大豆變量施肥播種機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

趙文罡，李洪剛，趙新天，吳尚華，王海龍

（吉林省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院，吉林長(zhǎng)春130022）

大豆變量施肥播種機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

趙文罡，李洪剛，趙新天，吳尚華，王海龍

（吉林省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院，吉林長(zhǎng)春130022）

針對(duì)東北壟作區(qū)大豆機(jī)械化種植的農(nóng)藝要求，優(yōu)化組合大豆“壟三”栽培等多項(xiàng)農(nóng)藝措施，設(shè)計(jì)了一種大豆變量施肥播種機(jī)，該機(jī)適用于大豆壟上栽培技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)變量深施肥、高速氣吸精密播種、覆土、鎮(zhèn)壓等作業(yè)，為大豆規(guī)?；?biāo)準(zhǔn)化和機(jī)械化生產(chǎn)提供技術(shù)裝備支撐。本文重點(diǎn)介紹了該播種機(jī)的構(gòu)成、工作原理和主要機(jī)構(gòu)，并對(duì)該機(jī)的播種性能進(jìn)行了田間試驗(yàn)。結(jié)果表明：該機(jī)各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足大豆精量播種的技術(shù)要求，具有良好的工作性能和適應(yīng)性，旨在為東北地區(qū)大豆精量播種機(jī)技術(shù)的改進(jìn)和研發(fā)方向提供參考。

大豆；精量播種；設(shè)計(jì)；試驗(yàn)

東北是我國(guó)大豆的主要產(chǎn)區(qū)之一，也是我國(guó)五大主產(chǎn)區(qū)中種植面積最大、產(chǎn)量最高的地區(qū)，其年種植面積和年產(chǎn)量均占全國(guó)的40%以上。東北壟作區(qū)的大豆種植模式主要有兩種：“壟三”栽培技術(shù)及其改進(jìn)栽培技術(shù)、大壟密植栽培技術(shù)。部分地區(qū)還采用了小壟密植栽培技術(shù)和大豆機(jī)械化覆膜栽培技術(shù)。近年來(lái)，我國(guó)大豆產(chǎn)品面臨國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的嚴(yán)峻形式，受材料及人工成本不斷上漲的影響，大豆種植面積不斷減少、年產(chǎn)量連續(xù)下降、產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢(shì)日益惡化，因此提高大豆單產(chǎn)水平、培育高品質(zhì)品種、降低生產(chǎn)成本是確保大豆安全生產(chǎn)的有效途徑。在國(guó)外大豆種植基本實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械化的情況下，國(guó)內(nèi)仍依賴進(jìn)口機(jī)具及小型機(jī)械化為主的方式，導(dǎo)致我國(guó)大豆生產(chǎn)成本居高不下。實(shí)現(xiàn)高效機(jī)械化生產(chǎn)成為我國(guó)大豆行業(yè)提升競(jìng)爭(zhēng)力，走出低谷的有效途徑之一。

國(guó)外的播種機(jī)普遍使用精密壓鑄加工、液壓控制、電子監(jiān)測(cè)等先進(jìn)技術(shù)以及新型材料，國(guó)內(nèi)則應(yīng)用較少。國(guó)內(nèi)研發(fā)的播種機(jī)多以小型機(jī)為主，而大型機(jī)多為改裝機(jī)，通常缺少液壓、光電、通訊等技術(shù)綜合應(yīng)用，高端技術(shù)含量較低。綜合對(duì)比，我國(guó)大豆播種機(jī)具技術(shù)及產(chǎn)品水平和發(fā)達(dá)國(guó)家相比較落后。

圖1 2BDB-6大豆變量施肥播種機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

圖 2氣吸式排種器

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理

1.1 播種機(jī)的總體結(jié)構(gòu)

該機(jī)主要由機(jī)架、地輪、風(fēng)機(jī)總成、平行四桿仿形機(jī)構(gòu)、變量施肥系統(tǒng)、氣吸式精密排種器，施肥鏟、開溝器、覆土鎮(zhèn)壓組合、劃印器等組成。主梁采用三點(diǎn)式懸掛機(jī)構(gòu)，在主梁兩側(cè)對(duì)稱安裝兩個(gè)傳動(dòng)地輪，每個(gè)傳動(dòng)地輪帶動(dòng)各自排種器轉(zhuǎn)動(dòng)，整機(jī)作業(yè)時(shí)可一次完成開溝、分成深施肥（變量施肥）、精密播種（漏播監(jiān)測(cè)）、覆土、鎮(zhèn)壓等作業(yè)。整機(jī)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

1.2 工作原理

機(jī)組工作時(shí)，施肥開溝器進(jìn)行開溝，由步進(jìn)電機(jī)通過(guò)鏈條驅(qū)動(dòng)排肥軸轉(zhuǎn)動(dòng)，排肥盒排下的肥料經(jīng)排肥管施到土壤中，實(shí)現(xiàn)變量深施肥；地輪轉(zhuǎn)動(dòng)并且通過(guò)鏈輪、鏈條驅(qū)動(dòng)排種器轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)播種開溝器開溝，在風(fēng)機(jī)的作用下氣吸式排種器排出的種子經(jīng)導(dǎo)種管進(jìn)入種溝內(nèi)（漏播監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)報(bào)警），經(jīng)覆土鎮(zhèn)壓組合部件將種子掩埋并壓實(shí)。

2 關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)與分析

2.1 氣吸式排種器設(shè)計(jì)

精密排種器作為精密播種機(jī)的關(guān)鍵核心部件，其工作性能的優(yōu)劣直接影響到播種質(zhì)量。通過(guò)改進(jìn)及優(yōu)化設(shè)計(jì)，研制了一種氣吸式排種器，主要由氣室殼體、排種盤、充排種器蓋、吸風(fēng)口和清種裝置等組成。是利用氣室的負(fù)壓產(chǎn)生吸附力將種子吸附到排種盤上工作的。氣室殼體與排種圓盤配合形成真空氣室，氣室邊緣安裝有密封圈，防止漏氣。排種盤是垂直的圓盤，盤上開有氣流通道孔。為了防止種子出現(xiàn)架空現(xiàn)象，設(shè)有攪種輪，來(lái)促進(jìn)充種室內(nèi)種子的擾動(dòng)，以提高種子的囊種率，從而降低漏播率。通過(guò)清種裝置可以實(shí)現(xiàn)精密播種的單粒播種需求，見(jiàn)圖2。

2.2 變量施肥系統(tǒng)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)了變量施肥系統(tǒng)（如圖3）所示，系統(tǒng)由D G PS、處方數(shù)據(jù)庫(kù)、C A N通信電路、微控制器、速度傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電機(jī)等組成。工作時(shí)，控制器基于航位推算的方法獲得地塊位置識(shí)別信息，讀取預(yù)存儲(chǔ)地塊的處方信息，控制器同時(shí)接收測(cè)速傳感器的信息，根據(jù)施肥量控制公式，輸出脈沖給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)通過(guò)鏈條驅(qū)動(dòng)排肥軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)變量施肥。同時(shí)，微控制器將機(jī)具作業(yè)速度、地塊編號(hào)和施肥量等信息通過(guò)C A N通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給監(jiān)控終端。

圖3 變量施肥系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

變量施肥監(jiān)測(cè)軟件界面（如圖4）所示，界面左側(cè)顯示當(dāng)前機(jī)具所在網(wǎng)格的編號(hào)、作業(yè)的面積、工作時(shí)間和當(dāng)前時(shí)間等信息，中間顯示當(dāng)前機(jī)具的作業(yè)速度、排肥軸的轉(zhuǎn)速、施肥量和施肥量歷史曲線信息。當(dāng)監(jiān)控終端收到信息時(shí)，指示燈閃爍，指示監(jiān)控終端的通信狀態(tài)。暫停按鈕用于暫停變量施肥作業(yè)，用于機(jī)具在地頭轉(zhuǎn)向等特殊情況。

圖4 變量施肥監(jiān)測(cè)軟件界面

2.3 漏播監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

設(shè)計(jì)了精密播種機(jī)工作狀況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，種箱中的大豆種子由排種器排出，落入輸種管，經(jīng)由開溝器落入種床完成播種。種箱料位監(jiān)測(cè)傳感器安裝在種箱底部，輸種管種子流監(jiān)測(cè)傳感器安裝在輸種管中上部，開溝器堵塞監(jiān)測(cè)傳感器安裝在開溝器上部，見(jiàn)圖5。

圖5 漏播監(jiān)測(cè)硬件系統(tǒng)組成圖

3 田間試驗(yàn)與結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)地條件

2016年5月10 日，在黑龍江省勃利縣試驗(yàn)示范基地，進(jìn)行該機(jī)的田間試驗(yàn)（如圖6）。選取具有代表性的地塊，土壤類型為黑壤土，土壤含水率為25%，墑情適宜，前茬作物為玉米，地面根茬經(jīng)過(guò)粉碎處理并起壟，達(dá)到無(wú)殘茬、無(wú)漏耕，平整細(xì)碎，達(dá)到待播狀態(tài)。試驗(yàn)樣機(jī)由黑龍江省勃農(nóng)興達(dá)機(jī)械有限公司生產(chǎn)，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，通過(guò)出廠檢驗(yàn)。

3.2 試驗(yàn)方法

依據(jù)G B/T 6973-2005《單粒（精密）播種機(jī)試驗(yàn)方法》進(jìn)行試驗(yàn)，播種前先對(duì)播種機(jī)的排種量、株距、行距、播種深度、施肥深度等進(jìn)行調(diào)整，調(diào)試之后，拖拉機(jī)以前進(jìn)速度為2.0m.s-1（7.2k m/.h）工況下進(jìn)行播種試驗(yàn)，對(duì)變量施肥播種機(jī)的相關(guān)性能進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)內(nèi)容主要包括播種性能，施肥一致性及變量施肥控制精度，漏播報(bào)警檢測(cè)精度等。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

將試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，計(jì)算播種性能（粒距合格指數(shù)、重播指數(shù)、漏播指數(shù)、播種深度合格率）、排肥性能、電子檢測(cè)性能，見(jiàn)表1。

圖6 2BDB-6大豆變量施肥播種機(jī)

表1 2BDB-6大豆變量施肥播種機(jī)性能指標(biāo)

由表1可見(jiàn)，大豆變量施肥播種機(jī)的粒距合格指數(shù)86.82%，漏播指數(shù)8.86%，播種深度合格率92.44%，各行排肥量一致性變異系數(shù)4.80%，變量施肥控制精度97.32%，可精準(zhǔn)控制施肥量，滿足排肥性能要求，漏播報(bào)警監(jiān)測(cè)精度98.52%，說(shuō)明該播種機(jī)具有良好的播種均勻性，具有良好的工作性能和適應(yīng)性，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到了國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié)論

針對(duì)東北壟作區(qū)大豆機(jī)械化種植的農(nóng)藝要求，設(shè)計(jì)了一種大豆變量施肥播種機(jī)，該機(jī)適用于大豆壟上栽培技術(shù)，可一次進(jìn)地實(shí)現(xiàn)變量施肥、壟上精密播種（電子漏播檢測(cè)）、覆土、鎮(zhèn)壓等作業(yè)，為大豆規(guī)?；?biāo)準(zhǔn)化和機(jī)械化生產(chǎn)提供技術(shù)裝備支撐。

設(shè)計(jì)的單腔雙盤氣吸式排種器，可實(shí)現(xiàn)單壟雙條播的方式；設(shè)計(jì)的變量施肥系統(tǒng)，可根據(jù)處方圖按需變量施肥，達(dá)到節(jié)能減排的目的；設(shè)計(jì)的漏播監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可在播種時(shí)對(duì)播種狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及報(bào)警，保證了機(jī)具的作業(yè)質(zhì)量。

通過(guò)樣機(jī)的田間性能試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的大豆變量施肥播種機(jī)，作業(yè)質(zhì)量符合中華人民共和國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《單粒（精密）播種機(jī)試驗(yàn)方法》的規(guī)定，能夠滿足東北壟作區(qū)大豆機(jī)械化種植的農(nóng)藝要求，確保了粒距均勻性和播深一致性，且變量施肥控制精度準(zhǔn)確，漏播報(bào)警檢測(cè)精度高。旨在為東北地區(qū)大豆精量播種機(jī)技術(shù)的改進(jìn)和研發(fā)方向提供參考。

[1]張曉剛,劉偉,余永昌.我國(guó)大豆精量播種機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J].大豆科技,2012(05)：39-42.

[2]李杞超,姜微,陳海濤,等.大豆平作密植精密播種機(jī)及栽培技術(shù)試驗(yàn)研究[J].大豆科學(xué),2014,33(02)：184-189.

[3]賈洪雷,王文君,莊健,等.仿形彈性鎮(zhèn)壓輥設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2015,46(06)：28-34．

S224.22

A

10.14025/j.cnki.jlny.2017.21.023

趙文罡，助理研究員，研究方向：農(nóng)業(yè)機(jī)械化及自動(dòng)化。