蔬菜復(fù)式起壟播種機(jī)及其應(yīng)用

劉海 李遠(yuǎn)東 郭翔 涂建東 鄭榮華 付曉星 羅友誼 杜錚

蔬菜是人們?nèi)粘ｏ嬍持胁豢苫蛉钡囊徊糠?，蔬菜種植技術(shù)對(duì)其產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要影響[1]。 隨著科技的不斷進(jìn)步，蔬菜種植技術(shù)也在不斷發(fā)展和完善[2]。中國(guó)是世界上最大的蔬菜生產(chǎn)國(guó)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展， 人們對(duì)蔬菜的需求量逐年攀升，部分地區(qū)新鮮蔬菜供不應(yīng)求[3]。然而，蔬菜屬勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，生產(chǎn)成本較高[4]，因此傳統(tǒng)人工為主的生產(chǎn)方式向機(jī)械化生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)化是一種發(fā)展方向[5]。

隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展， 播種機(jī)已成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的設(shè)備[6]。播種機(jī)具有快速、高效、精確等優(yōu)點(diǎn)，能顯著提高播種效率，減少人力成本，增加農(nóng)作物產(chǎn)量[7]。 然而，環(huán)境因素對(duì)播種機(jī)的使用和性能具有重要影響[8]。 溫度、濕度、風(fēng)速等環(huán)境因素不僅直接關(guān)系到種子的發(fā)芽和生長(zhǎng)，還對(duì)播種機(jī)的操作與性能產(chǎn)生影響。 因此，了解和應(yīng)對(duì)環(huán)境因素的影響對(duì)提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益具有重要意義[9]。

蔬菜復(fù)式起壟播種技術(shù)是一種新型的蔬菜種植技術(shù)，包括開(kāi)溝、旋耕、起壟、播種、施肥、鎮(zhèn)壓等多個(gè)環(huán)節(jié)。 蔬菜復(fù)式起壟播種機(jī)可實(shí)現(xiàn)蔬菜復(fù)式起壟播種技術(shù)的輕簡(jiǎn)化和高效化。 該技術(shù)的應(yīng)用能提高蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)，減少病蟲(chóng)害的發(fā)生，降低生產(chǎn)成本。 介紹了蔬菜復(fù)式起壟播種機(jī)的工作基本結(jié)構(gòu)、工作原理、關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)，及其在蔬菜復(fù)式起壟播種技術(shù)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，以期為蔬菜生產(chǎn)提供新的思路和方法。

1 蔬菜復(fù)式起壟播種機(jī)基本結(jié)構(gòu)與工作原理

復(fù)式起壟播種技術(shù)是一種新型的蔬菜種植技術(shù)，該技術(shù)將傳統(tǒng)的平作種植方式與起壟種植方式相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了蔬菜的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效種植[10]。 在傳統(tǒng)平作種植方式中，蔬菜植株被種植在同一個(gè)平面上，而復(fù)式起壟播種技術(shù)則是將蔬菜植株種植在兩個(gè)不同高度的平面上，從而增加了植株間的通風(fēng)和光照，減少了病蟲(chóng)害的發(fā)生。 此外，復(fù)式起壟播種技術(shù)還能提高土壤的保水保肥能力， 減少水肥流失，提高土壤質(zhì)量。 蔬菜復(fù)式起壟播種機(jī)為復(fù)式起壟播種技術(shù)的實(shí)現(xiàn)提供了科技支撐。

1.1 蔬菜復(fù)式起壟播種機(jī)基本結(jié)構(gòu)

為研究環(huán)境因素對(duì)播種機(jī)的影響， 需開(kāi)展播種機(jī)的結(jié)構(gòu)研究。 該播種機(jī)主要包括排肥裝置、旋耕裝置、起壟裝置、開(kāi)溝裝置和排種裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 播種機(jī)結(jié)構(gòu)示意

1.2 蔬菜復(fù)式起壟播種機(jī)工作原理

蔬菜復(fù)式起壟播種機(jī)掛接于拖拉機(jī)尾部，工作時(shí)，拖拉機(jī)后輸出軸將動(dòng)力傳遞到旋耕刀輥，前端兩側(cè)的圓盤(pán)犁破土并導(dǎo)土入旋耕裝置內(nèi)，由旋耕刀輥實(shí)現(xiàn)旋耕功能。 同時(shí)，肥箱中的肥料由排肥器導(dǎo)入土壤，后經(jīng)旋耕刀輥旋肥入土，實(shí)現(xiàn)施肥功能。 隨著機(jī)具前進(jìn)，旋耕的土壤在起壟輥的擠壓下形成壟體，實(shí)現(xiàn)起壟功能。 開(kāi)溝裝置作用于壟面并由開(kāi)溝器破土開(kāi)溝，實(shí)現(xiàn)開(kāi)溝功能。 作物種子經(jīng)由排種器、開(kāi)溝器入土，隨后由開(kāi)溝器的覆土桿覆土，實(shí)現(xiàn)排種功能和覆土功能。 機(jī)具工作過(guò)程如圖2。

圖2 播種機(jī)工作過(guò)程示意

2 蔬菜復(fù)式起壟播種機(jī)關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)

2.1 關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)

蔬菜復(fù)式起壟播種機(jī)關(guān)鍵部件主要為排種裝置和開(kāi)溝裝置， 其中排種裝置安裝于開(kāi)溝裝置上部，排種裝置和開(kāi)溝裝置形成一個(gè)整體，主要由圓盤(pán)犁、旋耕刀輥、排肥裝置、肥箱、起壟輥、排種裝置、開(kāi)溝裝置組成，如圖2。

①開(kāi)溝裝置結(jié)構(gòu) 蔬菜復(fù)式起壟播種機(jī)開(kāi)溝裝置主要包括開(kāi)溝裝置機(jī)架、排種裝置機(jī)架、排種器、鋼絲軟管、風(fēng)機(jī)、排種器電機(jī)、開(kāi)溝器等，結(jié)構(gòu)如圖3。

圖3 排種器示意

②開(kāi)溝器結(jié)構(gòu) 開(kāi)溝器主要功能為開(kāi)種溝和覆土，可控制種溝深度、種溝寬度，并且根據(jù)各開(kāi)溝器的間距調(diào)整播種株距，其中播種深度是農(nóng)業(yè)技術(shù)中的重要指標(biāo)[11]，本文所設(shè)計(jì)的開(kāi)溝器為耬腿式開(kāi)溝器，主要結(jié)構(gòu)如圖4。

圖4 開(kāi)溝器結(jié)構(gòu)示意

開(kāi)溝器中，破土功能的好壞與開(kāi)溝器的刃口曲線(xiàn)有關(guān)， 本文設(shè)計(jì)的開(kāi)溝器刃口曲線(xiàn)采用圓弧曲線(xiàn)，如圖5。

圖5 刃口曲線(xiàn)設(shè)計(jì)示意

由圖5 中幾何關(guān)系可知，Hr=y1-y2；Lr=Rcosθ1-Rcosθ2；IOQ=Rsinθ1+y1=Rsinθ2+y2。

式中Hr為刃口曲線(xiàn)高度（mm）；Lr為 刃 口 曲 線(xiàn) 開(kāi)度（mm）；θ1為起始滑切角；θ2為終止滑切角。

綜上可得刃口曲線(xiàn)AB的方程為：y=Hr/（sinθ2-sinθ1）+

根據(jù)上述分析可知，起始滑切角θ1、 終止滑切角θ2、刃口曲線(xiàn)高度Hr決定刃口曲線(xiàn)AB 的形狀。 根據(jù)蔬菜種子的農(nóng)藝要求，所設(shè)計(jì)開(kāi)溝器的刃口曲線(xiàn)高度Hr=60 mm。 滑切角從A 點(diǎn)到B 點(diǎn)過(guò)程中逐漸增大，即θ1〈θ2。根據(jù)文獻(xiàn)[12，13]，當(dāng)起始滑切角大于23°、終止滑切角在35°～55°時(shí)，與土壤產(chǎn)生滑切阻力較小。

2.2 播種機(jī)播種效率測(cè)算

對(duì)播種機(jī)而言，其工作效率是衡量整機(jī)經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)之一，而本文介紹的蔬菜復(fù)式起壟播種機(jī)的工作效率由關(guān)鍵部件決定。在保證播種機(jī)合格率、重播率及漏播率滿(mǎn)足試驗(yàn)指標(biāo)的前提下，要確保播種機(jī)一機(jī)多能，一次性完成蔬菜的種床成型及播種作業(yè)，并滿(mǎn)足被播蔬菜種子的農(nóng)藝要求。

我國(guó)蔬菜品種較多，即使同類(lèi)品種，在不同地區(qū)的種植模式和農(nóng)藝要求也不盡相同，因此播種機(jī)的播種株距、 行距及播種深度必須具有調(diào)節(jié)功能，以適應(yīng)各品種的播種作業(yè)。本文介紹的蔬菜復(fù)式起壟播種機(jī)，確定了整機(jī)的工作寬幅、壟面寬度、壟高可調(diào)范圍、溝底寬度范圍，在播種機(jī)行數(shù)確定的基礎(chǔ)下，確定行距可調(diào)范圍，株距由排種器的排種盤(pán)轉(zhuǎn)速和播種機(jī)行進(jìn)速度共同作用決定，其中排種盤(pán)轉(zhuǎn)速、播種機(jī)行進(jìn)速度和株距間的關(guān)系為：播種機(jī)行進(jìn)速度越大，株距越大；排種盤(pán)轉(zhuǎn)速越大，株距越小。 以東方紅LX954 拖拉機(jī)為例，由于拖拉機(jī)與播種機(jī)間采用剛性連接，工作時(shí)，播種機(jī)速度和拖拉機(jī)速度保持一致， 通過(guò)試驗(yàn)可測(cè)得合適的株距范圍。 播種深度與種溝深度相似且滿(mǎn)足需求。

3 播種機(jī)在生產(chǎn)中的應(yīng)用

蔬菜復(fù)式起壟播種機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。 蔬菜復(fù)式起壟播種機(jī)應(yīng)用的土壤類(lèi)型為已旋耕黃棕壤，土壤含水率為18.14%，播種的小白菜品種分別為上?？篃?05、中萁青605 及夏勝。根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)藝要求，以播深10 mm，株距100 mm，作業(yè)速度5 km/h 作為參數(shù)依據(jù)。 在保證各項(xiàng)指標(biāo)合格的前提下，盡量提高播種機(jī)的速度，保持整機(jī)工作效果，其應(yīng)用場(chǎng)景及效果如圖6、7。

圖6 播種機(jī)應(yīng)用場(chǎng)景

圖7 出苗情況

表1 播種機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

4 結(jié)論

本文采用應(yīng)用研究方法，對(duì)蔬菜復(fù)式起壟播種機(jī)及其技術(shù)進(jìn)行了深入分析和探討。 首先，通過(guò)文獻(xiàn)綜述了解復(fù)式起壟播種機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理；其次，通過(guò)應(yīng)用研究方法，開(kāi)展復(fù)式起壟播種機(jī)關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；最后進(jìn)行復(fù)式起壟播種機(jī)的生產(chǎn)作業(yè)。 基于復(fù)式起壟播種機(jī)的應(yīng)用情況和出苗效果，實(shí)現(xiàn)了蔬菜復(fù)式起壟播種技術(shù)，說(shuō)明了蔬菜復(fù)式起壟播種機(jī)及其播種機(jī)技術(shù)具有應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，為蔬菜復(fù)式起壟精量播種的實(shí)現(xiàn)提供了平臺(tái)。

蔬菜復(fù)式起壟播種機(jī)作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要裝備，對(duì)于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和增加農(nóng)作物產(chǎn)量具有重要意義。 然而，環(huán)境因素對(duì)播種機(jī)的使用和性能具有重要影響。 了解和應(yīng)對(duì)環(huán)境因素的影響，采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，能夠更好地利用播種機(jī)，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益。 未來(lái)，隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展和農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的普及，有望實(shí)現(xiàn)更加精確的農(nóng)業(yè)管理，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益。

本文通過(guò)對(duì)蔬菜復(fù)式起壟播種技術(shù)的深入分析和探討，驗(yàn)證了該技術(shù)的優(yōu)越性和發(fā)展前景。 應(yīng)用結(jié)果表明，采用復(fù)式起壟播種技術(shù)種植的蔬菜，產(chǎn)量和品質(zhì)均得到了顯著提高，同時(shí)減少了病蟲(chóng)害的發(fā)生，降低了生產(chǎn)成本。 因此，復(fù)式起壟播種技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景，有望為蔬菜生產(chǎn)提供新的思路和方法。