馬鈴薯氣力精量播種機設(shè)計與試驗

呂金慶，衣淑娟，陶桂香，毛 欣

（1. 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)工程學(xué)院，大慶 163319；2. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，哈爾濱 150030）

0 引 言

馬鈴薯是中國第四大主糧作物，2017年中國馬鈴薯種植面積約5 626.0×103hm2。中國馬鈴薯種植農(nóng)藝要求勞動強度大、耗費工時，播種精度、播種質(zhì)量是馬鈴薯高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、提高馬鈴薯品質(zhì)的重要保證，因此馬鈴薯的播種過程是馬鈴薯生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，且對馬鈴薯的產(chǎn)量、品質(zhì)有著顯著的影響[1-2]。精量高速播種是馬鈴薯機械化播種所追求的目標(biāo)，也是馬鈴薯增產(chǎn)增收的關(guān)鍵，但是現(xiàn)階段馬鈴薯機械化播種技術(shù)，仍難以滿足高速精量的農(nóng)藝要求[3-5]。

目前中國馬鈴薯機械化播種仍以機械式播種為主，播種機的主要形式包括針剌式、轉(zhuǎn)盤式、舀勺式、輸送帶式和指夾式等，其中針刺式、舀勺式和輸送帶式，雖然總體結(jié)構(gòu)簡單，但是在作業(yè)過程中由于自身機械結(jié)構(gòu)的限制以及缺少有效的清種裝置，其漏播率和重播率較高[6-7]；而轉(zhuǎn)盤式和指夾式采用單粒取種的方式，雖然播種精度較高，但是播種作業(yè)速度較低，且傷薯嚴(yán)重，落地后種薯株距合格率低，不能滿足馬鈴薯精量高速播種的作業(yè)要求[8-10]。氣力式馬鈴薯播種在中國馬鈴薯機械化播種仍是空白[11-12]；因此，針對上述問題，本文研制了一種氣力式馬鈴薯精量播種機。

本文對馬鈴薯氣力式精量播種機整體結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，研制了多臂均布式馬鈴薯精量排種器，采用負(fù)壓吸種、正壓吹種的吸排種方法，并對配氣閥、吸種臂、吸種嘴、風(fēng)機、動態(tài)供種系統(tǒng)和開溝器等關(guān)鍵部件進行設(shè)計，并進行田間生產(chǎn)試驗。

1 整機結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 整機結(jié)構(gòu)

該馬鈴薯氣力精量播種機主要由施肥鏟1、機架2、肥箱3、排種器4、電機5、吹氣風(fēng)機6、種箱7、吸氣風(fēng)機8、覆土器9、傳動裝置10、地輪11所組成，整機結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 工作原理

工作時播種機由拖拉機牽引運動，位于播種機上部種箱中的種薯在重力的作用下下落，由動態(tài)供種裝置對排種器吸種區(qū)內(nèi)的種薯進行實時監(jiān)控動態(tài)穩(wěn)定供種，其動力由拖拉機的蓄電池供給，并實現(xiàn)料位傳感器控制供種區(qū)的料位；播種機兩側(cè)的吸氣風(fēng)機和吹氣風(fēng)機的動力由拖拉機的動力輸出軸供給，吸氣風(fēng)機進氣口通過管道與吸種室連接，風(fēng)機工作時在種子室內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，排種器吸嘴在吸種區(qū)吸附種子，當(dāng)吸附種子的吸嘴旋轉(zhuǎn)出排種器真空室，吸力消失，種子靠自重下落，同時吹氣風(fēng)機開始向下落種薯吹氣，吹氣方向與機組前進速度方向相反，可與機組前進時下落種薯的前移速度相平衡，達到零速投種。排種器的動力由地輪轉(zhuǎn)動經(jīng)傳動系統(tǒng)供給，株距調(diào)節(jié)在側(cè)傳動箱中由更換不同齒數(shù)鏈輪滿足11～39 cm的株距調(diào)節(jié)要求，施肥系統(tǒng)由肥箱、螺旋排肥器、側(cè)深分層施肥鏟進行施肥作業(yè)，覆土作業(yè)由整機后部的覆土器進行覆土，從而完成整個播種作業(yè)。

圖1 馬鈴薯氣力精量播種機整機結(jié)構(gòu)Fig.1 Integral structure of precision air-suction type planter for potato

1.3 馬鈴薯播種農(nóng)藝要求

馬鈴薯氣力精量播種機適用于大規(guī)模、大面積、大地塊的馬鈴薯播種作業(yè)，其農(nóng)藝要求如圖 2所示，參考農(nóng)業(yè)機械設(shè)計手冊與相關(guān)文獻，東北一季地區(qū)馬鈴薯播種壟距在800～900 mm之間[13]，種子與肥料采用側(cè)方分層的形式，將肥料通過側(cè)深分層施肥鏟施在種薯兩側(cè)，播種后種子所在位置略高于底肥位置，以保證馬鈴薯種子生長種床所需肥料，同時又不會造成傷種[14-15]。

圖2 馬鈴薯播種農(nóng)藝要求Fig.2 Agronomic requirements of potato planting

1.4 主要結(jié)構(gòu)參數(shù)

整機結(jié)構(gòu)需符合東北一季作區(qū)的馬鈴薯播種農(nóng)藝要求，一次作業(yè)便可完成開溝、施肥、播種、覆土和鎮(zhèn)壓等作業(yè)。其中，馬鈴薯株距由中間傳動中的側(cè)傳動箱調(diào)整，可調(diào)節(jié)范圍為11～39 cm，開溝深度可進行高度調(diào)節(jié)；同時根據(jù)不同種薯（整薯、切塊薯）方便更換排種器的不同吸嘴，以滿足不同作業(yè)的播種要求，整機主要參數(shù)如表1所示。

表1 2CMP2氣吸式馬鈴薯播種機主要技術(shù)參數(shù)Table 1 Main technical parameters of 2CMP2 air-suction type planter for potato

2 關(guān)鍵部件設(shè)計

2.1 排種器整體結(jié)構(gòu)

排種器是播種機中最為重要的作業(yè)部件，其性能直接影響播種機的播種質(zhì)量；而傳統(tǒng)的機械式排種器作業(yè)速度較慢、播種質(zhì)量差[16]。因此，本文設(shè)計的馬鈴薯氣力式排種器采用氣吸式播種原理，與上述排種器相比，具有作業(yè)速度高和播種精度準(zhǔn)確的優(yōu)點[17]。

馬鈴薯氣力精量播種機排種器單體包括種箱、排種器單體、動態(tài)供種裝置和料位開關(guān) 4個部分，動態(tài)供種裝置固定安裝在排種器單體的上方，為排種器動態(tài)衡定供給播種所需種薯，其整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 氣吸式馬鈴薯排種器整體結(jié)構(gòu)Fig.3 Integral structure of air-suction type potato seed-metering device

2.2 排種器結(jié)構(gòu)設(shè)計

如圖 4所示，排種器的結(jié)構(gòu)包括吸種嘴、吸種臂、配氣閥、壓緊彈簧、吸管接口、吹管接口、靜止軸、旋轉(zhuǎn)軸和種箱等，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。配氣閥內(nèi)部有2個獨立的正壓氣室和負(fù)壓氣室可用作排種器的吸種和投種過程，壓緊彈簧壓緊閥體側(cè)壁，將其固定，同時還可保證排種器的氣密性，2個氣室分別通過管道與吸氣和吹氣2個風(fēng)機相連通，作業(yè)時，由拖拉機帶動，進行高速旋轉(zhuǎn)的 2個風(fēng)機為排種器提供吸種負(fù)壓和投種正壓，吸種臂通過配氣閥的通孔，使氣流可以在管路中流動，吸種臂的末端安裝吸嘴吸取排種器種箱中的種薯，每個吸種嘴每次作業(yè)只吸取 1粒種薯進行投種，保證馬鈴薯播種作業(yè)的精確性。

圖4 排種器結(jié)構(gòu)簡圖Fig.4 Sketch structure of seed-metering device

2.2.1 吸種嘴的設(shè)計

吸種嘴與吸種臂的末端通過鎖緊圈固定連接，隨著排種器旋轉(zhuǎn)，播種作業(yè)時直接與種薯接觸，吸氣風(fēng)機使吸種臂和吸種嘴內(nèi)部形成負(fù)壓，吸種嘴便可吸取排種器種箱中種薯；設(shè)計吸種嘴的材料選用丁晴橡膠（NBR），既滿足作業(yè)剛度又有彈性，可在吸附種薯的時候產(chǎn)生微小的變形，更貼合種薯，提升吸種過程的穩(wěn)定性、減小傷種，同時也可以減少吸種嘴同時吸附多個種薯的情況，保證每個吸種嘴每次作業(yè)只吸取1粒種薯，減小重播率，提升播種質(zhì)量[18]，吸種嘴可根據(jù)吸附種薯的不同分為常規(guī)薯吸種嘴和微型薯吸種嘴。其結(jié)構(gòu)如圖5a、5b所示。常規(guī)薯吸嘴其頂部為向外發(fā)散的傘狀，內(nèi)表面可與種薯更好的貼合，增加吸種穩(wěn)定性，使每個吸種嘴只吸取 1粒種薯進行播種作業(yè)，根據(jù)前期預(yù)試驗，以及常規(guī)薯種薯的三軸尺寸，最終確定吸種嘴頂部最大內(nèi)徑為45 mm，折彎角為145°，吸嘴口母線夾角為90°；微型薯吸種嘴適用于播種質(zhì)量在30～50 g的微型薯，其頂部設(shè)計為向內(nèi)聚合的空心錐狀，最小內(nèi)徑為10 mm，最大內(nèi)徑為19 mm，與折彎角為145°。

2.2.2 吸種臂的設(shè)計

根據(jù)文獻[13]，目前中國播種用的常規(guī)種薯(包括切塊薯和整薯)三軸平均直徑約為38～57 mm，且前期預(yù)實驗中的種薯均在此范圍內(nèi)，由此，根據(jù)文獻中的方法確定吸種臂的內(nèi)徑為24.32～37.62 mm[19]。本文設(shè)計的氣吸式馬鈴薯排種器由地輪提供動力，可由馬鈴薯種植的理論粒距確定吸種臂的個數(shù)N≥18。通過改變轉(zhuǎn)速以滿足農(nóng)藝要求的株距，當(dāng)播種粒距和播種機前進速度一定時，吸種臂的個數(shù)越多，所需的排種器轉(zhuǎn)速越低，為了提升排種器的吸種質(zhì)量及播種效率，所以吸種臂個數(shù)應(yīng)取較大值。但國內(nèi)很多地區(qū)種植馬鈴薯時使用切塊薯，切塊薯外形復(fù)雜、形狀不規(guī)則，一顆種薯被吸種嘴吸附后，吸嘴空隙較大，造成重復(fù)吸種，增加了重播率[19-20]，為降低排種器的重吸率，需要適當(dāng)縮小吸種臂內(nèi)徑，并綜合考慮配氣閥尺寸和排種器整體結(jié)構(gòu)尺寸，最終確定吸種臂內(nèi)徑為 20 mm，吸種臂后部折彎 90°，總體個數(shù)為20，吸種臂結(jié)構(gòu)和安裝排布圖如圖 6所示，在旋轉(zhuǎn)閥外表面雙排等間距交錯排列布置，每 2個吸種臂之間的夾角為18°，吸種臂左右兩側(cè)夾角為14°。

圖5 吸種嘴結(jié)構(gòu)圖Fig.5 Structure diagram of suction nozzle

2.2.3 配氣閥的設(shè)計

由于馬鈴薯種薯為大粒徑的種子，而傳統(tǒng)的型孔盤或滾筒式排種器只適合于玉米、水稻等小粒徑種子的精密播種[21]。因此，本文所設(shè)計的排種器閥體采用了配氣閥與吸種臂徑向安裝的方式，吸種臂等間距 2排交錯排列在配氣閥的表面，可以播種較大粒徑的常規(guī)薯。

如圖7所示，配氣閥包括旋轉(zhuǎn)閥和靜止閥2個部分，靜止閥體安裝在旋轉(zhuǎn)閥的內(nèi)部，其內(nèi)部有獨立的正壓區(qū)和負(fù)壓區(qū)，負(fù)壓區(qū)與正壓區(qū)各占角度為300°與13°，與風(fēng)機和吸種臂相配合，旋轉(zhuǎn)閥外表面加工通孔，以便安裝吸種臂，使氣體在配氣閥內(nèi)流動，并與排種器外部相連通進行吸種和投種作業(yè)；2個閥體側(cè)面加工為錐面，均采用鋁合金為基底，在表面進行陶瓷化處理，在減輕質(zhì)量的同時還可提高硬度，保證閥體的密封性，避免潤滑，提升吸種效果[22-23]。

2.3 播種機風(fēng)機設(shè)計

風(fēng)機是氣力式播種機中極為關(guān)鍵的部件，其性能的優(yōu)劣，直接關(guān)系到能否滿足播種作業(yè)時所需的負(fù)壓和流量。小麥等小粒徑作物在氣吸式播種時，其需要的風(fēng)量較小，因此，傳統(tǒng)的軸流式風(fēng)機便可以滿足作業(yè)要求，而馬鈴薯大粒徑的物理特性，氣壓值較小，會造成排種作業(yè)漏播率較高，需要更大的負(fù)壓，由于離心式風(fēng)機作業(yè)效率高，性能穩(wěn)定在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域類應(yīng)用廣泛[24]，本研究所設(shè)計的播種機風(fēng)機為離心式風(fēng)機，其結(jié)構(gòu)如圖8所示，主要結(jié)構(gòu)包括葉片，風(fēng)機前罩殼，風(fēng)機后罩殼，底座，幅板。底座與播種機機架連接，固定安裝風(fēng)機，幅板將風(fēng)機與種箱固連的作用。

圖6 吸種臂結(jié)構(gòu)和安裝排布圖Fig.6 Structure and installation arrangement diagram of suction arm

圖7 配氣閥結(jié)構(gòu)簡圖Fig.7 Structure diagram of air distribution valve

葉輪是風(fēng)機中最為核心的關(guān)鍵部件，其中葉片是向流體傳遞能量的唯一部件，其尺寸和參數(shù)對風(fēng)機的性能有著很大的影響。葉片前傾安裝時，風(fēng)機效率較高，但是穩(wěn)定性較差、且噪音大；葉片后傾安裝，雖工作性能穩(wěn)定，但其工作效率較低，因此，本研究設(shè)計的風(fēng)機葉片采用垂直于轉(zhuǎn)軸安裝，工作效率較高，性能穩(wěn)定，且噪音小[25]。

圖8 風(fēng)機結(jié)構(gòu)圖Fig.8 Structure diagram of fan

風(fēng)機的全壓力P與葉輪外徑D、轉(zhuǎn)速n、葉片出口的安裝角 β有很大的關(guān)系，且其關(guān)系往往通過試驗所得，具體計算方式可由風(fēng)機設(shè)計經(jīng)驗公式得出。

式中P為風(fēng)機全壓力，Mpa；ρ為流體密度，kg/m3；μ為環(huán)流系數(shù)；D為葉輪外徑，m；n為風(fēng)機葉輪轉(zhuǎn)速，r/min；k為全壓系數(shù)。

前期預(yù)試驗中所獲得的馬鈴薯排種器吸種負(fù)壓最大需要達到10.1 kPa左右，因此，考慮到能量損失，所設(shè)計的風(fēng)機在最高轉(zhuǎn)速作業(yè)時，負(fù)壓值需大于理論值，才能滿足馬鈴薯排種器作業(yè)要求。由參考文獻[25]可知，在風(fēng)機工作時，存在機械損失的情況，導(dǎo)致離心式風(fēng)機的全壓系數(shù)會小于100%，且與效率等因素有關(guān)，試驗證明k一般在0.88～0.90之間[25]。

為滿足播種作業(yè)壓力要求，農(nóng)業(yè)播種機風(fēng)機的轉(zhuǎn)速較高，一般在1 500～3 000 r/min間，選取氣體密度為1.29 kg/m3，通過式（1）、式（2），并綜合考慮風(fēng)機與播種機的尺寸，確定葉輪的外徑為750 mm。

2.4 分體式滑刀開溝器設(shè)計

2.4.1 開溝器整體結(jié)構(gòu)與工作原理

作為播種作業(yè)過程中與土壤直接接觸的工作部件，開溝器對于種子的著床覆蓋有很大影響，傳統(tǒng)的鏵靴式開溝器對土壤的擾動量較大，且開溝作業(yè)開出的平溝降低了播種精度，種子橫向偏移系數(shù)大，工作阻力較大，而滑刀式開溝器開出的V型溝可使種子落入V型溝溝底，減小橫向變異系數(shù)，保證播種精度[26-28]。因此，基于傳統(tǒng)的滑刀式開溝器，本文創(chuàng)新設(shè)計了一種分體式滑刀開溝器，如圖 9所示，分體式滑刀開溝器主要由開溝鏟鏟片1、開溝鏟主體2和開溝器柄3組成。

圖9 滑刀式開溝器整體結(jié)構(gòu)Fig.9 Schematic diagram of sliding-knife opener

開溝器安裝在播種機排種器正下方，隨著拖拉機一起運動，開溝鏟鏟片前端的刃口對土壤進行切削破碎，土壤沿著開溝鏟鏟片的側(cè)面向兩側(cè)運動，隨后沿著開溝鏟的主體側(cè)壁向后運動，在開溝鏟主體側(cè)壁有少量土壤顆粒，在重力和其他土壤顆粒摩擦力的作用下，先落入溝底，為種子的下落提供含水率較高的軟種床；其余大量的土壤顆粒沿著開溝鏟主體向后運動，脫離側(cè)壁后在重力的作用下落入壟溝內(nèi)，對種薯進行覆蓋；位于開溝器上部的開溝器柄可以根據(jù)不同的開溝深度要求進行調(diào)節(jié)[29]。

2.4.2 開溝器參數(shù)設(shè)計

傳統(tǒng)的滑刀式開溝器，為厚度在3～8 mm的滑刀刀片，根據(jù)作業(yè)條件不同，入土角一般選在 20°～60°間，其入土切土能力好，所開出的壟溝成V型，可提高播種質(zhì)量，且對土壤擾動小，下層土壤可先回流，為薯種提供良好的種床，但是其開溝寬度小、深度低，不能滿足馬鈴薯大粒徑作物的播種要求[26,28]。因此，本設(shè)計基于上述傳統(tǒng)開溝器，創(chuàng)新設(shè)計了由開溝器主體和鏟片組成的分體式滑刀開溝器，根據(jù)馬鈴薯的播種農(nóng)藝要求，在播種時最大耕深可達到150 mm[5]，采用開溝器主體與開溝器鏟片組合的形式，可調(diào)節(jié)鏟片的高度，以此增加開溝的深度，設(shè)計開溝器鏟片高度為160 mm，鏟片采用鑄鋼材料，耐磨性較好，為使馬鈴薯順利落入壟溝，播種時種溝寬度較大，一般不小于150 mm[9-11]，使開溝時土壤顆粒向兩側(cè)運動，設(shè)計鏟片包括左、右 2部分，采用折彎的方式，將兩部分前端進行焊接，保證前端鏟片能順利入土，作業(yè)時土壤可沿后部折彎部分表面向兩側(cè)運動。舀勺式馬鈴薯排種器下部的整體寬度為240 mm，考慮到開溝器寬度需略大于排種器寬度，為配合馬鈴薯播種機作業(yè)時開溝器側(cè)壁不磕碰種薯、使其順利落入壟溝內(nèi)，參照鏵靴式馬鈴薯開溝器尺寸，并綜合考慮開溝器安裝位置和壟臺寬度，設(shè)計開溝器的寬度為280 mm[20]。

土壤摩擦角 φ一般在 15°～38°之間，為使鏟片對土壤有滑切作用，傾角應(yīng)大于90°+φ，所以設(shè)計的鏟片傾角為 135°[26]。根據(jù)預(yù)試驗，鏟片厚度過小，裝置強度低；鏟片厚度過大，會增加作業(yè)時的工作阻力，會使入土性能和土壤的滑切作用下降，土壤破碎效果差，不能達到開溝所需的土壤顆粒破碎要求，參照傳統(tǒng)馬鈴薯開溝器并綜合考慮開溝器的整體寬度，設(shè)計的鏟片厚度為 8 mm[26-27]。為了減少土壤顆粒之間在開溝器表面運動的相互影響，使下方濕土先回流，提高良好的種床條件，刃口曲線設(shè)計為直線[30]。

開溝器鏟片其上沿與開溝器主體側(cè)板下沿平行，土壤顆粒沿著鏟片側(cè)板運動繼而沿開溝器側(cè)表面運動，在開溝器主體側(cè)板運動時，部分顆粒在重力作用下回落入壟溝，且下層土壤顆粒先落到溝中，利于馬鈴薯發(fā)芽[31]，因此，側(cè)板的底部傾角大于土壤顆粒的摩擦角，使土壤顆粒順利滑落至溝底，設(shè)計向內(nèi)傾斜45°的折彎形式，土壤顆粒可沿著表面下落。開溝器的整體長度與開溝器側(cè)面夾角，即 2個鏟片折彎后的夾角，直接影響開溝作業(yè)土壤覆蓋種薯狀態(tài)，通過前期預(yù)試驗和大量實際生產(chǎn)試驗，并參考文獻[29]，確定開溝器長度為500 mm，開溝器側(cè)面夾角為60°。

2.5 動態(tài)供種控制系統(tǒng)

播種機動態(tài)供種系統(tǒng)采用負(fù)反饋調(diào)節(jié)方式，供種作業(yè)過程由4個供種電機對動態(tài)供種系統(tǒng)提供動力，左右2個排種器的兩端各安裝有2個料位開關(guān)K，控制排種器種箱內(nèi)的種薯高度，當(dāng)種薯高度過高時，會觸碰料位傳感器K，與預(yù)設(shè)值的比較器進行對比，供種電機M斷開連接，停止供種作業(yè)，當(dāng)種箱內(nèi)的種薯高度下降后，料位傳感器K被釋放，將信號傳遞給供種電機M，電機重新啟動，繼續(xù)向排種器箱體內(nèi)供種，料位開關(guān)K的安裝，使排種器供種過程動態(tài)化，并可以根據(jù)實際的作業(yè)情況進行調(diào)整，實現(xiàn)馬鈴薯播種機的連續(xù)作業(yè)，整個供種裝置由拖拉機提供輸出電壓，動態(tài)供種原理如圖 10所示。

圖10 動態(tài)供種原理圖Fig.10 Principle diagram of dynamic seed-supplying device

種箱中的馬鈴薯數(shù)量過大會使排種器運行過程的阻力增加，數(shù)量過少會有漏吸現(xiàn)象，都會降低吸種精度，增加漏播率，通過預(yù)試驗及生產(chǎn)試驗，確定種箱中種面高度保持在150 mm。動態(tài)供種裝置可向排種器種箱內(nèi)動態(tài)供給種薯，種箱內(nèi)部側(cè)壁安裝有料位開關(guān)，當(dāng)種箱中種薯的高度達到預(yù)設(shè)高度時，種薯便會觸碰到料位開關(guān)，使動態(tài)供種裝置停止向種箱輸送種薯；隨著排種器的工作，將種薯排出排種器進行播種，種箱中種面高度下降，料位開關(guān)被釋放，繼而重新啟動供種裝置繼續(xù)輸送種薯，以保證種箱內(nèi)種面高度保持穩(wěn)定。

3 生產(chǎn)試驗

3.1 試驗條件

分別于2016年5月與2017年5月在黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗基地和黑龍江省克山農(nóng)場進行播種試驗，試驗田土地平整，土壤含水率為18.2%，土壤堅實度為60.7 kPa，試驗地長300 m，寬667 m，2 a的試驗田面積相同，均為 200 hm2。播種機配套動力為 73.5 kW 的東方紅1004-C輪式拖拉機，設(shè)置播種機的理論株距為200 mm；試驗過程中采用常規(guī)種薯與微型薯 2種類型的馬鈴薯。其中單個常規(guī)種薯平均 3軸尺寸為 48.2 mm×37.5 mm×25.7 mm，形狀指數(shù)為202.9，平均含水率76.2%，單粒種薯平均質(zhì)量 24.2 g，凈度＞99%；微型薯的單粒薯平均 3軸尺寸為 32.28 mm×28.36 mm×28.34 mm，形狀指數(shù)為245.3，平均含水率67.3%，單粒種薯平均質(zhì)量12.3 g，凈度＞99%，作業(yè)過程和播種效果如圖11所示。

圖11 田間試驗Fig.11 Field experiment

播種后，對種植行進行編號，在其中隨機選取 3行進行測量，除去種植行兩端各20 m區(qū)域，剩余260 m作為試驗數(shù)據(jù)測量段，每20 m長分為1段，對每一行進行編號，并隨機選取 5個測量段進行數(shù)據(jù)采集，每段測量100個種薯的間距，共選取500個種薯進行株距測量，每組試驗重復(fù) 3次，取平均值，計算出株距變異系數(shù)、重播率和漏播率。并與傳統(tǒng)的舀勺式馬鈴薯播種機在相同的作業(yè)條件下進行對比，舀勺式排種器安裝傳統(tǒng)鏵靴式開溝器。

3.2 評價指標(biāo)

參照《GB/T 6242-2006 種植機械 馬鈴薯種植機試驗方法》與《NY/T 990-2006 馬鈴薯種植機械 作業(yè)質(zhì)量》規(guī)定的試驗方法和指標(biāo)，選取重播率、漏播率、株距變異系數(shù)和種子橫向偏移系數(shù)為評價指標(biāo)，進行氣吸式馬鈴薯播種機的田間生產(chǎn)試驗評價[32-33]。

重播是實際測量排種粒距不大于 0.5倍理論排種粒距。漏播是實際測量排種粒距大于1.5倍理論排種粒距。重、漏播率的計算方法如式（3）、式（4）所示。

式中 D0為重播率，%；n1為測量排種粒距小于 0.5倍理論排種粒距種薯數(shù)量，粒；N為測量的種薯總體數(shù)量，粒。

式中M為漏播率，%；n1為測量排種粒距大于1.5倍理論排種粒距種薯數(shù)量，粒。

株距變異系數(shù)是一行中株距實際間距的偏差與標(biāo)準(zhǔn)株距的百分比，其計算如式（5）所示。

式中 CV為株距變異系數(shù)，%；Xi為株距實際測量值，mm；X0為標(biāo)準(zhǔn)株距值，mm。

機具作業(yè)100 m測量1組數(shù)據(jù)，以種溝中線為基準(zhǔn)，測量種子偏移量，每行連續(xù)測量100粒種薯，進行3次重復(fù)試驗，計算每1次測量中100組數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差即為種子橫向偏移系數(shù)[30]。測量 5次取平均值，計算方法如式（6）所示。

式中η為種子橫向偏移系數(shù)，mm；xi為每次測量的偏移量，mm；δ為偏移量的算術(shù)平均值，mm；J表示試驗數(shù)據(jù)測量的數(shù)量。

3.3 結(jié)果與分析

表2為田間試驗結(jié)果，由表2可知，氣力式馬鈴薯播種機在播種常規(guī)種薯和微型薯時，其漏播率為0.86%和0.40%、重播率為0.56%和0.78%，均≤1%；株距變異系數(shù)為3.6%與2.8%，均≤10%；滿足馬鈴薯播種作業(yè)要求，其種子的橫向偏移系數(shù)為3.83和3.19 mm，也均小于傳統(tǒng)舀勺式開溝器播種的數(shù)值，表明分體式滑刀開溝器開出的 V形溝比鏵靴式開溝器開出的平溝效果好，是由于 V型溝能減少種薯落入溝底后的運動和橫向位移，使種薯在壟溝內(nèi)橫向位置方向更接近于壟溝中心。

其余作業(yè)指標(biāo)如表 3所示，播種機最高作業(yè)速度可達10.2 km/h，平均播種深度140 mm，測量傳統(tǒng)舀勺式馬鈴薯播種機種植馬鈴薯的出苗期為 20～25 d，氣吸式播種機選用分體式滑刀開溝器為馬鈴薯播種提供了良好的種床，使出苗期生長提前2～3 d，同苗率為96%，滿足馬鈴薯播種作業(yè)要求，達到了快速精量播種的目的。

表2 氣力式和傳統(tǒng)舀勺式馬鈴薯播種機田間生產(chǎn)試驗對比Table 2 Performance comparison of air-suction type planter with belt-cup seed metering device

表3 氣力式馬鈴薯播種機田間生產(chǎn)試驗Table 3 Field production test of air-suction type planter for potato

4 結(jié) 論

1）本文創(chuàng)新研制了馬鈴薯氣力式精量播種機，采用吹氣和吸氣風(fēng)機共同作用達到負(fù)壓吸種、正壓吹種精量吸排種的關(guān)鍵技術(shù)，提高了播種精度與速度；設(shè)計了馬鈴薯氣力式排種器，采用多臂均布式的形式，并研制了排種器的關(guān)鍵部件，包括錐面配氣閥的組合設(shè)計，提高了配氣閥轉(zhuǎn)動耐磨損度，減少了由雜草、泥沙等雜物對吸排種質(zhì)量的影響；將配氣閥設(shè)計為具有2個獨立的正、負(fù)壓氣室，與吸氣、吹氣風(fēng)機進行協(xié)同吸、吹種作業(yè)。

2）對離心式風(fēng)機葉片參數(shù)進行設(shè)計，使風(fēng)機達到播種馬鈴薯時所需負(fù)壓；采用動態(tài)智能供種裝置，動態(tài)實時監(jiān)控排種器中種薯的數(shù)量，保證種面高度保持穩(wěn)定；研制分體式滑刀開溝器可為種薯的著床和生長提供良好的種床條件，促進馬鈴薯生長。

3）氣力式精量播種機的2 a的田間生產(chǎn)試驗表明，在播種常規(guī)種薯和微型薯時，其漏播率為0.86%和0.40%，重播率為0.56%和0.78%，株距變異系數(shù)為3.6%與2.8%，種子橫向偏移系數(shù)為3.83和3.19 mm，相較于傳統(tǒng)的舀勺式馬鈴薯排種器，其作業(yè)效果均有顯著的提升，作業(yè)速度可達到10.2 km/h，播種早出苗2～3 d，同苗率達到96%。且遠遠高于國家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的作業(yè)指標(biāo)，滿足馬鈴薯精量高速播種的要求。

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