“綠苗精靈”甘草育苗一體化播種機的設計

關鍵詞：甘草育苗；播種機；窩眼輪排種；覆沙機構中圖分類號：S223.2 文獻標志碼：BDOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2025.10.033文章編號：1674-7909（2025）10-150-4

0 引言

甘草是重要中藥材，具有藥用價值與生態價值。近年來，市場對甘草需求量激增，但其較低的機械化育苗水平制約了產業發展［1］。傳統人工播種甘草存在覆沙不均、籽粒數量失控等問題，導致甘草出苗率低、人工成本高。甘肅省定西市作為甘草主產區之一，丘陵山地分散，急需小型化、高效化的育苗裝備。研究結合當地農藝要求，設計了窄行密植育苗播種覆沙一體機，實現了整地、施肥、播種、覆沙一體化作業，提升了育苗效率與質量。

1 甘草種子生物特性與播種農藝要求

1.1 甘草種子生物特性

甘草種子呈扁腎形，粒徑為 2.5～3.5mm ，種皮致密硬實，新種硬實率為 60%～90% ，需要通過機械摩擦、熱水浸種等方法破除種子休眠。種子解除休眠后需要通過后熟作用才能萌發，適宜在干燥低溫的條件下儲存，壽命為 。

1.2 甘草播種農藝要求

甘草種子適宜在砂質土壤播種，播種前應深耕土壤 30～40mm ，每 667m² 施有機肥 2000～3000kg 。

條播行距為 30～50cm ，窄行密植行距為 8～30cm ，溝深為 2～3cm ，覆土 1～2cm ，每 667m² 播種量為 2～3 kg ，甘草種植效果如圖1 所示。育苗移栽可節約土地，要求株距 10～15cm ，覆沙厚度 25～35mm ，以保墑防板結［3］。傳統人工播種難以精準控制播種深度與覆沙均勻度，因此亟須探索機械化解決方案。

圖1 甘草種植效果

2 整機設計方案

2.1 設計指標

針對定西市丘陵地塊特點，設計了小型化育苗機。甘草育苗機主要技術參數如表1所示。

表1 甘草育苗機主要技術參數

2.2 創新設計模塊

① 窩眼輪式排種機構（適應 3～5mm 粒徑）：基于種子尺寸，設計 6mm 直徑球形窩眼，單粒精準排種，解決籽粒數量不均問題。

② 仿形限深開溝裝置（解決壟作地形問題）：通過仿形輪自適應地面起伏，確保開溝深度穩定在 50mm ，適應壟作地形。

3 關鍵部件設計

3.1 排種器設計

排種器采用窩眼輪結構（直徑 80mm ），結構如圖2所示。排種器由地輪鏈傳動驅動，完成充種、運種、投種作業。通過優化型孔參數，單窩眼容納1粒種子，配合刮種毛刷清除多余籽粒，實現播種均勻性。經計算，排種輪型孔數量設置為12個，滿足 0.6m/s 作業速度下的充種效率。

3.2 排種輪型孔直徑和數量設計

3.2.1 型孔直徑設計

窩眼輪式排種器取種結構的形狀和尺寸直接影響甘草育苗播種機的充種效率、清種效果、護種可靠性和投種精準度。設計組合型孔時，應保證種子無論處于種箱何種位置和狀態，型孔都能完整容納對應數量的種子，避免漏播和重播［4］。甘草種子的平均長、寬、高分別為 3.3mm，2.5mm，1.3mm ，結合甘草種子的物料特性和小區育種作業要求，將組合型孔上球形窩眼的直徑設定為 6mm ，該設計符合播種要求。

3.2.2 型孔數量設計

排種輪型孔數量影響甘草播種的均勻度、密度、深度、速度、效率及適應性，關乎作物生長和產量。設計型孔應綜合種子特性、作物需求、土壤條件和播種機械要求。在特定條件下，增加型孔數量利于形成順暢種子流，從而防止種子堆積，實現更好的播種效果。經計算得出型孔個數約為12.34個，取整數為12個。

3.3 覆沙機構的設計

覆沙機構由沙箱、葉片式排沙滾（直徑 165mm ，10 片葉片）及溜沙分流板組成，其結構如圖3 所示。地輪同步驅動排沙滾，通過調節排沙調節板控制沙量，實現 25～35mm 覆沙厚度精準控制。沙箱容量設計為 860mm×270mm×700mm ，減少添沙頻率，提升作業連續性。

1—種盒蓋子；2—種盒；3—刮種毛刷；4—排種輪；5—固定裝置；6— 泄種孔；7—排種軸；8—排種管。

圖2 排種器結構

圖3 覆沙機構結構

1—地輪；2—一級鏈傳動；3—中間軸；4—二級鏈傳動；5—排沙滾； 6—溜沙板；7—沙箱。

3.4 傳動系統設計

動力由拖拉機輸出，經變速箱分配至旋耕等模塊。左地輪驅動排種軸，右地輪驅動排沙滾與施肥裝置，通過鏈傳動確保各部件同步運行，傳動效率≥90% 。選擇合適的拖拉機需要綜合考量多因素，經計算，甘草種植壟距為 100mm ，總功率為 1.2kW ，最終選用東方MF504 小型輪式拖拉機作為動力源，其作業速度為 0.6m/s 。

4 整機結構和工作原理

4.1 總體結構

育苗播種機由牽引裝置、旋耕整地機構、起壟開溝裝置、播種裝置、覆沙裝置及傳動系統組成（如圖4所示）。

圖4 整機結構三維圖

1—牽引裝置；2—旋耕整地機構；3—起壟開溝裝置；4—地輪；5—覆沙裝置；6—播種裝置；7—施肥裝置。

4.2 工作原理

作業時，播種機通過拖拉機三點懸掛連接并由其驅動，傳動系統帶動旋耕和施肥裝置完成碎土、施肥、土壤聚集。起壟整形器起壟整形、開溝，播種裝置播種，覆沙裝置覆沙，實現一次完成松土、施肥、起壟、播種、覆沙等作業。

5 試驗分析

基于關鍵部件設計及試驗參數，對甘草育苗播種機進行三維建模并檢查裝配部件，根據三維圖樣繪制二維圖紙。在甘肅農業大學機電工程學院加工車間，經激光下料、車床加工、折彎、焊接、組裝等工序準備部件，最終在加工師傅的指導下完成整機裝配，樣機加工實物圖如圖5所示。

5.1 田間試驗

為驗證甘草育苗播種機的實地工作性能，檢驗整機是否滿足甘草播種農藝要求與相關設計規范，研究開展了田間播種試驗，采集與記錄試驗田中各壟甘草播種數據，試驗指標包括甘草播種株距、行距、重播率、漏播率、合格率及破損率等［5-6］。

5.1.1 試驗條件

定西市隴西縣地處甘肅省東南部，海拔 1612～2778m ，屬黃土梁峁與河谷地形。田間試驗時給種子染色，以便觀察。

圖5 樣機加工實物圖

5.1.2 試驗內容及方法

此次田間試驗參考《單粒（精密）播種機試驗方法》（GB/T 6973—2005）與《播種機質量評價技術規范》（NY/T 1143—2006），對甘草育苗播種機的工作性能進行試驗與評價。試驗過程中，設置育苗播種機的工作速度為 0.60m/s 、播種深度為 50mm 、理論株距為 10cm ，試驗時對不同株距下種子的粒距、播種深度及傷種情況進行測量記錄。

5.2 試驗結果分析

5.2.1 播種結果分析

田間試驗完成后，選擇甘草育苗播種機作業穩定性高的播種區間（選擇5 壟，每壟長 20m ）進行數據統計，播種試驗結果如表2所示。

表2 甘草育苗播種機整機試驗結果

育苗播種機排種性能指標包括合格率、重播率、破損率、漏播率，經過計算可得：合格率為 90.4% 、重播率為 2.8% 、破損率為 3% 、漏播率為 3.8% ，均優于傳統人工育苗播種方式，且符合甘草機械化種植技術規范。

5.2.2 出苗結果分析

甘草播種后經過5～6 個月的生長，出苗情況如圖6所示。隨機選取播種機作業區域10壟抽取樣本進行檢測，測量其出苗情況。為保證試驗結果的準確性，取平均值，結果如表3所示。

圖6 甘草出苗情況

表3 甘草育苗機播種情況

6 結束語

研究設計的甘草育苗播種機針對人工播種的缺陷，通過窩眼輪排種、仿形開溝及精準覆沙技術，顯著提升了育苗質量與效率。關鍵性能指標（合格率、重播率、破損率、漏播率）均優于傳統人工育苗播種方式，適宜應用在丘陵山地小型地塊，為甘草規?；缣峁┝斯こ袒鉀Q方案。

參考文獻：

［1］陳陶勁，張智圓，張曉楠，等. 中藥材溯源技術現狀及前景分析［J］. 中醫藥導報，2024，30（1）：66-69.

［2］劉長利，王文全，盧金清，等. 甘草種子硬實破除方法及其發芽特性研究［J］. 中藥材，2017，40（8）：1771-1774.

［3］陳君，楊美華，程惠珍，等. 甘草規范化種植技術及其對品質的影響［J］. 中國農業科學，2018，51（10）：1932-1941.

［4］秦偉，于英杰，賴慶輝，等. 三七種子的大小對窩眼輪排種器充種性能的影響［J］. 華南農業大學學報，2019，40（4）：126-132.

［5］呂勤 . 西洋參精密播種機設計與試驗［D］. 昆明：昆明理工大學，2022.

［6］裴立民. 油菜鋪膜打孔播種機改進設計與試驗［D］. 武漢：華中農業大學，2023.

Abstract： Licorice is a commonly used traditional Chinese medicinal material， and its roots and rhizomes can be used for medicinal purposes， possessing both high medicinal and ecological value. In recent years， with the continuous growth of the domestic and international market demand for licorice， its planting area has been expanding. The low degree of production mechanization， with most produc? ing areas still relying on manual sowing， has led to high labor intensity and low efficiency in the seed? ling stage， thus restricting the improvement of economic benefits in the industry. To address this is? sue， this study， based on the agronomic requirements of licorice seedling sowing， has designed a narrow-row dense-planting integrated seeder for licorice seedlings. This integrated machine can sig? nificantly improve sowing efficiency and reduce production costs， and at the same time promote the large-scale and sustainable development of the licorice industry.

Key words： licorice seedling cultivation; seeder; cell-wheel seed metering; sand-covering mechanism

（欄目編輯：董清芝）