红小豆气吸式精密排种器的试验研究

周宴雨　毛欣　于春涛　王铭娅　邱玉博　王博

摘 要：近年来，黑龙江省杂粮的种植量越来越大。为了满足红小豆精密播种的机械化要求，本研究设计一款红小豆专用气吸式精密排种器。其间对排种器的主要结构和工作原理进行介绍，用3D打印技术加工排种器，并在播种试验台进行试验。研究人员选择排种盘孔径、转轴的转动速度和气室的真空度作为主要参数，进行三因素三水平的正交试验，确定较优的参数组合，并进行验证试验。试验结果表明，当其他参数固定时，排种盘孔径为3.80 mm，真空度为6.00 kPa，转轴转速为4.50 mm/s，从性能指标来看，播种合格率为99.76%，重播率为0%，漏播率为0.24%，满足播种精度要求。

关键词：红小豆;气吸式;精播;试验

中图分类号：S223.2 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）06-0050-03

Experimental Research on the Air Suction Precision Seeding

Device for Red Beans

ZHOU Yanyu MAO Xin YU Chuntao WANG Mingya QIU Yubo WANG Bo

（Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing Heilongjiang 163319）

Abstract： In recent years， the growing amount of miscellaneous grains in Heilongjiang province is increasing. In order to meet the mechanization requirements of precision seeding of red beans， this research designed a special suction type precision seed metering device for red beans. In the meantime， the main structure and working principle of the seed metering device were introduced， the seed metering device was processed with 3D printing technology and tested on the seeding test bench. The researchers selected the diameter of the seeding disc， the rotation speed of the rotating shaft and the vacuum of the air chamber as the main parameters， carried out a three-factor and three-level orthogonal test， determined the optimal parameter combination， and carried out a verification test. The test results show that when other parameters were fixed， the diameter of the seeding disc is 3.80 mm， the vacuum degree is 6.00 kPa， and the rotating shaft speed is 4.50 mm/s， from the performance index， the seeding pass rate is 99.76%， the replay rate is 0%， and the missed seeding rate is 0.24%， which met the requirements of seeding accuracy.

Keywords： red bean;gas suction;refined sowing;test

紅小豆是多用途的豆科植物，其投资少、见效快，经济效益是大宗粮食的2～5倍。红小豆忌重、迎茬，一般以间隔2～3年轮种1～2年为好。红小豆的种植机械多数是由其他播种机械改装的，或是采用人工播种，保证不了播种质量，经常出现播深不一致、密度不均匀等现象。因此，研制红小豆专用播种机是实现红小豆生产全程机械化的重要保障之一。播种机的核心部件是排种器，排种器的适应性越强、性能越稳定可靠、精密度越高，越能很好地适应高速作业，播种器在工作时就越能满足播种需要。气吸式排种器对种子的几何尺寸要求不严，易实现单粒点播，通用性好，它还具有作业速度高、籽粒分布均匀以及出苗整齐等优点。气力式排种器能较好地适应种子形状变化，柔性好，对种子的机械损伤作用小。

很多学者对排种器进行了研究并取得一定成果。高富强对气吸式排种器排种性能的影响因素进行了试验研究，得出排种盘转速与气室真空度大小对排种性能有很大的影响[1]。赵立军等人就气吸式排种器的通用性进行了研究，对玉米和大豆两种作物进行了设计论证[2]。杨薇等人为满足玉米育种试验的播种需要，设计了一种种腔自净型气吸式精量排种器，该排种器的吸种腔与清种腔相互独立，排种与清种过程互不干扰，自净率达100%[3]。颜丙新提出了气吸式排种器重力辅助充种新方法，设计了排种器的充种区域方案[4]。气吸式排种器能够较好地实现播种需要，高精度和低破损率能使种子成本降低，让种子数量得到高效使用[5]。

本研究设计了一种红小豆专用气吸式精密排种器，可实现单粒精密播种，为红小豆播种机的研发提供参考。

1 红小豆气吸式精密排种器概述

1.1 排种器的主要结构

红小豆气吸式精密排种器主要由排种盘、清种爪、气室壳体、密封垫圈和排种器壳体等结构组成，其排种器爆炸图如图1所示。

注：1.排种器壳体;2.轴承;3.排种器转轴;4.固盘结构;5.排种盘;6.密封垫圈;7.气室壳体;8.压板;9.清种爪;10.隔板。

1.2 排种装置的工作原理

红小豆种子由播种机的种箱进入排种器的内部，种子在排种器内依次经过充种区、清种区、送种区和投种区，在充种区、清种区和送种区皆受到气室给予的负压作用。清种区和送种区一起完成种子的运输作用，此外，清种区还担任着清除排种盘的吸种孔上吸附的多余种子的作用。当种子到达投种区，无气室的负压作用时，吸附在排种盘吸种孔上的种子会在重力的作用下自行脱落，即完成排种。

2 试验研究

2.1 试验材料与方法

本研究以珍珠红品种的红小豆为试验材料，试验在黑龙江八一农垦大学农机实验室播种试验台（见图2）上进行，每个试验重复三次，取平均值。试验参照《单粒（精密）播种机试验方法》（GB/T 6973—2005），性能指标如下。

2.1.1 合格指数。合格指数是指合格数与区间数的百分比，其计算公式为：

[A=n1N×100%]                          （1）

式中，[A]为合格指数，%;[n1]为合格数;[N]为区间数。

2.1.2 重播指数。重播指数是指重播数与区间数的百分比，其计算公式为：

[D=n2N×100%]                             （2）

式中，[D]为重播指数，%;[n2]为重播数。

2.1.3 漏播指数。漏播指数是指漏播数与区间数的百分比，其计算公式为：

[M=n0N×100%]                           （3）

式中，[M]為漏播指数，%;[n0]为漏播数。

2.2 单因素试验研究

结合以往研究可知，影响播种性能的主要参数为吸种孔的直径、气室负压和排种器转速。

2.2.1 吸种孔直径对排种性能指标的影响。当负压为6.00 kPa，转轴速度为30 r/min时，吸种孔直径的变化对排种性能的影响如图3所示。

由图3可知，当吸种孔直径增大时，合格指数逐渐增大，重播指数为0，漏播指数逐渐减小。当吸种孔直径为3.80 mm时，合格指数为99.58%，漏播指数为0.43%。

2.2.2 气室负压对排种性能指标的影响。当吸种孔直径为2.90 mm，转轴速度为30 r/min时，气室负压的变化对排种性能的影响如图4所示。

由图4可知，当气室负压增大时，合格指数逐渐增大，重播指数为0，漏播指数逐渐减少。当气室负压为10.00 kPa时，合格指数为99.28%，漏播指数为0.72%。

2.2.3 转轴的转速对排种性能指标的影响。当吸种孔直径为2.90 mm，真空度为6.00 kPa时，转轴转速的变化对排种性能的影响如图5所示。

由图5可知，当转轴的转速增大时，合格指数逐渐减小，重播指数为0，漏播指数逐渐增大。当转轴转速为10 r/min时，合格指数为99.41%，漏播指数为0.59%。

2.3 多因素试验研究

2.3.1 多因素试验方案及数据结果。本研究选定正交试验的三因素，即吸种孔直径、气室负压和排种器转轴的转速，然后设计正交试验因素水平表，如表1所示。

根据单因素试验结果，正交试验的性能指标选择合格指数。本研究采用[L9（34）]的正交试验，试验方案和结果如表2所示。

2.3.2 试验数据分析。本研究用SPSS软件对试验数据的性能指标进行分析，通过主体间效应检验分析可知，对红小豆气吸式精密排种器排种性能产生影响的主次因素顺序为：C（转轴转速）>A（吸种孔直径）>B（气室负压）。经确定，较优组合为A3B1C2，即当吸种孔直径为3.80 mm，气室负压为6.00 kPa，转轴转速为20 r/min时，排种器可达到较优的工作效果。

2.3.3 验证试验。下面对正交试验分析得出的较优组合进行试验验证，试验重复三次，取平均值。试验结果表明，合格指数为99.76%，重播指数为0%，漏播指数为0.24%，经验证，试验结果满足精度要求。

3 结论

通过开展正交试验，研究人员发现，对红小豆气吸式精密排种器排种性能产生影响的因素主次顺序为：转轴转速>吸种孔直径>气室负压。当吸种孔直径为3.80 mm，气室负压为6.00 kPa，转轴转速为20 r/min时，研究人员发现了较优组合。试验结果为合格指数99.76%、重播指数0%、漏播指数0.24%，经验证，其满足播种的精度要求。

参考文献：

[1]高富强. 气吸式排种器排种性能影响因素的分析与试验研究[J].农机化研究，2016（9）：191-195.

[2]赵立军，颜珊珊，王宇杰，等.气吸式单、双排精密通用排种器的设计与试验[J].农机化研究，2018（7）：136-140.

[3]杨薇，方宪法，李建东，等.种腔自净型气吸式玉米小区精量排种器设计与试验[J].机械农业学报，2019（6）：64-73.

[4]颜丙新.盘室同步气吸式精量排种器设计研究[D].北 京：中国农业大学，2018：23-24.

[5]张雷雨，毛欣. 新型窝眼轮式玉米排种装置的设计与试验研究[J].中国农机化学报，2017（6）：22-24.