玉米根茬地雜豆壟作播種機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

萬(wàn)霖，車剛，李海龍，李愛萍，梁遠(yuǎn)

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)工程學(xué)院，大慶 163319）

玉米根茬地雜豆壟作播種機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

萬(wàn)霖，車剛，李海龍，李愛萍，梁遠(yuǎn)

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)工程學(xué)院，大慶 163319）

在玉米根茬地，利用聯(lián)合作業(yè)機(jī)起茬、破茬碎土、壟體深松、滅茬旋耕、起壟整形等多項(xiàng)作業(yè)，達(dá)到雜豆種植要求，采用大壟平臺(tái)的栽培模式，改進(jìn)設(shè)計(jì)氣吸式播種機(jī)核心部件，使種子的間距、粒距（株距）及深度都達(dá)到精確分布，并在田間進(jìn)行性能試驗(yàn)。研究結(jié)果表明，完全滿足了雜豆“大壟平臺(tái)”高產(chǎn)栽培技術(shù)要求，公頃保苗21～25萬(wàn)株·hm-2，株距合格率達(dá)到98%，且漏播率、重播率較低，播種質(zhì)量高，滿足播種質(zhì)量的要求。

玉米茬地；雜豆；壟作；排種盤；改進(jìn)

雜豆除了黃豆、大黑豆、青豆之外的一切豆類，其主要特點(diǎn)是脂肪含量只有1%，蛋白質(zhì)含量高達(dá)20%～25%，雜豆蛋白質(zhì)含量豐富。雜豆富含賴氨酸和精氨酸，蛋氨酸和胱氨酸為第一限制氨基酸。雜豆中的礦質(zhì)元素間含量差別很大，鉀、鎂、鈣、鐵含量豐富，因此在人們?nèi)粘Ｉ攀持校嗍秤靡恍┒诡愂称?，可以提高人們的營(yíng)養(yǎng)健康水平[1]。

根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織統(tǒng)計(jì)，全球每年生物固氮約2億t，豆科根瘤共生固氮占65%～80%，給共生豆科植物提供所需氮50%～100%。發(fā)展豆類作物的種植利用，可以充分利用環(huán)保、可持續(xù)的生物固氮，減少工業(yè)合成氮的使用，從而減少石油和煤炭等不可再生能源的消耗，屬于典型的低碳產(chǎn)業(yè)。雜豆是無(wú)公害的天然綠色食品，具有很好的抗旱作物，因此開發(fā)生產(chǎn)種植，不僅保護(hù)環(huán)境，又能提高農(nóng)民收入，還能提高土壤肥力，保障農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。現(xiàn)有雜豆的種植、管理和收獲機(jī)械多源于大豆栽培機(jī)械，或通用機(jī)型，針對(duì)現(xiàn)有的大部分雜豆栽培機(jī)械，通過(guò)播量調(diào)控、營(yíng)養(yǎng)調(diào)控、化學(xué)調(diào)控構(gòu)造高光效群體，協(xié)調(diào)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)關(guān)系，增加經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。

選擇玉米根茬口的地塊，應(yīng)用聯(lián)合耕作技術(shù)，能夠一次完成起茬、破茬碎土、壟體深松、滅茬旋耕、起壟、壟體整形等多項(xiàng)作業(yè)。采用雜豆高產(chǎn)高效的栽培模式大壟平臺(tái)，利用前茬殘肥、土壤理化特性，探討精密排種、開溝壓種環(huán)節(jié)的機(jī)械化綜合播種技術(shù)，通過(guò)改進(jìn)氣吸式播種機(jī)的核心部件，滿足雜豆粒徑，播種精度，提高出苗率，適應(yīng)高速氣吸式播種的需求。

1 總體設(shè)計(jì)方案

1.1 方案確定依據(jù)

保護(hù)性耕作技術(shù)中玉米秸稈和根茬如圖1所示。 雜豆是雙子葉作物，子葉出土，幼苗拱土能力弱，如果土壤根茬或土坷垃太多，易造成缺苗斷壟或出苗不齊的現(xiàn)象。對(duì)整地質(zhì)量要求較高，必須創(chuàng)造一個(gè)土表細(xì)碎無(wú)坷垃，無(wú)根茬，上虛下實(shí)的耕層結(jié)構(gòu)。

圖1 玉米茬地實(shí)物圖Fig.1 Graphs of maize stubble

根據(jù)壟作的耕作特點(diǎn)，利用1ZLZQ-4.2型聯(lián)合作業(yè)機(jī)，該機(jī)具采用了自驅(qū)動(dòng)式弧形齒盤破茬器和螺旋碎土裝置，集成了減阻型深松鏟和組合式起壟器，能夠一次完成起茬、破茬碎土、壟體深松、滅茬旋耕、起壟整形等多項(xiàng)作業(yè)。[3]達(dá)到了黑龍江墾區(qū)整地標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)要求，如圖2所示。

1.2 總體結(jié)構(gòu)和工作原理

由機(jī)架、仿形播種和施肥3部分組成如圖3，播種機(jī)工作時(shí)，拖拉機(jī)的動(dòng)力輸出軸驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，通過(guò)氣吸管在氣吸式排種器的吸氣室產(chǎn)生負(fù)壓，當(dāng)排種盤的吸種孔通過(guò)處于吸氣室始端的種子室時(shí)，在兩側(cè)壓力差的作用下，種子被排種盤的吸種孔吸住，排種盤由地輪通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，隨著排種盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，刮種器刮去吸種孔上多余的種子，只帶著一粒種子轉(zhuǎn)到開溝器的上方，當(dāng)吸種孔離開吸氣管道的末端后，負(fù)壓消失，種子靠自重落到雙圓盤式開溝器開出的種溝內(nèi)。最后，經(jīng)覆土器覆土和鎮(zhèn)壓輪鎮(zhèn)壓后完成播種。

圖3 播種機(jī)主視圖Fig.3 Unit of air-suction seeder

1.3 氣吸式排種器

氣吸式排種器由播量調(diào)節(jié)器、刮種器、攪種盤、排種盤、風(fēng)罩、分種器等組成。排種盤均布著吸種孔，其一端為吸氣室，通過(guò)吸氣管與風(fēng)機(jī)相連，另一端為種子室，與種箱相連如圖4。工作時(shí)，型孔輪由地輪驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸驅(qū)動(dòng)的風(fēng)機(jī)產(chǎn)生氣流通向氣嘴。種子由種箱進(jìn)入充種室，在重力及氣力的輔助作用下充入錐形型孔。當(dāng)充滿種子的型孔轉(zhuǎn)到清種區(qū)時(shí)，對(duì)準(zhǔn)型孔的氣嘴的高壓氣流將型孔上部多余的種子吹回到充種室，而位于型孔底部的一粒種子，由于氣流通過(guò)底部小通孔時(shí)形成壓差，將其緊壓在孔底，隨型孔輪轉(zhuǎn)至護(hù)種器時(shí)，氣壓消失。當(dāng)型孔內(nèi)種子轉(zhuǎn)到下方排種口處時(shí)，靠自重落入種溝。卡在型孔里的種子由分種板器推出。為滿足播雜豆尺寸的需要，減小盤孔的孔徑為3.5 mm，在盤孔周邊加工出扁橢圓型緩沖吸附區(qū)，可適應(yīng)不同形狀的雜豆。改進(jìn)設(shè)計(jì)的排種盤實(shí)物如圖5，改變傳動(dòng)比可調(diào)節(jié)粒距。

(2)浮選精煤采用圓盤真空過(guò)濾機(jī)與加壓過(guò)濾機(jī)聯(lián)合脫水回收，因煤質(zhì)變化頻繁而導(dǎo)致設(shè)備使用效果變差，處理能力降低，水分高，嚴(yán)重制約浮選生產(chǎn)，精煤質(zhì)量差。

1.流量調(diào)節(jié)器2.刮種器3.攪種盤4.排種盤5.風(fēng)罩6.分種器

圖5 小孔徑排種盤Fig.5 Seed metering device

1.4 非對(duì)稱開溝器

非對(duì)稱圓盤式開溝器由大小兩個(gè)平面圓盤、開溝器體、開溝器軸以及導(dǎo)種板等組成。兩圓盤相交于前下方的聚點(diǎn)處，形成一夾角。夾角的大小影響其開溝的寬度，一般為9°～12°。設(shè)計(jì)為了提高播種施肥的一致性，將圓盤夾角大小調(diào)至23°，并將大圓盤和小圓盤交錯(cuò)布置，前后錯(cuò)開5 cm，此時(shí)開出的溝形為斜W形，即形成了深淺2個(gè)溝，分別播施種肥。同時(shí)保證播種和施肥深度差保持一致，達(dá)到穩(wěn)定深度的目的。開溝器如圖6所示。

圖6 開溝器Fig.6 Disc furrow opener

1.5 鎮(zhèn)壓輪

播種同時(shí)鎮(zhèn)壓可減少土壤中的大孔隙，減少水分蒸發(fā)，以使土壤保墑；可加強(qiáng)土壤毛細(xì)管作用，使水分沿毛細(xì)管上升，起到“調(diào)水”和“保墑”的作用；可使種子與土壤緊密接觸，有利于種子發(fā)芽和生長(zhǎng)；春播鎮(zhèn)壓還可適應(yīng)提高地溫。鎮(zhèn)壓輪對(duì)土壤的壓強(qiáng)主要根據(jù)土壤性質(zhì)、水分、密度和作物的要求而定，鎮(zhèn)壓輪的壓力大小取決于鎮(zhèn)壓輪本身的重量和作用在它上面的附加重量[5]。播種機(jī)采用膠圈鎮(zhèn)壓輪，如圖7所示。

圖7 鎮(zhèn)壓輪Fig.7 Press wheel

2 測(cè)定方法與指標(biāo)

2.1 測(cè)定方法

單粒 (精密）播種機(jī)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)GB T 6973-2005和JB/T 10293-2013單粒(精密）播種機(jī)試驗(yàn)方法進(jìn)行技術(shù)條件的測(cè)試[4]。

2.2 試驗(yàn)指標(biāo)

N′—測(cè)定區(qū)域中的總粒距數(shù)；

n1—排一粒種子的次數(shù)；

n2—排二粒種子的次數(shù)。

2.3 性能試驗(yàn)

田間性能試驗(yàn)是在黑龍江省北安二龍山農(nóng)場(chǎng)，土地以黑鈣土為主，黑土層深厚，養(yǎng)份含量高。栽培模式采用大壟平臺(tái)110 cm大壟：壟寬110 cm，壟臺(tái)寬70～75 cm，壟臺(tái)高18～20 cm，壟上種植3行，壟上行間距25～27 cm，播深3～4 cm。播種雜豆為紅小豆（珍珠紅）紅小豆百粒重約10～13 g之間，化肥為復(fù)合顆粒肥料。播種實(shí)際測(cè)量如圖6，出苗情況如圖7，完全滿足了雜豆“大壟平臺(tái)”高產(chǎn)栽培技術(shù)要求，公頃保苗21～25萬(wàn)株·hm-2，株距合格率達(dá)到98%，且漏播率、重播率較低，播種質(zhì)量高，滿足播種質(zhì)量的要求。播種試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果Table 1 Results of compared experiment data

圖6 粒距測(cè)量Fig.6 Seed spacing of precision drilling

圖7 出苗情況Fig.7 Emergence rate of legumes

3 結(jié)論與展望

利用前茬作物對(duì)土壤環(huán)境的改變，充分利用前茬殘肥充分利用前茬殘肥、土壤理化特性，針對(duì)紅小豆雜豆品種、粒徑適應(yīng)性差，播種精度低，造成出苗不齊，產(chǎn)量不穩(wěn)定，制約著雜豆規(guī)模化種植。改進(jìn)雜豆精密播種機(jī)的核心部件，更換部件，達(dá)到省種、適應(yīng)性強(qiáng)的目的。設(shè)計(jì)出了排種器，并對(duì)其進(jìn)行理論、試驗(yàn)、模擬的對(duì)比研究，通過(guò)性能試驗(yàn)得出結(jié)論如下：

（1）滿足了雜豆“大壟平臺(tái)”高產(chǎn)栽培技術(shù)要求，公頃保苗21～25萬(wàn)株·hm-2，株距合格率達(dá)到98%，且漏播率、重播率較低，播種質(zhì)量高，滿足播種質(zhì)量的要求。

（2）針對(duì)玉米茬地，通過(guò)播前耕、精密排種、開溝壓種的機(jī)械化綜合播種技術(shù)。性能試驗(yàn)指標(biāo)滿足要求。

該課題在高產(chǎn)高效栽培技術(shù)對(duì)雜豆的配套機(jī)具進(jìn)行技術(shù)開發(fā)，在關(guān)鍵技術(shù)上取得突破，將極大促進(jìn)機(jī)器利用率，縮小與發(fā)達(dá)國(guó)家農(nóng)機(jī)產(chǎn)品技術(shù)方面的差距，并形成自主核心技術(shù)，提高我國(guó)整體農(nóng)機(jī)行業(yè)的自主創(chuàng)新能力，促進(jìn)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步，促進(jìn)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)有效調(diào)整與農(nóng)民增收，為新農(nóng)村建設(shè)提供全面的裝備技術(shù)支撐。

［1］聶剛，杜雙奎，任美娟，朱戰(zhàn)燁.常見雜豆的蛋白質(zhì)與礦物質(zhì)評(píng)價(jià)［J］．西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2013，22（12）:31-35.

［2］王海燕.不同小麥播種機(jī)械的性能比較［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42(29）:10439-10440.

［3］車剛，張偉，萬(wàn)霖，等．基于滅茬圓盤驅(qū)動(dòng)旋耕刀多功能耕整機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)［J］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28（20）:34-40.

［4］萬(wàn)霖，車剛，李玉清，等．2BD-7型多功能精密耕播機(jī)的研制與試驗(yàn)研究［J］．黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，16 （4）：46-48.

［5］萬(wàn)霖，汪春，車剛，等．蔬菜移栽機(jī)的覆土鎮(zhèn)壓器設(shè)計(jì)［J］．黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，24（3）：16-18.

［6］中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院.農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（上冊(cè)）［M］.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2007.

［7］張波屏.現(xiàn)代種植機(jī)械［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.

［8］劉文忠，趙滿全，王文明，等.氣吸式排種裝置排種性能理論分析與試驗(yàn)［J］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010，26（9）：133-135.

Improvement Design of the Ridge-till Legumes Seeder for Maize Stubble Field

Wan Lin，Che Gang，Li Hailong，Li Aiping，Liang Yuan
（College of Engineering，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319）

In the maize stubble field，the tillage machine was used for cracking stubble，rotary tillage，deep digging，ridge forming and shaping ridge simultaneously combined with technology of legumes growing requirement.Cultivation pattern was developed by using wide-ridge platform.Improvement design of seed metering device was a core component for the air-suction seeder using agricultural requirements to design seed metering device，the air-suction seeder of spacing and depth was realized and the precision and work efficiency was improved.The field test results showed that seed metering device had good performance，forerunner function and good credibility，it could satisfy wide-ridge platform，the optimum density was 210 000～250 000 seedlings per mu.The machine productivity was 98%rate，its miss index and multiple index were 1.87%，0.8%.The seed metering could meet the requirement of high-speed precision seeding.

maize stubble；legumes；ridge tillage；seed metering device；improvement

S521

A

1002-2090（2016）05-0095-04

10.3969/j.issn.1002-2090.2016.05.019

2015-06-01

“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃子課題（2014BAD07B05-10）。

萬(wàn)霖（1971-），女，教授，黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)，現(xiàn)主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)及理論和現(xiàn)代農(nóng)機(jī)裝備研究工作。