淺談小型播種機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)*

丁振彪，沙 恒

（山東華宇工學(xué)院，山東 德州 253034）

1 播種機(jī)的發(fā)展

播種器是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要工具，在作物栽培中有著舉足輕重的作用。無(wú)論是糧食作物的播種還是大規(guī)模的蔬菜播種都少不了播種機(jī)的參與。近年來(lái)，我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械高速發(fā)展。目前，世界上生產(chǎn)的播種機(jī)在NY/T1640-2015上有10個(gè)品目，包括條型播機(jī)、洞穴型播機(jī)等。按照各種播種機(jī)在工作條件下的基本原理，可將各種播種機(jī)主要分為機(jī)械式播種機(jī)和氣力式播種機(jī)兩種[1]。

1.1 機(jī)械式播種機(jī)

機(jī)械式播種機(jī)是利用播種機(jī)的排種器上的各種孔眼，將種子從播種機(jī)內(nèi)部的種子儲(chǔ)藏區(qū)域中分離出來(lái)，通過(guò)種子本身的重力或機(jī)械裝置施加到種子上的壓力，將種子填入排種器的孔眼中，順著播種通道進(jìn)而埋入土壤中。當(dāng)前，我國(guó)現(xiàn)有的機(jī)械式播種機(jī)大多是采用平行四桿機(jī)構(gòu)、單鉸仿形機(jī)構(gòu)或剛性連接整體仿形機(jī)構(gòu)，這些機(jī)構(gòu)都有一定的缺陷，如配合精度低、剛性差、播種深度小。機(jī)械式播種機(jī)的傳動(dòng)方式多是鐵制剛性底輪傳動(dòng)，這種傳動(dòng)直徑不大，滑移的概率較高。驅(qū)動(dòng)支承大多采用普通軸承或滑動(dòng)軸承，導(dǎo)致機(jī)器的傳動(dòng)不靈活，受到的阻力較大。國(guó)內(nèi)播種機(jī)型號(hào)繁多，大部分廠家自立型號(hào)，自成系列，各個(gè)廠家所生產(chǎn)的不同型號(hào)播種機(jī)上的各個(gè)部件互不通用，這給后期的使用和維修帶來(lái)極大的不便[2]。

歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家播種機(jī)的研究和應(yīng)用比我國(guó)早很多年，所以目前國(guó)外的機(jī)械式播種機(jī)已逐漸被氣力式播種機(jī)所取代，可以達(dá)到較高的播種效率，而且氣力式播種機(jī)的通用性和實(shí)用性比機(jī)械式播種機(jī)強(qiáng)。隨著科技的不斷發(fā)展，國(guó)外的播種技術(shù)正在朝著智能化播種方向發(fā)展，研究采用新材料應(yīng)用于播種機(jī)械?？梢?jiàn)，國(guó)外播種機(jī)技術(shù)的研究和發(fā)展已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了我國(guó)，我國(guó)要想在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中趕上世界先進(jìn)水平國(guó)家，還有很長(zhǎng)的一段路要走。

1.2 氣力式播種機(jī)

氣力式播種機(jī)是一種精密播種設(shè)備，它利用大氣在播種機(jī)內(nèi)流動(dòng)產(chǎn)生的氣流而生成對(duì)種子的壓力，將種子從播種機(jī)內(nèi)的種子儲(chǔ)藏區(qū)吸出，從而利用種子排放器排出種子。這種播種機(jī)與傳統(tǒng)機(jī)械式播種機(jī)相比，具有節(jié)省種子、不傷種苗、通用性強(qiáng)、能實(shí)現(xiàn)高速作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)。氣力式播種機(jī)按照自身的工作原理，又可分為氣動(dòng)式、氣吹式、氣吸式播種機(jī)。近年來(lái)，我國(guó)氣力式播種機(jī)的研究已經(jīng)進(jìn)入快速發(fā)展階段。國(guó)內(nèi)較早研制成功的2BJQ系列氣吸式播種機(jī)，現(xiàn)在已有的四種機(jī)型可以實(shí)現(xiàn)6、7、8、9行作物的精準(zhǔn)播種，可供不同功率的拖拉機(jī)配套使用。它的作業(yè)具有通過(guò)性狀好、播種深度一致、覆土結(jié)實(shí)、抗旱保墑、出苗率高等優(yōu)點(diǎn)。研制成功并投入生產(chǎn)的2BJMQ-6、2BQ-11等系列播種機(jī)，具有作業(yè)效率高、通過(guò)性好等特點(diǎn)，可與多種拖拉機(jī)配套使用[3]。

當(dāng)前，國(guó)外氣力式播種機(jī)正逐步取代機(jī)械式播種機(jī)，甚至某些發(fā)達(dá)國(guó)家已基本停止機(jī)械式播種機(jī)的生產(chǎn)，其農(nóng)業(yè)播種作業(yè)已經(jīng)全部采用氣力式播種機(jī)。20世紀(jì)50年代，西方國(guó)家開(kāi)始大力推廣使用氣力式播種機(jī)。南斯拉夫研發(fā)的潑尼瑪什-Ⅱ型氣吸式播種機(jī)，其作業(yè)時(shí)利用播種機(jī)排種盤(pán)的旋轉(zhuǎn)，空氣吸種孔將外部的種子吸附到種子儲(chǔ)存處，通過(guò)刮種器刮去吸附出來(lái)的多余的種子，確保每一個(gè)吸種孔只保留一粒種子，吸種孔通過(guò)真空室將種子吸出，種子憑自身重力落入溝槽。氣吸式播種機(jī)能有效地節(jié)省種子和勞動(dòng)力，從而節(jié)省播種成本。當(dāng)用風(fēng)扇向排種器和種箱施加空氣壓力時(shí)，種子在自重和氣壓差的作用下，被吸附在窩眼內(nèi)，然后向上部轉(zhuǎn)移，多余的種子因自重落下，少數(shù)窩眼上存在的多余種子由毛刷刮下，這樣，每個(gè)窩眼內(nèi)只剩下一粒種子，從而形成單粒精密播種。本裝置工作可靠，均勻度高。德國(guó)貝克爾公司開(kāi)發(fā)的acromat-Ⅱ型氣吹式播種機(jī)，采用增壓氣流進(jìn)行播種，只需一粒種子在窩眼處保留，并利用余壓進(jìn)行充種，播種幅寬，速度高，生產(chǎn)效率高。法國(guó)MONOSEM公司生產(chǎn)的NG Plus系列播種機(jī)[4]，其播種行距自動(dòng)調(diào)整傳動(dòng)設(shè)備就安裝在車輛的頭部，無(wú)需任何手段即可方便地進(jìn)行調(diào)整。德國(guó)阿瑪松公司制造的8行ED氣吸播種機(jī)，有通性好、可靠度高、工作效率好、操作簡(jiǎn)易等諸多優(yōu)點(diǎn)。

2 國(guó)內(nèi)外播種機(jī)研究現(xiàn)狀

2.1 國(guó)內(nèi)的研究狀況

自新中國(guó)成立以來(lái)，我國(guó)播種機(jī)械技術(shù)的發(fā)展先后經(jīng)歷了仿制與引進(jìn)、自主設(shè)計(jì)研發(fā)、完善產(chǎn)品和高速發(fā)展四個(gè)階段。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，播種機(jī)的普及程度越來(lái)越高，播種方法也越來(lái)越先進(jìn)。目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的播種機(jī)種類很多，針對(duì)不同的地形條件和作物品種，研制了不同的播種機(jī)，基本能滿足各種條件下的播種作業(yè)，而在少數(shù)地形復(fù)雜、地域狹小的情況下不能正常作業(yè)。但當(dāng)前我國(guó)農(nóng)民使用的播種機(jī)還是以傳統(tǒng)的機(jī)械式條型播種機(jī)為主，與小功率的拖拉機(jī)配套使用的小型播種機(jī)以及在經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的偏遠(yuǎn)地區(qū)人工背拉式小型播種機(jī)，在農(nóng)業(yè)播種作業(yè)方面仍占據(jù)主導(dǎo)地位。

國(guó)內(nèi)播種機(jī)械的研究狀況主要體現(xiàn)在以下幾方面：

1）農(nóng)業(yè)播種機(jī)械產(chǎn)品品種齊全，類別繁多。播種機(jī)的類型基本覆蓋了當(dāng)前我國(guó)大多數(shù)地形狀況及農(nóng)作物的各個(gè)品種，基本上可以適用于不同情況下的各種播種操作，但少數(shù)地勢(shì)復(fù)雜、危險(xiǎn)的環(huán)境下卻無(wú)法使用這些播種機(jī)實(shí)現(xiàn)播種。

2）科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)原理具有多元性。我國(guó)傳統(tǒng)播種機(jī)所需要采用的各類播種技術(shù)和原理都是多樣性的，有鑿鏟式、箭鏟式、溜刀式等，這些傳統(tǒng)播種技術(shù)和原理的廣泛應(yīng)用大大增加了我國(guó)傳統(tǒng)播種機(jī)械的數(shù)量和品種，也為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的播種工藝提供了一個(gè)多樣性的選項(xiàng)。

3）播種時(shí)間精度低，可靠性差，壽命短。目前，我國(guó)的播種機(jī)械設(shè)備與發(fā)達(dá)國(guó)家的播種機(jī)械設(shè)備相比，在播種性能上仍然存在著一定的差距。具體而言，在提高播種的精度、播種的可靠性和播種的機(jī)械壽命等各個(gè)環(huán)節(jié)中，都有著明顯的缺陷。這與我國(guó)的播種工藝和機(jī)械開(kāi)發(fā)技術(shù)起步較晚有關(guān)，也與我國(guó)播種工藝技術(shù)發(fā)展較緩慢的情況有關(guān)。

4）齒輪傳動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)相對(duì)比較落后，調(diào)整使用不方便[5]。目前，我國(guó)許多通用農(nóng)業(yè)播種機(jī)械廣泛采用的主要軸承仍是由優(yōu)質(zhì)鋼絲和鑄鐵焊接制成的無(wú)軸剛性滑移地面齒輪軸承驅(qū)動(dòng)，由于傳統(tǒng)滾動(dòng)軸承的直徑較小且剛性滑移傳動(dòng)比率偏低，傳動(dòng)軸大部分都只能直接采用剛性滑動(dòng)或者普通滾動(dòng)軸承作為傳動(dòng)主體進(jìn)行支撐，機(jī)械運(yùn)行時(shí)缺乏靈活性，傳動(dòng)軸的阻力較大。近年來(lái)，在新型單向播種傳動(dòng)機(jī)械的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和技術(shù)研制中，開(kāi)始將內(nèi)六個(gè)扁平方孔的單向調(diào)心傳動(dòng)軸承用來(lái)作為動(dòng)力支撐；單向傳動(dòng)齒輪變速器已經(jīng)逐漸被廣泛應(yīng)用于播種更換傳動(dòng)鏈輪，變速和調(diào)速也很方便；已經(jīng)開(kāi)始在播種塔輪采用集中式傳動(dòng)變速箱箱體結(jié)構(gòu)；在動(dòng)力傳動(dòng)軸或動(dòng)力接地輪等傳動(dòng)方面，開(kāi)始逐漸出現(xiàn)了單向傳動(dòng)超過(guò)齒輪離合器的傳動(dòng)裝置，促進(jìn)了該機(jī)械傳動(dòng)可靠度的大大提升。

2.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀

近年來(lái)，國(guó)外在設(shè)計(jì)和更新各類播種機(jī)時(shí)必須要遵循的一個(gè)基本原則：不斷地更新各類播種機(jī)技術(shù)和工作的原理，進(jìn)一步完善其結(jié)構(gòu)缺陷，從而促使各類播種機(jī)能夠具有良好的播種性能，能夠高質(zhì)量地進(jìn)行播種工作。

以美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)等主要農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)于播種機(jī)械的技術(shù)研究和應(yīng)用現(xiàn)狀為例進(jìn)行分析，將國(guó)外對(duì)于播種機(jī)械技術(shù)研究和應(yīng)用的現(xiàn)狀進(jìn)行如下總結(jié)：

1）氣力式播種非常普遍。機(jī)械化播種時(shí)往往存在易粉碎植物種子、減少播種可靠度等弊病，而采用氣力式播種方法可以解決這些問(wèn)題。目前，在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，氣力式播種已經(jīng)基本上替換了傳統(tǒng)的機(jī)械式播種方法，極大地增強(qiáng)了播種工作的可靠性與成功率。

2）播種效率得到很大的提升。機(jī)械化播種技術(shù)和人工播種技術(shù)相比，最大的優(yōu)勢(shì)不僅體現(xiàn)在傳統(tǒng)的播種成功率上，還體現(xiàn)在播種效果上。歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)農(nóng)業(yè)播種設(shè)備和機(jī)械經(jīng)過(guò)不斷改良之后，播種效率也變得越來(lái)越好，播種寬度可達(dá)到一次24行，播種效率已經(jīng)達(dá)到18 km/h，大大降低了人力成本和資金成本，提高了生產(chǎn)和綜合效益。

3）有效地節(jié)約能源及減少環(huán)境污染。機(jī)械操作必然會(huì)產(chǎn)生能耗，同時(shí)，也會(huì)造成一定的環(huán)境污染。歐美發(fā)達(dá)國(guó)家在開(kāi)展農(nóng)業(yè)播種機(jī)械研發(fā)的過(guò)程中，十分注意提高農(nóng)業(yè)播種機(jī)械的質(zhì)量，盡量降低能耗，減少對(duì)環(huán)境的影響。目前，最先進(jìn)的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)播種技術(shù)和機(jī)械已經(jīng)具備低能耗、高效率、低成本的優(yōu)勢(shì)，大大降低了對(duì)于環(huán)境的破壞，實(shí)現(xiàn)綠色播種。

3 播種機(jī)的未來(lái)發(fā)展方向

雖然我國(guó)是世界公認(rèn)的農(nóng)業(yè)大國(guó)，但我國(guó)對(duì)于農(nóng)業(yè)機(jī)械相關(guān)產(chǎn)業(yè)的研究起步要比西方發(fā)達(dá)國(guó)家晚，不過(guò)發(fā)展速度相對(duì)較快。隨著人類社會(huì)的進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，人們對(duì)播種機(jī)的性能要求越來(lái)越高[6]。未來(lái)播種機(jī)的發(fā)展方向是多功能、高效、便捷、綠色環(huán)保。

3.1 多功能化

隨著科技的不斷進(jìn)步，播種機(jī)也不應(yīng)該只有單一的播種功能。播種時(shí)要實(shí)現(xiàn)對(duì)作物施肥、防蟲(chóng)、保濕等功能。如此，可一次完成多個(gè)作業(yè)[7]，既能實(shí)現(xiàn)作物的精確播種，又能保證作物的生長(zhǎng)發(fā)育，還可以節(jié)省作業(yè)成本。與單一功能的播種機(jī)相比，多功能聯(lián)合播種機(jī)的能量損耗和工作成本要低30%左右。同時(shí)，還可以減少播種機(jī)進(jìn)入耕地的次數(shù)，避免了土壤多次承受機(jī)器重力而被壓得過(guò)于緊實(shí)，從而影響作物的出苗率。從保護(hù)和改善耕地結(jié)構(gòu)、保護(hù)環(huán)境和節(jié)約資源來(lái)說(shuō)，發(fā)展多功能聯(lián)合播種機(jī)對(duì)于我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展具有重大意義和科學(xué)前瞻性。

3.2 小型化

目前，無(wú)論是機(jī)械式播種機(jī)還是氣力式播種機(jī)都有一個(gè)很大的缺點(diǎn)，那就是體積大，整機(jī)顯得很笨重。如果加上其他一些輔助部件，自重加上輔助部件的重量，這不僅是對(duì)配套牽引工具性能的一次檢驗(yàn)，同時(shí)，也是對(duì)耕地的一次嚴(yán)峻考驗(yàn)。因?yàn)椴シN機(jī)過(guò)重的重量會(huì)使得一部分耕地變得異常緊實(shí)，不利于后期耕地的重復(fù)利用。而且，播種機(jī)龐大的機(jī)身不利于其在狹小、地形復(fù)雜的環(huán)境中完成定量播種工作。因此，要求播種機(jī)朝著小型化方向發(fā)展[8]。

3.3 節(jié)約能源

現(xiàn)今的播種機(jī)絕大多數(shù)是由拖拉機(jī)或配合其使用的耗油機(jī)械拖拽使用，這種工作方式不僅會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲，造成噪聲污染；而且機(jī)械的發(fā)動(dòng)機(jī)不能充分燃燒利用能源便會(huì)向空氣中排放大量廢氣，造成空氣污染，能源利用率比較低。因此，將綠色環(huán)保的新能源應(yīng)用到播種機(jī)械中是一個(gè)重要的發(fā)展方向，這不僅是對(duì)國(guó)家節(jié)能政策的響應(yīng)，更是為了使播種機(jī)械朝著更先進(jìn)、更環(huán)保的方向發(fā)展[9]。

3.4 新型材料和播種技術(shù)的研發(fā)

隨著國(guó)內(nèi)外相關(guān)科學(xué)家研究的不斷深入和相關(guān)技術(shù)開(kāi)發(fā)的重大突破，各種相關(guān)新型材料和相關(guān)創(chuàng)新技術(shù)勢(shì)必在國(guó)際上不斷涌現(xiàn)。這些先進(jìn)技術(shù)也都會(huì)被廣泛地綜合運(yùn)用到農(nóng)業(yè)播種生產(chǎn)機(jī)械中，提升農(nóng)業(yè)播種生產(chǎn)機(jī)械的使用耐久性、實(shí)用性、穩(wěn)定性、便捷性，從而全面提升農(nóng)業(yè)播種生產(chǎn)機(jī)械的播種成功率和綜合應(yīng)用能力，加速我國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)的進(jìn)步和現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的進(jìn)程。

4 結(jié)論

隨著科學(xué)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，特別是新材料、新能源在各行各業(yè)的不斷應(yīng)用，播種機(jī)上現(xiàn)存的種種弊端在未來(lái)都會(huì)一一被克服。我國(guó)作為世界上公認(rèn)的農(nóng)業(yè)大國(guó)，隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平也不斷提高。今后，播種機(jī)必將向高效、多功能、便捷、綠色環(huán)保的方向發(fā)展，多功能一體化播種機(jī)將會(huì)成為農(nóng)業(yè)機(jī)械的一個(gè)大的發(fā)展方向。多功能一體化播種機(jī)不僅可以對(duì)作物進(jìn)行精準(zhǔn)播種，還可以同時(shí)完成對(duì)作物的施肥、殺蟲(chóng)、保濕等工作。未來(lái)，播種機(jī)的使用不僅僅局限于農(nóng)耕作物，還可以廣泛應(yīng)用于瓜果、蔬菜等農(nóng)產(chǎn)品。