播种机开沟器性能概述
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摘 要：播种机开沟器是播种机的主要部件之一，其性能的好坏决定着播种机性能的优劣，因此对开沟器的研究是国内外科研的重点，在实验室条件下和试验田条件下对开沟器的性能进行测试，对开沟器的优化设计有重要意义。
关键词：开沟器；性能；设计
中图分类号：S223.2 文献标识码：A
本文主要概述了国内外几种常见的播种机开沟器的性能研究，通过前人在实验室和大田的研究，了解播种机开沟器的一些特点特性以及如何改进，优化使其更好的适应我国农业农机发展。
前言
开沟器是播种机的重要部件之一，在生产实践中有着非常重要作用，当播种机作业时，其开出种沟，引导种子和肥料进入种沟，并将湿土覆盖在种子和肥料上，直接影响播种机的作业质量[1]。常见的开沟器有锄刀式开沟器、船型开沟器、单圆盘开沟器、双圆盘开沟器、凿形开沟器和倒T型开沟器等，通常用于免耕播种的开沟器有锄刀式开沟器、凿形开沟器、带翼的凿形开沟器、倒T型开沟器和三圆盘开沟器，一些常见的开沟器如图1。
1 在实验室条件下播种机开沟器的设计
大多数研究者主要专研于开沟器斜面角的优化设计。开沟器一般可分为以下2种：斜面角大于90°；斜面角小于90°。1964年Dransfield，1965年Siemens，1992年Gebresenbet和Johnson，1995年Damora和Pandey等人都曾对不同角度开沟器的受力情况进行分析。在生产实际中，开沟器的斜面角定义各不相同。一般的，定义为开沟器运行方向与水平方向的夹角。1965年Siemens[3]的通过大量实验分析得出开沟器斜面角为25°时，开沟器所需的牵引力最小。1992年Mathur 和Pandey[4]对耕作在红壤砂质粘土壤的开沟器进行研究得出开沟器斜面角为28°时牵引阻力最小。这为后来的学者研究提供了重要的指标参考。
开沟器斜面角的大小不仅影响开沟器所受阻力的大小，它也影响开沟器作业深度以及沟深的平稳性。开沟深度的平稳性指当作业速度变化时开沟器在一定平衡范围内的变化。1969年Abernathy和Porterfield[5]研究表明船式开沟器的入土角范围为90°～150°，迎面切角（也被称为楔角）范围为15°～60°。他们的实验是在装有轻砂质土壤的大土槽中得出，较大的斜面角和楔角易于开沟。1992年Gebrebenset和Johnson[6]经大量实验得出在轻砂质土壤中开沟器的入土角为130°时，其开沟平稳性最佳，但是目前没有人在粘土中得到此结论。
开沟器的宽度是影响播种机开沟器作业的另一个重要因素，它直接影响开沟时土壤的覆盖。1992年Gebrebenset和Johnson等人得出开沟器所受阻力随开沟器宽度的增加而增加。在水稻育苗期时，为满足其开沟后土壤的自动恢复性，开沟器的宽度设计为40m是最优的。Gebrebenset和Johnson曾得出多项式模型，该模型预计开沟器的斜面角所受的垂直力为0，但是它并不满足粘土作用，所以目前并没有的到推广。
斜面角和宽度是影响开沟器性能的2个显著的因素，实际上开沟器的设计是十分有限的，目前并没有一种开沟器可以适用于各种土壤，一些实验并没有考虑土壤的一些特性，因此在开沟器的研究上具有一定的局限性。
2 通过实验对开沟器进行性能评定
评价开沟器性能的方法一般有2种，直接通过作物的出苗情况和作物的产量来评价开沟器的性能；通过开沟器所开的垄沟的形状和质量对作物生长和作物产量的间接影响来评价开沟器的性能。在大多数情况下，开沟器经过后将给土壤一定的压力，土壤的扰动，垄沟土壤的含水率，土壤含水率的蒸发，耕深的变化等因素与开沟器性能的评定息息相关。
目前实验室内研究播种机开沟器的性能，一般采用土槽模拟大田土壤。土槽内可以放置不同种类的土壤，但一般只选取所需的一种大田土样作为实验原料。1969年Abernathy 和Porterfield[5]对靴型开沟器进行分析，得出靴型开沟器不适合砂质土壤作业。1976年Baker[6]在土槽实验室研究锄式开沟器，三圆盘开沟器和凿形开沟器3种开沟器。该土槽中为适合免耕的沙粘有机质土壤。凿形开沟器性能较好，其中分析得出三圆盘开沟器在竖直方向所受的力是其他两种开沟器所受力的4倍。1986年Ozmeri[7] 对单圆盘，双圆盘式开沟器和锄刀式开沟器进行研究。他在土槽中选用的是粘性土壤，实验条件是保持含水率为18.04%，采用传统的作业方式。几组实验发现实际播种深度低压作业深度，其中单圆盘开沟器开出沟的横断面宽度最小，双圆盘开沟器作业后的播种间隔与理论分析的最为接近，锄刀式开沟器的实际效果比理论分析的要偏小一些。Ozmeri得出锄刀式开沟器适合深播和浅播，单圆盘式开沟器适合浅播和中等深度的开沟播种。 上述学者通过在实验土槽的试验分析得出了宝贵数据，单对芯铧式开沟器的研究较少，因此对芯铧式开沟器的研究仍具有很大空间。
一些学者也在室外的试验田中对开沟器的性能做出评价，学者们主要依据开沟的整齐程度，土层是否扰乱，种子分布是否均匀以及开沟器是否有良好的入土性能对等因素对开沟器的综合性能做出总结。
1966年Woodruff[9]在有残茬的稻田中分析开沟器的性能，发现与圆盘形开沟器相比锄刀型开沟器更适于在此类田地耕作。这与前文中Damora1995年在实验室条件下所得到实验结果是一致的。1983年Wilkins[10]对不同类型的开沟器做田间试验，通过对比得：出开沟深度越大，土壤扰动越大。圆盘式开沟器开沟深度较小，土壤扰动较小，但其不能将种子落入相对湿润的土地，影响作物得出苗，而将种子落入较深的沟中，土壤较为潮湿有利于出苗。2009年姚宗路等[11]人对不同结构的开沟器进行分析得出：适用于有残茬的耕作模式的开沟器应具有较好的防堵性能。在开沟器的设计上入土角低于30°长度应大于175mm。2007年王继山[12]对免耕播种机开沟器的适应性进行了分析，并通过实验得出采用动力型平面条旋开沟器性能可靠，可满足免耕农艺要求的结论；2004年杜卫[13]刚进行了开沟器仿生设计，根据开沟器和土壤的实际作用过程，并结合仿生非光滑波纹形态的减粘脱土机理，制造出仿生开沟器实型，探索了非光滑表面形态的减粘脱土规律以及影响粘附的主次因素。1991年ward等人[14]，在不同的试验田中进行了34组实验，含水率范围由低到高。他们在报告中指出，在潮湿的土壤中，开沟器经过时，土壤扰动较小，并且易于出苗。Kushwaha等[15]（1993）研究锄刀式开沟器，双圆盘式开沟器等，在研究过程中发现不同的开沟器所得到的产量没有显着差异。Chaudhuri（1993）[16]对倒T型开沟器，双圆盘式开沟器和船型开沟器进行分析。试验田为黑土，土壤水分为16.89%和22.12%。从土壤覆盖的情况看，船型的变化最大，圆盘式的变化最小。第一组试验，3个开沟器作用在含水量为16.89%的土壤中，观察植物的出苗和产量，无显着差异。在第二组试验，在含水率为22.14%的土壤中进行作物的出苗和产量均高于第一组试验，倒T型开沟器优于其他两种开沟器。
3 结语
通过以上分析，可以得出结论：开沟器所受阻力与开沟器的斜面角紧密相关，当开沟器斜面角为25°～30°时，开沟器所受阻力相对较小；对于一些特殊的条件下，开沟器斜面角大于90°。此时当斜面角为130°左右时，开沟器所受阻力相对较小；圆盘式开沟器应用较为广泛，其开沟时土壤扰动较小，土壤深度变化较少。但其不是于土壤硬度较大的耕地，这也是其重要弊端；圆盘式开沟器并不十分适用于免耕播种。由于其开沟较浅，不能将种子置于较为湿润的土壤中，将会降低作物出苗率；锄刀型开沟器，开沟较深，易引起土壤扰动，使土壤失墒，单其是种子落入较为潮湿的土壤，有利于出苗；对于现在使用较为广泛的芯铧式开沟器，对其的优化对比研究较少，有待于更深入的研究。
目前很少有将大田试验和实验室试验相结合来评定开沟器的性能，就目前学者对播种机开沟器的分析，可以发现对开沟器的设计有一定的局限性。何种开沟器更适用于吉林省中部地区，这仍有待于研究。因此，国内对开沟器的设计分析仍具有很大空间，能否研制出一种开沟器适合多种地况，这也仍需要广大学者共同努力。
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