六行手扶式大蒜播種機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

張?jiān)诺t 張飛 崔軍 王成文 李想

0 引言

大蒜是勞動(dòng)密集型栽培作物，主要種植流程包括整地、開(kāi)溝、播種、覆膜、田間管理、抽薹、收獲等[1]，播種是其中的重要環(huán)節(jié)。由于缺乏實(shí)用的大蒜種植機(jī)械，大蒜播種目前主要依靠人工完成。人工作業(yè)存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、占用農(nóng)時(shí)多、生產(chǎn)效率低等問(wèn)題，制約了大蒜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在田塊規(guī)模不大、仍以個(gè)體種植為主的地區(qū)，研發(fā)推廣適應(yīng)農(nóng)藝要求的大蒜種植機(jī)械對(duì)推進(jìn)大蒜生產(chǎn)機(jī)械化具有重要意義。本項(xiàng)目提供了一種液壓傳動(dòng)、前后輪同時(shí)驅(qū)動(dòng)、帶有株距變速箱的六行手扶式大蒜播種機(jī)，并獲得實(shí)用新型專利。該機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、小巧靈活、價(jià)格較低，能實(shí)現(xiàn)單粒取蒜，播深穩(wěn)定，播種效率高。與人工作業(yè)相比，可降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高作業(yè)效率，增加農(nóng)民收入。

1 大蒜播種機(jī)研發(fā)現(xiàn)狀

大蒜播種屬于精量播種范疇,目前研究熱點(diǎn)在單粒播種和蒜瓣種植后的定向兩大方面。國(guó)外大蒜播種機(jī)的單粒取種方式主要為機(jī)械式取種，有窩眼輪式、勺帶式、夾持式、勺鏈?zhǔn)?、轉(zhuǎn)勺式及振動(dòng)式等[2]。國(guó)外大蒜種植機(jī)的特點(diǎn)是開(kāi)溝之后散播，基本可實(shí)現(xiàn)單粒排種、大面積機(jī)械種植，但控制不了蒜瓣種植后的蒜瓣定向問(wèn)題。我國(guó)大蒜播種機(jī)單粒取種方式主要分為機(jī)械式和氣力式。機(jī)械式取種除上述取種方式外，還有錐盤(pán)式、旋轉(zhuǎn)式、轉(zhuǎn)筒式及鏈勺式；氣力式取種方式主要為氣吸式。定向研究方面具有代表性的是中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院及有關(guān)單位聯(lián)合研制開(kāi)發(fā)的自走式五行大蒜種植機(jī)，該機(jī)可實(shí)現(xiàn)種植時(shí)的自動(dòng)喂料、蒜種落下時(shí)的瓣尖向上控制等功能，雖在技術(shù)上取得了一定進(jìn)步，但也存在一些問(wèn)題，仍有需進(jìn)一步改進(jìn)和完善的地方，因而亦未能推廣應(yīng)用。目前，已有的大蒜種植機(jī)械要么體積龐大需要與拖拉機(jī)聯(lián)合使用，要么轉(zhuǎn)彎半徑大，操作困難，國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有實(shí)用且大面積推廣的大蒜種植機(jī)械。

2 六行手扶式大蒜播種機(jī)基本結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1 整體結(jié)構(gòu)

六行手扶式大蒜播種機(jī)由車(chē)架、柵條滾子、扶手、后行走總成、種倉(cāng)、播種總成、開(kāi)溝器、轉(zhuǎn)向總成、劃行器和動(dòng)力系統(tǒng)等構(gòu)成。詳見(jiàn)圖1。各部分連接關(guān)系如下：車(chē)架由兩道相互平行的底梁組成，其前端連接有柵條滾子，作為前驅(qū)動(dòng)輪；后端固連有扶手，并安裝后行走總成。車(chē)架靠近扶手一側(cè)的上部設(shè)置種倉(cāng)，種倉(cāng)內(nèi)設(shè)有播種總成。播種總成包括取種裝置、排種管和株距變速箱。取種裝置安裝于種倉(cāng)內(nèi)，種倉(cāng)的外部對(duì)應(yīng)取種裝置，設(shè)置有排種管。排種管的頂部位于種倉(cāng)的一側(cè)，設(shè)有開(kāi)口，承接取種裝置取上來(lái)的蒜種，底端位于開(kāi)溝器的后方。株距變速箱與取種裝置傳動(dòng)連接。開(kāi)溝器安裝于車(chē)架下部，位于前驅(qū)動(dòng)輪的后方。車(chē)架的中部安裝有轉(zhuǎn)向總成,轉(zhuǎn)向總成能夠?qū)⒋笏獠シN機(jī)整機(jī)向上頂起，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。車(chē)架至少一側(cè)安裝有劃行器。播種總成、后行走總成以及轉(zhuǎn)向總成均與動(dòng)力系統(tǒng)連接。

2.2 工作原理

圖1 六行手扶式大蒜播種機(jī)結(jié)構(gòu)圖

該機(jī)使用時(shí)，將蒜種放置在種箱內(nèi)，由動(dòng)力裝置帶動(dòng)大蒜播種機(jī)行走，接地輪帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，在傳動(dòng)鏈條的作用下,錐形輪與齒輪同步旋轉(zhuǎn)，錐形輪帶動(dòng)傳送器輸送蒜種，對(duì)蒜種實(shí)施種植。該機(jī)具有以下特點(diǎn)：

1）行走驅(qū)動(dòng)輪采用外圓開(kāi)放式柵格結(jié)構(gòu)，在松軟的土地上能夠產(chǎn)生更大的驅(qū)動(dòng)力；

2）播種行數(shù)設(shè)定為六行，方便與大蒜聯(lián)合收獲機(jī)收獲要求相適應(yīng)；

3）在播種機(jī)中部安裝一個(gè)液壓升降機(jī)構(gòu)，當(dāng)需要轉(zhuǎn)向掉頭時(shí)，液壓升降機(jī)構(gòu)將整機(jī)頂起，用手轉(zhuǎn)動(dòng)整機(jī)掉頭，轉(zhuǎn)彎半徑小，轉(zhuǎn)彎方便；

4）配備劃行器，保證播種行距均勻一致，方便后續(xù)的田間管理和收獲；

5）配備多檔位株距變速箱，用于控制播種株距的大小。

2.3 基本參數(shù)

1）外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）：132 cm×137 cm×104 cm；

2）配套動(dòng)力：190 汽油機(jī)（8.2 kW)；

3）掛接形式：自走式；

4）作業(yè)幅寬：120 cm；

5）作業(yè)行數(shù)：6 行；

6）作業(yè)行距：20 cm；

7）株距：6～8 株/m(可調(diào))。

3 田間試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)條件

1）試驗(yàn)時(shí)間：2018 年 9 月 27 日；

2）試驗(yàn)地點(diǎn)：江蘇省徐州市豐縣首羨鎮(zhèn)穆莊；

3）大蒜品種：徐州白蒜，蒜種最寬處的寬度在13 ～25 mm，大小均勻；

4）試驗(yàn)地塊：作業(yè)地塊測(cè)定區(qū)長(zhǎng)100 m、寬40 m，兩端預(yù)備區(qū)長(zhǎng)20 m，沿測(cè)試地塊的長(zhǎng)度和寬度中點(diǎn)連十字線，將地塊劃分為4 塊，隨機(jī)抽取對(duì)角的2 塊作為檢測(cè)樣本；

5）土壤類型：沙壤土，含水率為24.9%，土壤硬度24.5 kPa。

試驗(yàn)條件符合機(jī)械播種作業(yè)要求。將用于試驗(yàn)的大蒜播種機(jī)按規(guī)定調(diào)整至最佳技術(shù)狀態(tài)，設(shè)定株距為15 cm。

3.2 試驗(yàn)內(nèi)容

測(cè)試機(jī)具的性能指標(biāo)尤其是與播種質(zhì)量密切相關(guān)的5 個(gè)指標(biāo)（種子機(jī)械破損率、空穴率、重播率、穴距合格率、播種深度合格率）能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。目前，我國(guó)還沒(méi)有針對(duì)大蒜播種裝備的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)方法主要參考JB/T 10293－2001《單粒（精密）播種機(jī)技術(shù)條件》、GB/T 6973－2005《單粒（精密）播種機(jī)試驗(yàn)方法》以及相關(guān)農(nóng)藝要求。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.3.1 試驗(yàn)結(jié)果

1）作業(yè)時(shí)整機(jī)運(yùn)行可靠，沒(méi)有發(fā)生換擋困難、動(dòng)力熄火、陷車(chē)、故障等情況。

2）種子機(jī)械破損率為0.8%。種子破損主要在出現(xiàn)蒜瓣連體時(shí)發(fā)生。因此，蒜種準(zhǔn)備時(shí)一定要嚴(yán)格篩選，確保每個(gè)蒜體獨(dú)立分瓣。

3）空穴率為4.5%。經(jīng)過(guò)排查分析發(fā)現(xiàn)，空穴主要是由個(gè)別排種管不順直造成的，需要將播種管理順固定，防止變形。

4）重播率為2.6%。重播主要是由蒜種連體造成的；或者是因?yàn)樗獍赀^(guò)小，取種器取種時(shí)同時(shí)取了兩個(gè)。因此，需要對(duì)蒜種進(jìn)行嚴(yán)格篩選。

5）穴距合格率為92.1%。穴距偏差不超過(guò)1 cm 為合格。穴距不合格主要是由于前期整地不到位，土壤沒(méi)能完全打碎，土壤間隙較大，使得蒜種不能很好地在限定位置著落，落入土壤縫隙，從而穴距出現(xiàn)誤差。

6）播種深度合格率91.4%。深度偏差不超過(guò)1 cm 為合格。

從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，該機(jī)主要性能指標(biāo)值均達(dá)到或優(yōu)于市面上同類機(jī)具指標(biāo)值，試驗(yàn)結(jié)果同時(shí)也驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)思路和制造工藝是可行的，為后期機(jī)具的改進(jìn)優(yōu)化以及批量生產(chǎn)提供了可靠依據(jù)。

3.3.2 存在的不足與建議

1）由于主要采用鋼鐵件，本機(jī)顯得較為笨重，作業(yè)時(shí)對(duì)土壤壓實(shí)較為明顯，因此有必要采用輕量化設(shè)計(jì)理念，減小機(jī)具的整機(jī)重量。

2）盡量選用標(biāo)準(zhǔn)件以提高可靠性，降低成本。機(jī)具制造時(shí)，應(yīng)嚴(yán)把材質(zhì)、加工、焊接及裝配質(zhì)量關(guān)，以提高整機(jī)的使用可靠性。

4 結(jié)論

根據(jù)當(dāng)前大蒜播種技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀以及市場(chǎng)需求，兼顧小農(nóng)戶和規(guī)模種植大戶的需求，設(shè)計(jì)了六行手扶式大蒜播種機(jī)。試驗(yàn)示范基地的生產(chǎn)試驗(yàn)考核結(jié)果表明，該機(jī)具作業(yè)特點(diǎn)和作業(yè)性能能夠滿足當(dāng)前大蒜播種農(nóng)藝要求，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。