2BY-2型丘陵山地玉米免耕施肥播種機(jī)的設(shè)計(jì)

孫 濤，孫 毅，李會榮，李一松，徐 峰，安龍哲

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院 牡丹江分院，黑龍江 牡丹江 157011)

0 引言

黑龍江省現(xiàn)有丘陵山坡耕地面積較大，主要種植玉米和大豆。免耕播種技術(shù)，因減少了機(jī)組下地作業(yè)次數(shù)，緩解了土壤被壓實(shí)的程度，保持了土壤自然狀態(tài)，保護(hù)了土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了土壤活力，具有節(jié)本增效、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，因此免耕播種技術(shù)已成為國內(nèi)外土壤耕作技術(shù)的發(fā)展方向?，F(xiàn)有免耕播種機(jī)械對山坡丘陵耕地作業(yè)適應(yīng)性及作業(yè)質(zhì)量滿足不了農(nóng)藝要求，因此，針對黑龍江省丘陵山坡耕地自然條件、耕作特點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)條件，結(jié)合免耕施肥播種農(nóng)業(yè)技術(shù)要求，黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院牡丹江分院設(shè)計(jì)了2BY-2型丘陵山地玉米免耕施肥播種機(jī)(以下稱播種機(jī))，該機(jī)可在丘陵山坡未耕地上一次完成滅茬破秸、開溝、施肥、播種、覆土、鎮(zhèn)壓等復(fù)式作業(yè)，減少了耕作環(huán)節(jié)、節(jié)省了人工、降低了作業(yè)成本，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

1 總體結(jié)構(gòu)

2BY-2型丘陵山地玉米免耕施肥播種機(jī)(圖1)主要由牽引架總成、調(diào)偏裝置、機(jī)架總成、施肥開溝器裝置、圓盤刀破茬總成、分茬器總成、行走輪、排種開溝器裝置、鎮(zhèn)壓器總成、種箱總成、肥箱總成和電動(dòng)風(fēng)機(jī)等組成。

該機(jī)主要技術(shù)參數(shù)，外形尺寸(運(yùn)輸狀態(tài))(長×寬×高)1 980 mm×1 340 mm×118 mm，配套動(dòng)力35.3～51.5 kW，播種行數(shù)2行，結(jié)構(gòu)重量380 kg，壟距65 cm，播種深度3～8 cm，排肥器為電動(dòng)排肥器，施肥深度種下3～8 cm，種箱容積13.3 L×2，肥箱容積64.83 L×2，排種器為配裝直流無刷式風(fēng)機(jī)精量播種器，生產(chǎn)效率1.0～1.8 hm2·h-1，適應(yīng)播種速度5.7～9.7 km·h-1，播種缺穴率≤1%，種子破碎率≤1%。

2 工作原理

播種機(jī)與拖拉機(jī)通過牽引架總成連接組成機(jī)組，機(jī)組在丘陵山坡地作業(yè)時(shí)，帶動(dòng)播種機(jī)行走輪向前運(yùn)動(dòng)，播種機(jī)行走輪產(chǎn)生動(dòng)力驅(qū)動(dòng)種箱總成中配裝直流無刷式風(fēng)機(jī)的雙行精量播種器工作；調(diào)偏裝置安裝在機(jī)架上，其功能是使播種、施肥、鎮(zhèn)壓、覆土工作部件在同一條壟上作業(yè)，保證了播種機(jī)的作業(yè)質(zhì)量；機(jī)組作業(yè)時(shí)，圓盤刀破茬總成將未耕地中的玉米根茬切割、切碎，再由分茬器總成將破碎的根茬向左、右兩側(cè)分開，此時(shí)，施肥開溝器裝置和排種開溝器裝置開出肥溝和種溝。肥箱總成中的排肥器由小型電機(jī)驅(qū)動(dòng)，將排出的肥料通過肥管施入肥溝內(nèi)，完成施肥作業(yè)；種箱總成中的排種開溝器裝置在肥溝的側(cè)部將根茬切割并開出一條種溝，將輸種管內(nèi)的種子排入種溝內(nèi)，完成播種作業(yè)；由鎮(zhèn)壓器總成完成肥溝和種溝覆土和鎮(zhèn)壓作業(yè)，鎮(zhèn)壓器總成通過平行四連桿仿形機(jī)構(gòu)安裝在機(jī)架上，可隨丘陵山坡地進(jìn)行仿形作業(yè)，保證覆土厚度和鎮(zhèn)壓力度的均勻性。機(jī)組作業(yè)一次即可完成滅茬破秸、開溝、施肥、播種、覆土、鎮(zhèn)壓等復(fù)式作業(yè)，減少了耕種環(huán)節(jié)，具有作業(yè)質(zhì)量好、性能可靠及經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)。

3 關(guān)鍵工作部件的設(shè)計(jì)

3.1 雙行精量播種裝置的設(shè)計(jì)

雙行精量播種裝置(圖2)配裝直流無刷式風(fēng)機(jī)，主要由動(dòng)力輸入軸、變速箱、直流無刷式風(fēng)機(jī)、雙行播種器、播種盤、播種導(dǎo)流槽、擾種裝置、梳種裝置和動(dòng)力齒輪組等幾部分構(gòu)成。

1.動(dòng)力輸入軸；2.變速箱；3.直流無刷式風(fēng)機(jī)；4.雙行播種器；5.播種盤；6.播種導(dǎo)流槽；7.擾種裝置；8.梳種裝置；9.動(dòng)力齒輪組圖2 雙行精量播種裝置結(jié)構(gòu)示意圖

變速箱(圖3)主要由變速箱體、惰輪、塔型齒輪組、動(dòng)力齒輪組、播種盤齒輪、播種盤傳動(dòng)軸、聯(lián)接吊耳、動(dòng)力輸入軸和變速控制裝置等組成。變速箱是播種器的骨架和傳動(dòng)系統(tǒng)的核心部件，主要功用是傳遞動(dòng)力和控制播種速度。變速箱中的塔型齒輪組設(shè)計(jì)有五個(gè)直徑不等的直齒輪，按從小到大的順序安裝在傳動(dòng)軸上，傳動(dòng)軸兩端通過軸承固定在箱體兩端。變速箱底部設(shè)計(jì)有動(dòng)力傳動(dòng)齒輪，該齒輪與播種盤軸上的播種盤齒輪嚙合，將來自于變速箱中的動(dòng)力傳遞到播種盤上，使其進(jìn)行播種作業(yè)；變速箱上方設(shè)計(jì)安裝有變速控制裝置，用于調(diào)節(jié)排種器的播種速度。

1.變速箱體；2.惰輪；3.塔型齒輪組；4.動(dòng)力齒輪組；5.播種盤齒輪；6.播種盤傳動(dòng)軸；7.聯(lián)接吊耳；8.動(dòng)力輸入軸；9.變速控制裝置圖3 播種器的變速箱結(jié)構(gòu)示意圖

雙行播種器主要由播種盤傳動(dòng)軸、播種盤齒輪、雙播殼體、播種盤、擾種裝置、梳種裝置、直流無刷式風(fēng)機(jī)及播種器罩殼等組成。

雙行播種器的功用是將種箱中的種子，按農(nóng)藝要求播入耕地中，是播種機(jī)的播種工作部件。雙行播種器設(shè)計(jì)有雙播殼體，雙播殼體中的密閉吸風(fēng)通道與直流無刷式風(fēng)機(jī)連接，殼體上部與變速箱連接、下部設(shè)計(jì)有播種導(dǎo)流槽；播種盤傳動(dòng)軸通過軸承固定于雙播殼體兩端；兩播種盤安裝在傳動(dòng)軸上；播種盤上設(shè)計(jì)有以環(huán)形陣列布置的多個(gè)凹孔；播種盤上設(shè)計(jì)有擾種裝置；播種盤罩殼與雙播殼體固定連接，并同輸種管相通；罩殼底部設(shè)計(jì)了出料口，與播種導(dǎo)流槽對正；播種盤罩殼內(nèi)部安裝了梳種器，對多余種子進(jìn)行梳理，保證一孔一籽；雙播殼體、播種盤、播種盤罩殼形成播種弧形吸風(fēng)腔體，位于播種盤內(nèi)側(cè)，播種盤部分凹孔與播種腔弧形吸風(fēng)腔體相通。

雙行播種器上的直流無刷式風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口與弧形吸風(fēng)腔體相通，風(fēng)機(jī)對播種盤上的凹孔產(chǎn)生負(fù)壓吸力，將播種盤罩殼內(nèi)的種子吸到播種凹孔上，當(dāng)播種盤轉(zhuǎn)動(dòng)到下方無弧形吸風(fēng)腔體時(shí)，播種盤凹孔負(fù)壓吸力消失，此時(shí)播種盤凹孔上的種子沿播種導(dǎo)流槽落進(jìn)播種溝中，完成了播種器的播種作業(yè)。

3.2 播種(施肥)開溝器設(shè)計(jì)

播種(施肥)開溝器(圖4)主要由左右對稱的兩個(gè)圓盤刀、兩個(gè)圓盤安裝座焊合、兩個(gè)圓盤護(hù)板和兩個(gè)圓盤刮泥刀等組成。其主要作用是在丘陵山地未耕地上開出肥溝和種溝，排肥器和排種器排出的肥料和種子落入開出的肥溝和種溝中；肥溝和種溝的深度可調(diào)，調(diào)整范圍是3～8 cm ；護(hù)板起到保護(hù)圓盤開溝器的作用；刮泥刀可將圓盤刀上的泥土掛掉，防止泥土淤積過多影響正常作業(yè)；左右對稱的兩個(gè)圓盤刀安裝后頂部夾角設(shè)計(jì)為11.5°，利于圓盤刀入土開溝作業(yè)。

1.圓盤刀；2.圓盤安裝座焊合；3.圓盤刮泥刀；4.圓盤護(hù)板 圖4 播種(施肥)開溝器結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 調(diào)偏裝置的設(shè)計(jì)

調(diào)偏裝置(圖5)主要由調(diào)偏裝置、調(diào)正裝置、調(diào)偏液壓油缸和機(jī)架主梁等組成。其功能是控制播種機(jī)的機(jī)架進(jìn)行角度調(diào)節(jié)，使播種、施肥、鎮(zhèn)壓、覆土工作部件在一條壟上作業(yè)，保證作業(yè)質(zhì)量。設(shè)計(jì)的調(diào)偏裝置采用液壓控制，操作便捷、省時(shí)省力。調(diào)偏裝置安裝在機(jī)架總成的橫梁上，液壓油缸安裝在主梁長度方向的中心處，液壓油缸的最大行程為400 mm。

1.調(diào)偏裝置；2.調(diào)正裝置；3.調(diào)偏液壓油缸；4.機(jī)架主梁圖5 調(diào)偏裝置結(jié)構(gòu)示意圖

4 性能試驗(yàn)

播種機(jī)的性能試驗(yàn)參照J(rèn)B/T6274.1—2001《谷物播種機(jī)技術(shù)條件》的規(guī)定進(jìn)行。主要測試播種機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求、是否符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)時(shí)間2022年4月30日；試驗(yàn)地點(diǎn)黑龍江省穆棱縣八面通鎮(zhèn)；配套動(dòng)力東方紅-654輪式拖拉機(jī)；性能試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 性能試驗(yàn)結(jié)果表

5 創(chuàng)新點(diǎn)

1)設(shè)計(jì)了液壓控制調(diào)偏裝置，解決了機(jī)組在丘陵山坡地作業(yè)時(shí)，由于地勢的影響使播種機(jī)上的各個(gè)工作部件產(chǎn)生的偏置問題，保證了機(jī)組的作業(yè)質(zhì)量，提高機(jī)組的工作效率。

2)設(shè)計(jì)了配置直流無刷式風(fēng)機(jī)的雙行精量播種器，播種器中設(shè)計(jì)安裝有兩個(gè)播種盤，可實(shí)現(xiàn)雙行播種作業(yè)；播種盤上的凹孔設(shè)計(jì)為環(huán)形陣列布置，梳種器可保證播種盤上的凹孔只有一粒種子，實(shí)現(xiàn)了玉米、大豆精量播種作業(yè)；播種器配裝的直流無刷式風(fēng)機(jī)，通過產(chǎn)生負(fù)壓原理，使種子吸附到播種盤的凹孔上，對種子沒有傷害，減少了種子的破碎率，提高了播種質(zhì)量。

6 結(jié)論

1 ) 研發(fā)了一款2BY-2型丘陵山地玉米免耕施肥播種機(jī)，適用于山地、丘陵地區(qū)。該機(jī)可實(shí)現(xiàn)山坡地及丘陵地玉米機(jī)械免耕精密播種，機(jī)組下地一次即可完成滅茬破秸、開溝、施肥、播種、覆土、鎮(zhèn)壓等復(fù)式作業(yè)，減少了機(jī)組下地次數(shù)、提高了作業(yè)效率、保證了作業(yè)質(zhì)量、降低了作業(yè)成本、保護(hù)了土壤環(huán)境，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

2)經(jīng)田間試驗(yàn)可知，該機(jī)具有設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理、性能穩(wěn)定可靠、適應(yīng)能力強(qiáng)、調(diào)整方便及工作效率高等特點(diǎn)，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，滿足丘陵山地玉米免耕施肥播種的農(nóng)藝要求。