玉米覆膜精播多功能一體化播種機(jī)的設(shè)計與研究

王創(chuàng)云，趙麗，鄧妍，郭虹霞，王晉，王陸軍，張麗光，王美霞，李永平，李海燕

（1山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，太原030031；2山西騰達(dá)種業(yè)有限公司，太原030031；3山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究中心，太原030031）

玉米覆膜精播多功能一體化播種機(jī)的設(shè)計與研究

王創(chuàng)云1,2，趙麗1,2，鄧妍1,2，郭虹霞1,2，王晉1,2，王陸軍1,2，張麗光1,2，王美霞1,2，李永平3，李海燕1,2

（1山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，太原030031；2山西騰達(dá)種業(yè)有限公司，太原030031；3山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究中心，太原030031）

為了解決春玉米種植時種子浪費(fèi)嚴(yán)重、地膜燒苗、施肥落后等技術(shù)難題，研制了玉米覆膜精播多功能一體化播種機(jī)，并對玉米覆膜精播多功能一體化播種機(jī)整機(jī)構(gòu)造、工作原理以及關(guān)鍵部件進(jìn)行研究，提供了玉米精密播種機(jī)械的主要技術(shù)參數(shù)，并在試驗(yàn)田進(jìn)行了播種田間性能測試試驗(yàn)，以2FBJD-2（機(jī)械式播種）為對照。結(jié)果表明：該機(jī)整體結(jié)構(gòu)合理，播種性能優(yōu)，播種速度快；平均播種深度為3.52 cm，沒有過深或曬種現(xiàn)象，與對照相比，比對照深0.20 cm，差異顯著；株距合格率為93.80%，重播率9.20%，漏播率2.60%，播種均勻性較好；覆膜質(zhì)量高，破損率基本為0；施肥的穩(wěn)定性和各行一致性效果較好；出苗率高達(dá)95.60%，較對照91.80%高3.80%。收獲后測產(chǎn)表明，該機(jī)械播種的田間地塊平均產(chǎn)量達(dá)12934.50 kg/hm2，較對照產(chǎn)量11473.40 kg/hm2高12.70%。該機(jī)能夠一次性完成平地、覆膜、施肥、打孔、播種、覆土、鎮(zhèn)壓等多項(xiàng)作業(yè)，降低勞動強(qiáng)度，提高工作效率，節(jié)約成本，基本能夠滿足玉米農(nóng)藝要求。

玉米；一體化播種機(jī)；覆膜機(jī)構(gòu)；施肥機(jī)構(gòu)；產(chǎn)量

0 引言

近年來，隨著人口的增加和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，玉米作為中國主要的糧食作物，用途越來越廣泛，對玉米的需求量也逐年遞增，為此，玉米高產(chǎn)高效提上了日程[1-3]。要提高玉米糧食產(chǎn)量，增加玉米糧食單產(chǎn)，光靠人力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，這就需要大力發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)械[4-6]。播種機(jī)是農(nóng)業(yè)機(jī)械的重要組成部分，播種機(jī)播種質(zhì)量的好壞直接影響到玉米產(chǎn)量以及投入的成本，因此研制高質(zhì)量的玉米精密播種機(jī)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的迫切需求[7-9]。中國從20世紀(jì)70年代就開始了精播機(jī)的研究，雖取得一定成效，但實(shí)際應(yīng)用的較少[10]，主要是精播機(jī)類型單一，不能滿足田間農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求。進(jìn)入21世紀(jì)以來，國內(nèi)先后研制出了多種精密播種機(jī)械[11]。例如沈陽市通用長青機(jī)械廠生產(chǎn)的ZBQ-M3型免耕施肥氣吸精密播種機(jī)，該機(jī)主要適用于東北地區(qū)的播種作業(yè)；黑龍江農(nóng)科院1990年研制了2XJB-4型小區(qū)精密播種機(jī)，由于技術(shù)原因，該機(jī)沒有大面積推廣；吉林工業(yè)大學(xué)研制了氣力輪式排種器，該排種器可用于大豆的高速小株距播種要求[12]；河北農(nóng)哈哈集團(tuán)研制的2BYQF-4玉米氣吸播種機(jī)，該機(jī)適應(yīng)性廣，播種株距、行距、深度、播種量均能根據(jù)播種要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，但是只適用于小區(qū)作業(yè)[13-14]。盡管中國大部分地區(qū)玉米種植早已實(shí)現(xiàn)播種機(jī)械化，但目前的播種機(jī)作業(yè)質(zhì)量還不能滿足高產(chǎn)高效的要求[15-17]。諸如：種子種入地里后，由于開膜器開的孔為一條縫，覆膜會自動閉合，導(dǎo)致種子發(fā)芽后不能頂出覆膜，造成死苗；播種數(shù)一般為1～2粒，特別是遇到小粒玉米品種，下種的數(shù)量是2～4粒，種子浪費(fèi)嚴(yán)重，后期管理需要人工間苗，費(fèi)工費(fèi)時，勞動強(qiáng)度大；此外，中國還面臨施肥技術(shù)落后、肥料利用率低等缺點(diǎn)[18-20]，這些都是亟待解決的農(nóng)機(jī)農(nóng)藝相配套的問題。為了避免上述現(xiàn)象的發(fā)生，筆者對玉米覆膜精播多功能一體化播種機(jī)整機(jī)構(gòu)造、工作原理和關(guān)鍵部件進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)了平地、覆膜、施肥、打孔、播種、覆土、鎮(zhèn)壓同步進(jìn)行，以期為實(shí)現(xiàn)人力減少、投入成本降低、工作效率提高、滿足玉米生產(chǎn)農(nóng)藝要求做出貢獻(xiàn)。

1 整機(jī)構(gòu)造原理及主要技術(shù)參數(shù)

1.1 整機(jī)構(gòu)造

玉米覆膜精播多功能一體化播種機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示，主要包括機(jī)架、耙地板、壓地輥、開溝器、覆膜機(jī)構(gòu)、播種機(jī)構(gòu)、施肥機(jī)構(gòu)、覆土器；機(jī)架上設(shè)置滾輪、耙地板、壓地輥、開溝器、覆膜機(jī)構(gòu)、播種機(jī)構(gòu)、施肥機(jī)構(gòu)；覆膜機(jī)構(gòu)包括地膜支撐輥和展膜輥；播種機(jī)構(gòu)包括種子箱、吸種器、播種器；施肥機(jī)構(gòu)包括肥料箱、施肥調(diào)節(jié)裝置和肥料輸送管。

1.2 工作原理

整機(jī)通過牽引拉桿與拖拉機(jī)的后懸掛傳動連接，隨著拖拉機(jī)的行走，滾輪通過傳動機(jī)構(gòu)帶動施肥機(jī)構(gòu)將肥料輸送在開溝器開出的壟溝內(nèi)，然后通過壓地，將已施肥的溝槽覆蓋并輥平；塑料地膜從地膜支撐輥上放下，經(jīng)過展膜輥平鋪在下方的地表面，同時通過覆土器將地膜旁邊的土覆蓋到地膜邊，將地膜用土壓?。慌c此同時，點(diǎn)種器的開膜器將地膜穿開一個十字形裂縫，同時點(diǎn)種器出種口張開隨開膜器進(jìn)入土中，種子就播入土中，種子播入土中后，通過壓輥碾壓后，完成了播種。

1.3 主要技術(shù)參數(shù)

結(jié)構(gòu)形式：全懸掛；配套動力：≥80 kW；工作行數(shù)：2行；工作株距：33 cm；工作行距：36～60 cm可調(diào)；地膜寬度：適應(yīng)60～80 cm幅寬的地膜；作業(yè)速度：3～5 km/h。

2 關(guān)鍵部件構(gòu)造與設(shè)計

2.1 覆膜機(jī)構(gòu)

由圖2可知，覆膜機(jī)構(gòu)包括玉米播種機(jī)機(jī)架、覆膜支架，覆膜支架固定在玉米播種機(jī)機(jī)架上，玉米播種機(jī)機(jī)架鉸接安裝有可折疊支架，可折疊支架由根槽鋼組成，其中1根槽鋼上安裝有2根平行的槽鋼，2根平行的槽鋼上分別焊接有起垅盤支架、壓膜輪支架，起垅盤支架上安裝有起垅盤，壓膜輪支架上安裝有壓膜輪。覆膜時將可折疊支架打開，進(jìn)行壓膜—垅土；不需要覆膜時將可折疊支架折疊，壓膜輪和垅土盤被折疊后，就不會垅土，從而避免墑情變化。

圖1 玉米覆膜精播多功能一體化播種機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖

2.2 施肥機(jī)構(gòu)

由圖3可知，施肥機(jī)構(gòu)包括機(jī)架、肥料箱、施肥調(diào)節(jié)裝置和肥料輸送管；肥料箱的底部設(shè)置施肥調(diào)節(jié)裝置和振動電機(jī)，施肥調(diào)節(jié)裝置的下方設(shè)置肥料輸送管，肥料輸送管緊靠開溝器；施肥調(diào)節(jié)裝置包括手動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸上設(shè)置3個下料槽，各下料槽出料口的口徑不同，用于調(diào)節(jié)下料量的多少，下料槽出料口的下方設(shè)置肥料輸送管。施肥量大時，旋轉(zhuǎn)手動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)軸，將出料口口徑大的下料槽調(diào)整在肥料輸送管的位置，使出料口與肥料輸送管相通，大流量的肥料從出料口進(jìn)入肥料輸送管；施肥量小時，旋轉(zhuǎn)手動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)軸，將出料口口徑小的下料槽調(diào)整在與肥料輸送管的位置，使出料口與肥料輸送管相通，小流量的肥料從出料口進(jìn)入肥料輸送管。

圖2 覆膜機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡圖

2.3 播種機(jī)構(gòu)

由圖4可知，播種機(jī)構(gòu)包括種子箱、吸種器、播種器。播種器包括旋轉(zhuǎn)盤、固定盤；固定盤固定在播種機(jī)的機(jī)架上，旋轉(zhuǎn)盤與固定盤通過軸承和軸連接，旋轉(zhuǎn)盤的邊壁上通過螺釘?shù)染嚯x安裝一周取種器；旋轉(zhuǎn)盤的邊壁上設(shè)置與種子盒大小匹配的開口，固定盤通過軸承固定于軸上，旋轉(zhuǎn)盤安裝在軸上，固定盤上設(shè)有種子入口；所述取種器由種子盒、取種勺組成，種子盒上設(shè)置種子通口，種子通口為長方形的，種子通口的下方設(shè)置取種勺，取種勺出口對準(zhǔn)點(diǎn)種器種子入口。

圖3 施肥機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡圖

圖4 玉米播種機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡圖

3 材料與方法

3.1 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)于2013—2014年在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院東陽試驗(yàn)基地進(jìn)行玉米播種機(jī)田間性能測試，該地區(qū)屬典型的暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫9.7℃，多年平均降水量440.7 mm，≥10℃活動積溫3675℃，年平均日照時數(shù)2662 h，無霜期平均158天，土壤為黃粘土。試驗(yàn)地勢平坦。試驗(yàn)地長30 m，寬35.2 m，2年均于4月下旬進(jìn)行播種。試驗(yàn)品種‘晉單86號’。

3.2 觀測指標(biāo)

3.2.1 播種深度播種機(jī)在田間播種后，進(jìn)行播種深度的測量，看其是否符合播種要求，播種深度是否均勻，有沒有過深或曬種現(xiàn)象出現(xiàn)。

3.2.2 播種均勻性主要看是否有重播和漏播現(xiàn)象出現(xiàn)，株距之間距離是否均勻一致，因?yàn)榉N子播種越均勻，單株的營養(yǎng)面積、通風(fēng)、透光等生長條件也就越均勻，這對促進(jìn)單株玉米健壯生長非常重要。

3.2.3 出苗率播種10天后，記錄出苗率。

3.2.4 產(chǎn)量測定玉米產(chǎn)量采用取樣測產(chǎn)和實(shí)收測產(chǎn)相結(jié)合，選取小區(qū)內(nèi)具有代表性的植株20株，采用常規(guī)法測定穗部性狀，包括穗長、穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗粗、百粒重。

3.3 數(shù)據(jù)分析方法

試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理和統(tǒng)計分析應(yīng)用Excel和DPS軟件完成。

4 結(jié)果與分析

4.1 不同播種方式對播種質(zhì)量的影響

玉米播種時，播種質(zhì)量的好壞是影響玉米增產(chǎn)的關(guān)鍵因素之一。該機(jī)在2013—2014年進(jìn)行了4次春季播種性能試驗(yàn)，并以2FBJD-2（機(jī)械式播種）為對照進(jìn)行了對比（表1）。從表1可以看出：不同播種方式對玉米的播種質(zhì)量有很大影響。玉米覆膜精播一體化播種機(jī)播種速度較快；平均播種深度為3.52 cm，沒有過深或曬種現(xiàn)象，與對照相比，比對照深0.02 cm；播種株距合格率為93.80%，較對照高3.60%；重播率、漏播率低于對照，播種均勻性較好；覆膜質(zhì)量高，基本無破損；施肥的穩(wěn)定性和各行一致性效果較好；出苗率高，達(dá)95.60%，基本能夠滿足玉米生產(chǎn)要求。

4.2 不同播種方式對玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成指標(biāo)的影響

不同播種方式對玉米產(chǎn)量影響很大。由表2可知，覆膜精播一體化播種機(jī)播種的田間地塊，除穗長和行粒數(shù)低于對照，穗行數(shù)、穗粗、百粒重、產(chǎn)量均高于對照。穗行數(shù)為15.73行，較對照多0.13行；穗粗4.73 cm，較對照4.72 cm粗0.01 cm；百粒重40.27 g，較對照38.35g高1.92g；產(chǎn)量較高，平均產(chǎn)量達(dá)12934.50kg/hm2，較對照產(chǎn)量11473.40 kg/hm2高12.70%，增產(chǎn)效果顯著。

5 結(jié)論

（1）該機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計合理、穩(wěn)定性強(qiáng)、方便實(shí)用，能一次性完成平地、覆膜、施肥、打孔、播種、覆土、鎮(zhèn)壓一體化作業(yè)。

（2）該機(jī)能夠滿足玉米生產(chǎn)播種要求，單粒精量播種率達(dá)到98%；出苗整齊，保苗率超過90%；節(jié)本顯著。連續(xù)2年試驗(yàn)結(jié)果表明：該機(jī)平均播種深度3.52 cm，沒有過深或曬種現(xiàn)象；播種均勻性較好，株距合格率93.80%，重播率9.20%，漏播率2.60%；覆膜質(zhì)量高，基本無破損；施肥的穩(wěn)定性和各行一致性效果較好；收獲后測產(chǎn)表明，使用該機(jī)具播種的田間地塊平均產(chǎn)量達(dá)12934.50 kg/hm2，較對照產(chǎn)量11473.40 kg/hm2高12.70%，增產(chǎn)效果顯著。

（3）該機(jī)實(shí)用性較強(qiáng)，一次性完成多道工序，有效地提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平，降低了農(nóng)民的勞動強(qiáng)度，增加了農(nóng)民經(jīng)濟(jì)收入，較普通播種機(jī)每畝節(jié)種1.0 kg，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

6 討論

本玉米覆膜精播多功能一體化播種機(jī)解決了種子浪費(fèi)嚴(yán)重、地膜燒苗、施肥落后等技術(shù)難題。但是由于筆者水平、加工條件等的限制，還存在許多不足之處。

（1）玉米精密播種可減少間苗帶來的勞動強(qiáng)度，節(jié)約種子。但是精密播種后必須提高種子的出苗率，才能保證玉米產(chǎn)量。此外鋪膜可延長冷涼地區(qū)無霜期，保墑、除草，增加產(chǎn)量。本研究玉米覆膜精播多功能一體化播種機(jī)通過對關(guān)鍵部件的設(shè)計，精播率達(dá)98%，出苗率≥90%，節(jié)省種子15 kg/hm2，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

表1 2013—2014年玉米覆膜精播一體化播種機(jī)田間性能試驗(yàn)比較

表2 不同播種方式對玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成指標(biāo)的影響

（2）玉米覆膜播種機(jī)研究近年一直在不斷進(jìn)步，筆者新研究了精密播種機(jī)構(gòu)與可開十字形裂縫的開膜器，與傳統(tǒng)鋪膜播種相比，在保證精密播種的基礎(chǔ)上出苗率提高約4個百分點(diǎn)。

（3）試驗(yàn)過程中，由于機(jī)具制造差異、機(jī)手人為因素、每個地塊地勢以及測試時間等因素的影響，因此測試數(shù)值僅反映了當(dāng)時測試時的真實(shí)值。

（4）播種機(jī)具地域適應(yīng)性特別明顯，不同的土壤特性對機(jī)具的適應(yīng)性有很大的影響，本項(xiàng)目研究機(jī)具要求在耕整后的土壤上作業(yè)，控制地表秸稈及較大土塊的數(shù)量，種子大小均勻。如果地表平整度不夠、種子大小差異明顯、作業(yè)速度過快等都會影響播種精度；加工能力以及材料的選取會影響機(jī)具的可靠性及使用壽命。隨著科技的發(fā)展，加工能力及材料的改善，機(jī)具整體性能更高，制造成本更低，應(yīng)用范圍更廣。種子的質(zhì)量是精密播種的關(guān)鍵因素，如果種子發(fā)芽率低，精密播種的意義就不大，因而，亟待強(qiáng)化種子生產(chǎn)經(jīng)營企業(yè)、種子管理部門、技術(shù)監(jiān)督等部門的密切合作，從種子的純度、凈度、發(fā)芽率、均勻度、水分含量等嚴(yán)格把關(guān)，為精密播種提供高質(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)的配套服務(wù)。

（5）本項(xiàng)目機(jī)具從設(shè)計、制造、試驗(yàn)等方面不斷改進(jìn)完善，經(jīng)歷了較長周期，取得了階段性成果。未來還需通過農(nóng)藝農(nóng)機(jī)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，進(jìn)一步提高玉米膜上打孔精密播種技術(shù)的研究水平。

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Design and Evaluation of Corn Multifunctional and Integrated Seeder

Wang Chuangyun1,2,Zhao Li1,2,Deng Yan1,2,Guo Hongxia1,2,Wang Jin1,2,Wang Lujun1,2,

Zhang Liguang1,2,Wang Meixia1,2,Li Yongping3,Li Haiyan1,2
(1Institute of Crop Science,Shanxi Academy of Agricultural Sciences,Taiyuan 030031,Shanxi,China;2Shanxi Tengda Seed Company,Ltd.,Taiyuan 030031,Shanxi,China;3Modern Agricultural Research Center,Shanxi Academy of Agricultural Sciences,Taiyuan 030031,Shanxi,China)

In order to solve the problems of seeds waste,film burning seedlings,technological backwardness of fertilizing and so on during planting spring corn,a corn multifunctional and integrated seeder was designed. Structural parameters were provided through analyzing overall structure,working principles and critical parts of this machine,and field performance tests were also carried out in comparing with 2FBJD-2(another mechanical sowing machine).The results showed that the structure of this machine was more reasonable than that of 2FBJD-2.Its quality and speed of sowing were also better than 2FBJD-2.The average seeding depth of this machine was 3.52 cm without too deep or too shallow phenomenon.It was 0.20 cm deeper than the control group and the difference was significant.The qualified rate of seedlings space was 93.80%,reseeding rate was 9.20%and miss-seeding rate was 2.60%.So the seeding uniformity was better than that of the control group. This machine had high mulching quality and the damage rate was almost 0.The stability of fertilization anduniformity of rows were better than that of the control group.The germination rate in the field which was seeded by the corn multifunctional and integrated machine was 95.60%,3.80%higher than that of the control group, whose germination rate was 91.80%.In addition,the harvest test showed that the yield of the field seeded by this machine was higher and the average yield was 12934.50 kg/hm2,which increased by 12.70%in comparing with that of the control group(11473.40 kg/hm2).In conclusion,this multifunctional and integrated seeder could conduct land leveling,film mulching,fertilizing,punching,seeding,soil covering and earth compacting at the same time.This machine could reduce the labor intensity,increase working efficiency and saving cost.It can basically meet the agronomic requirements of maize.

Corn;Multifunctional and Integrated Seeder;Film of the Seeder;Fertilization of the Seeder;Yield

S223.24

A論文編號：cjas15060024

國家科技部中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金項(xiàng)目“玉米抗旱、增產(chǎn)、節(jié)本精播栽培技術(shù)開發(fā)”(13C26211400711)；農(nóng)業(yè)部2015年度公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)“黃土高原小麥玉米油菜田間節(jié)水節(jié)肥節(jié)藥綜合技術(shù)方案”(201503124)。

王創(chuàng)云，男，1976年出生，山西萬榮人，副研究員，碩士，主要從事作物栽培學(xué)與生理學(xué)研究。通信地址：030031山西省太原市小店區(qū)龍城大街81號山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，Tel：0351-2792327，E-mail：wrwcy@139.com。

趙麗，女，1980年出生，內(nèi)蒙古烏蘭察布人，助理研究員，碩士，主要從事作物高產(chǎn)栽培與生理生態(tài)學(xué)研究。通信地址：030031山西省太原市小店區(qū)龍城大街81號山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，Tel：0351-2727448，E-mail：wslyx1234@163.com。

2015-06-29，

2015-08-05。