本文摘要：摘 要: 我國草牧業發展迅速，但依舊存在牧草需求供應不足的問題。牧草機械化種植是提高牧草產量及品質 的主要方式，其播種方式及器具對機械化種植效率的影響尤為重要。國內專用小粒徑牧草種子的排種器種類極 少，牧草種子大都利用小麥等糧食作物排種器具進行
摘 要: 我國草牧業發展迅速，但依舊存在牧草需求供應不足的問題。牧草機械化種植是提高牧草產量及品質 的主要方式，其播種方式及器具對機械化種植效率的影響尤為重要。國內專用小粒徑牧草種子的排種器種類極 少，牧草種子大都利用小麥等糧食作物排種器具進行播種，適用性較差，造成了種子浪費及播量不均等問題。因 此，研發牧草專用排種器及相關監測裝置對提高牧草機械化種植效率具有十分重要的意義。
關鍵詞: 牧草; 小粒徑種子; 精密排種器; 紅外監測
0 引言
草業可以為畜牧業提供堅實的飼料基礎，依靠豐 富的草地資源發展畜牧業對建設小康社會、調整產業 結構和促進農民增收等諸多方面具有重要意義。當 前，我國草牧業面臨草產品需求量快速增加但供應量 不足的狀況。機械化作業是提高牧草播種效率與播 種質量和產量的主要手段，但目前我國牧草機械化種 植還存在較多不足，尤其缺少精密播種機具及工藝， 因此，進行播草精密播種機構的研究具有非常重要的 意義。
國內專用小粒徑牧草種子排種器種類極少，牧草 種子大都是利用小麥等糧食作物排種器進行播種，影 響草場播種質量。隨著科學技術不斷發展及農藝要 求不斷升級，對播種質量要求越來越高，精密播種技 術應運而生。精密播種優化了種苗的密度，確保種苗 生長擁有合理的生存空間，有利于擴大良種覆蓋面 積，達到提高作物產量的目的。但在播種過程中，牧 草種子易出現籽種大量傾瀉、架空，以及播量不均且 難以監測等問題，使作業過程無法順利進行，研發高 效牧草專用排種系統勢在必行。
1 牧草精密排種器總體結構及工作原理選擇
9BS-2.4 型播種機作為試驗機型，選擇具有 代表性的苜蓿種子作為設計參考對象。依據國家牧 草產業技術體系標準與魏永鵬等人播量試驗結果可 知: 行距為 200mm 時，紫花苜蓿播種量為 16kg / hm2 ， 可以使牧草達到最優的生長效果[1-4]。本研究在此基 礎上進行牧草排種器的設計。
2 精密排種系統構件設計
2.1 排種器設計
2.1.1 排種器類型選擇
通過分析種子物理特性，考慮到排種通用性等因 素，選擇外槽輪結構排種器。
2.1.2 外槽輪排種器設計
1) 槽輪直徑 d: 參照播種油菜等小粒徑種子標準， 槽輪直徑選取 24 ～ 28mm 的標準[5]。牧草種子比油菜 種子稍小，要維持播種過程中均勻性，選擇 24mm 的直徑進行槽輪設計。 2) 槽輪工作長度 L: 工作長度影響排種連續性。 其長度設計依據牧草種子物理特性及排種量進行選 擇，本試驗選擇槽輪工作長度為 33mm。
3) 凹槽類型與槽數 Z: 選擇直槽型，有利于小粒徑 種子排種。常用槽數 Z = 8 ～ 16，由于本研究是針對于 小粒徑種子進行設計，外槽輪直徑相對較小，槽數設 計盡量少才不會降低排種的均勻性，因此選擇槽數 Z = 8。 4) 槽輪轉速 n: 一般來說，槽輪運轉速度在 10 ～ 60r /min 這個范圍以內播種效果較好。為了適應小粒 徑牧草種子質量輕、落速慢的特點，播種機前進速度 不能太快，選擇 6km / h 的速度進行排種。經過試驗可 知: 工作長度 33mm 的單槽可容納約 400 粒苜蓿種子。
按照 16kg / hm2 的播量進行計算，單個排種器播量為 1598 粒/ m，播種機速度為 1. 67m / s，行 走 1mm 需 要 0.625s 的時間，即 1598 粒種子需要在 0.625s 內播完， 等同于每秒需要播 2556 粒種子，需要 6 個槽轉動進 行落種，即外槽輪轉速 0. 75 圈/ s。計算可得: 槽輪轉 速 n = 45r / min[6-9]。 根據加工經驗，復合材料制造的外槽輪排種器工 作性能較好，成本較低，表面光滑度對牧草播種影響 不大。
2.1.3 阻塞片設計
阻塞片與外槽輪形狀一樣，槽 數 為 8，直 徑 為 26mm。阻塞片與外槽輪主體相連且固定其上，在外 槽輪排種器改變工作長度來調整播量時防止種子的 漏出[10]。
2.1.4 阻塞輪設計
阻塞輪有 2 個凸棱，用于和槽輪主體進行固定， 嵌合主體之后可在其導軌凹槽內來回移動，達到調節 槽輪工作長度及播量的目的。在材料選擇上，使用硬 質復合材料進行制造。
2.2 種箱螺旋攪龍設計
2.2.1 螺旋攪龍結構與參數設計
螺旋攪龍用于牧草種子疏松與輸送。所設計的 螺旋攪龍為單螺旋固定攪龍結構，選擇鏤空水平式輸 送方式[1 1 - 12]。
2.3 導種管設計
導種管是排種器與種溝間的連接部件，要求其對 種子下滑過程干擾小，具有可彎曲性，以適應不同播 種方式需求。本文探究利用“零速投種”理論提升導 種管工作性能，使種子到達種溝時水平相對速度接近于零[1 3]。
2.3.1 導種管工作曲線軌跡設計
導種管工作曲線設計思路及方法: 種管形狀為減 函數曲線，種子運動速度方向隨著種管斜率而變化， 到達種管口處時形成較大水平分速度，有利于零速播 種。
2.3.2 實際導種管曲面軌跡計算
槽輪排種器槽輪直徑 24mm，轉速 n = 45r / min，種 子與導種管摩擦系數 μ = 0. 4，種子著地速度 va = 1.2 m / s，β = 90°，農機前進速度 ve = 6km / h( 即 1.67m / s) 。 根據這組數據，確定導種管工作面曲線形狀。通過分 析與計算，得到導種管工作面曲線方程為: y = 1.9x - 0.003x2 。
2.3.3 球形散種面
為保證牧草種植密度，提高牧草種子使用效率， 選用撒播方式進行播種作業。因此，設計了球形散種面，置于排種管下方; 當種子經過導種管下落時，落到球形散種面上。由于種子會碰撞到其各個弧面，因此 種子隨機彈向周圍各個方向，形成高效自然撒播效 果。
3 播種作業的監控裝置
為實現精量播種，及時發現并排除工作故障，研 發了適合不同排種要求的精種作業監控裝置。圖 9為中國農業科學院草原研究所研制的高精度數粒傳 感器。工作原理: 種子從排種器排出后，通過高精度數 粒傳感器感應區域，遮擋紅外線產生截斷信號，控制 器記錄傳感信號，記為種子播量。 數粒傳感器在工作過程中，當種子從排種器下落 時，會出現種子之間相互遮擋，卻只有 1 次光束遮斷 的情況發生，產生計數偏少的誤差。
為了減小這種情 況所造成的誤差，需要使種子下落到感應平面處時盡 量不要重疊( 即實現種子相互不遮擋) ，從而提高感應 裝置的采集數據的準確性。其橫截面為三角形下漏斗， 最底端開有一定尺寸的下漏口。下漏口大小需要考 慮種子的正常流量下落，既不會造成種子卡殼影響播 種，又要防止種子在下落時形成相互遮擋的情況。
因 此，下漏口寬窄選擇為種子最大粒徑的 1.25 倍較為合 適。散種部件兩側可以進行旋轉移動，兩端裝有固定 螺栓用以調整漏種口大小，具有很好的適應性。種子 從排種器下落到散種部件中，會有種子反彈濺射，為 了防止種子彈出，在散種部件上部兩端增設封蓋，保 證排種作業的順利進行。
4 試驗 試驗設定排種器槽輪為最長工作狀態，即長度為 33mm，此時排種器落種數量最大，對數粒傳感器的監 測難度最高，且能夠較為精確地對排種器性能進行監測，研究結果對產品的性能改進有實用價值，具有代表性。
4.1 試驗目的
對上文中所設計排種監測系統按照田間工作模 式進行模擬試驗[14]，試驗主要目的如下: 1) 檢測所設計的外槽輪排種器在實地播種作業 過程中的運行準確性和可靠性; 2) 檢測所設計的散種部件工作性能及計數傳感 器的可靠性和準確性; 3) 檢測所播種子物理特性，計算傷種率，驗證系 統的播種性能。 試驗儀器: 外槽輪排種器、散種部件、高精度數粒 計數器及微電腦自動數粒儀。
農業論文投稿刊物：農機化研究主辦單位黑龍江省農業機械學會/黑龍江省農業機械工程科學研究所，創刊時間1979出版周期月刊郵發代號14-324開 本大16開ISSN1003-188XC N23-1233/S。
5 結論
1) 所設計的外槽輪式排種器可以保證穩定的工 作狀態并使種子破損率處于很低的數值，適合小粒徑 種子排種。 2) 本文所設計高精度數粒傳感器可以精準測量 排種量，平均精度 82%以上，且具備較高的實用價值。 3) 在添加散種部件進行數粒監測后，發現種子計 數精度明顯提高，其中小粒徑種子計數精度提高了 7% ～ 8%。由此可見，散種部件對于精確計數具有明 顯的提升作用。
參考文獻:
[1] 魏永鵬，南麗麗，于闖，等.種植密度和行距配置對紫花苜 蓿群體產量及品質的影響[J].草業科學，2017，34( 9) : 1898-1905.
[2] 王泰恩，張寶庫.零速投種導種筒工作面曲線設計的理論 探討[J].黑龍江八一農墾大學學報，193( 1) : 46-51.
[3] 焦巍，布庫，陳啟淵，等.9BS-2.4 苜蓿草種籽播種機的設 計研究[J].農機化研究，2015，37( 9) : 118-121.
作者：焦 巍1，2 ，劉坤宇1 ，顧麗霞3 ，布 庫1
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