李 偉,孫冬霞,張愛民,劉淑安,曹龍龍
(濱州市農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究所,山東濱州 256600)
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2BMMD-4苗帶清整型棉花精量免耕播種機(jī)性能及效益分析
李 偉,孫冬霞,張愛民*,劉淑安,曹龍龍
(濱州市農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究所,山東濱州 256600)
介紹了2BMMD-4苗帶清整型棉花精量免耕播種機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及性能,對(duì)其進(jìn)行效益分析。結(jié)果表明,該機(jī)型結(jié)構(gòu)新穎,在小麥?zhǔn)斋@后秸稈覆蓋的地表一次進(jìn)地完成苗帶清整、側(cè)深施肥、精量播種、覆土鎮(zhèn)壓等工序,經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益顯著,是黃河三角洲區(qū)域?qū)嵤溍捱B作的必要機(jī)具保障,有助于解決該區(qū)域糧棉種植存在的爭(zhēng)地矛盾,助力國(guó)家棉花穩(wěn)定供給和糧食生產(chǎn)安全。
苗帶清整型;棉花播種機(jī);效益分析;麥棉連作
黃河三角洲區(qū)域是我國(guó)主要產(chǎn)糧產(chǎn)棉區(qū),糧棉爭(zhēng)地的現(xiàn)象尤為突出,在該區(qū)域?qū)嵤溍捱B作可有效地解決糧食和棉花種植存在的矛盾,提高農(nóng)業(yè)效益,增加農(nóng)民收入,對(duì)保障國(guó)家糧食安全和棉花穩(wěn)定供給具有重要意義[1]。
在麥棉連作配套機(jī)械中,夏棉播種機(jī)的研發(fā)是重點(diǎn)。以濱州市農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究所牽頭的項(xiàng)目組研發(fā)了2BMMD-4苗帶清整型夏棉精量免耕播種機(jī),并進(jìn)行了示范應(yīng)用,該機(jī)具能夠滿足夏棉播種的農(nóng)藝要求,使農(nóng)機(jī)、農(nóng)藝相融合,應(yīng)用于76 cm等行距種植棉花,為棉花成熟后的機(jī)械化采摘?jiǎng)?chuàng)造了良好的條件。該機(jī)結(jié)構(gòu)合理、新穎,適應(yīng)性強(qiáng),經(jīng)濟(jì)可靠,能夠?qū)崿F(xiàn)在麥?zhǔn)蘸罅舨绲刂辈ハ拿蕖?/p>
1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)2BMMD-4苗帶清整型棉花精量免耕播種機(jī)主要由牽引懸掛裝置、變速箱、側(cè)板、肥箱、平行四連桿機(jī)構(gòu)開溝、播種、鎮(zhèn)壓部裝、傳動(dòng)地輪、機(jī)架、施肥角、旋松清草滅茬機(jī)構(gòu)、限深輪等構(gòu)成(圖1)。
1.2 工作原理2BMMD-4苗帶清整型棉花精量免耕播種機(jī)用三點(diǎn)懸掛方式與拖拉機(jī)連接,工作時(shí),動(dòng)力經(jīng)拖拉機(jī)的輸出軸傳遞給變速箱,經(jīng)變速箱改變轉(zhuǎn)速后由變速箱輸出軸傳遞給清草滅茬刀軸,帶動(dòng)刀軸上的旋耕刀逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),秸稈、雜草等被切碎并拋向兩側(cè),同時(shí)旋耕刀淺旋碎土,清理出30 cm寬的播種作業(yè)帶,解決秸稈堵塞,避免秸稈等對(duì)棉花出苗的影響,同時(shí)破除地表干土層,為后續(xù)播種提供有利條件;地輪轉(zhuǎn)動(dòng),帶動(dòng)外槽輪排肥器轉(zhuǎn)動(dòng)排肥,施肥開溝器入土深施肥;勺輪式排種器由鎮(zhèn)壓輪驅(qū)動(dòng),開溝播種同時(shí)完成;種肥橫向間距12 cm,實(shí)現(xiàn)側(cè)深施肥;為保證播深一致性,播種單體與機(jī)架之間采用仿形機(jī)構(gòu)連接。
1.3 主要技術(shù)參數(shù)、性能指標(biāo)
表1 2BMMD-4苗帶清整型棉花精量免耕播種機(jī)性能參數(shù)
項(xiàng)目參數(shù)外形尺寸(mm×mm×mm)2260×2859×1302整機(jī)重量∥kg850配套動(dòng)力≥50kW輪式拖拉機(jī)工作幅寬76cm×4行淺旋深度∥cm3~5旋松清整帶寬度∥cm30旋深穩(wěn)定性∥%≥85施肥深度∥cm≥10種肥橫向間距∥cm12機(jī)組打滑率∥%≤15刀軸轉(zhuǎn)速∥r/min380作業(yè)效率∥hm2/h0.67~1.00各行排肥量一致性變異系數(shù)∥%≤13.0總排肥量穩(wěn)定性變異系數(shù)∥%≤7.8常用單位株數(shù)∥萬(wàn)株/hm210.5~12.0
1.4 主要工作部件的設(shè)計(jì)與選擇
1.4.1清草、滅茬、旋耕機(jī)構(gòu)刀軸設(shè)計(jì)與刀座布置。旋耕刀軸總長(zhǎng)2 630 mm,采用中央傳動(dòng)方式,刀軸轉(zhuǎn)速為380 r/min,旋松刀的回轉(zhuǎn)半徑為245 mm。刀軸采用φ70的無(wú)縫鋼管。
2BMMD-4苗帶清整型棉花精量免耕播種機(jī)播種幅寬76 cm×4行,對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)4組旋松刀組,每個(gè)旋松刀組幅寬30 cm,布置6排,左右各6把刀,相鄰兩排刀間距6 cm,保障清草滅茬效果。(刀座排列如圖2所示),此種排列方式中:
①在同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi),配置為兩把刀,保證進(jìn)切量相等,以達(dá)到碎土質(zhì)量好,旋后溝底平整[2];②在刀軸回轉(zhuǎn)一周過程中,刀軸每轉(zhuǎn)過一個(gè)相等的角度時(shí),在同一相位角,有另一把刀入土,以保證工作穩(wěn)定性和刀軸負(fù)荷均勻;③相繼入土的刀在刀軸上的軸向距離大,以免發(fā)生堵塞;④左彎刀和右彎刀交錯(cuò)入土,使得刀軸兩端軸承所受的側(cè)壓力較為平衡;⑤該排列為雙向螺旋線規(guī)則排列,同一刀組中位于同一螺旋線上的旋耕彎刀方向相同,把粉碎后的秸稈拋向一側(cè),完成種床秸稈清理,減少了種帶內(nèi)的秸稈、雜草的量,有利于出苗。為保證清草、碎土效果,刀軸采用逆時(shí)針轉(zhuǎn)向(如圖2中位置),旋耕刀接觸地面瞬間,秸稈向上拋起,在高速旋轉(zhuǎn)的同一彎向6把刀的作用下拋向一側(cè),同時(shí)土塊在拋起落地過程中能夠受到多次打擊,提高了碎土率。
1.4.2單體仿形播種機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造。2BMMD-4苗帶清整型棉花精量免耕播種機(jī)仿形播種機(jī)構(gòu)工作時(shí),仿形機(jī)構(gòu)根據(jù)地面情況靈活上下浮動(dòng),保持播種開溝器入土角不變,從而保證播深一致,其仿形單體機(jī)包括平行四連桿機(jī)構(gòu)1,種箱2,懸拉桿總成3,鎮(zhèn)壓輪4,勺輪式排種器5,開溝器6(如圖3所示)。
2BMMD-4苗帶清整型棉花精量免耕播種機(jī)設(shè)置4組單體仿形機(jī)構(gòu)1,仿形機(jī)構(gòu)1通過兩個(gè)U形卡安裝在機(jī)架后橫梁上,利用限深裝置(此播種機(jī)中的鎮(zhèn)壓輪起到了限深的作用)推動(dòng)一個(gè)能隨地面起伏仿形的平行四桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)開溝深度的控制,如圖3所示,A點(diǎn)和D點(diǎn)鉸接在機(jī)架上,B點(diǎn)和C點(diǎn)鉸接在播種單體上, 下桿與上桿平行相等,在仿形過程中,上桿AB和下桿CD保持平行,保證了播深的一致性。在B點(diǎn)和D兩點(diǎn)加彈簧,通過調(diào)整彈簧的預(yù)緊力可以控制仿形的靈敏度和可靠性。
2BMMD-4苗帶清整型棉花精量免耕播種機(jī)創(chuàng)新性的采用勺輪排種器5,該排種器根據(jù)種勺大小,勺盤分大勺、中勺、中小勺和小勺4種[3],根據(jù)光籽棉種形狀進(jìn)行了各種勺盤的室內(nèi)試驗(yàn),經(jīng)多次試驗(yàn),最后優(yōu)化采用中小勺盤,2013年又進(jìn)行了大田試驗(yàn),播后及出苗后檢測(cè),證明勺輪式排種器采用中小勺盤能夠?qū)崿F(xiàn)棉花單粒精播的技術(shù)要求。
2BMMD-4苗帶清整型棉花精量免耕播種機(jī)鎮(zhèn)壓輪4直徑設(shè)計(jì)為300 mm,采用澆筑件,并且中間部位呈凹下形狀,在仿形機(jī)構(gòu)播種單體中,鎮(zhèn)壓輪是排種器的驅(qū)動(dòng)輪,又兼?zhèn)湎奚钶喿饔?,整個(gè)播種單體的重量作用于此,達(dá)到棉花播種后鎮(zhèn)壓所需壓實(shí)度要求。
該鎮(zhèn)壓輪轉(zhuǎn)動(dòng)靈活,有刮土裝置,不壅土,調(diào)整方便,鎮(zhèn)壓后地表沒有鱗狀裂紋,滿足棉花生長(zhǎng)需要。
1.5 2BMMD-4苗帶清整型棉花精量免耕播種機(jī)的性能特點(diǎn)總結(jié)
1.5.1多功能聯(lián)合作業(yè)。2BMMD-4苗帶清整型棉花精量免耕播種機(jī)實(shí)現(xiàn)了多功能聯(lián)合作業(yè),在麥?zhǔn)蘸蠼斩捀采w的地塊,一次進(jìn)地即可完成苗帶清整、側(cè)深施肥、播種、覆土鎮(zhèn)壓等工序,減少了機(jī)具的進(jìn)地次數(shù),工作效率高,與單項(xiàng)整地作業(yè)相比,減少近25%的生產(chǎn)成本;利于搶農(nóng)時(shí),在夏季高溫條件下,能夠?qū)崿F(xiàn)搶墑播種,且播種質(zhì)量高。
1.5.2提供種床整備。2BMMD-4苗帶清整型棉花精量免耕播種機(jī)通過清草、滅茬、淺旋刀軸設(shè)計(jì),將播種帶中秸稈、雜草拋向兩側(cè),滅茬同時(shí)破除地表干硬土層,實(shí)現(xiàn)了苗帶清整,解決地表秸稈、雜草對(duì)棉花出苗影響,提供了種床整備功能,能夠創(chuàng)造棉花播種所需種床。
1.5.3實(shí)現(xiàn)單粒精播。2BMMD-4苗帶清整型棉花精量免耕播種機(jī)創(chuàng)新性的采用勺輪式排種器,實(shí)現(xiàn)單粒穴播、穴距可調(diào);選用中小勺盤,實(shí)現(xiàn)了夏棉單粒精播。
1.5.4播深穩(wěn)定一致。2BMMD-4苗帶清整型棉花精量免耕播種機(jī)通過仿形機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),保證了播深穩(wěn)定性。四連桿機(jī)構(gòu)的靈活仿形保證了播種開溝器的入土角不變,實(shí)現(xiàn)了播深一致。
1.5.5結(jié)構(gòu)緊湊,使用可靠。2BMMD-4苗帶清整型棉花精量免耕播種機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定、操作靈活、調(diào)整方便、使用可靠,適應(yīng)性強(qiáng),生產(chǎn)效率高,作業(yè)質(zhì)量好,經(jīng)濟(jì)效益高。
2.1 經(jīng)濟(jì)效益分析
2.1.1節(jié)本效益分析?;诿摞溸B作技術(shù)的2BMMD-4苗帶清整型夏棉精量免耕播種機(jī),可在麥棉輪作小麥聯(lián)合收獲后麥茬覆蓋的地表進(jìn)行夏播短季棉直播,可一次完成苗帶滅茬、清草、旋松、施肥、播種、鎮(zhèn)壓等作業(yè)工序,可實(shí)現(xiàn)棉種的穴粒數(shù)、穴距精確可調(diào),減少用種量,可進(jìn)行苗帶清整,可保證播深穩(wěn)定性,可實(shí)現(xiàn)種肥分施、深施,避免燒種,提高肥料利用率,其節(jié)本效益分析如下:
①節(jié)約種子。采用2BMMD-4苗帶清整型夏棉精量免耕播種機(jī)播種可使棉花的播量由半精量播種平均30 kg/hm2左右降低到約22.5 kg/hm2,節(jié)種約7.5 kg/hm2。項(xiàng)目采用中棉64棉花品種,按其價(jià)格為12元/kg計(jì)算,節(jié)種效益為90元/hm2。②節(jié)省定苗所需人工費(fèi)用,降低定苗工序勞動(dòng)強(qiáng)度。2BMMD-4苗帶清整型夏棉精量免耕播種機(jī)突出特點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)棉種的穴粒數(shù)、穴距精確可調(diào),能精確實(shí)現(xiàn)一穴一粒的農(nóng)藝技術(shù)指標(biāo),可以較大程度地降低棉花定苗等工序所需的人工費(fèi)用,降低勞動(dòng)強(qiáng)度。據(jù)統(tǒng)計(jì),節(jié)約勞動(dòng)力4.5個(gè)/hm2,按黃河三角洲用工價(jià)格100元/人計(jì)算,可節(jié)省人工成本為450元/hm2。③提高化肥利用率,節(jié)約化肥。2BMMD-4苗帶清整型夏棉精量免耕播種機(jī)實(shí)現(xiàn)種肥分施、深施,避免燒種,提高肥料利用率,可節(jié)省25%的化肥,按施入肥料1 500 kg/hm2,肥料價(jià)格1.3元/kg計(jì)算可節(jié)約化肥成本為487.5元/hm2。④節(jié)約整地費(fèi)用。2BMMD-4苗帶清整型夏棉精量免耕播種機(jī),可在麥棉輪作小麥聯(lián)合收獲后麥茬覆蓋的地表進(jìn)行夏播短季棉直播,可一次完成棉花苗帶滅茬、清草、施肥、播種、鎮(zhèn)壓等作業(yè)工序,可節(jié)省整地作業(yè)費(fèi)750元/hm2。
節(jié)本效益合計(jì)如表2所示。
表2 2BMMD-4苗帶清整型棉花精量免耕播種機(jī)節(jié)本效益
項(xiàng)目節(jié)本資金∥元/hm2項(xiàng)目節(jié)本資金∥元/hm2種子90.0肥料487.5人工460.0整地750.0合計(jì)2077.5
2.1.2增產(chǎn)效益。2BMMD-4苗帶清整型夏棉精量免耕播種機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)精量播種,根據(jù)對(duì)實(shí)施精量播種技術(shù)的棉田與對(duì)照棉田進(jìn)行對(duì)比分析后得出結(jié)論,精量播種技術(shù)的應(yīng)用能有效改善棉苗個(gè)體的生長(zhǎng)環(huán)境,使棉花個(gè)體的生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)能得到較好的發(fā)揮,田間的具體表現(xiàn)為棉苗早發(fā)、苗壯,從而可使棉花獲得約3%以上的增產(chǎn)效益。2014年無(wú)棣縣2BMMD-4苗帶清整型夏棉精量免耕播種機(jī)試驗(yàn)田籽棉產(chǎn)量為2 902.5 kg/hm2,普通棉田籽棉產(chǎn)量為2 818.5 kg/hm2,2014年棉花價(jià)格約6元/kg籽棉,以此計(jì)算,增產(chǎn)效益為84.0 kg/hm2,即504元/hm2。
2.1.3經(jīng)濟(jì)效益合計(jì)。按上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算,使用棉花精量免耕播種機(jī)節(jié)本2 077.5元/hm2,增收504元/hm2,合計(jì)提高了經(jīng)濟(jì)效益2 581.5元/hm2。
2.2 社會(huì)效益
2.2.1解決了糧棉爭(zhēng)地矛盾。2BMMD-4苗帶清整型夏棉精量免耕播種機(jī),可在麥棉輪作小麥聯(lián)合收獲后麥茬覆蓋的地表進(jìn)行夏播短季棉直播,為麥棉兩熟種植技術(shù)在黃河三角洲地區(qū)的實(shí)現(xiàn)提供了機(jī)具保障,麥棉兩熟種植技術(shù)符合我國(guó)現(xiàn)階段人均耕地少的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展水平,即能提高土地利用率和產(chǎn)出、復(fù)種指數(shù),又能解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中棉糧爭(zhēng)地的問題[1],是黃河三角洲棉區(qū)增糧、麥區(qū)增棉增效的有效途徑,社會(huì)效益顯著。
2.2.2能夠推動(dòng)黃三角地區(qū)第二、三產(chǎn)業(yè)發(fā)展和城鎮(zhèn)化建設(shè)。 2BMMD-4苗帶清整型夏棉精量免耕播種機(jī)應(yīng)用76 cm等行距種植棉花,為棉花成熟后的機(jī)械化采摘?jiǎng)?chuàng)造了良好的條件。該機(jī)在黃河三角洲棉區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用,將大幅度地提高黃河三角洲棉區(qū)棉花種植的人均管理面積,有利于減少棉花種植業(yè)的從業(yè)人員,將有效引導(dǎo)勞動(dòng)力向勞動(dòng)密集型的其他產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移,為黃河三角洲棉區(qū)第3產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和城鎮(zhèn)化建設(shè)帶來顯著的推動(dòng)效應(yīng)。
2.2.3能夠間接為社會(huì)提供更高品質(zhì)的棉花。2BMMD-4苗帶清整型夏棉精量免耕播種機(jī)的推廣使用,減少了作物苗期對(duì)人工的需求,同時(shí)該機(jī)具能夠滿足夏棉播種的農(nóng)藝要求,使農(nóng)機(jī)、農(nóng)藝相融合,而且精量播種技術(shù)應(yīng)用能改善農(nóng)作物個(gè)體的生長(zhǎng)環(huán)境,這使棉花品質(zhì)得到提高,更多的高品質(zhì)棉花能夠提供給市場(chǎng)。
2.3 生態(tài)效益
2.3.1保護(hù)性耕作技術(shù)得以在夏棉生產(chǎn)過程中實(shí)施,生態(tài)效益明顯。2BMMD-4苗帶清整型夏棉精量免耕播種機(jī)是一種棉花免耕直播機(jī),使得保護(hù)性耕作技術(shù)得以在夏棉生產(chǎn)過程中實(shí)施。
目前黃河三角洲濱海棉區(qū)耕地質(zhì)量不高,大部分是鹽堿澇洼地,水土流失、沙化嚴(yán)重,有機(jī)質(zhì)含量下降,實(shí)施保護(hù)性耕作可以保土、保水、保肥,提高耕地質(zhì)量;可以減少農(nóng)田揚(yáng)塵和秸稈焚燒,減少溫室氣體排放,實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[4]。
2.3.2減少地膜帶來的污染。黃河三角洲棉區(qū)春播棉幾乎全部采用地膜覆蓋,由此帶來的地膜污染不容忽視。地膜塑料屬于高分子化合物,熔融指數(shù)(MI)高,極難降解,既不受微生物侵蝕,也不能自行分解,其降解周期一般為200~300年,降解過程中還會(huì)溶出有毒物質(zhì)。隨著使用地膜栽培年限的延長(zhǎng),殘留地膜若得不到及時(shí)回收,必然給后人帶來難以解決的污染危害,對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)重威脅[5]。 2BMMD-4苗帶清整型夏棉精量免耕播種機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)麥棉連作的夏播棉直播,不需要地膜覆蓋播種,從而減少了地膜帶來的污染問題。
2BMMD-4苗帶清整型棉花精量免耕播種機(jī)機(jī)型結(jié)構(gòu)新穎,能夠在小麥?zhǔn)斋@后秸稈覆蓋的地表一次進(jìn)地完成苗帶清整、側(cè)深施肥、精量播種、覆土鎮(zhèn)壓等多道工序,實(shí)現(xiàn)單機(jī)聯(lián)合作業(yè)和單粒精播,其經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益顯著,是黃河三角洲區(qū)域?qū)嵤溍捱B作的必要機(jī)具保障,有助于解決該區(qū)域糧棉種植存在的爭(zhēng)地矛盾,保障國(guó)家棉花穩(wěn)定供給和糧食生產(chǎn)安全。
[1] 中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院.農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社,2007:234-235.
[2] 劉以昌.勺輪式排種器工作原理的探討[J].農(nóng)機(jī)化研究,1988(2):37-41.
[3] 王國(guó)平,毛樹春,韓迎春,等.中國(guó)麥棉兩熟種植制度的研究[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2012,28(6):14-18.
[4] 韓賓.保護(hù)性耕作措施對(duì)農(nóng)田土壤健康狀況的影響及作物響應(yīng)研究[D].泰安:山東農(nóng)業(yè)大學(xué),2007.
[5] 海小明,楊小紅.張家川回族自治縣廢舊農(nóng)膜污染情況與防治建議[J].中國(guó)農(nóng)技推廣,2014(9):40-44.
Analysis of the Function and Economic Benefits of 2BMMD-4 No-till Precicision Plant for Cotton
LI Wei, SUN Dong-xia, ZHANG Ai-min*et al
(Binzhou Agricultural Machinery Research Institute, Binzhou, Shandong 256600)
The main structure and performance of type 2BMMD-4 no-till precision planter for cotton are introduced; its benefit is analyzed in this paper. This planter’ structure is novel, which can once clear up land, side deeply fertilize, precise seed, cover soil and tramp in land covered straw after wheat harvest. Economic, social and ecological benefits are remarkable; this planter is necessary mechanical guarantee for grain-cotton rotation on Yellow River Delta region, and is conducive to solve land contradiction between grain and cotton on this region, so, which increases stable supply of cotton and protects production safety of food in China.
Seedling with integer; Cotton sowing macine; Benefit analysis; Wheat cotton continuous cropping
“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2013BAD08B02)。
李偉(1983-),男,山東惠民人,研究實(shí)習(xí)員,從事農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究。*通訊作者,高級(jí)工程師,從事農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究。
2015-02-15
S 223.2
A
0517-6611(2015)09-365-03