花生小區(qū)播種施肥機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究

張春曉,王東偉,劉艷芬,何曉寧,李永超,張遠(yuǎn)東,李云康,李冬杰,左百?gòu)?qiáng)

(青島農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,山東 青島 266109)

0 引言

花生作為我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)農(nóng)作物,在有效提高我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)價(jià)值以及食品安全發(fā)展方面仍然具有極其重要的戰(zhàn)略意義。因此,加大力度研發(fā)與現(xiàn)代花生種植有關(guān)的農(nóng)業(yè)機(jī)械,提高現(xiàn)代花生農(nóng)業(yè)種植管理收獲的農(nóng)業(yè)機(jī)械化管理程度,是不斷提升當(dāng)前我國(guó)現(xiàn)代花生農(nóng)業(yè)耕種種植收獲和綜合利用機(jī)械化管理水平的一個(gè)重要戰(zhàn)略舉措[1-2]。

大力發(fā)展花生小區(qū)育種試驗(yàn)是我國(guó)開展良種安全、種子安全的重要舉措?，F(xiàn)階段,我國(guó)花生小區(qū)育種技術(shù)已趨成熟,但小區(qū)機(jī)械化作業(yè)仍處于空白,而生產(chǎn)機(jī)械化顯然已經(jīng)成為小區(qū)育種試驗(yàn)現(xiàn)代化的重要組成部分,也是提高小區(qū)耕種效率、育種試驗(yàn)科學(xué)化的重要保證。因此,對(duì)小區(qū)花生播種收獲機(jī)的需求也越來(lái)越多[3]。

花生小區(qū)育種試驗(yàn)農(nóng)藝與大田農(nóng)藝有所不同。小區(qū)育種試驗(yàn)采用一壟雙行的栽培模式,且小區(qū)精密播種不同于大田播種要求,每個(gè)育種試驗(yàn)地由多個(gè)不同的小區(qū)構(gòu)成,一般相鄰小區(qū)之間間隔一定距離;每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)應(yīng)盡量保證育種精量播種的深度一致,無(wú)空穴與重播且粒距均勻,以保證試驗(yàn)的性準(zhǔn)確性;每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)都是獨(dú)立試驗(yàn),以30～50cm作為間隔道;每個(gè)小區(qū)為獨(dú)立的試驗(yàn)單元,在規(guī)定的小區(qū)行長(zhǎng)內(nèi)恰好能播完試驗(yàn)單元所要求的定量的種子;每個(gè)小區(qū)間播種的花生品種不同,進(jìn)行完上一小區(qū)時(shí),應(yīng)進(jìn)行清種工作;育種小區(qū)試驗(yàn)對(duì)準(zhǔn)確性要求高,應(yīng)盡量避免外界因素導(dǎo)致的試驗(yàn)誤差[4-5]。小區(qū)育種試驗(yàn)農(nóng)藝如表1所示。

表1 小區(qū)育種試驗(yàn)農(nóng)藝表

我國(guó)對(duì)花生小區(qū)育種播種機(jī)械的研究較少,小區(qū)播種機(jī)械發(fā)展緩慢,大豆、棉花等種子長(zhǎng)寬比較大且整體尺寸也偏大,其對(duì)應(yīng)育種機(jī)械的研制進(jìn)度及推廣情況較好,已有相對(duì)應(yīng)的小區(qū)播種機(jī)械;而對(duì)于長(zhǎng)寬比較大且對(duì)種子質(zhì)量要求高的花生種子相應(yīng)育種機(jī)械的研制進(jìn)度以及推廣遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展和對(duì)我國(guó)良種安全的需要。因此,研制一種花生小區(qū)播種施肥機(jī),對(duì)于實(shí)現(xiàn)花生小區(qū)育種機(jī)械化具有重要意義。

目前,許多學(xué)者對(duì)花生小區(qū)播種機(jī)械進(jìn)行了研究。河北農(nóng)業(yè)大學(xué)馬躍進(jìn)教授[6]研究的花生小區(qū)育種精量播種機(jī)構(gòu),滿足了在粒距合格率、空穴率、重播率以及傷種率等方面的要求,但并未對(duì)清空率進(jìn)行研究。為此,本文結(jié)合小區(qū)種植對(duì)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝的要求,設(shè)計(jì)了多功能花生播種施肥機(jī),采用壟作覆膜的種植模式,利用窩眼輪式排種器、外槽輪式排肥器進(jìn)行播種施肥。同時(shí),在排種器上設(shè)計(jì)了凈種裝置,能夠清除窩眼輪內(nèi)剩余的種子,保證育種小區(qū)試驗(yàn)的科學(xué)性。同時(shí),設(shè)計(jì)了起壟裝置與覆膜裝置,能夠一次性完成開溝、施肥、起壟、播種及覆膜等多項(xiàng)工作。

1 結(jié)構(gòu)組成及工作原理

結(jié)合花生小區(qū)育種的農(nóng)藝要求和播種機(jī)構(gòu)整機(jī)設(shè)計(jì)要求[7-9],設(shè)計(jì)了一種適用于花生小區(qū)育種的播種機(jī)構(gòu),主要由懸掛裝置、肥箱、外槽輪排肥器、種箱、窩眼輪排種器、水箱、覆土器、地膜壓輪、覆膜棍、地膜支架、覆膜開溝器、地輪、雙圓盤開溝器、起壟裝置及起壟鏟組成,如圖1所示。播種機(jī)采用后懸掛方式,根據(jù)設(shè)計(jì)及選用的零部件,對(duì)工作阻力進(jìn)行初步的計(jì)算,選擇30kW以上的拖拉機(jī)作為配套動(dòng)力。

花生播種機(jī)的驅(qū)動(dòng)地輪以鏈傳動(dòng)的方式帶動(dòng)花生排肥、排種器工作?；ㄉシN機(jī)工作時(shí),首先施肥部分的鋤鏟式開溝器開出一道施肥溝,肥料在外槽輪排肥器的帶動(dòng)作用下通過(guò)輸肥管進(jìn)入到肥溝內(nèi),完成施肥過(guò)程;起壟裝置的起壟鏟將土鏟起,在肥溝覆土的同時(shí)起壟裝置將鏟起的土擠壓成型,完成起壟工作;排種部分的鋤鏟式開溝器在壟上進(jìn)行開溝,播種機(jī)的窩眼輪排種器在地輪的帶動(dòng)下將種子從型孔里面排出,經(jīng)過(guò)排種口進(jìn)入到導(dǎo)種管,靠自身重力落入到開溝器開好的種溝內(nèi),覆土板再將壟面刮平,完成排種工作;最后,地膜被裝夾在地膜夾持架上,由覆膜輥將地膜展開,地膜壓輪將地膜壓在壟兩側(cè)的壟溝里,再由地膜覆土器對(duì)壟底的地膜進(jìn)行覆土,全部工作完成。該花生小區(qū)播種施肥機(jī)可以一次完成開溝、起壟、施肥、播種、鎮(zhèn)壓以及覆膜等作業(yè),三維圖如圖2所示。

1.懸掛裝置 2.肥箱 3.外槽輪排肥器 4.種箱 5.窩眼輪排種器 6.水箱 7.覆土器 8.地膜壓輪 9.覆膜棍 10.地膜支架 11.覆膜開溝器 12.地輪 13.雙圓盤開溝器 14.起壟裝置 15.起壟鏟圖1 小區(qū)花生播種施肥機(jī)的整體結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of the whole structure of the plot peanut seeder

圖2 花生小區(qū)播種施肥機(jī)三維圖Fig.2 Three - dimensional diagram of seeding and fertilizing machine in flower - growing district

2 排種器與凈種裝置的設(shè)計(jì)

2.1 排種器的確定

排種器選擇窩眼輪排種器,結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,漏種率低,清種效果也好,能夠有效保證播種的合格率。

窩眼輪排種器由窩眼輪、排種器殼、玻璃罩、齒輪、鏈輪、凈種裝置、清種輪、刮種器和隔種護(hù)板等組成[10],如圖3所示。窩眼輪排種器的最主要工作部件一個(gè)水平方向旋轉(zhuǎn)的窩眼輪,充種時(shí)種子依靠自身重力落入到窩眼輪排種器的型孔中(充種階段);然后,隨著窩眼輪的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)到刮種器的位置時(shí),刮種板能夠?qū)⒍嘤嗟姆N子刮除(清種階段),起到清種的作用;種子再隨著窩眼輪的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)入到護(hù)種區(qū),該區(qū)域能擋住型孔內(nèi)的種子,使其無(wú)法掉出型孔(護(hù)種階段);最后種子跟隨窩眼輪轉(zhuǎn)動(dòng)至最下方,種子依靠自身重力從型孔排出,經(jīng)過(guò)排種口進(jìn)入導(dǎo)種管,再進(jìn)入到種溝(排種階段),完成排種過(guò)程;窩眼輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),逐漸恢復(fù)到可充種狀態(tài),如此循環(huán),實(shí)現(xiàn)連續(xù)排種工作。

1.齒輪 2.排種器殼 3.凈種裝置 4.窩眼輪 5.刮種器 6.清種輪 7.隔種護(hù)板圖3 排種器結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structure diagram of seed metering device

窩眼輪式排種器[11]的穴播數(shù)設(shè)計(jì)為1～2粒,窩眼輪型孔的直徑d需要根據(jù)花生種子的軸向和徑向的最大尺寸來(lái)確定,即d>Xmax(種子的最大長(zhǎng)度),且d>2Dmax(種子的最大直徑)?；ㄉN子的個(gè)體本身就存在很大的差異,長(zhǎng)度在10～24mm之間,直徑在5～12mm之間,故型孔設(shè)計(jì)為直徑為24mm的半圓型孔,如圖4所示。

圖4 窩眼輪模型Fig.4 Socket eye wheel model

窩眼輪的直徑不應(yīng)該太小,容易導(dǎo)致漏播,應(yīng)在60～280mm之間。在這里,取窩眼輪直徑Dw=60mm進(jìn)行設(shè)計(jì)。窩眼輪的型孔數(shù)z計(jì)算公式為

(1)

其中,z為窩眼輪型孔數(shù);Dw為窩眼輪直徑(m);vm為播種機(jī)作業(yè)速度(m/s);S為株距(m);vp為窩眼輪線速度(m/s)。

在此取地輪的直徑D=400mm,按照最大株距S=250mm進(jìn)行計(jì)算,地輪每轉(zhuǎn)1周走過(guò)的距離為

X=πD=1256mm

(2)

因此,地輪轉(zhuǎn)過(guò)1周所播下的穴數(shù)等于5.024(1256/250)。地輪與窩眼輪之間的傳動(dòng)采用鏈傳動(dòng),取傳動(dòng)比為1,鏈輪齒數(shù)均為14,地輪轉(zhuǎn)過(guò)1周則窩眼輪也轉(zhuǎn)過(guò)1周,故窩眼輪型孔數(shù)為5。

確定窩眼輪轉(zhuǎn)速:當(dāng)排種器工作時(shí),種子靠自身重力進(jìn)入到型孔內(nèi),故當(dāng)窩眼輪轉(zhuǎn)速過(guò)高時(shí)容易造成空穴,即所謂的漏播。因此,排種器的轉(zhuǎn)速與窩眼輪轉(zhuǎn)速不宜過(guò)高,窩眼輪轉(zhuǎn)速[12]可根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算,即

(3)

其中,np為窩眼輪轉(zhuǎn)速(r/min);vm為播種機(jī)作業(yè)速度(m/s);S為株距(m);z為窩眼輪型孔數(shù)。

確定窩眼輪的線速度[13-15],可根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算,即

(4)

其中,vp為窩眼輪線速度(m/s);Dw為窩眼輪直徑(m);S為株距(m);z為窩眼輪型孔數(shù)。

窩眼輪的極限線速度為

(5)

其中,v為窩眼輪極限線速度(m/s);L為型孔長(zhǎng)度(m);l為種子的平均長(zhǎng)度(m);g為重力加速度(m/s2);Dmax為種子的最大直徑(m)。

由此可見,窩眼輪的實(shí)際線速度vp<窩眼輪的極限線速度v,故窩眼輪的設(shè)計(jì)符合要求。

2.2 凈種裝置的設(shè)計(jì)

凈種裝置是通過(guò)旋轉(zhuǎn)的凸輪控制凈種板上下擺動(dòng)來(lái)清空窩眼,達(dá)到清空上一輪剩下種子的目的。凈種裝置由齒輪1、凸輪、凈種板、支點(diǎn)軸、齒輪2和凈種管組成,如圖5所示。鏈輪將驅(qū)動(dòng)力傳遞給窩眼輪軸,并帶動(dòng)固定的齒輪2旋轉(zhuǎn),通過(guò)嚙合的齒輪使齒輪1旋轉(zhuǎn),帶動(dòng)凸輪旋轉(zhuǎn);凈種板在左側(cè)重力作用下左低右高,繞支點(diǎn)軸可以旋轉(zhuǎn)一定角度,此時(shí)凸輪處于最低位置;當(dāng)凸輪旋轉(zhuǎn)到最高位置時(shí),凸輪頂起凈種板,凈種板右側(cè)會(huì)降低,恰好進(jìn)入花生窩眼孔內(nèi),將窩眼孔內(nèi)的殘留種子撥至凈種管內(nèi)排出排種器,并收集起來(lái)回到種箱。凈種裝置凸輪設(shè)計(jì):凸輪升距根據(jù)凈種板右端進(jìn)入窩眼孔的深度計(jì)算,凈種板右端進(jìn)入窩眼孔的深度初步定為3mm,根據(jù)凸輪位置與支點(diǎn)軸的相對(duì)距離,升程為10mm。凈種裝置齒輪設(shè)計(jì):按照窩眼輪型孔數(shù)量5個(gè)、凸輪有兩個(gè)升降周期、比例為5/2=2.5,則齒輪的傳動(dòng)比為i=2.5。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè),計(jì)算得出兩個(gè)齒輪的參數(shù),將齒輪分別安裝在窩眼輪軸和凈種軸上,并通過(guò)鍵進(jìn)行定位卡緊。

1.齒輪1 2.凸輪 3.凈種板 4.支點(diǎn)軸 5.齒輪2 6.凈種板圖5 凈種裝置示意圖Fig.5 Schematic diagram of net seeding device

凸輪的設(shè)計(jì)尺寸及示意圖如圖6所示,排種裝置整體示意圖如圖7所示。

圖6 凸輪示意圖Fig.6 Schematic diagram of CAM

圖7 排種裝置整體示意圖Fig.7 Overall schematic diagram of seed metering device

3 傳動(dòng)系統(tǒng)、起壟裝置與覆膜裝置設(shè)計(jì)

3.1 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

傳動(dòng)系統(tǒng)[16]主要是指地輪與排種器之間的傳動(dòng)結(jié)構(gòu),內(nèi)容包括鏈條型號(hào)、鏈節(jié)數(shù)、鏈輪齒數(shù)、鏈輪材料、鏈傳動(dòng)中心距的確定,然后計(jì)算壓軸力并確定其潤(rùn)滑方式。主要設(shè)計(jì)過(guò)程如下:

1)選擇鏈輪的齒數(shù)以及確定傳動(dòng)比。鏈輪的齒數(shù)不能低于17(一般是17～114),傳動(dòng)比在設(shè)計(jì)窩眼輪型孔數(shù)時(shí)已經(jīng)確定為i=1。在此,選擇兩個(gè)鏈輪齒數(shù)均為17,即z1=z2=17。

2)當(dāng)量的單排鏈計(jì)算功率Pca計(jì)算公式為

(6)

其中,KA為工況系數(shù);Kz為主動(dòng)鏈輪齒數(shù)系數(shù);Kp為多排鏈系數(shù),雙排鏈為1.7,三排鏈為2.5。

經(jīng)查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)》可知KA=1.0,通過(guò)計(jì)算可得Kz=1.27,傳遞功率P=1kW,所以根據(jù)式(6)得到Pca=1.13kW。

3)確定鏈條的型號(hào)以及節(jié)距p。鏈條的型號(hào)可通過(guò)查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)》得到,查表時(shí)應(yīng)保證的條件為

Pca

(7)

其中,Pc為單排鏈額定功率。確定截距后,最終得到選用鏈條的型號(hào)為16A,節(jié)距為25.4mm。

4)計(jì)算鏈節(jié)數(shù)以及中心距a0。初次選用中心距a0=(30～50)p,并按照以下公式計(jì)算鏈節(jié)數(shù)Lp0,即

(8)

此次選用a0=30p(即a0=762);當(dāng)a0=50p時(shí),a0=1270。所以,取a0=1000。

將a0=1000帶入式(8),可得Lp0=78.64。鏈節(jié)數(shù)在一般情況下都是偶數(shù),為了不使用過(guò)渡鏈接,在這里用Lp作為L(zhǎng)p0圓整后的鏈節(jié)數(shù),故Lp=80時(shí)將不會(huì)使用到過(guò)渡鏈節(jié)。

鏈傳動(dòng)的最大中心距amax的計(jì)算公式為

amax=fp[2Lp-(z1+z2)]

(9)

其中,f1為中心距計(jì)算系數(shù)。當(dāng)兩外鏈輪齒數(shù)相時(shí)同(即z=z1=z2)時(shí),鏈傳動(dòng)的最大中心距為

(10)

將p、Lp、z帶入式(10),可得amax=800.1mm。

5)鏈傳動(dòng)鏈速的計(jì)算以及潤(rùn)滑方式的確定。平均鏈速按照下式計(jì)算,即

(11)

其中,v為鏈平均速度(m/s);z1、z2為主從動(dòng)鏈輪的齒數(shù);n1、n2為主從動(dòng)鏈輪的轉(zhuǎn)速(r/min);p為鏈條的節(jié)距(mm)。

當(dāng)鏈平均速度為0.14m/s時(shí),型號(hào)為16A的鏈條的潤(rùn)滑方式為定期人工潤(rùn)滑。

6)壓軸力的計(jì)算。有效壓軸力為

Fe=1000P/v=7142.9N

(12)

其中,P為傳動(dòng)功率 (kW);v為鏈條平均轉(zhuǎn)速(m/s)。

當(dāng)鏈輪垂直傳動(dòng)時(shí),壓軸力系數(shù)KFP=1.05,壓軸力為

Fp≈KFPFe=7500N

(13)

7)主要參數(shù)確定。鏈條型號(hào)為16A,鏈輪齒數(shù)z1=z2=17,鏈節(jié)數(shù)LP=80,中心距a=800mm,潤(rùn)滑方式為定期人工潤(rùn)滑。

3.2 起壟裝置的設(shè)計(jì)

因壟作能夠提高土壤溫度、有利于調(diào)節(jié)土壤水分,增加土壤透氣性,促進(jìn)植物根系的伸張,便于田間管理,得到了廣大種植戶的認(rèn)可和采納,故設(shè)計(jì)一款起壟裝置進(jìn)行花生播種過(guò)程中的起壟作業(yè)。該裝置由起壟犁、側(cè)犁板及上成型板構(gòu)成[17-18],如圖8所示。

圖8 起壟裝置示意圖Fig.8 Schematic diagram of ridging device

裝置工作時(shí),起壟犁將土鏟起,翻起來(lái)后的土壤經(jīng)過(guò)側(cè)犁板及上成型板對(duì)壟側(cè)面的土壤進(jìn)行擠壓,使壟得以成型。起壟裝置的主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 起壟裝置的主要技術(shù)參數(shù)表

3.3 覆膜裝置的設(shè)計(jì)

覆膜種植措施在環(huán)境溫度較低、熱量不足的北方地區(qū)起到增溫、增產(chǎn)、增收的作用[19]。

覆膜機(jī)構(gòu)[20-21]由主要由地膜夾持架、覆膜輥、地膜壓輪以及地膜覆土器等部分組成,如圖9所示。

覆膜作業(yè)是花生播種工作中的最后一道工序。作業(yè)時(shí),把地膜安裝到地膜夾持架上,人為地將地膜拉長(zhǎng)一段距離,然后地膜隨著整個(gè)播種機(jī)前進(jìn),在覆膜輥的作用下展開;地膜壓輪將地膜壓在壟溝里,最后由地膜覆土器在地膜兩側(cè)對(duì)地膜進(jìn)行覆土。

1.地膜夾持架 2.覆膜輥 3.地膜壓輪 4.地膜覆土器圖9 覆膜機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.9 Diagram of laminating mechanism

4 排肥器和開溝器的設(shè)計(jì)

4.1 排肥器的設(shè)計(jì)

化肥排肥器應(yīng)該滿足以下要求:

1)排肥量穩(wěn)定均勻,不會(huì)受肥箱內(nèi)存放肥料數(shù)量、地勢(shì)顛簸程度以及機(jī)具前進(jìn)速度等因素的影響。

2)通用性好,能播種不同種型號(hào)的肥料。

3)排肥器的調(diào)節(jié)裝置靈敏、準(zhǔn)確,調(diào)節(jié)的范圍廣,并能充分適應(yīng)不同品種化肥的田間施肥要求。

4)工作阻力盡可能小,使用方便,便于作業(yè)結(jié)束后清理肥箱內(nèi)殘余的肥料。

5)排肥器中與肥料接觸的零部件都要做好防腐蝕措施,同時(shí)還要考慮其耐磨性,以延長(zhǎng)其使用壽命。

排肥器種類有很多,在此設(shè)計(jì)一款外槽輪式排肥器,其排肥穩(wěn)定性與均勻性都較好,如圖10所示。

1.肥箱 2.刮肥板 3.肥料顆粒 4.槽輪圖10 外槽輪排肥器Fig.10 Outer groove wheel fertilizer extractor

外槽輪排肥器有效長(zhǎng)度的確定:該排肥器與肥箱相連,肥料通過(guò)槽輪的轉(zhuǎn)動(dòng)。肥料一部分被強(qiáng)制排出,稱為強(qiáng)制層;另一部分是在強(qiáng)制層的帶動(dòng)下排出,稱為帶動(dòng)層。外槽輪排肥器的理論排量可以根據(jù)《農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》中的公式計(jì)算出來(lái),即

(14)

(15)

其中,D為外槽輪直徑;L為外槽輪有效長(zhǎng)度;ρ為有機(jī)肥密度;η為槽齒顆粒充滿系數(shù);s為單個(gè)槽齒橫截面積;l為凹板截距;λ為帶動(dòng)層系數(shù);z為外槽輪齒數(shù)。

通過(guò)查閱資料以及查詢《農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得到的參數(shù)如表3所示。

表3 參數(shù)表

外槽輪排肥器排量與有效長(zhǎng)度L是線性關(guān)系,與帶動(dòng)層系數(shù)為函數(shù)關(guān)系,故不能得出一個(gè)量,所以根據(jù)有效長(zhǎng)度來(lái)計(jì)算。本次設(shè)計(jì)將有效長(zhǎng)度L分為3個(gè)數(shù)據(jù),即L1=15mm、L2=30mm、L3=55mm。查閱資料得到與之對(duì)應(yīng)的帶動(dòng)層系數(shù)λ分別為λ1=0.17、λ2=0.19、λ3=0.2,計(jì)算得到理論排肥量分別為Q1=0.038kg、Q2=0.078kg、Q3=0.143kg。

經(jīng)查詢,花生小區(qū)的施肥量約為450～600kg/hm2。根據(jù)拖拉機(jī)在小區(qū)內(nèi)的最大行進(jìn)速度1.6m/s進(jìn)行計(jì)算,將行距進(jìn)行大致估算,對(duì)最終的估算結(jié)果與3個(gè)理論排量進(jìn)行比較,確定有效長(zhǎng)度L=55mm較為合理。外槽輪的主要技術(shù)參數(shù)如表4所示。

表4 槽輪的最終參數(shù)表

4.2 開溝器的設(shè)計(jì)

1)開溝器在選用的過(guò)程中應(yīng)該考慮以下多種因素:①開溝深度要保持一致,溝型整齊;②不亂土層;③入土能力強(qiáng),不纏草,不堵塞;④有一定的覆土能力;⑤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,工作阻力小。

2)開溝器的選擇。開溝器有滑動(dòng)式和移動(dòng)式兩大類?；瑒?dòng)式開溝器包括雙圓盤式開溝器和單圓盤式開溝器;移動(dòng)式開溝器有鋤鏟式開溝器、箭鏟式開溝器、芯鏵式開溝器、靴式開溝器、滑刀式開溝器和船式開溝器。

本次設(shè)計(jì)需要用到的開溝器包括排肥機(jī)構(gòu)與排種機(jī)構(gòu)。排種機(jī)構(gòu)上選擇雙圓盤開溝器,該開溝器對(duì)土壤的適應(yīng)性好,工作性能非?？煽?如圖11所示。

圖11 排種機(jī)構(gòu)開溝器示意圖Fig.11 Schematic diagram of row mechanism ditch opener

選取的雙圓盤開溝器的主要工作參數(shù)如下:圓盤直徑Dp為350mm;圓盤夾角φ為15°;m點(diǎn)的位置即角為α=15°;開溝寬度b=Dp(1-sinα)sin(φ/2)。

鋤鏟式開溝器具有制造簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、質(zhì)量輕等多種優(yōu)勢(shì),而且易入土。又考慮到開溝器是在土地耕整以后使用,一般都整地良好,雜草較少,所以在排肥機(jī)構(gòu)上選擇鋤鏟式開溝器,如圖12所示。最后,確定其主要工作參數(shù)為b=40mm。

圖12 排肥機(jī)構(gòu)開溝器示意圖Fig.12 Schematic diagram of furrow opener for fertilizer discharging mechanism

5 田間試驗(yàn)

5.1 田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)

樣機(jī)田間性能試驗(yàn)于2021年4月30日在山東省青島市膠州試驗(yàn)基地進(jìn)行,試驗(yàn)地塊與當(dāng)?shù)靥锏厍闆r相同;試驗(yàn)品種為花生研究所試驗(yàn)花生種宇花系列等多種花生品種,肥料為花生專用復(fù)合肥。田間調(diào)查及測(cè)定項(xiàng)目包括穴距偏差率、雙粒率、重播率、漏播率、出苗率及清種率等。

5.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果

田間實(shí)際作業(yè)是發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)樣機(jī)時(shí)未考慮到的實(shí)際問(wèn)題的重要手段,也是測(cè)量各項(xiàng)指標(biāo)能否符合育種小區(qū)農(nóng)藝的主要方式。樣機(jī)在田間播種0.45hm2花生,共30個(gè)小區(qū),一個(gè)小區(qū)15m2,各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果如表5所示。

表5 各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

5.3 試驗(yàn)結(jié)果

由表5可以看出:各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。其中,出苗率不高是受當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境的影響。對(duì)于小區(qū)種植農(nóng)藝要求必須滿足清種率達(dá)到100%的標(biāo)準(zhǔn),故可以定義為播種質(zhì)量滿足花生小區(qū)種植的各項(xiàng)農(nóng)藝標(biāo)準(zhǔn)要求。

6 結(jié)論

根據(jù)山東地區(qū)育種小區(qū)種植農(nóng)藝要求,設(shè)計(jì)了一臺(tái)花生小區(qū)播種施肥機(jī),能夠?qū)崿F(xiàn)開溝、施肥、起壟、播種、清種、覆土和覆膜多項(xiàng)工作一次作業(yè),提高了在育種小區(qū)花生種植作業(yè)時(shí)的工作效率,縮短了種植時(shí)間。