气吹式排种器导种筒设计及试验分析

韩国靖，于洪斌，李洪刚，赵新天

(吉林省农业机械研究院，长春 130021)

0 引言

播种是农业生产中重要的一环，除山地、丘陵等难以实现大型机械化作业的区域，绝大部分耕地都可通过多行精密播种机来提高播种效率。为了提高土壤质量，我国通过推广免耕播种来缓解传统深耕给土壤带来的压力。因免耕播种所带来的播种难度提高是个无法避免的问题，现广泛采用的排种器多为机械式排种器，但机械式排种器在工作时因种子形状等原因出现卡种等中止作业的情况。随着播种速度的提升，气力式排种器的使用数量也愈发增加。气力式又可根据工作方式分为气吹式与气压式，本文则针对一种气吹式排种器进行研究。该类型气吹式排种器大多采用气流携种投种，无法采用传统的零速投种，因此有必要针对种子在最终投种部分进行优化，以减少种子的偏移。

1 导种筒类型

导种筒一端为连接管，固定在播种单体上，因此导种筒的入种角度为固定值，同时为了保证投种高度的一致性，导种筒的垂直高度为定值，需通过改变出种角度来调整导种筒样式，最终决定出种角为90°、60°及30°。导种筒结构如图1所示。

图1 导种筒

2 导种筒试验分析

因机具前进速度是影响投种效果的重要因素，为了保证试验样机速度的稳定性，本次试验在播种土槽试验台上进行，试验平台速度为2.5 m·s-1，3 m·s-1以及3.5 m·s-1，对应机具工作速度9 km·h-1、10.8 km·h-1及12.6 km·h-1。本试验通过株距合格率来验证导种筒设计的合理性。

2.1 正交试验因素的确定

为了得到相对较优的组合，本次正交试验选取导种筒形状和风速作为正交试验的两个因素，两因素均采用三水平。考虑到两水平的交互作用，本文采取L9(34)正交表进行试验。正交试验的因素和水平如表1所示。

表1 正交试验因素水平表

2.2 9 km·h-1组试验

试验目标是在区域内比例和株距合格率越高越好。从表2可以看出，对于种子在区域内比例影响的主次因素为导种筒出种角度A、导种筒出种风速B及交互作用A×B，最优组合为A1B1。对于在9 km·h-1下的株距合格率，影响的主次因素为导种筒出种角度A,导种筒出种风速B及交互作用A×B，最优组合为A1B1。

根据上述试验结果可知，在9 km·h-1的机具前进速度下，当投种筒出种角为30°，出口风速为19 m·s-1时，投种效果最好。区域内比例为99%，株距合格率为92.5%。

为确定各因素对试验结果影响的显著水平，对以上正交试验结果进行了方差分析，结果如表3所示。

从表3中的方差分析结果，可以看出：对于种子在区域内比例，投种筒出种角度 A 影响较为显著，出口风速 B 影响不显著，因此投种筒出种角度是影响种子在区域内比例的重要因素。对于株距合格率，投种筒出种角度 A影响为显著，出口风速 B为不显著。因此投种筒出种角度是影响其漏播指数的重要因素。

上述方差分析同极差分析因素主次顺序是一致的，表明该分析方法得到的结论是有效的。通过极差分析和方差分析得出，因素水平的最佳组合为A1B1，在9 km·h-1的机具前进速度下，当投种筒出种角为30°，出口风速为19 m·s-1时，投种效果最好。

表2 9 km·h-1组试验结果及极差分析

2.3 10.8 km·h-1组试验

试验目标是在区域内比例和株距合格率越高越好。从表4可以看出，对于种子在区域内比例影响的主次因素为导种筒出种角度A,导种筒出种风速B及交互作用A×B，最优组合为A1B2。对于在10.8 km·h-1下的株距合格率，影响的主次因素为导种筒出种角度A,导种筒出种风速B及交互作用A×B，最优组合为A1B2。

表3 9 km·h-1组正交试验方差分析

表4 10.8 km·h-1组试验结果及极差分析

根据上述试验结果可知，在10.8 km·h-1的机具前进速度下，当投种筒出种角为30°，出口风速为21 m·s-1时，投种效果最好。区域内比例为96%，株距合格率为89.2%。

为确定各因素对试验结果影响的显著水平，对以上正交试验结果进行了方差分析，结果如表5所示。

从表5中的方差分析结果，可以看出：对于种子在区域内比例，投种筒出种角度 A 影响较为显著，出口风速 B 影响不显著，因此投种筒出种角度是影响种子在区域内比例的重要因素。对于株距合格率，投种筒出种角度 A影响为显著，出口风速 B为不显著。因此投种筒出种角度是影响其漏播指数的重要因素。

表5 10.8 km·h-1组正交试验方差分析

上述方差分析同极差分析因素主次顺序是一致的，表明该分析方法得到的结论是有效的。通过极差分析和方差分析得出，因素水平的最佳组合为A1B2，在10.8 km·h-1的机具前进速度下，当投种筒出种角为30°，出口风速为21 m·s-1时，投种效果最好。

2.4 12.6 km·h-1组试验

试验目标是在区域内比例和株距合格率越高越好 。从表6可以看出，对于种子在区域内比例影响的主次因素为导种筒出种角度A,导种筒出种风速B及交互作用A×B，最优组合为A1B3。对于在12.6 km·h-1下的株距合格率，影响的主次因素为导种筒出种角度A,导种筒出种风速B及交互作用A×B，最优组合为A1B3。

根据上述试验结果可知，在12.6 km·h-1的机具前进速度下，当投种筒出种角为30°，出口风速为23 m·s-1时，投种效果最好。区域内比例为89%，株距合格率为85.2%。

为确定各因素对试验结果影响的显著水平，对以上正交试验结果进行了方差分析，结果如表7所示。

从表7中的方差分析结果可以看出：对于种子在区域内比例，投种筒出种角度 A 影响较为显著，出口风速 B 影响不显著，因此投种筒出种角度是影响种子在区域内比例的重要因素。对于株距合格率，投种筒出种角度 A影响为显著，出口风速 B为不显著。因此投种筒出种角度是影响其漏播指数的重要因素。

表6 12.6 km·h-1组试验结果及极差分析

续表6

上述方差分析同极差分析因素主次顺序是一致的，表明该分析方法得到的结论是有效的。通过极差分析和方差分析得出，因素水平的最佳组合为A1B3，在12.6 km·h-1的机具前进速度下，当投种筒出种角为30°，出口风速为23 m·s-1时，投种效果最好。

表7 12.6 km·h-1组正交试验方差分析

3 结论

根据上述试验及样机尺寸设计了三种导种筒，并针对出种口风速及出种角度进行了三组正交试验。通过正交试验结果表明，出种角度影响显著，出口风速影响不显著。根据不同机具前进速度确定以下组合方式，9 km·h-1时为30°出种角，19 m·s-1的出口风速；10.8 km·h-1时为30°出种角，21 m·s-1的出口风速；12.6 km·h-1时为30°出种角，23 m·s-1的出口风速。