油菜精量穴播機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

胡靖明，楊 梅，孫萬(wàn)倉(cāng)，劉自剛，黃曉鵬，孫 偉，姚亞萍

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) a.工學(xué)院；b.農(nóng)學(xué)院，蘭州 730070)

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油菜精量穴播機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

胡靖明a，楊 梅a，孫萬(wàn)倉(cāng)b，劉自剛b，黃曉鵬a，孫 偉a，姚亞萍a

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) a.工學(xué)院；b.農(nóng)學(xué)院，蘭州 730070)

為適應(yīng)我國(guó)西北地區(qū)地膜油菜精量穴播作業(yè)需求，解決傳統(tǒng)油菜精量穴播機(jī)作業(yè)中損傷種子、窩孔堵塞、漏播及排種量不穩(wěn)定等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種油菜精量穴播機(jī)。該機(jī)采用異形窩孔輪排種器避免種子堵塞，u型槽結(jié)構(gòu)避免損傷種子，且排種投種和成穴器開(kāi)啟同步匹配。田間驗(yàn)證試驗(yàn)表明：油菜精量穴播機(jī)在整地覆膜后播種，其空穴率、穴粒合格率及播種深度等均合格，滿(mǎn)足油菜地膜種植的農(nóng)藝技術(shù)要求。

油菜；穴播機(jī)；精量排種器

0 引言

油菜是甘肅省主要油料作物，近年來(lái)由于地膜玉米、地膜小麥的大面積推廣，其收獲后播種二茬地膜油菜也隨之被推廣，目前種植面積達(dá)6.67萬(wàn)hm2左右。地膜玉米+冬油菜+大豆、地膜小麥+冬油菜+大豆等種植方式已經(jīng)成為甘肅省旱區(qū)農(nóng)業(yè)高產(chǎn)高效的種植方式。

二茬地膜冬油菜解決了油菜生長(zhǎng)所需的水分問(wèn)題，但其種植(尤其播種時(shí))需要大量人工，且勞動(dòng)強(qiáng)度大、浪費(fèi)種肥、經(jīng)濟(jì)效益低。為提高二茬地膜冬油菜的經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)用推廣油菜穴播機(jī)完成膜上播種，成為解決二茬地膜油菜播種問(wèn)題的重要途徑。

目前，生產(chǎn)中使用的油菜穴播機(jī)有多種類(lèi)型，包括氣力式、槽輪式及型孔式等。因?yàn)橛筒朔N子粒徑小，種子尺寸不夠均勻，存在排種器充種、排種時(shí)因受擠壓破碎導(dǎo)致缺苗和排種量不均等問(wèn)題，因而油菜穴播機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)在于精量排種器的研制。油菜精量排種器的種子破碎、型孔堵塞和排種量不穩(wěn)定一直是制約油菜精量播種機(jī)大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸[1-3]。為此，設(shè)計(jì)了一種對(duì)油菜種子低破碎、不漏播、少間苗，滿(mǎn)足地膜油菜精量播種農(nóng)藝要求，適合農(nóng)村農(nóng)戶(hù)使用的窩孔輪式油菜精量排種器及油菜精量穴播機(jī)。

1 地膜油菜精量播種的農(nóng)藝要求

本文選擇甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)孫萬(wàn)倉(cāng)教授抗寒冬油菜

研究團(tuán)隊(duì)選育的超強(qiáng)抗寒性品種“隴油6號(hào)”冬油菜進(jìn)行播種試驗(yàn)，該品種具有優(yōu)異的抗寒性及突出的豐產(chǎn)性，適應(yīng)高海拔寒冷地區(qū)栽培。選擇的試驗(yàn)地點(diǎn)位于蘭州市永登縣秦川鎮(zhèn)的農(nóng)業(yè)部西北寒旱區(qū)超強(qiáng)抗寒冬油菜原原種擴(kuò)繁基地，緯度36°36′，海拔高度1 964m。具體農(nóng)藝技術(shù)要求為：?jiǎn)窝舴N2～3粒，推推薦株距10cm、行距20cm，播種深度30～40mm，播種期8月7-12日[4]。

2 穴播機(jī)組成與工作原理

2.1 穴播機(jī)組成

油菜精量穴播機(jī)主要由殼體、成穴器、配重盤(pán)、種倉(cāng)、排種輪、輪軸、投種管、導(dǎo)種板、機(jī)架、扶手及地輪等組成，如圖1所示。

1.扶手 2.種倉(cāng) 3.壓縮彈簧 4.鴨嘴支承板 5.鴨嘴動(dòng)板 6.鴨嘴 7.機(jī)架 8.殼體 9.導(dǎo)種板 10.投種管 11.排種輪殼體 12.排種輪 13.輪軸 14.螺栓 15.彈簧支架 16.鎮(zhèn)壓輪 17.鎮(zhèn)壓輪架 18.拉簧 19.銷(xiāo)軸 20.配重盤(pán)

油菜精量穴播機(jī)在田間播種作業(yè)時(shí)，人力握持手柄推動(dòng)穴播機(jī)在地膜上行走，成穴器刺破地膜入土開(kāi)孔，鴨嘴動(dòng)板受土壤支承力壓縮彈簧，動(dòng)鴨嘴繞銷(xiāo)軸轉(zhuǎn)動(dòng)打開(kāi)；排種器充種、清種后排出的油菜種子落入穴孔完成播種作業(yè)；整機(jī)后置鎮(zhèn)壓輪在拉伸彈簧拉力作用下，鎮(zhèn)壓穴孔土壤，起到壓實(shí)穴孔土壤的作用。

2.2 樣機(jī)技術(shù)參數(shù)

油菜精量穴播機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

通過(guò)試驗(yàn)選定部件基本參數(shù)，可以減少精量排種器充種、分種、清種和排種過(guò)程中對(duì)油菜種子的損傷，減少土壤穴孔內(nèi)種子數(shù)量不均勻的現(xiàn)象，減少漏播和堵塞。田間作業(yè)時(shí)，根據(jù)不同油菜品種的種子粒徑大小變化及不同地區(qū)播種量要求，通過(guò)更換不同直徑窩孔排種器，實(shí)現(xiàn)播種的農(nóng)藝要求。

表1 油菜精量穴播機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)

3 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)與分析

3.1 窩孔精量排種器

窩孔精量排種器由種倉(cāng)、支架、窩孔排種輪、排種輪殼體、投種管、u型槽及清種刷等組成，如圖 2 所示。

1.種倉(cāng) 2.支架 3.窩孔排種輪 4.排種輪殼體 5.投種管 6.u型槽 7.窩孔

穴播機(jī)工作時(shí)，油菜籽填充種箱，種箱內(nèi)油菜種子充入排種輪窩孔內(nèi)；穴播機(jī)行走時(shí)，窩孔排種輪和穴播機(jī)殼體同步回轉(zhuǎn)，窩孔內(nèi)種子隨排種輪同步回轉(zhuǎn)，窩孔外部多余的種子被安裝于種倉(cāng)內(nèi)側(cè)的清種刷刷除，排種輪殼體內(nèi)側(cè)的U型槽能夠避免高于窩孔的種子被擠壓損傷；當(dāng)排種器上的窩孔排種輪和種子旋轉(zhuǎn)至斜下側(cè)投種管部位時(shí)，油菜種子在重力作用下通過(guò)導(dǎo)種管，排至穴播機(jī)鴨嘴成穴器內(nèi)；鴨嘴成穴器上方有導(dǎo)種板，引導(dǎo)種子落入鴨嘴，種子隨動(dòng)鴨嘴打開(kāi)落入土壤穴孔。窩孔精量排種器窩孔形狀和尺寸對(duì)實(shí)現(xiàn)油菜精量播種起到主要作用，具體參數(shù)的設(shè)計(jì)依據(jù)是種子的幾何尺寸分布和農(nóng)藝要求[5-6]。通過(guò)對(duì)孫萬(wàn)倉(cāng)教授選育的“隴油6號(hào)”種子直徑的取樣測(cè)量，可知該系列品種種子直徑分布在1.7～2.4mm范圍內(nèi)，平均直徑2.0mm。根據(jù)每穴播種2～3粒的農(nóng)藝要求，設(shè)計(jì)的排種器輪窩孔為底部球面，上部呈錐孔形結(jié)構(gòu)，以提高囊種率，結(jié)構(gòu)如圖3所示。排種器臺(tái)架試驗(yàn)中種子無(wú)明顯受擠壓、破碎現(xiàn)象。對(duì)于部分窩孔內(nèi)充種3～5粒、種子高于排種輪頂部、清種刷又不能刷除的情況，為避免高出部分受排種輪殼體擠壓，在排種輪殼體內(nèi)側(cè)和窩孔對(duì)應(yīng)位置處開(kāi)設(shè)u型槽，保護(hù)種子不受擠壓破碎。

圖3 排種輪窩孔

3. 2 成穴器開(kāi)啟機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

穴播機(jī)的成穴器由動(dòng)、定兩鴨嘴組成，定鴨嘴固定于穴播機(jī)殼體，動(dòng)鴨嘴通過(guò)銷(xiāo)軸鉸接于定鴨嘴根部；壓簧壓迫支承板使動(dòng)靜鴨嘴閉合，推動(dòng)穴播機(jī)在地膜上行走時(shí)，鴨嘴刺破地膜并插入土壤，入土深度達(dá)到30～40mm的適宜深度時(shí)，動(dòng)鴨嘴上的支承板受土壤支撐，成穴器動(dòng)靜鴨嘴強(qiáng)制開(kāi)啟，完成投種作業(yè)。

3.3 鎮(zhèn)壓輪設(shè)計(jì)

鎮(zhèn)壓輪通過(guò)銷(xiāo)軸鉸接于機(jī)架后部，鎮(zhèn)壓輪架和機(jī)架間裝有一拉伸彈簧，在拉伸彈簧作用下，鎮(zhèn)壓輪行走中鎮(zhèn)壓完成播種的地膜和土壤穴孔，實(shí)現(xiàn)保墑和鎮(zhèn)壓目的。

4 田間試驗(yàn)與分析

4.1 試驗(yàn)材料與方法

油菜精量穴播機(jī)田間播種性能試驗(yàn)在蘭州新區(qū)上川鎮(zhèn)孫萬(wàn)倉(cāng)教授建成的西北寒旱區(qū)超強(qiáng)抗寒冬油菜原原種擴(kuò)繁基地進(jìn)行。試驗(yàn)地地勢(shì)平坦，地塊呈近似梯形，播種期為春小麥?zhǔn)斋@后，灌水，播種前旋耕整地。試驗(yàn)為鋪膜后播種。選用油菜品種為隴油6號(hào)，種子千粒質(zhì)量為3.2g，含水率8.0%，種子外形尺寸平均值2mm，播種量為7.5kg/hm2，機(jī)具前進(jìn)速度為0.5m/s。因冬油菜種子粒徑小，不宜采用播后剖切土壤斷面統(tǒng)計(jì)的方法，對(duì)于播種質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，采用播種后出苗期統(tǒng)計(jì)的方法，間接統(tǒng)計(jì)油菜精量穴播機(jī)地膜上播種作業(yè)時(shí)種子的破碎率、空穴率、穴粒數(shù)及播種深度合格率等試驗(yàn)數(shù)據(jù)[7-10]。

4.1.1 種子破碎率測(cè)定

按照GB /T 5262—2008測(cè)定種箱中種子的原始破碎率。對(duì)窩孔精量排種器排種口配系采樣塑料袋，以接取排出種子，將播種機(jī)放置于臺(tái)架，轉(zhuǎn)動(dòng)穴播機(jī)，待穴播機(jī)周長(zhǎng)轉(zhuǎn)過(guò)50 m后，將塑料袋內(nèi)接取的種子檢出破損種子并稱(chēng)量，計(jì)算種子破碎率，則

式中 Z—排種后種子破碎率(%)；

Wp—破損種子質(zhì)量(g)；

Wy—種子的總質(zhì)量(g)；

Zy—種子原始破碎率(%)。

4.1.2 空穴率、穴粒數(shù)、膜下播種深度合格率、穴位錯(cuò)孔率測(cè)定

在播種后第15天，沿播種行5m長(zhǎng)度內(nèi)，統(tǒng)計(jì)各穴孔出苗數(shù)量，以統(tǒng)計(jì)空穴率及穴粒數(shù)等數(shù)據(jù)。取3個(gè)取樣長(zhǎng)度，求平均值作為統(tǒng)計(jì)結(jié)果，則

式中 kh—空穴個(gè)數(shù)(個(gè))；

f —測(cè)定膜孔個(gè)數(shù)(個(gè))；

lh—穴粒數(shù)合格穴數(shù)(個(gè))；

Hk—空穴率(%)；

Hl—穴粒數(shù)合格率(%)；

Hb—播種深度合格率(%)；

bh—播種深度合格穴數(shù)(個(gè))；

ch—膜孔與穴孔錯(cuò)開(kāi)1 /2 膜孔直徑及以上的膜孔數(shù)(個(gè))；

Hc—穴位錯(cuò)孔率(%)。

利用上述測(cè)定計(jì)算方法，所得的油菜精量穴播機(jī)田間播種性能試驗(yàn)結(jié)果如表 2所示。

4.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

由表2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：油菜精量穴播機(jī)地膜播種后，試驗(yàn)指標(biāo)均符合NY/T 987--2006 鋪膜穴播機(jī)作業(yè)質(zhì)量的規(guī)范要求。其中，空穴率數(shù)據(jù)偏高，田間目測(cè)發(fā)現(xiàn)部分不規(guī)則圓形區(qū)域存在出苗斷行現(xiàn)象，初步判斷為該地塊存在鹽堿泛出現(xiàn)象。筆者和孫萬(wàn)倉(cāng)教授就該現(xiàn)象溝通，得知該試驗(yàn)地土層較薄，土層深度約30～50cm，存在泛鹽堿現(xiàn)象，影響油菜出苗。該穴播機(jī)播種質(zhì)量合格，滿(mǎn)足油菜精量的農(nóng)藝技術(shù)要求。

表2 田間播種性能試驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié)論

1) 為適應(yīng)我國(guó)西北地區(qū)地膜油菜精量播種作業(yè)要求，解決傳統(tǒng)播種機(jī)具作業(yè)存在的用種量大、間苗工作量大、株行距不規(guī)范及種子破碎率高等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種油菜精量穴播機(jī)。

2)油菜精量穴播機(jī)采用特定結(jié)構(gòu)尺寸的窩孔排種輪，適合農(nóng)藝要求的精量排種數(shù)量，排種輪內(nèi)u型槽結(jié)構(gòu)配合清種刷，降低了對(duì)油菜種子的損傷，減少了種子破碎率。其較窄的寬度使得單行穴播機(jī)可以實(shí)現(xiàn)在玉米行間套種油菜，有效降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度，滿(mǎn)足油菜精量播種的農(nóng)藝技術(shù)要求。

3)田間試驗(yàn)表明：油菜精量穴播機(jī)膜上播種后，種子破碎率為0.4% ，空穴率為2.8% ，穴粒數(shù)合格率為82% ，播種深度合格率為78% ，穴位錯(cuò)孔率為1.2% ，相關(guān)指標(biāo)均達(dá)到了NY/T 987—2006 鋪膜穴播機(jī)作業(yè)質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范要求。

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Design and Experiment of Rapeseed Precision Hill-Seeder

Hu Jingminga, Yang Meia, Sun Wancangb, Liu Zigangb, Huang Xiaopenga, Sun Weia, Yao Yapinga

(a.College of Engineering; b.College of Agronomy, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China)

In this study,in order to implement precision hill-seeding rapeseeds on plastic-film at northwest region in China,solveing problems of precision hill-seeder damage rapeseeds during working, hole type blocking and leakage sowing,seeding amount is not stable,we design a rapeseed precision hill-seeder.This machine use special-shaped hole on seed metering device to avoid blocking,design u shaped groove to avoid damage rapeseeds, metering seeds and droping seeds to keep synchronization while soil opener opening. Field experiment showed that, statistics on rapeseed precision seeder seeding on film field, count empty hole rate, qualified grain number, qualified seeding depth under film, statistics datas were qualified,the seeder satisfied technical requirements of rape film cultivation.

rapeseed; hill-seeder; precision seed metering device

2016-03-30

甘肅省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(1308RJZA157)

胡靖明(1975-)，男，甘肅成縣人，副教授，碩士，(E-mail)hujm@gsau.edu.cn。

S223.2+3

A

1003-188X(2017)04-0154-04