一種新型飼草免耕播種機的設計與試驗

○寧夏回族自治區(qū)農(nóng)業(yè)機械化技術(shù)推廣站 李 翔 楊玉蓉 田巧環(huán)

寧夏是全國水資源較為缺乏的省區(qū)之一，人均占有量僅228m3，占全國人均水平的 1/12，每畝耕地占有量也只有66m3，是全國平均值的1/27，水資源的供需矛盾日益突出。針對引黃灌區(qū)農(nóng)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展面臨的耕地質(zhì)量和農(nóng)田環(huán)境問題以及糧飼爭地爭水等問題，寧夏農(nóng)業(yè)機械化技術(shù)推廣站聯(lián)合寧夏農(nóng)科院合作，承擔了寧夏回族自治區(qū)重點研發(fā)項目《基于節(jié)水高效綠色栽培模式的智能化作業(yè)機械引進與改制》，基于衛(wèi)星定位技術(shù)、北斗導航技術(shù)、傳感器與精量播種監(jiān)測等技術(shù)，研發(fā)了一臺飼草免耕播種機，在不回收滴灌帶的條件下，實現(xiàn)作物的寬幅間、套作及復種免耕播種，可實施麥后復種一年生飼草(黑麥草、高丹草）的播種，為提高傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植的經(jīng)濟效益并豐富種植的多樣化提供機械化解決思路，解決在水資源不足的條件下多元化種植的需求，形成保糧增飼、種養(yǎng)結(jié)合、節(jié)地降耗增效的綠色生產(chǎn)新格局。

一、整機結(jié)構(gòu)與工作原理

1.設計要求。目前寧夏小麥種植采用條播模式，近幾年多采用勻播的種植模式，在鋪設滴灌帶條件下可對小麥的搶墑播種。因此配合該種植模式，在鋪設滴灌帶的條件下實現(xiàn)對小麥的勻播，并進行麥后免耕復種飼草。飼草免耕播種機依據(jù)GB/T25421-2010《牧草免耕播種機》的標準進行研發(fā)，通過開溝器的選型與設計，穩(wěn)定播深和施肥深度，配合智能化精量播種器及GPS導航，使其一次完成開溝、播種、施肥和鎮(zhèn)壓等作業(yè)。

飼草免耕播種機還可進行高丹草、苜蓿等飼草料的麥茬地免耕播種作業(yè)，后續(xù)加裝施肥機構(gòu)可實現(xiàn)施肥作業(yè)，并基于GIS路徑規(guī)劃策略，傳感器與信息技術(shù)，配合采用高頻GPS智能調(diào)節(jié)播種速度，通過數(shù)字化控制面板設定播種參數(shù)，方便高效，播種量精確控制的目的。其中智能化播種器采用伺服電機進行精確控制，減少繁瑣龐雜的機械結(jié)構(gòu)，配合PID智能反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，實現(xiàn)機具行走速度、播種速度、下種速度的相匹配。其次是針對麥茬地高低不平等現(xiàn)狀，采用壓簧配重式圓盤開溝裝置，解決播種深度不一致的問題。

2.整機結(jié)構(gòu)。整機主要包括機架、智能化播種器、輔助行走裝置、連接架、鎮(zhèn)壓輪、開溝組件、盤耕播種組件、覆土裝置構(gòu)成，如圖1所示。

圖1 飼草免耕播種機整機結(jié)構(gòu)

圖2 飼草免耕播種機實物圖

本機是針對飼草（高丹草）進行麥后免耕播種的新型機型，整機的結(jié)構(gòu)外形、功能配置及異型結(jié)構(gòu)鋤鏟為新型研發(fā)，具有結(jié)構(gòu)功能緊湊，實用性強的特點，其中單連桿式四功能播種單元配置為創(chuàng)新型結(jié)構(gòu)，反向雙壓簧結(jié)構(gòu)確保了壓實功能的可靠。

3.工作原理。該新型飼草免耕播種機通過三點懸掛裝置掛接在拖拉機后，開始作業(yè)前，調(diào)整各個播種單元至麥茬滴灌帶中間位置，由拖拉機配備智能導航系統(tǒng)進行作業(yè)。在動力的牽引下，飼草免耕播種機在麥茬地上進行播種。鋤鏟式開溝器在滴灌帶的中間開出溝槽并劃開土壤，牧草種子從智能排種器排至開好的溝槽中，后方的覆土輪完成覆土。播種時，智能播種器能夠根據(jù)拖拉機的前進速度調(diào)節(jié)下種的速率，后方的壓簧對覆土輪進行壓實，并將壓力傳遞給土壤。

新型飼草免耕播種機主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 飼草免耕播種機主要技術(shù)參數(shù)

二、智能化排種器工作原理

本項目研發(fā)的飼草免耕播種機采用一體化槽輪式智能化排種器，具有變量、同步及智能控制播種量的特點，能實現(xiàn)預設區(qū)域內(nèi)自動定量播種、在線實時檢測種子變量播種、同步、智能控制播種的功能；此外還能實現(xiàn)故障報警、播種監(jiān)測、面積測量、數(shù)據(jù)記錄與上傳，能生成作業(yè)報告，方便用戶隨時調(diào)整播種參數(shù)，其主要技術(shù)參數(shù)如下表2所示。

表2 智能化排種器主要技術(shù)參數(shù)

智能化排種器安裝架固定在免耕播種機座椅后方的站板上(根據(jù)實際情況可放置在座椅正后方或側(cè)后方)，智能化排種器安裝架固定螺栓需與免耕播種機底盤鐵件緊密固定，不可使用塑料覆蓋件，防止長期使用過程中塑料覆蓋件疲勞，至使連接不穩(wěn)固。作業(yè)中先確定智能化排種器電源開關(guān)是否打開。開關(guān)處于開的位置后，風機會在通電5秒鐘后啟動，顯示屏自動開機并在開機后自動打開排種器控制APP。向料箱中加入種子啟動排種器，免耕播種機開始作業(yè)。當需要單行不工作時（如過田埂或收邊時），可將單行關(guān)閉插板固定桿向上轉(zhuǎn)動并取出對應的單行關(guān)閉插板，將單行關(guān)閉插板的長端插入主機中即可使當前行關(guān)閉排料；取消單行不工作的操作為將對應插板取出后將短邊插入主機中即可恢復單行排種，智能化排種器結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖3 智能化排種器結(jié)構(gòu)示意圖

三、樣機性能試驗

1.試驗準備。以研發(fā)的飼草免耕播種機為試驗驗證對象，進行各項指標的驗證。試驗地點選在寧夏吳忠市利通區(qū)金積鎮(zhèn)5隊麥后復種免耕試驗田，試驗田麥茬秸稈覆蓋率不小于50%，在不回收滴灌帶的情況下，驗證機器通過性、播種深度合格率、晾籽率、播種均勻性變異系數(shù)等參數(shù)，試驗使用的主要設備為天平、卷尺、板尺、小鏟子、塑料袋等。

2.試驗方法。按照農(nóng)業(yè)機械試驗鑒定大綱DG/T 028-2019《免耕播種機》對飼草免耕播種機的各項性能指標進行試驗驗證，按照3個測區(qū)進行試驗測試，測試的晾籽率≤2%，播種深度合格率≥80%，播種均勻變異系數(shù)≤45%，機具通過性為不堵塞或輕度堵塞。

（1）機具通過性試驗。拖拉機掛載免耕播種機，按照10km/h的作業(yè)速度在長度為100m的田間連續(xù)作業(yè),往返一個行程不發(fā)生堵塞或有一次輕微堵塞視為合格,本試驗在麥后秸稈覆蓋地進行4次播種試驗。

（2）晾籽率試驗。在1個往返行程內(nèi)，交叉選取3個測區(qū)，每個測區(qū)的長度為2m，寬度為一個作業(yè)幅寬。測量測區(qū)的晾籽帶長度，按式（1）計算晾籽率。

式中：Ll-晾籽率；

X-晾籽帶長度，單位為米（m）；

N-播種行數(shù)。

（3）播種深度試驗。在往返一個行程內(nèi)選定好的3個測區(qū)內(nèi)進行測定，各小區(qū)內(nèi)測定5點。免耕播種機正常播種覆土后，扒開土層，測定種子上部覆蓋土層的厚度，當播深小于3cm時，覆土深度為（h±0.5）cm，范圍內(nèi)的合格點N合占測定點總數(shù)N總的百分比。h 為按農(nóng)藝要求調(diào)整的播深。按式（2）計算播深合格率。

式中：N合-符合深度要求的點；

N總-測定點總數(shù)；

K-播種深度合格率。

（4）播種均勻變異系數(shù)。調(diào)整免耕播種機的開溝器，在開溝器不入土的情況下，工作1個行程，將種子播在土壤細碎、無秸稈、平整的地表上，不覆土。測量在1個行程內(nèi)預先選定好的3個小區(qū)上進行，至少測定6行，左、中、右各選2行，少于6行的全測。測定時以100mm為一區(qū)段。將每行縱向分成若干區(qū)段，測定各段內(nèi)種子粒數(shù)，各小區(qū)內(nèi)每行連續(xù)取5段，分別按式（3）至式（6）計算播種均勻性變異系數(shù)。

式中：D-總測定段數(shù)；

Di-各小區(qū)測定段數(shù)；

X-總平均粒數(shù)；

Xi-各小區(qū)平均粒數(shù)；

x——測試小區(qū)內(nèi)各段種子粒數(shù)；

G——總標準差；

n——測定行數(shù)；

V——播種均勻性變異系數(shù)。

（5）試驗結(jié)果分析。新型免耕播種機試驗過程中沒有發(fā)生故障。對機具田間通過性進行觀測，在4次播種試驗過程中，只有1次發(fā)生輕微堵塞，其余測試過程未發(fā)生堵塞不下種情況，結(jié)果為合格。對免耕播種機其余待測指標進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計計算，試驗結(jié)果如表3所示。

表3 飼草免耕播種機主要技術(shù)參數(shù)

從表3可以看出，當免耕播種機前進速度為10km/h時，測得晾籽合格率為1.3%，播深合格率為85.8%，播種均勻性變異系數(shù)為39.5%，指標均優(yōu)于行業(yè)鑒定大綱要求。新型免耕飼草播種機工作穩(wěn)定可靠，設計合理，滿足飼草免耕播種的需求。

四、結(jié)論

1）新型麥后復種飼草播種機可在麥茬地滴灌帶間進行規(guī)?；鳂I(yè)，解決在水資源不足的條件下多元化種植的需求，可實現(xiàn)保糧增飼、節(jié)地降耗增效的綠色生產(chǎn)新格局，極大的提高的單位面積田地使用效率。

2）該免耕播種機采用智能化排種器，配套APP等電子化程序，搭接在飼草免耕播種機上尚屬首次提出，對免耕播種機配套電子化播種系統(tǒng)進行前期的技術(shù)探索，為后續(xù)研發(fā)該類型播種機奠定基礎。

3）通過田間試驗，該播種機在播種速度恒定的前提下，其晾籽合格率、播深合格率、播種均勻性變異系數(shù)均滿足設計及鑒定大綱要求，達到了應有的技術(shù)指標，可實現(xiàn)麥后復種飼草的需求。