小麥寬幅播種機(jī)種肥開溝裝置的設(shè)計(jì)與研究

李軍宇，張淑娟，王曙光

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué) a 工學(xué)院；b.農(nóng)學(xué)院，山西 太谷 030801)

0 引言

小麥?zhǔn)俏覈蠹Z食作物之一，也是重要的商品糧和貿(mào)易糧，提高小麥產(chǎn)量直接關(guān)系我國的糧食安全和國民生計(jì)[1-2]。由于我國新增耕地面積的空間不大，依靠擴(kuò)大糧食種植面積來提高小麥產(chǎn)量并不現(xiàn)實(shí)，只有提高小麥種植管理技術(shù)，提高化肥施用效率，才能為小麥增產(chǎn)提供保障。目前，我國大部分地區(qū)冬小麥種植中仍采用拋撒式施肥，易導(dǎo)致肥料施用不均，不利于作物的吸收，且造成環(huán)境污染，肥料浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重。常規(guī)小麥播種方式上多采用條播，播種幅寬一般為3cm，在現(xiàn)如今播量逐漸增大的情況下易造成籽粒扎堆，導(dǎo)致幼苗分布疏密不均，出現(xiàn)大小苗、疙瘩苗現(xiàn)象。株距過小，造成小麥個(gè)體發(fā)育不良，根系不發(fā)達(dá)，在小麥揚(yáng)花和灌漿時(shí)期，受季風(fēng)影響，極易出現(xiàn)倒伏，嚴(yán)重影響小麥的單位產(chǎn)量。

小麥生產(chǎn)中采用現(xiàn)代農(nóng)業(yè)先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)種植機(jī)械，可在減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、縮短勞動(dòng)時(shí)間的同時(shí)，獲得較高的單位產(chǎn)量和較好種植收入[3]。種肥同播技術(shù)是農(nóng)業(yè)部門早年提出的一項(xiàng)小麥高產(chǎn)技術(shù)，是將種子和化肥同時(shí)播入田間、種肥同溝但深度不同的一種操作模式[4]，可改變傳統(tǒng)撒施淺施等落后的施肥方式，提高化肥的利用率，省工省時(shí)，節(jié)本增效。但由于各地種植習(xí)慣的不同，種植機(jī)械難以滿足當(dāng)?shù)剞r(nóng)藝要求，種肥同播技術(shù)并沒有大面積推廣。本文針對(duì)現(xiàn)階段小麥播種中存在的技術(shù)難點(diǎn)，結(jié)合種肥同播技術(shù)與當(dāng)?shù)剞r(nóng)藝要求，設(shè)計(jì)開發(fā)出一種新型小麥寬幅播種機(jī)，旨在為小麥種肥同播技術(shù)的推廣提供參考。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

本次設(shè)計(jì)的小麥寬幅播種機(jī)主要由動(dòng)力傳輸系統(tǒng)、旋耕裝置、種肥開溝裝置、種肥箱系統(tǒng)及覆土鎮(zhèn)壓裝置等組成，是一種田間復(fù)式作業(yè)機(jī)具，可一次完成旋耕、碎茬、開溝、施肥、播種、覆土、鎮(zhèn)壓等多道工序。其中，種肥開溝裝置是本機(jī)具的創(chuàng)新部件。整機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

1.三點(diǎn)懸掛裝置 2.齒輪箱總成 3.機(jī)架 4.旋耕裝置 5.種肥開溝器 6.排肥管 7.種管 8.鎮(zhèn)壓驅(qū)動(dòng)滾 9.刮土板 10.擋土板 11.張緊輪 12.種箱 13.肥箱圖1 小麥播種機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖

名稱單位數(shù)值外形尺寸(長×寬×高)mm1960×2240×1200整機(jī)質(zhì)量kg870配套動(dòng)力kW58.8～73.5工作行數(shù)9作業(yè)寬度mm2000行距mm120～150(可調(diào))播種幅度mm120播種深度mm30～50施肥深度mm110～130排種器形式可調(diào)外槽輪式排肥器形式外槽輪式作業(yè)速度km/h5～6

工作時(shí)，拖拉機(jī)通過三點(diǎn)懸掛裝置牽引機(jī)具進(jìn)行播種作業(yè)。首先，萬向節(jié)與動(dòng)力輸出軸相連，由動(dòng)力傳輸系統(tǒng)將動(dòng)力傳遞到刀軸上，連接在刀軸上的旋耕刀獲得動(dòng)力后旋轉(zhuǎn)切碎土壤或玉米根茬，從而形成疏松的種床；隨后，位于旋耕刀正后方的種肥開溝器開出適宜深度的種肥溝，通過鎮(zhèn)壓驅(qū)動(dòng)滾鏈輪傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)排肥排種裝置，肥料通過肥管撒落于種肥帶內(nèi)；部分土壤自動(dòng)落回覆蓋肥料后，種子通過排種管排到土壤中，完成小麥種植作業(yè)，種肥垂直分施，實(shí)現(xiàn)種肥同播；最后，通過鎮(zhèn)壓滾覆土鎮(zhèn)壓，使種子、化肥緊密接觸，完成施肥、播種作業(yè)。

2 種肥同播開溝裝置

2.1 防堵原理

在小麥、玉米一年兩熟作業(yè)中，秋季玉米機(jī)收后，大量秸稈殘茬覆蓋地表，小麥播種機(jī)的通過性能和播種質(zhì)量受到嚴(yán)重影響。為解決小麥播種機(jī)播種過程中產(chǎn)生的壅堵問題，國內(nèi)外專家學(xué)者做了大量研究，研制出了動(dòng)力甩刀式[5]、浮動(dòng)支撐式[6]及雙軸驅(qū)動(dòng)式[7]等多種動(dòng)力驅(qū)動(dòng)形式的防堵裝置。

本小麥播種機(jī)主要采用“拋切式”防堵原理。播種小麥時(shí)，拖拉機(jī)的動(dòng)力通過動(dòng)力傳輸系統(tǒng)遞給刀軸，刀軸帶動(dòng)旋耕刀高速旋轉(zhuǎn)，對(duì)播種行上的玉米根茬進(jìn)行切除、粉碎，同時(shí)旋耕土壤，形成清潔播種帶，防止播種作業(yè)時(shí)產(chǎn)生堵塞。由于開溝器的前段插入旋耕刀片內(nèi)，每個(gè)開溝器的前段兩側(cè)各安裝有一組旋耕刀組，這樣不僅可以打碎玉米秸稈，還可以切掉開溝器上纏繞的秸稈，防止秸稈纏繞在開溝器上形成堵塞，且縮短了小麥播種機(jī)的機(jī)身長度。

2.2 整體結(jié)構(gòu)

種肥開溝裝置主要由種肥開溝器、鏟柄、導(dǎo)肥管、導(dǎo)種管、固節(jié)器及調(diào)節(jié)螺栓等組成，如圖2所示。導(dǎo)肥管與種肥開溝器固接在一起，在導(dǎo)肥管后加裝導(dǎo)種管，利用回土效果保證了種肥垂直分施，導(dǎo)種管高度可以根據(jù)實(shí)際需求通過調(diào)整螺栓進(jìn)行調(diào)節(jié)[8]。播種時(shí)，根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)農(nóng)藝要求及種肥同播原理，設(shè)計(jì)的導(dǎo)肥管高于開溝器20mm，導(dǎo)種管高于施肥管90mm，保證了種肥間隔70～90mm以上，滿足生產(chǎn)要求和避免燒種。

1.種肥開溝器 2.導(dǎo)肥管 3.導(dǎo)種管 4.固節(jié)器 5.調(diào)整螺絲

本次小麥播種機(jī)采用小麥寬幅垂直分層種肥同播技術(shù)，將傳統(tǒng)的密集條播、籽粒擁擠一條線改為12cm的寬播幅。播種時(shí)，種子位于土壤下面4.0cm，肥料位于種子下面9.0cm，肥料集中條狀均勻深施，避免了肥料中氮的揮發(fā)且粒播分散式結(jié)構(gòu)有利于種子的均勻分布;與傳統(tǒng)播種方式相比，該技術(shù)的麥田通風(fēng)透光性良好，麥苗整體生長均勻，可以有效分蘗，成穗率高，小麥根系發(fā)達(dá)。

2.3 種肥開溝器

2.3.1 主要參數(shù)

開溝器是小麥播種機(jī)的關(guān)鍵部件之一，共作用是開出溝槽，為種子發(fā)芽和作物生長提供良好的種床[9]。本文設(shè)計(jì)的開溝器由前刀、鏟柄及固節(jié)器等組成，主要參數(shù)包括入土角、入土隙角及曲線方程等。

開溝器的入土性能與入土角的選擇有關(guān)。若入土角度過大，土壤對(duì)開溝器的阻力大，土壤擾動(dòng)量大，易發(fā)生堵塞；角度過小，開溝阻力小入土能力好，但開溝深度不夠，不能滿足農(nóng)藝要求。種肥開溝器前刀的刃口設(shè)計(jì)為凹曲線，可以降低前進(jìn)阻力。入土角的變化范圍為20°～55°。

開溝器的入土隙角可以增加開溝器的入土能力。若入土隙角過小，入土性能差，增加摩擦阻力；角度過大，易造成土壤提前回落，使溝底不平[10]。一般取入土隙角為5°～10°，本文取入土隙角為6°。

李叔淺：恨水先生，又寫了個(gè)悲劇。我最不愛悲劇。因?yàn)槿松緛硪呀?jīng)是場(chǎng)悲劇。悲劇不是我想說的，我想說的是，

2.3.2 開溝器的曲線方程

種肥開溝器前刀的結(jié)構(gòu)簡圖如圖3所示。假設(shè)凹曲線最下端的A點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，則曲線上兩點(diǎn)的坐標(biāo)分別為A點(diǎn)(0,0)和B點(diǎn)(170,90)。

因此，建立開溝器前刀曲線(即圓弧曲線)方程為

(x-a)2+(y-b)2=R2

(1)

其中，a、b為圓的圓心坐標(biāo)；R為圓的半徑。

圖3 種肥開溝器前刀結(jié)構(gòu)示意圖

圖3中，設(shè)角ω、γ分別為開溝器上A、B點(diǎn)的入土角，O為圓弧的圓心，E為圓弧上A、B點(diǎn)的切線的交點(diǎn)，因此在四邊形OAEB、△OAE、△OEB中有

(2)

由B點(diǎn)坐標(biāo)得lAB=192mm。在一定條件下，入土角越小入土能力越好，但由于加工和使用壽命等問題，實(shí)驗(yàn)確定ω=25°、δ=55°。根據(jù)式(2)可得R=371mm。

將A(0，0)、B(170，90)、R帶入式(1)，可得a=253 、b=-272，則種肥開溝器前刀的曲線方程為

(x+253)2+(y-272)2=3712

(3)

曲線AB上任意一點(diǎn)的入土角α的計(jì)算公式為

(4)

種肥開溝器入土深度為120mm的D點(diǎn)，其坐標(biāo)為(120，90)，得到D點(diǎn)的入土角為44°，滿足開溝過程中入土角大小的要求。

3 田間試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)田情況

2015年10月，在山西省襄汾縣陶寺鄉(xiāng)安李村進(jìn)行了機(jī)收玉米秸稈覆蓋條件下的小麥播種作業(yè)試驗(yàn)測(cè)試，試驗(yàn)地長為100m，寬為15m，可供6個(gè)行程。前茬作物為玉米335，秸稈覆蓋量為3.1kg/m2，土壤質(zhì)地為壤土，土壤含水率為14%，2015年10月3日測(cè)試。試驗(yàn)用小麥品種為長6 359，千粒質(zhì)量為33g，種子含水率為12.5%，播種量為265kg/hm2，試驗(yàn)用肥料為腐植酸螯合肥，N-P2O5-K2O為26-10-6+TE，總養(yǎng)分≥42%，施肥量為545kg/hm2。試驗(yàn)用拖拉機(jī)為東方紅1004，作業(yè)速度為5.2km/h。田間播種試驗(yàn)如圖4所示。

圖4 田間播種試驗(yàn)

3.2 試驗(yàn)內(nèi)容及方法

根據(jù)GB/T 9478-2005《谷物條播機(jī)試驗(yàn)方法》、NY/T 996-2006《小麥精少量播種機(jī)作業(yè)質(zhì)量》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)小麥播種機(jī)的性能指標(biāo)和播種質(zhì)量進(jìn)行測(cè)試，內(nèi)容主要包括播種質(zhì)量、機(jī)具通過性和種肥間距等。

3.2.1 種肥深度

采用“五點(diǎn)測(cè)試法”，具體測(cè)試內(nèi)容：在試驗(yàn)區(qū)沿對(duì)角線等距離選取5個(gè)測(cè)區(qū)，每個(gè)測(cè)區(qū)寬度為一個(gè)工作幅寬，長度為5m；隨機(jī)在每個(gè)測(cè)區(qū)內(nèi)選取10個(gè)測(cè)點(diǎn)，人工扒開土層，進(jìn)行播種深度和施肥深度的測(cè)量，播種深度以3～5cm為合格，施肥深度以11～13cm為合格。

3.2.2 機(jī)具通過性

根據(jù)農(nóng)機(jī)部試驗(yàn)鑒定總站測(cè)試，機(jī)具合格標(biāo)準(zhǔn)為：“在剛收獲的玉米地，植被覆蓋量為2.0～4.0kg/m2，測(cè)試區(qū)長度為60cm，往返一個(gè)行程不發(fā)生堵塞或者有一次輕度堵塞”[11]。本次試驗(yàn)地測(cè)區(qū)長度為80m，往返3個(gè)來回，共6個(gè)行程。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.3.1 種肥深度

播種后，田間試驗(yàn)種肥深度的測(cè)量結(jié)果如表2所示。

表2 種肥深度測(cè)量結(jié)果

從表2中的測(cè)量結(jié)果可以看出：種深、肥深合格率均達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，種深的變異系數(shù)大于肥深。這是因?yàn)樾←湶シN機(jī)采用的種肥開溝裝置作業(yè)時(shí)為種肥同溝垂直分布，肥料先落入所開的＂V＂溝底部，施肥深度僅與開溝深度有關(guān)；而小麥播種深度同時(shí)受開溝深度和落種前回土量兩個(gè)因素的影響，尤其是玉米秸稈覆蓋地表狀況復(fù)雜的情況下，一定程度上影響回土量；另外，種子著床質(zhì)量也受到一定的影響[12-13]。

3.3.2 防堵性能

試驗(yàn)結(jié)果表明：該機(jī)具在正常作業(yè)6個(gè)行程的過程中，無明顯堵塞現(xiàn)象，播種機(jī)具通過性良好，能夠保證播種質(zhì)量。本次研究設(shè)計(jì)的種肥開溝器插入到旋耕機(jī)旋耕刀片中間，旋耕刀在旋耕切碎土壤后形成比較理想的種床。同時(shí)，還可以切除附著纏繞在開溝器上的雜草秸稈，消除機(jī)具進(jìn)行播種作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的堵塞。

4 結(jié)論

1)田間試驗(yàn)結(jié)果表明：小麥的平均播種深度為3.8cm，平均施肥深度為12.3cm，種肥間距滿足種肥同播7～9cm的農(nóng)藝要求。試驗(yàn)過程中無明顯壅堵現(xiàn)象，通過性良好，有利于小麥、玉米一年兩熟區(qū)進(jìn)一步的推廣和應(yīng)用種肥同播技術(shù)。

2)小麥播種機(jī)中的種肥開溝裝置采用寬播幅12cm種子分散式粒播，種肥同溝垂直分施可實(shí)現(xiàn)種肥同播，提高了肥料利用率，且擴(kuò)大了小麥單株?duì)I養(yǎng)面積，促使植株根系發(fā)達(dá)、苗蘗健壯，從而達(dá)到了增產(chǎn)的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 胡紅，李洪文，李傳友，等.稻茬田小麥寬幅精量少耕播種機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2016，32(3)：24-32.

[2] Karayel D. Performance of a modified precision vacuum seeder for no-till sowing of maize and soybean[J].Soil & Tillage Research，2009，104(1)：121-125．

[3] 羅征，孫培靈，陳海濤，等.原茬地小麥免耕播種機(jī)性能試驗(yàn)研究[J].農(nóng)機(jī)化研究，2017，39(2)：133-137.

[4] 耿鑫，曹德東，陳旭.寬行寬幅種肥同播 每畝增收三百多[J].農(nóng)民致富之友，2015(4)：156.

[5] 何進(jìn)，李洪文，張慶杰，等.動(dòng)力甩刀式小麥固定壟免耕播種機(jī)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2011，42(10)：51-55.

[6] 盧彩云，李洪文，何進(jìn)，等.小麥免耕播種機(jī)浮動(dòng)支撐式防堵裝置[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2013，44(12)：52-55.

[7] 朱惠斌，李洪文，何進(jìn)，等.稻茬地雙軸驅(qū)動(dòng)防堵式小麥免耕播種機(jī)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2013，44(6)：39-44.

[8] 中國農(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)[K].北京:中國農(nóng)業(yè)科技術(shù)出版社，2007.

[9] 趙淑紅，劉宏俊，張先民，等.滑推式開溝器設(shè)計(jì)與作業(yè)性能優(yōu)化試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2016，32(19)：26-34.

[10] 茍文，馬榮朝，楊文鈺，等.小麥免耕播種機(jī)開溝器的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28(S1)：21-25.

[11] 姚宗路，高煥文，王曉燕，等.2BMX-5型小麥-玉米免耕播種機(jī)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2008，39(12)：64-68.

[12] 姚宗路，王曉燕，高煥文，等.小麥免耕播種機(jī)種肥分施機(jī)構(gòu)的改進(jìn)與應(yīng)用效果[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2007，23(1)：120-124.

[13] 李兵，李洪文.2BMD-12型小麥對(duì)行免耕播種機(jī)的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2006,37(3)：35-38.

AbstractID:1003-188X(2018)06-0116-EA

Abstract： In North China, many wheat-maize double cropping areas have many problems about wheat seeder, such as large amount of straw-covering, bad passing capacity and poor planting quality. Combing with these problems and the requirement of local agronomy and principle of seeding, a new type of wheat seeder was designed, which can complete the ditching , seeding, fertilizer, soil covering and pressing. The fertilizer ditching device in this wheat seeder can be used for distributed sowing with wide range (12cm), which expands the wheat planting width and nutrient area ,it is also propitious to the wheat seedling roots; A new device for fertilizer ditching can realize wheat seed and fertilizer sowing in the meantime, it improves the utilization rate of fertilizer. The field experiment showed that the mean sowing depth was 3.8cm, and the qualified rate of the sowing depth was 92.5%, the mean fertilizing depth was 12.3cm, and the qualified rate of fertilizing depth reached 94.7%, both of them met the requirements of fertilizer and sowing agronomic. The wheat seeder has the good performance during the sowing process.

Keywords： wheat; wide seeder; opener; device for fertilizer ditching