影响带勺式马铃薯播种机排种性能的因素分析与试验

韩　恒，陈　伟，杜文亮，政东红，刘广硕

(内蒙古农业大学 机电工程学院，呼和浩特　010018)



影响带勺式马铃薯播种机排种性能的因素分析与试验

韩恒，陈伟，杜文亮，政东红，刘广硕

(内蒙古农业大学 机电工程学院，呼和浩特010018)

摘要：2015年，马铃薯主粮化发展战略的提出将极大地促进我国马铃薯种植业的发展，种植面积将显著增加，这对我国马铃薯播种机排种性能提出了更高的要求。我国带勺式马铃薯播种机漏种、重种指数较高，与国外相同机型相比差距很大。为此，利用带勺式马铃薯排种试验台进行了排种性能试验研究。试验得出了取种皮带张紧力、播种机工作速度、振动轮位置，以及充种高度对漏种、重种指数的影响规律，旨在为马铃薯播种机的设计及工作参数调整提供参考。

关键词：马铃薯；播种机；排种性能；漏种指数；重种指数

0引言

马铃薯是我国重要的经济类作物，截至2013年，其总种植面积为577.48万hm2，位居世界第一[1]。随着马铃薯主粮化发展战略的提出[2]，我国马铃薯种植面积仍将持续增加。因此，马铃薯播种机械化势在必行，对马铃薯播种机的性能要求日益提高。目前，市场上最常用的马铃薯播种机为带勺式。因其漏种、重种指数较高，在生产作业时需1～2人进行辅助工作，人员劳动强度大且存在安全隐患。而国内对马铃薯播种机播种监测与漏播补偿系统的研究较少且不成熟，还无法应用到实际生产中[3-8]，带勺式马铃薯播种机排种性能亟待提高。为此，通过马铃薯排种试验台对影响带勺式马铃薯播种机排种性能的因素进行试验研究，为马铃薯播种机设计及工作参数调整提供一定参考。

1试验设备

1.1试验仪器及材料

排种试验台：由内蒙古农业大学机械厂生产的2CMP-4型马铃薯播种机改制而来。摆线针轮减速机：型号XWD2-17，减速比17，功率0.75kW，常州市拓洋减速机厂。变频器：型号CDI9600-G1R5R4，功率1.5kW，德力西(杭州)变频器有限公司。高速摄影机： 型号Phantom Miro2，分辨率 640×480 像素，满幅最高拍摄速率为 1 000张/s，美国Vision Research公司。转速表：型号DT-2234B,量程5～999.9r/min，精度0.1r/min。推拉力计：型号HP-1K,量程1 000N,精度1N，乐清市艾德堡仪器有限公司。原料：克新1号马铃薯，种薯切块后质量为40～50g，拌滑石粉后在20℃的环境下晾晒2天。

1.2试验台设计及试验因素分析

2CMP-4型马铃薯播种机在带勺式马铃薯播种机中具有一定代表性，通过对其结构及工作过程研究分析，认为影响带勺式马铃薯播种机排种性能的主要因素为播种机工作速度、取种皮带张紧力、取种皮带振动强度及充种高度。据此，结合现有机器结构设计了马铃薯排种试验台并对试验因素进行定量分析。

1.2.1排种试验台的设计

排种试验台组成如图1示。

将2CMP-4型马铃薯播种机的一组排种装置及种箱与试验台的机架连接组成试验台机械部分。高速摄影机用于记录取种勺的漏种、重种情况。电动机、减速机、变频器组成试验台的动力部分。通过调节变频器频率，改变电动机转速，经减速机减速后的输出转速可以对应播种机不同的工作速度。其对应关系为

(1)

式中n—减速机输出转速(r/min)；

v—马铃薯播种机工作速度(km/h)；

μ—马铃薯播种机滑移率，试验时μ=5%[9]；

R—马铃薯播种机地轮半径，R=0.31m。

试验时，根据需要选取工作速度v，计算减速机输出转速n；调节变频器并用转速表检测减速机输出转速并使其达到计算的n值。

1.排种装置　2.高速摄影机　3.种箱　4.机架　5.减速机

1.2.2取种皮带张紧力的测定

该型马铃薯播种机通过拧动如图2所示的调节螺母使取种皮带传动轴上升或者下降，从而达到调节取种皮带张紧力的效果。将取种皮带与传动轮出现打滑现象时的传动轴位置记为0mm，并利用推拉力计测出此时取种皮带的张紧力；之后传动轴每升高1mm，测量1次取种皮带的张紧力，测试结果如图3所示。

图2　取种皮带张紧力调节机构

由图3可知：取种皮带张紧力与传动轴上升距离呈非线性关系；传动轴上升距离在0～7mm范围内，皮带张紧力缓慢增加，当超过7mm后，皮带张紧力迅速增加。

图3　张紧力随传动轴上升距离变化曲线

1.2.3振动轮位置与皮带振动强度的关系

该型马铃薯播种机装有机械式振动器，如图4所示。当振动器调节手柄向下移动时，振动轮水平向左移动，与取种皮带内侧均匀分布的突起接触并相互作用产生连续振动。振动轮向左平移距离的大小决定了取种皮带振动的强弱。将振动轮与取种皮带突起刚接触时的位置记为0mm，之后振动轮每向左移动2.5mm作为1个测试点。

1.取种皮带　2.振动器调节手柄　3.振动轮

1.2.4充种高度的测定

马铃薯播种机充种高度如图5所示。在其工作时，通过改变限料板提升距离控制充种高度。随着限料板的提升，充种高度逐渐增大。将限料板的最低位置记为0mm，每提升30mm测量1次充种高度。经测量，充种高度随限料板提升距离变化曲线如图6所示。

图5　充种高度示意图

图6　充种高度随提升距离变化曲线

2试验方案及数据分析

试验参照《GB/T6242-2006种植机械 马铃薯种植机 试验方法》[10]标准进行，评价指标为漏种、重种指数，考察4个因素分别对漏种与重种的影响。试验时，需固定其中3个因素值，并逐渐改变另一个因素值。根据生产经验及试验需要，各因素作为定量时，其值分别为播种机工作速度3.75km/h，取种皮带张紧力238N，限料板提升距离90mm，振动轮平移距离0mm。试验时，启动试验台，用高速摄影机以50帧/s的拍摄速度记录试验台运行过程中取种勺取种情况，试验完成后根据录像统计320个取种勺的取种情况，计算漏种及重种指数。

2.1皮带张紧力对漏种及重种指数的影响

试验时，取播种机工作速度3.75km/h、振动轮平移距离0mm、限料板提升距离90mm，拧动取种皮带张紧力调节螺母，依次改变取种皮带张紧力，统计不同张紧力下的漏种及重种指数。试验结果如图7所示。

图7　漏种、重种指数随皮带张紧力变化曲线

2.2工作速度对漏种、重种指数的影响

试验时，取种皮带张紧力238N、振动轮平移距离0mm、限料板提升距离90mm，逐渐改变变频器频率，使减速机输出转速对应不同的播种机工作速度，统计不同工作速度下的漏种及重种指数。试验结果如图8所示。

图8　漏种、重种指数随工作速度变化曲线

试验结果显示：虽然振动轮平移距离为0mm，但随着播种机工作速度的逐渐增大，取种皮带自身振动加强，漏种指数呈现出增大的趋势，重种指数逐渐减小。当速度超过3.75km/h时，漏种指数超过标准规定的10%；随着播种机工作速度的增加，重种指数逐渐降低并最终稳定在5%左右。

2.3振动轮位置对漏种、重种指数的影响

试验中，取播种机工作速度3.75km/h、限料板提升距离90mm、取种皮带张紧力238N，依次增加振动轮的平移距离，观察振动轮平移距离对漏种及重种指数的影响规律。试验结果如图9所示。

图9　漏种、重种指数随振动轮位置变化曲线

试验结果显示：振动轮的平移距离对漏种指数与重种指数影响显著。速度相同时，随着振动轮平移距离的增加，取种皮带振动加强，漏种指数逐渐增大，重种指数逐渐减小；当振动轮平移距离超过5mm时，漏种指数超过10%，重种指数趋向于0。

2.4充种高度对漏种、重种指数的影响

试验中，取播种机工作速度为3.75km/h、振动轮平移距离0mm、取种皮带张紧力238N，依次改变限料板提升距离，统计不同充种高度下的漏种及重种指数。试验结果如图10所示。

图10　漏种、重种指数随提升距离变化曲线

试验结果显示： 当限料板提升距离较小时，充种高度小、充种时间短，此时漏种指数较高，重种指数相对较低；随着限料板的提升，充种高度增大，充种时间延长，漏种指数逐渐减小，重种指数相应的增大；当限料板提升距离超过90mm时，漏种指数降至6%左右，重种指数保持在13%左右。

3结论

1)为保证播种机正常工作，取种皮带张紧力应在139～289N范围内调节。

2)播种机工作速度在3～3.75km/h范围内时，其漏种及重种指数满足国家标准要求。

3)振动轮平移距离在0～5mm范围内时，播种机漏种及重种指数满足国家标准要求。

4)限料板提升距离在90～150mm范围内时，播种机漏种及重种指数均在标准规定范围内，且种子由种箱进入充种箱时不易结拱。

参考文献：

[1]FAO Statistics Website.Production Statistics [DB/OL].[2014-08-31].http://faostat3.fao.org/download/Q/QC/E.

[2]杨雪.我国力推马铃薯成第四大主粮[N].中国农机化导报,2015-01-12(001).

[3]李雷霞,李洋.带有智能监测系统的马铃薯播种机[J].农业工程，2012(7)：24-26.

[4]张晓东.马铃薯播种机自动监测补偿系统设计[D].兰州:甘肃农业大学,2012.

[5]张晓东,吴建民,孙伟,等.马铃薯播种器自动补偿系统的设计[J].甘肃农业大学学报,2013(1):145-149.

[6]刘全威,吴建民,王蒂,等.2CM-2型马铃薯播种机漏播补偿系统的设计与研究[J].干旱地区农业研究,2013(3):260-266.

[7]曹东.马铃薯精密播种机漏播监测预警系统的研究[D].杨凌:西北农林科技大学,2013.

[8]刘全威. 马铃薯播种机播种监测与漏播补偿系统的研究[D].兰州:甘肃农业大学,2013.

[9]农业大词典编辑委员会.农业大词典[M].北京:中国农业出版社,1998:681.

[10]中国国家标准化管理委员会.GB/T6242-2006种植机械马铃薯种植机 试验方法[S].北京:标准出版社,2006.

Abstract ID:1003-188X(2016)03-0209-EA

Analysis and Test of the Factors Influence the Seeding Performance of Potato Planters

Han Heng, Chen Wei, Du Wenliang, Zheng Donghong, Liu Guangshuo

(College of Electromechanical Engineering, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, China)

Abstract：In 2005, the development strategy of staple food will promote the development of potato farming greatly.Its plantation areas will increase dramatically.This makes a higher claim on the seeding performance of potato planters.The misses index and multiples index of cup belt potato planters of our country are high compared with foreign planters.So after building experiment platform, the test and study of seeding performance was conducted.The influence laws of belt tension, planters’ working speed, the position of vibration wheel and seed filling height on misses index and multiples index was proposed based on experiments.This can provide the design of potato planters and adjustment of its working parameters with corresponding reference.

Key words：potatoes; planters; seeding performance; missing index; multiples index

文章编号：1003-188X(2016)03-0209-04

中图分类号：S223.2+4

文献标识码：A

作者简介：韩恒(1988-)，男，山东淄博人，硕士研究生，(E-mail)hengxingtianxia99@163.com。通讯作者：杜文亮(1957-)，男，内蒙古达拉特旗人，教授，博士生导师，(E-mail)duwl58@163.com 。

基金项目：国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2012CB126307)；公益性行业(农业)科研专项(201303104)

收稿日期：2015-03-07