钳夹式棉花膜上精量穴播器的实验研究_李树峰

钳夹式棉花膜上精量穴播器的实验研究李树峰1,陈绍杰1,窦风玲2(1.石河子大学,新疆石河子 832000;2.新疆新联科技有限责任公司,乌鲁木齐 830000)摘 要:将钳子夹持事物的思想运用到传统的滚筒穴播器取种装置的设计中,并将其运用到穴播器取种、清种和排种等播种过程,研制出新型棉花精量膜上穴播装置。

为此,首先介绍了钳夹式棉花膜上精量穴播器关键部件的结构及工作过程,然后依靠实验的方法确定了钳夹式精量穴播器的影响因素,确定了该穴播器的各因素工作水平的最佳组合,实验结果对该穴播器的大田运用及推广具有一定的指导意义。

关键词:棉花;钳夹式;精量;穴播器中图分类号:S223.2+3 文献标识码:A文章编号:1003-188X(2009)02-0137-040 引言精量播种具有节约棉农购买种子、定苗人工费及降低棉花种植成本等特点,已经成为棉花播种技术的一个发展方向。

新疆生产建设兵团由于农业集约化水平较高及农业生产管理体系上的优势,为大面积实施精量播种提供了便利,是棉花精量播种技术的重要示范区。

2002年,兵团开始推广棉花精量播种技术,播种面积逐年递增,已从2002年的666h m2增加到2007年的40万hm2多,占整个兵团棉花播种面积的50%以上[1]。

钳夹式棉花膜上精量穴播器是由兵团农业机械重点实验室研制成功的一种机械式精量穴播器,它利用了钳子夹持事物的思想。

钳子张开一定角度,形成一 V 型槽,物料进入 V 型槽之后,钳子将外力转化成其两面的正压力和摩擦力,实现夹持住物料的目的。

将上述思想应用到穴播器的取种、清种和排种等过程,设计出钳夹式棉花膜上精量穴播器。

1 工作过程及关键部件结构穴播器是棉花播种机械的核心工作部件,其工作性能直接影响播种作业的质量。

钳夹式穴播器由接种杯、取种装置、取种导轨、成穴器动嘴、加种管、定盘、动盘和成穴器定嘴等零部件组成。

精量播种要求一穴一粒,而钳夹式穴播器中实现收稿日期:2008-04-08基金项目:兵团博士基金(ZD2007J C09)作者简介:李树峰(1972-),男,新疆石河子人,实验员。

通讯作者:陈绍杰(1982-),男,河南开封人,硕士研究生,(E-m ail) shaojie0411@163.co m。

一穴一粒的装置就是取种装置,如图1所示。

它主要由动钳、定钳、弹簧、滚轮体轴和滚轮体等5部分组成。

滚轮体在导轨曲线上运动,如图2所示。

随着导轨曲线的变化,滚轮体带动动钳克服弹簧弹力,与定钳形成 V 型取种槽,实现取种、清种和投种的过程。

1.滚轮体2.滚轮体轴3.动钳4.弹簧安装孔图1 取种装置示意图F i g.1 Th e sketc h m ap of getti ng s eed equ i pment图2 导轨示意图F i g.2 The s k etch m ap of gu i de trac k工作时,穴播器在苗床上滚动,取种装置整体随动盘做回转运动,种子在穴播器内做环流运动[2]。

由于导轨曲线的变化,取种装置中动钳受导轨曲线的影响,在滚轮体的作用下做周期性运动,实现取种、清种和排种等过程。

当取种装置运动到取种区时,导轨到穴播器回转轴的距离大于弹簧原长度,动钳克服弹簧的弹力,张开一定角度,与定钳形成一 V 型槽,种子在重力和种子群力的作用下进入 V 型槽;随着取种装置的运动,滚轮体脱离导轨,动钳在弹簧弹力的作用下夹持住 V 型槽内的一粒种子,完成取种过程。

取种装置继续运动,未被钳住的种子在自身重力的作用下落回穴播器中,实现清种;到达排种区,滚轮体再次进入导轨,受导轨曲线的影响,动钳迅速移动,种子失去动钳的夹持力,在自身重力和离心力的作用下落入接种杯完成排种,进而进行下一循环。

2 试验过程2.1 影响因素确定在查阅大量国内外与穴播器[3]有关文献的基础上,依据穴播器的检验标准和大田实验获得的经验,并根据PSD-8型多功能穴播器试验台[4]的特点,初选因素指标,并走访相关专家,对初选因素进行筛选,确定主要影响因素分别为穴播器的工作速度、棉种外形尺寸(主要是宽度方向尺寸)及取种位置。

2.1.1 排种速度穴播器检验标准规定穴播器的播种速度为3.0km/h,根据实际播种需要以及不同地块土壤条件的影响,实际播种速度并不完全维持在3.0k m/h。

因此,确定工作转速水平分别为2.8,3.0,3.5km/h。

2.1.2 种子外形尺寸目前,整个兵团所用品种并不统一,不同品种之间外形尺寸存在差异,而穴播器取种装置的尺寸固定,外形尺寸的差异必然会影响取种效果。

从现在所用的品种中抽出尺寸差异比较大的3个品种作为实验对象,由于棉种的密度相差不大,所以棉种的千粒质量直接反映了不同品种之间的尺寸差异,最终试验确定由棉种的千粒质量反映棉种外形尺寸,即外形尺寸影响因素的水平分别定为:新陆早-24的千粒质量为96g;新陆早-12的千粒质量为92g;新陆早-9的千粒质量为86g。

2.1.3 取种位置由于下种口与导轨都固结在定盘上,下种口的位置和导轨相对位置固定,因此下种口与铅直方向的夹角将影响取种位置。

取种位置的变化对后续的清种和排种都将产生影响。

因此,依据下种口与铅直方向的夹角,确定取种位置的水平分别为0 ,-20 (即取种位置前提20 )和15 (即取种位置后移15 ),如表1所示。

2.2 正交实验根据所确定的因素及水平,选择正交表L9(34)来进行正交实验。

在实验过程中,操作人员由同一试验员完成,每次实验的操作工序完全相同,实验台的外部环境相同。

实验严格按方案要求随机进行,重复3次,每次重复取样3次,重复取样时间为实验台工作稳定后10m i n取一次样,每次取60穴为研究对象。

实验结束后取各组的均值,实验结果如表2所示。

表1 主要影响因素及水平选择T ab.1 The cho i ce ofma i n l y effecti ve factor and t he i r l evel水平因素工作转速/k m h-1千粒质量/g取种位置/( )12.896023.092-2033.58615表2 正交试验表及试验数据Tab.2 The experi m ent tab le and datum序号因素A B C空穴数/穴单粒数/穴11112.6756.0021221.3355.3331330.3355.6742130.3357.0052211.6754.676232054.0073121.6753.6783231.6752.3393310.3355.33 2.3 实验结果分析对实验数据进行极差分析,结果如表3所示。

表3 结果分析Tab.3 The res u lt anal ysis因素空穴数k1k2k3极差优方案单粒数k1k2k3极差优方案A1.440.671.220.77A255.6755.2253.781.89A1B1.561.560.221.34B355.5654.1155.001.45B1C1.561.000.780.78C355.3354.3355.001.00C1 各影响因素不同水平对主要检验指标影响的趋势不同,不同因素不同水平对空穴率和单粒率的影响趋势图分别如图3和图4所示。

图3 各因素对空穴数的影响Fi g.3 The effect of each f actors to t he cavity rati o图4 各因素对单粒数的影响F i g.4 The effect of each factor to the s i ngle granu l e rati o在正交实验中,k值是表示同类因素在同一水平的各项试验结果的平均。

同类因素在不同水平上,k值的大小反映出该水平在同类因素中对实验结果的影响程度。

k值越大,影响程度越大;反之亦然。

同一因素对不同检验指标的影响也不相同,把图1、图2和表3结合起来分析,各因素对各个考察指标的影响如下。

2.3.1 工作转速A对各指标的影响对空穴率来讲,工作转速的极差是最小的,即目前所考察的转速水平对空穴率的影响是最小的,A2水平时是考虑的各水平中最好的;而对单粒率来讲,工作转速的极差是最大的,即转速对单粒率的影响最大,且转速与单粒率是负相关的关系,A1水平时考察因素各水平中最好的。

2.3.2 棉种的外形尺寸B对各指标的影响对空穴率来讲,棉种的外形尺寸的极差是最大的,即目前所考察的棉种的外形尺寸对空穴率的影响是最大的,B3水平时是考虑的各水平中最好的;而对单粒率来讲,棉种的外形尺寸的极差较大的,即外形尺寸对单粒率的影响比较大,B1水平时考察因素各水平中最好的。

2.3.3 取种位置C对各指标的影响对空穴率来讲,取种位置的极差是较小的,即对空穴率的影响是较小的,C2水平时是考虑的各水平中最好的;而对单粒率来讲,工作转速的极差是最大的,即转速对单粒率的影响最大,且转速与单粒率是负相关的关系,C1水平时考察因素是各水平中最好的。

3 讨论1)实验结果显示:该穴播器不太适合用于新陆早-12的播种,造成这种现象可能与穴播器取种装置的尺寸、新陆早-12的外形尺寸以及弹簧的预紧度有关。

该穴播器以新陆早-24的外形尺寸为基础设计而成,设计时其取种装置的尺寸更多考虑新陆早-24宽度方向的尺寸。

由于新陆早-12尺寸与新陆早-24尺寸有一定的差异,但相差不大,所以可能造成两粒种子同时进入取种装置,但是取种装置不易同时把两个种子夹紧,两个种子都取不上的几率增大。

而对于新陆早-9,尺寸与新陆早-24号相差很大,导致取种装置可以一次取上两粒种子,造成双粒率增加。

2)对于棉农来说,实际播种时种子尺寸一定,如何选择合适的播种速度才是关键。

从试验结果分析来看:一是当种子尺寸较大、播种速度 3.5km/h时,播种质量波动大,空穴不合格率增加;二是当种子尺寸较小、播种速度 3.5km/h时,单粒率下降,播种质量整体都不合格。

因此,在实际播种过程中要严格限制作业速度,作业速度控制在3.5km/h以下。

3)实验结果表明,取种位置对播种质量的好坏并不是主要影响因素,但取种位置前置,使取种的可靠度增加,后置使取种可靠度下降,这可能与穴播器内部挡种带的位置有关。

4 结论1)该穴播器作业质量已达到新疆科神农业装备科技开发有限公司企业产品标准规定的作业质量,标准号为Q/XKS8-2006,满足了棉花精量播种的要求。

2)实际播种作业中,为了提高作业效率,可以适当地提高作业速度,但是应严格控制作业速度不能超过3.5k m/h。

3)为了进一步提高作业质量,该穴播器某些部件还需要进一步的研究和改进,各工作参数还可以进一步优化。

参考文献:[1] 李宏伟,陈绍杰,窦风玲.柱塞式棉花膜上精量穴播器的研究[J].农业机械,2008(3):54-55.[2] 王吉奎,坎杂,吴杰,等.夹持自锁式棉花精量穴播器的设计与试验[J].农业机械学报,2006(5):54-56;82. [3] 张波屏.播种机机械设计原理[M].北京:机械工业出版社,1982.[4] 蔡晓华.刘俊杰,孔繁亮.排种器试验台结构参数的设计[J].农机化研究,2005(2):128-129;132.[5] 陈魁.试验设计与分析[M].北京:清华大学出版社,2005.Experi m ent Research on Forcipate Cotton Precisi on D i bbler on Fil m sL i Shufeng1,Chen Shao jie1,Dou Feng ling2(1.ShiheziUn i v ersity,Shihezi832000,China;2.X i n jiang X i n lian Science and Techno l o gy Li m ited Co m pany,U r um qi 830000,Ch i n a)Abst ract:The theory,ho w forceps v i c es m ateria,l w as used to the process o f getti n g seed,c lean i n g seed and thro w ing seed of the trad iti o nal roller s d i b b ler,t h en fi n i s hed t h e research and production ne w cotton prec ision di b bler on fil m s.F irstly,the paper introduced the structure o f the key co m ponen ts and the w or k i n g process o f the forc i p ate co tton prec ision di b bler.Secondly,used the experi m ent,it had dec i d ed the i n fl u ence factors for the seed i n g qua lity of the fo rcipate cotton prec ision d i b b ler.Then,it dec i d ed the best co m b i n ation o f each factors.This article w ill g i v e an guidance f o r people, w ho w ill use it seedi n g the co tton seeds.K ey w ords:cotton;forc i p ate;prec ision;d i b b ler(上接第133页)Abst ract I D:1003-188X(2009)02-0131-EAPick-up of the Rice Kernel s Propert y Para m etersX iao W e i1,M a X iaoyu2,Jiang M ing1(1.Zhejiang I ndustry and Trade Po lytechn ic,W enzhou325003,Ch i n a;2.Co llege o fEngineeri n g,No rtheastAgr i c u ltur alUn iversity,H ar b i n150030,Ch i n a)Abst ract:Pick-up of rice shape is an i m portant part ofm echanical pr operties ana lysis and quality class o f rice.The out li n e d i m ension of the agriculturalm aterials discussed in th i s paper is s m al,l so itw illbe a hard w ork to pick up the proper ty para m eters of rice one by one.For th i s proble m,an i m age-taking dev ice has been m anufactured.The i m age of rice kerne ls w ere obtai n ed by use o f co mputer v isi o n techno l o gy.Ind i v i d ua l rice kerne lw as separated fro m the o thers by,and t h e m ethod o f p icking up the pr operty para m eters o f rice ker ne lsw as also st u died i n this paper.K ey w ords:rice kerne;l property para m eters;i m age pr ocess;pick-up w ay(上接第136页)Abst ract I D:1003-188X(2009)02-0134-EAD istri bution ofM i xture Asse mbled Axial Flow DeviceTao Gu ixiang,Y i Shu j u an(H L JAugust F irst Land R ec la m ati o n U niversity,Eng i n eeri n g Co llege,Daqi n g163319,Ch i n a)Abst ract:Experi m ent research on d istri b u ti o n ofm i x ture asse m bled ax ia l fl o w dev ices along ax ial d irecti o ns,the experi m ent resu lt sho w s that d istri b uti o n curves o fm ix ture a long ax ia l d irecti o ns is non-ho m ogeneous and the peak value o f ax ia l distri b u ti o n appearsm i d d l e0.9m~1.6m a l o ng ax i a l d irecti o ns.By the w ay,distribution o fm i x ture under d ifferen t rotati n g speed,feed i n g rate,apex distance is tes.t The resu lt sho w s thatUnder different cond iti o n,the distribution ofm i x ture is si m ilar and peak value o fm ixture is d irect rati o and each para m eter.K ey w ords:ax ial flo w threshing and separating dev ice;g rain;m i x ture。