2BM-5型氣吸式免耕播種機(jī)田間播種性能試驗(yàn)

劉月琴，趙滿(mǎn)全，劉 飛，董 帥，張 旭

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，呼和浩特 010018；2.內(nèi)蒙古機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，呼和浩特 010070)

2BM-5型氣吸式免耕播種機(jī)田間播種性能試驗(yàn)

劉月琴1,2，趙滿(mǎn)全1，劉 飛1，董 帥1，張 旭1

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，呼和浩特 010018；2.內(nèi)蒙古機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，呼和浩特 010070)

為提高2BM-5型氣吸式免耕播種機(jī)的播種精度，對(duì)該機(jī)關(guān)鍵部件改進(jìn)優(yōu)化后，進(jìn)行了田間播種性能試驗(yàn)。結(jié)果表明：播種機(jī)傳動(dòng)輪的滑移率為5.7%，輪子下陷深度均值17mm，前進(jìn)速度為3～5km/h的范圍內(nèi)播種深度保持在30～70mm之間，破土寬度在前進(jìn)速度為3～5km/h的范圍內(nèi)保持在50～100mm之間，粒距合格指數(shù)為86.01%，重播指數(shù)7.74%，漏播指數(shù)6.33%，平均合格粒距變異系數(shù)4.86%，各行排肥量一致性變異系數(shù)均值為3.44%，總排肥量穩(wěn)定性變異系數(shù)均值為0.26%，播種深度合格率均值為89.81%,排肥深度合格率均值為88.23%，均符合免耕播種技術(shù)指標(biāo)。

免耕播種機(jī)；氣吸式；田間播種；播種性能

0 引言

保護(hù)性耕作技術(shù)具有減少風(fēng)蝕、保護(hù)環(huán)境及保墑等作用，在北方干旱地區(qū)得到了有效應(yīng)用和推廣[1-2]。保護(hù)性耕作是社會(huì)、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求[3],因其節(jié)本、增效、減能的功能得到了更加深入的研究[4-5]。免耕播種機(jī)是推廣保護(hù)性耕作技術(shù)的關(guān)鍵裝備[6-7]，經(jīng)過(guò)多年的推廣應(yīng)用，一些裝置得到進(jìn)一步優(yōu)化和提高[8-11]，尤其是破茬開(kāi)溝和排種裝置。為了提高秸稈覆蓋地免耕播種作業(yè)后出苗的一致性，需提供一定深度和寬度的苗床[12]，所以采用何種破茬開(kāi)溝裝置是解決該問(wèn)題的關(guān)鍵。但是，我國(guó)南北氣候和耕作類(lèi)型差異較大，免耕播種機(jī)的通用性較差，不同的免耕播種機(jī)只適用于某一區(qū)域[13-14]。內(nèi)蒙古地處西北干旱高寒地區(qū)，所以破茬開(kāi)溝裝置必須能夠快速切碎干燥的秸稈和根茬，同時(shí)開(kāi)出合適的溝槽，便于施肥和播種。

2BM-5型免耕播種機(jī)是內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)自主開(kāi)發(fā)研制的新產(chǎn)品，由內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)工程成套設(shè)備研究所負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)，并由內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械廠負(fù)責(zé)試制、生產(chǎn)、試驗(yàn)與推廣。其主要適用的作物是玉米、大豆、小麥及牧草等，可以在免耕地、草原、翻耕地上進(jìn)行播種或牧草補(bǔ)播作業(yè)，一次完成破茬、開(kāi)溝、播種、施肥、覆土及鎮(zhèn)壓等作業(yè)工序[15]，滿(mǎn)足了內(nèi)蒙古地區(qū)免耕播種的需求。

1 試驗(yàn)設(shè)備與試驗(yàn)條件

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

2BM-5型氣吸式免耕播種機(jī)的性能試驗(yàn)在內(nèi)蒙古呼和浩特白塔試驗(yàn)地進(jìn)行，如圖1所示。試驗(yàn)配套動(dòng)力為55kW拖拉機(jī)，播種行數(shù)為5行，行距為40～60cm，作業(yè)幅寬≤3m，整機(jī)質(zhì)量為1 800kg，外形尺寸3 770mm×3 180mm×1 480mm；掛接形式為牽引式，排肥器形式為槽輪式，播種量為4.5～375kg/hm2，播種深度為20～70mm可調(diào)，排肥量為75～375kg/hm2，播深調(diào)節(jié)為液壓式，開(kāi)溝器形式為雙圓盤(pán)式，生產(chǎn)率為0.9～1.5 hm2/h。

圖1 2BM-5型氣吸式免耕播種機(jī)Fig.1 2BM-5 type air suction no tillage planter

1.2 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)地高寒干旱，年均降雨量300mm左右，無(wú)霜期短，約為110～120天，年均氣溫為3.3℃左右。試驗(yàn)各參數(shù)如下：內(nèi)單4號(hào)玉米種子的千粒質(zhì)量為291g，容積質(zhì)量為775g/L，休止角為35.15°，破損率為0.24%，含水量為15%；施用化肥磷酸二氫銨的密度為1 060kg/m3，休止角為31.43°；試驗(yàn)地土壤類(lèi)型為粘質(zhì)土壤，地表為15～20cm玉米茬免耕地；耕作土壤層絕對(duì)含水率為27.23%，土壤容重為1.61g/cm3，地溫為21.61°；空氣濕度為31.72%；玉米秸稈覆蓋率為0.60kg/m2；玉米秸稈含水量為17%；風(fēng)速為6～13m/s。

2 工作原理及關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.1 2BM-5型氣吸式免耕播種機(jī)的工作原理

氣吸式免耕播種機(jī)集破茬、松土、施肥、單粒播種、覆土、鎮(zhèn)壓于一體[14-16],播種時(shí)為實(shí)現(xiàn)種肥分離，施肥開(kāi)溝深度較播種深度多4～6cm左右，如圖2所示。播種作業(yè)時(shí)，牽引架與拖拉機(jī)的牽引機(jī)構(gòu)相連，使免耕播種機(jī)在地輪9的驅(qū)動(dòng)下與拖拉機(jī)一起前進(jìn)；破茬裝置首先切斷排種帶上的秸稈和雜草，同時(shí)松碎土壤；接著施肥開(kāi)溝器繼續(xù)開(kāi)出更深的溝槽，同時(shí)將施肥箱的肥料通過(guò)排肥裝置施入開(kāi)出的溝槽中；然后排種開(kāi)溝器開(kāi)出4～6cm深的溝槽，用限深輪調(diào)節(jié)排種溝的深度；風(fēng)機(jī)通過(guò)各個(gè)風(fēng)管為排種裝置提供吸附種子的負(fù)壓，種子在正壓區(qū)沿導(dǎo)種管靠自重落入排種溝內(nèi)，實(shí)現(xiàn)單粒精密播種，覆土裝置對(duì)排種的壟溝進(jìn)行覆土并鎮(zhèn)壓；劃印器12在地面劃出播種界線，避免重復(fù)播種。

1.牽引架 2.施肥箱 3.風(fēng)機(jī) 4.種子箱 5.排種裝置 6.覆土裝置 7.限深輪 8.排種開(kāi)溝器 9.地輪 10.施肥開(kāi)溝器 11.破茬裝置 12.劃印器 13.支腿圖2 2BM-5型氣吸式免耕播種機(jī)的結(jié)構(gòu)Fig.2 The structure of 2BM-5 type air suction no tillage planter

2.2 關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.2.1 破茬裝置

秸稈經(jīng)過(guò)高寒干旱的冬季后，其含水量較低，秸稈干脆且韌性小，所以破茬裝置采用防堵性較好的單圓盤(pán)刀，易于切斷覆蓋的秸稈和根茬，同時(shí)可松碎播種帶上土壤，使施肥和排種開(kāi)溝器順利通過(guò)，地表破土量小。安裝在刀軸上的圓盤(pán)刀傾斜固定安裝在刀軸上，圓盤(pán)刀的盤(pán)面與刀軸軸線的垂線呈夾角α，為4°～8°，如圖3所示。

圖3 破茬裝置Fig.3 Stubble breaking device

2.2.2 施肥開(kāi)溝器

施肥開(kāi)溝器(見(jiàn)圖4)的圓盤(pán)刀成對(duì)安裝，在刀軸上的傾斜方向相反。圓盤(pán)刀平面與刀軸軸線的垂線呈α角，為4°～8°。在刀軸末端安裝防振彈簧。施肥作業(yè)過(guò)程中，1對(duì)旋轉(zhuǎn)的圓盤(pán)刀切碎秸稈和根茬，同時(shí)可松碎深為8～10cm的耕作帶土壤，推開(kāi)耕作帶上覆蓋的秸稈，開(kāi)出一定寬度和深度的施肥溝槽。

圖4 施肥開(kāi)溝器Fig.4 Fertilizing ditching device

2.2.3 排種開(kāi)溝器

排種器開(kāi)溝器在肥料上方4～6cm處開(kāi)溝，如圖5所示。在播種機(jī)作業(yè)過(guò)程中，排種器的開(kāi)溝器也是成對(duì)的圓盤(pán)刀，在刀軸上傾斜的方向相反，產(chǎn)生的軸向力相互抵消。在排種作業(yè)過(guò)程中，排種開(kāi)溝器旋轉(zhuǎn)行進(jìn)時(shí)僅有一側(cè)受到軸向壓力，致使土壤無(wú)法夾緊開(kāi)溝圓盤(pán)，因此排種開(kāi)溝器不易被土壤堵塞。由于成對(duì)圓盤(pán)傾斜安裝，使得開(kāi)溝圓盤(pán)在橫向切入時(shí)是逐漸切削秸稈根茬土壤復(fù)合體的。同時(shí)，開(kāi)溝圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)1個(gè)周期，相對(duì)地表沿開(kāi)溝寬度方向有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，前半周期和后半周期的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反，從而形成對(duì)秸稈根茬土壤復(fù)合體的方向相反的作用力，推動(dòng)其向耕作帶兩側(cè)運(yùn)動(dòng)。試驗(yàn)證明：本開(kāi)溝器性能優(yōu)越，地表破土量小于30%，為種子生長(zhǎng)創(chuàng)造出良好的種床土壤環(huán)境，滿(mǎn)足了保護(hù)性耕作的技術(shù)要求。

圖5 排種開(kāi)溝器Fig.5 Seeding ditching device

3 試驗(yàn)結(jié)果及評(píng)價(jià)指標(biāo)

3.1 性能試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)

試驗(yàn)內(nèi)容根據(jù)國(guó)標(biāo)《GB/T6973-2005單粒(精密)播種機(jī)試驗(yàn)方法》[17]和農(nóng)業(yè)部農(nóng)機(jī)試驗(yàn)鑒定總站發(fā)布的《免耕播種機(jī)質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》[18]進(jìn)行試驗(yàn)。性能試驗(yàn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)是總排肥量穩(wěn)定性、各行排肥量一致性，以及精密排種的粒距合格指數(shù)、重播指數(shù)及漏播指數(shù)等。

3.2 滑移率的測(cè)定

滑移率是播種機(jī)在田間作業(yè)，傳動(dòng)地輪運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)相對(duì)于地面的滑移程度。其計(jì)算公式為

(1)

其中，δ1為滑移率(%)；S為傳動(dòng)輪走過(guò)的實(shí)際距離(m)；R為傳動(dòng)輪半徑(m)；n為傳動(dòng)輪在路程S內(nèi)的轉(zhuǎn)數(shù)(r)。

滑移率測(cè)定所表1所示。播種機(jī)傳動(dòng)輪的滑移率為5.7%，輪子下陷深度為為15～19mm，均值為17mm。

表1 播種機(jī)傳動(dòng)輪滑移率的測(cè)定

3.3 播種深度和破土寬度的測(cè)定

播種深度如圖6所示。由圖6可以看出：前進(jìn)速度為3～5km/h的范圍內(nèi)播種深度保持在30～70mm之間，符合播種要求。

圖6 播種深度Fig.6 Sowing depth

破土寬度如圖7所示。由圖7可以看出：破土寬度在前進(jìn)速度為3～5km/h的范圍內(nèi)保持在50～100mm之間，符合免耕播種要求。

圖7 破土寬度Fig.7 Ground breaking width

3.4 播種性能的測(cè)定

播種性能是衡量播種機(jī)質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)，主要有精密排種的粒距合格指數(shù)、重播指數(shù)、漏播指數(shù)及變異系數(shù)。

(2)

(3)

(4)

根據(jù)文獻(xiàn)[18]，變異系數(shù)的計(jì)算公式為

(5)

性能試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。表2中，粒距合格指數(shù)為86.01%，重播指數(shù)7.74%，漏播指數(shù)6.33%，平均合格粒距變異系數(shù)4.86%。當(dāng)排肥裝置的槽輪工作長(zhǎng)度大于30mm時(shí)，各行排肥量一致性變異系數(shù)均值為3.44%，總排肥量穩(wěn)定性變異系數(shù)均值為0.26%。播種深度合格率均值為89.81%，排肥深度合格率均值為88.23%，上述指標(biāo)均符合免耕播種技術(shù)要求。

表2 性能試驗(yàn)結(jié)果

圖8 播種頻率散點(diǎn)圖Fig.8 Scatter plot of seeding frequency

播種性能試驗(yàn)結(jié)果表明：2BM-5型免耕播種機(jī)的總排肥量穩(wěn)定性、各行排肥量一致性、精密排種的粒距合格指數(shù)、重播指數(shù)、漏播指數(shù)等指標(biāo)均達(dá)到國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及免耕播種機(jī)質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范。

4 結(jié)論

1)播種機(jī)傳動(dòng)輪的滑移率為5.7%≤8.0%，輪子下陷深度均值為17mm。前進(jìn)速度為3～5km/h的范圍內(nèi)播種深度保持在30～70mm之間，破土寬度在前進(jìn)速度為3～5km/h的范圍內(nèi)保持在50～100mm之間，符合免耕播種要求。

2)粒距合格指數(shù)為86.01%，重播指數(shù)7.74%，漏播指數(shù)6.33%，平均合格粒距變異系數(shù)4.86%，各行排肥量一致性變異系數(shù)均值為3.44%，總排肥量穩(wěn)定性變異系數(shù)均值為0.26%，播種深度合格率均值為89.81%,排肥深度合格率均值為88.23%，均符合免耕播種技術(shù)指標(biāo)。

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Field Sowing Performance Test of 2BM-5 Type of Air Suction and no Tillage Planter

Liu Yueqin1,2, Zhao Manquan1, Liu Fei1, Dong Shuai1, Zhang Xu1

(1.College of Mechanical-electrical Engineering, Inner Mongolia Agricultural University,Hohhot 010018, China; 2.Inner Mongolia Technical College of Mechanics and Electrics, Hohhot 010070, China)

In order to improve seeding accuracy of the 2BM-5 type of air suction and no tillage planter, after optimization of the key parts of the machine are improved, field seeding performance test was carried out. The experimental results show that the measured sowing machine driving wheel slip rate is 5.7%,the sinking depth of The wheels is 17mm, when the speed is 3～5 km/h, the sowing depth kept between 30～70mm in width,when forward speed is 3～5km/h, the ground breaking width is between 50～100mm, the particle distance qualified index is 86.01%, the repeat sowing index is 7.74%,the leakage sowing index is 6.33%,the average of qualified grain distance variation coefficient is 4.86%,the average of consistency variation coefficient of fertilizer quantity in each row is 3.44%, the Stability coefficient of variation of the total quantity of the fertilizer discharging is 0.26%,the average of sowing depth qualified rate is 89.81%, the average of fertilizer depth qualified rate is 88.23%, all indexes are in line with no tillage sowing technology index.

no tillage planter; air suction; field sowing; seeding performance

2016-10-09

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51365034)；中國(guó)博士后科學(xué)基金項(xiàng)目(2014M552532XB); 內(nèi)蒙古自治區(qū)高等學(xué)?？茖W(xué)研究項(xiàng)目(NJZY327)

劉月琴(1977-)，女，內(nèi)蒙古察右前旗人，副教授，博士研究生，(E-mail)liuyueqin103@126.com。

趙滿(mǎn)全(1955-)，男，內(nèi)蒙古土右旗人，教授，博士生導(dǎo)師，(E-mail)nmgzhaomq@163.com。

S223.2+5；S157.4

A

1003-188X(2017)12-0125-05