張明華　羅錫文　王在滿　戴億政　王寶龍　鄭　樂(lè)

(1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)南方農(nóng)業(yè)機(jī)械與裝備關(guān)鍵技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 廣州 510642； 2.南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心， 長(zhǎng)沙 410128)

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水稻直播機(jī)組合型孔排種器設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

張明華1,2羅錫文1,2王在滿1,2戴億政1,2王寶龍1,2鄭樂(lè)1,2

(1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)南方農(nóng)業(yè)機(jī)械與裝備關(guān)鍵技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 廣州 510642； 2.南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心， 長(zhǎng)沙 410128)

為同時(shí)滿足常規(guī)稻與雜交稻的播種要求以及實(shí)現(xiàn)對(duì)播量的快速調(diào)節(jié)，以型孔輪式排種器為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一種由型孔輪殼、型孔輪和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成的組合型孔排種器。以瓢形孔為組合型孔設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，型孔輪殼上有多個(gè)帶引種槽的瓢形通孔，可與型孔輪上的大、小型孔對(duì)應(yīng)組合成完整的型孔，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)起調(diào)節(jié)定位作用。以常規(guī)稻秀水134和玉香油占以及雜交稻花優(yōu)14和培雜泰豐為試驗(yàn)材料，對(duì)型孔的形狀、尺寸和形式以及調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與試驗(yàn)。通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的可靠性試驗(yàn)得出，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的可靠性合格，且可5 s內(nèi)實(shí)現(xiàn)播量快速調(diào)節(jié)。根據(jù)已有的理論和模型，計(jì)算確定了型孔數(shù)量為8個(gè)，型孔大端半徑為5 mm，小端半徑為4.5 mm，長(zhǎng)度為11 mm。通過(guò)理論計(jì)算和三因素兩水平試驗(yàn)的結(jié)果表明：引種槽的長(zhǎng)度為6.5 mm，倒角為60°，型孔輪上大型孔的形式為深度6.5 mm柱形型孔，小型孔的形式為深度4 mm的勺形型孔時(shí)試驗(yàn)效果最佳，在轉(zhuǎn)速50 r/min 時(shí)播秀水134品種，小型孔的穴粒數(shù)合格率達(dá)87%，大型孔的穴粒數(shù)合格率達(dá)87.67%，且變異系數(shù)分別為22.60%和20.46%，滿足播種要求。相關(guān)性分析進(jìn)一步驗(yàn)證了型孔形式是影響穴粒數(shù)合格率的關(guān)鍵，引種槽的長(zhǎng)度和倒角對(duì)穴粒數(shù)合格率與變異系數(shù)均有影響。播種適應(yīng)性試驗(yàn)結(jié)果表明，組合型孔排種器能同時(shí)滿足常規(guī)稻(秀水134、玉香油占)與雜交稻(花優(yōu)14、培雜泰豐)的播量要求，變異系數(shù)較小，具有較好的適應(yīng)性。

水稻； 排種器； 組合型孔； 引種槽； 播量可調(diào)

引言

隨著人工成本的不斷增加和水稻直播過(guò)程中水肥管理、除草等配套農(nóng)藝技術(shù)的不斷完善，水稻直播面積不斷增大。然而人工撒播的種子在田間分布不均勻，用種量偏大，群體結(jié)構(gòu)不合理，導(dǎo)致不能穩(wěn)產(chǎn)，甚至減產(chǎn)。精量播種采用穴播(點(diǎn)播)方式，將種子成行成穴均勻地播于田間，作物成長(zhǎng)群體優(yōu)勢(shì)明顯，有利于減少病蟲害，可節(jié)約種子、增加產(chǎn)量[1-5]。近年來(lái)，精量播種已成為水稻直播的發(fā)展方向。

實(shí)現(xiàn)精量播種的關(guān)鍵在于排種器，可實(shí)現(xiàn)精量播種的水稻直播機(jī)排種器的形式一般有窩眼式、型孔輪式內(nèi)充式、往復(fù)式和氣吸式等[6]。王林力等[7]研究的一種水稻芽種偏心頂桿式排種器，羅錫文、張國(guó)忠等[8-11]研究的一種稻芽種氣力式排種器，張順等[12]研究的氣力滾筒式水稻直播精量排種器(結(jié)合窩眼充種、負(fù)壓吸種)都適用于雜交水稻和超級(jí)稻1～3粒的精少量播種，但無(wú)法適應(yīng)常規(guī)稻的較大播量播種。MALEKI等[13-14]研制了一種螺旋槽式排種器，播種均勻性好，但是成穴性差。新疆農(nóng)墾科學(xué)院機(jī)械裝備研究所研制了由鴨嘴滾筒式棉花播種排種器改裝的水稻穴播排種器，可滿足大播量穴播，田坂幸平等[15]研究的一種槍管式水稻點(diǎn)播機(jī)，基本能實(shí)現(xiàn)穴播，但是都存在播量調(diào)整困難的問(wèn)題。羅錫文等[16-19]研究了一種型孔輪式排種器，應(yīng)用效果好，但播量調(diào)節(jié)范圍有限，若要大范圍調(diào)節(jié)播量，則需更換排種輪。湯楚宙等[20]、施祖強(qiáng)等[21]研究了一種變?nèi)萘啃涂纵喪脚欧N器，適用于油菜等小粒種子的條播，對(duì)較大粒種子的適應(yīng)性還有待進(jìn)一步研究。王俊等[22]研究了一種水稻直播機(jī)專用排種器，通過(guò)內(nèi)外調(diào)節(jié)爪的軸向移動(dòng)實(shí)現(xiàn)了播量調(diào)節(jié)，還能滿足條播和穴播轉(zhuǎn)換，但制造成本高[23]，市場(chǎng)上還未見(jiàn)有應(yīng)用。

由于不同地區(qū)的土壤、氣候、品種和種植習(xí)慣不同，水稻播種農(nóng)藝要求差異很大，因此，播種量的要求也不同[24]。目前，國(guó)內(nèi)常規(guī)稻和雜交稻的種植面積各占一半[25]，現(xiàn)有的排種器很難既能播雜交稻又能播常規(guī)稻。為同時(shí)滿足常規(guī)稻與雜交稻的播種要求，以及播量調(diào)節(jié)方便快捷的目的，本文設(shè)計(jì)一種組合型孔排種器。

1　排種器總體結(jié)構(gòu)與工作原理

組合型孔排種器主要包括外殼、限種板、卸種板、組合型孔排種輪、排種管、護(hù)種裝置和清種裝置；組合型孔排種輪包括型孔輪殼、調(diào)節(jié)定位機(jī)構(gòu)、型孔輪、擋圈2、軸和圓頭平鍵等，如圖1所示。

圖1　組合型孔排種器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1　Structure diagram of combined hole-type metering device1.第一充種室　2.限種板　3.卸種板　4.組合型孔排種輪　5.排種管　6.護(hù)種裝置　7.第二充種室　8.清種裝置　9.擋圈1　10.軸承　11.型孔輪殼　12.固定法蘭　13.型孔輪　14.復(fù)位彈簧　15.擋圈2　16.調(diào)節(jié)法蘭　17.定位端蓋　18.沉頭螺釘　19.軸　20.平鍵

組合型孔排種器型孔輪的圓周上間隔均布有大、小兩組型孔。工作時(shí)，先用專用工具調(diào)節(jié)定位機(jī)構(gòu)設(shè)定所需播量的型孔。組合型孔由型孔輪殼上的外通孔和型孔輪上的型孔(大孔或小孔)配合而成。種子由第一充種室進(jìn)入型孔，隨排種輪逆時(shí)針回轉(zhuǎn)至第二充種室，在第二充種室對(duì)未充滿的型孔進(jìn)行補(bǔ)種，經(jīng)過(guò)清種機(jī)構(gòu)由清種毛刷將多余稻種刷落至第二充種室；隨動(dòng)護(hù)種裝置將型孔內(nèi)的水稻種子護(hù)送至排種口隨自重落下，完成排種。

2　組合型孔排種器關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1型孔輪殼與型孔輪

型孔輪與型孔輪殼是組合型孔排種器的關(guān)鍵部件。其關(guān)鍵參數(shù)包括型孔的數(shù)量以及型孔的大小與形式。根據(jù)羅錫文等[16]試驗(yàn)結(jié)果可知，與圓柱形型孔、盆形型孔和勺形型孔等相比，瓢形型孔的播種性能最好，因此本文選用瓢形孔為組合型孔設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

2.1.1型孔輪殼厚度的確定

圖2　組合型孔輪示意圖Fig.2　Structure diagram of combined hole-type roller1.型孔輪殼　2.型孔輪　3.型孔輪殼上的型孔　4.小型孔　5.大型孔

如圖2所示，型孔輪殼上均布n個(gè)型孔(通孔)，尺寸與型孔輪上型孔的最外緣尺寸一致，以保證型孔組合處平滑過(guò)渡。由于型孔輪殼套設(shè)于型孔輪的外圍，為保證調(diào)節(jié)播量的精度，要求型孔輪殼的厚度t越小越好，但是太薄，加工精度難以保證。在試制過(guò)程中，選用材料為易切削、可硬質(zhì)陽(yáng)極氧化處理的6063鋁合金，采用廣州市宏通機(jī)械有限公司的五軸加工中心加工厚度為3、3.5、4 mm的樣品各10個(gè)，采用圓度儀檢測(cè)樣品合格率，再采用中值法優(yōu)化，試驗(yàn)最終確定厚度t為3.2 mm。

2.1.2型孔數(shù)量的確定

型孔的數(shù)量會(huì)影響充種性能。一般型孔越多，型孔排種輪的線速度越小，越有利于充種，但同時(shí)又受型孔輪直徑和型孔間距的限制[9]。型孔數(shù)量

(1)

其中

v0=rω

(2)

式中d——排種輪直徑，m

vm——播種機(jī)作業(yè)速度，m/s

L——穴距，m

v0——排種輪線速度，m/s

r——排種輪半徑，m

ω——排種輪角速度，rad/s

該排種器主要用于與乘坐式高速插秧機(jī)頭配套的水稻精量穴直播機(jī)，機(jī)頭田間最高作業(yè)速度大約為0.8 m/s，即vm為0.8 m/s；穴距一般為10～20 cm可調(diào)，設(shè)計(jì)時(shí)取最小值10 cm，即L為0.1 m；一般型孔輪式排種器的轉(zhuǎn)速為30～60 r/min，設(shè)計(jì)的最高轉(zhuǎn)速取60 r/min，即ω為2π rad/s。由公式(1)、(2)可知，型孔數(shù)量n取8。

2.1.3型孔形狀的設(shè)計(jì)

本文選用瓢形孔為原型對(duì)組合型孔排種器的型孔進(jìn)行研究設(shè)計(jì)?？紤]不同水稻品種的外形尺寸差異較大，設(shè)計(jì)的型孔由R1和R2(R1>R2)兩段圓弧組成，總長(zhǎng)度為S，同時(shí)在型孔的外緣設(shè)計(jì)了引種槽，如圖2所示。

為便于充種與投種，型孔的大端直徑(2R1)應(yīng)至少比試驗(yàn)稻種最大長(zhǎng)度lmax大10%[26]；其中R1>R2>lmax。

2R1≥1.1lmax

(3)

根據(jù)式(3)和表1中試驗(yàn)種子的基本參數(shù)可知，R1取5 mm，R2取4.5 mm。

表1　試驗(yàn)種子基本參數(shù)Tab.1　Parameters of the tested seeds

當(dāng)播量為3±1粒時(shí)，出現(xiàn)2粒種子平躺、1粒種子豎立的狀態(tài)進(jìn)入型孔的概率最大[6]，因此型孔長(zhǎng)度S的計(jì)算公式為

S≥lmax+wmax

(4)

式中wmax——種子的最大寬度

根據(jù)式(4)和表1可知，S取11.5 mm。

型孔輪殼的型孔為充種的入口，其形狀尺寸非常重要。為提高組合型孔排種器的充種性能，本文對(duì)瓢形型孔的引種槽進(jìn)行了研究。如圖3所示，引種槽長(zhǎng)度l取4 mm和6.5 mm兩個(gè)試驗(yàn)水平；引種槽深度為1.7 mm，倒角β取60°和45°兩個(gè)試驗(yàn)水平。型孔輪殼上型孔有效深度h0為1.5 mm。

圖3　組合型孔簡(jiǎn)圖Fig.3　Structure sketch of combined hole-type

2.2型孔輪設(shè)計(jì)

型孔輪圓周上均布一組8個(gè)大型孔和一組8個(gè)小型孔。為與型孔輪殼上的型孔平滑過(guò)渡，兩種型孔最外尺寸一致；每個(gè)型孔兩兩間隔22.5°，與型孔輪殼上的8個(gè)型孔組合成完整型孔，如圖2和圖3所示。

根據(jù)羅錫文等[16]的研究，在充種過(guò)程中種子以平躺的姿態(tài)進(jìn)入型孔的概率最大(Pt>Pw>Pl，Pt為平躺狀態(tài)的概率，Pw為側(cè)臥狀態(tài)的概率，Pl為豎立狀態(tài)的概率)。假設(shè)種子都以平躺的狀態(tài)進(jìn)入型孔，根據(jù)種子和型孔的尺寸進(jìn)行分析，充種時(shí)，每層可容納2或3粒種子，但2粒種子的概率明顯高于3粒種子的概率，因此暫定每層充種粒數(shù)為2粒。由于大型孔與小型孔共用一個(gè)型孔輪殼，且外緣尺寸一致，因此播量的大小關(guān)鍵在于型孔的深度。

不同水稻品種，其種植密度差異較大。精量穴直播時(shí)，一般采用某一固定的行距，調(diào)節(jié)穴距，控制穴粒數(shù)。一般常規(guī)稻的穴粒數(shù)為8粒左右，雜交稻的穴粒數(shù)為4粒左右。型孔的深度取決于種子的厚度[16，26]，計(jì)算公式為

(5)

式中N——穴粒數(shù)，粒

m——每層充種粒數(shù)，粒

tmax——試驗(yàn)種子的最大厚度(表1)，mm

根據(jù)式(5)和表1可知：大型孔的深度：H1≈10 mm；小型孔的深度：H2≈5.5 mm。型孔輪上大型孔深度：h1=H1-h0，為8.5 mm；型孔輪上小型孔深度：h2=H2-h0，為4 mm。

考慮到計(jì)算時(shí)都是假設(shè)種子以平躺的狀態(tài)進(jìn)入型孔，且每層充種粒數(shù)m取2粒，計(jì)算結(jié)果可能會(huì)偏大。因此對(duì)型孔輪上大型孔的深度h1設(shè)計(jì)了8.5 mm與6.5 mm兩個(gè)試驗(yàn)水平；如果型孔過(guò)淺，會(huì)增加空穴率，因此小型孔的深度h2取4 mm，型孔輪上的型孔為柱形和勺形兩種形式，如圖3所示，組合型孔的整體形狀為瓢形。

2.3調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括固定法蘭、型孔輪、復(fù)位彈簧、擋圈2、調(diào)節(jié)法蘭、定位端蓋、沉頭螺釘?shù)?，如圖1所示。固定法蘭的兩根導(dǎo)柱穿過(guò)型孔輪上的兩個(gè)通孔，通過(guò)沉頭螺釘固定在型孔輪上；兩個(gè)復(fù)位彈簧分別套設(shè)于固定法蘭的兩根導(dǎo)柱上，定位端蓋上的定位凸臺(tái)與定位端蓋上的一組定位盲孔配合時(shí)，完成定位，此時(shí)型孔輪殼上的瓢形型孔與型孔輪上的一組型孔(大型孔或小型孔)配合組成完整的型孔。采用專用調(diào)節(jié)工具對(duì)調(diào)節(jié)法蘭施加壓力，套筒壓縮復(fù)位彈簧，使兩個(gè)定位凸臺(tái)脫離定位端蓋上的定位盲孔；轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)法蘭使型孔輪旋轉(zhuǎn)22.5°(逆時(shí)針或順時(shí)針)，卸載壓力，在復(fù)位彈簧的作用下定位銷滑入另外兩個(gè)定位盲孔中，此時(shí)型孔輪殼上的瓢形型孔與型孔輪上的另一組型孔(大型孔或小型孔)配合，實(shí)現(xiàn)大、小型孔的轉(zhuǎn)換，達(dá)到調(diào)節(jié)播量的目的。

3　試驗(yàn)材料與方法

3.1試驗(yàn)儀器與設(shè)備

試驗(yàn)儀器：自制霍爾轉(zhuǎn)速記錄儀(量程：5～200 r/min，分辨率：0.1 r/min)；電子天平(型號(hào)：AR423CN，量程：420 g，精度：0.001 g)；游標(biāo)卡尺(精度0.02 mm)；手持式水分測(cè)試儀(型號(hào)：GMK-303，精度：0.1%)。試驗(yàn)設(shè)備：南方農(nóng)業(yè)機(jī)械與裝備教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的播種量試驗(yàn)臺(tái)、多功能播種試驗(yàn)臺(tái)。

3.2試驗(yàn)材料與方法

以圓粒形稻種秀水134(粳型常規(guī)稻)和花優(yōu)14(粳型雜交稻)，以及長(zhǎng)粒形稻種玉香油占(秈型常規(guī)稻)和培雜泰豐(秈型雜交稻)的濕種為材料進(jìn)行試驗(yàn)。所選品種的稻種類別和外形尺寸具有代表性，能檢驗(yàn)組合型孔排種器對(duì)不同稻種的適應(yīng)性。試驗(yàn)前浸泡稻種并預(yù)催芽至破胸露白，外形尺寸如表1所示。

調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可靠性試驗(yàn)在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院的排種量試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行。取3個(gè)排種器安裝于試驗(yàn)臺(tái)架上，所有排種器調(diào)至大孔，將種子加滿種箱，并固定工作轉(zhuǎn)速為60 r/min；用塑料盆在每個(gè)排種口接種。當(dāng)種箱內(nèi)種子被排空時(shí)，將型孔調(diào)節(jié)至小孔，并檢測(cè)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)工作時(shí)的順暢度，觀察定位的準(zhǔn)確性；然后再將種子加入種箱，驅(qū)動(dòng)排種器繼續(xù)工作，大孔和小孔交替試驗(yàn)。

實(shí)際生產(chǎn)中，一個(gè)播種季大約為25 d，工作時(shí)長(zhǎng)大約為8 h/d，更換雜交稻和常規(guī)稻品種的頻率為每天0～2次。因此，在一個(gè)播種季中排種器工作時(shí)長(zhǎng)大約為200 h，調(diào)節(jié)型孔大小次數(shù)最多50次。本試驗(yàn)設(shè)計(jì)排種器A、B、C試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)為150 h；調(diào)節(jié)次數(shù)為50次。

組合型孔排種器的播種性能試驗(yàn)在多功能播種試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行。通過(guò)調(diào)節(jié)試驗(yàn)臺(tái)的傳動(dòng)帶轉(zhuǎn)速模擬機(jī)器的地面行走速度；采用DSP調(diào)速電機(jī)調(diào)節(jié)排種器轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)穴距調(diào)節(jié)。通過(guò)人工數(shù)種記錄每穴粒數(shù)。試驗(yàn)選用破胸露白的秀水134濕種進(jìn)行試驗(yàn)，種子具體參數(shù)如表1所示。

為確定引種槽倒角角度、引種槽長(zhǎng)度、大小型孔的形式對(duì)組合型孔排種器播種性能的影響，取以上3個(gè)試驗(yàn)因素的兩個(gè)水平對(duì)排種器的播種性能進(jìn)行試驗(yàn)。

根據(jù)NY/T 1143—2006規(guī)定，穴播機(jī)主要性能指標(biāo)中的穴粒數(shù)n±3為合格。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)中的需求，本文對(duì)合格率的要求略做提高，大型孔取6～10粒為合格，小型孔取3～6粒為合格。排種器的轉(zhuǎn)速取50 r/min，參考GB/T6973—2005，記錄傳輸帶上由排種器穩(wěn)定工作時(shí)排出的300穴種子中的每穴粒數(shù)，重復(fù)3次，以平均穴粒數(shù)、合格率、變異系數(shù)和空穴率為試驗(yàn)指標(biāo)。

為了考察設(shè)計(jì)較合理的(型孔輪殼上引種槽長(zhǎng)度為6.5 mm，引種槽倒角為60°；型孔輪大型孔形式為深度6.5 mm的柱形型孔，小型孔為深度4 mm的勺形型孔)組合型孔排種器對(duì)不同水稻品種及不同轉(zhuǎn)速的適應(yīng)性，選用破胸露白的常規(guī)粳稻秀水134、雜交粳稻花優(yōu)14、常規(guī)秈稻玉香油占、雜交秈稻培雜泰豐作為試驗(yàn)對(duì)象(如表1)，同時(shí)選擇不同的排種器轉(zhuǎn)速。排種器轉(zhuǎn)速公式為

(6)

式中nm——轉(zhuǎn)速，r/min

v——機(jī)具作業(yè)速度，m/s

本文設(shè)計(jì)的組合型孔排種器主要用于水直播機(jī)，動(dòng)力為乘坐式插秧機(jī)頭，工作速度約為0.8 m/s。根據(jù)水稻機(jī)直播生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，常規(guī)稻穴距一般選擇10、12、14 cm，雜交稻穴距一般選擇16、18、20 cm，即L為0.1～0.2 m。根據(jù)式(6)可知，在田間作業(yè)時(shí)排種器的轉(zhuǎn)速為30～60 r/min，因此本文設(shè)計(jì)了4個(gè)試驗(yàn)轉(zhuǎn)速，分別為30、40、50、60 r/min。

4　試驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可靠性試驗(yàn)

在工作150 h之后調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的性能依舊良好，即調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)性能可靠。在試驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，可以在5 s之內(nèi)完成大小孔的轉(zhuǎn)換，即可實(shí)現(xiàn)播量的快速調(diào)節(jié)，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2　調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可靠性試驗(yàn)結(jié)果Tab.2　Result of reliability test for adjusting device

4.2試驗(yàn)因素對(duì)排種器播種性能的影響試驗(yàn)

試驗(yàn)的因素與水平如表3所示；試驗(yàn)分小型孔和大型孔兩個(gè)試驗(yàn)組，即小型孔形式和和大型孔形式分別與其他兩個(gè)試驗(yàn)因素進(jìn)行試驗(yàn)。引種槽及型孔形式對(duì)穴粒數(shù)的合格率及變異系數(shù)的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示；字母a～d表示在p<0.05水平差異顯著。各試驗(yàn)因素與試驗(yàn)指標(biāo)(變量)之間的相關(guān)性分析結(jié)果如表4所示。

根據(jù)圖4和表4可知，各組處理5～8的合格率明顯高于處理1～4的合格率；型孔的形式與合格率極顯著相關(guān)，說(shuō)明型孔形式是影響合格率的關(guān)鍵，因此型孔輪上大型孔的形式取深度6.5 mm柱形型孔以及小型孔的形式取深度為4 mm的勺形型孔更合理。

表3　試驗(yàn)因素水平Tab.3　Factors and levels in experiments

倒角對(duì)合格率雖無(wú)顯著影響，但圖4顯示，與45°倒角相比，60°倒角的播種變異系數(shù)相對(duì)較低。大型孔的引種槽長(zhǎng)度與播種變異系數(shù)顯著相關(guān)，且長(zhǎng)度為6.5 mm明顯優(yōu)于4.5 mm；小型孔的引種槽長(zhǎng)度對(duì)播種變異系數(shù)雖無(wú)顯著相關(guān)，但影響較大，且長(zhǎng)度為6.5 mm亦優(yōu)于4.5 mm。小型孔和大型孔兩組試驗(yàn)處理8效果最佳，合格率均達(dá)到85%以上，且變異系數(shù)亦均為各試驗(yàn)組最低。故綜合認(rèn)為引種槽的長(zhǎng)度取6.5 mm，其倒角取60°，型孔輪上大型孔的形式取深度6.5 mm柱形型孔，小型孔的形式取深度為4 mm的勺形型孔最合理。

圖4　引種槽及型孔形式對(duì)穴粒數(shù)合格率及變異系數(shù)的影響Fig.4　Effects of guiding groove and type of hole-type on the qualified rate and variable coefficient of the seed number per hill

試驗(yàn)因素試驗(yàn)結(jié)果小型孔大型孔引種槽長(zhǎng)度倒角型孔形式合格率變異系數(shù)合格率變異系數(shù)引種槽長(zhǎng)度1000.1612-0.93770.2957-0.8512**倒角100.01785-0.20910.03279-0.4188型孔形式10.9857**0.21470.9429**0.0099合格率11變異系數(shù)11

注：**表示p<0.01顯著水平。

4.3組合型孔排種器對(duì)不同水稻品種的適應(yīng)性試驗(yàn)

根據(jù)表5可知，平均穴粒數(shù)隨著轉(zhuǎn)速的增加而減小。小型孔在較高轉(zhuǎn)速下(50～60 r/min)的合格率比在較低轉(zhuǎn)速下的合格率更高(30 r/min)，大型孔在較高轉(zhuǎn)速下(50～60 r/min)的合格率比在較低轉(zhuǎn)速下的合格率更低(30 r/min)，由表5不難得出，小型孔在低轉(zhuǎn)速下的播量偏大而大型孔在較高轉(zhuǎn)速下的播量偏小。

組合型孔排種器在試驗(yàn)條件下空穴率均為零。小型孔播秈稻品種玉香油占和培雜泰(轉(zhuǎn)速為40、50、60 r/min時(shí))以及播粳稻品種秀水134和花優(yōu)14(轉(zhuǎn)速為50、60 r/min時(shí))的合格率都達(dá)到85%以上，且變異系數(shù)較小。大型孔播秀水134和花優(yōu)14(轉(zhuǎn)速為30、40、50 r/min時(shí))，播玉香油占(轉(zhuǎn)速為30、40 r/min時(shí))和培雜泰豐(轉(zhuǎn)速為40、50 r/min時(shí))的合格率都達(dá)到85%以上?？梢?jiàn)該組合型孔排種器能滿足常規(guī)稻(秀水134、玉香油占)與雜交稻(花優(yōu)14、培雜泰豐)的播量要求，且變異系數(shù)較小，具有良好的適應(yīng)性。

表5　4個(gè)品種和4個(gè)轉(zhuǎn)速的適應(yīng)性試驗(yàn)結(jié)果Tab.5　Experiment results of four varieties and four rotational speed levels

注：品種的因素水平1、2、3、4分別代表秀水134、花優(yōu)14、玉香油占和培雜泰豐；轉(zhuǎn)速的因素水平1、2、3、4分別代表30、40、50、60 r/min。

5　討論

(1)組合型孔排種器小型孔在較低轉(zhuǎn)速下的合格率較低，播量偏大；大型孔在較高轉(zhuǎn)速下的合格率較低，播量偏小，對(duì)型孔有待進(jìn)一步優(yōu)化。

(2)組合型孔排種器是一個(gè)系統(tǒng)，其播種性能與型孔、充種角度、限種機(jī)構(gòu)、清種機(jī)構(gòu)、護(hù)種機(jī)構(gòu)等都有關(guān)聯(lián)。本文只針對(duì)組合型孔的主要參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)與試驗(yàn)，其他機(jī)構(gòu)與部件的最佳參數(shù)組合有待進(jìn)一步研究。

(3)由于組合型孔排種器的大、小型孔需要共用型孔輪殼，因此型孔輪殼上的型孔是一定的，且具有一定的容種能力，組合型孔排種器對(duì)目前需要1或2粒精少量播種的超級(jí)雜交稻還很難適應(yīng)。

6　結(jié)論

(1)設(shè)計(jì)了一種組合型孔排種器，可同時(shí)滿足常規(guī)稻(秀水134、玉香油占)與雜交稻(花優(yōu)14、培雜泰豐)的播種要求，有較好的適應(yīng)性；且可在5 s內(nèi)實(shí)現(xiàn)大、小型孔轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)播量快速調(diào)節(jié)；同時(shí)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)定位準(zhǔn)確，且可靠性好。

(2)設(shè)計(jì)的組合型孔排種器型孔數(shù)量為8，型孔大端半徑為5 mm，小端半徑為4.5 mm，長(zhǎng)度為11 mm。以秀水134為試驗(yàn)對(duì)象對(duì)組合型孔排種器的型孔進(jìn)一步試驗(yàn)，確定了組合型孔的關(guān)鍵尺寸與形式，引種槽長(zhǎng)度取6.5 mm，倒角取60°，型孔輪上大型孔取深度6.5 mm柱形型孔，小型孔取深度為4 mm的勺形型孔時(shí)排種器播種性能相對(duì)最佳。在轉(zhuǎn)速50 r/min 時(shí)，小孔的穴粒數(shù)合格率達(dá)87%，大孔的穴粒數(shù)合格率達(dá)87.67%，且空穴率均為零。

(3)型孔形式是影響播種合格率的關(guān)鍵因素，無(wú)論是大孔還是小孔，與合格率之間皆表現(xiàn)出極顯著的相關(guān)性。

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Design and Experiment of Combined Hole-type Metering Device of Rice Hill-drop Drilling Machine

Zhang Minghua1,2Luo Xiwen1,2Wang Zaiman1,2Dai Yizheng1,2Wang Baolong1,2Zheng Le1,2

(1.KeyLaboratoryofKeyTechnologyonAgriculturalMachineandEquipment,MinistryofEducation,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou510642,China2.SouthernRegionalCollaborativeInnovationCenterforGrainandOilCropsinChina,Changsha410128,China)

Due to the differences of soil, climate, varieties in different regions and different planting habits, the rice planting agronomic requirements are different. In order to meet the seeding requirement of conventional rice and hybrid rice simultaneously and to adjust the seeding rate quickly, a combined hole-type metering device was designed based on a simple hole-type metering device which was developed by South China Agricultural University. The device included hole-type shell, hole-type roller and adjusting mechanism. A complete hole-type was comprised by the label through holes which were uniformly distributed on the hole-type shell and the small/big hole-type which were uniformly distributed on hole-type roller. The shape, size and style of the hole-type and the adjusting mechanism were designed and optimized. The reliability experiments of the adjusting mechanism were carried out and the result showed that its structure was reasonable and the seeding rate adjusting process could be completed in 5 s. According to the existed model and theory, the outline dimensions of the hole-type were calculated and the results confirmed that the number of the hole-type was 8, the big radius was 5 mm, the small radius was 4.5 mm and the length was 11 mm. To further study on the main impact factors of the seeding performance of the metering device, the length and the chamfering angle of the guiding groove and the type of the hole-type were selected as the factors of the performance experiment while the conventional rice pre-germinated seed Yuxiangyouzhan was selected as the experimental material. The results indicated that the optimal combination parameters were the length of the guiding groove of 6.5 mm, the chamfering angle of 60°, the big hole-type on the hole-type roller with 6.5 mm cylindrical hole and the small hole-type with 4 mm spoon-shaped hole. The test results with rotational speed of 50 r/min showed that the qualified rate of the seed number per hole of the small hole-type was 87%, the seeding qualified rate of the big hole-type was 87.67%, and the seeding variable coefficients of these towed hole-type were 22.60% and 20.46% which could meet the rice seeding requirement. The correlation analysis showed that the main effect on the qualified rate was the type of the hole-type, and the length and the chamfering angle of the guiding groove had effects on the seeding variable coefficients as well. Furthermore, the adaptability experiment was designed by 4 varieties pre-germinated rice seeds and 4 rotational speeds (30 r/min, 40 r/min, 50 r/min and 60 r/min). The results showed that the combined hole-type metering device had good adaptability of seeding conventional rice seeds such as Xiushui 134 and Yuxiangyouzhan, and hybrid rice seeds such as Huayou 14 and Peizataifeng.

rice; metering device; combined hole-type; guiding groove; adjusting seeding rate

10.6041/j.issn.1000-1298.2016.09.005

2016-06-10

2016-07-12

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(201203059)、國(guó)家引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)(948)計(jì)劃項(xiàng)目(2011-G18(2))和國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)項(xiàng)目(2012AA10A501-2)

張明華(1987—)，男，博士生，主要從事水稻生產(chǎn)機(jī)械化研究，E-mail： zhangminghuascau@163.com

羅錫文(1945—)，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究，E-mail： xwluo@scau.edu.cn

S223.2+3

A

1000-1298(2016)09-0029-08