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发布时间:2024-04-19 17:07:56   来源:文档文库   
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播量可调式水稻穴播排种器的设计与试验王传雯;曾山;罗锡文;王在满;郑乐;王宝龙【摘要】[目的]解决水稻穴播排种器播量连续调节的难题.[方法]设计了一种播量可以连续调节的水稻穴播排种器,主要结构有排种轮与调节机构两部分.设计了以排种轮型孔、排种器转速、水稻品种3个变量为试验因素的全因素试验,测试排种器排种均匀性与总播量的一致性.[结果]排种器每穴播种粒数为4-12;穴粒数合格率在80%以上;排种器穴粒数变异系数在14.40%~44.27%之间;播量一致性变异系数小2.6%.[结论]采用播量可调式水稻穴播排种器播种的水稻产量比广东省水稻种植平均产量高21.83%~25.55%.【期刊名称】《甘肃农业大学学报》【年(,期】2017(052005【总页数】8(P169-176【关键词】水稻排种器;播量调节;播种均匀性;播量一致性【作者】王传雯;曾山;罗锡文;王在满;郑乐;王宝龙【作者单位】华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室,广东广州510642;华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室,广东广州510642;华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室,广东广州510642;华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室,广东广州510642;华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室,广东广州510642;华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室,广东广州510642
【正文语种】【中图分类】S223.2水稻直播是一种水稻轻简栽培方式,省去了育秧、拔秧、插秧等工序,具有显著的省工、省力等特点[1-3].当前美国、意大利、西班牙和澳大利亚等国家的水稻种植主要采用飞机撒播和机械旱直播技术,并已实现全程机械化[4-6].由于水稻种植农艺要求等因素限制,国外水稻种植机械不适于在我国推广应用.目前国内水稻直播主要以人工撒播为主,人工撒播的稻种在田间无序分布,通风采光差,易倒伏和感染病虫害.开展机械化穴播技术的研究,实现水稻有序种植,能减少病虫害的发生,提高水稻产量,提高水稻种植机械化水平[7-8].精量排种器是精量播种机的关键工作部件,其排种性能对播种质量有着直接的影响[9].华南农业大学研究了一种组合型孔轮式排种器,设计了适合于水稻充种的型孔,通过转换大小型孔实现了播量调节,但是仍然无法实现连续调节,不能满足不同水稻品种播种的要求[10-13].基于此本文设计了一种可以实现播量连续调节的水稻穴播排种器,以满足不同水稻品种、不同地区的播种要求.1.1结构组成播量可调式水稻穴播排种器主要结构如图1所示,主要由种箱、挡种板、壳体、排种轮及调节机构、护种带、导种管、轴、轴承座、固定座、调节轮、调节端盖等组成.1.2工作原理排种器的播种过程分为4个阶段,分别为充种、清种、护种和排种[14-15].充种时种箱中的种子依靠自重顺限种板进入充种室,清种毛刷清除槽轮表面多余种子,槽轮内种子经过随动护种带进入排种口,在重力作用下经导种管排出.
1.3排种器排种轮及调节机构设计1.3.1排种轮参数的确定外槽轮排种器1850年首创于美国,一百多年来,这种排种器广泛应用于谷物条播机上[16].外槽轮排种器有一个明显的缺点,就是排种脉冲性.为此,本研究创新设计的水稻穴播排种器采用型孔轮式排种轮,将现有水稻穴播型孔与槽轮的可调性结合,创新设计了一种适于水稻播种的可调播量式穴播排种器,以实现水稻穴播的要求.排种轮结构尺寸的设计参考华南农业大学罗锡文等[12]研制成功的型孔轮尺寸.设排种轮转速为v1,机器前进速度为v2,穴距为d(m沟槽数为m.它们之间的关系由式(1表达:直播机在水田中作业速度一般为0.50.8m/s,若穴距为0.16m,排种轮转速为2060r/min,较低的排种轮转速对应着较低的机器前进速度,由此可计算沟槽m的取值范围在5.09.5.本试验取m=8,常见外槽轮排种器也取此值.排种轮直径与其表面曲率成反比.直径太小,则其曲率大,不利于种子充填;而直径太大,会使整个排种器尺寸增大,结构臃肿.常见的窝眼轮式排种器直径一般为80200mm,考虑到水稻种子体积较玉米大豆小,因此选择排种轮直径为76mm.排种轮分为两个部分:排种轮固定件和排种轮滑动件,排种轮沟槽形状为半圆形截面,为防止充种时对种子挤压损伤,在沟槽棱加工1.5mm圆倒角,其结构如图2所示.沟槽半圆形截面尺寸根据穴粒数而定,杂交稻播种时最小播种量一般为3/穴,种子以两粒平放和一粒竖立的排列为最多.因此截面直径d、截面高度h需满足以下关系式(2(3式中,l为种子平均长度(mmb为种子平均宽度(mm将常用水稻品种‘玉香油占’‘华航丝苗’的种子平均长度与平均宽度代入上式,得:因此沟槽半圆截面直径d14mm,半径即为高度h,均等于7mm.
1.3.2调节机构结构方案根据播种量要求设计了一种轴向调节槽轮大小的调节机构,包括调节螺杆、固定架、调节轮,如图3所示.调节螺杆两端通过滚动轴承与排种轮滑动件和固定座连接,固定座安装在排种器壳体侧面,调节轮与调节螺杆通过锁紧螺丝固定,转动调节轮可带动调节螺杆转动,从而带动排种轮滑动件轴向移动,改变槽轮孔大小从而调节播种量,实现播种量连续调节.为实现每穴3-12粒的播种量调节范围,当排种轮固定件与排种轮滑动件完全锲合时播量最小,为3粒,此时螺纹调节量为0,沟槽形状呈半球体,体积为V1.沟槽最大长度即为螺纹调节的最大行程,调至最大时沟槽体积为V2.为估算行程L,假设当沟槽中充满12粒种子时所需体积为3粒种子时的4.则有计算得出L=21.54mm,取L=22mm.2.1试验材料及设备不同稻种物理特性不同.本试验选用南方地区种植广泛的两个籼稻品种‘玉香油占’和‘华航丝苗’,以及物理特性与籼稻差异明显的粳稻‘龙稻5号’进行试验对.其主要物理机械特性见表1.种子几何尺寸测定采用游标卡尺(精度0.02mm.水稻种粒近似看成椭球体,测量种子的三个相互垂直的直径,即长轴直径、短轴直径、厚度.每个品种随机选取150粒分别测量后取平均值.种子千粒质量测量所选用仪器为电子分析天平(型号HANGPINGJA5003,上海天平仪器厂生产,精度0.001g,每组选取1000粒不含杂质种子,分别测量5组取平均值.自然休止角的测定选用休止角测定仪(FT-104B,采用通用注入法分别测量5次,取平均值.2.2试验因素根据槽轮排种器的工作原理,排种轮充种性能直接影响排种器的排种性能,影响排种轮充种的主要因素有挡种板的形式、排种轮转速、护种形式等.根据前期试验确定了挡种板的形式、尺寸参数,护种带采用了弹性护种带[17].选择排种轮转速为
试验因素,水稻穴播机在田间作业时的行走速度一般为0.50.8m/s,穴距为18cm、沟槽数为8时可计算得出排种轮转速范围为20.8333.3r/min,以此确定排种轮转速的3个因素水平分别为202535r/min.为考查排种器调节机构的调节范围,既播种量调节范围,选取沟槽长度为试验因素,设定调节机构螺纹调节0时为小孔(行程L=0,螺纹调节量最大时为大孔(行程L=22mm,螺纹中间调节量为中间孔(行程L=11mm.试验因素水平见表2.2.3试验评价指标排种均匀性是衡量排种器播种质量的主要指标.随机接取200穴种子,记录下每穴种子粒数,计算其变异系数以比较播种均匀性.设定小播量时每穴2-6粒为合格穴,中等播量每穴5-9粒为合格穴,大播量每穴8-12粒为合格穴作为评价指标.总的播量一致性是指排种器在单位时间内播出种子质量的一致程度,具体评价指标为单位时间内排量的变异系数[18].试验时通过接取排种器5min内排出的种子并称质量,比较其单位时间内排量的变异系数,每组试验均重复5.2.4排种均匀性试验及结果分析采用JPS-12计算机视觉精密排种器性能检测试验台(黑龙江省农业机械科学研究院研制进行全因素试验,分别在不同因素、不同水平条件下随机接取200穴种子,统计每穴种子粒数.利用SPSS统计软件对试验结果进行分析处理,结果见表3-4所示.由表3可知,采用大孔、中间孔及小孔排种时每穴均粒数分别在9.0412.485.887.522.644.25之间,由此可知排种器播种穴粒数均在设定合格率范围之内.穴粒数变异系数分别在14.40%29.25%23.08%31.32%33.58%44.27%之间,随着每穴均粒数的增加,变异系数降低,变化梯度明显.排种器在小播量时变异系数大,播种均匀性较差;在大播量时,变异系数较低,播种均匀.量可调排种器适宜播种量范围在每穴4-12.
由表4可知,穴粒数合格率方差模型极显著.沟槽大小对穴粒数合格率影响显著,说明不同播量下的合格率有所不同,穴粒数合格率大部分在80%以上(沟槽最小、沟槽中间时,沟槽最大时穴粒数合格率在70%以上.方差分析表明,水稻品种对穴粒数合格率影响不显著,说明该排种器在小孔、中孔时对不同品种的适应性良好,大孔时水稻品种对穴粒数合格率影响显著.沟槽大小对穴粒数变异系数影响极显著,说明调节机构工作稳定,调节效果明显;水稻品种对穴粒数变异系数影响不显著,表明排种器对不同品种的适应性良好.2.5总的播量一致性试验及结果分析试验采用由插秧机底盘改装的水稻精量穴播机,在不同因素及水平下接取5min排种器排出的种子并称质量记录,试验重复5次,统计播种质量,试验结果见表5.由表5可知,排种器采用小孔、中间孔及大孔排种时,5min播量分别在20.94344.5063.9871.68112.66g之间,由此可知播量调节机构调节范围在20.9112.66g之间.各个处理下5min播量变异系数小于2.6%,符合GB/T9478-2005谷物条播机实验方法要求,说明排种器总的播量一致性较好.3.1试验目的本次试验目的在于测定排种器工作稳定性、各个排种器播种均匀性、穴距稳定性.观察水稻不同时期的生长情况,为排种器的进一步改进优化及整机的设计思路提供依据.3.2试验材料与试验方法播种试验于201583日在华南农业大学启林区试验田进行,播种面积约1000m2(1.5.收获时间为20151128日,水稻生长时间总长为117d.试验播种机选用华南农业大学研制成功的由协力XL2Z-6机动乘坐式水稻插秧机改装而成的水稻穴播机,在其动力系统之上重新设计了传动装置,穴距为1820cm.播种稻种选用‘玉香油占’,经过清选去除杂质与扁谷,泡种24h后催发芽
后再晾干.试验田泡水旋耕,采用水田激光平地机平整,沉淀两天后排水,泥面平整且软硬度合适.田间工作情况如图4所示.田间试验采用GB6973-86《精密播种机试验方法》检测标准,以穴距合格率、穴粒数变异系数作为性能评价指标.在试验田中随机选取连续10穴,分别记录每穴种子粒数及每行10穴的总距离.3.3试验结果及分析播种机在田间生产试验播种质量记录结果见表6.20151128日试验田测产结果见表7.由表6-7可知,各个排种器每穴种子均粒数为6.07粒,在调节范围之内,且每穴种子粒数变异系数均小于40%.实际测量穴距与设定穴距接近,符合播种农艺要求.各个时期水稻长势良好,最终测定产量457.7471.7kg/(667m2比广东省水稻种植平均产量375.7kg/(667m221.83%25.55%[19].播种后不同时期水稻生长情况如图5-8所示.本研究设计的播量可调式水稻穴播排种器排种均匀性、播量一致性达到了水稻穴播排种器的要求.其中穴粒数变异系数小于45%,播量一致性变异系数小于15%;调节沟槽大小可以实现每穴粒数在4-12粒范围内的调节,穴粒数合格率均在80%以上.田间性能试验结果表明,采用播量可调式水稻穴播排种器播种水稻长势良好,成熟期两种播种穴距测产结果分别为457.7kg/667m2471.7kg/667m2,比广东省水稻种植平均产量(375.7kg/667m221.83%25.55%.【相关文献】[1]于吉淼,赵冰,田新庆.水稻直播机械的发展状况及前景展望[J].农业装备技术,2006,32(2:14-16.[2]王琳,臧英,罗锡文.我国水稻生产机械化发展对策[J].农机化研究,2009(6:1-4.[3]朱德峰,严学强.国外水稻直播栽培发展概况[J].耕作与栽培,1997(Z1:102-103.[4]马旭.水稻生产机械化发展现状、问题与思考[J].现代农业装备,2006,32(2:12-16.
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本文来源:https://www.2haoxitong.net/k/doc/8749e95e551252d380eb6294dd88d0d233d43c85.html

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