气压组合勺式玉米精密排种器

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2015 年 9 月
农机化研究
第9 期
由表 2 可知： 气压过小时难以使种子附着在型孔 内，造成严重的漏播，排种器无法正常工作； 随着气压 的升高，合格率也随着升高，漏播率逐渐减小。在气压 达到 0． 8kPa 时合格率达到最高，播种效果达到最佳； 随着气压继续升高合格率下降，重播、漏播率增高。因 此，播种机在田间工作时，拖拉机动力输出必须提前达 到额定转速，使风机处于额定工作压力下才能前进，否 则会造成严重的地头漏播［6］。
器 ，并 阐 述 了 其 基 本 结 构 以 及 工 作 原 理 ，确 定 出 关 键 部 件 的 结 构 参 数 。根 据 重 播 率 、漏 播 率 等 性 能 指 标 在 不 同 的
气压 下 进 行 了 台 架 试 验 ，试 验 结 果 表 明 ： 该 排 种 器 最 佳 工 作 压 力 低 ，单 粒 率 高 ，工 作 性 能 稳 定 ，能 够 适 应 高 速 作 业
眼式等。机械式的特点是结构简单、成 本 低 等，但 工 作中存在种子破 损 率 高 、重 播 漏 播 率 高 等 问 题［2］。 气
播种机将一定数量的种子，按照农艺要求的行距、穴 力式排种器按照排种原理可分为气吸式、气吹式和气
距和深度精确地播入土壤的技术。常用的玉 米 精 播 压式。气吸式的特点是对种子的形状适应性较差，在
3） 通过气 压 对 比 试 验 表 明： 气 压 在 达 到 0． 8kPa 时，合格率达到 98% ，漏播率为 0% ，性能达到最好。
勺型槽内的玉米种子随排种盘的转动进入到清种 区Ⅱ。此时，勺型槽随着转动开始倾 斜，种 子 在 自 重
2． 1 孔型的设计 为了使排种盘具 有 良 好 的 充 种 性 、清 种 性 和 排 种
性，孔型设计为底部有小孔的勺型，如图 3 所示。 其它主要结构参数有勺型孔深度 h，勺型孔底边
直径 D 及型孔长度 L。为了确定这些参数，选取 1 000 粒玉 米 种 子 测 量 其 长、宽、高 尺 寸 得 到 了 玉 米 种 子 的 三围尺寸数据，如表 1 所示。
4 结论
1） 气压组合勺式排种器的勺式型孔能够达到很 好 的 充 种 效 果，尺 寸 的 设 计 也 能 够 使 种 子 完 全 进 入 ， 并且对种子尺寸、外形要求不高，适应性强。
2） 本排种盘利用自重和气压具有很好的单粒留 种性，工作 时 所 需 的 压 力 大 大 小 于 其 他 气 力 式 排 种 器，降低了能源成本的消耗。
1． 2 排种器的工作原理
的作用下会向下滑落回到充种区 I 中，而占据底端出
气压组合勺式玉米精密排种器的工作区域分成 4 气小孔大部分面积的 1 粒种子会在压力的作用下压附
个区域，分别为充种区、清种区、护种区和投种区。排 在勺槽内； 如果有两粒种子压附在勺槽内会在经过清
种器的工作原理如图 2 所示。
量 ，必须要重视农 机 与 农 艺 的 结 合 。 玉 米 机 械 化 精 密
玉米精密排种器按照其工作原理可以分为机械式
播种技术就是农艺与农机现代科学技术的有机结合。 和气力式。机械式排种器主要有圆盘式、勺轮式及窝
玉米精密机械化播种技术是改传统条播为穴播或 点播的一项先进的 综 合 性 技 术 ，其 基 本 含 义 是 用 精 密
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1． 出种口 2． 护种刷 3． 隔离毛刷 4． 上壳体 5． 清种毛刷 6． 进气口 7． 进种口 8． 排种盘卡座 9． 排种盘 10． 勺式型孔
11． 排种盘固定座 12． 下壳体
图 1 气压组合勺式玉米精密排种
Fig． 1 Pneumatic － spoon combined corn precision seed － metering device
所选用试验台适用于各种机械式和气力式排种器的
精播（ GB / T 6973 － － 2005 单粒（ 精密） 播种机试验方
法） ，对于精密排种器，可提供精确的种子粒距 （ 粒距
测量平均误差 ± 2mm） 、合格指数、重播指数及漏播指
数等检测指标。
ห้องสมุดไป่ตู้
3． 2 试验方法
本试验为气压单 因 素 的 试 验 ，目 的 是 为 了 找 出 气
盘上的勺型槽在该 区 域 成 为 开 放 的 弧 面 ，种 子 在 经 过
I． 充种区 Ⅱ． 清种区 Ⅲ． 护种区 Ⅳ． 投种区
护种区Ⅲ后从开放的弧面中脱落完成投种。
图 2 排种器工作原理图 Fig． 2 Working principle of seed—metering device
2 关键部件设计
压的工作范围以及气压对合格率 A
=
n N
× 100% 、重
播率 M
=
n' N
× 100%
、漏播率 D
=
n″ N
× 100%
的影响。
其中，n 为单粒排种数，n' 为 2 粒以上的排种数，n″ 为
漏播排种数，N 为理论排种数［5］。
台架 试 验 设 定 理 论 的 株 距 230mm，排 种 器 在
10km / h 前进速度下工 作，在 这 个 参 数 下 改 变 风 机 压
mail） zhangjinguo@ hebau． edu． cn。
1． 1 排种器的整体结构 气压组合勺式玉 米 精 密 排 种 器 主 要 由 上 壳 体 、隔
离毛刷 、护种刷 、出 种 口 、清 种 毛 刷 、进 种 口 、进 气 口 及 排种盘等部件组成，结构如图 1 所示。
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2015 年 9 月
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气压组合勺式玉米精密排种器
王 浩，张晋国，赵晓坤，杨 娜，刘其潼
（ 河北农业大学 机电工程学院，河北 保定 071001）
摘 要： 结 合 勺 式 型 孔 排 种 器 的 特 点 和 气 吹 式 排 种 器 单 粒 留 种 的 原 理 ，设 计 出 一 种 气 压 组 合 勺 式 玉 米 精 密 排 种
表 1 玉米种子的三维尺寸
Table 1 3 － D measurement of corn seeds
mm
参数
长扇形
长
宽
高
圆形
长
宽
高
总体
长
宽
高
最大值
14． 0
11． 3
7． 5
12． 1
10． 6
9． 9
14． 0
11． 3
9． 9
最小值
8． 2
5． 5
3． 6
8． 5
7． 0
5． 0
8． 2
5． 5
投种区 Ⅳ 是被隔离 毛 刷 分 离 开 的 区 域 ，隔 离 毛 刷 和 排
种盘紧密贴合，使护种区 Ⅲ 和投种区 Ⅳ 没有压力，所
以需要护 种 毛 刷 护 送 种 子 到 投 种 区 Ⅳ。 护 种 毛 刷 与
排种盘留有 1 ～ 2mm 的间隙，以保证种子顺利进入护
种区Ⅲ。
在投种区Ⅳ 中，壳 体 上 该 区 域 是 被 切 空 的，排 种
3． 6
平均值
11． 38
8． 72
5． 34
10． 16
8． 69
7． 09
11． 13
8． 71
5，70
标准差
0． 88
0． 79
0． 68
0． 84
0． 69
0． 89
1． 00
0． 77
1． 02
3 试验
3． 1 试验材料与设备
试验种子为北京市农林科学院研究中心研制的京
单 28，穗轴红色，籽粒黄色，半马齿型，千粒质量 360g。
排种盘直径是排 种 器 的 主 要 参 数 之 一 ，在 结 构 允 许范围内采用直径较大的排种盘可以增加充种的行 程及充种的时间 ，提 高 充 种 系 数［4］。 通 过 考 察 对 比 和 分析计算，把排种盘直径设计为 270mm，充种槽数根 据对播种粒距要求和作业速度而定，取充种槽数为 40 个。
排种器在工 作 时，排 种 盘 与 壳 体 周 向 贴 合，使 得 由进气口进入腔室的气只能由勺式槽底端的小孔排 出 。 这样可在隔离毛 刷 分 成 的 左 腔 室 内 形 成 正 压 ，种 子进入充种区域 I 中在自重、离心力和气压的作用下 充入下方的勺型槽 中 ，大 角 度 的 充 种 区 也 使 充 种 效 果 更好。
的要求。
关键词： 玉米； 排种器； 气压式； 组合型孔
中图分类号： S223． 2 + 5
文献标识码： A
文章编号： 1003 － 188X（ 2015） 09 － 0088 － 04
DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.09.019
0 引言
3） 半精密播种。其特点是可让绝大部分的穴里 有种苗 1 株以上，因而存在小苗争肥争水现象，在间
力进行试验，压力范围选择在 0． 4 ～ 1． 5kPa，每个压力
进行试验 3 次，每次检测 200 粒种子，取平均值作为试
验结果。
3． 3 试验结果与分析
试验结果如表 2 所示。
表 2 试验数据
Table 2 Test data
%
压力 / kPa 0． 4 0． 5 0． 6 0． 7 0． 8 0． 9 1． 0 1． 1 1． 2 1． 3 1． 4 1． 5
合格率 A
61． 5 74． 0 83． 5 94． 0 98． 0 95． 0 91． 0 87． 5 85． 5 79． 0 71． 5 68． 0
重播率 M
0 1 1． 5 2 3 5 8． 5 12． 5 14． 5 27 29 32
漏播率 D
38 25 15 4 0 0 0 0 0 1 2． 5 6
世界玉 米 播 种 面 积 达 20 亿 hm2 ，玉 米 总 产 量 达 苗时费工且易伤害留下的种苗。
6 000亿 kg。 我 国 玉 米 产 量 占 全 世 界 玉 米 产 量 的
玉米精密播 种 机 械 化 不 仅 可 以 省 工、省 种，而 且
22． 4% 以上，居世界第二位。玉米是中国人民最重要 可以保证株距与播深的一致，达到苗壮、苗齐，从而增
的口粮之一，同时也是非常重要的商品粮和贸易粮。 加作物的产量的目的。玉米精密播种机械化 是 玉 米
中国玉米的产量关系到我国粮食安全和国际玉米价 播种技术的发展方向； 而精密排种器是播种机的核心
格，玉米在我国粮食生产安全上的地位越来越重要， 部件，其排 种 性 能 的 好 坏 是 玉 米 播 种 技 术 的 关 键 所 所以提高玉米产量意义重大。而要想提高玉 米 的 产 在［1］。
（ 2011BAD16B08，2012BAD04B06，2013BAD07B05） 作者简介： 王 浩（ 1987 － ） ，男，河北邯郸人，硕士研究生，（ E － mail）
28775296@ qq． com。 通讯作者： 张晋国（ 1957 － ） ，男，石 家庄 人，教 授，博 士 生 导 师，（ E －
米地块。
本文根据上述不同类型排种器的特点将机械勺轮
2） 半株距或缩距精密播种。其特点是保苗率高、 式和气压式结合，设计出了一种新型气压组合勺式玉
耗用间苗工少、苗势齐整，虽多用一些种子，但可使农 米精密排种器。
民打消怕苗不全的担心。
1 结构与工作原理
收稿日期： 2014 － 08 － 31 基金项 目： “十 二 五 ”国 家 科 技 支 撑 计 划 粮 食 丰 产 科 技 工 程 项 目
种毛刷时受到外力 的 干 扰 打 破 这 种 平 衡 ，而 占 据 更 多
优势的那粒种子会趁机完全占据出气口，另外 1 粒种
子因为缺少压附力落下。随着排种盘的转动重力清
种的作用 越 来 越 大，自 重 大 于 压 附 力 的 种 子 都 会 落
下，使种子在进入护种区Ⅲ前达到很高的单粒率。
种子经过清种区Ⅱ后进入护种区Ⅲ。护种区Ⅲ和
技术有 3 种：
对扁形种子播种 时 重 播 、漏 播 率 较 高 。 气 吹 式 排 种 器
1） 全株距精密播种。其特点是可以做到单粒 点 单粒留种性能高，对种子形状适应性较强； 但在高速 播、出苗整齐、一致性好、无需间苗，适于土壤条件好、 作业的情况下易造成充种效果差［3］。气压式 排 种 器
种子纯度高、发芽率高及病虫害防治措施有保证的玉 单粒留种效果好，工作可靠，均匀性好。
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农机化研究
第9 期
图 3 排种盘型孔 Fig． 3 Typehole of metering plate
型孔设计时勺型孔深度 h 应该保证最大长度的 玉米种子立于底端出气孔时种子能都完全进入到型 孔中，勺型孔底端直径 D 也要保证最大长度的玉米种 子可以完全进入型孔内，而型孔的长度 L 要保证两粒 种子都以最大长度的面排列进入型孔。所以由表 1 最 终确定 h 为 10mm，D 为 12mm，L 为 20mm。 2． 2 排种盘直径和结构