曹秀振，趙淑紅，劉宏俊，楊悅乾，周　勇

(東北農業(yè)大學 工程學院，哈爾濱　150030)

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壟間套播冬小麥免耕播種機設計與試驗

曹秀振，趙淑紅，劉宏俊，楊悅乾，周勇

(東北農業(yè)大學 工程學院，哈爾濱150030)

摘要：為滿足高寒地區(qū)冬小麥生長的越冬要求，針對在低矮作物(如大豆等)未成熟時壟間套播冬小麥種植模式的農藝要求，設計了壟間套播冬小麥機械式排種免耕播種機。為了保證冬小麥開溝器不在壟臺上傷害農作物，設計了雙向平行四桿仿形機構，能同時完成上下、左右仿形。田間試驗結果表明：平均播種深度為45.9mm，合格率為86.7%；平均施肥深度為76.45mm；冬小麥出苗速率SE為4.88(株/天)/m，在次年返青期冬小麥的返青率為85.3%，能夠滿足壟間(壟溝兩側)套播冬小麥的播種要求。

關鍵詞：壟間套播；冬小麥；機械式；免耕播種；雙向仿形

0引言

黑龍江省地處高緯度，冬季嚴寒持續(xù)期長，最低溫度可達到-30℃[1]。“東農冬麥1號”的培育打破了我國高寒地區(qū)不能種植冬小麥的歷史，改寫了黑龍江省傳統(tǒng)的一年一熟的種植制度,將冬小麥的種植范圍擴大到了北緯47°[2-3]。近幾年，推廣的溝播種植較平播出苗返青率高，降雪覆于壟體內，起到提高地溫和保墑作用，可提高寒地冬麥的安全越冬性[4-9]。

在耕作形式以壟作為主的高寒地區(qū)，冬小麥須在結凍前生長出5～6片葉子,3～4個分蘗,才能保證冬小麥順利過冬[9-10]。所以，播種要求在8月底至9月初進行,而此時前茬作物還沒有成熟,須在有前茬作物的壟間套播，即在壟溝兩側播種冬小麥，在壟溝內進行施肥[11]。

該種植模式還沒有相應配套的農機具，因此針對低矮作物(如大豆等)未成熟時壟間套播冬小麥種植模式的農藝要求，設計了一種具有單體上下、左右仿形功能、冬小麥開溝器上不到壟臺的壟間套播冬小麥機械式排種免耕播種機。

1壟間套播種植模式

壟間套播冬小麥的種植模式將冬小麥播種在壟溝兩側，在壟溝內進行施肥，壟臺上保留原有作物，免耕1年，對耕地起到保護作用，如圖1所示。

1.種床　2.未收獲的低矮作物　3.肥床　4.拖拉機行走輪

2整機結構及工作原理

2.1整機結構與技術參數(shù)

壟間套播冬小麥免耕播種機主要由機架、雙向仿形機構、地輪、分草施肥部件、播種開溝器、種肥箱和鎮(zhèn)壓輪等組成(見圖2)，主要技術參數(shù)如表1所示。播種機跨兩壟作業(yè)，機具橫梁上有3組播種單體，每組播種單體在壟溝施肥，壟溝兩側播兩行冬小麥，側向施肥。

2.2工作原理

為實現(xiàn)種、肥分施, 該播種機采用分草施肥部件和銳角播種開溝器組合。采用分草施肥部件主要起到對壟間散落的秸稈及雜草清理的作用。播種開溝器采用弧形開溝器,其入土效果好、動土量少、開溝深度穩(wěn)定性好、不攬動土層,可滿足保護性耕作的要求。

該播種機與拖拉機配套使用,釆用三點懸掛式。作業(yè)時，在拖拉機牽引和機器自重的作用下,地輪通過鏈條帶動傳動鏈輪驅動機械式排種、排肥裝置。地輪同時起到仿形地輪的作用, 當?shù)孛娓叩推鸱鼤r,平行四桿上下仿形機構起作用；當壟形有彎曲狀時,平行四桿左右仿形機構起作用。隨后，開溝器劃開土壤，種子和肥料通過導種、導肥管落入開溝器所開的溝內，通過覆土器、鎮(zhèn)壓輪進行覆土、鎮(zhèn)壓，完成播種全過程。

1.主梁　2.雙向仿形機構　3.傳動鏈輪　4.種肥箱

參數(shù)單位數(shù)值整機質量kg200外形尺寸(長×寬×高)mm1400×1500×1300配套動力kW17～30作業(yè)行數(shù)行6適應壟距cm65～75播種行距cm25～30施肥深度cm7～8播種深度cm4～5作業(yè)速度km/h4排種器形式外槽輪式排肥器形式外槽輪式

3主要工作部件的設計

3.1雙向平行四桿仿形機構

控制好播種機開溝深度和確保在壟溝兩側播種冬小麥是播種機單體的關鍵，所以仿形機構是播種機的關鍵部件之一[12]。雙向平行四桿仿形機構如圖3所示。

1.機架　2.上下仿形桿　3.仿形架　4.左右仿形桿　5.主梁連接板

3.1.1左右仿形角的確定

播種單體左右仿形有助于播種機根據(jù)壟形變化在壟溝兩側播種冬小麥，可以確保開溝器不能上到壟臺上傷害作物。左右仿形四連桿的主要參數(shù)如圖4所示。

圖4　左右平行四連桿結構示意圖

從圖3可知：左右仿形量與左右仿形桿長度的關系為

x=L1sinα′

(1)

式中α′—左右仿形角 (°)；

L1—左右仿形桿的長度(mm)；

x—左右總仿形量(mm)。

為確保播種單體工作穩(wěn)定，左右仿形量按照仿形量大小為50～70mm即x=50～70mm進行設計，采用不限制仿形角度的工作方式，初始工作角為0。取左右仿形桿長度L1=220mm，則左右仿形角為

(2)

取左右仿形桿長L1為220mm，橫向寬a為200mm。

3.1.2上下仿形角的確定

播種單體上下仿形有助于播種機控制好開溝深度。上下仿形四連桿的主要參數(shù)如圖5所示。

圖5　上下平行四連桿結構示意圖

由圖5可知：上下總仿形量與上下仿形桿長度的關系為

y=L2sinα

(3)

式中α—上下仿形角 (°)；

L2—上下仿形拉桿的長度(mm)；

y—上下總仿形量(mm)。

由式(3)可知：上下仿形量一定時，上下仿形拉桿與仿形角成反比，上下仿形拉桿越長，仿形角越小，表明仿形角α變化范圍越??；上下仿形拉桿越短，仿形角越大，表明仿形角α變化范圍越大。但是，上下仿形拉桿越長，仿形結構變長，使機具重心后移，導致懸掛式播種機機組的縱向穩(wěn)定性變差[13-14]。

由于冬小麥在秋天播種，田間土壤硬度較大，為了能夠滿足開溝器開溝深度，播種機仿形量為50～70mm，即y=100～140mm。取上下仿形拉桿L=350mm，則上、下仿形角為

(4)

3.2銳角播種開溝器

開溝器主要由入土開溝部分和鏟柄組成，如圖6所示。入土開溝部分設計成銳角圓弧式，其結構簡單、起土方便、主要參數(shù)有入土角α、入土隙角β及曲率半徑R。這種開溝部分的結構設計銳角部分能夠保證鏟子順利入土，圓弧部分可以降低土壤對鏟子的行進阻力。

在參數(shù)選擇時，入土角過大不易于入土，過小強度不夠，一般在25°～55°范圍內，取α=36°；入土隙角過大土壤提前回落，影響播深，過小入土能力差，一般在5°～10°范圍內，取β=5°；曲率半徑過小行進阻力增加，過大鏟子結構過長，強度降低，取R=100mm。鏟柄采用30mm×50mm中空方管，中空方管可兼做導種通道，連接處采用套管形式與單體機架聯(lián)接，結構簡單、實用。

1.入土開溝部分　2.鏟柄

3.3分草施肥部件

由于壟間套播時，壟溝內會有雜草生長，在播種作業(yè)時纏繞在播種開溝器上，造成兩個開溝器之間推拖。因此，設計一種分草施肥部件，它能夠將壟溝內的雜草分到壟臺上，同時在壟溝內開溝施肥，實現(xiàn)冬小麥的種、肥分施。分草施肥部件由除草鏟、分草板、施肥管等組成，如圖7所示。

1.除草鏟鏟尖　2.分草板　3.除草鏟鏟柄　4.施肥管

4田間試驗

4.1試驗條件

壟間套播冬小麥免耕播種機田間試驗于2014年9月23日在東北農業(yè)大學試驗田進行。試驗地的前茬作物是未成熟的大豆作物，平均壟距為650mm，土壤含水率為16.08%(0～5cm)、16.52%(5～10cm)；壟臺土壤堅實度為0.44MPa(5cm)、0.87MPa(10cm)、1.41MPa(15cm)，壟溝土壤堅實度為0.78MPa(5cm)、1.41MPa(5cm)、2.26MPa(5cm)；作業(yè)速度為4km/h。試驗所用冬小麥品種為東農冬麥1號，種子千粒質量平均為35.3g。

4.2試驗方法

根據(jù)國家標準GB/T 20865-2007的檢測項目和檢測方法進行試驗,本次田間試驗的測試內容主要包括播種深度、施肥深度、出苗情況、麥苗干重及冬小麥返青率等。

4.2.1播種深度合格率的測定

播種深度合格率是指覆土深度在30～60 mm范圍內的點占總測定點的百分數(shù)。壟距700 mm，隨機選取6行，每行在10m內隨機選取5點，人工扒土進行播種深度的測量。播種深度在30～60 mm范圍內為合格，計算公式為

(5)

式中α—播種深度合格率(%)；

h1—播種深度合格點數(shù)(粒)；

h0—測定總點數(shù)(粒)。

4.2.2施肥深度的測定

隨機選取4行，每行隨機選取5個點，人工扒土，測量壟溝底面與肥料之間的垂直距離。

4.2.3種子出苗速率的測定

在田間隨機選取4個測區(qū)并做標記，每個測區(qū)選取6行，每行長度為0.6m，共24行。從首次出苗日期開始，第1、3、7、13、21天進行查苗直到出苗數(shù)不變?yōu)橹?，并記錄出苗?shù)。出苗速率計算公式為[15]

(6)

式中SE—種子出苗速率[(株·d-1)/m]；

Ni—出苗數(shù)(株)；

di—查苗間隔天數(shù)(d)；

L—被查行長度(m)。

4.2.4麥苗干重的測定

在出苗穩(wěn)定后，隨機選取5行，每行隨機選取5株苗，測其分葉數(shù)，放入已稱重烘干后的信封中并稱總重；將信封放入干燥箱內在80C。溫度下烘干48h，并稱烘干后的總重，測得麥苗干重，公式為

G=G1-G2

(7)

式中G—麥苗干重(g)；

G1—烘干后裝有麥苗的信封的質量(g)；

G2—烘干后信封的質量(g)。

4.2.5冬小麥返青率的測定

越冬期過后，在冬小麥處于次年返青期時，測其返青率。在冬小麥返青期時，對測定出苗速率時標記的4個測區(qū)，進行查苗，并記錄返青數(shù)。返青率的計算公式為

(8)

式中R—冬小麥返青率(%)；

Ni—出苗數(shù)(株);

Nj—返青數(shù)(株)。

4.3試驗結果與分析

免耕播種后，測試結果表明：播種機播種深度平均值為45.9mm，合格率為86.7%；肥料平均覆土深度為76.5mm，合格率為91.2%(見表2)；能夠滿足試驗地區(qū)播種深度在40～60mm，側向施肥深度在70～90mm左右的農藝要求。試驗地區(qū)每0.6m出苗數(shù)平均值為40株，出苗速率平均值為每米每天4.88株，冬小麥次年返青率平均值為85.3%，如表3所示。試驗結果表明：播種機各項指標符合國家相關標準的要求，能夠適應高寒地區(qū)冬小麥的種植要求。

表2　播種和施肥深度測定結果

表3　出苗情況和返青率測定結果

5結論

1)為滿足高寒地區(qū)冬小麥生長的越冬要求，提出了在低矮作物未成熟時壟間(壟溝兩側)套播冬小麥的播種方式。研制了壟間套播冬小麥免耕播種機，可在壟間一次完成施肥、播種、鎮(zhèn)壓及覆土作業(yè)。田間試驗表明：該機能夠滿足壟間(壟溝兩側)套播冬小麥的播種要求。

2)為了解決播種開溝器播種時既不能上壟臺，又不能在壟溝內的問題，設計了雙向平行四桿仿形機構，可同時實現(xiàn)上下、左右仿形功能。根據(jù)上下、左右仿形量等要求確定了仿形機構的主要參數(shù)：上下仿形拉桿長度為350mm，左右仿形拉桿為220mm，仿形機構橫向寬度為200mm。

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Design and Experiment of Winter-wheat No-tillage Seeder for Inter-planting

Cao Xiuzhen， Zhao Shuhong，Liu Hongjun， Yang Yueqian，Zhou Yong

(College of Engineering, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China)

Abstract：Winter wheat no-tillage seeder for inter-planting was designed to meet the agro-technical requirements of ridge (both sides in the furrow) inter-planting winter wheat cultivation technique when the low crop is still not mature, which can perform inter-ridge operations including fertilizing, seeding, covering and rolling at a time. As the previous crop is still growing, winter wheat is sowed at both sides in the furrow. In order to protect the growing crops on the ridge, bidirectional parallelogram linkage profiling mechanism was designed, which can simultaneously achieve upper and lower, left and right profiling functions. Field test results show that: the average value of seeding depth is 45.9 mm and the passing rate is 86.7 %; the average value of fertilizer depth is 76.45 mm and the passing rate of 80%; the average value of emergence rate SE of winter wheat is 4.88 daily in one meter; the average value of seedling emergence is 65.92 in one meter and the average over-wintering rate is 85.3%.

Key words：inter-planting； winter wheat； no-tillage seeder； bidirectional profiling

文章編號：1003-188X(2016)07-0157-05

中圖分類號：S223.2+6

文獻標識碼：A

作者簡介：曹秀振(1992-)，男，河南濮陽人，碩士研究生，(E-mail)1050609312@qq.com。通訊作者：趙淑紅(1969-)，女，哈爾濱人，教授，博士生導師，(E-mail)shhzh091@sina.com。

基金項目：東北農業(yè)大學科研啟動基金項目(2010RCB45)；國家自然科學基金項目(51275086)

收稿日期：2015-08-25