气吸式大豆精密排种器排种性能试验研究

陈书法，宋正坤， 杨 进，芦新春，孙启新

(淮海工学院 机械工程学院，江苏 连云港 222005)



气吸式大豆精密排种器排种性能试验研究

陈书法，宋正坤， 杨 进，芦新春，孙启新

(淮海工学院 机械工程学院，江苏 连云港 222005)

在精密播种机中，精密排种器是其工作的核心部件，工作性能直接制约了播种机播种性能的优劣。为了探究影响气吸式排种器工作性能的主次因素，以大豆气吸式排种器为研究对象进行了台架性能试验测试。试验确定排种盘转速为影响排种器排种性能的主次因素，气室负压为次要因素；排种盘转速为20 r/min，气室负压为5 kPa时该大豆气吸式排种器排种性能最优，合格指数高达91.13%。该研究结果对排种器结构改进以及性能优化提供了参考依据。

气吸式排种器；合格指数；重播指数；漏播指数

0 引言

精量播种技术不仅可以满足农艺种植一穴一粒的播种要求，还可以起到固定株距和行距，保证田间植株数量，合理分配水分、肥料和光资源的效果，从而使植株生长发育良好一致，有利于作物的机械化收割[1-3]。因此，精量播种技术受到越来越多的关注，精密播种机是保证精量播种的主要机器，而精密排种器作为精密播种机的核心工作部件，其工作性能好坏直接决定了播种机的作业性能[4]。

精密排种器主要分为机械式和气力式两大类[5]：机械式排种器结构简单、造价低，但对种子的几何尺寸要求较高，在充种、清种过程中易伤害种子，不适合高速作业，多用于中小型播种机上[6]；气力式排种器克服了上述缺点，对种子几何外观要求低，不易损伤种子，通用性强，适合高速作业[7-9]，气力式排种器主要分为气吸式、气压式和气吹式3种[3]。

为探究影响气吸式精密排种器排种性能的主次因素和各因素的最优组合，对现有气吸式大豆精密排种器进行了排种性能台架测试，对影响排种器排种性能的因素进行了单因素试验和正交试验分析，确定制约其排种性能优劣主次因素，并找到最优参数组合。

1 排种器工作原理

本次试验采用的排种器为气吸式排种器，该排种器主要由气室壳体、排种盘、充排种器盖、进气口和清种装置等组。气吸式排种器是利用气室的负压产生吸附力将种子吸附到排种盘上的工作原理工作的。气室壳体与排种圆盘配合形成真空气室，气室边缘安装有减小摩擦的密封圈，防止漏气。排种盘是垂直的圆盘，排种盘上有开有气流通道孔。为了防止种子出现架空现象，本次试验用排种器在排种盘上固定了搅种盘，来促进充种室内种子的扰动，以提高种子的囊种率，从而降低漏播率。剔种装置是用来提高排种器分离精度的重要部件，通过清种装置可以实现精密播种的单粒播种需求。排种器外壳的部分空间与排种盘之间配合形成充种室，用来暂时存放种子。

排种器工作时，气吸室在风机的作用下形成真空状态，使排种盘两侧有了一定的气压差，这时吸种孔就会形成一股吸附力；搅种盘搅动充种室内的种子在型孔附近扰动，被型孔形成的吸附力吸附在排种盘上，随排种盘一起运动；排种盘在排种轴的带动下顺时针转动，当转动到投种区时，排种盘两侧的气压差降低的零，型孔的吸附力消失，种子在自身重力作用下落地；排种盘随排种轴持续转动，当型孔再次进入气室时，在压力差的作用下再次吸附被搅种盘搅动的种子。如此循环，完成大豆的单粒精密排种过程。

2 试验材料和方法

2.1 试验材料与设备

试验用排种器为2QXP型垂直圆盘式气吸式单盘排种器，型孔数目30孔，型孔直径4mm。在哈尔滨博纳科技有限公司设计制造的JPS-12排种器性能检测实验台上进行台架试验。供试大豆种子尺寸特征长、宽、高分别为6.71、6.56、5.60mm。

2.2 试验方法

试验时，排种器固定于排种架上，种床带自行运动，如此将播种机相对地面的运动转变为地面相对于播种机的运动。试验时，种子从排种器排出，在种子自身重力的作用下落在喷有油层的种床带上，随种床带一起运动，被视觉系统的摄像头捕捉其运送的视频序列；试验台视觉系统对种床带上的种子运动视频实时监测，输送到计算机上，由计算机软件对视频序列进行统计分析，从而计算出种子粒距合格指数。在种床带运行平稳阶段提取试验数据做统计样本，每组数据取200粒，重复提取数据3次，取平均值作为最终结果。

数据处理方法取自《GB/T 6973-2005单粒(精密)播种机试验方法》。当测得两粒种子的粒距大于1.5Xr(Xr为理论粒距)时，判定为漏播；当粒距小于0.5Xr时，判定为重播；当粒距在0.5Xr～1.5Xr之间时，判定为合格。

2.3 单因素试验

2.3.1 气室真空度对排种性能的影响

气室真空度决定了排种盘两侧的压力差，由此影响型孔对种子吸附力的大小及型孔对种子的吸附性能，它与种子的形状、大小及型孔形状等因素有关。对于不同的种子都有一个最佳的真空度范围：真空度过小，漏吸几率增大；真空度过大，重吸率增加。

种床带运行速度5.4km/h，排种盘转速20r/min，气室工作负压分别选取如下10个水平：1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0 kPa进行单因素试验，且每组进行3次试验并取均值作为最终试验数据，分析气室负压和排种器排种性能的关系。图1表示工作风压与排种性能的拟合曲线，并得到排种性能指标的回归方程。

合格指数回归方程为

A=-6.868x2+71.8562x-89.5518

R2=0.9658

重播指数回归方程为

D=0.1002x2+0.1605x-0.3958

R2=0.9492

漏播指数回归方程为

M=6.7274x2-71.6796x+189.4936

R2=0.9686

式中x—气室工作负压(kPa)；

A—合格指数(%)；

D—重播指数(%)；

M—漏播指数(%)；

R—可决系数。

图1 气室真空度对排种性能的影响曲线

由图1可以看出：在只变动工作风压的情况下，排种合格指数随着负压的增大而呈现先升高后、降低的趋势，工作风压在5.0kPa左右时达到峰值；针对漏播指数而言，在负压增大的情况下，拟合曲线呈先下降、后上升的趋势，在5.0kPa左右时达到最低；重播指数在工作负压增大的情况下呈缓慢升高的趋势。

工作负压较低时，排种盘两侧的气压差较小，型孔产生的吸附力不能吸住种子，从而漏播现象严重，此时排种合格指数和重播指数都比较低。工作负压增大时，排种盘型孔的吸附力增强，漏播指数降低，合格指数开始升高。当工作负压过高时，型孔处形成的吸附力较大，形成吸附两个以上种子的情况，导致重播指数升高。排种子性能最好的阶段在工作风压为4～6kPa时。

2.3.2 排种盘转速对排种性能的影响

排种盘转速的大小决定了种子落到种床带上的快慢。当排种盘转速较大时，种子落地频率快，易造成重播现象；当排种盘转速过慢时，种子落地频率慢，易造成漏播现象。为找到合适的转速，本次测试针对转速做了单因素试验。

种床带运行速度定为5.4km/h，气室工作负压5.0kPa，排种盘转速分别取以下8个因素水平：5.0、10.0、15.0、20.0、25.0、30.0、35.0、40.0 r/min进行单因素试验，每组试验重复进行3次，取3次试验的均值，分别分析每种转速对排种性能的影响。图2表示排种盘转速与排种性能的拟合曲线，并得到排种性能指标的回归方程。

临床护理带教是言传身教，因人施教，在提高护生的专业理论和操作技术的同时，带教老师也要不断充实自己的内在理论，这样护生和带教老师才能一起提升专业素质。

合格指数回归方程为

A=-0.2064x2+9.9561x-24.8664

R2=0.96178

重播指数回归方程为

D=0.0127x2-0.3173x+1.7423

R2=0.9159

漏播指数回归方程为

M=0.1887x2-9.6213x+123.0116

R2=0.9730

式中x—气室工作负压(kPa)；

A—合格指数(%)；

D—重播指数(%)；

M—漏播指数(%)；

R—可决系数。

图2 排种盘转速对排种性能的影响曲线

下降的趋势，在25r/min左右是达到峰值值；重播指数呈上升趋势；漏播指数随着转速的加快呈先下降后上升趋势，在26 r/min左右时达到最小值。排种盘转速过低时，吸种孔能够充分地吸附住种子，但种子下落频率过低，导致漏播指数较高而合格指数很低。排种盘转速过高时，种子不能够即时吸附到排种盘上，导致排种器的漏播指数非常高。排种盘转速在20～30r/mi时，播种合格指数较高。

2.4 正交试验

由前文单因素试验数据处理分析可知：排种盘转速和气室工作风压对排种性能均有影响，排种盘转速在20～30r/min、气室真空度在4～6 kPa时排种器排种性能合格指数较高。为了确定试验因素的主次顺序和参数的最优因素组合，正交试验选取转速和气室工作风压设计两因素三水平的正交试验，表1为正交试验的因素水平表。考虑两者交互作用，使用正交表，试验结果和极差分析如表2所示。

表1 正交试验因素水平表

表2 正交试验结果与极差分析

续表2

本次试验的目标是找到对排种器排种性能的主次影响因素，并确定该排种器对大豆排种时的最优参数。由表2可知：对于单粒合格指数，影响试验的主次因素为A、B、A×B，最优组合为A2B3；对于单粒重播指数，影响试验的主次因素分别为A、A×B、B，最优组合为A3B2；对于漏播指数，影响试验的主次因素为A、B、A×B，最优组合为A1B1。根据以上试验结果综合评析，本次试验的最优因素组合为A2B3。当排种器转速为20 r/min、工作负压为5.0 kPa时，单粒播种合格指数为91.13%，漏播指数为5.42%。

表3为方差分析表。由表3分析可得出：排种盘转速对单粒合格指数的影响高度显著，气室工作负压对试验指标影响显著，排种盘转速是影响排种性能的主要因素，气室负压为次要因素；对于重播指数来讲，排种盘转速影响高度显著,气室负压影响不显著；排种盘转速对漏播指数影响显著，气室负压和交互作用影响不显著。综合以上试验数据处理分析，确定A2B3为最佳因素水平组合，即排种器转速为20r/min、工作负压为5.0 kPa时，试验合格指标达到最优。

表3 正交试验方差分析

续表3

3 结论

1)排种盘转速是影响排种器排种性能的主要因素。随着排种盘转速的增大，播种合格指数呈先上升、后下降的趋势，在25 r/min左右时达到最高值；漏播指数随着转速的加快呈先下降、后上升趋势，在26 r/min左右时达到最小值。

2)气室负压是影响排种器排种性能的次要因素。随着负压的增大，排种器合格指数呈先升高、后下降的趋势，在5.0kPa左右时达到最大值；漏播指数随着负压的增大，呈现先降低、后升高的趋势，在5.0kPa左右时达到最低。

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[3] 崔红梅,陈福德,杜文亮.气吸式玉米精密排种器排种性能试验研究[J]. 农机化研究,2014,36(3):154-158.

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[5] 李洪昌,高芳,赵湛,等.国内外精密排种器研究现状与发展趋势[J].中国农机化,2014(2):12-16，56.

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Experimental Study on the Seeding Performance of the Air-Suction Soybean Precision Metering Device

Chen Shufa， Song Zhengkun, Yang Jin, Lu Xinchun, Sun Qixin

(Schools of Mechanical Engineering, Huaihai Institute of Technology, Lianyungang 222005, China)

The precision metering mechanism is one core component of a planter. Its seeding performance directly cause the planter’s seeding quality. In order to study the main factor that influence the working performance of the air-suction precision metering device, this paper taking soybean air-suction precision metering device as the research object conduct the performance tests on test bench. The main factors who influence the working performance of the air-suction precision metering device is the seed-wheel rotation, the secondary factor is negative pressure of the chamber; when the seed-wheel rotation is 20 r/min and the negative pressure of the chamber is 5.0kPa the working performance is best, its qualified index is 91.13%.The results provide a reference for improving the structure and performance of the seed metering device.

airsuction metering device； qualified index； replay Index； gall Index

2016-10-21

江苏省科技型企业技术创新资金项目(BC2015167)；江苏省苏北科技专项计划项目(BN2016051)

陈书法(1970-)，男，江苏连云港人，教授，硕士生导师，(E-mail)csf7012@aliyun.com。

S223.2+5

A

1003-188X(2017)10-0189-05