影響帶勺式馬鈴薯播種機(jī)排種性能的因素分析與試驗(yàn)

韓　恒，陳　偉，杜文亮，政東紅，劉廣碩

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，呼和浩特　010018)

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影響帶勺式馬鈴薯播種機(jī)排種性能的因素分析與試驗(yàn)

韓恒，陳偉，杜文亮，政東紅，劉廣碩

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，呼和浩特010018)

摘要：2015年，馬鈴薯主糧化發(fā)展戰(zhàn)略的提出將極大地促進(jìn)我國(guó)馬鈴薯種植業(yè)的發(fā)展，種植面積將顯著增加，這對(duì)我國(guó)馬鈴薯播種機(jī)排種性能提出了更高的要求。我國(guó)帶勺式馬鈴薯播種機(jī)漏種、重種指數(shù)較高，與國(guó)外相同機(jī)型相比差距很大。為此，利用帶勺式馬鈴薯排種試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了排種性能試驗(yàn)研究。試驗(yàn)得出了取種皮帶張緊力、播種機(jī)工作速度、振動(dòng)輪位置，以及充種高度對(duì)漏種、重種指數(shù)的影響規(guī)律，旨在為馬鈴薯播種機(jī)的設(shè)計(jì)及工作參數(shù)調(diào)整提供參考。

關(guān)鍵詞：馬鈴薯；播種機(jī)；排種性能；漏種指數(shù)；重種指數(shù)

0引言

馬鈴薯是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)類(lèi)作物，截至2013年，其總種植面積為577.48萬(wàn)hm2，位居世界第一[1]。隨著馬鈴薯主糧化發(fā)展戰(zhàn)略的提出[2]，我國(guó)馬鈴薯種植面積仍將持續(xù)增加。因此，馬鈴薯播種機(jī)械化勢(shì)在必行，對(duì)馬鈴薯播種機(jī)的性能要求日益提高。目前，市場(chǎng)上最常用的馬鈴薯播種機(jī)為帶勺式。因其漏種、重種指數(shù)較高，在生產(chǎn)作業(yè)時(shí)需1～2人進(jìn)行輔助工作，人員勞動(dòng)強(qiáng)度大且存在安全隱患。而國(guó)內(nèi)對(duì)馬鈴薯播種機(jī)播種監(jiān)測(cè)與漏播補(bǔ)償系統(tǒng)的研究較少且不成熟，還無(wú)法應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中[3-8]，帶勺式馬鈴薯播種機(jī)排種性能亟待提高。為此，通過(guò)馬鈴薯排種試驗(yàn)臺(tái)對(duì)影響帶勺式馬鈴薯播種機(jī)排種性能的因素進(jìn)行試驗(yàn)研究，為馬鈴薯播種機(jī)設(shè)計(jì)及工作參數(shù)調(diào)整提供一定參考。

1試驗(yàn)設(shè)備

1.1試驗(yàn)儀器及材料

排種試驗(yàn)臺(tái)：由內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械廠生產(chǎn)的2CMP-4型馬鈴薯播種機(jī)改制而來(lái)。擺線針輪減速機(jī)：型號(hào)XWD2-17，減速比17，功率0.75kW，常州市拓洋減速機(jī)廠。變頻器：型號(hào)CDI9600-G1R5R4，功率1.5kW，德力西(杭州)變頻器有限公司。高速攝影機(jī)： 型號(hào)Phantom Miro2，分辨率 640×480 像素，滿幅最高拍攝速率為 1 000張/s，美國(guó)Vision Research公司。轉(zhuǎn)速表：型號(hào)DT-2234B,量程5～999.9r/min，精度0.1r/min。推拉力計(jì)：型號(hào)HP-1K,量程1 000N,精度1N，樂(lè)清市艾德堡儀器有限公司。原料：克新1號(hào)馬鈴薯，種薯切塊后質(zhì)量為40～50g，拌滑石粉后在20℃的環(huán)境下晾曬2天。

1.2試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)因素分析

2CMP-4型馬鈴薯播種機(jī)在帶勺式馬鈴薯播種機(jī)中具有一定代表性，通過(guò)對(duì)其結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程研究分析，認(rèn)為影響帶勺式馬鈴薯播種機(jī)排種性能的主要因素為播種機(jī)工作速度、取種皮帶張緊力、取種皮帶振動(dòng)強(qiáng)度及充種高度。據(jù)此，結(jié)合現(xiàn)有機(jī)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了馬鈴薯排種試驗(yàn)臺(tái)并對(duì)試驗(yàn)因素進(jìn)行定量分析。

1.2.1排種試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)

排種試驗(yàn)臺(tái)組成如圖1示。

將2CMP-4型馬鈴薯播種機(jī)的一組排種裝置及種箱與試驗(yàn)臺(tái)的機(jī)架連接組成試驗(yàn)臺(tái)機(jī)械部分。高速攝影機(jī)用于記錄取種勺的漏種、重種情況。電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、變頻器組成試驗(yàn)臺(tái)的動(dòng)力部分。通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器頻率，改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，經(jīng)減速機(jī)減速后的輸出轉(zhuǎn)速可以對(duì)應(yīng)播種機(jī)不同的工作速度。其對(duì)應(yīng)關(guān)系為

(1)

式中n—減速機(jī)輸出轉(zhuǎn)速(r/min)；

v—馬鈴薯播種機(jī)工作速度(km/h)；

μ—馬鈴薯播種機(jī)滑移率，試驗(yàn)時(shí)μ=5%[9]；

R—馬鈴薯播種機(jī)地輪半徑，R=0.31m。

試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)需要選取工作速度v，計(jì)算減速機(jī)輸出轉(zhuǎn)速n；調(diào)節(jié)變頻器并用轉(zhuǎn)速表檢測(cè)減速機(jī)輸出轉(zhuǎn)速并使其達(dá)到計(jì)算的n值。

1.排種裝置　2.高速攝影機(jī)　3.種箱　4.機(jī)架　5.減速機(jī)

1.2.2取種皮帶張緊力的測(cè)定

該型馬鈴薯播種機(jī)通過(guò)擰動(dòng)如圖2所示的調(diào)節(jié)螺母使取種皮帶傳動(dòng)軸上升或者下降，從而達(dá)到調(diào)節(jié)取種皮帶張緊力的效果。將取種皮帶與傳動(dòng)輪出現(xiàn)打滑現(xiàn)象時(shí)的傳動(dòng)軸位置記為0mm，并利用推拉力計(jì)測(cè)出此時(shí)取種皮帶的張緊力；之后傳動(dòng)軸每升高1mm，測(cè)量1次取種皮帶的張緊力，測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

圖2　取種皮帶張緊力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

由圖3可知：取種皮帶張緊力與傳動(dòng)軸上升距離呈非線性關(guān)系；傳動(dòng)軸上升距離在0～7mm范圍內(nèi)，皮帶張緊力緩慢增加，當(dāng)超過(guò)7mm后，皮帶張緊力迅速增加。

圖3　張緊力隨傳動(dòng)軸上升距離變化曲線

1.2.3振動(dòng)輪位置與皮帶振動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)系

該型馬鈴薯播種機(jī)裝有機(jī)械式振動(dòng)器，如圖4所示。當(dāng)振動(dòng)器調(diào)節(jié)手柄向下移動(dòng)時(shí)，振動(dòng)輪水平向左移動(dòng)，與取種皮帶內(nèi)側(cè)均勻分布的突起接觸并相互作用產(chǎn)生連續(xù)振動(dòng)。振動(dòng)輪向左平移距離的大小決定了取種皮帶振動(dòng)的強(qiáng)弱。將振動(dòng)輪與取種皮帶突起剛接觸時(shí)的位置記為0mm，之后振動(dòng)輪每向左移動(dòng)2.5mm作為1個(gè)測(cè)試點(diǎn)。

1.取種皮帶　2.振動(dòng)器調(diào)節(jié)手柄　3.振動(dòng)輪

1.2.4充種高度的測(cè)定

馬鈴薯播種機(jī)充種高度如圖5所示。在其工作時(shí)，通過(guò)改變限料板提升距離控制充種高度。隨著限料板的提升，充種高度逐漸增大。將限料板的最低位置記為0mm，每提升30mm測(cè)量1次充種高度。經(jīng)測(cè)量，充種高度隨限料板提升距離變化曲線如圖6所示。

圖5　充種高度示意圖

圖6　充種高度隨提升距離變化曲線

2試驗(yàn)方案及數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)參照《GB/T6242-2006種植機(jī)械 馬鈴薯種植機(jī) 試驗(yàn)方法》[10]標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，評(píng)價(jià)指標(biāo)為漏種、重種指數(shù)，考察4個(gè)因素分別對(duì)漏種與重種的影響。試驗(yàn)時(shí)，需固定其中3個(gè)因素值，并逐漸改變另一個(gè)因素值。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)及試驗(yàn)需要，各因素作為定量時(shí)，其值分別為播種機(jī)工作速度3.75km/h，取種皮帶張緊力238N，限料板提升距離90mm，振動(dòng)輪平移距離0mm。試驗(yàn)時(shí)，啟動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，用高速攝影機(jī)以50幀/s的拍攝速度記錄試驗(yàn)臺(tái)運(yùn)行過(guò)程中取種勺取種情況，試驗(yàn)完成后根據(jù)錄像統(tǒng)計(jì)320個(gè)取種勺的取種情況，計(jì)算漏種及重種指數(shù)。

2.1皮帶張緊力對(duì)漏種及重種指數(shù)的影響

試驗(yàn)時(shí)，取播種機(jī)工作速度3.75km/h、振動(dòng)輪平移距離0mm、限料板提升距離90mm，擰動(dòng)取種皮帶張緊力調(diào)節(jié)螺母，依次改變?nèi)》N皮帶張緊力，統(tǒng)計(jì)不同張緊力下的漏種及重種指數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。

圖7　漏種、重種指數(shù)隨皮帶張緊力變化曲線

2.2工作速度對(duì)漏種、重種指數(shù)的影響

試驗(yàn)時(shí)，取種皮帶張緊力238N、振動(dòng)輪平移距離0mm、限料板提升距離90mm，逐漸改變變頻器頻率，使減速機(jī)輸出轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)不同的播種機(jī)工作速度，統(tǒng)計(jì)不同工作速度下的漏種及重種指數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果如圖8所示。

圖8　漏種、重種指數(shù)隨工作速度變化曲線

試驗(yàn)結(jié)果顯示：雖然振動(dòng)輪平移距離為0mm，但隨著播種機(jī)工作速度的逐漸增大，取種皮帶自身振動(dòng)加強(qiáng)，漏種指數(shù)呈現(xiàn)出增大的趨勢(shì)，重種指數(shù)逐漸減小。當(dāng)速度超過(guò)3.75km/h時(shí)，漏種指數(shù)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的10%；隨著播種機(jī)工作速度的增加，重種指數(shù)逐漸降低并最終穩(wěn)定在5%左右。

2.3振動(dòng)輪位置對(duì)漏種、重種指數(shù)的影響

試驗(yàn)中，取播種機(jī)工作速度3.75km/h、限料板提升距離90mm、取種皮帶張緊力238N，依次增加振動(dòng)輪的平移距離，觀察振動(dòng)輪平移距離對(duì)漏種及重種指數(shù)的影響規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果如圖9所示。

圖9　漏種、重種指數(shù)隨振動(dòng)輪位置變化曲線

試驗(yàn)結(jié)果顯示：振動(dòng)輪的平移距離對(duì)漏種指數(shù)與重種指數(shù)影響顯著。速度相同時(shí)，隨著振動(dòng)輪平移距離的增加，取種皮帶振動(dòng)加強(qiáng)，漏種指數(shù)逐漸增大，重種指數(shù)逐漸減小；當(dāng)振動(dòng)輪平移距離超過(guò)5mm時(shí)，漏種指數(shù)超過(guò)10%，重種指數(shù)趨向于0。

2.4充種高度對(duì)漏種、重種指數(shù)的影響

試驗(yàn)中，取播種機(jī)工作速度為3.75km/h、振動(dòng)輪平移距離0mm、取種皮帶張緊力238N，依次改變限料板提升距離，統(tǒng)計(jì)不同充種高度下的漏種及重種指數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果如圖10所示。

圖10　漏種、重種指數(shù)隨提升距離變化曲線

試驗(yàn)結(jié)果顯示： 當(dāng)限料板提升距離較小時(shí)，充種高度小、充種時(shí)間短，此時(shí)漏種指數(shù)較高，重種指數(shù)相對(duì)較低；隨著限料板的提升，充種高度增大，充種時(shí)間延長(zhǎng)，漏種指數(shù)逐漸減小，重種指數(shù)相應(yīng)的增大；當(dāng)限料板提升距離超過(guò)90mm時(shí)，漏種指數(shù)降至6%左右，重種指數(shù)保持在13%左右。

3結(jié)論

1)為保證播種機(jī)正常工作，取種皮帶張緊力應(yīng)在139～289N范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。

2)播種機(jī)工作速度在3～3.75km/h范圍內(nèi)時(shí)，其漏種及重種指數(shù)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

3)振動(dòng)輪平移距離在0～5mm范圍內(nèi)時(shí)，播種機(jī)漏種及重種指數(shù)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4)限料板提升距離在90～150mm范圍內(nèi)時(shí)，播種機(jī)漏種及重種指數(shù)均在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍內(nèi)，且種子由種箱進(jìn)入充種箱時(shí)不易結(jié)拱。

參考文獻(xiàn)：

[1]FAO Statistics Website.Production Statistics [DB/OL].[2014-08-31].http://faostat3.fao.org/download/Q/QC/E.

[2]楊雪.我國(guó)力推馬鈴薯成第四大主糧[N].中國(guó)農(nóng)機(jī)化導(dǎo)報(bào),2015-01-12(001).

[3]李雷霞,李洋.帶有智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的馬鈴薯播種機(jī)[J].農(nóng)業(yè)工程，2012(7)：24-26.

[4]張曉東.馬鈴薯播種機(jī)自動(dòng)監(jiān)測(cè)補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].蘭州:甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué),2012.

[5]張曉東,吳建民,孫偉,等.馬鈴薯播種器自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2013(1):145-149.

[6]劉全威,吳建民,王蒂,等.2CM-2型馬鈴薯播種機(jī)漏播補(bǔ)償系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2013(3):260-266.

[7]曹東.馬鈴薯精密播種機(jī)漏播監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的研究[D].楊凌:西北農(nóng)林科技大學(xué),2013.

[8]劉全威. 馬鈴薯播種機(jī)播種監(jiān)測(cè)與漏播補(bǔ)償系統(tǒng)的研究[D].蘭州:甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué),2013.

[9]農(nóng)業(yè)大詞典編輯委員會(huì).農(nóng)業(yè)大詞典[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,1998:681.

[10]中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T6242-2006種植機(jī)械馬鈴薯種植機(jī) 試驗(yàn)方法[S].北京:標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006.

Abstract ID:1003-188X(2016)03-0209-EA

Analysis and Test of the Factors Influence the Seeding Performance of Potato Planters

Han Heng, Chen Wei, Du Wenliang, Zheng Donghong, Liu Guangshuo

(College of Electromechanical Engineering, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, China)

Abstract：In 2005, the development strategy of staple food will promote the development of potato farming greatly.Its plantation areas will increase dramatically.This makes a higher claim on the seeding performance of potato planters.The misses index and multiples index of cup belt potato planters of our country are high compared with foreign planters.So after building experiment platform, the test and study of seeding performance was conducted.The influence laws of belt tension, planters’ working speed, the position of vibration wheel and seed filling height on misses index and multiples index was proposed based on experiments.This can provide the design of potato planters and adjustment of its working parameters with corresponding reference.

Key words：potatoes; planters; seeding performance; missing index; multiples index

文章編號(hào)：1003-188X(2016)03-0209-04

中圖分類(lèi)號(hào)：S223.2+4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡(jiǎn)介：韓恒(1988-)，男，山東淄博人，碩士研究生，(E-mail)hengxingtianxia99@163.com。通訊作者：杜文亮(1957-)，男，內(nèi)蒙古達(dá)拉特旗人，教授，博士生導(dǎo)師，(E-mail)duwl58@163.com 。

基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目(2012CB126307)；公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專(zhuān)項(xiàng)(201303104)

收稿日期：2015-03-07