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油菜小麦气力排种盘的设计与试验研究 0 排种器充种机理 通过精量播种，可以满足符合收获植物要求的品种和固定株距的播种效果，不仅保证了田间植物的数量、株距和根系，而且植物分布均匀。解决了不同播种不均引起的作物生长过程中水分、肥料和水分浪费的弊端，确保植物生长发育和谐，实现优质、高产，并有利于后续植物育种的机械收获。实现精量播种的核心部件是精量排种器, 由于气力式排种器具有不伤种子, 对种子尺寸要求不高、适应性强等优点, 被国内外先进的播种机普遍采用。 提高充种区充种性能是改善单粒排种精度和提高播种速度的有效方法。气力式精量排种器工作过程划分为充种区、携种区和投种区等多个工作区间, 充种区的充种状态是排种关键环节。由于籽粒形状不规则, 流动性能较差, 充种过程处理不当会造成重播或者漏播现象, 严重影响排种器的工作性能, 导致播种质量下降。 为实现油菜、小麦兼用的精量机械化播种, 前期利用负压吸种, 正压投种的正负气压组合式原理, 提出共用排种器主体, 更换2 种结构不同的排种盘来满足油菜与小麦精量排种的要求。2 种结构的排种盘分别为:油菜排种盘为型孔直径为1.2 mm, 无内嵌入导种条式;小麦排种盘为型孔直径为1.5 mm, 内嵌入导种条式。但在实际运用表明存在排种器因更换排种盘而难以满足兼用油菜、小麦排种精度, 且更换排种盘操作不便。后期围绕对排种盘的兼用型开展研究, 通过对内嵌入导种条式排种盘充种区的充种性能进行深入研究, 将油菜、小麦排种盘的结构统一优化, 优化后的排种盘统一为直径140 mm, 型孔为直径1.2 mm的直圆柱孔, 且盘沿径向内嵌入导种条, 以实现油菜小麦精量排种的完全兼用。 充种区种子的充种性能决定排种器的排种性能, 因油菜、小麦种子的物理机械特性不同, 充种区形态及种子群流动特性不同, 而排种盘内嵌入导种条改变了充种区形态及种子群流动性能。为此, 针对内嵌入导种条式兼用型排种器充种机理的研究尤为必要。 国内外学者广泛开展了充种区种子流动性能、充种性能及排种器结构的研究[12,13,14,15,16,17,18]。如:Maleki等设计了一种螺旋搅种装置, 提高了充种均匀性;王在满等利用高速摄像分析了型孔式水稻排种轮充种过程;左彦军等研究了供种区位置角对吸附合格率的影响规律;马成林等在气力轮式排种器中设计一个充填轮, 实现了对种子的推送, 提高了种子充填率。 本文通过阐述内嵌入导种条气力式精量排种器工作原理, 解析了内嵌入导种条式兼用型排种器的充种区形态及充种机理;利用高速摄像技术对充种区种子的充种性能进行了试验研究;为分析内嵌入导种条对种子的机械损伤影响, 开展了种子的发芽率试验。本研究可为兼用型精量排种器结构改进及性能优化提供研究依据。 1 导种条和抗拉面 内嵌入导种条式油菜小麦兼用型气力式精量排种器主要包括种箱、负压进气口、盖板、排种盘、传动轴、排种管、正压进气口等。排种盘的型孔为直径1.2 mm的直圆柱通孔, 且沿盘沿内嵌入式导种条, 导种条为表面光滑的外倾式6 mm×2 mm×2 mm矩形条, 与轴向倾角为60°, 沿圆周均布35条。结构如图1 所示。 排种器工作时, 种子由种箱进种口连续均匀地进入到排种盘内充种室, 传动轴带动排种盘以逆时针方向旋转, 充种室内种子在排种器内嵌入导种条侧向引导及带动下, 形成规则运动的种子流, 当种子被拖带至负压吸种区, 在负压气流的吸附作用下, 种子通过型孔被逐一吸附, 并随排种盘转动携带至投种区域, 正压进气口处的投种区由隔板将负压阻断, 种子在正压力及自身重力作用下, 脱离型孔落下, 经内接入式排种管口引导排出, 完成精量排种工作过程。 2 充分性分析 2.1 小麦种子群的组成 当排种器未工作时, 种子由种子箱流入排种盘内充种区时, 充种区中的种子自然堆放, 其堆放高度为进种口位置高度, 此时种子群呈现杂乱状、无规律排列形态, 以小麦种子为例, 如图2a所示。 故排种器充种区内种子群形态与排种器的结构相关, 在气力式排种器盘内嵌入导种条, 可有效地改善充种区种子流动状态, 尤其是对外形不规则的种子, 可大大提高排种器充种性能。 2.2 种子运动方程 改善型孔充种性能是提高排种单粒播种精度, 并有效提高排种速度的关键。在气力式排种器中, 充种区种子若处于成堆静止或缓慢流动时, 种子不易被排种盘的型孔吸附, 从而造成漏吸。为此, 对充种区种子的力学特性与充填机理开展研究尤为重要。 充种区内种子群中的种子运动, 受到多种因素影响, 各种子层中种子运动规律复杂多变。因导种条侧向引导至型孔的种子为强制拖带层种子, 故以强制拖带层导种条上单粒种子M为研究对象, 以导种条倾斜面为 τ 方向, 建立 τ-n坐标系, 研究M在导种条上的运动规律。种子M在各力的联合作用下,