氣吸式鋪膜播種機(jī)結(jié)構(gòu)分析與試驗研究

陳　晨，劉　飛，張　濤，李鳳麗，趙滿全

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，呼和浩特　010018)

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氣吸式鋪膜播種機(jī)結(jié)構(gòu)分析與試驗研究

陳晨，劉飛，張濤，李鳳麗，趙滿全

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，呼和浩特010018)

摘要：2BQM-2鋪膜播種機(jī)配套動力18kW，能夠一次性完成開溝、播種、施肥、覆土及鋪膜等功能，適合中小規(guī)模種植農(nóng)戶使用。參照《JB/T7732—2006鋪膜播種機(jī)》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對該機(jī)在內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗進(jìn)行了玉米精密播種田間試驗。結(jié)果表明：該機(jī)作業(yè)株距與理論株距偏差為(-2，2)cm；作業(yè)播深與理論播深偏差為(-1,1)cm，作業(yè)行距與理論行距偏差為(-2,1)cm，播種重播率為 1.5% ，空穴率為0.4% ，種子破碎率為0，穴粒數(shù)合格率為 96.2% ，膜邊覆土合格率為98%。試驗數(shù)據(jù)表明：該機(jī)型適合大面積推廣使用，可為實現(xiàn)精密機(jī)械化種植提供保障。

關(guān)鍵詞：鋪膜播種機(jī)；氣吸式；精密

0引言

我國玉米的播種面積很大，分布也很廣，是我國北方和西南山區(qū)及其它旱谷地區(qū)人民的主要經(jīng)濟(jì)作物之一，在北方地區(qū)糧食生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位[1-2]。氣吸式精密播種作業(yè)技術(shù)可提高播種精度，節(jié)約種子用量，提高了化肥利用率，該類產(chǎn)品的研制與推廣應(yīng)用對提高播種效率、提高作物產(chǎn)量、降低作業(yè)成本、增加農(nóng)民收入保護(hù)自然環(huán)境等方面有重要意義[3]。

鋪膜播種機(jī)是一種先進(jìn)的機(jī)型，就玉米播種來講屬國內(nèi)領(lǐng)先水平，對甜菜播種來講，其鋪膜栽培和機(jī)械化水平在世界領(lǐng)先；同時，該機(jī)是農(nóng)機(jī)中的關(guān)鍵機(jī)型，鋪膜機(jī)的推廣使用與否直接影響農(nóng)機(jī)化的推廣及普及應(yīng)用[4-5]。我國較早開發(fā)了2BQ-6型氣吸式播種機(jī)，在其基礎(chǔ)上又開發(fā)出氣吸式免耕播種機(jī)等機(jī)型，一直使用至今。

2BQM-2鋪膜播種機(jī)在關(guān)鍵工作部件開穴鴨嘴和勺式取種器的設(shè)計上有較大的突破，解決了播種穴孔的種子和膜孔錯位的問題，提高了取種精度，減少了空穴，節(jié)省了種子，提高了經(jīng)濟(jì)效益。該技術(shù)受到農(nóng)民和各級農(nóng)業(yè)部門的高度評價[6-7]。

1機(jī)具功能、總體結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵部件

1.1　機(jī)具功能

2BQM-2型鋪膜點播機(jī)是由內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院研制、由內(nèi)蒙古大學(xué)機(jī)械廠聯(lián)合生產(chǎn)的一種新型氣吸式精量播種機(jī)具，與13.23～22.05kW拖拉機(jī)配套，主要適用于玉米、大豆、甜菜、棉花及花生的平作鋪膜播種作業(yè)。其在已耕、耙、耱好的地上可以一次完成施肥、鋪膜、膜上穴播、膜下滴灌帶鋪設(shè)等多項作業(yè)工序，既可進(jìn)行聯(lián)合作業(yè)，也可單獨進(jìn)行鋪膜、播種作業(yè)，是一種多用途中型機(jī)具[8]。

1.2　機(jī)具總體結(jié)構(gòu)

2BQM-2型氣吸式精量鋪膜播種機(jī)采用與普通小四輪拖拉機(jī)進(jìn)行三點懸掛的連接方式，主要由機(jī)架、施肥系統(tǒng)、鋪膜系統(tǒng)、負(fù)壓風(fēng)機(jī)總成、平土鏟、行走裝置、膜上精量播種裝置和覆土裝置等組成[9]，如圖1所示。圖1中，排肥裝置安裝在機(jī)架上方；鋪膜裝置安裝在機(jī)架下方；播種滾筒安裝在排種輪架上再通過定位銷與機(jī)架連接；覆土裝置安裝在覆土器支架上，通過銷軸與排種輪架連接。

1.3　關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)分析

在2BQM-2鋪膜機(jī)中，播種滾筒為鴨咀滾筒，是該機(jī)具關(guān)鍵部件。滾筒上相鄰兩個鴨嘴之間的距離決定所播種作物的株距[10-11]。鴨嘴滾筒的成穴效果及落種位置主要取決于固定鴨嘴的設(shè)計。固定鴨嘴的成穴邊線與過前端的半徑成某個適合角度時，具有較強(qiáng)的入土成穴性能，且不易掛膜[12]。

氣吸式精量播種滾筒由排種滾筒、負(fù)壓裝置、傳動鏈輪組及風(fēng)機(jī)氣管等零件組成[13]，如圖2所示。

1.平土鏟　2.肥箱　3.掛膜桿　4.吸管　5.播種滾筒　6.種箱

圖2　2BQM-2型鋪膜播種機(jī)鴨咀滾筒

2機(jī)具工作原理及主要技術(shù)參數(shù)

2.1　主要部件工作原理

氣吸式播種器工作時，由高速風(fēng)機(jī)產(chǎn)生負(fù)壓，傳給排種單體的真空室；排種盤回轉(zhuǎn)時，在真空室負(fù)壓作用下吸附種子，被吸附的種子隨排種盤一起轉(zhuǎn)動；當(dāng)種子轉(zhuǎn)出真空室后，不再承受負(fù)壓，種子失去了吸附力，自動落入取種盒內(nèi)，在播種滾筒旋轉(zhuǎn)一圈后進(jìn)入鴨嘴，將種子播到土壤中[14-15]。

拖拉機(jī)以2～4km/h的速度前進(jìn)，在膜上滾動著的排種滾筒，通過鏈輪鏈條將動力傳到中間傳動軸的鏈輪，中間傳動軸的鏈輪帶動負(fù)壓室軸的鏈輪轉(zhuǎn)動，齒數(shù)比為1:3。這樣實現(xiàn)了滾筒轉(zhuǎn)3圈，負(fù)壓室軸轉(zhuǎn)1圈，起到了穩(wěn)定取種的目的。

2.2　主要技術(shù)參數(shù)

掛接形式：三點懸掛

配套動力/kW：13.23～22.05

外形尺寸/mm：1 630×1 220×885

適用膜寬/mm：650～850

播種深度/mm：40～60

播種行距/cm：35～55

排肥器形式：槽輪式、攪刀撥輪式

開溝器形式：鏵式

作業(yè)速度/km·h-1：2～4

播種行數(shù)：2行

穴播株距/cm：17、20、23、26、32、40

穴播粒數(shù)：玉米1粒(85%)

排肥量/kg·hm-2：顆粒肥75～450，碳氨225～1 500

覆土器形式：圓盤式

純小時生產(chǎn)率/hm2·h-1：0.133～0.267

結(jié)構(gòu)質(zhì)量/kg：150

負(fù)壓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速/r·min-1：5 500～6 000

該機(jī)具在田間工作示意圖如圖3所示。

圖3　2BQM-2鋪膜播種機(jī)

3性能試驗

3.1　試驗設(shè)計

為了驗證研制的2BQM-2鋪膜播種機(jī)的作業(yè)性能，于2015年4月在內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗進(jìn)行種植試驗。

1)試驗地概況：土壤為砂壤土， 0~10cm 土層，土壤含水量與堅實度較好，在鄂爾多斯當(dāng)?shù)鼐哂幸欢ǖ拇硇浴?/p>

2)試驗材料：試驗采用小四輪拖拉機(jī)懸掛 2BQM-2 鋪膜播種機(jī)播構(gòu)成作業(yè)機(jī)組進(jìn)行覆膜、播種等作業(yè)。播種試驗所選取的種子為內(nèi)單4號，品質(zhì)優(yōu)良，在當(dāng)?shù)厥褂寐瘦^高。

3)試驗儀器：游標(biāo)卡尺 (量程200mm ，精度0.05mm)、卷尺(量程5m，精度1mm)、直尺(量程100cm，精度1mm) 、鐵鍬。

4)測定項目與方法：2BQM-2鋪膜播種機(jī)利用鴨嘴式鋪膜播種機(jī)進(jìn)行膜上打孔播種。隨機(jī)選取幾壟，各取若干組 10 m 長的距離，依次觀察膜孔覆土情況，測定株距(沿前進(jìn)方向上兩相近膜中種子的距離)、播種深度和行距。同時，分別按照式( 1 )～式( 4)計算株距、播深和行距的各項指標(biāo)[16-17]，如表1所示。

均值的計算公式為

(1)

標(biāo)準(zhǔn)差S的計算公式

(2)

變異系數(shù)v的計算公式為

(3)

穩(wěn)定系數(shù)U的計算公式為

U=(1-V)×100%　(4)

3.2　試驗結(jié)果分析

對田間所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，利用Origin軟件對其進(jìn)行分析計算和處理，得到顯示機(jī)具播種性能的圖表，如圖4～圖6所示。

由圖4～形圖6可以看出：實際株距、行距均在理論株距、設(shè)定行距周圍很小的范圍內(nèi)浮動，實際播深完全在機(jī)具所要求的理論播深的范圍內(nèi)，且偏差不會影響機(jī)具的實際經(jīng)濟(jì)效益。

圖4　株距

圖5　播種深度

圖6　行距

經(jīng)計算和處理，得出各項參數(shù)的平均值及各項指標(biāo)，如表2所示。

表2　播種指標(biāo)測定分析結(jié)果

依據(jù)JB/T 7732-2006 《鋪膜播種機(jī)》、JB/T 10293-2013《單粒(精密)播種機(jī) 技術(shù)條件》、GB/T 6973-2005《單粒(精密)播種機(jī) 試驗方法》等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗與檢測。經(jīng)計算，播種重播率為 1.5% ，空穴率為0.4% ，種子破碎率為0，穴粒數(shù)合格率為 96.2% ，膜邊覆土合格率為98%[18]。

本次試驗使用的鋪膜播種機(jī)的滾筒均布7個鴨嘴，參照鴨嘴數(shù)量與株距對照表，由試驗結(jié)果可知：鴨嘴式打孔播種機(jī)的播種穴距、 播深和穴粒數(shù)平均值都符合農(nóng)藝要求，變異系數(shù)較小，穩(wěn)定性系數(shù)較大。這說明，該穴播機(jī)播種效果較好，機(jī)具設(shè)計滿足膜上打孔播種的技術(shù)要求[19-20]。

3.3　生長情況采樣

2個月之后的生長狀態(tài)如圖7所示。

圖7　玉米生長情況

4結(jié)論與討論

4.1　結(jié)論

試驗與實際生長狀況表明：采用2BQM-2鋪膜播種機(jī)在準(zhǔn)格爾旗的機(jī)播試驗是成功的，能夠保證單位面積的基本苗數(shù)，起到了示范效果，受到當(dāng)?shù)剞r(nóng)民歡迎，為今后的大面積推廣玉米機(jī)械化播種提供了可靠依據(jù)。

4.2　討論

通過實地考察與試驗，了解到該機(jī)在覆土后的鎮(zhèn)壓效果還有待提高。該地區(qū)農(nóng)民自己發(fā)明添加了鎮(zhèn)壓器，不僅解決了鎮(zhèn)壓問題，還為機(jī)器的改善提高和更大范圍推廣起到了良好的推動作用。圖8為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民改進(jìn)的機(jī)具。

圖8　改進(jìn)后的機(jī)具

經(jīng)測量，對該鎮(zhèn)壓器的原理和尺寸有了深刻了解，并對其進(jìn)行三維建模。圖9為基于SolidWorks的鎮(zhèn)壓器建模。

圖9　鎮(zhèn)壓器

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The Structure Analysis and Experimental Research of Pneumatic Plastic Film Mulch Planter

Chen Chen， Liu Fei， Zhang Tao， Li Fengli， Zhao Manquan

(College of Mechanical and Electrical Engineering of Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, China )

Abstract：2BQM-2 membrane machine 18 kw power, the machine can be a one-time furrowing and seeding, fertilization, cover earth, membrane, and other functions, is more suitable for small and medium scale planting farmers use. With reference to the JB/T7732-2006 membrane machine industry standard for the jungar banner in Inner Mongolia ordos city corn precision seeding field tests have been carried out. Experimental results show that the machine operation planting distance and theory for planting distance deviation (-1, 3) cm; Homework spacing and row spacing deviation theory of (-1, 2)cm,sowing depth and sowing depth deviation theory to (-1,1)cm, sowing the replay rate was 1.5%, the hole rate of 0.4%, seed broken rate of 0, den grain number percent of pass is 96.2%, the membrane covering percent of pass is 98%. Show that the model is suitable for promote the use of large area, offers protection for the precision mechanical cultivation.

Key words：membrane machine; gas suction; precision

中圖分類號：S223.2+5

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-188X(2016)08-0155-05

作者簡介：陳晨(1993-)，男，山西忻州人，碩士研究生，(E-mail)5644749940@qq.com。通訊作者：趙滿全(1955-)，男，內(nèi)蒙古土右旗人，教授，博士生導(dǎo)師，(E-mail)nmgzmq@yahoo.com.cn。

基金項目：內(nèi)蒙古自治區(qū)專利實施計劃項目(20140185)

收稿日期：2015-07-23