油菜精量穴播集中排種裝置設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

雷小龍 楊文浩 楊龍君 劉禮陽(yáng) 廖慶喜 任萬(wàn)軍

(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院， 雅安 625014； 2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)作物生理生態(tài)及栽培四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 成都 611130；3.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院， 武漢 430070)

0 引言

油菜是中國(guó)重要的油料作物，也是冬季長(zhǎng)江流域稻田和旱地主要種植作物[1]。受限于粘重土壤、播種季節(jié)正值連續(xù)陰雨天氣、田塊小而分散、存在一定坡度等客觀條件，輕簡(jiǎn)化、精量化和集成化的油菜精量直播機(jī)成為解決丘陵山區(qū)油菜機(jī)械化播種水平低問(wèn)題的重要途徑[2]。

排種器是影響播種質(zhì)量的核心部件，可分為單體式排種器和集中排種器。吳福通[3]、田波平等[4]采用“負(fù)壓吸種、正壓吹種”的原理，研制了正負(fù)氣壓組合式油菜精量排種器，屬單體式油菜排種器，實(shí)現(xiàn)了油菜等小粒徑種子精量排種，排種器的合格指數(shù)高于90%[5]。以正負(fù)氣壓組合式油菜精量排種器為核心的2BFQ系列油菜精量聯(lián)合直播機(jī)在湖北、湖南、江西和新疆等地區(qū)進(jìn)行了大面積示范和推廣。

集中排種器具有播種機(jī)結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，裝卸種便捷、高速，作業(yè)高效等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外播種機(jī)[6]。為解決油菜集中排種的問(wèn)題，廖慶喜等[7]設(shè)計(jì)了油菜槽孔輪式排種器，提出了清種軸清種、護(hù)種帶護(hù)種和鋼絲推種的排種技術(shù)；還研制了機(jī)械離心式油菜排種器[8]，其核心部件為倒置內(nèi)錐筒，依靠種子離心力實(shí)現(xiàn)一器多行排種，可同時(shí)排種6～10行，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；應(yīng)用EDEM軟件對(duì)離心式排種過(guò)程進(jìn)行仿真，優(yōu)化型孔結(jié)構(gòu)和工作參數(shù)[9-10]，并設(shè)計(jì)枝狀閥式分流裝置，將單個(gè)型孔的排出種子分成2行，提高了田間作業(yè)適應(yīng)性[11]。李明等[12-13]設(shè)計(jì)了氣力滾筒式油菜精量集排器，可實(shí)現(xiàn)6行精量播種，并建立了負(fù)壓值、正壓值與結(jié)構(gòu)參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)的關(guān)系模型。李兆東等[14-15]采用氣流清種與氣壓護(hù)種組合技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種油菜精量氣壓式集排器。除了針對(duì)油菜的集中排種器，應(yīng)用于小麥、玉米、水稻的氣力式集中排種器也成為排種器的研究熱點(diǎn)[16-21]。

筆者前期基于油菜、小麥的物料特性和單位面積播種量，研制了油麥兼用型氣送式集中排種器[22-26]；采用傾斜錐柱狀排種輪機(jī)械供種和氣流輸送分配成行的排種方式，實(shí)現(xiàn)了油菜小麥兼用排種，并開展了較大面積生產(chǎn)性試驗(yàn)示范[27]。為進(jìn)一步提高播種精度和精簡(jiǎn)排種環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)油菜成穴或株距均勻播種，提出一種油菜精量穴播集中排種裝置，確定穴播集中排種裝置的漸開線型孔結(jié)構(gòu)參數(shù)，進(jìn)行排種過(guò)程的EDEM仿真和油菜成行成穴排種性能試驗(yàn)，以適應(yīng)長(zhǎng)江流域的油菜播種輕簡(jiǎn)化作業(yè)。

1 排種裝置結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 油菜精量穴直播機(jī)工作原理

油菜精量穴直播機(jī)包括自走式驅(qū)動(dòng)底盤、穴播排種裝置、電機(jī)、導(dǎo)種管、雙圓盤開溝器和封閉除草裝置等，如圖1所示。油菜精量穴直播機(jī)以自走式驅(qū)動(dòng)底盤作為動(dòng)力源帶動(dòng)油菜精量集排器和雙圓盤開溝器等裝置前進(jìn)，自走式驅(qū)動(dòng)底盤的驅(qū)動(dòng)輪為實(shí)心窄橡膠輪，可適應(yīng)較高含水率條件下的黏重土壤。穴播集中排種裝置和雙圓盤開溝器分別安裝于自走式驅(qū)動(dòng)底盤上方和后端。

圖1 油菜精量穴直播機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

油菜精量穴直播機(jī)工作時(shí)，穴播集中排種裝置在電機(jī)和變速控制器的作用下排出6行成穴種子流進(jìn)入導(dǎo)種管中，在雙圓盤開溝器作用下種子進(jìn)入適當(dāng)深度的土壤中，完成開溝覆土；同步地，封閉除草裝置打開噴藥泵進(jìn)行施藥，完成封閉除草，從而提高生產(chǎn)效率。油菜精量穴直播機(jī)通過(guò)精簡(jiǎn)傳動(dòng)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)，屬油菜輕簡(jiǎn)型直播機(jī)械，其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

1.2 油菜穴播集中排種裝置結(jié)構(gòu)與工作過(guò)程

油菜穴播集中排種裝置主要包括種箱、殼體、種層調(diào)節(jié)板[23]、成穴排種機(jī)構(gòu)、護(hù)種帶和分配管等，如圖2所示。種層調(diào)節(jié)板位于殼體與成穴排種機(jī)構(gòu)形成的充種室內(nèi)，調(diào)節(jié)種層高度控制充種量。油菜穴播集中排種裝置包括充種、攜種、護(hù)種和投種4個(gè)過(guò)程，成穴排種機(jī)構(gòu)在充種室完成單穴1～3粒精量充種，攜種至由硅膠板形成的護(hù)種帶護(hù)送種子進(jìn)入投種區(qū)，完成投種過(guò)程。其中，由6個(gè)成穴排種輪組成的排種機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)6行排種，是實(shí)現(xiàn)集中精量穴播的核心。

表1 油菜精量穴直播機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

圖2 油菜精量成穴集中排種裝置結(jié)構(gòu)示意圖

油菜穴播集中排種裝置工作時(shí)，油菜種子由種箱進(jìn)入充種室，在種層調(diào)節(jié)板作用下保持穩(wěn)定的種層厚度，種子在重力和成穴排種輪擾動(dòng)作用下充入型孔，充入種子的型孔經(jīng)過(guò)攜種區(qū)進(jìn)入護(hù)種區(qū)，種子持續(xù)停留在型孔中進(jìn)入投種區(qū)，在重力和離心力作用下完成投種。6行成穴排種輪型孔排出6行種子進(jìn)入分配管，成穴地將種子輸送至導(dǎo)種管，完成集中排種過(guò)程。

2 排種裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 排種輪型孔設(shè)計(jì)

油菜種子具有粒徑小、球形度高和流動(dòng)性好的特征，選取了常用的蓉油11、中雙11和華油雜62共3個(gè)品種為測(cè)試對(duì)象，三軸尺寸如表2所示。不同類型油菜種子的外形尺寸、千粒質(zhì)量具有一定差異，油菜種子的長(zhǎng)度范圍為1.6～2.5 mm(圖3)；當(dāng)量直徑集中于1.9～2.1 mm，球形度高于94%。由于油菜種子粒徑范圍較大，為實(shí)現(xiàn)精量穴播排種，考慮農(nóng)藝技術(shù)的成苗率等因素，確定單穴(2±1)粒為播種量。油菜充種、投種和排種性能受排種輪型孔結(jié)構(gòu)與尺寸的影響。

表2 不同油菜種子的參數(shù)

圖3 油菜種子長(zhǎng)度概率分布

為實(shí)現(xiàn)油菜單穴(2±1)粒精量排種，主要體現(xiàn)為大粒種子單粒排種，中小粒種子2或3粒排種。設(shè)計(jì)型孔應(yīng)滿足型孔不堵塞，基于前期研究[22,28]，錐柱狀和漸開線狀型孔均能有效提高充種性能。為提高充種性能且精量排種，采用的漸開線狀型孔結(jié)構(gòu)如圖4所示。參照經(jīng)驗(yàn)公式[28]，得到型孔關(guān)鍵參數(shù)的公式為

(1)

式中a——型孔下沿寬度，mm

ka——下沿寬度系數(shù)，范圍為1.1～1.3

b——型孔上沿寬度，mm

kb——上沿寬度系數(shù)，范圍為1.7～2.0

c——型孔下沿長(zhǎng)度，mm

kc——下沿長(zhǎng)度增量，取0.1～0.4 mm

d——型孔上沿長(zhǎng)度，mm

kd——上沿長(zhǎng)度系數(shù)，取1.2～1.5

h——型孔深度，mm

kh——孔深系數(shù)，取1.1～1.3

Lmax——油菜種子最大長(zhǎng)度，mm

Lmean——油菜種子平均長(zhǎng)度，mm

圖4 型孔結(jié)構(gòu)

根據(jù)圖3中油菜種子的最大尺寸和油菜種子的粒徑范圍為1.6～2.5 mm，取ka和kh均為1.2，確定a和h分別為3.0 mm和2.6 mm；取kb、kd分別為2.0、1.4，b和d分別為4.9、3.5 mm；kc取0.25 mm，c為2.25 mm。

為滿足型孔尺寸，型孔左壁面和右壁面需滿足漸開線方程[28]，漸開線結(jié)構(gòu)如圖5所示。圖5中，A為左壁面漸開線始點(diǎn)；B為左壁面漸開線與排種輪交點(diǎn)；C為右壁面漸開線始點(diǎn)；D為右壁面漸開線與型孔的初始交點(diǎn)；F為右壁面漸開線與排種輪交點(diǎn)。

其中

(2)

式中x——漸開線橫坐標(biāo)，mm

y——漸開線縱坐標(biāo)，mm

x0——漸開線初始橫坐標(biāo)，mm

y0——漸開線初始縱坐標(biāo)，mm

s——調(diào)節(jié)參數(shù)，mm

r0——基圓半徑，mm

t——時(shí)間，s

θ——漸開線極角，(°)

圖5 漸開線狀型孔結(jié)構(gòu)圖

點(diǎn)A和D的坐標(biāo)分別為(-3，37.4)和(0，37.4)。根據(jù)文獻(xiàn)[28]的方法，確定r0為8 mm，則B的坐標(biāo)為(-2.8，39.9)。根據(jù)型孔尺寸，F(xiàn)的坐標(biāo)為(2.1，39.95)，則確定C坐標(biāo)為(-3，28)、r0為8 mm。型孔側(cè)面呈弧形，圓弧半徑R為40 mm。同時(shí)對(duì)各邊沿倒圓0.5 mm，形成的油菜排種輪型孔如圖5所示。

2.2 成穴排種輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)農(nóng)藝要求，油菜種植密度45～60萬(wàn)株/hm2，可有效增加產(chǎn)量[29]。田間播種時(shí)，農(nóng)藝要求的種植密度為

(3)

式中k——單穴植株數(shù)量，株

m——行距，mw——株距，m

田間作業(yè)的播種速率為

(4)

式中v——播種機(jī)前進(jìn)速度，m/s

B——幅寬，m

成穴排種機(jī)構(gòu)的排種速率為

(5)

式中kp——型孔充種數(shù)量，粒

Z——成穴排種輪數(shù)量

N——成穴排種輪上型孔數(shù)量

n——成穴排種輪轉(zhuǎn)速，r/min

農(nóng)藝要求的種植密度與播種速率的關(guān)系為

Qf=pvBQb

(6)

式中p——出苗率

由式(3)～(6)可知，農(nóng)藝要求的播種速率應(yīng)與成穴排種機(jī)構(gòu)的排種速率相同，則

(7)

式(7)表明，當(dāng)播種幅寬B、前進(jìn)速度v一定時(shí)，油菜田間種植密度與型孔充種數(shù)量kp、成穴排種輪數(shù)量Z、成穴排種輪上型孔數(shù)量N、成穴排種輪轉(zhuǎn)速n呈正相關(guān)關(guān)系。本研究針對(duì)6行排種，則成穴排種輪數(shù)量Z為6個(gè)。成穴排種輪轉(zhuǎn)速n具有適宜的區(qū)間，轉(zhuǎn)速n和排種輪型孔數(shù)量N均受成穴排種輪直徑的影響。增加成穴排種輪直徑可增加型孔數(shù)量N，在相同排種穴數(shù)條件下降低轉(zhuǎn)速，提高油菜種子充種性能；但增加成穴排種輪直徑增大排種器尺寸，不利于實(shí)現(xiàn)輕簡(jiǎn)化。因此，結(jié)合窩眼輪排種器和降低排種器尺寸的設(shè)計(jì)要求，確定成穴排種輪直徑D為80 mm。

由于型孔數(shù)量N受成穴排種輪直徑D的限制，即

(8)

根據(jù)型孔尺寸和滿足強(qiáng)度要求，型孔數(shù)量應(yīng)滿足N<25。

在播種幅寬B和前進(jìn)速度v分別為2 m和2.5～5.0 km/h時(shí)，要求單位種植密度為45株/m2條件下，根據(jù)式(7)分析，排種排種輪轉(zhuǎn)速n一般為10～50 r/min，出苗率p為0.8，則型孔數(shù)量應(yīng)滿足N≥12。為更好地實(shí)現(xiàn)油菜種子成穴，應(yīng)適當(dāng)增大型孔間距，取型孔數(shù)量N為15個(gè)。成穴排種輪應(yīng)用3D打印技術(shù)加工，材料為ABS工程塑料。

3 排種過(guò)程仿真分析

油菜成穴集中排種裝置工作時(shí)，在種群壓力和重力作用下，油菜種子以散粒體的形式充入漸開線狀型孔，當(dāng)油菜種子經(jīng)過(guò)攜種過(guò)程進(jìn)入護(hù)種區(qū)，在護(hù)種區(qū)種子在型孔內(nèi)移動(dòng)，直至進(jìn)入投種區(qū)。排種過(guò)程中種子與種群、壁面間相互作用難以準(zhǔn)確描述，本研究采用EDEM仿真定量分析排種過(guò)程。

3.1 仿真試驗(yàn)方法

EDEM仿真中將穴播集中排種裝置幾何體模型簡(jiǎn)化為外殼和成穴排種機(jī)構(gòu)2部分，根據(jù)穴播集中排種裝置加工所用材料，外殼設(shè)定為鋁合金，成穴排種機(jī)構(gòu)的成穴排種輪設(shè)為工程塑料ABS。油菜種子設(shè)為球形，仿真中顆粒模型設(shè)為硬球模型，接觸模型選取Hertz-Mindlin無(wú)滑動(dòng)接觸模型，仿真模型如圖6所示，材料特性及其相互間的力學(xué)特性參數(shù)[23]見表3。

圖6 EDEM仿真模型

為更好地獲取型孔結(jié)構(gòu)參數(shù)，開展型孔結(jié)構(gòu)參數(shù)仿真試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表4所示。確定影響型孔充種性能的因素為型孔長(zhǎng)度d、型孔截面和型孔深度h，型孔長(zhǎng)度設(shè)3.0、3.5、4.0 mm共3個(gè)水平；型孔深度設(shè)2.2、2.6、3.0 mm共3個(gè)水平；型孔截面設(shè)3種尺寸截面，型孔截面通過(guò)改變漸開線的位置改變型孔寬度，其結(jié)構(gòu)如圖7所示。應(yīng)用EDEM軟件仿真時(shí)，排種輪轉(zhuǎn)速為20 r/min，后處理器統(tǒng)計(jì)不同處理的30穴的型孔充種量，計(jì)算1～3粒/穴的合格率、漏播率、重播率和各行排種量一致性變異系數(shù)。

表3 種子與材料特性參數(shù)

注：種子與橡膠相互間力學(xué)特性參數(shù)是為方便固定種子落點(diǎn)設(shè)定，非真實(shí)值。

3.2 型孔結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化結(jié)果與分析

試驗(yàn)結(jié)果如表5所示，表中A、B、C分別為型孔長(zhǎng)度、型孔截面和型孔深度水平值。型孔截面對(duì)充種合格率、漏播率和各行排種量一致性變異系數(shù)均顯著或極顯著影響，型孔截面Ⅰ處理的漏播率和各行排種量一致性變異系數(shù)均高于其他型孔截面，說(shuō)明型孔截面Ⅰ的充種性能較差。隨型孔長(zhǎng)度和深度增加，型孔充種2～3粒的概率增加；型孔截面Ⅲ出現(xiàn)單個(gè)型孔充種數(shù)量大于3粒的現(xiàn)象。

表4 試驗(yàn)因素及水平

極差分析結(jié)果表明：影響充種合格率和各行排種量一致性變異系數(shù)的主次因素為：型孔截面、型孔長(zhǎng)度、型孔深度，型孔截面Ⅱ的充種合格率最高，單個(gè)型孔充種1～3粒的概率達(dá)100%(表6)。綜合考慮充種合格率和各行排種量一致性變異系數(shù)，以B2A2C2較優(yōu)，即型孔長(zhǎng)度和深度分別為3.5 mm和2.6 mm的型孔截面Ⅱ。

圖7 不同漸開線狀型孔截面尺寸

表5 型孔結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)充種性能的影響

注：** 和*分別表示方差分析在0.01和0.05水平上顯著，下同。

表6 試驗(yàn)結(jié)果極差分析

3.3 護(hù)種過(guò)程分析

圖8 護(hù)種過(guò)程分析

以B2A2C2排種型孔的排種裝置為對(duì)象，分析種子在護(hù)種過(guò)程的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，其受力及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如圖8所示。油菜種子充種完成后進(jìn)入攜種區(qū)，2粒種子在型孔內(nèi)的受力穩(wěn)定，種子在5.05 s進(jìn)入護(hù)種區(qū)。油菜種子受力和轉(zhuǎn)速顯著增加，種子隨排種機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)出現(xiàn)移動(dòng)，在5.25 s合力和轉(zhuǎn)速達(dá)到較大值，此時(shí)油菜種子脫離型孔底部運(yùn)動(dòng)到與護(hù)種帶接觸。位于上方的油菜顆粒2的受力和轉(zhuǎn)速高于油菜顆粒1，這是由于油菜顆粒2具有較大活動(dòng)空間所致。種子在護(hù)種初始階段保持穩(wěn)定，但隨著排種機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，種子在漸開線狀型孔的位置超過(guò)休止角，種子向護(hù)種帶方向移動(dòng)，在護(hù)種帶的作用下存在一定的滾動(dòng)，直至投種區(qū)。護(hù)種過(guò)程保證投種時(shí)間一致，提高了成穴性能；而漸開線狀型孔右壁面和傾斜側(cè)邊確保未出現(xiàn)型孔堵塞。

為分析護(hù)種帶與排種輪的合理間隙，分析了間隙為0～0.6 mm對(duì)型孔排種性能的影響，間隙對(duì)排種數(shù)量影響不明顯，其合格率均達(dá)到100%，其中單個(gè)型孔1粒和2粒的概率分別約為80%和20%(圖9)；但間隙為0.2 mm時(shí)，穴徑最小，說(shuō)明種子落點(diǎn)一致性較好。

圖9 間隙對(duì)排種性能的影響

3.4 漸開線狀型孔的作用機(jī)理

分析種子充種過(guò)程發(fā)現(xiàn)(圖10)，進(jìn)入充種室后種子受種群擠壓、擾動(dòng)的作用，不斷靠近排種機(jī)構(gòu)型孔的位置；漸開線型孔結(jié)構(gòu)左壁面在充種區(qū)形成向上“挖取”的姿態(tài)，種子在種群壓力、排種機(jī)構(gòu)作用力和重力等綜合作用下，種子充入型孔并隨排種機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)。型孔漸開線狀的左壁面提升了充種性能，加之適宜的尺寸保證充種數(shù)量，從而保證了充種質(zhì)量。

圖10 種子充入型孔受力與狀態(tài)

型孔在護(hù)種過(guò)程中因其弧形側(cè)面使種子與型孔間接觸為點(diǎn)接觸，使型孔不易發(fā)生堵塞；同時(shí)型孔漸開線狀的右壁面使投種時(shí)刻基本一致，從而保證了成穴性能。

4 穴播集中排種裝置排種性能試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)材料與裝置

試驗(yàn)以華油雜62、中雙11和蓉油11共3個(gè)油菜品種為試驗(yàn)材料，油菜穴播集中排種裝置在JPS-12型計(jì)算機(jī)視覺(jué)排種器試驗(yàn)臺(tái)上開展排種性能試驗(yàn)。

4.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

為檢測(cè)油菜穴播集中排種裝置的排種性能，選用1個(gè)成穴排種輪開展了供試品種與排種輪轉(zhuǎn)速的雙因素試驗(yàn)，供試品種為蓉油11、中雙11和華油雜62共3個(gè)品種，排種輪轉(zhuǎn)速設(shè)10～50 r/min共5個(gè)水平，增量為10 r/min。為進(jìn)一步檢驗(yàn)集中多行排種質(zhì)量，采用6行同時(shí)排種，分析油菜穴播集中排種裝置的品種與轉(zhuǎn)速適應(yīng)性。試驗(yàn)中每個(gè)處理重復(fù)3次，每次測(cè)定50穴，測(cè)定單穴排種數(shù)量、穴距，計(jì)算排種合格率、漏播率、重播率、穴距和穴距變異系數(shù)，并分析6行的排種量一致性變異系數(shù)。測(cè)定合格率為1～3粒/穴的概率，漏播率為0粒/穴的概率和重播率為大于3粒/穴的概率。

4.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

4.3.1品種與排種輪轉(zhuǎn)速對(duì)排種性能的影響

品種和排種輪轉(zhuǎn)速對(duì)排種性能的影響結(jié)果表明(表7)，品種、排種輪轉(zhuǎn)速及其二者的交互作用對(duì)排種合格率均有顯著影響(P<0.05)，華油雜62和蓉油11的排種合格率均隨轉(zhuǎn)速增加呈先增加后降低的趨勢(shì)，在轉(zhuǎn)速為20～40 r/min時(shí)合格率較高；中雙11排種合格率隨轉(zhuǎn)速增加而增加，在20～40 r/min時(shí)合格率高于95%，這與油菜種子的粒徑有關(guān)，中雙11的粒徑明顯小于華油雜62和蓉油11。在轉(zhuǎn)速較低時(shí)，油菜種子有充足時(shí)間進(jìn)入型孔，因此導(dǎo)致小粒種子的重播率較高；當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到50 r/min時(shí)，充種時(shí)間縮短，華油雜62和蓉油11的漏播率增加。

從穴距變異系數(shù)來(lái)看，穴距設(shè)定為10 cm時(shí)，品種、排種輪轉(zhuǎn)速及其二者的交互作用對(duì)穴距變異系數(shù)影響顯著(P<0.05)，華油雜62的穴距變異系數(shù)隨轉(zhuǎn)速增加而增加；中雙11和蓉油11隨轉(zhuǎn)速增加呈先降后升的趨勢(shì)，轉(zhuǎn)速為20～40 r/min時(shí)穴距變異系數(shù)均低于16%。通過(guò)觀察種子在排種器試驗(yàn)臺(tái)的分布狀態(tài)(圖11)，發(fā)現(xiàn)各品種的成穴性能和穴距均勻性均較好，中雙11以2粒/穴較多；華油雜62和蓉油11以1粒/穴較多，符合油菜種植要求和集排器設(shè)計(jì)目標(biāo)。

4.3.2油菜穴播集中排種性能分析

在6個(gè)成穴排種輪條件下，集中排種性能如表8所示，品種、成穴排種輪轉(zhuǎn)速及其交互作用對(duì)1粒率、2粒率和3粒率均有極顯著影響(P<0.01)，影響規(guī)律與單行排種結(jié)果一致。轉(zhuǎn)速為20～40 r/min時(shí)，3個(gè)品種的合格率高于94%。以50穴的排種數(shù)量來(lái)看，中雙11的排種數(shù)量顯著高于華油雜62和蓉油11，這與中雙11的3粒率較高一致；排種數(shù)量隨轉(zhuǎn)速增加而降低，說(shuō)明轉(zhuǎn)速增加降低了充種數(shù)量；但50穴的總粒數(shù)標(biāo)準(zhǔn)誤差在10粒范圍內(nèi)，各行排種量一致性變異系數(shù)低于10.0%。不同品種的穴距差異不顯著(P>0.1)，說(shuō)明穴距穩(wěn)定性較好，且轉(zhuǎn)速為20～40 r/min范圍內(nèi)的穴距變異系數(shù)在12%范圍內(nèi)，油菜種子分布的成穴性和均勻性均較好。

6行油菜種子分布如圖12所示，種子的分布成行成穴效果明顯，不同行間的種子位置略有差異，這與投種時(shí)間的隨機(jī)性有關(guān)；但行內(nèi)的種子分布均勻，具有較好的種子落點(diǎn)分布。

表7 供試品種與排種輪轉(zhuǎn)速對(duì)排種性能的影響

圖11 油菜排種分布

5 田間試驗(yàn)

為驗(yàn)證油菜精量穴播集中排種裝置的排種性能，于2019年10月在四川省崇州市和南部縣等地開展了油菜播種試驗(yàn)(圖13)，供試品種為蓉油11、德新油88和中雙11，土壤平均濕基含水率為31.33%。試驗(yàn)以插秧機(jī)機(jī)頭為動(dòng)力，油菜穴播精量直播機(jī)一次性完成精量播種和封閉除草等功能，機(jī)組幅寬1.8 m，一次播種6行，行距為300 mm。試驗(yàn)中應(yīng)用12 V蓄電池提供直流電機(jī)的動(dòng)力源，通過(guò)直流電機(jī)調(diào)速器驅(qū)動(dòng)油菜穴播排種裝置轉(zhuǎn)動(dòng)。

通過(guò)測(cè)定苗期的油菜田間分布情況，測(cè)定每廂6行的穴苗數(shù)和穴距，每個(gè)品種選取3個(gè)點(diǎn)，試驗(yàn)結(jié)果如表9所示。油菜的平均株數(shù)為2.05株/穴，穴苗數(shù)合格率平均值為89.51%；穴距平均值為10.50 cm，穴距變異系數(shù)平均值為9.79%。相比臺(tái)架試驗(yàn)，油菜種子在導(dǎo)種管下，穴距均勻性有所降低，但單穴苗數(shù)均勻性和穴距可滿足油菜田間種植要求。

6 結(jié)論

(1)基于油菜種子的機(jī)械物理特性和精量播種要求，設(shè)計(jì)了一種油菜精量穴播集中排種裝置，提出了1～3粒/穴的漸開線狀型孔，確定了主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。完成油菜種子充種、攜種和護(hù)種環(huán)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)6行成行成穴精量排種。

表8 油菜穴播集中排種裝置排種性能

圖12 油菜集中排種分布

圖13 油菜播種田間試驗(yàn)

(2)應(yīng)用EDEM軟件構(gòu)建了穴播集中排種裝置仿真模型，分析了型孔長(zhǎng)度、截面尺寸和型孔深度對(duì)充種性能的影響，發(fā)現(xiàn)漸開線狀型孔有助于充種，且型孔長(zhǎng)度和深度分別為3.5 mm和2.6 mm的型孔截面Ⅱ的單個(gè)型孔均充種1?；?粒；攜種過(guò)程受力穩(wěn)定，護(hù)種帶提高了投種一致性，當(dāng)排種輪與護(hù)種帶間隙為0.2 mm時(shí)，成穴較優(yōu)。

表9 油菜穴播田間試驗(yàn)結(jié)果

(3)穴播排種性能臺(tái)架試驗(yàn)表明，品種、排種輪轉(zhuǎn)速及其二者的交互作用對(duì)排種合格率均有顯著影響，排種合格率隨轉(zhuǎn)速增加呈先增大、后減小的趨勢(shì)，在轉(zhuǎn)速為20～40 r/min時(shí)，排種合格率(1～3粒)高于94%，穴距變異系數(shù)低于12%；50穴的總粒數(shù)標(biāo)準(zhǔn)誤差在10粒范圍之內(nèi)，排種量一致性變異系數(shù)低于10.0%。田間試驗(yàn)結(jié)果表明，油菜平均株數(shù)為2.05株/穴，穴距及其變異系數(shù)平均值分別為10.50 cm和9.79%，滿足油菜種植要求。