我国谷子机械化发展现状与思考

我国谷子机械化发展现状与思考

0谷子众多种子精量播种器研究尚需完善谷物通常被称为“小米”和“苏”。在古代，它也被称为“耕种”和“高粱”。它是一种由蝎子和香蕉属的耕作品种，具有很强的抗旱性。谷子作为一种重要的杂粮作物,是继小麦和玉米之后中国北方第三大种植作物,在农业经济发展中起着重要的作用目前,在谷子众多播种方法中,耧播、犁播和机播是最常用的3种。其中,耧播和犁播这两种播种方法有很大的缺陷,即播种量的精确度难以控制,且需要投入大量的人力;为了确保不缺苗,需要增加播种时的种子播量,从而增加了齐苗后间苗的难度,不仅费工、费种,增加了种植成本,且株距参差不齐,播种深度也不一致,影响作物产量,无法满足大规模播种作业的要求目前,国内外在精量排种器的研究上已经取得了很大的突破,但播种对象主要集中在小麦、大豆、玉米等大粒作物上,在进行谷子等小籽粒种子精量播种时技术并不完善,存在堵孔、排种困难、播量不准确等问题,有待进一步研究。因此,研制出符合谷子穴播农艺要求的精量排种器,已成为提高谷子机械化播种水平的的关键。1种子播种,吸收养分谷子穴播要求将谷子种子以一定的穴粒数、穴距、行距、播深播在田间,使每一粒种子在田间拥有足够的空间吸收土壤中的养分,提高对水分和阳光的利用率。播种时,要求播种深度一般为2～4cm,以防止由于土层过厚导致种子发芽后由于不能破土而被闷死在土壤中;成穴距离为8～13cm,使种子可以充分吸收水分、养分和阳光;每穴3～6粒种子,减少后期间苗环节2谷子穴播排种器目前,国外在精密播种机上不仅安装有技术成熟的整地、覆土、镇压、喷药及施肥装置,还配置了多种新型排种器,包括各种机械式排种器和气力式排种器,能够满足单粒精密播种的要求,已达到相当完善的程度。例如,法国摩诺赛公司生产的MONOSEMNC气吸式播种机、美国约翰迪尔公司生产John-Deere7000型精密播种机及德国贝克公司生产的AeromatII气吹式精密播种机分别配置不同结构原理的排种器,可以对棉花、大豆、甜菜、高梁和玉米等作物种子进行播种国外研究人员对谷子等小籽粒种子穴播排种器的研究始于20世纪60年代,欧洲Gianni等学者首先研制了采用真空式原理的谷子穴播排种器,开辟了一条针对谷子的精量穴播时代。Hudspeth和Wanjura等学者设计的X行播种装置的真空穴播排种器、Parish等学者设计的垂直排种盘式排种器,均在不同程度上提高了播种效率。伊朗学者Ja-fari和Fornstrom等人研制了谷子穴式精量排种器,对槽轮式穴播排种器的操作特点进行研究,采用螺旋输送式排种器来保证谷子穴播的均匀一致性。美国满胜公司研制的MONOSEM气吸式排种器、英国StanHay公司研制的S-780直播机所配置的气吸式排种器等在播种小粒径种子时均有较好的效果3谷子穴播中排种器存在的问题目前,我国已有部分学者开始谷子穴播排种器的研究,出现的排种器主要分为机械式和气力式两种,但都存在着一定问题,能够适应谷子穴播播种成熟形式的排种器尚未出现。3.1吸种器优化设计王磊等人针对目前谷子种植机械化程度低、人工劳动强度大、种植成本高的问题,以2BFQ-6型精量播种机上所配置的气吸式穴播排种器为研究对象,开展谷子种子的吸种和排种试验,研究了型孔类型、真空度及排种盘转速对排种器吸种和排种效果的影响,验证了气吸式精量排种器对谷子进行精量穴播播种的可行性吕冰等人对气吸式谷子穴播排种器加装了吸孔气流清理装置,并应用Fluent软件对不同的吸孔结构进行了流场模拟仿真分析,结果表明:在相同吸孔直径的情况下,吸种孔入口速度最大的型孔为倒角截顶圆锥体孔,其次为圆柱孔,入口速度最小的型孔为截顶圆锥体孔。同时,为确保仿真结果的准确性,进行了台架验证试验,结果表明:模拟结果与试验结果拟合度较高。此排种器在安装了气流清理装置后虽初步解决了利用气吸圆盘式排种器进行谷子穴播时容易出现的堵孔和相对成穴性较差的问题,但还存在播种时每穴的单粒率较高的问题王芳等人针对现有的谷子穴播排种器播种时伤种、吸种孔堵塞及成穴性差等问题,对气吸式排种器的吸孔形式进行了改进,设计了圆柱孔、倒角截顶圆锥体孔、截顶圆锥体孔和四棱台孔4种形式,并进行了对比试验,结果表明:在4种形式吸孔中,四棱台孔吸种效果最好,堵塞情况最少,相对成穴性最好,初步实现了采用气吸式排种器进行谷子穴播赵晓顺等人设计了一种基于真空负压原理的用于包衣谷子种子穴播的新型排种器,排种器吸孔采用组合吸孔的形式,并进行了台架正交试验,结果表明:气室真空度对排种器的排种效果有着重要影响,排种盘转速对播种均匀性起到了关键作用,尤其对穴粒数的准确性起到了决定作用;确定较优参数组合为吸孔直径2.0mm,真空度-0.8kPa,排种盘转速30r/min吴福通等人设计了一种正负气压组合式油菜精量直播排种器,依靠气吸充种和气吹投种来保证每穴种子粒数,解决堵孔问题,但对排种器的密封性具有较高要求,如果负压区和负压区出现泄漏现象,会造成两区相通,使种子在排种器内发生紊乱,影响播种质量李君针等人对气力式排种器结构复杂、种子损伤率大的缺点,设计了一种气力滚筒式小粒径排种器,通过集气吸和气吹为一体来保证吸种和排种的效果,但只适用于油菜等单粒精播的小籽粒作物廖宜涛等人以正负气压组合式小粒径种子精量排种器为研究对象,通过吸种运移状态图像拍摄试验,确定型孔漏吸、单粒吸种及重吸发生概率,开展吸种环节研究。研究明确了正负气压组合式小粒径种子精量排种器吸种环节影响机制和用于计算吸种临界负压的可靠性系数模型,为气吸式小粒径种子排种器的设计与性能提升提供了参考刘晓辉等人设计了一种小粒径气力滚筒式精量排种器,探究了小粒径气力滚筒式排种器的工作原理与工作过程,并确定了其结构组成和主要结构与运行参数。同时,应用动力学与运动学原理对种子在排种过程各主要阶段进行分析,并借助软件对小粒径气力滚筒式集排器的气室进行计算机数值模拟,获得优化参数组合;以排种性能为试验指标,开展了台架试验与田间试验对排种滚筒转速、正压区压力值、负压区压力值等运行参数及正压区位置和进出气方式等工作参数对排种性能影响的试验研究,获得了最佳参数组合李兆东等人针对现有气力式油菜排种器高速播种作业过程中种子难以从种群中快速分离被吸孔准确吸附产生漏播率高的问题,设计了一种提高油菜高速直播充种性能的槽齿组合式吸种盘,并对设计后的排种盘进行了吸附性能试验。试验结果表明:在相同真空度条件下,随排种盘转速的升高,重播率呈下降趋势,漏播率呈上升趋势,合格率呈下降趋势;在排种盘转速相同的情况下,合格率随真空度的增大呈上升趋势,漏播率呈下降趋势,重播率呈上升趋势;在排种盘转速为10～110r/min、真空度为1.5～2.5kPa条件下,合格率高于92.0%,漏播率和重播率之和小于8.0%。研究结果可为气力式小籽粒种子高速精量排种器结构的改进与优化提供参考康施为等人针对气吸滚筒式排种器能量消耗大及吸孔易堵塞等问题,设计了一种采用气流清种、隔压板隔开气室减小负压气室空间及滚轮式清堵装置对吸孔进行清理等方式的气吸滚筒式精量排种器,以滚筒转速、吸孔直径、真空度为试验因素,以合格率、重播率、漏播率为评价指标,对设计后的排种器进行了相关台架正交试验,并通过极差与方差分析确定了影响排种性能的主次因素和最佳参数组合。试验结果表明:当真空度为-4.5kPa、滚筒转速为10r/min、吸孔直径为3.5mm时,排种效果最好,此时合格率为93.2%,漏播率为2.1%,重播率为4.7%,排种效果最好,满足棉花精量播种的国家标准3.2窝眼排种器性能检测边胤等人设计了一种往复式谷子穴播排种器,使排种器在播种机上做往复运动,排种器向前、向后的运动时均排出种子;然后,种子经落种斗、定位器均匀地落在开好的种沟中,以此来保证种子的投种精度。整个排种器采用近似无压力设计,不会对种子造成机械损伤,往复式排种器的振动能够驱导种子向型孔运动,改善充种效果。试验与分析表明:往复式排种器不仅能够实现谷子穴播播种,免去间苗环节,还能够通过更换排种型板适合其他近似椭圆形状种子的单粒、多粒和穴播需要,通用性较高裴进灵等人针对普通垂直窝眼轮式排种器充种效果差和对种子损伤严重的问题,设计了一种带清种槽窝眼轮式谷子穴播排种器,清种槽不仅解决了充种效果差的问题,还实现了无清种板(刷),依靠重力清种,且种子进入窝眼后,与其它部件无滑动接触,在简化了排种器结构的同时减少了种子的破损率崔清亮等人设计了一种倾斜圆盘式谷子精少量排种器,依靠重力进行充种和柔性清种,减小了对种子的机械损伤。工作时,通过弹性推种器将卡在充种孔内的种子拨下,使种子即使穿过落种孔也不损伤种子,并进行了台架性能试验,结果表明:谷子穴距符合理论穴距,合格率大于86%,重播率小于12%,漏播率小于7%,合格穴距变异系数小于5%,播量均匀、工作性能可靠刘晓东等人针对由于蔬菜种子体积小、形状不规则很容易造成种子的损伤,使气力式小籽粒蔬菜种子排种器的加工制造成本高、结构复杂,机械式小籽粒蔬菜种子排种器存在排种精度不足及可靠性差等问题,设计了一种沉孔轮式排种器,并完成了排种器的试制与试验谢伟等人针对传统窝眼式排种器在进行谷子、油菜等小粒种子精量播种时,存在重播率和漏播率较高且种子分布不均匀等现象,以湖南农业大学所研制的2BYG-220型油菜联合播种机所配置的窝眼轮式排种器为研究对象,通过JPS-12型排种器性能检测试验台进行台架试验,在满足排种稳定性变异系数、排种均匀变异系数要求的前提下,寻找其最佳窝眼轮转速和机组前进速度,为窝眼轮式小籽粒排种器结构的改进及播种机的性能的完善提供强有力的支持邢鹤琛等人为满足油菜播种要求、改善排种器排种质量、简化排种器结构及避免机械式油菜排种器排种时容易对种子造成机械损伤和型孔堵塞等问题,设计了一种无需清种与护种装置斜锥型孔轮式油菜排种器,提出一种油菜双圈型孔交错排布以及斜锥形型孔结构,分别建立了充种、护种、排种过程的动力学模型,并进行了多因素台架试验。试验结果表明:当型孔后倾角为20°、充填高度为基准高度、型孔轮转速为20r/min时,各行排量一致性变异系数小于6.00%,总排量稳定性变异系数小于1.25%,伤种率小于0.5%4杏仁穴栽培技术的困难1种子损伤。种子损伤由于谷子种子体积较小,如果排种器零部件之间存在缝隙,种子容易进入缝隙中,进而被挤压而造成机械损伤。2气吸式排种器播种时糠皮的漏播率由于谷子种子体积小,还含有包衣糠皮,在采用气吸式排种器进行播种时,这些糠皮容易进入吸气孔造成堵塞,导致漏播率升高,从而发生穴粒数不准确的现象,造成播种质量下降。3成穴效果差由于谷子种子质量轻,在下落过程中受空气干扰较大,使得种子在脱离排种器后无法落入预定区域,特别是投种高度较大时,无法保证良好的成穴效果。4稳定性和成穴效果差气吸式谷子穴播排种器对负压室的严密性和气压的稳定性要求较高,利用吸孔两侧压差吸取种子进行穴播播种,如果气压不稳定或者有气体泄露,就会使种子发生紊乱,影响播种均匀性和成穴效果。5高转速下种子充注效果较差当排种盘(轮)转速较高时,因充种孔经过充种区时间较短,导致充种孔内实际充种粒数小于预期值,使播种时穴粒数不准确。6低电脑由于谷子种子体积小、质量轻,且在播种作业过程当中灰尘大,有光照影响,使播种质量监控系统的研究困难。5高速高效排种器性能试验目前谷子穴播种植方式中存在的问题,也同样存在于油菜等小粒作物及玉米、大豆等大粒作物的播种过程中,因此越来越多的学者致力于气力机械组合式排种器的研究,旨在通过将气力式和机械式组合的方式,实现两类排种器的优势互补,从而提高播种质量。殷德峰等人结合气力式和窝眼轮式的特点,设计了一种气力窝眼轮式小粒径种子排种器,且设计了一种齿状推种装置解决型孔堵塞问题,并通过对推种轮和窝眼轮啮合关系的分析,得到推种轮齿形公式和齿厚角计算公式。同时,对推种轮与窝眼轮进行啮合试验,发现推种轮与窝眼轮啮合平稳,运行可靠张国忠等为了提高气力式水稻穴播排种器的播种效果,在排种盘上设计了一种由2个搅种齿组成的导向型搅种装置,并对排种器进行了性能试验,结果表明:安装导向型搅种装置后的排种器,在高转速时的播种质量得到提高,对真空室负压的要求较低,导向型搅种装置对种子存在支撑、导向、分离与摩擦等辅助充种作用,可以改善气力式水稻穴播排种器的播种质量刘佳等人设计了一种基于机械内充种式排种器的结构特点和气吹式排种器的单粒留种原理的机械气力组合式玉米精密排种器,对关键部件进行了设计计算,并对吸种所需负压值、合格率、重播率、漏播率等性能指标进行了台架试验。试验结果表明:排种器吸种所需负压值低、播种合格率高,能够满足高速作业需求贾洪雷等针对现有的气吸式排种器当负压骤降时漏播率急剧升高的问题,设计了一种在排种盘上同时设有导种槽、取种槽和吸孔3种充种装置的气吸机械复合式大豆精密排种器。工作时,种子沿着导种槽运动至取种槽,吸孔处存在有吸力,种子依靠3种充种装置的共同作用吸附在吸孔上,完成充种,保证负压骤降时排种器的播种质量。通过台架试验与勃农气吸式排种器和MASCHIO气吸式排种器进行单因素对比试验,结果表明:当负压较低时,所设计的排种器播种合格率优于其它两种排种器史嵩等针对气吸式排种器高速作业时充种效果差、充种所需压力高等问题,设计了一种驱导辅助充种气吸式精量排种器,通过在排种盘上设置曲线型导种槽,借助原有种子群体接触体系,在充种时迫使种子主动沿着导种槽的曲线方向逐渐移动至吸孔处,使种子群体变成松散状态,降低种间摩擦力,改善高速作业时的充种效果。对导种槽曲线方程进行理论计算,确定了导种槽的结构。为了验证设计结果,与其它两种气吸式排种器分别在-5、-6kPa条件下进行单因素对比试验,结果表明:所设计的排种器在高速作业条件下的播种合格率优于其它两种排种器杨丽等针对气吸式排种器在播种玉米时存在漏播率较高,特别是在地头由于负压急剧降低导致漏播率瞬间升高等问题,设计了一种利用机械托种盘进行辅助护种的气吸式玉米精密排种器,利用托种盘窝眼对种子的托附和夹持作用实现播种过程中对种子的辅助护种。对托种盘的主要结构参数进行了设计计算和分析,对设计后的排种器进行了性能试验,结果表明:在真空度为-3kPa时,排种器的各项性能指标均明显优于传统气吸式排种器真空度在-4kPa时,且漏播率比传统气吸式排种器相对降低29%丁力等人针对现有的气吸式玉米精密排种器在高速播种作业时充种效果差,导致漏播率高、对真空度需求量大等问题,设计了一种设有辅助充种结构排种盘的气吸式玉米高速精密排种器。该排种器在充种区利用型孔凸台扰动种群,将种子从种群中分离出来,并托持种子向吸种孔运动,起到辅助充种作用;在排种区种子能够在型孔凸台推动力和卸种轮顶出力的作用下均匀排种。对排种器的关键部件进行设计计算,并对排种器进行台架试验,结果表明:所设计的排种器能够提高播种合格率,改善高速作业时的充种效果,降低漏播率,在作业速度8～14km/h、真空度为-3.71～-3.21kPa时,合格率达到91.3%以上,漏播率均小于5.1%,重播率均小于3.6%,可实现有效排种颜