小粒谷物精量播種機的研制與改進

河北省農(nóng)業(yè)機械化研究所有限公司　李霄鶴　吳海巖　焦海濤　劉煥新

小粒谷物精量播種機的研制與改進

河北省農(nóng)業(yè)機械化研究所有限公司李霄鶴吳海巖焦海濤劉煥新

我國播種機械起步較早，發(fā)展快，主要作物均可實現(xiàn)機播，但是針對谷子這種籽粒較小的播種機械還是空白。目前谷子播種多為人畜力播種，由于播量不準確，導致后期間苗強度大，費時費力，所以嚴重制約了谷子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

針對谷子等小粒作物的生長特性并結合農(nóng)藝栽培需求，河北省農(nóng)業(yè)機械化研究所有限公司聯(lián)合石家莊雙收機械設備有限公司共同研制開發(fā)了小粒谷物精量播種機，該機可實現(xiàn)谷子等小粒谷物的免間苗播種，該機的研制成功，使谷子播種實現(xiàn)了機械化，免去了間苗作業(yè)環(huán)節(jié)，是谷子生產(chǎn)機械化的一大突破。

1　確定小粒谷物精量播種機的總體設計思路

①減少拖拉機進地次數(shù)，該機一次就可完成開溝、施肥、播種、覆土、鎮(zhèn)壓等作業(yè)環(huán)節(jié)。其優(yōu)點是一次可完成多項作業(yè)，效率高，作業(yè)成本降低，省時省工。

②考慮到谷子等小粒作物畝密度最大為4～5萬株（谷子千粒重3g左右），所需畝播量僅為150g，目前谷子播種存在的主要問題是播種量大，種子浪費嚴重，后期定苗、間苗勞動強度大等，為實現(xiàn)免間苗作業(yè)，設計的機具要能夠實現(xiàn)精量播種。

③設計的播種機要實現(xiàn)各行單體仿形，當開溝器在作業(yè)中遇到地面不平整時，該仿形機構可保證各行播種的深度不受影響。

④谷子籽粒細小，需與土壤結合緊密才能有利于提高發(fā)芽率，采用單行單體鎮(zhèn)壓輪，且鎮(zhèn)壓輪壓力范圍可調。

⑤配套動力選用要合理，要考慮到機具幅寬和行數(shù)，田間道路和田間種植規(guī)模，以及今后發(fā)展系列機具。針對我國現(xiàn)有動力的使用情況，選用目前市場保有量較大的拖拉機為配套動力（18～40馬力），掛接形式采用后懸掛正配置。設計工作幅寬為1700～2000mm，播種行數(shù)為4～6行。

⑥盡量縮短機具掛接尺寸，提高機具的轉向靈活性，減小轉彎半徑。

⑦為方便工廠批量生產(chǎn)和農(nóng)民使用維修，設計時盡量選用標準件和通用零部件。

⑧機具功能完善、價格適中、維護方便、使用可靠，符合農(nóng)民當前的購買力和操作水平，力求簡捷、實用。

2　技術改進與試驗

2011年制作的第一代樣機為靴式開溝，窩眼輪式排種器，毛刷清種，小型浮動鎮(zhèn)壓輪，兩側鑄鐵輪進行排種驅動。

圖1　第一代樣機

7～8月份在河北省深澤縣耿莊村進行第一代樣機試驗時發(fā)現(xiàn)，第一代樣機存在各行播量不夠準確、排種不均勻等問題，此外，谷子出苗情況不太理想，有斷苗現(xiàn)象。主要原因分析是新設計排種器制作精度差、毛刷清種不夠干凈，谷子籽粒太小有涌刷現(xiàn)象，造成播量時大時小，此外存在卡子和種子破碎現(xiàn)象，靴式開溝鏟沒有仿形機構，播種深度不一致，此外采用的鎮(zhèn)壓輪體積較小，造成鎮(zhèn)壓力度較小，此外兩側驅動輪在潮濕的熟地播種時粘土打滑情況嚴重，造成漏播。

2012年初針對第一代樣機出現(xiàn)的問題，制定了第一代改進型樣機的技術方案，主要包括：將靴式開溝器改為圓盤式開溝器，并在其后方添加了小壓種輪，進一步加大壓種力度，排種器由毛刷清種改為橡膠清種，減少毛刷對小籽粒的夾帶，采用獨立調整壓力的簡易仿形結構，把鑄鐵鎮(zhèn)壓輪改為橡膠鎮(zhèn)壓輪并加大尺寸，排種器傳動由鑄鐵排種專用輪改為雙側橡膠鎮(zhèn)壓輪傳動。

4～5月份完成了第一代樣機的改進制作，形成了第一代改進型樣機，6～7月對改進后的樣機進行了反復的田間試驗試驗結果表明：谷子排種均勻度已基本能夠達到要求，播深相對一致，但是仍存在卡種、擠種現(xiàn)象，導致種子破損，播量均勻性還是較差，此外在地塊有坡度或者地塊不平整作業(yè)時仿形機構的浮動范圍較小播深不能保證一致。后期對出苗情況進行了調查，發(fā)現(xiàn)出苗情況也有所改善，但仍存在缺苗現(xiàn)象。試驗中我們還發(fā)現(xiàn)：由于部分夏谷區(qū)播種谷子時前茬作物為小麥播種前需對小麥秸稈進行粉碎還田并進行土壤旋耕，為此應在機具的研制基礎上添加免耕播種的功能，實現(xiàn)在不處理小麥秸稈的條件下進行谷子播種。

2013年3～5月，重新制定了第二代樣機的設計方案，主要包括：設計了新型靴式開溝器；特制了小籽粒槽輪式排種器，（與農(nóng)藝專家商討）加大行距設計，播種行距之間添加兩個專用橡膠地輪進行排種驅動，每個橡膠輪帶動2行排種器播種；為避開拖拉機輪轍重新規(guī)劃了行距設計；更換了新型四連桿仿形機構，浮動靈敏，工作可靠；還在開溝器前方添加了防纏輥，進行了免耕播種改進和試驗。

圖3　第二代樣機

通過對后期出苗情況的調查發(fā)現(xiàn)，該播種機的試驗效果良好，排種量能夠達到精量播種要求，最小排種量為0.15kg，已經(jīng)能夠滿足谷子小播種量要求，基本能夠達到免間苗播種作業(yè)，同時在山西太原進行了多次糜子播種試驗，同樣能夠達到免間苗作業(yè)要求。但還存在一些問題：由于機具的制作相對于正式產(chǎn)品比較粗糙，精度不高，存在個別機具使用和調整出現(xiàn)問題的情況，部分用戶在使用后也給了一些反饋信息，如：播種機行距不均、鋼件排種器播種時破殼現(xiàn)象（加工精度低、籽粒小、有縫隙）、壓土不實、鎮(zhèn)壓力不足、機具制作精度不高等。

2014年對第二代樣機部件的結構和材料進行了優(yōu)化，形成了第二代改進型樣機，主要包括：緊湊整體結構，減輕掛接重量，播種行數(shù)為4、5行，設計添加了施肥機構，每畝施肥量最大達到80kg，施肥機構可根據(jù)需求選擇添加，以方便用戶使用；加大鎮(zhèn)壓輪鎮(zhèn)壓力度，比2013年增加5kg，精細機具制作，減少作業(yè)故障，使工作更可靠；為避免種子破殼現(xiàn)象，排種器采用新型耐磨材料，并加大結構尺寸（與小麥排種器通用），增加了強度，新增插板孔，通過插板可實現(xiàn)排種器部分關閉，提高了機具作業(yè)有效度。機具表面處理采用靜電噴涂工藝，漆層厚且美觀，設計、制作了部分工裝磨具，保證排種部件各項尺寸的精確度，進一步提高各行排種一致性；經(jīng)過與栽培專家交流和討論，將第二代改進型樣機的4行播種機行距進行了統(tǒng)一，

圖4　第二代改進型4行播種機

4行播種機采用大行距設計，行距的加大有利于機具結構的排列，避免播種溝與輪轍的重疊，并且方便出苗后田間管理機具的使用。

經(jīng)過上述幾個方面的設計和改進，改進后的第二代樣機其作業(yè)性能和可靠性等方面均有了明顯的改善，機具的整體結構和排種方式基本定型。

2014年共制作生產(chǎn)新機具40多臺，分別在河北、山西、河南等地進行了田間性能實驗和生產(chǎn)考核試驗，累計試驗面積近1000多公頃，試驗取得良好效果，為今后機具的批量生產(chǎn)、推廣應用奠定了良好基礎，并受到農(nóng)機、農(nóng)藝專家和當?shù)剞r(nóng)業(yè)管理部門以及農(nóng)民好評，他們一致認為：機具作業(yè)質量能滿足農(nóng)藝播種要求、使用可靠、價格適中、生產(chǎn)效率較高、作業(yè)質量明顯優(yōu)于其它同類機型，已經(jīng)具備了推廣應用的條件。

2015年初進一步優(yōu)化了排種器結構，將小型排種槽由直槽輪改為斜槽輪，可使排種量在播量較小的情況下更均勻、準確，并發(fā)展了系列機型。

小粒谷物精量播種機技術指標先進作業(yè)可靠，推動了我國谷子播種，促進了我國小籽粒播種機械的發(fā)展。