李 芮，衣淑娟，趙 斌，李衣菲，楊 柳

(黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) a.工程學(xué)院；b.信息技術(shù)學(xué)院，黑龍江 大慶 163319)

2BJM-12型氣吸式免耕精密播種機(jī)設(shè)計(jì)

李 芮a，衣淑娟a，趙 斌b，李衣菲b，楊 柳a

(黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) a.工程學(xué)院；b.信息技術(shù)學(xué)院，黑龍江 大慶 163319)

隨著保護(hù)性耕作技術(shù)的推廣與應(yīng)用，小型免耕播種機(jī)已經(jīng)不能滿足保護(hù)性耕作發(fā)展需求，且目前的免耕播種機(jī)存在功能單一、播種效果差等問題。針對(duì)以上問題，設(shè)計(jì)了2BJM-12 型氣吸式免耕精密播種機(jī)。為此，介紹了該播種機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案、主要技術(shù)參數(shù)及關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)。該機(jī)采用地輪傳動(dòng)的作業(yè)方式，具有全免耕、高速、精密播種的特點(diǎn)，可一次性完成破茬碎土、側(cè)深施肥、精量播種及鎮(zhèn)壓覆土等作業(yè)，可以滿足保護(hù)性耕作技術(shù)的發(fā)展需要。

播種機(jī)；氣吸式；免耕；保護(hù)性耕作

0 引言

我國(guó)地域廣闊，人口眾多，從古至今都是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)發(fā)展也一直是牽動(dòng)著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的命脈。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和生活水平的日益提高，舊的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式已徑不能夠滿足經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展需要。保護(hù)性耕作是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展主要方向[1]，免耕精密播種機(jī)作為保護(hù)性耕種技術(shù)應(yīng)用中的關(guān)鍵機(jī)具[2]，收獲后不用經(jīng)過翻耕，在留茬地上直接使用帶有破茬、播種、覆土等機(jī)構(gòu)進(jìn)行播種是其主要的特點(diǎn)[3]。免耕播種要求播種機(jī)械入土能力強(qiáng)，且具有良好的切稈破茬和通過性能[4-6]。為了滿足保護(hù)性耕作技術(shù)的發(fā)展需要，黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)工程學(xué)院研制開發(fā)了一種高速、寬幅、大馬力且對(duì)作業(yè)條件適應(yīng)性強(qiáng)的氣吸式免耕精密播種機(jī)。

1 總體設(shè)計(jì)方案及主要技術(shù)參數(shù)

1.1 總體設(shè)計(jì)方案

2BJM-12型氣吸式免耕精密播種機(jī)主要由機(jī)架、風(fēng)機(jī)、地輪、施肥開溝器、排肥系統(tǒng)、播種單體及傳動(dòng)系統(tǒng)等主要部件組成，如圖1所示。在機(jī)器前進(jìn)的同時(shí)，施肥缺口圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)并開溝，地輪在拖拉機(jī)的拉動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)并通過鏈輪、鏈條驅(qū)動(dòng)排肥軸轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)大肥箱內(nèi)的復(fù)合肥料通過肥箱下面的排肥器排出，并經(jīng)由排肥螺紋管被施到土壤中；撥草輪和破茬波紋圓盤將地面上的秸桿殘茬切斷并撥到圓盤的兩邊；雙圓盤開溝器通過機(jī)器前進(jìn)被帶動(dòng)，開出種溝，其兩側(cè)的限深膠輪同時(shí)進(jìn)行仿形限深；與此同時(shí)，氣吸式精密排種器排出的種子靠自身重力順著排種口下的導(dǎo)種管進(jìn)入到種溝內(nèi)，V型鎮(zhèn)壓輪將種溝兩側(cè)的土再壓入到種溝里，鎮(zhèn)壓的同時(shí)進(jìn)行覆土，完成播種工作。

1.2 主要技術(shù)參數(shù)

種箱容積/L：52

肥箱容積/L：270

作業(yè)行數(shù)/行：12

外形尺寸/m(長(zhǎng)×寬×高)：6.6×2.2×2

行距：大壟雙行

工作幅寬/m：6～6.2

播種深度/cm：0～8.5

施肥深度/cm：0～15

工作效率/hm2·h-1：2.9～6.7

作業(yè)速度/km·h-1：7～10

配套動(dòng)力/kW：90

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 機(jī)架

機(jī)架是播種機(jī)的骨架，播種工作零部件都要安裝在它上面，因此要求必須有足夠的剛度和強(qiáng)度。本播種機(jī)機(jī)架采用型材和鋼板沖壓制成各種等強(qiáng)度結(jié)構(gòu)，以簡(jiǎn)化制造工藝，減輕機(jī)具質(zhì)量，使結(jié)構(gòu)緊湊。

按照機(jī)具結(jié)構(gòu)的總體配置及播種行距實(shí)現(xiàn)大壟雙行技術(shù)的要求，并保證每個(gè)工作部件之間的距離充足，使播種機(jī)有較好的運(yùn)行性能。因此，本播種機(jī)為框架式結(jié)構(gòu)，機(jī)架前后共3根橫梁，前、后梁通過兩個(gè)側(cè)板焊接在一起，具有足夠的強(qiáng)度和剛度。該機(jī)主要由牽引架、牽引側(cè)板、支撐立柱、主機(jī)架焊合、橫梁及上拉桿等構(gòu)成，如圖2所示。

在拖拉機(jī)的牽引下，將動(dòng)力通過風(fēng)機(jī)上的矩形花鍵軸傳遞給風(fēng)機(jī)，然后通過矩形花鍵軸上大帶輪傳遞給風(fēng)機(jī)軸上的小帶輪，從而帶動(dòng)蝸殼中的風(fēng)機(jī)葉片高速旋轉(zhuǎn)。風(fēng)機(jī)一共有8個(gè)葉片，并通過播種機(jī)上的吸氣軟管使氣吸排種器的真空室產(chǎn)生負(fù)壓，種子依靠種子室與真空室形成的這種壓力差被排種圓盤的吸種孔吸附上，為排種創(chuàng)造了有利條件。風(fēng)機(jī)主要由支座、膠帶防護(hù)罩、橫梁、立柱、蝸殼及矩形花鍵軸等組成, 如圖3所示。

2.3 地輪

地輪的主要作用是在拖拉機(jī)的牽引拉動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)前進(jìn)并為排肥、排種工作提供動(dòng)力。地輪設(shè)計(jì)了采用具有較好通過性能的人字形花紋橡膠充氣輪胎，地輪裝配有左右對(duì)稱各兩組，每隔兩個(gè)播種單體布置1個(gè)地輪，一共4個(gè)。其主要是由地輪支臂 、從動(dòng)鏈輪 、液壓缸、主動(dòng)鏈輪及橡膠輪胎等件組成，如圖4所示。

圖3 風(fēng)機(jī)裝配Fig.3 Ground wheel assembly

圖4 地輪裝配Fig.4 Ground wheel assembly

2.4 施肥開溝器

本播種機(jī)選用缺口圓盤式開溝器，施肥深度0～15cm。排肥系統(tǒng)的肥箱左、右各1個(gè),每個(gè)肥箱的下面各有6個(gè)出肥孔,在出肥孔上安裝有外槽輪式排肥器，如果有不需要的排肥孔，可以將其用擋板擋上。施肥開溝器裝配分左右各兩組，一組6個(gè)，共12個(gè)。它是由支座、固定座、施肥彈簧、圓盤支臂焊合、施肥圓盤部裝及導(dǎo)肥管焊合等零部件組成，如圖5所示。

圖5 施肥開溝器Fig.5 Fertilization disc assembly

2.5 破茬撥草器

與傳統(tǒng)的播種機(jī)播種時(shí)土地的條件相對(duì)比，免耕播種機(jī)作業(yè)時(shí)的土地條件相對(duì)要差很多。對(duì)于免耕的土地，由于土壤表面有秸稈殘茬的存在，必須在播種機(jī)上安裝防堵裝置，因此在破茬器的前面安裝了1對(duì)撥草輪來(lái)切除和清理秸稈殘茬。撥草輪有很強(qiáng)的清除雜草、防止開溝器堵塞的功能。本免耕播種機(jī)的破茬機(jī)構(gòu)選用波紋圓盤，其破茬能力非常強(qiáng)，可以快速有效地切除種床上的雜草、秸稈等，同時(shí)可以破碎免耕土地種床上的體積較大硬質(zhì)土塊，入土能力非常強(qiáng)[7]。兩個(gè)撥草輪對(duì)稱布置在波紋圓盤的兩側(cè)，破茬圓盤前進(jìn)方向上的雜物都可以清除到兩邊，對(duì)破茬作業(yè)的高效完成十分有利。破茬撥草器如圖6所示。

敲碎芋螺外殼，取出芋螺平放置于解剖盤內(nèi)，剪開腹膜，取出毒腺、毒管、肌肉組織分別放置在滅菌后的預(yù)冷研缽中，緩慢加入液氮后迅速研磨，稱取約200 mg粉末轉(zhuǎn)移至1.5 mL離心管中。具體試驗(yàn)步驟參照海洋生物基因組試劑盒說明書。取5 μL芋螺不同組織的DNA樣品經(jīng)1.5%瓊脂糖凝膠電泳分析，使用凝膠成像系統(tǒng)照相并保存。

1.撥草輪 2.波紋圓盤 3.壓簧 4.支板圖6 破茬撥草器Fig.6 Stubble breaking device

2.6 播種單體

播種單體的裝配一共12組，每一組都是獨(dú)立的，可方便地從機(jī)架上拆下來(lái)。整機(jī)的單體仿形功能可通過播種單體的四連桿仿形機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，且后支座只能在垂直面內(nèi)做上下運(yùn)動(dòng)不能左右擺動(dòng)，這對(duì)于地表平整不一的免耕土壤作業(yè)是非常有利的。其主要由四連桿仿形機(jī)構(gòu)、單體機(jī)架、雙圓盤式開溝器、限深膠輪、氣吸式排種器、種箱、播種深度調(diào)節(jié)器及鎮(zhèn)壓器等構(gòu)成，如圖7所示。

1.仿形機(jī)構(gòu)裝配 2.種箱 3.氣吸式排種器 4.雙圓盤開溝器 5.限深輪 6.V型鎮(zhèn)壓輪圖7 播種單體結(jié)構(gòu)圖Fig.7 The structure of seeding opener

2.6.1 排種器

排種器是保證播種機(jī)具有良好的播種性能極其重要的組成部分，對(duì)播種質(zhì)量的好壞有著直接影響。氣吸式精密排種器主要由排種器殼體、減磨密封圈、排種器端蓋、排種盤、排種轉(zhuǎn)軸、刮種板、落種擋塊及充種口調(diào)節(jié)板等組成，如圖8所示。

1.排種器端蓋 2.減磨密封圈 3.排種盤 4.刮種板 5.排種轉(zhuǎn)軸 6.落種擋塊 7.充種口調(diào)節(jié)板 8.排種器殼體圖8 排種器裝配Fig.8 Explosion diagram of seed metering device

排種器的左側(cè)為儲(chǔ)種室，右側(cè)為真空室。排種器在工作時(shí)，由風(fēng)機(jī)葉輪高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的吸力通過吸風(fēng)管傳遞到排種器一側(cè)的真空室，使真空室產(chǎn)生負(fù)壓，排種盤的兩側(cè)就會(huì)產(chǎn)生壓力差；當(dāng)排種盤上的某個(gè)吸種孔轉(zhuǎn)到吸種區(qū)時(shí)，儲(chǔ)種室內(nèi)的種子便會(huì)依靠這個(gè)壓力差產(chǎn)生的吸力被吸附在排種盤的這個(gè)吸種孔上[8]；當(dāng)這粒種子隨排種盤轉(zhuǎn)動(dòng)到刮種區(qū)時(shí)，刮種板會(huì)將除這粒種子之外的多余種子刮掉，只留下1粒種子在吸種孔上，然后排種盤繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，將這粒種子帶到投種區(qū)，因?yàn)橥斗N區(qū)與大氣相通，沒有壓力差，種子便會(huì)依靠自身所產(chǎn)生的重力自由下落，順著排種器下的導(dǎo)種管滑落到開好的種溝內(nèi)，完成1粒種子的播種作業(yè)。

2.6.2 開溝器

本播種機(jī)選用雙圓盤式開溝器，與破茬撥草部件配合使用，在殘茬覆蓋的土地條件下工作效果較好。波紋圓盤對(duì)土地的開溝屬于第1次開溝，在波紋圓盤一次開溝的基礎(chǔ)之上雙圓盤式開溝器進(jìn)行第2次開溝施肥播種[9]。二次開溝可以將種溝內(nèi)的雜草撥開到兩邊，從而更有利地進(jìn)行播種作業(yè)。

雙圓盤式開溝器的兩個(gè)圓盤直徑不能過小，過小的話圓盤容易發(fā)生運(yùn)轉(zhuǎn)不靈敏和壅土的現(xiàn)象，增加了工作阻力，使工作質(zhì)量嚴(yán)重惡化，常用范圍為300～380mm。兩圓盤之間的夾角用φ來(lái)表示，對(duì)于播種機(jī)工作來(lái)說，工作阻力當(dāng)然越小越好，但是為了使工作阻力減小，圓盤的夾角越小越好。夾角φ過于小，導(dǎo)種管便無(wú)法容納在兩個(gè)圓盤之間，所以?shī)A角φ應(yīng)調(diào)整在合適的范圍內(nèi)，通常φ角為9°～16°，可以滿足正常的工作要求。雙圓盤聚點(diǎn)的位置用β角來(lái)表示，β角度越大，開出種溝的寬度就越大，種溝內(nèi)會(huì)殘留一堆土形成突起的凸尖[10]；β角度越小，聚點(diǎn)m就會(huì)過于低，會(huì)使土壤進(jìn)入兩圓盤內(nèi)部，造成雙圓盤內(nèi)夾土和堵塞，導(dǎo)致其無(wú)法正常工作，且加快了開溝器軸上的軸承磨損程度，一般取β=55°～75°。開溝器的最大開溝深度大致就是m點(diǎn)的最佳高度，約為70mm，如圖9所示。

圖9 雙圓盤聚點(diǎn)位置Fig.9 Double disc point position

2.6.3 限深輪

橡膠限深輪安放在雙圓盤開溝器的兩側(cè)稍靠后的位置，以確保播種深度的一致性[7]。限深機(jī)構(gòu)主要由限深膠輪、限深輪拐臂總成和調(diào)節(jié)器總成等構(gòu)成，如圖10所示。

1.限深膠輪 2.限深輪拐臂總成 3.調(diào)節(jié)器總成圖10 限深機(jī)構(gòu)Fig.10 Depth limiting mechanism

2.6.4 鎮(zhèn)壓輪

土壤中有很多孔隙，孔隙當(dāng)中存有很多水分，在播種之后，為了保持土壤中的水分不蒸發(fā)、不滲漏，播種后用鎮(zhèn)壓輪對(duì)地進(jìn)行壓實(shí)，減少了大孔隙，讓上層密實(shí)的土保住下層土壤的水分，有利于種子的發(fā)芽和生長(zhǎng)。該播種機(jī)選用膠圈鎮(zhèn)壓覆土輪，其鎮(zhèn)壓效果較好，兩個(gè)膠圈成V形傾斜放置，鎮(zhèn)壓力的大小可以用調(diào)節(jié)手柄來(lái)調(diào)節(jié)，其主要由V型鎮(zhèn)壓輪、調(diào)節(jié)手柄及鎮(zhèn)壓輪支架等組成，如圖11所示。

1. V型鎮(zhèn)壓輪 3.鎮(zhèn)壓輪支架 2.調(diào)節(jié)手柄圖11 覆土鎮(zhèn)壓機(jī)構(gòu)Fig.11 Soil covering and pressing mechanism

2.7 傳動(dòng)系統(tǒng)

地輪在拖拉機(jī)的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過鏈傳動(dòng)系統(tǒng)分別將扭矩傳遞給上傳動(dòng)軸和下傳動(dòng)軸，再傳遞給排種驅(qū)動(dòng)軸和排肥驅(qū)動(dòng)軸，以實(shí)現(xiàn)排肥作業(yè)和排種作業(yè)。鏈傳動(dòng)系統(tǒng)是由不同齒數(shù)的鏈輪構(gòu)成的塔輪、鏈條、六方軸、護(hù)套、六方連接套、滑動(dòng)軸承及多個(gè)張緊部件等組成。該播種機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)排肥采取二級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)，排種采取三級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)，且都有塔輪變速系統(tǒng)。

具體傳動(dòng)路線設(shè)計(jì)方案：①排肥。地輪軸→地輪傳動(dòng)軸→上傳動(dòng)軸→排肥驅(qū)動(dòng)軸→排肥作業(yè)。②排種。地輪軸→地輪傳動(dòng)軸→上傳動(dòng)軸→下傳動(dòng)軸→排種驅(qū)動(dòng)軸→排種作業(yè)。

當(dāng)?shù)剌喸谕侠瓩C(jī)的牽引下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，動(dòng)力通過地輪軸以鏈傳動(dòng)的形式傳遞給地輪傳動(dòng)軸，向上同樣通過鏈傳動(dòng)的方式將動(dòng)力傳遞給上傳動(dòng)軸，上傳動(dòng)軸再將動(dòng)力傳遞給排肥驅(qū)動(dòng)軸上的鏈輪以實(shí)現(xiàn)排肥作業(yè)，此為二級(jí)傳動(dòng)。排種作業(yè)傳動(dòng)路線與排肥作業(yè)不同的是，當(dāng)動(dòng)力傳遞到上傳動(dòng)軸時(shí)，上傳動(dòng)軸沒有直接傳遞給排種驅(qū)動(dòng)軸，而是通過下傳動(dòng)軸再傳遞給排種驅(qū)動(dòng)軸以完成排種作業(yè)，此為三級(jí)傳動(dòng)。同時(shí)，上傳動(dòng)軸上有塔輪A,分別有15、19、24、30、38齒的鏈輪；下傳動(dòng)軸上有塔輪B，分別有32、34、36、38齒的鏈輪，通過選擇鏈輪組A和鏈輪組B上的不同齒數(shù)鏈輪組合可以確定不同的傳動(dòng)比，一共可實(shí)現(xiàn)20種傳動(dòng)比，從而對(duì)播種株距或播量進(jìn)行調(diào)整[11]。

3 結(jié)論

該播種機(jī)可將破茬碎土、開溝施肥、精量播種、覆土鎮(zhèn)壓等工作一次性完成，性能可靠穩(wěn)定,操作輕巧方便,作業(yè)結(jié)果能夠滿足相關(guān)農(nóng)藝要求。作為保護(hù)性耕作的關(guān)鍵機(jī)具，具有搶農(nóng)時(shí)、保墑節(jié)水及節(jié)省作業(yè)成本等優(yōu)勢(shì)，發(fā)展前景十分廣闊。

[1] 高煥文,李問盈,李洪文. 中國(guó)特色保護(hù)性耕作技術(shù)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2003(3):1-4.

[2] 劉哲良,張旭東,張旭,等.垂直圓盤氣吸式排種器攫取種子過程分析[J].農(nóng)機(jī)化研究,2012,34(7):70-72,77.

[3] 王萍. 玉米免耕播種機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀與前景[J]. 農(nóng)業(yè)科技與裝備,2012(3):73-74.

[4] 袁昌富,李景斌,李樹峰,等.2BMF-6機(jī)械式免耕精量播種機(jī)的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)化研究,2016,38(10):118-122.

[5] 牛文祥,王深研.2BJM-6型高速免耕氣吸式精量播種機(jī)的研制[J]. 現(xiàn)代化農(nóng)業(yè),2013(12):59-60.

[6] 劉立晶,劉忠軍,楊學(xué)軍,等.氣流輸送式小麥免耕播種機(jī)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2011(2):54-57.

[7] 趙金英,李祎明,李建東,等.2BMQJ6型氣吸式玉米免耕播種機(jī)的研制[J].農(nóng)機(jī)化研究,2011,33(7):81-84.

[8] 夏連明.玉米精量播種機(jī)關(guān)鍵部件研究[D].哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué),2011.

[9] 楊薇,李建東,王飛,等.2BMJ-4型玉米免耕精密播種機(jī)播種單體設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)工程,2015(1):56-58.

[10] 劉立晶,楊學(xué)軍,李長(zhǎng)榮,等.2BMG-24型小麥免耕播種機(jī)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2009(10):39-43.

[11] 宋國(guó)平. 2BMS-2型雙行免耕施肥精量播種機(jī)的研究與設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備,2012(6):79-80，95.

The Design of 2BJM-12 Air-Suction Type No-tillage Precision Planter

Li Ruia， Yi Shujuana， Zhao Binb， Li Yifeib， Yang Liua

(a.College of Engineering; b.College of Information and Technology, Heilongjiang Bayi Agricultural University， Daqing 163319, China)

With the popularization and application of conservation tillage technology,the small no-till planter has failed to meet the requirement of development of conservation tillage and people’s needs with the increasing material and cultural speed.Recently,the machine is existing the problems such as single function ,no-till planter seeding issue.To solve these problems,we designed 2BJM-12 no-till of suction type precision seeder.This article mainly introduces the over design of the machine,main technical parameter and the key components.The machine uses wheel transmission mode of operation,has all characteristics of no-till,high speed,precision seeding,and the machine could broken stubble breaking soil and deep side fertillizing, precise seeding,suppression of the work on only one step, it is good enough for the development of the conservation-tillage technology.

planter; air-suction type; no-tillage; conservation tillage

2016-10-20

“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2014BAD06B04);黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)研究生創(chuàng)新科研項(xiàng)目(YJSCX2016-Y34)

李 芮(1992-)，女，河北邯鄲人，碩士研究生，(E-mail)aclevercrab@sina.com。

衣淑娟(1965-)，女，山東棲霞人，教授，博士生導(dǎo)師，(E-mail)yishujuan_2005@126.com。

S223.2+5

A

1003-188X(2017)12-0063-05