左憲強(qiáng),田洪嶺,郭淑紅,裴帥帥,吳昌娟,王秋寶

(山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 經(jīng)濟(jì)作物研究所,山西 汾陽 032200)

0 引言

“遠(yuǎn)志”(據(jù)《神農(nóng)本草經(jīng)》記載)具有安神益智[1]、祛痰[2]、消腫[3]的功能,是傳統(tǒng)的中藥材,其種子表面帶有絨毛且顆粒小。播種是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)之一,播種質(zhì)量的好壞直接影響農(nóng)作物的出苗和生長。遠(yuǎn)志的播種深度要求深度較淺,屬于地表播種類藥材,播種時(shí)要求地面平整、地表不能有較厚的板結(jié)層,且虛土層不能太厚。

在整地環(huán)節(jié),現(xiàn)有技術(shù)為播種前大多使用鐵耙利用手扶拖拉機(jī)或牲力作為動力將地耙平,破除板結(jié)層,為播種做好準(zhǔn)備,但整地效果不理想,且勞動強(qiáng)度大。

在播種環(huán)節(jié)中,現(xiàn)有遠(yuǎn)志播種機(jī)為在小麥播種機(jī)基礎(chǔ)上通過改造開溝器研制的,方法為縮小開溝深度,增加開溝器寬度,并將開溝器后方種子落下的方向加裝一塊帶有一定角度的、上面焊有一定排列性狀突起物的鐵片,以打散落下種子的流體結(jié)構(gòu),以達(dá)到在地面一定的寬幅面上均勻分布種子的目的;然后,進(jìn)行覆土、鎮(zhèn)壓等工序,完成遠(yuǎn)志的播種作業(yè)。

上述機(jī)具在實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)過程中效果還是不理想,主要原因:一是遠(yuǎn)志種子特殊的農(nóng)藝性狀,要求種子在地面以一定的寬幅面上均勻分布,但現(xiàn)有的播種機(jī)結(jié)構(gòu)種子分散不均勻,效果不理想;二是遠(yuǎn)志的播種深度淺,對整地的質(zhì)量要求較高,而現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中現(xiàn)有遠(yuǎn)志播種機(jī)因整地效果不太好,只有2～3單體的播種機(jī)適宜,極大地限制了5～6單體以上的大型播種機(jī)在生產(chǎn)上的應(yīng)用。

為此,根據(jù)近幾年遠(yuǎn)志播種的工作實(shí)踐,考察和分析了旋耕機(jī)及小麥、谷子、高粱等播種機(jī)械的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),設(shè)計(jì)了集于松表土、平田整地、開溝、播種、鎮(zhèn)壓一體的一次完成作業(yè)的遠(yuǎn)志專用旋播機(jī),且經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐獲得了較理想的結(jié)果。

1 總體設(shè)計(jì)及技術(shù)參數(shù)

1.1 總體設(shè)計(jì)方案

針對目前遠(yuǎn)志播種作業(yè)中存在的田面平整度差、破除土壤板結(jié)層效果不明顯、種子分散性差及播幅窄等實(shí)際問題,考查分析了目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上使用的旋耕機(jī)和小麥、谷子等播種機(jī)結(jié)構(gòu)[4-8],結(jié)合近幾年的工作實(shí)踐,設(shè)計(jì)時(shí)在開溝機(jī)構(gòu)、播種機(jī)構(gòu)前方設(shè)置了與旋耕機(jī)構(gòu)于一體的遠(yuǎn)志專用旋播機(jī)。這樣既能夠打破土壤板結(jié)層,又能更好地平整田面,從而使開溝、播種、鎮(zhèn)壓作業(yè)環(huán)節(jié)中各機(jī)構(gòu)與土壤接觸的作業(yè)面都在一個平面上,保證播種面的連續(xù)性、平整性,并能極大地減輕勞動強(qiáng)度,提高播種質(zhì)量作業(yè)效率。

1.2 技術(shù)參數(shù)

其主要技術(shù)參數(shù)如下:

外形尺寸/mm(長×寬×高): 2 050×1 520×960

配套動力/kW: 36.8

工作幅寬/mm: 1 500

作業(yè)效率hm2·h-1: 0.47～0.53

作業(yè)行數(shù)/行:6

行距/mm: 250

旋耕深度/mm: 10～180

工作深度/mm: 30～50

工作幅寬/mm: 1 500

播種深度/mm: 2～3

2 關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)、連接及相關(guān)參數(shù)

遠(yuǎn)志專用旋播機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示。旋耕機(jī)構(gòu)、開溝機(jī)構(gòu)、播種機(jī)構(gòu)和鎮(zhèn)壓機(jī)構(gòu)從前至后設(shè)置于機(jī)架上,機(jī)架前端設(shè)置有與牽引裝置連接的牽引架。機(jī)架包括第一機(jī)架和第二機(jī)架:第一機(jī)架上設(shè)置有旋耕機(jī)構(gòu),第二機(jī)架上設(shè)置有開溝機(jī)構(gòu)、播種機(jī)構(gòu)和鎮(zhèn)壓機(jī)構(gòu)。

圖1 實(shí)物圖

1.第一機(jī)架 2.第一牽引架 3.中央拉桿 4.第二牽引架 5.升降螺栓

2.1 旋耕機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及相關(guān)參數(shù)

根據(jù)遠(yuǎn)志專用旋播機(jī)整體設(shè)計(jì)要求及各個部件功能的發(fā)揮,旋耕機(jī)構(gòu)設(shè)置在第一機(jī)架上,第一機(jī)架與第二機(jī)架上方通過中央拉桿連接,下方通過左右螺栓頂桿連接。第一機(jī)架和第二機(jī)架之間設(shè)置有可調(diào)整相對高度的升降螺母,可調(diào)整第一機(jī)架和第二機(jī)架之間的相對高度,也可調(diào)整旋耕機(jī)構(gòu)和開溝機(jī)構(gòu)、播種機(jī)構(gòu)和鎮(zhèn)壓機(jī)構(gòu)之間的相對高度,以適應(yīng)不同的土壤類型、土壤干濕度及播種深度等要求。

旋耕機(jī)構(gòu)的主要作用是破除地表板結(jié)層和平整田面,遠(yuǎn)志播種的正常旋耕深度為3～5cm,且還可以除掉高度3cm以下的雜草。如雜草較高較多,可適當(dāng)增加旋耕深度,但不宜超過10cm,避免影響播種深度的調(diào)節(jié);如果地面不太平整,通過調(diào)整升降螺栓來減小第一機(jī)架與第二機(jī)架之間的高度差,以使旋耕深度增加,并通過旋耕機(jī)構(gòu)后方的刮板將地整平,但旋耕深度不超過10cm,否則會影響播種深度的調(diào)節(jié)。

旋耕機(jī)構(gòu)的工作寬度為150cm,作業(yè)深度可根據(jù)作業(yè)要求在1～18cm的范圍內(nèi)調(diào)整。

2.2 開溝機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及相關(guān)參數(shù)

根據(jù)整體設(shè)計(jì)要求及開溝機(jī)構(gòu)的作用將其活動設(shè)置于遠(yuǎn)志專用旋播機(jī)的第二機(jī)架上,開溝機(jī)構(gòu)根據(jù)地形條件及土壤墑情獨(dú)立調(diào)整開溝深度。機(jī)架上設(shè)置有套管,套管上設(shè)置有通孔,通孔上設(shè)置有固定螺栓。開溝機(jī)構(gòu)上表面設(shè)置有相應(yīng)的套管,固定螺栓通過調(diào)整開溝機(jī)構(gòu)在機(jī)架上的相對位置來控制開溝深度。開溝機(jī)構(gòu)為6個,等行距分布。

2.3 播種機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及相關(guān)參數(shù)

播種機(jī)構(gòu)是遠(yuǎn)志專用旋播機(jī)的核心部件,如何將其與旋耕機(jī)構(gòu)、開溝機(jī)構(gòu)和鎮(zhèn)壓機(jī)構(gòu)有機(jī)地組合起來,且使各個機(jī)構(gòu)的工作面整合在同一個工作面上是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。

依據(jù)播種機(jī)構(gòu)在整體設(shè)計(jì)中的作用將播種機(jī)構(gòu)設(shè)置于開溝機(jī)構(gòu)上方的第二機(jī)架上,如圖3～圖5所示。播種機(jī)構(gòu)可以根據(jù)地形條件及土壤墑情獨(dú)立調(diào)整播種深度,機(jī)架上設(shè)置有套管,套管上有通孔,通孔上設(shè)置有固定螺栓,播種機(jī)構(gòu)表面設(shè)置有相應(yīng)的套管,通過調(diào)整固定螺栓調(diào)整播種機(jī)構(gòu)在機(jī)架上的相對位置以控制播種深度。

1.播種器第一部分 2.播種器第二部分 3.第一阻擋器

播種機(jī)構(gòu)由種箱、排種器和播種器組成,種子分排均勻、種子下落分散均勻是播種機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的所在。播種器為中空薄壁結(jié)構(gòu),分為兩部分:第一部分開口設(shè)置為圓筒狀,和排種器相連,圓筒狀開口垂直向上設(shè)置;另一端開口設(shè)置為開口垂直向下的矩形開口,播種器整體結(jié)構(gòu)由上端圓筒狀開口漸變?yōu)榱硐露司匦伍_口。第二部分兩端均為矩形開口,第一端的矩形開口與第二端的矩形開口連接處底部設(shè)置過渡弧面管連接,播種器第二部分遠(yuǎn)離播種器第一部分的一端矩形開口所在平面與水平面角度為45°。

1.播種器第一部分 2.播種器第二部分 3.第一阻擋器

1.第二阻擋器 2.第二擋板 3.第一擋板 4.旋轉(zhuǎn)螺栓

播種器第二部分上設(shè)置有阻擋器。設(shè)置阻擋器的目的是使遠(yuǎn)志種子下落過程中分散均勻,阻擋器包括位于靠近過渡弧面的第一阻擋器和若干個第二阻擋器。第一阻擋器由相互垂直的第一擋板和第二擋板組成,第一擋板和第二擋板的厚度相等,第一擋板和第二擋板與播種器第二部分的矩形開口所在平面分別具有45°和135°夾角。

阻擋器包括若干第二阻擋器。第二阻擋器分布設(shè)置在第一阻擋器的第一擋板和第二擋板的延長線上,第二阻擋器之間設(shè)置有允許遠(yuǎn)志種子下落的間隙。

第二阻擋器設(shè)置有若干六角螺母。六角螺母焊接到播種器第二部分的內(nèi)部平面上或六角螺母通過螺栓固定到播種器第二部分的內(nèi)部平面上;播種器上設(shè)置有相配合的通孔,六角螺母的厚度小于等于第一擋板的厚度,用于增大遠(yuǎn)志種子的播撒寬度。

播種器總體高度300mm,播種器第一部分上端圓筒狀開口內(nèi)徑36 mm,外徑42 mm。播種器第二部分高165 mm,下端矩形狀開口處長160 mm,寬30 mm,厚度為3 mm,過渡弧面的切線與水平面的夾角為45°,兩個播種器的間距為90mm,且與排種器連接的地方與地面垂直;下半部分有圓筒狀漸變?yōu)楸馄綘?為弧線形設(shè)計(jì),接觸地面時(shí)扁平狀開口處寬160mm、高165mm,弧線的切線與地面的夾角為45°。

2.4 鎮(zhèn)壓機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及相關(guān)參數(shù)

鎮(zhèn)壓機(jī)構(gòu)的設(shè)置主要是針對黃土高原山西的土壤類型和氣候特點(diǎn)而設(shè)計(jì)的,目的是保持土壤水分、減少土壤水分蒸發(fā)和促進(jìn)種子與土壤接觸,使遠(yuǎn)志種子在雨季萌發(fā),幼苗在入冬前達(dá)到正常的生理指標(biāo)而正常越冬。

鎮(zhèn)壓機(jī)構(gòu)設(shè)置于播種機(jī)構(gòu)后的機(jī)架上,鎮(zhèn)壓機(jī)構(gòu)包括與機(jī)架后端下方相連的鎮(zhèn)壓輪,鎮(zhèn)壓輪根據(jù)地形條件及土壤墑情獨(dú)立調(diào)整鎮(zhèn)壓深度。機(jī)架上設(shè)置有套管,套管上設(shè)置有通孔,通孔上設(shè)置有固定螺栓,鎮(zhèn)壓輪上表面設(shè)置有相應(yīng)的套管,固定螺栓調(diào)整鎮(zhèn)壓機(jī)構(gòu)在機(jī)架上的相對位置,從而調(diào)整鎮(zhèn)壓輪的鎮(zhèn)壓深度,還包括可根據(jù)作業(yè)需求調(diào)整配重的配重架;每個鎮(zhèn)壓輪的輪面寬度比播種器稍寬,為175mm、直徑165mm,兩個鎮(zhèn)壓輪的間距為75mm,質(zhì)量為5kg,并可根據(jù)作業(yè)要求在配重架上增加配重,使每個鎮(zhèn)壓輪的鎮(zhèn)壓質(zhì)量達(dá)到30kg。

3 操作技術(shù)要點(diǎn)

3.1 選擇雨季播種可獲遠(yuǎn)志苗全苗旺

遠(yuǎn)志種子較小,屬于地表播種類藥材。山西的氣候特點(diǎn)屬于大陸性季風(fēng)氣候:冬季較長且寒冷干燥;夏季炎熱雨水集中;春季氣候多變,風(fēng)沙較多;秋季短暫,氣溫年份間差異較大;年降雨量400～600mm。雨量分布情況是春、秋兩季各占15%～20%,夏季占50%～60%,冬季僅占2%～3%。一年中80%的雨量降在了6-9月。所以,遠(yuǎn)志播種期選擇在6月下旬-7月上、中旬比較合適,既保證了遠(yuǎn)志的正常出苗,又有充足水、熱、光資源供幼苗正常生長,保證安全越冬。

3.2 配備合適的牽引動力裝置

根據(jù)近幾年的工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為:牽引動力裝置為25.7～36.8kW的四輪拖拉機(jī),要求拖拉機(jī)的輪邊距(最外)不應(yīng)超過1 350mm。將遠(yuǎn)志專用旋播機(jī)的第一牽引機(jī)架與拖拉機(jī)連接,隨著拖拉機(jī)的行駛,合理控制檔位及車速,帶動遠(yuǎn)志專用旋播機(jī)裝置前行,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)志播種的旋耕、開溝、播種及鎮(zhèn)壓作業(yè)一次完成。

3.3 農(nóng)機(jī)手在操作中使用低4擋、全油門

旋耕機(jī)轉(zhuǎn)速越高,行進(jìn)速度越慢,旋耕效果越好,所以檔位越低,油門越大,效果越好。

播種機(jī)構(gòu)要求行進(jìn)速度較快,通過地輪與地面摩擦傳動帶動鏈條使排種器轉(zhuǎn)動,排種器轉(zhuǎn)動越快,種子下落速度越快,與阻擋器發(fā)生碰撞后能夠更好地打散種子下落過程中形成的流體結(jié)構(gòu),從而使種子通過播種器第二部分的出口處時(shí)分散性更好。作業(yè)效率以0.47～0.53hm2/h為宜。

3.4 操作過程中要時(shí)刻注意播種深度

通過液壓升降桿及時(shí)調(diào)節(jié),播種效果要求為遠(yuǎn)志種子在地面均勻分布,種子頂部的小白頭與地面持平,肉眼可見,種子帶有絨毛的灰色部分種植于土壤中,肉眼不可見,此點(diǎn)尤為重要,操作難度較大,鎮(zhèn)壓輪鎮(zhèn)壓后播種面平整、緊實(shí)。

4 田間試驗(yàn)與結(jié)果

4.1 試驗(yàn)條件

新型“遠(yuǎn)志專用旋播機(jī)”的播種試驗(yàn)于2018年6月22日在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所中藥材課題試驗(yàn)基地進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)為山西中部,氣候條件屬大陸型季風(fēng)氣候,年降雨量470mm左右,年平均氣溫10℃,土壤類型為褐土型壤土,耕作層0～20cm土壤有機(jī)質(zhì)為1.407%,全氮0.059 1%,全磷(P2O5)0.155%,速效氮38.8mg/kg,速效磷(P2O5)14.5mg/kg,土壤含水率為10.1% ( 測量深度小于5cm)。播種試驗(yàn)地塊面積為2.7hm2。

4.2 試驗(yàn)結(jié)果與出苗情況

2018年9月23日,在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所中藥材課題試驗(yàn)地隨機(jī)選擇具有代表性的調(diào)查點(diǎn)調(diào)查出苗數(shù),在不同調(diào)查點(diǎn)的同一條播幅上分別截取單壟長88.8cm(相當(dāng)于單壟面積2平方尺)分別調(diào)查各壟的出苗數(shù),重復(fù)3次。出苗情況的調(diào)查結(jié)果如表1所示。

表1 遠(yuǎn)志播種試驗(yàn)出苗情況調(diào)查結(jié)果

續(xù)表1

統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明:遠(yuǎn)志播種調(diào)查點(diǎn)二平方尺面積出苗的總平均數(shù)為216株,標(biāo)準(zhǔn)差為11.51,同一播幅中壟與壟之間苗數(shù)的變異系數(shù)為5.33。因變異系數(shù)是表示變異程度的純數(shù),說明遠(yuǎn)志專用旋播機(jī)播種的種子均勻程度良好。

5 結(jié)論

1)遠(yuǎn)志專用旋播機(jī)的研制系統(tǒng)地解決了山西及北方地區(qū)遠(yuǎn)志播種作業(yè)中整地平整度差、破除表土板結(jié)效果不明顯及種子分散不勻等技術(shù)性問題,使平田整地、開溝、播種、鎮(zhèn)壓作業(yè)環(huán)節(jié)中各機(jī)構(gòu)與土壤接觸的作業(yè)面都在一個平面上,保證了播種面的連續(xù)性、平整性,為當(dāng)?shù)剡h(yuǎn)志等小籽粒種子地表播種類藥材的規(guī)?；N植、減輕勞動強(qiáng)度、減少生產(chǎn)成本及提高播種質(zhì)量提供了技術(shù)設(shè)備支撐。

2)試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析表明:同一播幅中壟與壟之間苗數(shù)的變異系數(shù)為5.33小,種子播種的均勻程度良好。