玉米播種機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀與優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

程 艷

（西安理工大學(xué)高科學(xué)院，陜西 西安 710043）

隨著全球人口不斷增長(zhǎng)，糧食需求持續(xù)上升，糧食生產(chǎn)成為人民關(guān)注的重要議題。玉米是全球主要糧食作物之一，占據(jù)重要的經(jīng)濟(jì)地位[1]。為了滿足人類對(duì)糧食的需求，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和玉米產(chǎn)量成為當(dāng)務(wù)之急。在此背景下，玉米播種機(jī)械的研究和發(fā)展日益受到關(guān)注。玉米播種機(jī)械作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵設(shè)備，對(duì)提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、降低勞動(dòng)力成本和保障國(guó)家糧食安全具有重要意義[2-3]。近年來，玉米播種機(jī)械在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，但仍存在一些問題，如播種精度不足、作業(yè)效率低下、設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及耗能與環(huán)境影響等[4-6]。為了解決這些問題，對(duì)玉米播種機(jī)械進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，有助于推動(dòng)玉米播種機(jī)械的技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展。

1.3 6行以上的氣吸式精量播種機(jī)

這種類型的玉米播種機(jī)適用于黑龍江、內(nèi)蒙古和新疆等地區(qū)，可以做少量免耕作業(yè)。由于采用氣吸式設(shè)計(jì)，它的作業(yè)速度最高可以達(dá)到12 km/h，并且也可適應(yīng)多種形狀的種子。但是，由于它對(duì)耕整地質(zhì)量的要求比較高，需要在使用前進(jìn)行相應(yīng)的準(zhǔn)備工作。

1 玉米播種機(jī)械類型

隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)的不斷推進(jìn)和科技水平的不斷提高，玉米播種機(jī)行業(yè)也迅速發(fā)展壯大，并逐步出現(xiàn)了多種類型的產(chǎn)品[7-8]?，F(xiàn)階段，我國(guó)自主生產(chǎn)的玉米播種機(jī)主要分為三大類，即輕便型玉米播種機(jī)、2~4 行牽引式免耕播種機(jī)和6 行以上的氣吸式精量播種機(jī)[9-10]。

1.1 輕便型玉米播種機(jī)

這種類型的玉米播種機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕，適合在黃淮海地區(qū)生產(chǎn)使用。但是由于播種精度不高，作業(yè)速度慢，在一些作業(yè)區(qū)域的環(huán)境惡劣或者作業(yè)面積較大時(shí)，可能會(huì)影響玉米的播種效率。

1.2 2~4行牽引式免耕播種機(jī)

這種類型的玉米播種機(jī)采用進(jìn)口指夾式排種器，適合于干旱區(qū)的免耕播種。它的性能可靠、速度快，最高可達(dá)10 km/h，并且對(duì)適合種子的要求也比較高。

2 玉米播種機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 排種方式由機(jī)械式轉(zhuǎn)變?yōu)闅馕?/h3>

早期的玉米播種機(jī)采用機(jī)械滾筒排種方式，雖然可以自動(dòng)化地進(jìn)行播種，但會(huì)出現(xiàn)一穴多苗或者少苗的問題，影響了種植效果和經(jīng)濟(jì)效益。后來的氣動(dòng)精量播種機(jī)則采用壓縮空氣推動(dòng)排種，解決了多苗少苗的問題，降低了玉米種子成本，提高了播種效率和質(zhì)量。但是也存在維修難度大、播種機(jī)體積大等問題，限制了其在小面積種植中的應(yīng)用。近年來，隨著科技不斷發(fā)展，玉米播種機(jī)技術(shù)也得到了進(jìn)一步升級(jí)和改良。例如利用微控制器、傳感器等技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)播種深度、密度等參數(shù)的智能化調(diào)節(jié)；利用GPS 導(dǎo)航和遙控技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)無人駕駛和精準(zhǔn)作業(yè)等功能，提高了玉米播種的效率和準(zhǔn)確性。同時(shí)，對(duì)于小面積種植需求，還出現(xiàn)了便攜式、手持式等小型玉米播種機(jī)，方便農(nóng)民在家庭農(nóng)場(chǎng)或者個(gè)人耕地中使用。

2.2 單一作業(yè)方式轉(zhuǎn)變?yōu)橐惑w式作業(yè)

在過去，玉米播種機(jī)多采用單獨(dú)點(diǎn)播、攜種播種等方式，難以滿足大規(guī)模農(nóng)作物種植的需求，設(shè)備之間缺乏有效的協(xié)同性，導(dǎo)致在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中存在斷片式的單個(gè)環(huán)節(jié)，無法實(shí)現(xiàn)全面自動(dòng)化生產(chǎn)。而自從推廣使用氣吸排種發(fā)展模式后，玉米播種機(jī)械的應(yīng)用范圍逐漸拓寬，設(shè)備之間能夠互聯(lián)互用，使得設(shè)備的功能和使用范圍都得到了進(jìn)一步擴(kuò)展和提升。同時(shí)，在施肥、覆膜、滴灌等配套機(jī)組上增加可拆卸式的玉米播種機(jī)組，并且實(shí)現(xiàn)了各機(jī)組之間的分體式連接，可以很好地解決在種植過程中斷片式的問題，提高了各機(jī)組之間的協(xié)同作用，進(jìn)一步提高了設(shè)備的整體使用效率。

2.3 材質(zhì)設(shè)計(jì)由鐵質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)樾虏牧?/h3>

早期的玉米播種機(jī)采用鐵質(zhì)設(shè)計(jì)，體積較大、重量較重，不便于攜帶和使用。在使用過程中，種子包衣劑的存在可能會(huì)導(dǎo)致農(nóng)藥腐蝕種箱，影響使用年限。為了解決這些問題，后續(xù)的研發(fā)過程中，玉米播種機(jī)的種箱設(shè)計(jì)采用了新型材料，如塑鋼、碳鋼等，有效地減輕了種箱的重量，使得攜帶和使用更加方便。在種箱材料的選擇上，也考慮到了耐腐蝕性的因素，防止藥劑對(duì)種箱造成損壞，延長(zhǎng)了使用壽命。此外，現(xiàn)代玉米播種機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)還注重提高種植效果和耐用度，采用先進(jìn)的技術(shù)和材料。例如采用智能控制系統(tǒng)，使得操作更加簡(jiǎn)單，種子的播種量可以更準(zhǔn)確；采用精密附件，使得種植效果更加穩(wěn)定；采用可調(diào)整的部件，使得玉米播種機(jī)具有更強(qiáng)的適應(yīng)性和靈活性，可以應(yīng)對(duì)不同的種植需求。

在玉米播種機(jī)的發(fā)展歷程中，人力推種滾筒排種是最早的播種方式。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、低成本，適合于小型農(nóng)田使用。但缺點(diǎn)也很明顯，就是生產(chǎn)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大。為了提高生產(chǎn)效率，玉米播種機(jī)采用了拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)等技術(shù)進(jìn)行升級(jí)改進(jìn)。這種方法雖然降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，但仍需要農(nóng)民坐在拖拉機(jī)后面手工操作，對(duì)于大規(guī)模農(nóng)田來說難以滿足要求。另外，由于拖拉機(jī)車架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，容易受到地形條件的限制，無法輕松通行于復(fù)雜的地形。為此，電動(dòng)自走式玉米播種機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。該機(jī)具有自主式、高效可靠的特點(diǎn)，可以有效節(jié)省人力和時(shí)間成本。同時(shí)，它還能夠精確控制播種深度和密度，提高播種成功率，保證玉米的良好生長(zhǎng)和發(fā)展?？偟膩碚f，隨著科技的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，玉米播種機(jī)械化的水平已經(jīng)得到了大幅提升。可以預(yù)見，未來玉米播種機(jī)械化的發(fā)展將更加迅速，在科技進(jìn)步的推動(dòng)下，可以實(shí)現(xiàn)更自動(dòng)化、更高效、更精準(zhǔn)的機(jī)械播種。

3 玉米播種機(jī)械存在的問題

3.1 播種精度不足

盡管現(xiàn)代玉米播種機(jī)械在播種精度方面取得了一定的進(jìn)步，但在實(shí)際操作中仍存在種子排列不均勻、種子堆積、漏種等現(xiàn)象。這些問題可能是由種子輸送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、種子分散裝置不精確、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不穩(wěn)定等原因引起的。播種精度不足會(huì)導(dǎo)致種植密度不均、田間競(jìng)爭(zhēng)加劇，進(jìn)而影響玉米產(chǎn)量和品質(zhì)。

3.2 作業(yè)效率低下

部分玉米播種機(jī)械在作業(yè)過程中，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、操作方式等原因，作業(yè)效率較低，耗時(shí)較長(zhǎng)。例如，播種機(jī)械在轉(zhuǎn)彎時(shí)需要減速或停止作業(yè)，或者由于播種機(jī)械行走速度過慢導(dǎo)致作業(yè)時(shí)間過長(zhǎng)。尤其是在大規(guī)模農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，作業(yè)效率的提高對(duì)于降低生產(chǎn)成本、縮短生產(chǎn)周期具有重要意義。

3.3 設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜

為了實(shí)現(xiàn)多功能、一體化，部分玉米播種機(jī)械的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過于復(fù)雜，包括繁多的零部件和復(fù)雜的傳動(dòng)系統(tǒng)，這導(dǎo)致維修難度加大、故障率提高，甚至影響設(shè)備的穩(wěn)定性和使用壽命。此外，復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可能增加設(shè)備的重量，進(jìn)而影響作業(yè)效率和能耗。

3.4 耗能與環(huán)境影響

傳統(tǒng)的玉米播種機(jī)械在作業(yè)過程中，能耗較高，會(huì)排放較多污染物，如廢氣、噪聲等。這些問題主要是由設(shè)備驅(qū)動(dòng)方式（如內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)）和材料選擇等原因造成的，在對(duì)環(huán)境造成一定影響的同時(shí)，也增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本。隨著環(huán)保政策的實(shí)施和綠色農(nóng)業(yè)的推廣，降低能耗、減少環(huán)境影響已成為玉米播種機(jī)械發(fā)展的重要目標(biāo)。為此，研究人員正努力探索新型驅(qū)動(dòng)方式（如電動(dòng)驅(qū)動(dòng)）和環(huán)保型材料，以降低玉米播種機(jī)械對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。

4 玉米播種機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)策略

4.1 提高播種精度

1）采用高精度傳感器與控制系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)精確播種和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，玉米播種機(jī)械可以引入高精度傳感器，例如光電傳感器、壓力傳感器等。這些傳感器可以對(duì)播種過程中的種子分布進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。同時(shí)，采用先進(jìn)的控制系統(tǒng)，如基于微處理器的控制系統(tǒng)、模糊邏輯控制等技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)播種過程中的自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而提高播種精度。

2）優(yōu)化種子輸送與分散機(jī)構(gòu)。針對(duì)現(xiàn)有的種子輸送機(jī)構(gòu)，可以進(jìn)行改進(jìn)以降低種子在輸送過程中堆積的可能性。例如，采用變形的螺旋輸送裝置，使種子在輸送過程中不易跳動(dòng)。此外，優(yōu)化種子分散裝置設(shè)計(jì)，如采用氣動(dòng)式種子分散裝置，可以確保種子在播種過程中分布均勻。

3）引入智能化調(diào)控技術(shù)。利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)播種機(jī)械的遠(yuǎn)程監(jiān)控與智能調(diào)控。例如，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將播種機(jī)械與云端服務(wù)器連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸與分析；通過大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，為播種機(jī)械提供智能化決策支持，這些技術(shù)有助于提高播種精度和作業(yè)效率。

4.2 改進(jìn)作業(yè)效率

1）減輕機(jī)器重量，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。為了提高作業(yè)速度和穩(wěn)定性，玉米播種機(jī)械可以采用輕型化材料，如鋁合金、高強(qiáng)度塑料等。這些材料不僅可以降低設(shè)備重量，還可以提高設(shè)備的抗腐蝕性能和使用壽命。同時(shí)，通過簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，例如采用模塊化設(shè)計(jì)、集成多個(gè)功能于一個(gè)部件等方法，可以進(jìn)一步降低設(shè)備重量。

2）提高作業(yè)速度與穩(wěn)定性。優(yōu)化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高作業(yè)速度，同時(shí)確保在高速作業(yè)狀態(tài)下設(shè)備的穩(wěn)定性。例如，采用高效的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，以提高行走速度；設(shè)計(jì)合理的減震系統(tǒng)，以減小行走過程中的震動(dòng)。此外，針對(duì)轉(zhuǎn)彎等作業(yè)過程中的效率損失，可以設(shè)計(jì)自適應(yīng)的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，使播種機(jī)械在轉(zhuǎn)彎過程中實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)過渡，減少作業(yè)停頓時(shí)間。

3）多功能與一體化設(shè)計(jì)。為了提高作業(yè)效率，可以將播種、施肥、除草等多個(gè)農(nóng)業(yè)作業(yè)功能集成到一臺(tái)設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)一體化作業(yè)。例如，在播種機(jī)械上增加施肥裝置和噴藥裝置，使播種、施肥和噴藥過程一次性完成，從而降低農(nóng)業(yè)作業(yè)的時(shí)間成本和勞動(dòng)力成本。

4.3 降低能耗并減少對(duì)環(huán)境的影響

1）采用節(jié)能型驅(qū)動(dòng)方式。為降低能耗，減少?gòu)U氣排放，玉米播種機(jī)械可以研究并采用節(jié)能型驅(qū)動(dòng)方式，如電動(dòng)驅(qū)動(dòng)、混合動(dòng)力等。例如，采用高效的電動(dòng)馬達(dá)和先進(jìn)的電池技術(shù)，實(shí)現(xiàn)播種機(jī)械的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，從而降低能耗；或采用混合動(dòng)力系統(tǒng)，將內(nèi)燃機(jī)與電動(dòng)驅(qū)動(dòng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更高效的能源利用。

2）輕型化材料與結(jié)構(gòu)優(yōu)化。采用輕型化材料和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低設(shè)備重量，從而降低能耗。采用鋁合金、高強(qiáng)度塑料等輕型化材料，可以有效減輕設(shè)備重量；同時(shí)，采用模塊化設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)等方法，進(jìn)一步降低設(shè)備重量。

3）引入精確施肥與噴藥技術(shù)。為了減少化肥、農(nóng)藥的使用量，降低對(duì)環(huán)境的影響，可以引入智能化精確施肥與噴藥技術(shù)。例如，采用GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)和高精度傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)田間施肥、噴藥的精確控制；利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)施肥、噴藥的智能化調(diào)度，以提高農(nóng)藥利用率，減少對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。

5 結(jié)語

隨著農(nóng)業(yè)科技的不斷發(fā)展，未來的玉米播種機(jī)械將更加智能化、高效化、環(huán)保化。為此，有關(guān)部門和企業(yè)應(yīng)持續(xù)加大對(duì)玉米播種機(jī)械研究與開發(fā)的投入，推動(dòng)相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用。同時(shí)，政府應(yīng)加強(qiáng)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的政策支持，為農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展創(chuàng)造良好的市場(chǎng)環(huán)境。在實(shí)際應(yīng)用中，玉米播種機(jī)械的優(yōu)化設(shè)計(jì)需要根據(jù)具體需求和條件進(jìn)行有針對(duì)性的調(diào)整。例如，在不同地區(qū)、不同土壤條件下，播種機(jī)械的設(shè)計(jì)要求可能存在差異；針對(duì)不同規(guī)模的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，播種機(jī)械的設(shè)計(jì)需求也會(huì)有所不同。因此，在進(jìn)行玉米播種機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮這些因素，以確保設(shè)計(jì)方案的實(shí)用性與針對(duì)性。未來，隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，玉米播種機(jī)械將更好地滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求，助推我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程。