何曉寧，尚書旗，王東偉，張?zhí)鹛穑构庖?/p>

(1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，山東 青島　266109；2.山東省根莖類作物生產(chǎn)裝備工程技術(shù)研究中心，山東 青島　266109)

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2MB-2/4型夏花生滅茬覆膜播種聯(lián)合作業(yè)機(jī)的研究

何曉寧1,2，尚書旗1,2，王東偉1,2，張?zhí)鹛?,2，鹿光耀1,2

(1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，山東 青島266109；2.山東省根莖類作物生產(chǎn)裝備工程技術(shù)研究中心，山東 青島266109)

摘要：目前，中國夏花生播種存在作業(yè)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大及生產(chǎn)成本高等突出問題[1]。為解決此類問題，研制了一種2MB-2/4型夏花生滅茬覆膜播種聯(lián)合作業(yè)機(jī)。該機(jī)主要由旋耕裝置、 起壟裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、施肥裝置、播種裝置、鎮(zhèn)壓裝置、噴灑裝置及覆膜裝置等組成，可一次完成花生種植的滅茬、起壟、施肥、播種、鎮(zhèn)壓、噴藥及覆膜等作業(yè)，可減少人工投入。田間試驗(yàn)表明：該機(jī)作業(yè)性能良好，根茬粉碎率77.3%，碎土質(zhì)量74.5%，壟間合格率89.1%，壟高合格率93.4%，雙粒率95.04%，穴距偏差率6.8%，種子覆土深度合格率89.2%，均符合花生播種機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DG/T 007-2006《播種機(jī)推廣鑒定大綱》要求，滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。

關(guān)鍵詞：夏花生；滅茬；覆膜播種；聯(lián)合作業(yè)機(jī)

0引言

花生作為重要的經(jīng)濟(jì)作物和油料作物，被廣泛地種植于世界眾多的國家及地區(qū)。中國是世界上花生種植面積最大的國家，在多數(shù)地區(qū)，夏花生的播種多采用分段式播種，雖能實(shí)現(xiàn)部分機(jī)械化，但存在作業(yè)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大及生產(chǎn)成本高等突出問題[1]。

本文設(shè)計(jì)了一種夏花生滅茬覆膜播種聯(lián)合作業(yè)機(jī)，可一次完成花生種植的滅茬、起壟、施肥、播種、鎮(zhèn)壓、噴藥及覆膜等作業(yè)，有效地解決了多次作業(yè)的問題，大大提高了花生播種的效率，填補(bǔ)了中國夏花生滅茬覆膜播種聯(lián)合作業(yè)機(jī)的空白[7]。

1總體結(jié)構(gòu)及工作原理

2MB-2/4型夏花生滅茬覆膜播種聯(lián)合作業(yè)機(jī)采用懸掛式，動(dòng)力為44～58.8kW四輪拖拉機(jī)；結(jié)構(gòu)質(zhì)量700kg，機(jī)組最佳前進(jìn)速度52m/min，兩壟四行式播種。其工作裝置包括旋耕裝置、 起壟裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、施肥裝置、播種裝置、鎮(zhèn)壓裝置、噴灑裝置及覆膜裝置[5]，總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示，三維效果圖設(shè)計(jì)如圖2所示。

2MB-2/4型夏花生滅茬覆膜播種聯(lián)合作業(yè)機(jī)采用三點(diǎn)后懸掛式，通過旋耕機(jī)與拖拉機(jī)懸掛裝置連接，機(jī)身所有裝置全部位于拖拉機(jī)的后方，旋耕機(jī)由拖拉機(jī)通過萬向傳動(dòng)軸提供動(dòng)力。工作時(shí)，旋耕機(jī)旋轉(zhuǎn)松土，達(dá)到滅茬翻耕的目的；緊跟在旋耕之后的后犁由4個(gè)犁鏵組成，把耕后的土壤扶成2壟，下一道工序?yàn)槭┓?，由施肥裝置完成。

1.滅茬旋耕機(jī)　2.后犁起壟裝置　3.驅(qū)動(dòng)裝置　4.鎮(zhèn)壓裝置

施肥裝置由肥箱、排肥器、輸肥管和開溝器組成，正常作業(yè)時(shí)排肥器通過排肥主軸的旋轉(zhuǎn)把肥料帶入輸肥管，輸送到施肥開溝器，再由施肥開溝器在土壤壟頂中央開溝施肥。

圖2　2MB-2/4型夏花生滅茬覆膜播種聯(lián)合作業(yè)機(jī)三維圖

播種裝置由種箱、排種器、輸種管和播種開溝器組成。由于本機(jī)設(shè)計(jì)為兩壟四行式播種，所以配備了2個(gè)種箱，每個(gè)種箱底部裝有2個(gè)排種器，排種器設(shè)計(jì)采用內(nèi)充宮吐式排種；種箱分別位于兩壟的正上方，播種開溝器分別位于施肥開溝器的后方、壟頂?shù)膬蓚?cè)。由于播種完成后種床上土壤松散，易因失墑而落干，必須及時(shí)進(jìn)行鎮(zhèn)壓。

鎮(zhèn)壓裝置位于播種開溝器的后方，由壓種輪、攤鋪器和壓實(shí)輥組成，完成對種床的鎮(zhèn)壓。壓種輪采用橡膠輪設(shè)計(jì)，且攤鋪器和壓實(shí)輥上面安裝有壓縮彈簧，用以適應(yīng)不同質(zhì)地的土壤地塊，在增強(qiáng)播種機(jī)使用柔性的同時(shí)，可防止惡性地質(zhì)對機(jī)器的損壞。

噴灑裝置位于鎮(zhèn)壓裝置之后，用以播種后種床的噴藥，其由藥筒、電動(dòng)泵和噴頭組成。噴藥完成后為花生播種的最后一道工序—鋪膜，由覆膜裝置來完成。覆膜裝置由覆膜開溝器、地膜支架、覆膜支架、覆膜器及培土器組成。工作時(shí)，把地膜安裝在地膜支架上，先由覆膜開溝器分別在壟的兩側(cè)開溝，接著地膜隨著機(jī)器的行走而逐漸展開，再由覆膜器把地膜壓在種床壟上，最后由培土器在地膜兩邊培土，起到壓實(shí)地膜的目的。

至此，夏花生播種的所有工序全部完成，實(shí)現(xiàn)了夏花生播種的滅茬、起壟、施肥、播種、噴藥及覆膜作業(yè)一體化生產(chǎn)，有效地解決了多次作業(yè)的問題，也是本機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)主要突破點(diǎn)所在[4]。其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

2作業(yè)部件及裝置設(shè)計(jì)

2.1滅茬旋耕裝置

滅茬旋耕裝置主要作用是將前茬作物莖稈或者根莖粉碎均勻拋撒于地面，然后旋耕深翻，把碎莖稈和根茬翻埋至土層之下。本設(shè)計(jì)采用前粉碎刀輥正轉(zhuǎn)，后旋耕刀輥反轉(zhuǎn)組合形式，如圖3所示。其中，R1為粉碎刀輥回轉(zhuǎn)半徑(mm)；R2為粉碎刀輥回轉(zhuǎn)半徑(mm)；Vm為前進(jìn)速度(m/s)；ω1為粉碎刀輥角速度(m/s)；ω2為粉碎刀輥角速度(m/s)。

表1　2MB-2/4型夏花生滅茬覆膜播種聯(lián)合作業(yè)機(jī)的技術(shù)參數(shù)

圖3　滅茬裝置作業(yè)效果圖

前粉碎刀輥粉碎莖稈和旋耕表面土層，形成茬土混合物向后上方拋送，形成后旋耕刀輥的潛入土層作業(yè)，避免了旋耕刀輥壅土和土層的二次切削，大大降低了功耗，同時(shí)也保證了良好的莖稈還田狀態(tài)和滅茬效果[10]。

2.2播種裝置

播種裝置是將花生種子有序地輸送到種床上，完成種子入土，并根據(jù)播種要求有序排列，是播種工序的最重要環(huán)節(jié)。該設(shè)計(jì)采用地輪驅(qū)動(dòng)播種，排種器采用內(nèi)充宮吐式精密排種。排種器結(jié)構(gòu)如圖4所示。

按照DG/T 007-2006《播種機(jī)推廣鑒定大綱》進(jìn)行排種器試驗(yàn)和檢定,該排種器完全符合本設(shè)計(jì)的排種要求[5]。

2.3覆膜裝置

覆膜裝置的作用是在滅茬、起壟、施肥、播種、鎮(zhèn)壓及噴藥之后在種床上覆上地膜并將地膜固定在壟上，也是花生播種的最后一道工序。

設(shè)計(jì)的覆膜裝置位于機(jī)器的最后端，由覆膜開溝器、地膜支架、覆膜支架、覆膜器及培土器組成，結(jié)構(gòu)如圖5所示。工作時(shí)，把地膜安裝在地膜支架上，先由覆膜開溝器分別在壟的兩側(cè)開溝，接著地膜隨著機(jī)器的行走而逐漸展開，再由覆膜器把地膜壓在種床壟上，最后由培土器在地膜兩邊培土，起到壓實(shí)地膜的目的。

1.排種器殼體　2.排種盤　3.種子空腔　4.擋圈　5.軸承

1.覆膜開溝器　2.地膜支架　3. 覆膜支架　4.培土器　5.覆膜器

3田間試驗(yàn)

3.1試驗(yàn)對象及條件

試驗(yàn)花生品種為魯花11號，配套動(dòng)力為雷沃M900-DA型拖拉機(jī)(80kW)。試驗(yàn)地點(diǎn)為山東省臨沭東泰機(jī)械有限公司花生試驗(yàn)田(見圖6)，試驗(yàn)土壤硬度為120～140kPa，土壤含水量為10%～13%。選用不同小區(qū)進(jìn)行抽樣試驗(yàn)并記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，匯總原始試驗(yàn)數(shù)據(jù)并整理計(jì)算各質(zhì)量指標(biāo)情況。

3.2滅茬試驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果

根據(jù)DG/T 007-2006《播種機(jī)推廣鑒定大綱》進(jìn)行試驗(yàn)。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)把聯(lián)合作業(yè)機(jī)拆分后單獨(dú)進(jìn)行滅茬、旋耕、起壟作業(yè)，選取作業(yè)后地面不同點(diǎn)進(jìn)行測量統(tǒng)計(jì)求平均值，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

圖6　樣機(jī)田間試驗(yàn)

類別檢測項(xiàng)目技術(shù)要求實(shí)測結(jié)果(平均)滅茬滅茬深度/cm≥89.6根茬粉碎率/%≥7077.3旋耕耕深/cm≥1214.7耕深穩(wěn)定性/%≥8095.2碎土質(zhì)量/%≥6074.5起壟壟高合格率/%≥7593.4壟間距合格率/%≥7289.1

3.3播種試驗(yàn)優(yōu)化方案與設(shè)置

設(shè)計(jì)采用響應(yīng)面分析法(RSM)進(jìn)行分析。在原有單指標(biāo)試驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，根據(jù)box-benhnken design(BBD)試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，對機(jī)組前進(jìn)速度X1、投種高度X2及型孔尺寸X3進(jìn)行3因素3水平的響應(yīng)面試驗(yàn)分析[7]。試驗(yàn)中測定雙粒率Y1(%)、穴距偏差率Y2(%)以及種子覆土深度合格率Y3(%)作為響應(yīng)值。采用三因素三水平二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案對影響試驗(yàn)指標(biāo)的3個(gè)主要參數(shù)組合進(jìn)行優(yōu)化。試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)如表3所示；響應(yīng)面分析方案及試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表3　試驗(yàn)因素及水平

表4　響應(yīng)面分析方案及試驗(yàn)結(jié)果

3.4試驗(yàn)結(jié)果分析

參數(shù)優(yōu)化理想的結(jié)果是在約束條件范圍內(nèi)盡可能選擇最優(yōu)的數(shù)值[13]。優(yōu)化約束條件為

目標(biāo)函數(shù)：max Y1(X1、X2、X3)

min Y2(X1、X2、X3)；max Y2(X1、X2、X3)

變量區(qū)間：1≤X1≤1，1≤X2≤1，1≤X3≤1

利用牛頓迭代法規(guī)劃求解，得到回歸方程為

Y1=9689.123-402.156x1-569.153x2-

19.885x3-0.371x1x2-0.007x1x3+

0.021x2x3+72.028x12+8.625x22-0.259x32

Y2=1566.581+60.521x1-81.098x2-1.317x3+

0.208x1x2-0.107x1x3-0.025x2x3+9.611x12+

1.233x22+0.34x32

Y1=283.13+11.643x1-10.043x2-1.94x3-

0.495x1x2-0.13x1x3+0.054x2x3+0.032x12+

0.149x22+0.007x32

其中，Y1為雙粒率(%)；Y2為穴距偏差率(%)；Y3為種子覆土深度合格率(%)；x1為機(jī)組前進(jìn)速度(km/h)；x2為投種高度(cm)；x3為型孔尺寸(mm)[7]。

在指標(biāo)最優(yōu)時(shí)即為最佳試驗(yàn)參數(shù)組合[9]，優(yōu)化得到的最佳參數(shù)組合如表5所示。

表5　組合參數(shù)優(yōu)化

將因素的優(yōu)化組合進(jìn)行整合(見表7)：機(jī)組前進(jìn)速度52m/min，投種高度34cm，型孔尺寸39mm，在相同的試驗(yàn)條件下進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果為：雙粒率為95.04%，穴距偏差率為6.8%，種子覆土深度合格率為89.2%，結(jié)果與理論值十分接近。

考慮到實(shí)際生產(chǎn)中存在干擾，可以認(rèn)為理論值的正確性，且試驗(yàn)結(jié)果滿足DG/T 007-2006《播種機(jī)推廣鑒定大綱》要求，故在實(shí)際作業(yè)過程中可以應(yīng)用上述組合[9]。

表6　性能指標(biāo)

4結(jié)論

1)設(shè)計(jì)采用前粉碎刀輥正傳、后旋耕刀輥反轉(zhuǎn)組合滅茬旋耕形式，滅茬效果好，土壤翻耕徹底，有利于夏花生的后期生長。

2)該機(jī)根據(jù)夏花生種植農(nóng)藝要求設(shè)計(jì)，采用懸掛式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，地輪驅(qū)動(dòng)，鏈輪傳動(dòng)，采用內(nèi)充宮吐式精密排種器，雙粒率95.04%，穴距偏差率6.8%，種子覆土深度合格率89.2%，播種質(zhì)量完全滿足花生種植的農(nóng)藝要求。

3)花生播種后地膜覆蓋地表，出苗率高，有效地解決了夏花生多次作業(yè)的問題，大大降低了投入成本，減少了作業(yè)工序。

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Study on 2MB-2/4 Type of Summer Peanut Stubble Mulching Planting Combined Machine

He Xiaoning1,2, Shang Shuqi1,2, Wang Dongwei1,2, Zhang Tiantian1,2,Lu Guangyao1,2

(1.College of Mechanical and Electrical Engineering, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109,China; 2.Shandong Province Root Crops Production Equipment Engineering Technology Research Center, Qingdao 266109,China)

Abstract：At present China summer peanut seeding has low work efficiency, large labor intensity, high production cost and outstanding problems[1]. In order to solve this problem, this paper has developed a 2MB-2/4 type of summer peanut stubble mulching planting combined machine. It mainly consists of rotary device, ridging device, driving device, fertilizer device, seeding device, pressing device, spraying device, coating device and other components. It can be a complete peanut planting of stubble cultivator, ridging, fertilization, planting, repression, spraying, coating and other operations, reducing manual input. Field test shows that: the machine operating performance is good, with stubble crushing rate 77.3%, broken soil quality 74.5% pass rate of 89.1%, the ridges, ridge high pass rate of 93.4%, the double grain rate 95.04%, hole deviation rate 6.8%, seed depth pass rate of 89.2%, all in line with the peanut planter industry standard DG/T 007-2006 “seeder to promote the identification program” requirements, meet the needs of production.

Key words：summer peanuts; stubble; laying planting; combined machine

文章編號：1003-188X(2016)01-0212-05

中圖分類號：S223.2+4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡介：何曉寧(1988-),男，山東金鄉(xiāng)人，碩士研究生， (E-mail) 944286200@qq.com。通訊作者：尚書旗(1958-),男，山東青州人，教授，博士， (E-mail)sqshang@qau.edu.cn。

基金項(xiàng)目：山東省創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(SDAIT-05-021-09)

收稿日期：2014-12-19