平贝母播种机的设计与试验

孙霖生，胡 军，宋 江，刘昶希，李宁飞

(1.黑龙江八一农垦大学 工程学院，黑龙江 大庆 163319；2.黑龙江省保护性耕作工程技术研究中心，黑龙江 大庆 163319)

0 序言

平贝母，又名坪贝、贝母、平贝，属于百合科植物，性苦味甘，具有清热润肺，化痰止咳的功效[1-3]。平贝母是我国特有的一种名贵药用植物[4]，在黑龙江省得到广泛栽培。随着中草药市场的不断扩大，自党的十八大以来，国家将中草药的发展作为经济社会发展的重要举措，并颁布了《中草药发展战略规划纲要(2016—2030年)》《中医药法》《全国道地药材生产基地建设规划(2018—2025年)》等相关政策，进一步为我国中草药产业发展指明了方向。随着中药材种植产业和市场的不段扩大，越来越多种植户不断引入中药材的种植。但是平贝母种子大小形状各不相同，每个类型的特异性也不同，导致平贝母的种植过程仍是以人工为主，机械化程度很低。因此，结合平贝母栽培全程机械化的实际问题，研究适合平贝母栽培的配套机械对发展黑龙江省平贝母栽培的机械化、推动黑龙江省农业产业转型、提高农民收入具有非常重要的现实意义。

1 整机结构与工作原理

在满足栽培农艺要求的前提下，设计一种平贝母播种机。其机械化栽培需要满足以下要求：1)工作地面需要松软平坦，便于播种作业的推进；2)选择1 200 mm宽的畦[5]，便于整机前进；3)畦床间距选择400 mm[6]，可以避免地轮对畦床的损伤，有效降低伤种现象。

1.1 整机结构

平贝母播种机整体结构主要是由推土铲、排种带、种箱、护种板、振动电机、镇压辊、地轮、传动机构、调速电机和机架等部件构成，其结构如图1所示。

1.调速电机；2.振动电机；3.种箱；4护种板；5.机架；6.推土铲；7.地轮；8.传动轴；9.排种带；10.传动机构；11.镇压辊

1.2 工作原理

根据平贝母的种植农艺技术要求，平贝母为小规模种植，每块畦床面积为667 m2，为了便于操作使用调速电机为整机提供主要输出动力，通过调节调速电机转速控制排种带转速，通过更换链轮齿数改变传动比从而改变整机的前进速度；推土铲是斜角型，负责清理地块杂质，使作业地面保持平坦；种箱斜边配合振动电机促使种子顺利下滑，通过种箱底部三角板引导进入排种通道，种箱底部四周毛刷可以防止种子在排种区乱动，同时刮去多余种子并辅助种子进入型孔；种子随着排种带前进到护种板直至种子到达末端在自重力作用下落到土地中；最后由镇压辊将种子压入土地，完成整个播种过程。

2 播种机作业性能的试验研究

本次排播种试验的处理和评价依据农机行业标准JB/T19293—2001《(单粒精密)播种机技术条件》和国家标准GB6973—2005《单粒(精密)播种机试验方法》。已知精量播种机的主要性能指标有粒距合格率A、重播率D及漏播率M。

各指标的计算方法如式(1)

(1)

式中n0—合格数；

n1—重播数；

n2—漏播数；

N—总区间数。

评价指标如表1。

表1 作业性能指标

2.1 试验台设计与搭建

试验选择1.2 m×50 m的畦床地块，准备含水率为66.5%的小贝种子5 kg，选择平稳阶段通过测量计算株距和行距，记录下试验数据并进行处理与分析，确定出最佳试验因素取值。播种机的作业性能试验采用单因素试验法，选取三个因素，固定其中两个，改变一个因素，并观察该因素对各个性能指标的影响。本文选择对平贝母播种机最大的三个试验因素前进速度v、型孔直径L、投种高度h进行试验，以播种的合格率A、重播率D和漏播率M为作业效果指标来检验排种性能。

2.2 播种机试验

前进速度、型孔直径、投种高度是播种机工作性能指标的重要影响因素，设其他参数不变，分别选取前进速度、型孔直径、投种高度的六个不同因素水平等级进行性能试验，三种状况分别为：当L=20 mm，h=80 mm时，选取v=0.36 km·h-1，0.72 km·h-1，1.08 km·h-1，1.44 km·h-1，1.80 km·h-1，2.16 km·h-1；当v=1.08 km·h-1，h=80 mm时，选取L=20 mm，22 mm，24 mm，26 mm，28 mm，30 mm；当v=1.08 km·h-1，L=22 mm时，选取h=40 mm，60 mm，80 mm，100 mm，120 mm，140 mm，试验结束后，对试验数据进行处理分析，根据GB6973—2005《单粒(精密)播种机试验方法》的取样方法，去除试验开头和结尾处的株距，选取播种机平稳运行时的一段作为测量范围，每一组试验测量连续的207个粒距，统计其合格率、重播率、漏播率，试验重复三次进行，测量结果求其平均值。

3 试验结果与分析

3.1 前进速度对播种机工作性能的影响

前进速度对播种机工作性能进行验证的试验结果如表2。

表2 前进速度对排种性能的影响

由表2可知，在前进速度选择范围内，播种机的合格率均高于80%，排种性能效果较好。从整个试验过程来看，合格率随着前进速度的不断增大呈现出先上升后下降的趋势。当v=1.08 km·h-1时，合格率有最高值为96.17%，重播率和漏播率也出现最低值分别为1.92%、1.91%；在前进速度v=0.36 km·h-1时，此时重播率最高为9.13%；在前进速度v=2.16 km·h-1时，漏播率高达10.26%。

通过数据分析得出播种机的前进速度较低时，充种效果较好，原因是整机在低速运转时种子有充足的时间进入型孔，但是造成重播率较高，因此合格率降低。当前进速度过快时，整机的转速也处于高速状态，种子没有充足的时间进入型孔，造成漏播率明显上升，另一方面，投种时种子的初速度会增大，造成株距分布不均匀，导致重播率上升，合格率降低。

综上所述，播种机的前进速度对合格率、重播率及漏播率三个性能指标具有显著影响，说明前进速度对排种性能影响较大。通过单因素试验得出v在0.72～1.44 km·h-1区间内合格率相对较高，在v=1.08 km·h-1时合格率最高为96.17%。

3.2 型孔直径对播种机工作性能的影响

型孔直径对播种机工作性能进行验证的试验结果如表3。

表3 型孔直径对排种性能的影响

由表3可知，在型孔直径选择范围内，播种机的合格率均高于80%，排种性能良好。从整体分析随着型孔直径的不断上升，合格率呈现先上升后下降的趋势，在L=24 mm时合格率最高为94.04%；当L=30 mm时，合格率偏低为86.75%，此时的重播率最高值为10.79%；当L=18 mm时，合格率最低为83.46%，此时的漏播率最高为14.57%，重播率偏低为1.97%。

通过数据分析得出播种机的型孔直径较小，种子在充种过程中进入型孔比较困难，造成漏播现象明显；型孔直径较大时，由于型孔直径的增大，种子容易进入型孔，也会造成多个种子进入型孔，造成重播的现象。

综上所述，播种机的型孔直径对合格率、重播率及漏播率三个性能指标具有显著影响，说明型孔直径对排种性能影响较大。通过单因素试验得出L在20～24 mm区间内合格率均在90%以上，播种机的作业指标较好，工作性能稳定。

3.3 投种高度对播种机工作性能的影响

投种高度对播种机工作性能进行验证的试验结果如表4。

表4 投种高度对排种性能的影响

综合表4可知，随着投种高度的不断升高，合格率呈现逐渐下降的趋势。当h=80 mm时，合格率最高为92.17%，重播率最低为4%，漏播率最低为4%；当h=40 mm时，重播率出现最高值为12.65%；当h=140 mm时，合格率最低为77.78%，重播率最高为10.24%，漏播率最高为11.98%。

通过数据分析可以得出投种高度越高，种子落地后的离散性越大，从而增大重播率和漏播率，导致合格率降低。从合格率的数据中可以看出当h在60～100 mm区间内，合格率先上升后下降，重播率和漏播率先下降后上升，导致这一情况出现的原因是随着投种高度的增大，种子落地后自由度增大，填补了漏播的位置。

综上所述，播种机的投种高度对合格率、重播率以及漏播率三个性能指标具有显著影响，说明投种高度对排种性能影响较大。

4 结论

本文对平贝母播种机整机的结构及工作原理进行了阐述，为验证整机的合理性对其进行了试验，并得出以下结论：

1)播种机的前进速度、型孔直径和投种高度对合格率、重播率及漏播率三个性能指标都具有显著影响；

2)当v=0.72 km·h-1、L=20 mm、h=90 mm时，播种作业的平均合格率为94.13%；

3)在误差范围内，各指标均符合精量播种标准，但是排种装置作业容易受到土地平坦程度和自然环境的影响。