張銀平，杜瑞成※，刁培松，楊善東，王振偉

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正反轉(zhuǎn)組合式水稻寬苗帶滅茬播種機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

張銀平1，杜瑞成1※，刁培松1，楊善東1，王振偉2

（1. 山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院，淄博 255049；2. 農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，南京 210014）

針對(duì)稻麥兩茬輪作區(qū)，小麥?zhǔn)斋@時(shí)間短、水稻插秧費(fèi)時(shí)費(fèi)力、直播整地要求高的問(wèn)題，利用反轉(zhuǎn)滅茬技術(shù)和主動(dòng)防擁堵技術(shù)，同時(shí)借鑒小麥寬幅精播技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種正反轉(zhuǎn)組合式水稻寬苗帶滅茬播種機(jī)，一次完成旋耕、滅茬、防堵、深施肥、寬苗帶播種、覆土和鎮(zhèn)壓功能。在稻麥兩熟區(qū)進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果表明，反轉(zhuǎn)旋耕裝置能很好的滅茬，正轉(zhuǎn)清草裝置能有效防堵，在正反旋耕的配合作用下，種床土壤細(xì)碎，播種覆土均勻，播種深度和施肥深度變異系數(shù)分別為4.58%和2.40%，種肥垂直間距變異系數(shù)為4.72%；平均苗帶寬度為138.4 mm，與理論設(shè)計(jì)寬度差異不顯著；不同苗帶寬度上種子分布有差異但不顯著，符合設(shè)計(jì)要求；苗帶寬度對(duì)水稻生長(zhǎng)有影響，苗帶兩側(cè)有效分蘗和成穗率顯著高于苗帶中間（<0.05）；機(jī)具的通過(guò)性滿足農(nóng)藝要求。

農(nóng)業(yè)機(jī)械；設(shè)計(jì)；作物；反轉(zhuǎn)；滅茬；防堵；寬苗帶；水稻

0 引 言

水稻是中國(guó)的三大糧食作物之一，主要在東北地區(qū)和南方地區(qū)種植，東北是一年一熟，南方是一年兩熟或三熟[1-2]。山東南部的日照、濟(jì)寧以及江蘇北部的鹽城、睢寧等地，由于處于南北交界的地區(qū)，光熱條件較北方好，較南方差，成為“北方中的南方，南方中的北方”，因此也成為稻麥兩熟的典型區(qū)域[3]。稻麥兩茬輪作區(qū)域傳統(tǒng)的水稻種植方式是插秧，小麥?zhǔn)斋@后要首先對(duì)小麥秸稈及根茬進(jìn)行滅茬處理，然后對(duì)土地進(jìn)行精細(xì)耕整，最后進(jìn)行灌水插秧，整個(gè)過(guò)程工藝復(fù)雜，費(fèi)時(shí)費(fèi)力[4]。

水稻直播省工省力，在歐美國(guó)家普遍采用[5-7]。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)的羅錫文院士帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)致力于水稻機(jī)械化直播技術(shù)與裝備的研究，研制了水稻精量穴直播機(jī)，在國(guó)內(nèi)開(kāi)展了多點(diǎn)試驗(yàn)，取得了突破15 000 kg/hm2的高產(chǎn)量[8-9]。王在滿等研制的2BD系列水稻精量穴直播機(jī)，穴距從10～25 cm有6級(jí)可調(diào)，播量可控，滿足不同水稻品種的直播要求，大大簡(jiǎn)化了水稻的種植工藝[10]。隨著農(nóng)村勞動(dòng)力的短缺，農(nóng)民也意識(shí)到水稻直播的優(yōu)勢(shì)，有的地區(qū)使用小麥條播機(jī)進(jìn)行水稻直播，也取得了一定的成效。但現(xiàn)有的水稻穴播機(jī)播種前需要對(duì)土地進(jìn)行精細(xì)整 備[11]，特別是在稻麥兩熟區(qū)，小麥?zhǔn)斋@后，秸稈覆蓋量大，若不進(jìn)行土地耕整，水稻播種機(jī)幾乎不能作業(yè)。而農(nóng)民普遍使用的小麥條播機(jī)，一般采用圓盤開(kāi)溝器，不能進(jìn)行深施肥，影響水稻產(chǎn)量，有研究顯示日本在進(jìn)行水稻直播的同時(shí)采用側(cè)深施肥技術(shù)，比普通直播稻增產(chǎn)5%～10%[12]，陳雄飛等研制的水稻穴播同步側(cè)位深施肥技術(shù)比手施和撒施增產(chǎn)418.5～957.0 kg/hm2[13]。另外，由于水稻條播密度大，生長(zhǎng)后期易倒伏[14]。就小麥播種而言，寬苗帶播種相對(duì)于條播的優(yōu)勢(shì)明顯，但水稻寬苗帶播種還沒(méi)有相關(guān)的報(bào)道。

2014年，羅院士在山東淄博、東營(yíng)等地開(kāi)展了水稻直播試驗(yàn)，本文是在參與羅院士水稻直播試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)現(xiàn)有水稻直播機(jī)不能進(jìn)行免耕旱直播以及條播密度大易倒伏的問(wèn)題，利用反轉(zhuǎn)滅茬技術(shù)和主動(dòng)防擁堵技術(shù)，同時(shí)借鑒小麥寬幅精播技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種正反轉(zhuǎn)配合式水稻寬苗帶滅茬播種機(jī)，一次完成旋耕、滅茬、防堵、深施肥、寬苗帶播種、覆土和鎮(zhèn)壓功能。

1 整體設(shè)計(jì)

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

水稻寬苗帶滅茬播種機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。主要由機(jī)架、地輪、反轉(zhuǎn)滅茬裝置、擋草柵欄、施肥裝置、主動(dòng)防堵裝置、播種裝置、鎮(zhèn)壓裝置以及傳動(dòng)等部分組成。其中地輪安裝在機(jī)架橫梁上；滅茬裝置包括反轉(zhuǎn)滅茬刀軸、罩殼和擋草柵欄，反轉(zhuǎn)滅茬刀軸安裝在機(jī)架側(cè)板上，采用側(cè)面齒輪傳動(dòng)，擋草柵欄安裝在罩殼上；主動(dòng)防堵裝置在滅茬裝置后，施肥開(kāi)溝器和播種立柱之間，采用側(cè)面鏈傳動(dòng)；施肥裝置和播種裝置采用不同型號(hào)的外槽輪排種器，由鎮(zhèn)壓裝置通過(guò)側(cè)面鏈傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)同步播種施肥；施肥開(kāi)溝器采用鑿式開(kāi)溝器，實(shí)現(xiàn)深施肥，播種口采用燕尾式，實(shí)現(xiàn)寬苗帶播種。該機(jī)能一次完成滅茬、深施肥、寬苗帶播種、覆土和鎮(zhèn)壓。其技術(shù)參數(shù)如表1所示。

1. 地輪 2. 反轉(zhuǎn)滅茬裝置 3. 齒輪箱 4. 施肥裝置5. 防堵裝置6. 播種裝置7. 架橫梁 8. 機(jī)架側(cè)板9. 鎮(zhèn)壓輪10. 鎮(zhèn)壓輪調(diào)節(jié)裝置 11. 刮平裝置12. 傳動(dòng)鏈13. 種肥箱14. 懸掛架15. 主變速箱

表1 水稻寬苗帶滅茬播種機(jī)技術(shù)參數(shù)

1.2 工作原理

水稻寬苗帶滅茬播種機(jī)主要用于水稻免耕旱直播，適用于稻麥兩熟區(qū)和春季稻一熟區(qū)水稻播種。利用正反轉(zhuǎn)配合式滅茬防堵裝置，實(shí)現(xiàn)秸稈覆蓋地免耕播種，簡(jiǎn)化水稻種植工序。其工作原理如圖2所示，前部的反轉(zhuǎn)滅茬裝置將土壤及秸稈一起向后拋起，秸稈、根茬及大土塊被柵欄擋住沿內(nèi)側(cè)面落到地面，而較細(xì)碎的土塊越過(guò)柵欄間隙，碰到罩殼后再落到正轉(zhuǎn)防堵裝置上，正轉(zhuǎn)防堵裝置一方面起到防止施肥開(kāi)溝器與播種立柱之間產(chǎn)生擁堵，又對(duì)落下的小土塊起到二次破碎的作用。經(jīng)過(guò)二次破碎的土壤，落到已沿內(nèi)側(cè)面落下的大土塊和雜草上，這樣就把秸稈及草埋在土層以下，形成下粗上細(xì)的已耕土壤[15]，為播種創(chuàng)造良好的種床條件。

1. 根茬地 2. 被切削的土壤 3. 旋耕刀 4. 被拋起的土壤 5. 被柵欄擋住的土垡 6. 擋草柵欄 7. 越過(guò)柵欄的土壤 8. 主動(dòng)防堵刀 9. 粉碎后的土壤

1. Stubble land 2.Be cut soil 3. Reversed stubble cutter 4.Be thrown soil 5. Be blocked soil by fence 6. Fence 7.Soil across the fence 8. Active anti-blocking cutter 9.After crushing soil

注：m為機(jī)具前進(jìn)速度；r為反轉(zhuǎn)滅茬裝置轉(zhuǎn)速；c為正轉(zhuǎn)防堵裝置轉(zhuǎn)速

Note:mis the advancing velocity of this machine;risthe revolving speed of reversed stubble cleaning device;cis the revolving speed of active anti- blocking device

圖2 工作原理

Fig.2 Working principle

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 正反轉(zhuǎn)組合式滅茬防堵部件設(shè)計(jì)

2.1.1 正反轉(zhuǎn)選擇

創(chuàng)造良好的種床條件是保證播種質(zhì)量和出苗質(zhì)量的必要條件，上茬作物收獲后秸稈量大，要進(jìn)行水稻免耕直播，播種機(jī)必須能夠很好的掩埋秸稈，創(chuàng)造出適宜的種床土壤條件。由于反轉(zhuǎn)旋耕刀工作時(shí)由遠(yuǎn)及近切削土壤，垡塊細(xì)長(zhǎng)，易破碎，可以保證苗帶上土壤細(xì)碎，同時(shí)，反轉(zhuǎn)旋耕刀配合擋草柵欄可以有效掩埋秸稈[16-17]。因此，本設(shè)計(jì)的滅茬裝置采用反轉(zhuǎn)旋耕刀，國(guó)標(biāo)245旋耕刀。為解決在秸稈量大的地表播種時(shí)造成的秸稈擁堵問(wèn)題，在施肥開(kāi)溝器和播種口之間設(shè)計(jì)主動(dòng)防堵刀軸。主動(dòng)防堵刀只需將開(kāi)溝器周圍的秸稈、雜草等清理即可，無(wú)需入土，因此采用正轉(zhuǎn)旋耕刀，國(guó)標(biāo)165旋耕刀，將秸稈、雜草向后拋出。反轉(zhuǎn)滅茬刀和正轉(zhuǎn)防堵刀配合完成播種過(guò)程中的旋耕埋草，有效防堵，保證播種作業(yè)順利完成。

2.1.2 傳動(dòng)設(shè)計(jì)

滅茬防堵部件傳動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖3所示，反轉(zhuǎn)滅茬部分采用側(cè)邊齒輪傳動(dòng)，正轉(zhuǎn)防堵裝置采用側(cè)邊鏈傳動(dòng)。

2.1.3 旋耕刀排列

為了更好的實(shí)現(xiàn)滅茬和播種后覆土，反轉(zhuǎn)滅茬裝置采用全副旋耕，旋耕刀軸采用100 mm的空心鋼管，旋耕刀共42把，雙螺旋排列，如圖4所示，用螺栓固定在旋耕刀軸的刀座上。雙螺旋排列能獲得最佳的滅茬效果，不會(huì)出現(xiàn)壅土、纏草現(xiàn)象，并且刀軸受力均勻[18]。

防堵裝置主要作用是清理施肥開(kāi)溝器、播種口兩側(cè)易擁堵的土壤、秸稈等，無(wú)需入土，因此只需在施肥開(kāi)溝器和播種口的兩側(cè)分別安裝一把旋耕刀即可。刀軸采用80 mm的空心鋼管，共有8對(duì)朝向相反的旋耕刀，采用雙螺旋左右對(duì)稱安裝。

1. 動(dòng)力輸入軸2. 主變速箱3. 側(cè)變速箱4. 反轉(zhuǎn)滅茬刀軸5. 防堵刀軸 6. 正轉(zhuǎn)主傳動(dòng)軸 7. 鏈傳動(dòng)

圖4 反轉(zhuǎn)滅茬刀排列

2.1.4 拋土運(yùn)動(dòng)分析

所設(shè)計(jì)的滅茬播種機(jī)覆土方式采用主動(dòng)覆土，靠反轉(zhuǎn)滅茬裝置拋起的土將種子覆蓋，反轉(zhuǎn)滅茬裝置的拋土性能是影響播種覆土的關(guān)鍵因素。參照文獻(xiàn)[19]可知，反轉(zhuǎn)旋耕刀切削土垡后，宏觀上分為向前拋土和向后拋土兩種情況，以向后拋土為主。向前拋起的土，大部分與旋耕罩殼碰撞后落下，分布于旋耕刀范圍內(nèi)，與旋耕刀發(fā)生二次碰撞，碰撞后被向后拋出[19]。

拋土性能是影響播后覆土的關(guān)鍵，根據(jù)逆轉(zhuǎn)旋耕拋土研究[20]可知，當(dāng)不計(jì)空氣阻力時(shí)被拋土粒質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方程為：

式中0、0為被拋土粒質(zhì)點(diǎn)的初始位置的橫縱坐標(biāo)，m；vv為被拋土粒質(zhì)點(diǎn)的初始速度的分速度，m/s；為被拋土粒運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，s；g為重力加速度，取g=9.8 m/s2。

由式（1）可知，土粒質(zhì)點(diǎn)被拋出后的運(yùn)動(dòng)軌跡為拋物線，當(dāng)土粒質(zhì)點(diǎn)被刀片切下運(yùn)動(dòng)到正切面末端即將被拋出，其速度的方向角＞π/2時(shí)，土粒將向后拋擲；當(dāng)＜π/2時(shí)，土粒將向前拋擲。因此，可得土粒向后拋擲的條件為

根據(jù)圖5可得土粒質(zhì)點(diǎn)從正切刃滑出時(shí)刻的速度及方向?yàn)椋?/p>

式中e為土粒質(zhì)點(diǎn)牽連速度，m/s；為旋耕刀正切面末端的切線與最小半徑之間的夾角，（°）；為旋耕刀轉(zhuǎn)過(guò)的角度，（°）；為土粒質(zhì)點(diǎn)速度方向與最小半徑之間的夾角，（°）。

以向后拋土為判別依據(jù)，根據(jù)式（3）可計(jì)算出臨界點(diǎn)的位置和初速度，根據(jù)式（1）可計(jì)算出拋土軌跡，如圖5所示。

注：v表示土粒質(zhì)點(diǎn)速度，m/s；ve為土粒質(zhì)點(diǎn)牽連速度，m/s；va為土粒質(zhì)點(diǎn)絕對(duì)速度m/s；γ為旋耕刀正切面末端的切線與最小半徑之間的夾角，（°）β為土粒質(zhì)點(diǎn)速度方向與最小半徑之間的夾角，（°）；θ為旋耕刀轉(zhuǎn)過(guò)的角度，（°）；ψ為土粒質(zhì)點(diǎn)速度的方向角，（°）。

2.1.5 拋土性能試驗(yàn)

采用示綜法[21]，在土槽中平行旋耕刀軸鋪設(shè)1 000 mm× 10 mm×10 mm的彩砂，用微耕機(jī)牽引幅寬為1 m的反轉(zhuǎn)旋耕機(jī)在彩砂區(qū)域進(jìn)行作業(yè)，設(shè)置作業(yè)速度為320 r/min，選取最外側(cè)10點(diǎn)，測(cè)量作業(yè)后彩砂的邊緣分布，繪出分布曲線，重復(fù)3次。結(jié)果如圖6所示。

圖6 反旋作業(yè)后土壤邊緣分布

從圖6可以看出，反旋作業(yè)后，土壤大部分縱向分布在初始位置后方650～870 mm處。軸向分布比旋耕機(jī)耕幅略寬，土壤分布超出軸端位置10 cm左右，這可能和旋耕刀的安裝方向有關(guān)，這也是播種機(jī)試驗(yàn)過(guò)程中兩側(cè)兩播種行覆土不夠的主要原因，可以考慮將軸端2把朝外的旋耕刀調(diào)換，使其朝向內(nèi)側(cè)。試驗(yàn)證明調(diào)換旋耕刀的朝向可以避免向耕幅以外拋土，從而有效改善兩側(cè)播種行覆土不夠的情況。

2.2 播種裝置設(shè)計(jì)

2.2.1 寬苗帶播種口設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)水稻直播機(jī)一般采用小麥條播機(jī)，種子分布密集，水稻生長(zhǎng)后期易倒伏。根據(jù)余松烈院士小麥寬幅精播技術(shù)，要求苗帶寬度80～100 mm，行距22～26 cm[22]，苗帶覆蓋率達(dá)36%～38%。由于是免耕作業(yè)，行距對(duì)播種機(jī)的通過(guò)性有重要的影響，行距越小，通過(guò)性越差，因此設(shè)計(jì)播種機(jī)行距為30 cm，要達(dá)到同樣的苗帶覆蓋率要求苗帶寬度為114 mm，刁培松等設(shè)計(jì)的小麥深松免耕施肥播種機(jī)，苗帶寬度為120 mm，增產(chǎn)優(yōu)勢(shì)明顯[23]。本研究借鑒余松烈院士提出的寬幅精播技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種燕尾式播種口，考慮水稻的生長(zhǎng)特性，適當(dāng)增加了苗帶寬度，苗帶寬度設(shè)計(jì)為140 mm，考慮到邊行優(yōu)勢(shì)，在播種口內(nèi)部設(shè)計(jì)中間凸起，種子從導(dǎo)種管落下后，被中間凸起分流，播種后同一苗帶截面上種子分布兩側(cè)多，中間少，如圖7所示。

注：α為下種角度，（°）；h為中間凸起高度

為了實(shí)現(xiàn)順暢排種和有效分種，播種口采用鑄鐵鑄造。播種口的下種角度和中間凸起的高度是影響排種性能的關(guān)鍵因素。水稻作為種子的含水率一般為12%～14%，休止角為27°～38°[24]，為了達(dá)到最佳的排種和分種效果，在排種器試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)播種口的排種性能進(jìn)行試驗(yàn)，從而確定最佳的下種角度和凸起高度。

下種角度大于水稻種子的自然休止角時(shí)，才能順暢的下種，試驗(yàn)時(shí)分別設(shè)置為35°、40°、45°；中間凸起高度分別為2、4、6 mm，中間凸起最大寬度為80 mm，占整個(gè)播種口寬度的1/2。進(jìn)行兩因素三水平正交試驗(yàn)。

排種結(jié)束后，用尺子測(cè)量出10 cm的苗帶，數(shù)出苗帶上的種子數(shù)，計(jì)算同一苗帶截面上左、中、右的種子密度比，結(jié)果如表2所示。

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)=35°，=2 mm時(shí)，密度差異不顯著；=4 mm和=6 mm時(shí)均發(fā)生堵塞，不能滿足排種要求。當(dāng)=45°時(shí)，3種高度水平下均滿足排種要求，但=2 mm和=4 mm時(shí)密度差異不顯著，=6 mm時(shí)，密度差異極顯著，兩側(cè)種子太多；只有當(dāng)=40°，= 4 mm時(shí)，既能保證排種順暢，又能保證分種要求。因此，設(shè)計(jì)播種口的下種角度為40°，中間凸起高度為4 mm。

表2 種子分種情況

注：結(jié)果顯示的是播種口左側(cè)、中間、右側(cè)種子數(shù)量的比值

Note: The results means the proportion of left, middle and right of the seeding device.

2.2.2 播種口位置確定

播種口位置是覆土好壞的關(guān)鍵，因此播種口與反轉(zhuǎn)滅茬裝置刀軸之間的距離要合適。從拋土性能試驗(yàn)中可知，反旋作業(yè)后，土壤大部分縱向分布在初始位置后方650～870 mm處，考慮到兩旋耕軸之間若距離太近會(huì)增加擁堵的可能性，距離太遠(yuǎn)則加大了機(jī)身長(zhǎng)度，因此應(yīng)在滿足要求的前提下盡量減小1。

1=L-3（5）

式中1為兩旋耕軸之間的距離，mm；L為最大拋土距離，由試驗(yàn)得870 mm；3為正轉(zhuǎn)防堵刀軸到播種口之間的距離，固定值132 mm；因此，得到的兩旋耕軸之間的距離1為738 mm。

兩旋耕刀軸垂直方向的距離與兩旋耕刀軸的回轉(zhuǎn)半徑有關(guān)，由圖8可知，

=–(-（6）

式中為兩旋耕刀軸垂直方向之間的距離，mm；為旋耕深度，取120 mm；為反轉(zhuǎn)旋耕刀的回轉(zhuǎn)半徑，245 mm；為正轉(zhuǎn)防堵刀的回轉(zhuǎn)半徑，165 mm；因此，可得兩旋耕刀軸垂直方向的距離為40 mm。

1. 反轉(zhuǎn)滅茬裝置 2. 正轉(zhuǎn)防堵裝置 3. 播種口 4. 施肥開(kāi)溝器 5地面

1.Reversed stubble cleaning device 2.Active anti-blocking device 3.Seeding device 4.Fertilizer opener 5. Ground

注：為兩旋耕刀軸垂直方向之間的距離，mm；為旋耕深度，mm；為反轉(zhuǎn)旋耕刀的回轉(zhuǎn)半徑，mm；為防堵刀的回轉(zhuǎn)半徑，mm；1為兩旋耕軸之間的水平距離，mm；2為最大拋土距離，mm；3為防堵刀軸到播種口的距離，mm

Note:is the perpendicular distance between two rotary cutter shaft, mm;is the depth of rotary tillage, mm;is theadius of reversed stubble cutter, mm;is the radius of anti-blocking cutter, mm;1is the horizontal distance between two rotary knife shaft, mm;2is the maximum distance of soil throwing, mm;3is the distance between anti-blocking cutter shaft and seeding device, mm

圖8 旋耕裝置與施肥播種開(kāi)溝器位置

Fig.8 Position of rotary tilling device and fertilizing-seeding opener

3 田間試驗(yàn)與結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)條件

3.1.1 試驗(yàn)地概況

本研究選擇山東省日照市東港區(qū)濤雒鎮(zhèn)，濤雒鎮(zhèn)位于山東省東南沿海，屬暖溫帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，冬季平均氣溫在0 ℃以上，夏季平均氣溫25 ℃，年平均氣溫12.6 ℃，年均日照2 532.9 h，降水量916 mm，既有南方的溫暖濕潤(rùn)，又有北方的四季分明，是典型的稻麥兩熟區(qū)；土壤類型為水稻土，旱澇保收，有機(jī)質(zhì)25.82 g/kg，pH值7.57，堿解氮103.32 mg/kg，速效磷14.19 mg/kg，速效鉀160.83 mg/kg[25-26]。當(dāng)季小麥秸稈覆蓋量5040 kg/hm2。

3.1.2 上茬作物處理

濤雒稻麥兩熟區(qū)免耕旱直播處理要求上茬小麥?zhǔn)斋@時(shí)秸稈切段，切斷長(zhǎng)度≤100 mm，均勻拋撒。

3.1.3 供試品種

根據(jù)驗(yàn)區(qū)的氣候條件和熟制選擇生育期較短的臨旱1號(hào)，屬粳型常規(guī)旱稻，山東省臨沂市水稻研究所選育，生育期125 d，平均株高81.3 cm，平均穗長(zhǎng)13.9 cm，平均每穗粒數(shù)96.9粒，平均結(jié)實(shí)率80.1%，千粒質(zhì)量26.4 g，一般6月中上旬播種，播量為90～135 kg/hm2[27]。

3.2 試驗(yàn)方法

按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20865—2007《免耕施肥播種機(jī)》[28]規(guī)定的方法和農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)機(jī)械推廣鑒定大綱《免耕施肥播種機(jī)》[29]對(duì)水稻免耕播種機(jī)播種質(zhì)量的檢測(cè)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試。試驗(yàn)測(cè)試內(nèi)容主要包括播種質(zhì)量、種肥覆土狀況、出苗情況和機(jī)具通過(guò)性等，檢測(cè)設(shè)備包括電子秤、土壤硬度計(jì)、游標(biāo)卡尺、秒表、卷尺和鐵鍬等[30]。

3.2.1 種肥深度

拖拉機(jī)以正常作業(yè)速度播種后，隨機(jī)取8行，每行在50 m內(nèi)隨機(jī)取20個(gè)點(diǎn)，人工扒開(kāi)土層進(jìn)行播種深度和施肥深度的測(cè)量，并記錄測(cè)試數(shù)據(jù)。

3.2.2 機(jī)具通過(guò)性

根據(jù)農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)機(jī)械推廣鑒定大綱《免耕施肥播種機(jī)》[29]，測(cè)區(qū)長(zhǎng)度不得小于60 m，往返一個(gè)行程不發(fā)生堵塞或者有一次輕度堵塞，即視為合格。本試驗(yàn)在麥茬地表狀況下進(jìn)行了3次測(cè)試。

3.2.3 苗帶寬度和種子分布情況

拖拉機(jī)以正常作業(yè)速度播種后，隨機(jī)取8行，每行在50 m內(nèi)隨機(jī)取20個(gè)點(diǎn)，人工扒開(kāi)土層，用尺子測(cè)量苗帶寬度，并分別數(shù)出同一苗帶長(zhǎng)度上不同苗帶寬度的種子數(shù)量，記錄測(cè)試數(shù)據(jù)。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.3.1 種肥深度

在小麥秸稈覆蓋地免耕作業(yè)后進(jìn)行種子、肥料覆土深度測(cè)定，對(duì)測(cè)量值取平均值后如表3所示。

由表3可以看出，在留茬地進(jìn)行小麥播種作業(yè)的質(zhì)量完全滿足免耕施肥播種的農(nóng)藝要求，種肥平均深度的變異系數(shù)分別為4.58%和2.40%。因肥料為垂直深施，種肥垂直間距變異系數(shù)為4.72%。種深的變異系數(shù)相對(duì)大于肥深的變異系數(shù)，這是由于肥料直接落入溝底，施肥深度只與開(kāi)溝深度有關(guān)，而在播種時(shí)，播深同時(shí)要受開(kāi)溝深度和旋耕拋土量2個(gè)因素的影響。

表3 留茬地種、肥覆土深度

3.3.2 機(jī)具通過(guò)性

本設(shè)計(jì)應(yīng)用正反轉(zhuǎn)組合式滅茬防堵方式，能有效的將秸稈掩埋，防止施肥立柱和播種口之間擁堵，在麥秸稈覆蓋地進(jìn)行了3 次測(cè)試，均無(wú)擁堵現(xiàn)象，機(jī)具通過(guò)性良好。

3.3.3 苗帶寬度和種子分布情況

測(cè)得苗帶平均寬度為138.4 mm，與理論苗帶寬度無(wú)顯著差異，基本符合設(shè)計(jì)要求。不同苗帶寬度上種子的分布情況如表4所示。

表4 不同苗帶寬度上種子及苗分布情況

注：不同小寫字母表示差異顯著，<0.05，下同。

Note: Different lower case letters mean significant difference,<0.05, the same below.

從表4可以看出，同一苗帶長(zhǎng)度上，不同苗帶寬度上水稻播種量中間比兩側(cè)少，但差異不顯著，基本符合設(shè)計(jì)要求；苗帶寬度對(duì)水稻分蘗情況有影響，苗帶兩側(cè)有效苗數(shù)顯著高于苗帶中間（0.05），可能苗帶兩側(cè)通風(fēng)透光條件好，有利于發(fā)揮邊行優(yōu)勢(shì)；苗帶兩側(cè)的有效穗數(shù)及成穗率顯著高于苗帶中間（0.05），也可能是由于苗帶兩側(cè)通風(fēng)透光增加了成穗率。

4 結(jié) 論

1）對(duì)反轉(zhuǎn)旋耕裝置進(jìn)行了試驗(yàn)，得出在轉(zhuǎn)速為 320 r/min，旋耕刀半徑為245 mm時(shí)，反轉(zhuǎn)旋耕機(jī)向后拋土的距離范圍為650～870 mm，為水稻寬苗帶滅茬播種機(jī)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

2）對(duì)寬苗帶播種口進(jìn)行了兩因素三水平正交試驗(yàn)，得到最佳的排種角度和中間凸起高度分別為40°和4 mm，據(jù)此設(shè)計(jì)了寬苗帶播種口。

3）對(duì)設(shè)計(jì)的正反轉(zhuǎn)組合式水稻寬苗帶滅茬播種機(jī)進(jìn)行了田間試驗(yàn)，在麥秸稈覆蓋地機(jī)具通過(guò)性良好。測(cè)得播種深度合格率、施肥深度合格率以及種肥間距合格率分別為91.4%、95.42%和91.17%；播種深度和施肥深度變異系數(shù)分別為4.58%和2.40%，種肥垂直間距變異系數(shù)為4.72%；平均苗帶寬度為138.4 mm，與理論設(shè)計(jì)寬度差異不顯著；不同苗帶寬度上種子分布有差異但不顯著，符合設(shè)計(jì)要求

苗帶寬度對(duì)水稻水稻的分蘗、成穗等有影響，苗帶兩側(cè)有效分蘗和成穗率顯著高于苗帶中間（<0.05），但最有利于水稻生長(zhǎng)的最佳苗帶寬度目前還沒(méi)有研究，可能與水稻品種、當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件等有關(guān)系，還有待進(jìn)一步試驗(yàn)；機(jī)具的通過(guò)性滿足農(nóng)藝要求。

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Design and experiment of wide band seeding rice seeder with reversed stubble cleaning and anti-blocking

Zhang Yinping1, Du Ruicheng1※, Diao Peisong1, Yang Shandong1, Wang Zhenwei2

(1.255049,; 2.210014)

There are some serious problems in the rice planting, such as wasting lots of time for rice seedlings transplantation, and high demands of direct planting in rice-wheat planting area. In order to solve these problems, the techniques of reversed stubble cleaning and active anti-blocking, along with the technique of wide band and precision seeding were used in a rice direct seeder. The designed direct seeder included the following parts: reversed stubble cleaning device, active ant-blocking device and wide band seeding device, and so on. It could implement the following function at one time: rotary tillage, stubble cleaning, anti-blocking, furrow opening, deep fertilizing, wide seeding, active covering soil and compacting. The way seeds covered by soil was active, in which soil was thrown in reversed rotary tillage, so the distance between reverse stubble cleaning device and seeding device was an important factor. It would influence the soil covering performance. The soil throwing in the reversed rotary tillage was analyzed, and the soil movement curve was drawn. Then the ensemble method was used to test the soil throwing performance. The results showed that the soil throwing distance ranged from 650 to 870 mm under the radius of 245 mm and the rotating speed of 320 r/min. Considering both the soil covering performance and the length of the rice seeder, the optimal distance between the reverse stubble cleaning device and the forward anti-blocking device was 738 mm, which was gotten by soil throwing test. At the same time, a wide band seeding device was designed according to the technique used in wheat wide band planting proposed by the academician Yu Songlie. The theoretical width of the seeding device was designed as 140 mm and the triangular bulge was designed in the middle which divided the width 140 mm into 3 sections i.e. 35, 70 and 35 mm. In order to obtain the best performance of separating seeds evenly, the seed arrangement test was carried out, and 2 influence factors, i.e. the angle and the middle bulge height of the seeding device, were designed in different values. Through the test of 2 factors and 3 levels, the optimum angle and bulge height were designed as 40° and 4 mm, respectively, which could arrange seeds smoothly and separate seeds evenly. At last the field experiments were carried out in rice-wheat planting area, and the results showed that stubble cleaning could be well finished by the reversed stubble cleaning device and the congestion could be well solved by the active anti-blocking device. With the reversed and forward rotary tillage, soil of seedbed was finely divided and soil covering was uniform. The variation coefficients of sowing depth and fertilizing depth were 4.58% and 2.40% respectively, and the variation coefficient of the distance between seed and fertilizer was 4.72%, which met the national standard. The average seeding band width was 138.4 mm with no significant difference with the theoretical width designed. In the different width of the seeding band, the number of seeds was different, but the difference was not significant , which met the demand of design. The growing states of crops showed that the width of seeding band had influence on the rice growing, and the effective tillering and the percentage of earbearing tiller on the sides of the seedling band were higher than that in the middle (<0.05). The passing ability of this seeder satisfied the agronomic requirements.

agricultural machinery; design; crops; reverse rotary; stubble cleaning; ant-blocking; wide band seeding; rice

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.03.002

S222.3

A

1002-6819(2017)-03-0007-07

2016-07-19

2016-11-21

山東省農(nóng)機(jī)裝備研發(fā)創(chuàng)新項(xiàng)目（NJGG201502）

張銀平，女，山東德州人，博士生，主要從事旱作農(nóng)業(yè)機(jī)械化體系及裝備研究。淄博 山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院，255049。Email：zhangyinping929@163.com

杜瑞成，男，山東臨沂人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事旱作農(nóng)業(yè)機(jī)械化體系及裝備研究。淄博 山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院，255049。Email：drc@sdut.edu.cn

中國(guó)農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)會(huì)員：張銀平（E040000496A）

張銀平，杜瑞成，刁培松，楊善東，王振偉. 正反轉(zhuǎn)組合式水稻寬苗帶滅茬播種機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2017，33(3)：7－13. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.03.002 http://www.tcsae.org

Zhang Yinping, Du Ruicheng, Diao Peisong, Yang Shandong, Wang Zhenwei. Design and experiment of wide band seeding rice seeder with reversed stubble cleaning and anti-blocking[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(3): 7－13. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.03.002 http://www.tcsae.org