲面或空间，使排种器在播种完本小区后里面没有残留种子的排种系统，也叫自动净种系统。该系统能够保证在排种器完成排种工作后排种器种没有种子残留防止混种。小区育种过程中，混种是必须要优先解决的关键技术难题。精量播种是精确科学数据的重要前提，机械式净种系统的发展将大大加快小区育种机械化进程[9]。

本文主要研究两种常见的机械式装置：锥体格盘装置和锥体皮带装置。20 世纪 60 年代，Egil Oyjord 教授发明了锥体格盘式装置，并研制了一台应用此排种装置的小区条播播种机；此后，随着田间育种模式和要求的变化，衍生出了锥体皮带式装置[10-11]。

2.1　锥体格盘装置

锥体格盘装置的机械结构如图3所示。

1.落种漏斗　2.锥体　3.格盘

图3结构是在排种的过程中同时完成净种的。种子由落种漏斗进入整个装置，后经锥体的分种使种子基本均匀地进入格盘与格盘盘底组成的扇形空间内；扇形空间只有上面开口，格盘与底盘及外面圆筒配合紧密，动力由锥齿轮传入该装置，锥体格盘在转动轴的带动下转动[12-13]。

种子在锥体格盘装置工作过程中受力如图4所示。锥体格盘在工作过程中按逆时针转动，格盘对种子的推力F克服摩擦力Fp对种子做功，推动种子前进；锥体格盘转动时种子还受到向心力的作用，在合力的作用下种子由掉落位置运动到落种口，由落种口落下；格盘与底盘和圆筒内壁紧密贴合，种子全部受到合力作用，在格盘转到落种口时该扇形区域所有种子全部由落种口落下，不发生扇形区域存种现象。

图4　种子受力图

2.2　锥体皮带装置

锥体皮带装置是在锥体格盘的基础上根据小区种植模式和农艺的变化衍生来的，其结构如图5所示。

1.锥体　2.皮带　3.张紧销轴　4.滚动销轴　5.种子

与锥体格盘不同的是：种子由落种漏斗下落后并非是落在格盘中，而是落在皮带带和锥体之间的缝隙中，如图5所示。整机前进过程中，地轮带动链轮转动，将动力传递给锥齿轮传动轴，再通过锥齿轮带动锥体转动，皮带与锥体紧密配合在一起，其间的摩擦力带动皮带一起转动。皮带表面粗糙，与种子之间的摩擦力较大，一个小区播种完成后，剩余种子在皮带摩擦力的带动下运动。滚动销轴保证皮带与锥体之间只在落种口处有间隙，种子通过间隙由落种口落下。张紧销轴保证皮带与锥体之间的张紧程度，皮带不打滑，从而更好地保证净种效果[14]。

锥体格盘式的结构具有理想的自净能力，只要格盘能够转到落种口处，种子就能落进排种管。但此种装置要求在小区播种结束到下个小区播种前必须保证格盘能够转完1周，让所有格盘在落种口上方转过1次，保证没有种子残留。格盘如果没有转够1周，将可能会有种子残留，这在传动上的要求就比较高，传动不够精确将会影响净种效果，从而影响小区试验的精度。

锥体皮带式结构在传动系统上的要求相对较低，结构较格盘式装置也简单；但自净能力不够理想且对皮带带的要求较高，种子的运动靠与皮带之间的摩擦力带动，作业过程中皮带裸露在外作业环境的变化容易影响皮带的摩擦因数，从而影响净种效果。

3气吸式净种系统

气吸式净种系统原理是利用风机将剩余种子从排种器存种腔吸出，再将种子存于集种盒内。该系统主要与气吸组合式排种器配合使用。

排种器上的存种腔与两个口连接：落种口与净种口，净种口的另一端与风管相接，在一个小区播种完成后，净种口通风，气流流向如图6所示，气流将种子带往集种盒。集种盒结构如图7所示。

1.落种口　2.净种口　3.存种腔

1.吸气管　2.吸气腔　3.隔离网　4.集种腔　5.盒体　　6.收种管

由图7可知：集种盒主要由盒体、收种管、吸气管和隔离网4部分构成。种盒内腔被隔离网分成上下两部分：上半部分为吸气腔与吸气管相连，下半部分为集种腔与收种管相连。排种器中的残留种子由收种管进入集种腔，隔离网阻隔了种子进入吸气腔，种子停留在了集种腔内。

气吸式净种系统的整个工作过程如图8所示。

1.播种阀门　2.风机　3.排种器无种腔接口

风机的吸风口连接有播种阀门和净种阀门两个电控阀门：播种阀门与排种器无种腔相连，净种阀门与集中盒上的吸气管接口连接，集种盒的收种管与排种器上存种腔的净种口接口相连。

风机由拖拉机动力输出轴带动。当1个小区播种作业完成整机进入两个小区间隔时，电控播种阀门关闭，电控净种阀门打开，播种机净种系统开始工作。排种器存种腔内的未播完的种子在气流的带动下由净种口流出，经过连接管路由集种盒的收种口进入集种盒，在隔离网的作用下气流继续前进，种子被阻隔在隔离网下面的集种腔内；在播种机进入下个小区时，电控清种阀门关闭，播种阀门开启，完成一次净种过程。下个小区播种完成后重复上述工作过程保证播种机连续作业[15-17]。

气吸式净种系统工作效率高，净种效果好，但成本较高[18]。

4结论

1)插装式净种系统目前国内在大豆播种机上使用较多, 东北农业大学工程学院利用插装结构的方式发明和研制了2BZXJ-1型大豆小区育种精密播种机[19]。插装式净种系统结构简单，工作可靠，但插装费时、工作效率相对较低。插装式结构能够适应于所有的种子类型，但小区的规模和种植模式成为制约其应用的关键因素，人工插装的工作模式使得播种小区长度不能太短，小区个数不能太多。

2)锥体格盘和锥体皮带式装置多用于小区条播机上，适用于小麦等中小粒作物种子条播作业，在点播机或穴播机上运用较少。小区播种的精确性使得这两种结构对传动系统的要求很高，作业效率较插装式有了明显的提升。新疆农垦科学院农机所研制的 2XBX-2.0 型悬挂式小区条播机采用了锥体格盘式结构[20]，效果良好。

3)在高速的小区育种播种作业中多采用气吸式净种系统，因为需要搭配风机使用，多与采用气吸式的精密排种器搭配使用。气吸式净种系统工作效率高，可靠性好，但造价相对较高。在小区规模较大、种植品种较多时可采用这种系统，高速作业能够既保证作业精度又能使得播种时间相差不大。2014年，中机美诺科技股份有限公司研制的全自动化小区精量播种机采用了该种系统。

参考文献：

[1]尚书旗,杨然兵,殷元元,等.国际田间试验机械的发展现状及展望[J].农业工程学报,2010,26(S1)：5-8.

[2]宋江腾,张淑敏.小区播种机的研究现状及发展方向[J].农机化研究,2004(4):14-16.

[3]常建国,刘兴博,叶彤.农业小区田间育种试验机械的现状及发展[J].农机化研究,2011,33(2):238-241．

[4]郑月男,尚书旗,杨然兵,等.柔 性 精 密 播 种 技 术 的 研 究[J].农机化研究,2010,32(11)：237-238.

[5]赵宇. 2BXJ-6型大豆垄三栽培育种精量播种机的研究[D].哈尔滨：东北农业大学,2013.

[6]谷金龙.2BXJ-4型大豆小区育种精量播种机的研究[D].哈尔滨:东北农业大学,2014.

[7]赵 宇,陈海涛,王业成，等.垄上双行插装式排种器性能试验研究初报[J].大豆科学,2013,32(1):99-100.

[8]姜 峰，陈海涛,王业成.小区育种插装式排种器的设计[J].农业工程学报,2010,26(S1):9-10.

[9]王 琛,刘 扬，段俊兆,等.育种试验小区播种机排种器性能及应用分析[J].农业机械,2012(28):124-125.

[10]WintersteigerAG.Singlerow seeders[M].Ried:Wintersteiger AG,2009：22-33.

[11]杨然兵,尚书旗,郑月男.新西兰田间育种机械化播种技术研究与分析[J].农业机械,2010(9)：96-97.

[12]刘曙光.小区育种播种机关键装置的设计与机理分析[D].沈阳：沈阳农业大学,2011.

[13]杨诚,尚书旗,杨然兵,等.小区育种条播机落种部件的试验研究[J].农机化研究,2014,36(12):204-207，215.

[14]杨诚,尚书旗,杨然兵,等.锥体离心式排种装置理论研究[J].农机化研究,2015,37(6):63-66 .

[15]王文举,徐国锋.气吸式小区精密播种机的应用[J]. 黑龙江农业科学,1984(4):48-51.

[16]刘文忠.气吸式排种装置排种性能试验研究[D].呼和浩特：内蒙古农业大学,2008.

[17]杜辉.气吸式小麦精量播种机的改进研究[D].泰安：山东农业大学,2003.

[18]李建东,杨薇,高波,等.全自动化的小区精量播种机的研制[J].农机化研究,2014,36(4):60-64.

[19]陈海涛,王业成.2BZXJ-1型小区大豆(玉米)育种精量播种机研发成功[J].大豆科技,2009(6):15.

[20]何彦,王序俭,高景生,等.2XBX-2.0悬挂式育种小区条播机简介[J].新疆农业科学,1990(5):223.

Plot Seeder Seed-clearing System Research

Zhou Jiapeng, Wan Yanyao

(College of Mechanical and Electrical Engineering, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, China)

Abstract：Plot seeder performance is the important guarantee of seed breeding new varieties especially net system is particularly important. Net in this paper, the current community seeding machine adopts several kinds of ways to study, analyze its composition structure and working principle, analyzes the advantages and disadvantages of all kinds of ways and seed types, applicable to the various ways for future net kind of system to provide some references for the development of plot seeder. This paper mainly introduces the three ways:①Net cartridge, namely the removable type metering device, every time before another manual net.②Net, automatic mechanical structure with special structure model in the process of seed automatically clean up the rest of the seed.③Gas suction, according to the principle of suction seed balance will be sucked out of the seed metering device.

Key words：plot seedey; seed-clearing; gas suction

中图分类号：S223.2+6

文献标识码：A

文章编号：1003-188X(2016)10-0109-05

作者简介：周家鹏(1990-)，男，山东日照人，硕士研究生，(E-mail)1169583171@qq.com。通讯作者：王延耀(1957-)，男，山东青州人，教授，硕士生导师。

基金项目：公益性行业(农业)科研专项(201203028)

收稿日期：2015-12-07