丘區(qū)玉米播種施肥鋪膜一體機研究開發(fā)＊

□劉小譚 庹洪章 唐 亮 張 艷/四川省農(nóng)業(yè)機械研究設(shè)計院

丘區(qū)玉米播種施肥鋪膜一體機研究開發(fā)＊

□劉小譚 庹洪章 唐 亮 張 艷/四川省農(nóng)業(yè)機械研究設(shè)計院

四川丘區(qū)具有地塊較小、土壤粘重、耕作質(zhì)量提高困難的特點，目前省內(nèi)適用的玉米播種機多是微耕機帶動的小微型玉米播種，播種勞動力強度大，效率低。為了提高四川省丘區(qū)農(nóng)業(yè)機械化程度，針對四川省玉米種植模式，本文主要研發(fā)了一種適用于丘區(qū)，配套中小型輪式拖拉機，通過更換播種單元就能滿足露地直播和鋪膜、播種、施肥于一體的多功能播種機，并對本機進行了現(xiàn)場實驗，驗證了該設(shè)備實用性、可靠性與便捷性。

玉米；播種機；丘區(qū)

0 引言

針對四川丘陵山地的地形及玉米播種的季節(jié)不同，本文研究的玉米播種機可通過更換播種單元來達到鋪膜播種和露地播種兩種功能，從而能夠解決春玉米機播需要鋪膜，夏玉米機播不鋪膜的問題，增強了該類機型的實用性，填補了該類機型的技術(shù)空白。

1 總體結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 總體結(jié)構(gòu)

丘區(qū)玉米播種施肥鋪膜一體機是為丘陵地區(qū)玉米機械化播種而設(shè)計，本機采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，如圖1～3所示，施肥模塊由機架、排肥裝置、施肥開溝器、地輪以及傳動系統(tǒng)（錐齒輪及鏈傳動）構(gòu)成；膜上播種模塊由鋪膜機構(gòu)、勺輪排種器、鴨嘴形滾筒播種機構(gòu)以及傳動系統(tǒng)（包括變速箱）構(gòu)成。該機具由輪式拖拉機懸掛，配備動力大于等于18kW，可實現(xiàn)二行施肥、膜上精密播種；拆下膜上播種模塊，更換上兩個帶平行四連桿機構(gòu)的仿形播種單元即可實現(xiàn)露地直播、施肥等功能。

1.2 工作原理及工作過程

圖1 丘區(qū)玉米播種施肥鋪膜一體機主視圖

圖2 丘區(qū)玉米播種施肥鋪膜一體機俯視圖

本機具采用鉸接方式懸掛連接玉米播種機和拖拉機。播種時在拖拉機的牽引作用下，帶動安裝在播種機架上的施肥開溝器和鋪膜取土犁，同時對土壤進行開溝，開溝深度可根據(jù)工作時農(nóng)藝要求進行調(diào)整，地輪提供支撐、限深和排肥動力；地輪和排肥軸之間采用錐齒輪和鏈輪傳動，鏈輪傳動有飛防止反轉(zhuǎn)。本機具的整體運動，驅(qū)動地輪轉(zhuǎn)動，驅(qū)動排肥裝置運轉(zhuǎn)，完成排肥功能；肥料經(jīng)由排肥管導入施肥開溝器底部，完成施肥功能，可采用改變外槽輪工作長度的方式來調(diào)節(jié)施肥量。

圖3 裝備平行四連桿機構(gòu)仿形播種單元結(jié)構(gòu)圖

鋪膜播種模塊通過卡件固定在機架上，由V型刮土板整理種床，鋪膜取土犁提供壓膜所需土壤，鴨嘴滾筒播種器穿破薄膜投下種子，播深4～5cm，排種器采用勺輪排種器，勺輪排種器和鴨嘴滾筒播種器采用變速箱聯(lián)接，改變株距需要增減鴨嘴數(shù)量，改變鴨嘴數(shù)量后，換到相應(yīng)檔位即可。露地直播功能可通過更換平行四連桿機構(gòu)的仿形播種單元來實現(xiàn)。平行四連桿仿形機構(gòu)能夠減小地面不平整對播種精度及深度的影響，讓播種更精確、更快（6～8km/h）。

本研究采用的勺輪精密排種器附帶一體化變速箱，可以方便調(diào)整株距。

播種單體旋轉(zhuǎn)的排種盤均勻分布有18個勺型槽，當排種器運轉(zhuǎn)時，排種盤旋轉(zhuǎn)帶動勺型槽進入充種區(qū)內(nèi)取種，由于玉米種子的尺寸稍小于勺型槽的仿形尺寸，因此剩余的玉米種子會落回到取種區(qū)；清種區(qū)設(shè)有清種刷，其作用是把多余的種子刷落入排種器，這樣做既能實現(xiàn)播量精確又能保證不傷種；然后，玉米種子從排種器排出，并由鴨嘴型播種器將玉米種子埋入土壤，經(jīng)覆土和鎮(zhèn)壓后，完成播種。施肥裝置是由錐齒輪和鏈輪傳動帶動外槽輪式排肥器運轉(zhuǎn)的，肥料由導肥管排入溝槽內(nèi)，完成施肥過程。鋪膜裝置則是鋪膜輥上的薄膜通過支膜桿、導膜桿、展膜輥的聯(lián)合作用，將薄膜橫鋪在地上，以便鴨嘴型投種裝置能夠扎透薄膜，完成播種過程。

1.3 技術(shù)指標

外形尺寸（長×寬×高）：2800mm× 1600mm×1020mm；機器質(zhì)量：260kg；配套動力：18kW；作業(yè)行數(shù)：2行；作業(yè)速度：3～5km/h；薄膜寬：900mm；鋪膜幅數(shù)：1幅；行距：450～600mm；粒距：140～235mm；穴粒數(shù)：1～2粒；播穴數(shù)：6.75萬穴/hm2；播種深度：40～50cm；排肥量：30～60kg/hm2；施肥深度：100～150mm；生產(chǎn)率：0.36～0.60hm2/h。

2 主要工作部件

2.1 播種單體

本機具采用單體雙輪驅(qū)動排種仿形結(jié)構(gòu)，能夠同時驅(qū)動2個排種器，播種開溝器與驅(qū)動輪相距不大于10cm。為了減少下種時種子的彈跳及播種時受側(cè)風的影響，播種單體為鴨嘴式仿形排種結(jié)構(gòu)，用于在地面上開孔和將種子植入孔穴中，播種單體采用鴨嘴形結(jié)構(gòu)有利于減少傷種率，提高排種精度，使播深可控、易調(diào)。

2.2 開溝器

本機具采用楔刀型仿形開溝器，由前刀、底座、連接螺栓和側(cè)翼組成。入土角為15°～16°，開溝寬度為5cm，高度H為15cm，底端長度L為15.6cm。底座上設(shè)計有凹槽可方便前刀插入，同時可以采用內(nèi)螺栓固定的方式，能更加方便地更換刀具，對前刀進行開刃后作調(diào)質(zhì)處理，以提高刀具的耐磨性。開溝器工作前，前刀先于地面劃開一條預(yù)開溝槽，把土壤推向預(yù)開溝槽的兩邊；側(cè)翼的作用是疏松溝槽兩邊的土壤，有利于玉米的生長。實驗表明，此播種開溝器具有開溝寬度適中、開溝深度一致性較高的特點。

2.3 鋪膜裝置

本機具通過與土壤摩擦帶動鋪膜機構(gòu)，通過支膜桿、導膜桿、展膜輥的聯(lián)合作用來工作，本機具運行時，鋪膜取土犁先在兩側(cè)各開出一條5～10cm的溝槽，展膜輥將薄膜平鋪于地面，滾筒外沿展膜錐盤將薄膜的兩側(cè)壓入開好的溝槽內(nèi)，同時也將膜鋪在地面上橫向展平，覆土圓盤將土壤推向槽內(nèi)的薄膜及薄膜兩側(cè)的孔穴上，壓住兩邊的薄膜、蓋住膜孔并形成膜床；與此同時蓋住孔穴上方多余的土壤被刮土板刮掉，鎮(zhèn)壓輪將溝槽內(nèi)松散的土壤壓實，實現(xiàn)鋪膜功能，這樣的工作步驟有益于保墑，并能夠促進種子發(fā)芽。

2.4 排種器

本研究的排種器為精密排種器，采用18個勺型槽均勻分布在排種盤內(nèi)，如圖4所示，當排種器運轉(zhuǎn)時，排種盤旋轉(zhuǎn)帶動勺型槽進入充種區(qū)內(nèi)取種；本研究的勺型槽為仿形，玉米種子的尺寸稍小于勺型槽的仿形尺寸，當玉米種子進入到勺型槽種勺內(nèi)時，多余的玉米種子會因旋轉(zhuǎn)方向無力支撐而落回到取種區(qū)；當排種盤繼續(xù)旋轉(zhuǎn)到清種區(qū)時，設(shè)計的塑料刷會把多余的種子刷回排種器中，當排種輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)達到鴨嘴形投種裝置時，種子釋放到鴨嘴形裝置中，投種動作完成。實驗表明，該精密排種器具有不傷種、充種性好、播種精準且播量精確的優(yōu)點。

膜上播種模塊由鋪膜裝置、勺輪排種器、鴨嘴形滾筒播種機構(gòu)以及傳動系統(tǒng)（包括變速箱）構(gòu)成。因此，播種粒距與地輪直徑、各鏈輪的傳動比的關(guān)系表達如下式。

圖4 勺輪排種器

式1中：S-播種粒距；

D地-地輪直徑；

k-各鏈輪的傳動比；

式2中：n為轉(zhuǎn)速，z為鏈輪齒數(shù)。

2.5 覆土器

本機具采用圓盤式覆土器，與玉米播種機的前行方向有一定的傾角，可調(diào)。工作時受到機具的前進驅(qū)動，覆土器翻轉(zhuǎn)土壤，并將土壤推進槽溝中實現(xiàn)覆土動作；可調(diào)節(jié)翼板上覆土器的安裝孔位來調(diào)整覆土量與覆土角度。

2.6 施肥裝置

本機具采用外槽輪式施肥器，可以改變外槽容積大?。üぷ鏖L度）來調(diào)節(jié)施肥量；作業(yè)時，肥料經(jīng)導肥器進入施肥開溝器，然后落入施肥溝內(nèi)，肥料箱的容積計算公式如下。

式3中：V（m3）為肥料箱的容積；B（m）為機具工作幅寬；L（m）為肥料箱裝滿一次所走過的距離；Q（kg/hm2）為每公頃播量；η為肥料箱的充滿系數(shù)，取η=0.7；v（kg/dm3）為肥料箱的容量。

依照四川地區(qū)丘區(qū)具體的作業(yè)要求，計算得到肥料箱容積至少為0.06m3，本文設(shè)計肥料箱長×寬×高結(jié)構(gòu)尺寸為330mm×1500mm×310mm。

2.7 地輪及傳動部件

本機采用兩個橡膠充氣地輪，直徑430mm，采用封閉式錐齒輪傳動作第一級。而丘區(qū)現(xiàn)在使用的北方鋪膜播種機采用小直徑（250mm）金屬滾筒作地輪，容易打滑和粘附泥土導致排肥傳動比改變；傳動采用鏈傳動，接近地面部分容易被秸稈和泥土污染，導致傳動失效。本機采用的橡膠充氣地輪直徑較大，滑轉(zhuǎn)率低，泥土粘附較少，封閉式錐齒輪傳動可以實現(xiàn)免維護，傳動比變化小，施肥精度高。

3 播種試驗

本機在四川省三臺縣進行了田間試驗。播種地塊為丘陵旱地，砂性土壤，播前整地；試驗地總面積為20hm2，作業(yè)速度為3～5km/h；配套動力為輪式拖拉機。通過實驗發(fā)現(xiàn)本機具地面附著力好，操作方便，運行平穩(wěn)，播種精準、穩(wěn)定，適合四川丘區(qū)作業(yè)。

4 結(jié)論

1）本文研究的機型采用模塊化結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊、便捷實用，能夠?qū)崿F(xiàn)鋪膜、膜上播種、施肥及覆土等功能。通過更換播種單元能夠?qū)崿F(xiàn)露地直播?？朔嗽袖伳げシN機容易打滑、土壤潮濕容易粘附、影響施肥精度等問題，填補了四川丘陵山區(qū)玉米播種鋪膜一體機的技術(shù)空白。

2）本機具采用精密排種器和鴨嘴仿形播種結(jié)構(gòu)，具有播種均勻、強制播種裝置效果好和漏播率低的優(yōu)點。本機具地面附著力好，運行平穩(wěn)，播種精準、穩(wěn)定，適合四川丘區(qū)作業(yè)。

3）通過現(xiàn)場實驗驗證了該機型的實用性、可靠性與便捷性，本機具能夠降低農(nóng)民勞動強度，增加農(nóng)民經(jīng)濟收入，提高四川丘區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，產(chǎn)生良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

4）本機具還可以調(diào)整橫向結(jié)構(gòu)尺寸，適當增加支撐地輪間距，減少鋪膜播種機構(gòu)的縱向聯(lián)接尺寸，進一步縮小機具長度，便于丘區(qū)田間轉(zhuǎn)移。

【1】張禮鋼,石磊,陳長林,張彬,沐森林.2BFMX系列玉米免耕施肥播種機的研制[J].中國農(nóng)機化,2007,(06).

【2】姜心祿,鄭家國,池忠志.丘陵山地油菜茬玉米凈作機械化播種機械選型研究[J].西南農(nóng)業(yè)學報,2011,(04).

S224.2

B

2095-3615（2017）01-0035-03

四川科技支撐計劃（項目編號2014NZ0100）——四川丘區(qū)玉米全程機械化生產(chǎn)技術(shù)研究與裝備開發(fā)。