免耕半精量播種機(jī)的研制

路戰(zhàn)遠(yuǎn)，程玉臣，王玉芬，張德健，楊 彬，張向前，趙雙龍

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031；2.內(nèi)蒙古大學(xué)，內(nèi)蒙古呼和浩特 010021；3.呼和浩特得利新農(nóng)機(jī)制造有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古呼和浩特 010051；4.呼倫貝爾市農(nóng)機(jī)推廣站，內(nèi)蒙古海拉爾 021000）

免耕播種機(jī)是隨著各國(guó)對(duì)保護(hù)性耕作的重視而發(fā)展起來(lái)的一種耕作機(jī)械，是實(shí)施保護(hù)性耕作技術(shù)的主要手段。保護(hù)性耕作[1-2]是指通過少耕、免耕、地表微地形改造技術(shù)及地表覆蓋、合理種植等綜合配套措施，從而減少農(nóng)田土壤侵蝕，保護(hù)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，并獲得生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益協(xié)調(diào)發(fā)展的可持續(xù)農(nóng)業(yè)技術(shù)。

免耕播種機(jī)是在未經(jīng)耕整的茬地上進(jìn)行播種的機(jī)具，作業(yè)時(shí)能切斷殘茬，開出適合播種作物要求的種床，按要求的行距、株距和深度播入種子，保證種子與土壤有良好的接觸，并對(duì)播后的種子覆土和鎮(zhèn)壓。目前，我國(guó)大型免耕播種機(jī)大多是從國(guó)外引進(jìn)的，因?yàn)閲?guó)內(nèi)外農(nóng)藝要求、土壤狀況等均存在差異，對(duì)特定地區(qū)以及中小生產(chǎn)規(guī)模的應(yīng)用存在一定的不適應(yīng)性。例如，美國(guó)約翰迪爾公司生產(chǎn)的JD1590型小麥免耕播種機(jī)，采用了單圓盤開溝器，破茬能力強(qiáng)，但這種開溝器只能種肥混播，且施肥量小，不能滿足我國(guó)施肥量大的要求。

近年來(lái)，為了滿足保護(hù)性耕作技術(shù)的要求，我國(guó)已經(jīng)設(shè)計(jì)開發(fā)出多種輕型免耕播種機(jī)。這些免耕播種機(jī)與一般播種機(jī)相比，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要是在開溝裝置上。為了適應(yīng)留茬地的地表?xiàng)l件，能夠達(dá)到切斷殘茬覆蓋層的目的，常用的開溝器[3-4]有3種類型：（1）波紋圓盤刀，其周邊的波紋切刀具有良好的切茬入土性能，但其開出的土溝較寬，難免擾動(dòng)土層。（2）鑿形齒或窄鋤鏟式開溝器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，入土性能好，但容易堵塞。（3）窄旋轉(zhuǎn)松土器，有較好的松土、碎土性能，但需由動(dòng)力輸出軸帶動(dòng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。綜上所述，有必要研制一種能直接切斷秸稈根茬，開出較窄的種溝，有效地防止秸稈對(duì)機(jī)具的纏繞和堵塞的免耕播種機(jī)。

1 免耕半精量播種機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 免耕半精量播種機(jī)整機(jī)設(shè)計(jì)原則

1.1.1 功能 免耕半精量播種機(jī)[5-7]應(yīng)能一次性完成開溝、施肥、播種、覆土、鎮(zhèn)壓等全部播種工序，省去整地環(huán)節(jié)，減少機(jī)組進(jìn)地次數(shù)，避免對(duì)土壤的反復(fù)碾壓。

1.1.2 播種行數(shù) 寬行距作物播種3行，窄行距作物播種5行。

1.1.3 開溝器 開溝器應(yīng)能切斷前茬作物留下的根茬和推開或切斷地表的殘留秸稈。其開溝深度應(yīng)達(dá)到80～100 mm，開溝的同時(shí)應(yīng)能將肥料施在溝底。開溝寬度不應(yīng)過寬，盡量少的攪動(dòng)土壤。

1.1.4 排種器 排種器應(yīng)排種均勻，不傷籽種，播量調(diào)整方便。排種的傳動(dòng)系統(tǒng)變速級(jí)數(shù)應(yīng)能達(dá)到半精量播種的要求。

1.1.5 技術(shù)性能 免耕半精量播種機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)應(yīng)達(dá)到相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)保證整機(jī)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和作業(yè)的穩(wěn)定性。

1.2 免耕半精量播種機(jī)整機(jī)總體方案

1.2.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 本免耕半精量播種機(jī)與29.4 kW或以上農(nóng)用輪式拖拉機(jī)配套使用，連接方式采用三點(diǎn)后懸掛式。機(jī)組作業(yè)時(shí)為牽引式，地頭轉(zhuǎn)彎和運(yùn)輸時(shí)為懸掛式，破茬開溝器分別安裝在機(jī)架的前后橫梁上，這樣可以避免在同一根橫梁上破茬開溝器之間產(chǎn)生的壅土和秸稈、雜草等的纏繞，提高機(jī)具的通過性能。按播種作物的不同，可以調(diào)整破茬開溝器數(shù)量，達(dá)到播種行數(shù)的要求。如播種玉米時(shí)，破茬開溝器排列為前1后2，錯(cuò)落安裝在機(jī)架前后兩根橫梁上，播種行數(shù)為3行；在播種谷子、糜黍、胡麻等雜糧時(shí)，開溝器排列為前3后2，播種行數(shù)為5行。通過調(diào)整破茬開溝器鏟柄的上下位置即可調(diào)節(jié)施肥深度，調(diào)節(jié)范圍為80～100 mm。通過調(diào)整破茬開溝器在橫梁上的位置即可調(diào)整播種行距，行距調(diào)節(jié)范圍在播種3行時(shí)為300～500 mm，播種5行時(shí)為200～300 mm。

如圖1-a和圖1-b所示，本機(jī)由懸掛架、地輪、破茬開溝器、鎮(zhèn)壓機(jī)構(gòu)、播種深度調(diào)節(jié)板、輸種管、鎮(zhèn)壓輪壓力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、機(jī)架、排種器、種肥箱、排肥鏈輪、排肥器、張緊輪、輸肥管、傳動(dòng)系統(tǒng)、排種量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、排肥量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、大地輪鏈輪、小地輪鏈輪、大排種鏈輪、小排種鏈輪、塔輪式變速箱等部件組成。

1.2.2 工作原理 本機(jī)由拖拉機(jī)牽引作業(yè)，作業(yè)時(shí)地輪落地支撐整機(jī)，并在滾動(dòng)前進(jìn)的同時(shí)為本機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)提供施肥和播種所需的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力。首先，破茬開溝器切斷根茬開出窄溝，然后由安裝在其后的輸肥管播撒肥料，接著由輸種管將種子播在開溝器開溝后的回土上，保證肥料和種子分施，其垂直距離為30～50 mm，最后由鎮(zhèn)壓輪進(jìn)行覆土及鎮(zhèn)壓，完成整個(gè)播種過程。

2 主要部件參數(shù)確定

2.1 機(jī)架

本機(jī)架為框架結(jié)構(gòu)，由型鋼焊接而成，是整機(jī)的主要部件，機(jī)具的所有其他部件都安裝機(jī)架上，如破茬開溝器就分別安裝在機(jī)架的前、后橫梁上。根據(jù)《農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》介紹，開溝器工作時(shí)，將部分土壤升起、拋翻、推擠或擠壓等，使開口器前方形成前丘，和播后地表形成溝痕，特別是在整地條件差、土塊大、雜草和前茬多的情況下，前丘凸起較大。為了不使相鄰兩開溝器的前丘連片，它們間必須要有足夠的間距。若該間距大于農(nóng)業(yè)技術(shù)要求的行距時(shí)，常使相鄰兩開溝器排列成前后兩列，同時(shí)前后列開溝器距離必須保證后列在已穩(wěn)定的土壤中工作，以保證后列開溝器的開溝質(zhì)量[8]。因?yàn)楸静シN機(jī)是在未經(jīng)翻整的留茬地上作業(yè)，作業(yè)條件更差，因此，為防止根茬和雜草堵塞機(jī)具和壅土，參考其他類似機(jī)型作業(yè)情況和以往經(jīng)驗(yàn)，機(jī)架前后橫梁的距離確定為600 mm，分別安裝相鄰的開溝器。

2.2 破茬開溝器

免耕播種機(jī)的開溝器應(yīng)該能夠切斷前茬作物留下的根茬、秸稈，土壤擾動(dòng)量少，又要能達(dá)到一定的開溝深度，為施肥、播種創(chuàng)造良好的條件。

本破茬開溝器設(shè)計(jì)為尖角窄幅翼鏟式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見圖2，主要由鏟尖、鏟翼、鏟柄、輸種管、輸肥管組成。其主要零件如鏟尖、鏟翼、鏟柄等均由錳鋼制作，強(qiáng)度、剛度和耐磨性能等均能達(dá)到開溝部件的要求。鏟尖入土角是開溝器的重要參數(shù)，入土角過大工作阻力加大，入土角過小，鏟尖強(qiáng)度較弱。本開溝器采用了一種特殊結(jié)構(gòu)，其鏟尖使用錳鋼板制成，刃口夾角為38°，刃口圓弧半徑為1 mm，刃口鋒利便于切斷地表的殘茬和秸稈，不易纏草，鏟尖底邊與水平面留有8°的夾角，便于入土，而且整個(gè)入土部分寬度僅為33 mm，工作阻力較小，因此，綜合考慮鏟尖入土效果和保證鏟尖強(qiáng)度，鏟尖入土角確定為52°。

2.3 地輪

地輪的作用是支撐整個(gè)機(jī)器和為整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)提供所需的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力。為提高機(jī)具的通過性，地輪直徑定為515 mm，并在地輪外緣上均勻焊接了14個(gè)凸起的鋼片，以便增加摩擦阻力，減小地輪的滑移率，保證排種的精確性。地輪軸上裝有驅(qū)動(dòng)鏈輪，按一定的傳動(dòng)比與排肥軸和排種軸上的鏈輪連接，完成排肥和排種工序。

2.4 鎮(zhèn)壓機(jī)構(gòu)及鎮(zhèn)壓輪

鎮(zhèn)壓輪兼有覆土和鎮(zhèn)壓的作用，可將覆蓋在種子上的土壤壓實(shí)，使種子與土壤緊密結(jié)合，利于種子發(fā)芽。鎮(zhèn)壓機(jī)構(gòu)固定在機(jī)架后端橫梁上，鎮(zhèn)壓輪安裝在鎮(zhèn)壓機(jī)構(gòu)的繞定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的活動(dòng)支架上，使鎮(zhèn)壓輪可單體仿形。鎮(zhèn)壓輪與破茬開溝器縱向?qū)R，正好壓在開溝器開出的種溝上。

鎮(zhèn)壓輪采用帶鐵心輻板的空心零壓橡膠輪，直徑設(shè)計(jì)為350 mm，既可保證正常轉(zhuǎn)動(dòng)，又能使苗帶覆土平整良好。這種鎮(zhèn)壓輪摩擦阻力大，不易粘泥土，可以起到覆土和鎮(zhèn)壓的雙重功效。鎮(zhèn)壓輪對(duì)覆土的壓力可通過調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上的壓力彈簧來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而適應(yīng)不同的土壤。

2.5 排種器

排種器采用外槽輪式排種器和窩眼式排種器兩種形式，兩種排種器安裝在同一根排種軸上。通過調(diào)整種肥箱右側(cè)的排種量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)手柄達(dá)到窩眼式排種器和外槽輪式排種器的轉(zhuǎn)換。播種玉米時(shí)采用窩眼式排種器，播種谷子、糜黍、胡麻等雜糧時(shí)采用外槽輪式排種器播種，同時(shí)改變傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比，提高排種的精度。

2.6 排肥器

排肥器采用外槽輪式排肥器，排肥量可通過種肥箱左側(cè)的排肥量調(diào)節(jié)手柄來(lái)調(diào)整。排肥軸上的鏈輪與排種軸上的鏈輪用鏈條鏈接，帶動(dòng)排肥軸轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行排肥。通過調(diào)整外槽輪在排肥器中的工作長(zhǎng)度控制排肥量大小，其工作長(zhǎng)度從0～50 mm可調(diào)。排肥器內(nèi)外槽輪工作長(zhǎng)度越長(zhǎng)，排肥量越大，反之排肥量越小。

2.7 傳動(dòng)系統(tǒng)

如圖3所示，傳動(dòng)系統(tǒng)包括地輪、2個(gè)地輪鏈輪、3個(gè)排種鏈輪、塔輪式變速箱、1個(gè)排肥鏈輪以及傳動(dòng)鏈條。傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力來(lái)自地輪，拖拉機(jī)牽引機(jī)組前進(jìn)帶動(dòng)地輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過與地輪同軸的鏈輪及鏈條傳動(dòng)，經(jīng)塔輪式變速箱變速，帶動(dòng)排種軸和排肥軸轉(zhuǎn)動(dòng)，排出種子和肥料。

3 結(jié)論與建議

作為免耕播種機(jī)，機(jī)具要在未經(jīng)耕整的留茬地上進(jìn)行播種作業(yè)，作業(yè)條件惡劣，地表下的根茬和地表上的秸稈均對(duì)機(jī)具作業(yè)產(chǎn)生極為不利影響。本免耕半精量播種機(jī)充分考慮了這些不利因素，整機(jī)布置設(shè)計(jì)時(shí)將開溝器分前后排安裝，盡量避免了機(jī)具堵塞和壅土。

綜合考慮已有免耕播種機(jī)使用的開溝器的優(yōu)缺點(diǎn)，本機(jī)的開溝器設(shè)計(jì)為尖角窄幅翼鏟式，鏟翼寬度僅為33 mm，可以開出狹窄的種溝（寬度35～40 mm），有效地減少了機(jī)組牽引阻力，而且擾動(dòng)土壤較少。鏟尖向下，利于入土，刃口鋒利，利于切斷根茬和秸稈，入土深度調(diào)節(jié)方便。

排種器采用安裝在同一根排種軸上的窩眼式排種器和外槽輪式排種器兩種形式。通過排種量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)可以播種玉米等大粒種子或谷子、糜黍、胡麻等雜糧。傳動(dòng)系統(tǒng)的變速級(jí)數(shù)可有多種選擇，提高了排種量的精度，達(dá)到了半精量播種的要求。

建議進(jìn)一步做好機(jī)具與牽引動(dòng)力的匹配試驗(yàn)，提高機(jī)組作業(yè)效率。

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