電力驅(qū)動精密播種機設(shè)計與試驗研究

趙文罡，韓國靖，李洪剛，趙新天，于洪斌，吳尚華

（吉林省農(nóng)業(yè)機械研究院，吉林長春130022）

目前，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的播種機的傳動方式均為機械式鏈條傳動，依靠播種機地輪與地表摩擦阻力為傳動系統(tǒng)的動力來源，整套系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，輔助零件多（鏈輪、鏈條、軸承、軸和張緊裝置等），同時存在鏈條脫落、斷裂等問題。播種時株距調(diào)節(jié)繁瑣，需要通過人工更換鏈輪或調(diào)節(jié)附加變速機構(gòu)（屬于有級調(diào)節(jié)）。播種機地輪的打滑率高，影響播種株距均勻性和工作效率，導致播種機的作業(yè)質(zhì)量不良[1]?；谏鲜鰡栴}，研究播種機電力驅(qū)動結(jié)構(gòu)和配套信息系統(tǒng)，應(yīng)用電動施肥裝置，省去機械式鏈條傳動系統(tǒng)的同時實現(xiàn)高精度播種株距、施肥量的信息調(diào)控，是機電自動化控制技術(shù)的體現(xiàn)，也是實現(xiàn)玉米種植技術(shù)機電一體化發(fā)展方向的重要歷程。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計及工作原理

1.1 播種機的總體結(jié)構(gòu)

該機主要由機架、施肥鏟、施肥電機、開溝器、精密排種器、步進電機、傳感器、數(shù)字輸入式控制系統(tǒng)、覆土鎮(zhèn)壓器等組成。主梁由拖拉機采用三點式懸掛機構(gòu)掛接，整機可一次完成開溝、深施肥、精密播種、覆土鎮(zhèn)壓等作業(yè)，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 輸入式調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)

依托電子信息技術(shù)，采用數(shù)字輸入地輪直徑、播種株距、施肥量等信息，通過監(jiān)測播種機地輪轉(zhuǎn)速，將采集的信息傳送到控制系統(tǒng)，經(jīng)過系統(tǒng)內(nèi)部程序運算，驅(qū)動并控制排種、排肥部件同步轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)配套拖拉機不同作業(yè)速度時播種、施肥的變量調(diào)節(jié)[2]，同時采用漏播監(jiān)測報警功能，保證了播種機作業(yè)質(zhì)量。

1.3 工作原理

工作時，拖拉機蓄電池提供動力源，傳感器采集地輪位移信號，將數(shù)據(jù)傳輸給控制系統(tǒng)，系統(tǒng)經(jīng)過程序運算，計算出該機的播種信息并發(fā)配指令，由電機驅(qū)動排肥軸轉(zhuǎn)動，排肥盒排下的肥料經(jīng)排肥管施到土壤中，由步進電機驅(qū)動精密排種器轉(zhuǎn)動，同時播種開溝器開溝，排種器排出的種子經(jīng)導種管進入種溝內(nèi)，經(jīng)覆土鎮(zhèn)壓組合部件將種子掩埋并壓實。

圖1 電力驅(qū)動精密播種機結(jié)構(gòu)圖

圖2 數(shù)字輸入式調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)

表1 電力驅(qū)動播種機性能指標

2 田間試驗與結(jié)果分析

2.1 試驗地條件

2018年5月7 日，在吉林省農(nóng)安縣開安鎮(zhèn)試驗基地，進行了田間試驗。選取具有代表性的地塊，土壤類型為黑壤土，土壤含水率為28%，墑情適宜，地面根茬經(jīng)過粉碎處理并起壟，達到無殘茬、無漏耕，平整細碎的待播狀態(tài)。

2.2 試驗方法

播種前，采用數(shù)字式輸入對該機的地輪直徑、株距、施肥量等參數(shù)進行設(shè)定，對整機的行距、播種深度、施肥深度等進行調(diào)整、調(diào)試之后，拖拉機以不同的速度工況下進行試驗，對其相關(guān)性能進行檢測，內(nèi)容主要包括數(shù)字輸入式調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)控制精度，及相關(guān)播種性能、施肥性能等。

2.3 試驗結(jié)果分析

將試驗數(shù)據(jù)整理，計算株距合格指數(shù)、施肥性能、電子監(jiān)測性能，詳見表1所示。

結(jié)果表明，電力驅(qū)動播種機的粒距合格指數(shù)99.35%，各行排肥量一致性變異系數(shù)5.80%，施肥控制精度96.44%，漏播報警監(jiān)測精度98.88%，說明該機具有良好的播種均勻性，具有良好的工作性能和適應(yīng)性，各項性能指標均達到國家相關(guān)標準。

3 結(jié)論

一是機械式鏈條傳動結(jié)構(gòu)復雜和使用過程中存在鏈條脫落、斷裂等問題，設(shè)計了一種電力驅(qū)動精密播種機，該機可一次進地完成開溝、施肥、播種、覆土、鎮(zhèn)壓等作業(yè)過程。

二是田間試驗，測試結(jié)果表明所設(shè)計的電力驅(qū)動播種機，電力驅(qū)動代替機械傳動，簡化整機結(jié)構(gòu)，有效提高傳動可靠性，數(shù)字輸入式調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)可實現(xiàn)無極調(diào)節(jié)株距，播種株距均勻、性能穩(wěn)定，施肥控制精度準確，漏播報警精度高，作業(yè)質(zhì)量符合國家相關(guān)標準的規(guī)定，旨在為電力驅(qū)動技術(shù)在農(nóng)業(yè)播種領(lǐng)域的改進和研發(fā)方向提供參考。