氣吹式排種器導(dǎo)種筒設(shè)計及試驗分析

韓國靖，于洪斌，李洪剛，趙新天

(吉林省農(nóng)業(yè)機械研究院，長春 130021)

0 引言

播種是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的一環(huán)，除山地、丘陵等難以實現(xiàn)大型機械化作業(yè)的區(qū)域，絕大部分耕地都可通過多行精密播種機來提高播種效率。為了提高土壤質(zhì)量，我國通過推廣免耕播種來緩解傳統(tǒng)深耕給土壤帶來的壓力。因免耕播種所帶來的播種難度提高是個無法避免的問題，現(xiàn)廣泛采用的排種器多為機械式排種器，但機械式排種器在工作時因種子形狀等原因出現(xiàn)卡種等中止作業(yè)的情況。隨著播種速度的提升，氣力式排種器的使用數(shù)量也愈發(fā)增加。氣力式又可根據(jù)工作方式分為氣吹式與氣壓式，本文則針對一種氣吹式排種器進行研究。該類型氣吹式排種器大多采用氣流攜種投種，無法采用傳統(tǒng)的零速投種，因此有必要針對種子在最終投種部分進行優(yōu)化，以減少種子的偏移。

1 導(dǎo)種筒類型

導(dǎo)種筒一端為連接管，固定在播種單體上，因此導(dǎo)種筒的入種角度為固定值，同時為了保證投種高度的一致性，導(dǎo)種筒的垂直高度為定值，需通過改變出種角度來調(diào)整導(dǎo)種筒樣式，最終決定出種角為90°、60°及30°。導(dǎo)種筒結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 導(dǎo)種筒

2 導(dǎo)種筒試驗分析

因機具前進速度是影響投種效果的重要因素，為了保證試驗樣機速度的穩(wěn)定性，本次試驗在播種土槽試驗臺上進行，試驗平臺速度為2.5 m·s-1，3 m·s-1以及3.5 m·s-1，對應(yīng)機具工作速度9 km·h-1、10.8 km·h-1及12.6 km·h-1。本試驗通過株距合格率來驗證導(dǎo)種筒設(shè)計的合理性。

2.1 正交試驗因素的確定

為了得到相對較優(yōu)的組合，本次正交試驗選取導(dǎo)種筒形狀和風(fēng)速作為正交試驗的兩個因素，兩因素均采用三水平?？紤]到兩水平的交互作用，本文采取L9(34)正交表進行試驗。正交試驗的因素和水平如表1所示。

表1 正交試驗因素水平表

2.2 9 km·h-1組試驗

試驗?zāi)繕?biāo)是在區(qū)域內(nèi)比例和株距合格率越高越好。從表2可以看出，對于種子在區(qū)域內(nèi)比例影響的主次因素為導(dǎo)種筒出種角度A、導(dǎo)種筒出種風(fēng)速B及交互作用A×B，最優(yōu)組合為A1B1。對于在9 km·h-1下的株距合格率，影響的主次因素為導(dǎo)種筒出種角度A,導(dǎo)種筒出種風(fēng)速B及交互作用A×B，最優(yōu)組合為A1B1。

根據(jù)上述試驗結(jié)果可知，在9 km·h-1的機具前進速度下，當(dāng)投種筒出種角為30°，出口風(fēng)速為19 m·s-1時，投種效果最好。區(qū)域內(nèi)比例為99%，株距合格率為92.5%。

為確定各因素對試驗結(jié)果影響的顯著水平，對以上正交試驗結(jié)果進行了方差分析，結(jié)果如表3所示。

從表3中的方差分析結(jié)果，可以看出：對于種子在區(qū)域內(nèi)比例，投種筒出種角度 A 影響較為顯著，出口風(fēng)速 B 影響不顯著，因此投種筒出種角度是影響種子在區(qū)域內(nèi)比例的重要因素。對于株距合格率，投種筒出種角度 A影響為顯著，出口風(fēng)速 B為不顯著。因此投種筒出種角度是影響其漏播指數(shù)的重要因素。

上述方差分析同極差分析因素主次順序是一致的，表明該分析方法得到的結(jié)論是有效的。通過極差分析和方差分析得出，因素水平的最佳組合為A1B1，在9 km·h-1的機具前進速度下，當(dāng)投種筒出種角為30°，出口風(fēng)速為19 m·s-1時，投種效果最好。

表2 9 km·h-1組試驗結(jié)果及極差分析

2.3 10.8 km·h-1組試驗

試驗?zāi)繕?biāo)是在區(qū)域內(nèi)比例和株距合格率越高越好。從表4可以看出，對于種子在區(qū)域內(nèi)比例影響的主次因素為導(dǎo)種筒出種角度A,導(dǎo)種筒出種風(fēng)速B及交互作用A×B，最優(yōu)組合為A1B2。對于在10.8 km·h-1下的株距合格率，影響的主次因素為導(dǎo)種筒出種角度A,導(dǎo)種筒出種風(fēng)速B及交互作用A×B，最優(yōu)組合為A1B2。

表3 9 km·h-1組正交試驗方差分析

表4 10.8 km·h-1組試驗結(jié)果及極差分析

根據(jù)上述試驗結(jié)果可知，在10.8 km·h-1的機具前進速度下，當(dāng)投種筒出種角為30°，出口風(fēng)速為21 m·s-1時，投種效果最好。區(qū)域內(nèi)比例為96%，株距合格率為89.2%。

為確定各因素對試驗結(jié)果影響的顯著水平，對以上正交試驗結(jié)果進行了方差分析，結(jié)果如表5所示。

從表5中的方差分析結(jié)果，可以看出：對于種子在區(qū)域內(nèi)比例，投種筒出種角度 A 影響較為顯著，出口風(fēng)速 B 影響不顯著，因此投種筒出種角度是影響種子在區(qū)域內(nèi)比例的重要因素。對于株距合格率，投種筒出種角度 A影響為顯著，出口風(fēng)速 B為不顯著。因此投種筒出種角度是影響其漏播指數(shù)的重要因素。

表5 10.8 km·h-1組正交試驗方差分析

上述方差分析同極差分析因素主次順序是一致的，表明該分析方法得到的結(jié)論是有效的。通過極差分析和方差分析得出，因素水平的最佳組合為A1B2，在10.8 km·h-1的機具前進速度下，當(dāng)投種筒出種角為30°，出口風(fēng)速為21 m·s-1時，投種效果最好。

2.4 12.6 km·h-1組試驗

試驗?zāi)繕?biāo)是在區(qū)域內(nèi)比例和株距合格率越高越好 。從表6可以看出，對于種子在區(qū)域內(nèi)比例影響的主次因素為導(dǎo)種筒出種角度A,導(dǎo)種筒出種風(fēng)速B及交互作用A×B，最優(yōu)組合為A1B3。對于在12.6 km·h-1下的株距合格率，影響的主次因素為導(dǎo)種筒出種角度A,導(dǎo)種筒出種風(fēng)速B及交互作用A×B，最優(yōu)組合為A1B3。

根據(jù)上述試驗結(jié)果可知，在12.6 km·h-1的機具前進速度下，當(dāng)投種筒出種角為30°，出口風(fēng)速為23 m·s-1時，投種效果最好。區(qū)域內(nèi)比例為89%，株距合格率為85.2%。

為確定各因素對試驗結(jié)果影響的顯著水平，對以上正交試驗結(jié)果進行了方差分析，結(jié)果如表7所示。

從表7中的方差分析結(jié)果可以看出：對于種子在區(qū)域內(nèi)比例，投種筒出種角度 A 影響較為顯著，出口風(fēng)速 B 影響不顯著，因此投種筒出種角度是影響種子在區(qū)域內(nèi)比例的重要因素。對于株距合格率，投種筒出種角度 A影響為顯著，出口風(fēng)速 B為不顯著。因此投種筒出種角度是影響其漏播指數(shù)的重要因素。

表6 12.6 km·h-1組試驗結(jié)果及極差分析

續(xù)表6

上述方差分析同極差分析因素主次順序是一致的，表明該分析方法得到的結(jié)論是有效的。通過極差分析和方差分析得出，因素水平的最佳組合為A1B3，在12.6 km·h-1的機具前進速度下，當(dāng)投種筒出種角為30°，出口風(fēng)速為23 m·s-1時，投種效果最好。

表7 12.6 km·h-1組正交試驗方差分析

3 結(jié)論

根據(jù)上述試驗及樣機尺寸設(shè)計了三種導(dǎo)種筒，并針對出種口風(fēng)速及出種角度進行了三組正交試驗。通過正交試驗結(jié)果表明，出種角度影響顯著，出口風(fēng)速影響不顯著。根據(jù)不同機具前進速度確定以下組合方式，9 km·h-1時為30°出種角，19 m·s-1的出口風(fēng)速；10.8 km·h-1時為30°出種角，21 m·s-1的出口風(fēng)速；12.6 km·h-1時為30°出種角，23 m·s-1的出口風(fēng)速。