摘要:為解決辣椒等小顆粒、不規(guī)整種子機械化精量排種問題，設計了一種氣吹懸浮供種的氣吸滾筒式排種器。為此，闡述了氣吹懸浮供種的氣吸滾筒式排種器的工作原理，確定了各部件主要結構參數(shù)，并對種子吸附過程進行了力學分析。以新疆新選8819辣椒種子為試驗對象，通過正交試驗方法對影響排種器性能因素進行分析，得出影響排種器性能因素的主次順序為氣室壓力、滾筒轉速、吸種角度。當吸種角度為20°、種箱氣室正壓值為2kPa、滾筒轉速為12r/min時，可獲得單粒率為91.5%、多粒率為5.4%、漏播率為3.2%。經(jīng)試驗驗證，樣機滿足辣椒育苗精量播種的種植要求。

　　關鍵詞:排種器,精量播種,氣吸滾筒式,氣吹懸浮供種

　　辣椒是新疆的特色經(jīng)濟作物，市場前景好，近幾年種植面積不斷增加[1]。穴盤育苗過程是移栽種植模式的關鍵環(huán)節(jié)之一，穴盤育苗排種器是育苗過程的關鍵部件，但辣椒種子存在外形不規(guī)整、流動性差、尺寸小及分離效果不佳等問題[1]。

　　新疆育苗播種主要靠人工點播，勞動強度大，效率低，成本高，目前還沒有滿足“一穴一粒”辣椒穴盤育苗精量排種器。因此，迫切需要設計一種實現(xiàn)“一穴一粒”精量播種要求的排種器。目前，氣力式排種器因具有種子適應性強、生產效率高、不易傷種等優(yōu)點，在農作物精量播種中廣泛應用[2]。國內，李耀明、陳進等[3]以油菜、水稻等作物種子為研究對象，確定了振動氣吸式排種器的核心部件結構和工作參數(shù)，研究分析了振動種盤內種子的運動機理，以及吸孔形狀、孔徑、導程對吸種效果的影響。

　　王朝暉、袁月明、馬旭等[4]以超級稻為播種對象，通過三維建模與仿真、高速攝像觀察等方法對氣吸滾筒式排種器氣室流場、投種過程及種層振動規(guī)律等排種性能影響規(guī)律進行了研究。上述氣力式排種器大都采用振動供種，不能滿足小顆粒、不規(guī)整的番茄(非丸粒化種子)種子“一穴一粒”的育苗播種要求。

　　由于辣椒種子破損將影響出苗率，且種子尺寸小、外形不規(guī)整、流動性差，種植要求又屬于精量播種，針對現(xiàn)有氣吸滾筒式排種器存在的取種難、吸種孔容易堵塞、投種精度差等主要技術問題，提出了由負壓取種、正壓氣吹供種和投種的新方案，并設計了一種適合辣椒育苗播種的氣吹懸浮供種的氣吸滾筒式排種器。同時，以種箱氣室正壓力、滾筒轉速、吸種角度為影響因素，對排種器排種性能進行試驗分析，尋找上述因素最優(yōu)參參數(shù)組合，為辣椒等小粒種子育苗排種器的設計提供參考。

　　1排種器的結構與工作原理

　　氣吹懸浮供種的氣吸滾筒式精量排種器由氣吹式種箱、排種滾筒、正負壓空心軸、旋渦氣泵、正壓供氣管、負壓供氣管及傳動鏈輪等組成。滾筒內部有空心軸和絕壓分隔裝置，絕壓分隔裝置將滾筒內部空間分成正壓區(qū)域和負壓區(qū)域。

　　排種器工作時，電機通過變頻器調節(jié)帶動滾筒順時針轉動;旋渦氣泵的正壓供氣管與滾筒正壓空心軸和種箱氣室鏈接，負壓供氣管與滾筒負壓空心軸連接;正壓供氣管往絕壓分隔裝置和種箱氣室中輸入正壓氣體，種箱供種板兩疏種墻之間開有小于種子的吹孔，供種板上的種子在正壓氣流吹動作用下懸浮跳動至滾筒附近;滾筒表面上開有錐形通孔，負壓供氣管通過負壓空心軸往滾筒內部通入負壓氣體。

　　正壓供氣管通過正壓空心軸往絕壓分隔裝置內部通入正壓氣體，當滾筒轉動到種箱出料口附近時，滾筒吸孔附近的種子在滾筒負壓腔內部負壓的吸力作用下吸附在滾筒吸孔上，并隨著滾筒一起轉動;當轉動經(jīng)過種箱上方的毛刷時，將吸孔附近不穩(wěn)定的種子以清理種箱;當吸孔轉動到絕壓分隔裝置下方時，種子失去滾筒內部負壓吸附力的作用，種子在自身重力和絕壓分隔裝置內部正壓氣流的作用下掉落，完成整個投種過程。

　　2排種器關鍵部件的設計

　　2.1滾筒正負壓腔的設計

　　正負壓腔是排種滾筒實現(xiàn)精量取種和精準投種的關鍵部件[5]，其結構設計直接影響滾筒吸種性能和投種精度。此內腔是兩段空心軸，通過掛件與絕壓分隔裝置焊接成為一體結構。掛件與絕壓分隔裝置和空心軸垂直連接，且兩段空心軸的中心線和絕壓分隔裝置的橫向中心線在同一平面內。連接正壓氣體空心軸的滾筒內端密封并開有連接快速接頭的小孔，絕壓分隔裝置上部中心位置開有連接快速接頭小孔，通過快速接頭和塑料管往絕壓分隔裝置中輸送正壓氣體，絕壓分隔裝置下部連接橡膠條與滾筒內表面密封鏈接。此設計使得滾筒內部負壓流場更加均勻，并保證了滾筒運轉的穩(wěn)定性。

　　目前，國內外氣吸滾筒式排種器的滾筒直徑多為140～260mm[6]，經(jīng)過前期的試驗研究確定滾筒直徑為180mm。在此內腔結構下采用CFD模擬滾筒內部流場情況，模擬過程采用k-ε模型，設定邊界為恒壓力條件，選取滾筒上吸孔為壓力進口，負壓空心軸截面為壓力出口，壁面采用無滑移壁面條件(ui=0)。

　　2.2吸種孔的設計

　　2.2.1辣椒種子幾何特性

　　選取新疆種植最為廣泛的辣椒品種新選8819線辣椒種子為研究對象[7]，應用精度為0.01mm的SF-2000型電子顯示游標卡尺，對在辣椒種子樣品中隨意抽取的100粒種子進行三軸方向的大小測量。

　　2.2.2滾筒吸孔與吸孔位置的設計

　　吸種孔直徑大小對排種器充種性能影響較大[8]。參考吸種孔d經(jīng)驗公式，即d=(0.6～0.7)B(1)其中，d為吸孔直徑;B為種子平均短徑。由上述可知:辣椒種子的平均短徑為3.08mm，從式(1)中可以得出吸孔直徑的數(shù)值范圍為1.85～2.16mm。所以，本吸孔直徑設計為2.0mm。

　　由于本設計為穴盤育苗排種器，目前最常使用的穴盤為PS材料的128孔16×8標準穴盤，其穴盤尺寸為532mm×278mm×44mm，穴盤兩錐孔中心距為32mm。由于滾筒長度、軸向吸孔數(shù)、周向吸孔排數(shù)會影響排種器性能和穩(wěn)定性，綜合考慮，滾筒長度設計為310mm，軸向吸孔的數(shù)量為8個，滾筒周向排數(shù)設計16排。

　　2.3種箱的設計

　　種箱由供種箱和種箱氣室組成，種箱的出料口上部設有與滾筒表面弧形相對應的弧凹槽，弧凹槽套在滾筒的圓周上，與滾筒通過種箱支架成一定角度安裝在機架上。考慮到與滾筒設計相對應，滾筒長310mm，滾筒兩側吸種孔中心距離為224mm，所以種箱寬度設計為280mm。供種板出料口處設計有疏種墻，疏種墻之間的供種板上開有整齊排列的吹孔，其直徑為2.0mm。

　　種箱設計有8個出料口，每個出料口之間的中心距為32mm，與滾筒吸孔之間的中心距相同。工作時，種箱氣室通入正壓氣體，在供種板吹孔氣流的作用下使種子懸浮出料口附近。滾筒吸孔轉動至種箱出料口處，滾筒吸孔在壓差作用下將種子吸附在滾筒吸孔中，實現(xiàn)吸種過程。

　　3結論

　　1)設計了一種氣吹懸浮供種的氣吸式排種器，確定了氣吹供種和滾筒排種的工作原理、主要結構與性能參數(shù)。

　　2)采用三因素四水平正交試驗得出最佳參數(shù)范圍如下:在吸種角度為20°，種箱氣室正壓值為2kPa、滾筒轉速為12r/min時，可獲得單粒率91.5%、多粒率5.4%、漏播率3.2%的結果。分析表明:影響排種器性能因素的主次順序為種箱氣室正壓力、滾筒轉速、吸種角度。

　　參考文獻:

　　[1]緱海嘯.基于氣吹供種的盤吸式辣椒排種器排種機理研究[D].石河子:石河子大學，2014.

　　[2]楊文偉.氣吹供種的滾筒式番茄育苗播種器的研究[D].石河子:石河子大學，2014.

　　[3]陳進，李耀明.氣吸振動式播種試驗臺內種子運動規(guī)律的研究[J].農業(yè)機械學報，2002，33(1):47-50.

　　[4]王朝輝，袁月明，董潤堅，等.超級稻育秧精密播種器內部流場的數(shù)值模擬[J].吉林農業(yè)大學學報2009，31(6):78-784.

　　[5]賴慶輝，高筱鈞，張智泓.三七氣吸滾筒式排種器充種性能模擬與試驗[J].農業(yè)機械學報，2016(5):27-37.

　　[6]高筱鈞，周金華，賴慶輝.中草藥三七氣吸滾筒式精密排種器的設計與試驗[J].農業(yè)工程學報，2016，32(2):20-28.

　　[8]馬亞鵬，高捷，胡斌，等.氣吹供種的滾筒式排種器的設計研究[J].農機化研究，2016，38(4):80-83，89.

　　[9]張靜，李志偉，劉皞春，等.氣力滾筒式排種器種子吸附邊界模型及驗證[J].農業(yè)工程學報，2016(23):12-20.

　　農業(yè)方向論文發(fā)表知識：《農業(yè)工程》雜志發(fā)表論文審稿須知

　　2017年6月《農業(yè)工程》期刊升級為科技統(tǒng)計源核心期刊，發(fā)表論文采取的是三級審稿制，即編輯部初審、同行專家評審和主編終審，審稿周期是2個月以內，并在2個月之內通過電子郵件的形式告知作者審閱結果和修改意見。