胡靖明，楊 梅，孫萬倉，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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油菜精量穴播機的設(shè)計與試驗

胡靖明a，楊 梅a，孫萬倉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)油菜精量穴播機作業(yè)中損傷種子、窩孔堵塞、漏播及排種量不穩(wěn)定等問題，設(shè)計了一種油菜精量穴播機。該機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啟同步匹配。田間驗證試驗表明：油菜精量穴播機在整地覆膜后播種，其空穴率、穴粒合格率及播種深度等均合格，滿足油菜地膜種植的農(nóng)藝技術(shù)要求。

油菜；穴播機；精量排種器

0 引言

油菜是甘肅省主要油料作物，近年來由于地膜玉米、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6.67萬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所需的水分問題，但其種植(尤其播種時)需要大量人工，且勞動強度大、浪費種肥、經(jīng)濟效益低。為提高二茬地膜冬油菜的經(jīng)濟效益，應(yīng)用推廣油菜穴播機完成膜上播種，成為解決二茬地膜油菜播種問題的重要途徑。

目前，生產(chǎn)中使用的油菜穴播機有多種類型，包括氣力式、槽輪式及型孔式等。因為油菜種子粒徑小，種子尺寸不夠均勻，存在排種器充種、排種時因受擠壓破碎導(dǎo)致缺苗和排種量不均等問題，因而油菜穴播機的關(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大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸[1-3]。為此，設(shè)計了一種對油菜種子低破碎、不漏播、少間苗，滿足地膜油菜精量播種農(nóng)藝要求，適合農(nóng)村農(nóng)戶使用的窩孔輪式油菜精量排種器及油菜精量穴播機。

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)孫萬倉教授抗寒冬油菜

研究團隊選育的超強抗寒性品種“隴油6號”冬油菜進行播種試驗，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。選擇的試驗地點位于蘭州市永登縣秦川鎮(zhèn)的農(nóng)業(yè)部西北寒旱區(qū)超強抗寒冬油菜原原種擴繁基地，緯度36°36′，海拔高度1 964m。具體農(nóng)藝技術(shù)要求為：單穴留種2～3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 穴播機組成與工作原理

2.1 穴播機組成

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

1.扶手 2.種倉 3.壓縮彈簧 4.鴨嘴支承板 5.鴨嘴動板 6.鴨嘴 7.機架 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.銷軸 20.配重盤

油菜精量穴播機在田間播種作業(yè)時，人力握持手柄推動穴播機在地膜上行走，成穴器刺破地膜入土開孔，鴨嘴動板受土壤支承力壓縮彈簧，動鴨嘴繞銷軸轉(zhuǎn)動打開；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，起到壓實穴孔土壤的作用。

2.2 樣機技術(shù)參數(shù)

油菜精量穴播機的主要技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

通過試驗選定部件基本參數(shù)，可以減少精量排種器充種、分種、清種和排種過程中對油菜種子的損傷，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，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，通過更換不同直徑窩孔排種器，實現(xiàn)播種的農(nóng)藝要求。

表1 油菜精量穴播機的主要技術(shù)參數(shù)

3 關(guān)鍵部件設(shè)計與分析

3.1 窩孔精量排種器

窩孔精量排種器由種倉、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 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

穴播機工作時，油菜籽填充種箱，種箱內(nèi)油菜種子充入排種輪窩孔內(nèi)；穴播機行走時，窩孔排種輪和穴播機殼體同步回轉(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，油菜種子在重力作用下通過導(dǎo)種管，排至穴播機鴨嘴成穴器內(nèi)；鴨嘴成穴器上方有導(dǎo)種板，引導(dǎo)種子落入鴨嘴，種子隨動鴨嘴打開落入土壤穴孔。窩孔精量排種器窩孔形狀和尺寸對實現(xiàn)油菜精量播種起到主要作用，具體參數(shù)的設(shè)計依據(jù)是種子的幾何尺寸分布和農(nóng)藝要求[5-6]。通過對孫萬倉教授選育的“隴油6號”種子直徑的取樣測量，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。排種器臺架試驗中種子無明顯受擠壓、破碎現(xiàn)象。對于部分窩孔內(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)和窩孔對應(yīng)位置處開設(shè)u型槽，保護種子不受擠壓破碎。

圖3 排種輪窩孔

3. 2 成穴器開啟機構(gòu)設(shè)計

穴播機的成穴器由動、定兩鴨嘴組成，定鴨嘴固定于穴播機殼體，動鴨嘴通過銷軸鉸接于定鴨嘴根部；壓簧壓迫支承板使動靜鴨嘴閉合，推動穴播機在地膜上行走時，鴨嘴刺破地膜并插入土壤，入土深度達到30～40mm的適宜深度時，動鴨嘴上的支承板受土壤支撐，成穴器動靜鴨嘴強制開啟，完成投種作業(yè)。

3.3 鎮(zhèn)壓輪設(shè)計

鎮(zhèn)壓輪通過銷軸鉸接于機架后部，鎮(zhèn)壓輪架和機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，實現(xiàn)保墑和鎮(zhèn)壓目的。

4 田間試驗與分析

4.1 試驗材料與方法

油菜精量穴播機田間播種性能試驗在蘭州新區(qū)上川鎮(zhèn)孫萬倉教授建成的西北寒旱區(qū)超強抗寒冬油菜原原種擴繁基地進行。試驗地地勢平坦，地塊呈近似梯形，播種期為春小麥收獲后，灌水，播種前旋耕整地。試驗為鋪膜后播種。選用油菜品種為隴油6號，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，機具前進速度為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)計的方法，對于播種質(zhì)量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，采用播種后出苗期統(tǒng)計的方法，間接統(tǒng)計油菜精量穴播機地膜上播種作業(yè)時種子的破碎率、空穴率、穴粒數(shù)及播種深度合格率等試驗數(shù)據(jù)[7-10]。

4.1.1 種子破碎率測定

按照GB /T 5262—2008測定種箱中種子的原始破碎率。對窩孔精量排種器排種口配系采樣塑料袋，以接取排出種子，將播種機放置于臺架，轉(zhuǎn)動穴播機，待穴播機周長轉(zhuǎn)過50 m后，將塑料袋內(nèi)接取的種子檢出破損種子并稱量，計算種子破碎率，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、穴位錯孔率測定

在播種后第15天，沿播種行5m長度內(nèi)，統(tǒng)計各穴孔出苗數(shù)量，以統(tǒng)計空穴率及穴粒數(shù)等數(shù)據(jù)。取3個取樣長度，求平均值作為統(tǒng)計結(jié)果，則

式中 kh—空穴個數(shù)(個)；

f —測定膜孔個數(shù)(個)；

lh—穴粒數(shù)合格穴數(shù)(個)；

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)；

ch—膜孔與穴孔錯開1 /2 膜孔直徑及以上的膜孔數(shù)(個)；

Hc—穴位錯孔率(%)。

利用上述測定計算方法，所得的油菜精量穴播機田間播種性能試驗結(jié)果如表 2所示。

4.2 試驗結(jié)果分析

由表2 試驗數(shù)據(jù)可知：油菜精量穴播機地膜播種后，試驗指標均符合NY/T 987--2006 鋪膜穴播機作業(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。筆者和孫萬倉教授就該現(xiàn)象溝通，得知該試驗地土層較薄，土層深度約30～50cm，存在泛鹽堿現(xiàn)象，影響油菜出苗。該穴播機播種質(zhì)量合格，滿足油菜精量的農(nóng)藝技術(shù)要求。

表2 田間播種性能試驗結(jié)果

5 結(jié)論

1) 為適應(yīng)我國西北地區(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題，設(shè)計了一種油菜精量穴播機。

2)油菜精量穴播機采用特定結(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可以實現(xiàn)在玉米行間套種油菜，有效降低人員勞動強度，滿足油菜精量播種的農(nóng)藝技術(shù)要求。

3)田間試驗表明：油菜精量穴播機膜上播種后，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% ，穴位錯孔率為1.2% ，相關(guān)指標均達到了NY/T 987—2006 鋪膜穴播機作業(yè)質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范要求。

[1] 張寧，廖慶喜.我國小粒徑種子播種技術(shù)與裝備的應(yīng)用與研究進展[J].中國農(nóng)機化，2012(1):93-96.

[2] 張宇文.機械式多功能精密排種器的設(shè)計[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2005，36(3)：51-53.

[3] 廖慶喜，黃吉星，劉光，等.油菜播種機槽孔輪式精量排種器設(shè)計與試驗[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2011，42(2)：63-66.

[4] 孫萬倉，馬衛(wèi)國.冬油菜在西北旱寒區(qū)的適應(yīng)性和北移的可行性研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，40(12):2716-2726.

[5] 李洪昌，高芳，趙湛，等.國內(nèi)外精密排種器研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]．中國農(nóng)機化學(xué)報，2014，35(2)：12-16.

[6] 陳海英，劉建政. 油菜精量播種機鑲嵌組合式窩眼排種輪設(shè)計[J]．上海農(nóng)業(yè)學(xué)報，2010，26(1):96-98.

[7] 徐波，湯楚宙，官春云. 2BYF-6型油菜免耕直播聯(lián)合播種機的改進及試驗[J]．湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2008，34(1)：109-111.

[8] 王沖，宋建農(nóng)，王繼承.穴孔式水稻排種器投種過程分析[J]．農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2010，41(8)：39-42.

[9] 田聰，劉占良，陳林. 谷子精量播種機的研究現(xiàn)狀與開發(fā)設(shè)想[J]．農(nóng)機化研究，2013,35(1)：10-13.

[10] 趙武云,戴飛,楊杰,等.玉米全膜雙壟溝直插式精量穴播機設(shè)計與試驗[J]．農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2013,44(11)：91-97.

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