□劉小譚 庹洪章 唐 亮 張 艷/四川省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究設(shè)計(jì)院

丘區(qū)玉米播種施肥鋪膜一體機(jī)研究開發(fā)＊

□劉小譚 庹洪章 唐 亮 張 艷/四川省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究設(shè)計(jì)院

四川丘區(qū)具有地塊較小、土壤粘重、耕作質(zhì)量提高困難的特點(diǎn)，目前省內(nèi)適用的玉米播種機(jī)多是微耕機(jī)帶動的小微型玉米播種，播種勞動力強(qiáng)度大，效率低。為了提高四川省丘區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度，針對四川省玉米種植模式，本文主要研發(fā)了一種適用于丘區(qū)，配套中小型輪式拖拉機(jī)，通過更換播種單元就能滿足露地直播和鋪膜、播種、施肥于一體的多功能播種機(jī)，并對本機(jī)進(jìn)行了現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該設(shè)備實(shí)用性、可靠性與便捷性。

玉米；播種機(jī)；丘區(qū)

0 引言

針對四川丘陵山地的地形及玉米播種的季節(jié)不同，本文研究的玉米播種機(jī)可通過更換播種單元來達(dá)到鋪膜播種和露地播種兩種功能，從而能夠解決春玉米機(jī)播需要鋪膜，夏玉米機(jī)播不鋪膜的問題，增強(qiáng)了該類機(jī)型的實(shí)用性，填補(bǔ)了該類機(jī)型的技術(shù)空白。

1 總體結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 總體結(jié)構(gòu)

丘區(qū)玉米播種施肥鋪膜一體機(jī)是為丘陵地區(qū)玉米機(jī)械化播種而設(shè)計(jì)，本機(jī)采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖1～3所示，施肥模塊由機(jī)架、排肥裝置、施肥開溝器、地輪以及傳動系統(tǒng)（錐齒輪及鏈傳動）構(gòu)成；膜上播種模塊由鋪膜機(jī)構(gòu)、勺輪排種器、鴨嘴形滾筒播種機(jī)構(gòu)以及傳動系統(tǒng)（包括變速箱）構(gòu)成。該機(jī)具由輪式拖拉機(jī)懸掛，配備動力大于等于18kW，可實(shí)現(xiàn)二行施肥、膜上精密播種；拆下膜上播種模塊，更換上兩個帶平行四連桿機(jī)構(gòu)的仿形播種單元即可實(shí)現(xiàn)露地直播、施肥等功能。

1.2 工作原理及工作過程

圖1 丘區(qū)玉米播種施肥鋪膜一體機(jī)主視圖

圖2 丘區(qū)玉米播種施肥鋪膜一體機(jī)俯視圖

本機(jī)具采用鉸接方式懸掛連接玉米播種機(jī)和拖拉機(jī)。播種時在拖拉機(jī)的牽引作用下，帶動安裝在播種機(jī)架上的施肥開溝器和鋪膜取土犁，同時對土壤進(jìn)行開溝，開溝深度可根據(jù)工作時農(nóng)藝要求進(jìn)行調(diào)整，地輪提供支撐、限深和排肥動力；地輪和排肥軸之間采用錐齒輪和鏈輪傳動，鏈輪傳動有飛防止反轉(zhuǎn)。本機(jī)具的整體運(yùn)動，驅(qū)動地輪轉(zhuǎn)動，驅(qū)動排肥裝置運(yùn)轉(zhuǎn)，完成排肥功能；肥料經(jīng)由排肥管導(dǎo)入施肥開溝器底部，完成施肥功能，可采用改變外槽輪工作長度的方式來調(diào)節(jié)施肥量。

圖3 裝備平行四連桿機(jī)構(gòu)仿形播種單元結(jié)構(gòu)圖

鋪膜播種模塊通過卡件固定在機(jī)架上，由V型刮土板整理種床，鋪膜取土犁提供壓膜所需土壤，鴨嘴滾筒播種器穿破薄膜投下種子，播深4～5cm，排種器采用勺輪排種器，勺輪排種器和鴨嘴滾筒播種器采用變速箱聯(lián)接，改變株距需要增減鴨嘴數(shù)量，改變鴨嘴數(shù)量后，換到相應(yīng)檔位即可。露地直播功能可通過更換平行四連桿機(jī)構(gòu)的仿形播種單元來實(shí)現(xiàn)。平行四連桿仿形機(jī)構(gòu)能夠減小地面不平整對播種精度及深度的影響，讓播種更精確、更快（6～8km/h）。

本研究采用的勺輪精密排種器附帶一體化變速箱，可以方便調(diào)整株距。

播種單體旋轉(zhuǎn)的排種盤均勻分布有18個勺型槽，當(dāng)排種器運(yùn)轉(zhuǎn)時，排種盤旋轉(zhuǎn)帶動勺型槽進(jìn)入充種區(qū)內(nèi)取種，由于玉米種子的尺寸稍小于勺型槽的仿形尺寸，因此剩余的玉米種子會落回到取種區(qū)；清種區(qū)設(shè)有清種刷，其作用是把多余的種子刷落入排種器，這樣做既能實(shí)現(xiàn)播量精確又能保證不傷種；然后，玉米種子從排種器排出，并由鴨嘴型播種器將玉米種子埋入土壤，經(jīng)覆土和鎮(zhèn)壓后，完成播種。施肥裝置是由錐齒輪和鏈輪傳動帶動外槽輪式排肥器運(yùn)轉(zhuǎn)的，肥料由導(dǎo)肥管排入溝槽內(nèi)，完成施肥過程。鋪膜裝置則是鋪膜輥上的薄膜通過支膜桿、導(dǎo)膜桿、展膜輥的聯(lián)合作用，將薄膜橫鋪在地上，以便鴨嘴型投種裝置能夠扎透薄膜，完成播種過程。

1.3 技術(shù)指標(biāo)

外形尺寸（長×寬×高）：2800mm× 1600mm×1020mm；機(jī)器質(zhì)量：260kg；配套動力：18kW；作業(yè)行數(shù)：2行；作業(yè)速度：3～5km/h；薄膜寬：900mm；鋪膜幅數(shù)：1幅；行距：450～600mm；粒距：140～235mm；穴粒數(shù)：1～2粒；播穴數(shù)：6.75萬穴/hm2；播種深度：40～50cm；排肥量：30～60kg/hm2；施肥深度：100～150mm；生產(chǎn)率：0.36～0.60hm2/h。

2 主要工作部件

2.1 播種單體

本機(jī)具采用單體雙輪驅(qū)動排種仿形結(jié)構(gòu)，能夠同時驅(qū)動2個排種器，播種開溝器與驅(qū)動輪相距不大于10cm。為了減少下種時種子的彈跳及播種時受側(cè)風(fēng)的影響，播種單體為鴨嘴式仿形排種結(jié)構(gòu)，用于在地面上開孔和將種子植入孔穴中，播種單體采用鴨嘴形結(jié)構(gòu)有利于減少傷種率，提高排種精度，使播深可控、易調(diào)。

2.2 開溝器

本機(jī)具采用楔刀型仿形開溝器，由前刀、底座、連接螺栓和側(cè)翼組成。入土角為15°～16°，開溝寬度為5cm，高度H為15cm，底端長度L為15.6cm。底座上設(shè)計(jì)有凹槽可方便前刀插入，同時可以采用內(nèi)螺栓固定的方式，能更加方便地更換刀具，對前刀進(jìn)行開刃后作調(diào)質(zhì)處理，以提高刀具的耐磨性。開溝器工作前，前刀先于地面劃開一條預(yù)開溝槽，把土壤推向預(yù)開溝槽的兩邊；側(cè)翼的作用是疏松溝槽兩邊的土壤，有利于玉米的生長。實(shí)驗(yàn)表明，此播種開溝器具有開溝寬度適中、開溝深度一致性較高的特點(diǎn)。

2.3 鋪膜裝置

本機(jī)具通過與土壤摩擦帶動鋪膜機(jī)構(gòu)，通過支膜桿、導(dǎo)膜桿、展膜輥的聯(lián)合作用來工作，本機(jī)具運(yùn)行時，鋪膜取土犁先在兩側(cè)各開出一條5～10cm的溝槽，展膜輥將薄膜平鋪于地面，滾筒外沿展膜錐盤將薄膜的兩側(cè)壓入開好的溝槽內(nèi)，同時也將膜鋪在地面上橫向展平，覆土圓盤將土壤推向槽內(nèi)的薄膜及薄膜兩側(cè)的孔穴上，壓住兩邊的薄膜、蓋住膜孔并形成膜床；與此同時蓋住孔穴上方多余的土壤被刮土板刮掉，鎮(zhèn)壓輪將溝槽內(nèi)松散的土壤壓實(shí)，實(shí)現(xiàn)鋪膜功能，這樣的工作步驟有益于保墑，并能夠促進(jìn)種子發(fā)芽。

2.4 排種器

本研究的排種器為精密排種器，采用18個勺型槽均勻分布在排種盤內(nèi)，如圖4所示，當(dāng)排種器運(yùn)轉(zhuǎn)時，排種盤旋轉(zhuǎn)帶動勺型槽進(jìn)入充種區(qū)內(nèi)取種；本研究的勺型槽為仿形，玉米種子的尺寸稍小于勺型槽的仿形尺寸，當(dāng)玉米種子進(jìn)入到勺型槽種勺內(nèi)時，多余的玉米種子會因旋轉(zhuǎn)方向無力支撐而落回到取種區(qū)；當(dāng)排種盤繼續(xù)旋轉(zhuǎn)到清種區(qū)時，設(shè)計(jì)的塑料刷會把多余的種子刷回排種器中，當(dāng)排種輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)達(dá)到鴨嘴形投種裝置時，種子釋放到鴨嘴形裝置中，投種動作完成。實(shí)驗(yàn)表明，該精密排種器具有不傷種、充種性好、播種精準(zhǔn)且播量精確的優(yōu)點(diǎn)。

膜上播種模塊由鋪膜裝置、勺輪排種器、鴨嘴形滾筒播種機(jī)構(gòu)以及傳動系統(tǒng)（包括變速箱）構(gòu)成。因此，播種粒距與地輪直徑、各鏈輪的傳動比的關(guān)系表達(dá)如下式。

圖4 勺輪排種器

式1中：S-播種粒距；

D地-地輪直徑；

k-各鏈輪的傳動比；

式2中：n為轉(zhuǎn)速，z為鏈輪齒數(shù)。

2.5 覆土器

本機(jī)具采用圓盤式覆土器，與玉米播種機(jī)的前行方向有一定的傾角，可調(diào)。工作時受到機(jī)具的前進(jìn)驅(qū)動，覆土器翻轉(zhuǎn)土壤，并將土壤推進(jìn)槽溝中實(shí)現(xiàn)覆土動作；可調(diào)節(jié)翼板上覆土器的安裝孔位來調(diào)整覆土量與覆土角度。

2.6 施肥裝置

本機(jī)具采用外槽輪式施肥器，可以改變外槽容積大?。üぷ鏖L度）來調(diào)節(jié)施肥量；作業(yè)時，肥料經(jīng)導(dǎo)肥器進(jìn)入施肥開溝器，然后落入施肥溝內(nèi)，肥料箱的容積計(jì)算公式如下。

式3中：V（m3）為肥料箱的容積；B（m）為機(jī)具工作幅寬；L（m）為肥料箱裝滿一次所走過的距離；Q（kg/hm2）為每公頃播量；η為肥料箱的充滿系數(shù)，取η=0.7；v（kg/dm3）為肥料箱的容量。

依照四川地區(qū)丘區(qū)具體的作業(yè)要求，計(jì)算得到肥料箱容積至少為0.06m3，本文設(shè)計(jì)肥料箱長×寬×高結(jié)構(gòu)尺寸為330mm×1500mm×310mm。

2.7 地輪及傳動部件

本機(jī)采用兩個橡膠充氣地輪，直徑430mm，采用封閉式錐齒輪傳動作第一級。而丘區(qū)現(xiàn)在使用的北方鋪膜播種機(jī)采用小直徑（250mm）金屬滾筒作地輪，容易打滑和粘附泥土導(dǎo)致排肥傳動比改變；傳動采用鏈傳動，接近地面部分容易被秸稈和泥土污染，導(dǎo)致傳動失效。本機(jī)采用的橡膠充氣地輪直徑較大，滑轉(zhuǎn)率低，泥土粘附較少，封閉式錐齒輪傳動可以實(shí)現(xiàn)免維護(hù)，傳動比變化小，施肥精度高。

3 播種試驗(yàn)

本機(jī)在四川省三臺縣進(jìn)行了田間試驗(yàn)。播種地塊為丘陵旱地，砂性土壤，播前整地；試驗(yàn)地總面積為20hm2，作業(yè)速度為3～5km/h；配套動力為輪式拖拉機(jī)。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)本機(jī)具地面附著力好，操作方便，運(yùn)行平穩(wěn)，播種精準(zhǔn)、穩(wěn)定，適合四川丘區(qū)作業(yè)。

4 結(jié)論

1）本文研究的機(jī)型采用模塊化結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊、便捷實(shí)用，能夠?qū)崿F(xiàn)鋪膜、膜上播種、施肥及覆土等功能。通過更換播種單元能夠?qū)崿F(xiàn)露地直播。克服了原有鋪膜播種機(jī)容易打滑、土壤潮濕容易粘附、影響施肥精度等問題，填補(bǔ)了四川丘陵山區(qū)玉米播種鋪膜一體機(jī)的技術(shù)空白。

2）本機(jī)具采用精密排種器和鴨嘴仿形播種結(jié)構(gòu)，具有播種均勻、強(qiáng)制播種裝置效果好和漏播率低的優(yōu)點(diǎn)。本機(jī)具地面附著力好，運(yùn)行平穩(wěn)，播種精準(zhǔn)、穩(wěn)定，適合四川丘區(qū)作業(yè)。

3）通過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該機(jī)型的實(shí)用性、可靠性與便捷性，本機(jī)具能夠降低農(nóng)民勞動強(qiáng)度，增加農(nóng)民經(jīng)濟(jì)收入，提高四川丘區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，產(chǎn)生良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

4）本機(jī)具還可以調(diào)整橫向結(jié)構(gòu)尺寸，適當(dāng)增加支撐地輪間距，減少鋪膜播種機(jī)構(gòu)的縱向聯(lián)接尺寸，進(jìn)一步縮小機(jī)具長度，便于丘區(qū)田間轉(zhuǎn)移。

【1】張禮鋼,石磊,陳長林,張彬,沐森林.2BFMX系列玉米免耕施肥播種機(jī)的研制[J].中國農(nóng)機(jī)化,2007,(06).

【2】姜心祿,鄭家國,池忠志.丘陵山地油菜茬玉米凈作機(jī)械化播種機(jī)械選型研究[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2011,(04).

S224.2

B

2095-3615（2017）01-0035-03

四川科技支撐計(jì)劃（項(xiàng)目編號2014NZ0100）——四川丘區(qū)玉米全程機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)研究與裝備開發(fā)。