我國谷子機(jī)械化發(fā)展現(xiàn)狀與思考

我國谷子機(jī)械化發(fā)展現(xiàn)狀與思考

0谷子眾多種子精量播種器研究尚需完善谷物通常被稱為“小米”和“蘇”。在古代，它也被稱為“耕種”和“高粱”。它是一種由蝎子和香蕉屬的耕作品種，具有很強(qiáng)的抗旱性。谷子作為一種重要的雜糧作物,是繼小麥和玉米之后中國北方第三大種植作物,在農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著重要的作用目前,在谷子眾多播種方法中,耬播、犁播和機(jī)播是最常用的3種。其中,耬播和犁播這兩種播種方法有很大的缺陷,即播種量的精確度難以控制,且需要投入大量的人力;為了確保不缺苗,需要增加播種時(shí)的種子播量,從而增加了齊苗后間苗的難度,不僅費(fèi)工、費(fèi)種,增加了種植成本,且株距參差不齊,播種深度也不一致,影響作物產(chǎn)量,無法滿足大規(guī)模播種作業(yè)的要求目前,國內(nèi)外在精量排種器的研究上已經(jīng)取得了很大的突破,但播種對象主要集中在小麥、大豆、玉米等大粒作物上,在進(jìn)行谷子等小籽粒種子精量播種時(shí)技術(shù)并不完善,存在堵孔、排種困難、播量不準(zhǔn)確等問題,有待進(jìn)一步研究。因此,研制出符合谷子穴播農(nóng)藝要求的精量排種器,已成為提高谷子機(jī)械化播種水平的的關(guān)鍵。1種子播種,吸收養(yǎng)分谷子穴播要求將谷子種子以一定的穴粒數(shù)、穴距、行距、播深播在田間,使每一粒種子在田間擁有足夠的空間吸收土壤中的養(yǎng)分,提高對水分和陽光的利用率。播種時(shí),要求播種深度一般為2～4cm,以防止由于土層過厚導(dǎo)致種子發(fā)芽后由于不能破土而被悶死在土壤中;成穴距離為8～13cm,使種子可以充分吸收水分、養(yǎng)分和陽光;每穴3～6粒種子,減少后期間苗環(huán)節(jié)2谷子穴播排種器目前,國外在精密播種機(jī)上不僅安裝有技術(shù)成熟的整地、覆土、鎮(zhèn)壓、噴藥及施肥裝置,還配置了多種新型排種器,包括各種機(jī)械式排種器和氣力式排種器,能夠滿足單粒精密播種的要求,已達(dá)到相當(dāng)完善的程度。例如,法國摩諾賽公司生產(chǎn)的MONOSEMNC氣吸式播種機(jī)、美國約翰迪爾公司生產(chǎn)John-Deere7000型精密播種機(jī)及德國貝克公司生產(chǎn)的AeromatII氣吹式精密播種機(jī)分別配置不同結(jié)構(gòu)原理的排種器,可以對棉花、大豆、甜菜、高梁和玉米等作物種子進(jìn)行播種國外研究人員對谷子等小籽粒種子穴播排種器的研究始于20世紀(jì)60年代,歐洲Gianni等學(xué)者首先研制了采用真空式原理的谷子穴播排種器,開辟了一條針對谷子的精量穴播時(shí)代。Hudspeth和Wanjura等學(xué)者設(shè)計(jì)的X行播種裝置的真空穴播排種器、Parish等學(xué)者設(shè)計(jì)的垂直排種盤式排種器,均在不同程度上提高了播種效率。伊朗學(xué)者Ja-fari和Fornstrom等人研制了谷子穴式精量排種器,對槽輪式穴播排種器的操作特點(diǎn)進(jìn)行研究,采用螺旋輸送式排種器來保證谷子穴播的均勻一致性。美國滿勝公司研制的MONOSEM氣吸式排種器、英國StanHay公司研制的S-780直播機(jī)所配置的氣吸式排種器等在播種小粒徑種子時(shí)均有較好的效果3谷子穴播中排種器存在的問題目前,我國已有部分學(xué)者開始谷子穴播排種器的研究,出現(xiàn)的排種器主要分為機(jī)械式和氣力式兩種,但都存在著一定問題,能夠適應(yīng)谷子穴播播種成熟形式的排種器尚未出現(xiàn)。3.1吸種器優(yōu)化設(shè)計(jì)王磊等人針對目前谷子種植機(jī)械化程度低、人工勞動(dòng)強(qiáng)度大、種植成本高的問題,以2BFQ-6型精量播種機(jī)上所配置的氣吸式穴播排種器為研究對象,開展谷子種子的吸種和排種試驗(yàn),研究了型孔類型、真空度及排種盤轉(zhuǎn)速對排種器吸種和排種效果的影響,驗(yàn)證了氣吸式精量排種器對谷子進(jìn)行精量穴播播種的可行性呂冰等人對氣吸式谷子穴播排種器加裝了吸孔氣流清理裝置,并應(yīng)用Fluent軟件對不同的吸孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了流場模擬仿真分析,結(jié)果表明:在相同吸孔直徑的情況下,吸種孔入口速度最大的型孔為倒角截頂圓錐體孔,其次為圓柱孔,入口速度最小的型孔為截頂圓錐體孔。同時(shí),為確保仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性,進(jìn)行了臺(tái)架驗(yàn)證試驗(yàn),結(jié)果表明:模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果擬合度較高。此排種器在安裝了氣流清理裝置后雖初步解決了利用氣吸圓盤式排種器進(jìn)行谷子穴播時(shí)容易出現(xiàn)的堵孔和相對成穴性較差的問題,但還存在播種時(shí)每穴的單粒率較高的問題王芳等人針對現(xiàn)有的谷子穴播排種器播種時(shí)傷種、吸種孔堵塞及成穴性差等問題,對氣吸式排種器的吸孔形式進(jìn)行了改進(jìn),設(shè)計(jì)了圓柱孔、倒角截頂圓錐體孔、截頂圓錐體孔和四棱臺(tái)孔4種形式,并進(jìn)行了對比試驗(yàn),結(jié)果表明:在4種形式吸孔中,四棱臺(tái)孔吸種效果最好,堵塞情況最少,相對成穴性最好,初步實(shí)現(xiàn)了采用氣吸式排種器進(jìn)行谷子穴播趙曉順等人設(shè)計(jì)了一種基于真空負(fù)壓原理的用于包衣谷子種子穴播的新型排種器,排種器吸孔采用組合吸孔的形式,并進(jìn)行了臺(tái)架正交試驗(yàn),結(jié)果表明:氣室真空度對排種器的排種效果有著重要影響,排種盤轉(zhuǎn)速對播種均勻性起到了關(guān)鍵作用,尤其對穴粒數(shù)的準(zhǔn)確性起到了決定作用;確定較優(yōu)參數(shù)組合為吸孔直徑2.0mm,真空度-0.8kPa,排種盤轉(zhuǎn)速30r/min吳福通等人設(shè)計(jì)了一種正負(fù)氣壓組合式油菜精量直播排種器,依靠氣吸充種和氣吹投種來保證每穴種子粒數(shù),解決堵孔問題,但對排種器的密封性具有較高要求,如果負(fù)壓區(qū)和負(fù)壓區(qū)出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象,會(huì)造成兩區(qū)相通,使種子在排種器內(nèi)發(fā)生紊亂,影響播種質(zhì)量李君針等人對氣力式排種器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、種子損傷率大的缺點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種氣力滾筒式小粒徑排種器,通過集氣吸和氣吹為一體來保證吸種和排種的效果,但只適用于油菜等單粒精播的小籽粒作物廖宜濤等人以正負(fù)氣壓組合式小粒徑種子精量排種器為研究對象,通過吸種運(yùn)移狀態(tài)圖像拍攝試驗(yàn),確定型孔漏吸、單粒吸種及重吸發(fā)生概率,開展吸種環(huán)節(jié)研究。研究明確了正負(fù)氣壓組合式小粒徑種子精量排種器吸種環(huán)節(jié)影響機(jī)制和用于計(jì)算吸種臨界負(fù)壓的可靠性系數(shù)模型,為氣吸式小粒徑種子排種器的設(shè)計(jì)與性能提升提供了參考劉曉輝等人設(shè)計(jì)了一種小粒徑氣力滾筒式精量排種器,探究了小粒徑氣力滾筒式排種器的工作原理與工作過程,并確定了其結(jié)構(gòu)組成和主要結(jié)構(gòu)與運(yùn)行參數(shù)。同時(shí),應(yīng)用動(dòng)力學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)原理對種子在排種過程各主要階段進(jìn)行分析,并借助軟件對小粒徑氣力滾筒式集排器的氣室進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬,獲得優(yōu)化參數(shù)組合;以排種性能為試驗(yàn)指標(biāo),開展了臺(tái)架試驗(yàn)與田間試驗(yàn)對排種滾筒轉(zhuǎn)速、正壓區(qū)壓力值、負(fù)壓區(qū)壓力值等運(yùn)行參數(shù)及正壓區(qū)位置和進(jìn)出氣方式等工作參數(shù)對排種性能影響的試驗(yàn)研究,獲得了最佳參數(shù)組合李兆東等人針對現(xiàn)有氣力式油菜排種器高速播種作業(yè)過程中種子難以從種群中快速分離被吸孔準(zhǔn)確吸附產(chǎn)生漏播率高的問題,設(shè)計(jì)了一種提高油菜高速直播充種性能的槽齒組合式吸種盤,并對設(shè)計(jì)后的排種盤進(jìn)行了吸附性能試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明:在相同真空度條件下,隨排種盤轉(zhuǎn)速的升高,重播率呈下降趨勢,漏播率呈上升趨勢,合格率呈下降趨勢;在排種盤轉(zhuǎn)速相同的情況下,合格率隨真空度的增大呈上升趨勢,漏播率呈下降趨勢,重播率呈上升趨勢;在排種盤轉(zhuǎn)速為10～110r/min、真空度為1.5～2.5kPa條件下,合格率高于92.0%,漏播率和重播率之和小于8.0%。研究結(jié)果可為氣力式小籽粒種子高速精量排種器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)與優(yōu)化提供參考康施為等人針對氣吸滾筒式排種器能量消耗大及吸孔易堵塞等問題,設(shè)計(jì)了一種采用氣流清種、隔壓板隔開氣室減小負(fù)壓氣室空間及滾輪式清堵裝置對吸孔進(jìn)行清理等方式的氣吸滾筒式精量排種器,以滾筒轉(zhuǎn)速、吸孔直徑、真空度為試驗(yàn)因素,以合格率、重播率、漏播率為評(píng)價(jià)指標(biāo),對設(shè)計(jì)后的排種器進(jìn)行了相關(guān)臺(tái)架正交試驗(yàn),并通過極差與方差分析確定了影響排種性能的主次因素和最佳參數(shù)組合。試驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)真空度為-4.5kPa、滾筒轉(zhuǎn)速為10r/min、吸孔直徑為3.5mm時(shí),排種效果最好,此時(shí)合格率為93.2%,漏播率為2.1%,重播率為4.7%,排種效果最好,滿足棉花精量播種的國家標(biāo)準(zhǔn)3.2窩眼排種器性能檢測邊胤等人設(shè)計(jì)了一種往復(fù)式谷子穴播排種器,使排種器在播種機(jī)上做往復(fù)運(yùn)動(dòng),排種器向前、向后的運(yùn)動(dòng)時(shí)均排出種子;然后,種子經(jīng)落種斗、定位器均勻地落在開好的種溝中,以此來保證種子的投種精度。整個(gè)排種器采用近似無壓力設(shè)計(jì),不會(huì)對種子造成機(jī)械損傷,往復(fù)式排種器的振動(dòng)能夠驅(qū)導(dǎo)種子向型孔運(yùn)動(dòng),改善充種效果。試驗(yàn)與分析表明:往復(fù)式排種器不僅能夠?qū)崿F(xiàn)谷子穴播播種,免去間苗環(huán)節(jié),還能夠通過更換排種型板適合其他近似橢圓形狀種子的單粒、多粒和穴播需要,通用性較高裴進(jìn)靈等人針對普通垂直窩眼輪式排種器充種效果差和對種子損傷嚴(yán)重的問題,設(shè)計(jì)了一種帶清種槽窩眼輪式谷子穴播排種器,清種槽不僅解決了充種效果差的問題,還實(shí)現(xiàn)了無清種板(刷),依靠重力清種,且種子進(jìn)入窩眼后,與其它部件無滑動(dòng)接觸,在簡化了排種器結(jié)構(gòu)的同時(shí)減少了種子的破損率崔清亮等人設(shè)計(jì)了一種傾斜圓盤式谷子精少量排種器,依靠重力進(jìn)行充種和柔性清種,減小了對種子的機(jī)械損傷。工作時(shí),通過彈性推種器將卡在充種孔內(nèi)的種子撥下,使種子即使穿過落種孔也不損傷種子,并進(jìn)行了臺(tái)架性能試驗(yàn),結(jié)果表明:谷子穴距符合理論穴距,合格率大于86%,重播率小于12%,漏播率小于7%,合格穴距變異系數(shù)小于5%,播量均勻、工作性能可靠劉曉東等人針對由于蔬菜種子體積小、形狀不規(guī)則很容易造成種子的損傷,使氣力式小籽粒蔬菜種子排種器的加工制造成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜,機(jī)械式小籽粒蔬菜種子排種器存在排種精度不足及可靠性差等問題,設(shè)計(jì)了一種沉孔輪式排種器,并完成了排種器的試制與試驗(yàn)謝偉等人針對傳統(tǒng)窩眼式排種器在進(jìn)行谷子、油菜等小粒種子精量播種時(shí),存在重播率和漏播率較高且種子分布不均勻等現(xiàn)象,以湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)所研制的2BYG-220型油菜聯(lián)合播種機(jī)所配置的窩眼輪式排種器為研究對象,通過JPS-12型排種器性能檢測試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn),在滿足排種穩(wěn)定性變異系數(shù)、排種均勻變異系數(shù)要求的前提下,尋找其最佳窩眼輪轉(zhuǎn)速和機(jī)組前進(jìn)速度,為窩眼輪式小籽粒排種器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)及播種機(jī)的性能的完善提供強(qiáng)有力的支持邢鶴琛等人為滿足油菜播種要求、改善排種器排種質(zhì)量、簡化排種器結(jié)構(gòu)及避免機(jī)械式油菜排種器排種時(shí)容易對種子造成機(jī)械損傷和型孔堵塞等問題,設(shè)計(jì)了一種無需清種與護(hù)種裝置斜錐型孔輪式油菜排種器,提出一種油菜雙圈型孔交錯(cuò)排布以及斜錐形型孔結(jié)構(gòu),分別建立了充種、護(hù)種、排種過程的動(dòng)力學(xué)模型,并進(jìn)行了多因素臺(tái)架試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)型孔后傾角為20°、充填高度為基準(zhǔn)高度、型孔輪轉(zhuǎn)速為20r/min時(shí),各行排量一致性變異系數(shù)小于6.00%,總排量穩(wěn)定性變異系數(shù)小于1.25%,傷種率小于0.5%4杏仁穴栽培技術(shù)的困難1種子損傷。種子損傷由于谷子種子體積較小,如果排種器零部件之間存在縫隙,種子容易進(jìn)入縫隙中,進(jìn)而被擠壓而造成機(jī)械損傷。2氣吸式排種器播種時(shí)糠皮的漏播率由于谷子種子體積小,還含有包衣糠皮,在采用氣吸式排種器進(jìn)行播種時(shí),這些糠皮容易進(jìn)入吸氣孔造成堵塞,導(dǎo)致漏播率升高,從而發(fā)生穴粒數(shù)不準(zhǔn)確的現(xiàn)象,造成播種質(zhì)量下降。3成穴效果差由于谷子種子質(zhì)量輕,在下落過程中受空氣干擾較大,使得種子在脫離排種器后無法落入預(yù)定區(qū)域,特別是投種高度較大時(shí),無法保證良好的成穴效果。4穩(wěn)定性和成穴效果差氣吸式谷子穴播排種器對負(fù)壓室的嚴(yán)密性和氣壓的穩(wěn)定性要求較高,利用吸孔兩側(cè)壓差吸取種子進(jìn)行穴播播種,如果氣壓不穩(wěn)定或者有氣體泄露,就會(huì)使種子發(fā)生紊亂,影響播種均勻性和成穴效果。5高轉(zhuǎn)速下種子充注效果較差當(dāng)排種盤(輪)轉(zhuǎn)速較高時(shí),因充種孔經(jīng)過充種區(qū)時(shí)間較短,導(dǎo)致充種孔內(nèi)實(shí)際充種粒數(shù)小于預(yù)期值,使播種時(shí)穴粒數(shù)不準(zhǔn)確。6低電腦由于谷子種子體積小、質(zhì)量輕,且在播種作業(yè)過程當(dāng)中灰塵大,有光照影響,使播種質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)的研究困難。5高速高效排種器性能試驗(yàn)?zāi)壳肮茸友úシN植方式中存在的問題,也同樣存在于油菜等小粒作物及玉米、大豆等大粒作物的播種過程中,因此越來越多的學(xué)者致力于氣力機(jī)械組合式排種器的研究,旨在通過將氣力式和機(jī)械式組合的方式,實(shí)現(xiàn)兩類排種器的優(yōu)勢互補(bǔ),從而提高播種質(zhì)量。殷德峰等人結(jié)合氣力式和窩眼輪式的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種氣力窩眼輪式小粒徑種子排種器,且設(shè)計(jì)了一種齒狀推種裝置解決型孔堵塞問題,并通過對推種輪和窩眼輪嚙合關(guān)系的分析,得到推種輪齒形公式和齒厚角計(jì)算公式。同時(shí),對推種輪與窩眼輪進(jìn)行嚙合試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)推種輪與窩眼輪嚙合平穩(wěn),運(yùn)行可靠張國忠等為了提高氣力式水稻穴播排種器的播種效果,在排種盤上設(shè)計(jì)了一種由2個(gè)攪種齒組成的導(dǎo)向型攪種裝置,并對排種器進(jìn)行了性能試驗(yàn),結(jié)果表明:安裝導(dǎo)向型攪種裝置后的排種器,在高轉(zhuǎn)速時(shí)的播種質(zhì)量得到提高,對真空室負(fù)壓的要求較低,導(dǎo)向型攪種裝置對種子存在支撐、導(dǎo)向、分離與摩擦等輔助充種作用,可以改善氣力式水稻穴播排種器的播種質(zhì)量劉佳等人設(shè)計(jì)了一種基于機(jī)械內(nèi)充種式排種器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和氣吹式排種器的單粒留種原理的機(jī)械氣力組合式玉米精密排種器,對關(guān)鍵部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算,并對吸種所需負(fù)壓值、合格率、重播率、漏播率等性能指標(biāo)進(jìn)行了臺(tái)架試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明:排種器吸種所需負(fù)壓值低、播種合格率高,能夠滿足高速作業(yè)需求賈洪雷等針對現(xiàn)有的氣吸式排種器當(dāng)負(fù)壓驟降時(shí)漏播率急劇升高的問題,設(shè)計(jì)了一種在排種盤上同時(shí)設(shè)有導(dǎo)種槽、取種槽和吸孔3種充種裝置的氣吸機(jī)械復(fù)合式大豆精密排種器。工作時(shí),種子沿著導(dǎo)種槽運(yùn)動(dòng)至取種槽,吸孔處存在有吸力,種子依靠3種充種裝置的共同作用吸附在吸孔上,完成充種,保證負(fù)壓驟降時(shí)排種器的播種質(zhì)量。通過臺(tái)架試驗(yàn)與勃農(nóng)氣吸式排種器和MASCHIO氣吸式排種器進(jìn)行單因素對比試驗(yàn),結(jié)果表明:當(dāng)負(fù)壓較低時(shí),所設(shè)計(jì)的排種器播種合格率優(yōu)于其它兩種排種器史嵩等針對氣吸式排種器高速作業(yè)時(shí)充種效果差、充種所需壓力高等問題,設(shè)計(jì)了一種驅(qū)導(dǎo)輔助充種氣吸式精量排種器,通過在排種盤上設(shè)置曲線型導(dǎo)種槽,借助原有種子群體接觸體系,在充種時(shí)迫使種子主動(dòng)沿著導(dǎo)種槽的曲線方向逐漸移動(dòng)至吸孔處,使種子群體變成松散狀態(tài),降低種間摩擦力,改善高速作業(yè)時(shí)的充種效果。對導(dǎo)種槽曲線方程進(jìn)行理論計(jì)算,確定了導(dǎo)種槽的結(jié)構(gòu)。為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果,與其它兩種氣吸式排種器分別在-5、-6kPa條件下進(jìn)行單因素對比試驗(yàn),結(jié)果表明:所設(shè)計(jì)的排種器在高速作業(yè)條件下的播種合格率優(yōu)于其它兩種排種器楊麗等針對氣吸式排種器在播種玉米時(shí)存在漏播率較高,特別是在地頭由于負(fù)壓急劇降低導(dǎo)致漏播率瞬間升高等問題,設(shè)計(jì)了一種利用機(jī)械托種盤進(jìn)行輔助護(hù)種的氣吸式玉米精密排種器,利用托種盤窩眼對種子的托附和夾持作用實(shí)現(xiàn)播種過程中對種子的輔助護(hù)種。對托種盤的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算和分析,對設(shè)計(jì)后的排種器進(jìn)行了性能試驗(yàn),結(jié)果表明:在真空度為-3kPa時(shí),排種器的各項(xiàng)性能指標(biāo)均明顯優(yōu)于傳統(tǒng)氣吸式排種器真空度在-4kPa時(shí),且漏播率比傳統(tǒng)氣吸式排種器相對降低29%丁力等人針對現(xiàn)有的氣吸式玉米精密排種器在高速播種作業(yè)時(shí)充種效果差,導(dǎo)致漏播率高、對真空度需求量大等問題,設(shè)計(jì)了一種設(shè)有輔助充種結(jié)構(gòu)排種盤的氣吸式玉米高速精密排種器。該排種器在充種區(qū)利用型孔凸臺(tái)擾動(dòng)種群,將種子從種群中分離出來,并托持種子向吸種孔運(yùn)動(dòng),起到輔助充種作用;在排種區(qū)種子能夠在型孔凸臺(tái)推動(dòng)力和卸種輪頂出力的作用下均勻排種。對排種器的關(guān)鍵部件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算,并對排種器進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn),結(jié)果表明:所設(shè)計(jì)的排種器能夠提高播種合格率,改善高速作業(yè)時(shí)的充種效果,降低漏播率,在作業(yè)速度8～14km/h、真空度為-3.71～-3.21kPa時(shí),合格率達(dá)到91.3%以上,漏播率均小于5.1%,重播率均小于3.6%,可實(shí)現(xiàn)有效排種顏