條播機(jī)落種部件的結(jié)構(gòu)及參數(shù)優(yōu)化,農(nóng)業(yè)機(jī)械化論文

條播機(jī)落種部件的結(jié)構(gòu)及參數(shù)優(yōu)化,農(nóng)業(yè)機(jī)械化論文據(jù)糧農(nóng)組織(FAO)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可知,2018年我們國家主要糧食作物小麥產(chǎn)量高達(dá)1.174億t,油菜等油料作物產(chǎn)量為150萬t,皆居世界首位.伴隨著我們國家耕地面積的不斷下降及農(nóng)村勞動(dòng)力的減少,出現(xiàn)了糧食供給與需求之間的不平衡,使我們國家糧食安全問題日益突出.多年的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)歷體驗(yàn)證明,糧食增產(chǎn)、農(nóng)民增效最有效的方式方法和途徑就是提升良種的增產(chǎn)潛力,培育和推廣農(nóng)作物優(yōu)良品種,即通過提高育種水平提高我們國家的糧食單位面積的產(chǎn)量[1-2].由于播種作業(yè)是小區(qū)試驗(yàn)最基本環(huán)節(jié),也是最重要、最費(fèi)工和費(fèi)時(shí)的環(huán)節(jié).為保證育種試驗(yàn)具有較高的試驗(yàn)精度,國內(nèi)育種單位通常采用較原始的人工播種方式來完成此項(xiàng)作業(yè).這種播種方式在一定程度上避免了種子間的互相混雜,但同時(shí)存在著勞動(dòng)強(qiáng)度大、延誤工時(shí)、漏種及播種均勻性差的缺陷.我們國家對于小區(qū)播種機(jī)的研究始于20世紀(jì)80年代,進(jìn)行了初步的研究試驗(yàn);但21世紀(jì)以來,由于國家重視程度、研究成本、市場推廣及扶持力度的影響,我們國家在小區(qū)育種播種機(jī)排種裝置方面的理論研究甚少.同時(shí),由于國內(nèi)研制的排種裝置存在著下面幾點(diǎn)問題,使得小區(qū)條播機(jī)械難以被推廣應(yīng)用:①小區(qū)播種機(jī)播種均勻性差;②小區(qū)播種機(jī)錐體格盤等關(guān)鍵部件分種工作經(jīng)過中存在脈動(dòng)現(xiàn)象;③小區(qū)地頭漏播、重播現(xiàn)象嚴(yán)重.因而,亟需加強(qiáng)中國育種機(jī)械化技術(shù)的研究,提高國內(nèi)育種機(jī)械化作業(yè)水平,改變國內(nèi)育種單位的育種規(guī)模偏小、育種手段較為落后的現(xiàn)在狀況,提高育種工作效率,節(jié)省投資,縮短新品種的推出周期,這對于扭轉(zhuǎn)大田作物良種依靠從國外引進(jìn)的趨勢、保證我們國家的糧食安全具有重大的現(xiàn)實(shí)意義.1排種裝置工作原理在小區(qū)育種試驗(yàn)機(jī)械化播種裝備中,排種裝置作為播種機(jī)械的核心作業(yè)部件,其工作性能是決定播種機(jī)特性及整機(jī)作業(yè)性能、影響育種試驗(yàn)播種精度的最重要的因素[5].2BY-6型育種試驗(yàn)小區(qū)條播機(jī)使用的錐體離心式排種裝置如如此圖1所示.育種試驗(yàn)條播機(jī)舍棄了傳統(tǒng)的純機(jī)械式傳動(dòng)方式,采用了由電控系統(tǒng)控制的電力驅(qū)動(dòng)方式.在工作的經(jīng)過中,工作人員將種子倒入存種漏斗,條播機(jī)控制器根據(jù)測程輪發(fā)出的脈沖信號控制存種筒提升手柄工作,種子順著錐體流入格盤中;然后,育種試驗(yàn)條播機(jī)控制根據(jù)所接受的脈沖信號控制變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)速,驅(qū)動(dòng)格盤、離心分配器工作,使其能夠?qū)嵢缃褚?guī)定的行長內(nèi)播完定量的種子,使育種試驗(yàn)條播機(jī)具有自凈功能[6].2錐體格盤分種運(yùn)動(dòng)的相關(guān)分析本研究擬以課題組研制的2BY-6型小區(qū)播種機(jī)落種裝置為試驗(yàn)對象,進(jìn)行大量室內(nèi)試驗(yàn)研究落種充種裝置在不同構(gòu)造參數(shù)與工作參數(shù)下,對小麥育種試驗(yàn)播種種均勻性的影響,以期為獲得落種裝置的最佳工作條件和各排種環(huán)節(jié)共用參數(shù)的最佳工作條件提供試驗(yàn)根據(jù).2.1存種筒的運(yùn)動(dòng)分析存種筒的構(gòu)造如此圖2所示.其運(yùn)動(dòng)采用了直動(dòng)滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)原理,通過導(dǎo)向分種錐的導(dǎo)向作用,保證存種筒的直線運(yùn)動(dòng).經(jīng)大量的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),存種筒的運(yùn)動(dòng)情況能直接影響錐體的分種效果:若存種筒在其提升的經(jīng)過中出現(xiàn)向一側(cè)偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象,則種子流在流出時(shí)流向?qū)?cè)的就會(huì)相對較多,影響了錐體的分種均勻性.因而,需保證存種筒的提升經(jīng)過的直線運(yùn)動(dòng),減少影響錐體分種效果的不必要因素.對存種筒整個(gè)提升經(jīng)過進(jìn)行受力分析發(fā)現(xiàn),當(dāng)其被提升至最高點(diǎn)、處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)可能存在下面兩種情況:1)當(dāng)存種裝置到達(dá)最高位置時(shí),對存種裝置進(jìn)行受力分析,如此圖3(a)所示.根據(jù)牛頓第三定律可知:其本身重力與提升桿提供的支持力是一對作用力與反作用力,且總是大小相等、方向相反、作用在同一條直線上.此時(shí)存種裝置處于受力平衡狀態(tài),保證存種筒保持垂直狀態(tài).2)存種裝置所受的支持力與本身重力不重合,這樣產(chǎn)生一個(gè)繞提升手柄支撐點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的扭矩,存種裝置受力不平衡,如此圖3(b)所示.因而,存種裝置在提升經(jīng)過中易出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象.這種狀態(tài)存種裝置被提升時(shí),通過導(dǎo)向分種錐與導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)軸的互相作用保證存種筒做直線提升運(yùn)動(dòng);但由于分種錐與導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)軸是間隙配合,在存種筒提升至較高位置時(shí)存種裝置無法保證其在提升經(jīng)過中不出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象,進(jìn)而影響錐體分種均勻性[7].2.2落種部件對分種均勻性的影響育種試驗(yàn)以小區(qū)為播種單元,所播的品種多而數(shù)量少,要?jiǎng)?wù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性高,故其有特殊要求:1)能夠把一份種子均勻地、全部地播種在規(guī)定的行長內(nèi)-播種均勻性技術(shù)要求;2)播完每個(gè)品種或每個(gè)小區(qū)后,種子箱內(nèi)必須無剩余種子-育種自凈能力;3)播后田間呈規(guī)格化.播種均勻性是小區(qū)育種試驗(yàn)播種作業(yè)的重要性能指標(biāo)之一.當(dāng)前,國內(nèi)主要是通過分析排種器的構(gòu)造參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行育種試驗(yàn)條播機(jī)播種均勻性的研究;但在落種部件的構(gòu)造參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)與排種器播種均勻性及其自凈性能之間的影響關(guān)系方面還缺乏分析和研究[8].小區(qū)育種試驗(yàn)條播機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)份量播種是其最基本的農(nóng)藝要求.現(xiàn)今國內(nèi)的育種試驗(yàn)條播機(jī)大多采用錐體格盤式排種器,種子流經(jīng)過錐體分種全部落入格盤的時(shí)間t不僅僅是影響條播機(jī)播種均勻性的一個(gè)重要的參數(shù),同時(shí)還會(huì)對育種自凈性能產(chǎn)生影響.首先,對分種經(jīng)過影響的方面進(jìn)行分析,在種子流從存種筒落入錐體格盤的同時(shí),錐體格盤排種裝置始終在進(jìn)行著分種、排種的工作,因而落種時(shí)間t越小對錐體分種均勻性的影響便越小;假如落種時(shí)間t增加到一定程度時(shí),當(dāng)錐體格盤排種裝置轉(zhuǎn)動(dòng)1周完成1次排種工作后,某些格槽內(nèi)可能會(huì)有剩余的種子存在,進(jìn)而構(gòu)成了二次充種的情況[9].國內(nèi)大多數(shù)育種試驗(yàn)條播機(jī)都存在這種現(xiàn)象.條播機(jī)把格盤內(nèi)剩余的種子播到設(shè)置的小區(qū)外,不僅僅影響育種試驗(yàn)的試驗(yàn)精度,而且影響錐體分種的均勻性,種子損失率較大,進(jìn)而影響育種試驗(yàn)條播機(jī)的工作性能[10].3試驗(yàn)研究分析3.1試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)根據(jù)相關(guān)的室內(nèi)試驗(yàn)研究,發(fā)現(xiàn)存種筒提升高度h存、存種筒的內(nèi)徑D存、種子的播種量M播都是影響種子流落種時(shí)間t大小的影響因素.根據(jù)存種筒的落種試驗(yàn)要求,且保證試驗(yàn)方案具有正交性[11],根據(jù)因素個(gè)數(shù)和個(gè)因素均取零水平的試驗(yàn)點(diǎn),選取適宜的相關(guān)系數(shù)r進(jìn)行中心化處理,并對以上3個(gè)試驗(yàn)因素進(jìn)行因素水平編碼,對試驗(yàn)因素進(jìn)行水平編碼,如表1所示.3.2試驗(yàn)結(jié)果分析參照所選的因素與試驗(yàn)因素水平編碼表,對試驗(yàn)指標(biāo)落種時(shí)間進(jìn)行三元二次回歸正交試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)[12].落種部件的試驗(yàn)設(shè)計(jì)就是對落種部件的試驗(yàn)方案進(jìn)行科學(xué)合理的布置(見表2),以到達(dá)最優(yōu)的試驗(yàn)指標(biāo).試驗(yàn)設(shè)計(jì)就是要在全面試驗(yàn)空間域中按一定的準(zhǔn)則選取適當(dāng)?shù)目臻g試驗(yàn)點(diǎn),以到達(dá)在減小試驗(yàn)次數(shù)的情況下還能獲得必需的信息量以進(jìn)行結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析.存種裝置的提升落種試驗(yàn)所選的3個(gè)因素都經(jīng)過了無量綱的線性編碼處理,并且三因素的一次項(xiàng)回歸系數(shù)bj之間,bj與3因素(Z1、Z2、Z3)的交互項(xiàng)(Z1Z2、Z1Z3、Z2Z3)回歸系數(shù)bkj、平方項(xiàng)(Z12、Z22、Z32)的回歸系數(shù)bjj之間也都是不相關(guān)的,所以能夠根據(jù)回歸系數(shù)絕對值來確定三因素一次項(xiàng)對排種均勻性的影響程度.根據(jù)表2所示的試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)與試驗(yàn)結(jié)果可知,影響落種時(shí)間影響因素的交互項(xiàng)Z1Z3、Z2Z3的回歸系數(shù)b13、b23與零相差無幾.因而,能夠?qū)⑵渲苯訌姆匠讨刑蕹?通過檢驗(yàn),二次項(xiàng)Z1Z2及Z12Z22Z32的回歸系數(shù)的顯著水平0.25,所以也應(yīng)該剔除.由回歸方程可知t=0.485-0.088z1-0.089z2+0.052z3,則有統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果表示清楚,上述方程的顯著性水平為0.001,并且擬合得很好,能夠以為是最優(yōu)回歸方程.4結(jié)論通過上述試驗(yàn)分析及通過三元二次回歸正交試驗(yàn)得到的回歸方程,能夠得出如下結(jié)論:存種筒提升高度、存種筒的內(nèi)徑及種子的播種量這3個(gè)試驗(yàn)因素對錐體分種均勻性影響的主次關(guān)系為:D存h存M播.1)從知足育種試驗(yàn)播種農(nóng)藝要求的角度出發(fā),對落種部件的工作原理、工作經(jīng)過進(jìn)行分析,指出了落種裝置的各個(gè)部件怎樣通過機(jī)械方式知足播種的農(nóng)藝要求.2)從保證存種筒的提升桿的豎直提升角度對提升經(jīng)過進(jìn)行力學(xué)分析,從力學(xué)角度分析出影響存種筒在提升時(shí)發(fā)生偏斜的原因,為設(shè)計(jì)存種筒部件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)提供了理論根據(jù),保證了在落種時(shí)存種筒的豎直狀態(tài).3)通過對影響種子流落種時(shí)間的因素進(jìn)行試驗(yàn)研究,對試驗(yàn)結(jié)果利用SPSS數(shù)據(jù)里處理軟件處理數(shù)據(jù),得出時(shí)間t與提升高度h存、存種筒內(nèi)徑D存、播種量M播之間的回歸方程關(guān)系為當(dāng)前,育種專家需要根據(jù)當(dāng)?shù)赜N試驗(yàn)基地所使用的種子活性、試驗(yàn)田的土壤肥力以及當(dāng)?shù)厮赜械臍夂颦h(huán)境等因素確定規(guī)定行長內(nèi)所需要的播種量.因而,在播種量一定的前提下,通過上述試驗(yàn)所確定的三者之間關(guān)系,在小區(qū)育種條播機(jī)的設(shè)計(jì)時(shí)合理地選擇存種筒的內(nèi)徑及存種筒提升高度,避免落種時(shí)間過長,減少其對播種機(jī)播種均勻性的影響,提高小區(qū)試驗(yàn)的精度.以下為參考文獻(xiàn):[1]宋江騰.小區(qū)播種機(jī)構(gòu)造設(shè)計(jì)和試驗(yàn)研究[D].北京:中國農(nóng)業(yè)大學(xué),2004.[2]郭佩玉.實(shí)現(xiàn)田間育種機(jī)械化,加速新品種的育成[J].種子世界,1994(10):14-15.[3]郭佩玉,汪裕安.亟待發(fā)展的田間育種試驗(yàn)機(jī)械化[C]//全國種子工程學(xué)術(shù)研討會(huì).北京:中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)田間育種試驗(yàn)機(jī)械化專業(yè)委員會(huì),1996.[4]尚書旗,楊然兵,殷元元,等.國際田間試驗(yàn)機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)在狀況及瞻望[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2018,26(S1):5-8.[5]劉曙光.小區(qū)育種播種機(jī)關(guān)鍵裝置的設(shè)計(jì)與機(jī)理分析[D].沈陽:沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué),2018.[6]郭佩玉,施森寶,汪裕安.田間育種機(jī)械化與種子加工當(dāng)代化[M].北京:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社,1998:14-17.[7]劉曙光,尚書旗,楊然兵,等.小區(qū)播種機(jī)的發(fā)展分析[J].農(nóng)機(jī)化研究,2018,33(3):237-241.[8]劉俊峰,楊欣,馮曉靜.2BF-8型小麥精播機(jī)播種均勻性影響因素分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2001,17(6):64-68.[9]劉曙光,尚書旗,楊然兵,等.小