丘陵山區(qū)小型助力式精量種肥穴播機裝置設(shè)計

王新寶 ， 劉 麗 ， 孫 維 ， 陳宇曦 ， 吳光榮 ， 蔡善儒

（山東理工大學(xué)，山東 淄博 255000）

丘陵山區(qū)自然條件差，地形地貌復(fù)雜，地塊小而分散，許多地塊細(xì)碎凌亂，坡多、臺多、埂多，形狀不規(guī)則，大中型農(nóng)業(yè)機械難以通行及作業(yè)。丘陵山區(qū)主要是小型農(nóng)機供給不足，對此，可研發(fā)制造適合丘陵山區(qū)農(nóng)田作業(yè)的小型農(nóng)機，以突破丘陵山區(qū)農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展瓶頸[1]。丘陵山區(qū)的種植結(jié)構(gòu)復(fù)雜、品種多且地塊分散，這對機械化作業(yè)水平要求較高。根據(jù)地理條件、產(chǎn)業(yè)發(fā)展等實際情況，實施農(nóng)田宜機化改造是丘陵山區(qū)進一步發(fā)展農(nóng)機化的一條重要途徑[2]。目前，丘陵山區(qū)大部分使用撒播和條播，播種流程較為煩瑣，且無法精準(zhǔn)播種。丘陵山區(qū)播種不僅要提高作物產(chǎn)量，還要根據(jù)作物需求進行有效施肥，減少農(nóng)藥和化肥的使用量，避免因過度使用農(nóng)藥而帶來的環(huán)境問題?；诖?，研究小組研究設(shè)計了一款丘陵山區(qū)小型助力式精量種肥穴播機裝置。

1 整機結(jié)構(gòu)設(shè)計

丘陵山區(qū)小型助力式精量種肥穴播機裝置包括機架、動力傳動系統(tǒng)、供料機構(gòu)、行走系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)。其動力傳動系統(tǒng)、供料機構(gòu)、行走系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)均搭載固定于機架10上，如圖1、圖2所示，新型播種播肥盤的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖1 丘陵山區(qū)小型助力式精量種肥穴播機的正面結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 丘陵山區(qū)小型助力式精量種肥穴播機的背面結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 新型播種播肥盤的結(jié)構(gòu)示意圖

1）機架是機具安裝、定位和其他調(diào)整的基礎(chǔ)總成，作業(yè)過程中承受著壓、拉、扭和振動等復(fù)雜作用力，外觀要美觀，還要節(jié)約用料，是機具主要的質(zhì)量設(shè)計要求。

2）排種需和鴨嘴開啟同步進行，否則會出現(xiàn)漏種的現(xiàn)象，因此傳動裝置很重要[3]。動力傳動系統(tǒng)包括發(fā)動機1、減速器9、鏈條、傳送帶等，發(fā)動機1與減速器9通過傳動帶連接傳遞動力。

3）供料機構(gòu)包括種箱2、肥箱3、排種器4、排肥器5以及軟管等，排種器4和排肥器5與種箱2和肥箱3分別直接相通，其輸出端由軟管連接播種播肥盤的固定盤14，播種播肥盤其動盤通過鏈傳動連接減速器9實現(xiàn)轉(zhuǎn)動。

4）行走系統(tǒng)包括腳輪8、機架10等，腳輪8固定于機架10的套桿上，可以跟隨套桿實現(xiàn)上下收縮運動。

5）執(zhí)行機構(gòu)包括播種盤、播肥盤。播種播肥盤包括播盤軸11、固定入土器12、活動入土器13、固定盤14、動盤15。播盤軸11通過軸承連接機架，固定盤14由軟管連接排種器4和排肥器5，動盤15焊接在播盤軸11上，通過鏈傳動連接減速器9實現(xiàn)轉(zhuǎn)動，固定入土器12固定在動盤15上，活動入土器13通過活塞銷與固定入土器12連接，可以實現(xiàn)擺動。

2 設(shè)計要求和指標(biāo)

裝置主要設(shè)計要求：1）入土器采用滾動穴播方式；2）排種器采用氣流式排種器；3）彈性吸種盤的吸種孔處采用橡膠材質(zhì)；4）播種播肥盤采用雙舵輪設(shè)計；5）鴨嘴成穴器采用新型防堵機構(gòu)。丘陵山區(qū)小型助力式精量種肥穴播機設(shè)計指標(biāo)如表1所示。

表1 丘陵山區(qū)小型助力式精量種肥穴播機設(shè)計指標(biāo)

3 工作流程

丘陵山區(qū)小型助力式精量種肥穴播機工作流程圖如圖4所示。工作過程：發(fā)動機1啟動，動力傳動系統(tǒng)中的減速器9將發(fā)動機產(chǎn)生的動力降速增扭后傳遞給排種器4、排肥器5、播種盤6和播肥盤7；供料機構(gòu)中的排種器4和排肥器5通過軟管將種箱2和肥箱3中的種子及肥料以恒定速度適量排入播盤固定盤14；播盤的動盤15以恒定轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，帶動固定入土器12及活動入土器13轉(zhuǎn)動，當(dāng)入土器達到最大入土深度時活動入土器13在其內(nèi)部凸輪機構(gòu)作用下產(chǎn)生擺動，使得入土器打開一定角度，種子及肥料落入土中，完成播種播肥工作。

圖4 丘陵山區(qū)小型助力式精量種肥穴播機的工作流程圖

4 使用說明

丘陵山區(qū)小型助力式精量種肥穴播機啟動時，使用者應(yīng)首先調(diào)整好腳輪高度，保證固定入土器入土深度，其次啟動發(fā)動機，播盤動盤開始運動，機器開始作業(yè)。在機器作業(yè)過程中，使用者需輕扶機架手柄，控制機器平衡。

5 關(guān)鍵技術(shù)

5.1 新型播種播肥盤

丘陵山區(qū)小型助力式精量種肥穴播機裝置設(shè)計的新型播種播肥盤，采用了雙舵輪同步穴播技術(shù)。穴播器是播種系統(tǒng)的核心部分，是連接土壤和種子的重要紐帶[4]。新型播種播肥盤由播盤軸、入土器、固定盤、動盤組成，且在固定盤外圍設(shè)置動盤，其動盤上分別有8個入土器均勻分布焊接。其中播肥盤入土器的入土深度大于播種盤入土器的入土深度，由此來實現(xiàn)肥料側(cè)施在種子的下方，完成一行播種、一行施肥，使肥料更加充分地被利用。

5.2 新型防堵機構(gòu)

丘陵山區(qū)小型助力式精量種肥穴播機裝置設(shè)計的防堵機構(gòu)，實現(xiàn)了長時間作業(yè)。該裝置將入土器設(shè)計成固定入土器和活動入土器兩部分。當(dāng)新型播種播肥盤向前旋轉(zhuǎn)運動時，其外圍分布均勻的固定入土器依次循環(huán)插入土壤中，固定入土器下方通過活塞銷連接活動入土器，活動入土器內(nèi)部設(shè)置凸輪機構(gòu)。在凸輪機構(gòu)的作用下，固定入土器在未達到最大入土深度前，活動入土器時刻保持緊閉狀態(tài)；在固定入土器達到最大入土深度時，活動入土器在其內(nèi)部凸輪機構(gòu)的作用下被打開；完成播種播肥后，活動入土器隨著固定入土器上升迅速關(guān)閉，由此鴨嘴成穴器便可避免在下降播種以及完成播種的上升階段發(fā)生夾土現(xiàn)象，同時避免了固定入土器內(nèi)通道被土壤堵塞。此外，新型播種播肥盤能減少肥料的使用，使其充分利用，并減少病蟲草害[5]。

5.3 彈性吸盤

丘陵山區(qū)小型助力式精量種肥穴播機裝置對氣流式排種器進行改進，在其吸種盤的吸種孔處鑲嵌了彈性橡膠材料，彈性橡膠材料根據(jù)種箱中進入排種裝置的種子的大小、尺寸發(fā)生相應(yīng)的形變，使種子緊緊貼合吸種盤的吸種孔，順利完成護種。隨著吸種盤轉(zhuǎn)動而達到預(yù)定位置之后，便可卸壓，使種子完好無損地落入播種裝置中。一次完整的排種主要包括充種、清種、護種以及投種四個步驟[6]。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計可使種子更好地吸附在吸種盤上，同時保證了種子入土前的結(jié)構(gòu)完整性，降低了種子空穴率，進而提高了種子自身的存活率以及發(fā)芽率，提高工作效率。

6 機具優(yōu)勢

6.1 雙舵輪設(shè)計，種肥同播

新型播種播肥盤，采用了雙舵輪設(shè)計。將兩幅舵輪并列安裝分別作為播種盤和播肥盤，實現(xiàn)種肥同播，并且播肥盤上固定入土器略高于播種盤上固定入土器，肥料施在種子側(cè)下方，減少化肥使用量。采用一體雙腔播種施肥同軸轉(zhuǎn)動完成，達到定向、定距科學(xué)施肥，提高肥料利用率。利用一個開溝器完成播種施肥工作，簡化機構(gòu)設(shè)計，降低機具生產(chǎn)成本[7]。

6.2 防堵設(shè)計，穩(wěn)定作業(yè)

設(shè)計了新型防堵機構(gòu)。將其入土部分設(shè)計為固定入土器和活動入土器兩部分。在凸輪機構(gòu)的作用下，根據(jù)固定入土器是否達到最大入土深度，來控制活動入土器的開閉，解決了鴨嘴成穴器夾土的問題，可進行長時間穩(wěn)定作業(yè)。

6.3 橡膠設(shè)計，保護種子

排種器的彈性吸種盤上的吸種孔處添加了橡膠材質(zhì)。使吸種孔具有彈性，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計使種子能夠與吸種盤緊緊貼合，同時保證了種子入土前的結(jié)構(gòu)完整性。幾種排種裝置容易造成吸種孔堵塞和種子泄漏[8]，為此，對排種器的吸種處進行了改進，降低了種子空穴率，提高了種子自身的存活率以及發(fā)芽率，進而提高了作業(yè)質(zhì)量。

6.4 穴播方式，節(jié)約能源

采用穴播技術(shù)。種子、肥料均采用入土器滾動穴播的方法，取代了開溝犁開溝破土的工作過程，動力消耗大大降低，節(jié)約了能源，提高效率，適用于丘陵山區(qū)的播種作業(yè)。

6.5 氣流排種，精量播種

排種器利用氣流排種。使種子和肥料在氣流的壓力作用下，種肥被吸附于吸孔上，并隨排種盤一起轉(zhuǎn)動；種子轉(zhuǎn)出真空室后，不再承受負(fù)壓，就靠自身質(zhì)量落到種溝內(nèi)，實現(xiàn)高速單粒精量定距播種[9]。

6.6 動力高效，精準(zhǔn)作業(yè)

丘陵山區(qū)小型助力式精量種肥穴播機充分利用穴播機動力化、高工效的作業(yè)優(yōu)勢，其優(yōu)點如下：特別適用于丘陵山區(qū)的碎片化土地，實現(xiàn)了精準(zhǔn)作業(yè)，解決了現(xiàn)有糧食和特色農(nóng)產(chǎn)品人工種植或增值作業(yè)農(nóng)業(yè)機械化水平低的問題，減少了勞動力、時間、財力的浪費。

6.7 易于操作，高效作業(yè)

機具體型小、靈活性高，易操作。適宜丘陵山區(qū)這種復(fù)雜的地形作業(yè)，可更高效地完成播種施肥，有利于丘陵地區(qū)的農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展。

7 結(jié)語

1）丘陵山區(qū)小型助力式精量種肥穴播機可以實現(xiàn)高精度排種、種肥同步穴播、肥料施在種子側(cè)下方以及作物的定量、定距、定穴、定行的精密播種，減少了播種量與空穴率，提高了播種的準(zhǔn)確度和精密度；有利于提高丘陵山區(qū)機械化水平，推動丘陵山區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化發(fā)展。

2）該機具的創(chuàng)新設(shè)計，其定距精量成穴播種，可節(jié)省種子，且不需要間苗等后續(xù)勞動，降低了勞動成本，實現(xiàn)了增產(chǎn)節(jié)耗；肥料側(cè)施在種 子的下方，充分發(fā)揮肥效，節(jié)約了化肥[10]。