條播機落種部件的結構及參數優(yōu)化,農業(yè)機械化論文據糧農組織(FAO)數據統(tǒng)計可知,2018年我們國家主要糧食作物小麥產量高達1.174億t,油菜等油料作物產量為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村勞動力的減少,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.多年的生產實踐經歷體驗證明,糧食增產、農民增效最有效的方式方法和途徑就是提升良種的增產潛力,培育和推廣農作物優(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量[1-2].由于播種作業(yè)是小區(qū)試驗最基本環(huán)節(jié),也是最重要、最費工和費時的環(huán)節(jié).為保證育種試驗具有較高的試驗精度,國內育種單位通常采用較原始的人工播種方式來完成此項作業(yè).這種播種方式在一定程度上避免了種子間的互相混雜,但同時存在著勞動強度大、延誤工時、漏種及播種均勻性差的缺陷.我們國家對于小區(qū)播種機的研究始于20世紀80年代,進行了初步的研究試驗;但21世紀以來,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)育種播種機排種裝置方面的理論研究甚少.同時,由于國內研制的排種裝置存在著下面幾點問題,使得小區(qū)條播機械難以被推廣應用:①小區(qū)播種機播種均勻性差;②小區(qū)播種機錐體格盤等關鍵部件分種工作經過中存在脈動現(xiàn)象;③小區(qū)地頭漏播、重播現(xiàn)象嚴重.因而,亟需加強中國育種機械化技術的研究,提高國內育種機械化作業(yè)水平,改變國內育種單位的育種規(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,這對于扭轉大田作物良種依靠從國外引進的趨勢、保證我們國家的糧食安全具有重大的現(xiàn)實意義.1排種裝置工作原理在小區(qū)育種試驗機械化播種裝備中,排種裝置作為播種機械的核心作業(yè)部件,其工作性能是決定播種機特性及整機作業(yè)性能、影響育種試驗播種精度的最重要的因素[5].2BY-6型育種試驗小區(qū)條播機使用的錐體離心式排種裝置如如此圖1所示.育種試驗條播機舍棄了傳統(tǒng)的純機械式傳動方式,采用了由電控系統(tǒng)控制的電力驅動方式.在工作的經過中,工作人員將種子倒入存種漏斗,條播機控制器根據測程輪發(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,育種試驗條播機控制根據所接受的脈沖信號控制變頻電機的轉速,驅動格盤、離心分配器工作,使其能夠實如今規(guī)定的行長內播完定量的種子,使育種試驗條播機具有自凈功能[6].2錐體格盤分種運動的相關分析本研究擬以課題組研制的2BY-6型小區(qū)播種機落種裝置為試驗對象,進行大量室內試驗研究落種充種裝置在不同構造參數與工作參數下,對小麥育種試驗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)共用參數的最佳工作條件提供試驗根據.2.1存種筒的運動分析存種筒的構造如此圖2所示.其運動采用了直動滑塊機構的運動原理,通過導向分種錐的導向作用,保證存種筒的直線運動.經大量的試驗研究發(fā)現(xiàn),存種筒的運動情況能直接影響錐體的分種效果:若存種筒在其提升的經過中出現(xiàn)向一側偏轉的現(xiàn)象,則種子流在流出時流向對側的就會相對較多,影響了錐體的分種均勻性.因而,需保證存種筒的提升經過的直線運動,減少影響錐體分種效果的不必要因素.對存種筒整個提升經過進行受力分析發(fā)現(xiàn),當其被提升至最高點、處于靜止狀態(tài)時可能存在下面兩種情況:1)當存種裝置到達最高位置時,對存種裝置進行受力分析,如此圖3(a)所示.根據牛頓第三定律可知: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,這樣產生一個繞提升手柄支撐點轉動的扭矩,存種裝置受力不平衡,如此圖3(b)所示.因而,存種裝置在提升經過中易出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象.這種狀態(tài)存種裝置被提升時,通過導向分種錐與導向驅動軸的互相作用保證存種筒做直線提升運動;但由于分種錐與導向驅動軸是間隙配合,在存種筒提升至較高位置時存種裝置無法保證其在提升經過中不出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象,進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以小區(qū)為播種單元,所播的品種多而數量少,要務實驗結果的準確性高,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-播種均勻性技術要求;2)播完每個品種或每個小區(qū)后,種子箱內必須無剩余種子-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)育種試驗播種作業(yè)的重要性能指標之一.當前,國內主要是通過分析排種器的構造參數和運動參數進行育種試驗條播機播種均勻性的研究;但在落種部件的構造參數、運動參數與排種器播種均勻性及其自凈性能之間的影響關系方面還缺乏分析和研究[8].小區(qū)育種試驗條播機能夠實現(xiàn)份量播種是其最基本的農藝要求.現(xiàn)今國內的育種試驗條播機大多采用錐體格盤式排種器,種子流經過錐體分種全部落入格盤的時間t不僅僅是影響條播機播種均勻性的一個重要的參數,同時還會對育種自凈性能產生影響.首先,對分種經過影響的方面進行分析,在種子流從存種筒落入錐體格盤的同時,錐體格盤排種裝置始終在進行著分種、排種的工作,因而落種時間t越小對錐體分種均勻性的影響便越小;假如落種時間t增加到一定程度時,當錐體格盤排種裝置轉動1周完成1次排種工作后,某些格槽內可能會有剩余的種子存在,進而構成了二次充種的情況[9].國內大多數育種試驗條播機都存在這種現(xiàn)象.條播機把格盤內剩余的種子播到設置的小區(qū)外,不僅僅影響育種試驗的試驗精度,而且影響錐體分種的均勻性,種子損失率較大,進而影響育種試驗條播機的工作性能[10].3試驗研究分析3.1試驗方案設計根據相關的室內試驗研究,發(fā)現(xiàn)存種筒提升高度h存、存種筒的內徑D存、種子的播種量M播都是影響種子流落種時間t大小的影響因素.根據存種筒的落種試驗要求,且保證試驗方案具有正交性[11],根據因素個數和個因素均取零水平的試驗點,選取適宜的相關系數r進行中心化處理,并對以上3個試驗因素進行因素水平編碼,對試驗因素進行水平編碼,如表1所示.3.2試驗結果分析參照所選的因素與試驗因素水平編碼表,對試驗指標落種時間進行三元二次回歸正交試驗方案的設計[12].落種部件的試驗設計就是對落種部件的試驗方案進行科學合理的布置(見表2),以到達最優(yōu)的試驗指標.試驗設計就是要在全面試驗空間域中按一定的準則選取適當的空間試驗點,以到達在減小試驗次數的情況下還能獲得必需的信息量以進行結果的統(tǒng)計分析.存種裝置的提升落種試驗所選的3個因素都經過了無量綱的線性編碼處理,并且三因素的一次項回歸系數bj之間,bj與3因素(Z1、Z2、Z3)的交互項(Z1Z2、Z1Z3、Z2Z3)回歸系數bkj、平方項(Z12、Z22、Z32)的回歸系數bjj之間也都是不相關的,所以能夠根據回歸系數絕對值來確定三因素一次項對排種均勻性的影響程度.根據表2所示的試驗方案設計與試驗結果可知,影響落種時間影響因素的交互項Z1Z3、Z2Z3的回歸系數b13、b23與零相差無幾.因而,能夠將其直接從方程中剔除.通過檢驗,二次項Z1Z2及Z12Z22Z32的回歸系數的顯著水平0.25,所以也應該剔除.由回歸方程可知t=0.485-0.088z1-0.089z2+0.052z3,則有統(tǒng)計檢驗結果表示清楚,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結論通過上述試驗分析及通過三元二次回歸正交試驗得到的回歸方程,能夠得出如下結論:存種筒提升高度、存種筒的內徑及種子的播種量這3個試驗因素對錐體分種均勻性影響的主次關系為:D存h存M播.1)從知足育種試驗播種農藝要求的角度出發(fā),對落種部件的工作原理、工作經過進行分析,指出了落種裝置的各個部件怎樣通過機械方式知足播種的農藝要求.2)從保證存種筒的提升桿的豎直提升角度對提升經過進行力學分析,從力學角度分析出影響存種筒在提升時發(fā)生偏斜的原因,為設計存種筒部件的運動參數提供了理論根據,保證了在落種時存種筒的豎直狀態(tài).3)通過對影響種子流落種時間的因素進行試驗研究,對試驗結果利用SPSS數據里處理軟件處理數據,得出時間t與提升高度h存、存種筒內徑D存、播種量M播之間的回歸方程關系為當前,育種專家需要根據當地育種試驗基地所使用的種子活性、試驗田的土壤肥力以及當地所特有的氣候環(huán)境等因素確定規(guī)定行長內所需要的播種量.因而,在播種量一定的前提下,通過上述試驗所確定的三者之間關系,在小區(qū)育種條播機的設計時合理地選擇存種筒的內徑及存種筒提升高度,避免落種時間過長,減少其對播種機播種均勻性的影響,提高小區(qū)試驗的精度.以下為參考文獻:[1]宋江騰.小區(qū)播種機構造設計和試驗研究[D].北京:中國農業(yè)大學,2004.[2]郭佩玉.實現(xiàn)田間育種機械化,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)展的田間育種試驗機械化[C]//全國種子工程學術研討會.北京:中國農業(yè)工程學會田間育種試驗機械化專業(yè)委員會,1996.[4]尚書旗,楊然兵,殷元元,等.國際田間試驗機械的發(fā)展現(xiàn)在狀況及瞻望[J].農業(yè)工程學報,2018,26(S1):5-8.[5]劉曙光.小區(qū)育種播種機關鍵裝置的設計與機理分析[D].沈陽:沈陽農業(yè)大學,2018.[6]郭佩玉,施森寶,汪裕安.田間育種機械化與種子加工當代化[M].北京:中國農業(yè)大學出版社,1998:14-17.[7]劉曙光,尚書旗,楊然兵,等.小區(qū)播種機的發(fā)展分析[J].農機化研究,2018,33(3):237-241.[8]劉俊峰,楊欣,馮曉靜.2BF-8型小麥精播機播種均勻性影響因素分析[J].農業(yè)工程學報,2001,17(6):64-68.[9]劉曙光,尚書旗,楊然兵,等.小