精準(zhǔn)智能化免耕覆秸施肥播種機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究

王琪玲，李宗嶺

（連云港市農(nóng)機(jī)試驗(yàn)推廣站，江蘇 連云港 222000）

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是當(dāng)今世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的新潮流，是由信息技術(shù)支持的、根據(jù)空間變異定位、定時(shí)、定量地實(shí)施一整套現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)操作技術(shù)與管理的系統(tǒng)。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)是基于信息技術(shù)、生物技術(shù)和工程裝備技術(shù)等一系列科學(xué)技術(shù)成果上發(fā)展起來(lái)的一種新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，由全球定位系統(tǒng)、農(nóng)田信息采集系統(tǒng)、農(nóng)田遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、農(nóng)田地理信息系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)、智能化農(nóng)機(jī)具系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)化管理系統(tǒng)和培訓(xùn)系統(tǒng)等組成，將變量播種、變量施肥、變量灌溉、變量噴藥和在線實(shí)時(shí)測(cè)產(chǎn)等技術(shù)集成為一體，有利于提高農(nóng)業(yè)作業(yè)的效率、降低生產(chǎn)成本。

我國(guó)當(dāng)前面臨農(nóng)業(yè)資源匾乏、農(nóng)田環(huán)境污染嚴(yán)重等問(wèn)題，因此實(shí)施精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是解決我國(guó)農(nóng)業(yè)由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展過(guò)程中所面臨的確保農(nóng)產(chǎn)品總量、調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和質(zhì)量、資源嚴(yán)重不足且利用率低、環(huán)境污染等問(wèn)題的有效方式，實(shí)施精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)示范和研究工作具有重要的戰(zhàn)略意義。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)土地資源、環(huán)境保護(hù)、能源利用等方面認(rèn)識(shí)的提高，農(nóng)機(jī)裝備正由單一型向多功能型轉(zhuǎn)變，由粗獷型作業(yè)向精細(xì)效益型作業(yè)轉(zhuǎn)變，由手動(dòng)半自動(dòng)向智能化及自動(dòng)化轉(zhuǎn)變。因此，研究開(kāi)發(fā)高效節(jié)能的精準(zhǔn)智能化覆秸施肥播種機(jī)械具有十分重要的意義。

目前，由于中小型收獲機(jī)的廣泛使用，農(nóng)作物秸稈無(wú)法得到有效的處理及運(yùn)用，被棄置田地間，更有甚者在田間焚燒秸稈，這不僅會(huì)對(duì)環(huán)境造成巨大的污染，更存在著火災(zāi)等重大安全隱患。為解決上述問(wèn)題，各級(jí)政府相繼提出禁燒農(nóng)作物秸稈，大力推廣秸稈粉碎還田，大大提高了秸稈利用率，減少了環(huán)境污染，對(duì)培肥地力、提高單位面積產(chǎn)量起到了一定的積極作用。然而，目前市場(chǎng)上的旋耕還田施肥播種機(jī)普遍存在著播種不均勻，智能化程度低，機(jī)具在作業(yè)期間行走困難、出現(xiàn)擁堵等現(xiàn)象，導(dǎo)致農(nóng)作物的產(chǎn)量降低，農(nóng)民收入也隨之減少。

為解決上述技術(shù)難題，緊跟當(dāng)前農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備智能化發(fā)展趨勢(shì)，連云港市農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)推廣站、江蘇大力士機(jī)械制造有限公司和江蘇海洋大學(xué)聯(lián)合提出了精準(zhǔn)智能化免耕覆秸施肥播種機(jī)研發(fā)，該機(jī)型引入北斗測(cè)量控制技術(shù)，精確控制播種施肥量和均勻性，可一次性完成秸稈粉碎覆蓋、秸稈旋耕還田、智能化精量播種施肥、覆土鎮(zhèn)壓等多道作業(yè)工序，可以解決當(dāng)前我國(guó)政府和農(nóng)民迫切需要解決的秸稈焚燒問(wèn)題，提高作物產(chǎn)量，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

精準(zhǔn)智能化免耕覆秸施肥播種機(jī)從單純追求秸稈還田及播種效果到綜合考慮秸稈分流還田、智能化精量播種施肥、覆土鎮(zhèn)壓等全方位全過(guò)程的功效，達(dá)到了全面提高效率，徹底解放勞動(dòng)力，降低成本、增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的目的。

1 研發(fā)中解決的主要問(wèn)題

1.1 根據(jù)秸稈部分粉碎覆蓋還田、部分旋耕入土的

技術(shù)要求，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了關(guān)鍵環(huán)節(jié)的作業(yè)部件，確定了整機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，集成創(chuàng)制出一種可一次完成碎秸清秸、苗床整理、智能化施肥播種、播后均勻覆秸的復(fù)式作業(yè)機(jī)。

1.2 運(yùn)用北斗導(dǎo)航技術(shù)對(duì)作業(yè)區(qū)域和位置進(jìn)行精確定位，精準(zhǔn)控制作業(yè)行間距，解決播種不均勻，避免幼苗的擁擠，行間距大小不同，播種、施肥量憑經(jīng)驗(yàn)確定等問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)了大田等行距播種施肥；對(duì)作業(yè)面積、作業(yè)效率、播種施肥量實(shí)時(shí)檢測(cè)；同時(shí)根據(jù)作業(yè)田塊、作業(yè)成本要求等各方面進(jìn)行綜合考慮智能決策給出作業(yè)參數(shù)。

1.3 與農(nóng)藝相結(jié)合，解決智能化施肥播種過(guò)程的適應(yīng)性和可靠性問(wèn)題。重點(diǎn)研究解決了智能化精量播種施肥裝置，與GPS 或北斗導(dǎo)航系統(tǒng)相結(jié)合，將電機(jī)速度與整機(jī)作業(yè)速度相匹配，實(shí)現(xiàn)了智能調(diào)節(jié)控制播種施肥電機(jī)速度，解決播種施肥量變量精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，以滿(mǎn)足不同作業(yè)工況的播種均勻性要求，最終提高播種質(zhì)量。

1.4 解決了智能播種施肥控制系統(tǒng)信息輸出與集成問(wèn)題。對(duì)精量播種施肥控制系統(tǒng)進(jìn)行軟硬件設(shè)計(jì)并進(jìn)行集成優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)對(duì)拖拉機(jī)速度傳感器的輸出信息融合集成的高效性、穩(wěn)定性與可靠性。

2 精準(zhǔn)智能化免耕覆秸施肥播種機(jī)的組成

精準(zhǔn)智能化免耕覆秸施肥播種機(jī)主要由滅茬部分、旋耕機(jī)部分、施肥播種部分、智能控制部分、懸掛架和斷種、斷肥報(bào)警裝置等組成。

智能控制器主要由GPS/北斗天線、控制器主機(jī)、感應(yīng)開(kāi)關(guān)、傳感器及信號(hào)連接線組成。

衛(wèi)星定位智能控制系統(tǒng)連接方式如圖1 所示：

圖1 衛(wèi)星定位智能控制系統(tǒng)連接方式

工作時(shí)，精準(zhǔn)智能化免耕覆秸施肥播種機(jī)通過(guò)三點(diǎn)懸掛機(jī)構(gòu)與拖拉機(jī)連接，拖拉機(jī)后面輸出軸動(dòng)力通過(guò)萬(wàn)向節(jié)傳遞到中間傳動(dòng)齒輪箱，中間傳動(dòng)齒輪箱將動(dòng)力分3 路分傳遞到側(cè)邊旋耕傳動(dòng)裝置、側(cè)邊秸稈粉碎傳動(dòng)裝置和播種施肥傳動(dòng)裝置，秸稈粉碎刀軸轉(zhuǎn)速為2 500 r/min，高速旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)旋切刀切碎秸稈，旋耕刀軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)旋耕刀旋切碎土，被旋切的土壤與秸稈沿著旋切刀的切線方向和格柵板曲線向后拋灑; 肥箱與種子箱中的化肥與種子分別由排種、排肥智能控制裝置通過(guò)排肥器與排種器、排肥管與排種管排出，并由前端拋灑出的、旋切后的秸稈與土壤覆蓋，最后由鎮(zhèn)壓輪鎮(zhèn)壓完成作業(yè)。

主要技術(shù)指標(biāo)：工作幅寬2～3 m，埋茬深度大于6 cm，播種深度3～6 cm，播種行數(shù)14 行，施肥行數(shù)7 行, 播種合格率≥75%，排種量一致性變異系數(shù)≤3.9%。

3 精準(zhǔn)智能化免耕覆秸施肥播種機(jī)主要特點(diǎn)

3.1 集碎秸清秸、苗床整理、智能化施肥播種、播后均勻覆秸等多項(xiàng)功能于一體的復(fù)式作業(yè)體系創(chuàng)新，一機(jī)多用，有利于提高機(jī)具效率。

3.2 創(chuàng)新了秸稈粉碎分流還田裝置，提高秸稈利用率，保證播后產(chǎn)量。

3.3 采用電力驅(qū)動(dòng)排肥排種軸，實(shí)現(xiàn)播種施肥作業(yè)的自動(dòng)化和精準(zhǔn)化。

3.4 基于自動(dòng)控制技術(shù)，進(jìn)行信息融合與系統(tǒng)集成控制，實(shí)現(xiàn)施肥播種智能化。

4 結(jié) 論

4.1 通過(guò)試驗(yàn)研究和性能檢測(cè)表明，研發(fā)的精準(zhǔn)智能化免耕覆秸施肥播種機(jī)可以和各種形式的大中型拖拉機(jī)系列配套，一次性作業(yè)完成秸稈粉碎、旋耕深埋、播種、施肥、覆土、鎮(zhèn)壓等多道工序，作業(yè)效果良好，且機(jī)器結(jié)構(gòu)合理、緊湊、成本較低，適應(yīng)范圍廣。

4.2 采用合理的刀軸排列與刀軸轉(zhuǎn)速，碎土質(zhì)量更高，滅茬適應(yīng)性較強(qiáng)，可適應(yīng)稻茬高度50 cm 以下，土壤濕度小于30%情況下高質(zhì)量作業(yè)。