玉米大豆帶狀復合種植專用植保機研制與試驗

張榮成 劉天星 朱松 何彥平 仇維佑 邢全道

0 引言

玉米大豆帶狀復合種植是充分利用資源、提高土地產出率的集約農業(yè)技術，也是2022年農業(yè)農村部重點推廣的農業(yè)技術之一。因玉米大豆屬不同種類農作物，化除及化控藥劑“相克”，目前，市場上還沒有成熟的玉米大豆復合種植專用植保機。部分機型對現(xiàn)有的植保機加裝了簡易擋簾，但存在擋簾機構設計不科學，藥劑漂移傷苗等問題，且大多數機具為小型高地隙自走式，載藥量小，行走機構強度差，過溝受沖擊機架易折斷損壞，不能滿足江蘇農墾田塊規(guī)?；鳂I(yè)要求。本文以藥劑防漂移為出發(fā)點和落腳點，設計了一種玉米大豆復合種植專用懸掛式噴桿噴霧機（以下簡稱“專用噴霧機”）。該機采用雙泵+雙藥箱設計，可一次性完成玉米大豆兩種作物化除、化控作業(yè)，隨地仿形裝置及三段全封閉式擋簾結構，能夠滿足玉米大豆帶狀復合種植的藥液防漂移要求。

1 總體結構與設計原理

江蘇農墾采用的玉米大豆復合種植寬窄行“4+4”模式（中間為4 行大豆，兩側分別為2 行玉米）如圖1 所示。

圖1 江蘇農墾玉米大豆復合種植寬窄行“4+4”模式

1.1 總體結構

專用噴霧機配套80～120 馬力拖拉機，工作幅寬3.9 m，大豆行通過寬度80 cm，玉米行通過寬度130 cm。拖拉機安裝窄形橡膠輪胎，輪距為170～190 cm，確保機具行走在玉米與大豆行之間，滿足江蘇農墾玉米大豆復合種植寬窄行“4+4”模式下噴灑除草劑及化學調控等作業(yè)。噴霧機主要由雙施藥泵、雙藥液箱、雙噴霧系統(tǒng)、防漂移噴頭、仿形地輪、三段全封閉式擋簾、懸掛式機架等組成，如圖2 所示。

圖2 專用噴霧機結構圖

1.2 工作原理

專用噴霧機采用雙泵+雙藥箱設計，可一次性完成兩種不同作物化除、化控作業(yè)，大大提升了作業(yè)效率。安裝了防漂移噴頭（霧化粒徑為300～400μm），噴桿噴頭上下左右均可調，避免不同高度作物作業(yè)時藥液形成的扇面過度重合或藥液噴淋在擋簾上形成水流造成藥害，較大程度

上減少藥液漂移。三段全封閉式擋簾設計，確保在不同風速及風向情況下機具能夠滿足作業(yè)要求。前后設置兩排仿形地輪，機具與拖拉機后輪形成“扁擔式”過溝結構，有效降低了機具的物理沖擊，還使得機具能夠隨地仿形，避免地面不平整引起的植保機姿態(tài)變化，使接觸地面的擋簾始終與地面貼合，減少藥液漂移。

1.3 主要技術參數

專用噴霧機的主要技術參數見表1。

表1 專用噴霧機技術參數

2 主要結構及關鍵部件參數設計

2.1 噴霧機整機框架結構設計

為滿足一次性完成兩種作物同時施藥作業(yè)，結合江蘇農墾玉米大豆復合種植寬窄行“4+4”模式，機具采用三段結構設計。中間框架用以完成大豆施藥作業(yè)，兩側可折疊框架用以完成玉米施藥作業(yè)?？紤]大豆對藥劑的敏感性比玉米強，設計中間封閉框架前后端均超過兩側可折疊框架前后端，確保在不同風速及風向情況下有效保證封閉效果。玉米大豆帶狀復合種植專用植保機框架結構如圖3 所示。

圖3 框架結構示意圖

2.2 霧化動力及噴霧系統(tǒng)設計

專用噴霧機動力來源拖拉機動力輸出軸，轉速選擇540 r/min，動力傳遞路線為：拖拉機動力輸出軸→萬向節(jié)→傳動軸→主皮帶輪→皮帶→從皮帶輪→柱塞泵。噴霧系統(tǒng)設計：通過柱塞泵利用高壓力將藥液從噴孔中壓出形成霧滴，霧滴粒徑為300～400μm，粒徑比常規(guī)噴霧粒徑大，可實現(xiàn)防漂移效果。

2.3 隨地仿形裝置設計

江蘇農墾玉米大豆帶狀復合種植區(qū)域主要分布在淮河以北地區(qū)，該地區(qū)常年以稻麥生產為主，夏季雨水較多。為保障玉米大豆增產增收需要，該地區(qū)在田間建立了完整的排水溝系，每3.9 m 建立1 條豎溝，每30 m 建立1 條橫溝。農機作業(yè)過程中，田間的橫溝對作業(yè)機具造成的物理沖擊較大，機具故障率相對較高。為降低橫溝對機具的物理沖擊，避免因田面平整度不夠引起機具姿態(tài)變化，從而導致藥液漂移，機具設置了隨地仿形地輪。仿形地輪總計4 只，分前后兩排設置。兩排地輪與拖拉機后排輪胎形成“扁擔式”過溝結構，以降低過溝沖擊。遇到地面不平整時，機具上的兩排地輪起到支撐作用，避免機具隨拖拉機左右擺動，確保接觸地面的擋簾始終與地面貼合，增強了防漂移效果。隨地仿形地輪結構如圖4 所示。

圖4 隨地仿形地輪結構圖

2.4 藥劑封閉結構設計

農機作業(yè)過程中，風速風向隨時變化。采用全封閉式擋簾結構，以保證機具在不同風速及風向情況下均能夠滿足作業(yè)要求。左右兩側擋簾上部采用固定式，透明薄膜被緊固在框架上面。通過透明薄膜可觀察噴頭噴淋狀態(tài)。左右兩側擋簾下部可調節(jié)，封閉薄膜隨重力自由下垂。薄膜內側設置彈齒，避免薄膜向內曲卷影響施藥。前后兩側擋簾上部采用上下可調節(jié)式結構，滿足不同高度作物的植保作業(yè)需求。前后兩側擋簾下部采用裙擺式設計，材料用軟質防水布條，布條寬約5～6 cm，兩兩重疊3 cm 左右。裙擺式設計既保障了擋簾的密閉性，又提高了作物的通過性。

2.5 可調噴頭設計

化除時，玉米高度約為25～30 cm，大豆高度約為15～20 cm；化控時，玉米高度約為120～130 cm，大豆約為50～70 cm?；龝r，作物較矮，為保證施藥、防漂移效果，噴頭高度設置得相對較低，噴頭形成的扇面寬度較窄。化控時，作物較高，為保證機具的通過性，噴頭的高度需要設置得相對較高，噴頭形成的扇面寬度較寬。噴頭上下左右可調節(jié)，能滿足不同高度作物的植保作業(yè)需求，避免因噴頭高度、節(jié)距設置不合理造成藥液重噴、漏噴或過多藥液噴淋在封閉擋簾上等現(xiàn)象?？烧{噴頭結構如圖5 所示。

圖5 可調噴頭結構圖

3 樣機試驗

將設計好的樣機進行三維虛擬裝配，依據二維圖紙進行零部件加工。樣機如圖6 所示。

圖6 專用噴霧機樣機

3.1 試驗條件

樣機在江蘇省農墾農業(yè)發(fā)展股份有限公司黃海分公司進行了試驗。試驗分為模擬試驗和實際田間試驗兩部分。田間試驗主要測定作業(yè)效率和植保效果，模擬試驗主要測定藥劑有無漂移現(xiàn)象和噴霧分布均勻性。試驗時風速在3 級以上，分別做側風、頂風、順風試驗。按實際田間情況建立橫向排水溝系。工作壓力3 bar，車速5 km/h，噴頭離地高度30 cm。合理調節(jié)封閉框架前后擋簾、兩側擋簾高度，保證機具通過時不傷苗。

3.2 模擬試驗

在田間按玉米大豆帶狀復合種植分布分別鋪設三塊無紡布。噴施大豆的藥箱里配制紅色藥劑，噴施玉米的藥箱里配置藍色藥劑。模擬試驗現(xiàn)場見圖7。

圖7 模擬試驗現(xiàn)場

試驗結果：從無紡布藥液顏色分布情況來看，無藥液漂移現(xiàn)象，噴霧均勻性符合農藝要求。

3.3 田間試驗

提前在田間按照江蘇農墾寬窄行“4+4”模式種植玉米和大豆，化除期對樣機進行田間試驗，并設置人工打藥對照。試驗藥劑按農藝要求配制。實際田間試驗現(xiàn)場見圖8。

圖8 實際田間試驗現(xiàn)場

試驗結果：田間作業(yè)效率達到1.6～2 hm2/h，是人工作業(yè)效率的10 倍左右。樣機施藥后3～5 d，農藝人員跟蹤發(fā)現(xiàn)，玉米、大豆葉片無明顯藥害現(xiàn)象。樣機植保效果、植保效率明顯優(yōu)于人工打藥對照。

4 結論

1）設計的玉米、大豆復合種植專用懸掛式噴桿噴霧機主要由折疊式機架、藥箱、柱塞泵、分水器、傳動軸、皮帶盤、仿形地輪、全封閉擋簾等組成，結構合理，成本較低。隨地仿形地輪設計有效降低了機具的過溝沖擊，提升了機具的工作穩(wěn)定性；同時，采用地輪設計可有效避免因地面不平整導致的機具的姿態(tài)變化，減少過溝時藥液分布不均勻現(xiàn)象。

2）該機采用防漂移噴頭及全封閉式結構，兩者結合防漂移效果好。

3）采用雙泵+雙藥箱設計，可一次性完成玉米大豆兩種作物化除、化控作業(yè)，作業(yè)效率高。