農(nóng)用高速精量播種機的研究

高迎芬

(黑河市愛輝區(qū)農(nóng)業(yè)機械化總站，黑龍江 黑河 164300)

0 引言

播種作業(yè)是整個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，需要在一定時間內(nèi)，按照農(nóng)業(yè)要求將作物種子進行播種。播種質(zhì)量與播種效率直接影響作物后續(xù)的出苗率、地下部分和地上部分的生長情況，對作物產(chǎn)量和品質(zhì)具有重大影響[1-2]。

精量播種機又稱為“精密播種機”，可以實現(xiàn)單粒播種，顯著提高播種均勻性，為作物生長提供適宜的生長環(huán)境與水肥條件，節(jié)約種子，是目前播種機的主要發(fā)展方向與研究重點，優(yōu)化精量播種機是提高播種效率的重要技術(shù)支撐[3-5]。

1 國內(nèi)外研究進展

1.1 國內(nèi)研究進展與發(fā)展趨勢

通過調(diào)研目前市面上大量推廣及成果鑒定的播種機，精量播種機的主要類型包括谷物播種機、中耕作物精量播種機、免耕精量播種機、覆膜播種機等。根據(jù)不同的農(nóng)業(yè)種植模式選擇適宜的播種機。近年來，我國對精量播種機的扶持力度逐漸增大，采用高新技術(shù)的高速精量播種機在市場所占比例越來越大，尤其是新農(nóng)村建設(shè)和現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，逐漸開始大馬力配套機械的研制與發(fā)展，因此，對精量播種機的作業(yè)幅寬、作業(yè)速度和作業(yè)質(zhì)量提出更高要求。

1.2 國外研究進展與發(fā)展趨勢

在國外農(nóng)業(yè)發(fā)達國家，關(guān)于玉米、甜菜、馬鈴薯、棉花和豆類等作物已經(jīng)基本實現(xiàn)了精量播種機的研制與試驗，且都實現(xiàn)了智能控制，在田間通用性極佳，作業(yè)速度較為穩(wěn)定。目前，國外主要以氣吸式精量播種機為主，對種子的尺寸和外形要求不高，可以實現(xiàn)單粒精確播種，只需要根據(jù)不同的農(nóng)作物種子，更換排種盤或者排種輪就可以實現(xiàn)不同作物的精量播種[6]。

后期，為了適應(yīng)不同土壤環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，開始逐漸配備適應(yīng)于多種作業(yè)環(huán)境的種肥開溝器和鎮(zhèn)壓覆土裝置，并且作業(yè)形式逐漸發(fā)展為自走式、懸掛式和牽引式，行數(shù)主要包括4行、6行、8行和16行等多種作業(yè)幅寬，與大馬力拖拉機進行配套使用。在機械制造與材料等方面也作出了優(yōu)化，目前種肥箱、導(dǎo)種管等多采用塑料材料和尼龍材料，采用鋁合金材料進行排種盤的設(shè)計，提高生產(chǎn)精度，減少整機質(zhì)量。在播種機橫梁和機架等采用冷壓工藝替代傳統(tǒng)的扁鋼和槽鋼等材料，在減少整機質(zhì)量的基礎(chǔ)上增加整體剛度和硬度。

1.3 存在的問題

隨著近年來我國農(nóng)業(yè)機械化水平的不斷提升與播種技術(shù)水平的不斷增強，我國在農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)工藝與機械制造能力上不斷提高，但是與國外同類型的精量播種機相比還存在較大差距，尤其是在田間工作效率和智能控制等方面都有待提升。目前，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)多采用機械式精量播種機，氣力式播種機較少，精量播種機田間故障率較高，播深不一致且漏播率較高。目前我國氣力式播種機多采用三角帶傳動，田間傳動阻力較大，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，皮帶老化導(dǎo)致工作可靠性較差，這些問題都限制了精量播種機生產(chǎn)制造水平的進一步提升[7]。

2 整機設(shè)計與工作原理

以馬鈴薯精量播種機整體結(jié)構(gòu)進行設(shè)計與優(yōu)化，采用負壓吸種、正壓吹種的排種方式，首先進行整機結(jié)構(gòu)設(shè)計，之后選擇株距變異系數(shù)。重播率、漏播率為評價指標進行田間試驗。

馬鈴薯精量播種機整機結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括施肥裝置、排種器、風(fēng)機、驅(qū)動電機、覆土裝置和傳動系統(tǒng)等組成[8]。

1.施肥裝置;2.機架;3.肥箱;4.排種器;5.驅(qū)動電機;6.風(fēng)機1;7.種箱;8.風(fēng)機2;9.覆土裝置;10.傳動系統(tǒng);11.地輪圖1 馬鈴薯精量播種機整體結(jié)構(gòu)

馬鈴薯播種農(nóng)藝要求為壟距在800～900 mm，種肥采用側(cè)方分層的形式，將肥料施在馬鈴薯塊莖兩側(cè)。

2.1 排種器

排種器是精量播種機的重要工作部件之一，其工作性能直接影響播種質(zhì)量，本研究采用氣力式播種原理進行排種器的設(shè)計，與傳統(tǒng)機械式播種機相比，具有播種效率高，并且可以實現(xiàn)高速播種作業(yè)。排種器主要包括種箱、排種器單體和動態(tài)排種裝置。動態(tài)排種裝置采用反饋調(diào)節(jié)方式。

2.2 風(fēng)機設(shè)計

風(fēng)機是實現(xiàn)氣力式播種裝置的重要部件之一，其性能好壞主要取決于風(fēng)量變化，根據(jù)不同作物種子的播種要求其風(fēng)量也存在顯著性差異。當(dāng)進行小麥等種子顆粒較小的播種作業(yè)時，采用小風(fēng)量排種，當(dāng)進行馬鈴薯播種時，需要更大的風(fēng)量和氣壓，本研究選取離心式風(fēng)機進行風(fēng)量調(diào)節(jié)與氣壓調(diào)整。

離心式風(fēng)機的全壓力P和葉輪外徑D、轉(zhuǎn)速n的關(guān)系如式(1)、(2)所示

P=ρμ2k

(1)

式中P—風(fēng)機壓力，MPa；

ρ—流體密度，kg·m-3;

μ—環(huán)流系數(shù)；

k—安全系數(shù)。

(2)

式中D—葉輪外徑，m；

n—風(fēng)機轉(zhuǎn)速，r·min-1。

3 田間試驗與分析

3.1 試驗準備

播種設(shè)備配備73.5 kW的東方紅拖拉機為配套動力，設(shè)置馬鈴薯播種標準株距為200 mm，種薯平均含水率為67.5%。播種后，對田間播種效果進行數(shù)據(jù)測定，每組試驗重復(fù)3次，取平均值，計算測定指標。

3.2 測定指標與方法

3.2.1 株距變異系數(shù)

農(nóng)作物播種株距變異系數(shù)主要是指農(nóng)作物播種一行時，株距實際間距和變差與標準株距的差值，計算公式如式(3)所示

(3)

式中CV—株距變異系數(shù)，%；

Xi—實際測量株距，mm；

X0—標準株距，mm。

3.2.2 重播率、漏播率

重播是指播種機實際排種量≤0.5倍的理論排種量，計算公式如式(4)所示

(4)

式中D0—重播率，%；

n1—理論排種量，粒；

N—實際排種量，粒。

漏播率是指播種實際排種量≥0.5倍的理論排種量，計算公式如式(5)所示

(5)

式中M—漏播率，%；

n2—理論排種量，粒；

N—實際排種量，粒。

3.3 結(jié)果與分析

田間試驗結(jié)果如表2所示。研究結(jié)果表明，優(yōu)化后的高速精量播種機進行田間試驗，其株距變異系數(shù)為3.50%和2.90%，漏播率為0.86%和0.42%，重播率為0.55%和0.75%，較傳統(tǒng)舀勺式播種機有顯著的提升。

表2 精量播種機與傳統(tǒng)舀勺式播種機田間試驗對比 單位：%

4 結(jié)論

1)本研究首先系統(tǒng)闡述了國內(nèi)外農(nóng)用高速精量播種機的發(fā)展現(xiàn)狀，總結(jié)出目前國內(nèi)外高速精量播種機發(fā)展存在的主要問題與技術(shù)瓶頸，為進一步提高高速精量播種機的優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。

2)對馬鈴薯高速精量播種機關(guān)鍵部件進行設(shè)計與優(yōu)化，系統(tǒng)論述了設(shè)計依據(jù)，并闡述關(guān)鍵部件的運行原理。對優(yōu)化后的高速精量播種機進行田間試驗，與傳統(tǒng)舀勺式播種機相比，其株距變異系數(shù)為3.50%和2.90%，漏播率為0.86%和0.42%，重播率為0.55%和0.75%，較傳統(tǒng)舀勺式播種機有顯著的提升。