張耘祎 張飛 崔軍 王成文 李想

0 引言

大蒜是勞動密集型栽培作物，主要種植流程包括整地、開溝、播種、覆膜、田間管理、抽薹、收獲等[1]，播種是其中的重要環(huán)節(jié)。由于缺乏實用的大蒜種植機械，大蒜播種目前主要依靠人工完成。人工作業(yè)存在勞動強度大、占用農時多、生產效率低等問題，制約了大蒜產業(yè)的發(fā)展。在田塊規(guī)模不大、仍以個體種植為主的地區(qū)，研發(fā)推廣適應農藝要求的大蒜種植機械對推進大蒜生產機械化具有重要意義。本項目提供了一種液壓傳動、前后輪同時驅動、帶有株距變速箱的六行手扶式大蒜播種機，并獲得實用新型專利。該機結構簡單、小巧靈活、價格較低，能實現(xiàn)單粒取蒜，播深穩(wěn)定，播種效率高。與人工作業(yè)相比，可降低勞動強度，提高作業(yè)效率，增加農民收入。

1 大蒜播種機研發(fā)現(xiàn)狀

大蒜播種屬于精量播種范疇,目前研究熱點在單粒播種和蒜瓣種植后的定向兩大方面。國外大蒜播種機的單粒取種方式主要為機械式取種，有窩眼輪式、勺帶式、夾持式、勺鏈式、轉勺式及振動式等[2]。國外大蒜種植機的特點是開溝之后散播，基本可實現(xiàn)單粒排種、大面積機械種植，但控制不了蒜瓣種植后的蒜瓣定向問題。我國大蒜播種機單粒取種方式主要分為機械式和氣力式。機械式取種除上述取種方式外，還有錐盤式、旋轉式、轉筒式及鏈勺式；氣力式取種方式主要為氣吸式。定向研究方面具有代表性的是中國農業(yè)機械化科學研究院及有關單位聯(lián)合研制開發(fā)的自走式五行大蒜種植機，該機可實現(xiàn)種植時的自動喂料、蒜種落下時的瓣尖向上控制等功能，雖在技術上取得了一定進步，但也存在一些問題，仍有需進一步改進和完善的地方，因而亦未能推廣應用。目前，已有的大蒜種植機械要么體積龐大需要與拖拉機聯(lián)合使用，要么轉彎半徑大，操作困難，國內尚沒有實用且大面積推廣的大蒜種植機械。

2 六行手扶式大蒜播種機基本結構及工作原理

2.1 整體結構

六行手扶式大蒜播種機由車架、柵條滾子、扶手、后行走總成、種倉、播種總成、開溝器、轉向總成、劃行器和動力系統(tǒng)等構成。詳見圖1。各部分連接關系如下：車架由兩道相互平行的底梁組成，其前端連接有柵條滾子，作為前驅動輪；后端固連有扶手，并安裝后行走總成。車架靠近扶手一側的上部設置種倉，種倉內設有播種總成。播種總成包括取種裝置、排種管和株距變速箱。取種裝置安裝于種倉內，種倉的外部對應取種裝置，設置有排種管。排種管的頂部位于種倉的一側，設有開口，承接取種裝置取上來的蒜種，底端位于開溝器的后方。株距變速箱與取種裝置傳動連接。開溝器安裝于車架下部，位于前驅動輪的后方。車架的中部安裝有轉向總成,轉向總成能夠將大蒜播種機整機向上頂起，實現(xiàn)轉向。車架至少一側安裝有劃行器。播種總成、后行走總成以及轉向總成均與動力系統(tǒng)連接。

2.2 工作原理

圖1 六行手扶式大蒜播種機結構圖

該機使用時，將蒜種放置在種箱內，由動力裝置帶動大蒜播種機行走，接地輪帶動齒輪旋轉，在傳動鏈條的作用下,錐形輪與齒輪同步旋轉，錐形輪帶動傳送器輸送蒜種，對蒜種實施種植。該機具有以下特點：

1）行走驅動輪采用外圓開放式柵格結構，在松軟的土地上能夠產生更大的驅動力；

2）播種行數(shù)設定為六行，方便與大蒜聯(lián)合收獲機收獲要求相適應；

3）在播種機中部安裝一個液壓升降機構，當需要轉向掉頭時，液壓升降機構將整機頂起，用手轉動整機掉頭，轉彎半徑小，轉彎方便；

4）配備劃行器，保證播種行距均勻一致，方便后續(xù)的田間管理和收獲；

5）配備多檔位株距變速箱，用于控制播種株距的大小。

2.3 基本參數(shù)

1）外形尺寸（長×寬×高）：132 cm×137 cm×104 cm；

2）配套動力：190 汽油機（8.2 kW)；

3）掛接形式：自走式；

4）作業(yè)幅寬：120 cm；

5）作業(yè)行數(shù)：6 行；

6）作業(yè)行距：20 cm；

7）株距：6～8 株/m(可調)。

3 田間試驗

3.1 試驗條件

1）試驗時間：2018 年 9 月 27 日；

2）試驗地點：江蘇省徐州市豐縣首羨鎮(zhèn)穆莊；

3）大蒜品種：徐州白蒜，蒜種最寬處的寬度在13 ～25 mm，大小均勻；

4）試驗地塊：作業(yè)地塊測定區(qū)長100 m、寬40 m，兩端預備區(qū)長20 m，沿測試地塊的長度和寬度中點連十字線，將地塊劃分為4 塊，隨機抽取對角的2 塊作為檢測樣本；

5）土壤類型：沙壤土，含水率為24.9%，土壤硬度24.5 kPa。

試驗條件符合機械播種作業(yè)要求。將用于試驗的大蒜播種機按規(guī)定調整至最佳技術狀態(tài)，設定株距為15 cm。

3.2 試驗內容

測試機具的性能指標尤其是與播種質量密切相關的5 個指標（種子機械破損率、空穴率、重播率、穴距合格率、播種深度合格率）能否達到設計要求。目前，我國還沒有針對大蒜播種裝備的技術標準，試驗方法主要參考JB/T 10293－2001《單粒（精密）播種機技術條件》、GB/T 6973－2005《單粒（精密）播種機試驗方法》以及相關農藝要求。

3.3 試驗結果分析

3.3.1 試驗結果

1）作業(yè)時整機運行可靠，沒有發(fā)生換擋困難、動力熄火、陷車、故障等情況。

2）種子機械破損率為0.8%。種子破損主要在出現(xiàn)蒜瓣連體時發(fā)生。因此，蒜種準備時一定要嚴格篩選，確保每個蒜體獨立分瓣。

3）空穴率為4.5%。經過排查分析發(fā)現(xiàn)，空穴主要是由個別排種管不順直造成的，需要將播種管理順固定，防止變形。

4）重播率為2.6%。重播主要是由蒜種連體造成的；或者是因為蒜瓣過小，取種器取種時同時取了兩個。因此，需要對蒜種進行嚴格篩選。

5）穴距合格率為92.1%。穴距偏差不超過1 cm 為合格。穴距不合格主要是由于前期整地不到位，土壤沒能完全打碎，土壤間隙較大，使得蒜種不能很好地在限定位置著落，落入土壤縫隙，從而穴距出現(xiàn)誤差。

6）播種深度合格率91.4%。深度偏差不超過1 cm 為合格。

從試驗結果來看，該機主要性能指標值均達到或優(yōu)于市面上同類機具指標值，試驗結果同時也驗證了該設計思路和制造工藝是可行的，為后期機具的改進優(yōu)化以及批量生產提供了可靠依據(jù)。

3.3.2 存在的不足與建議

1）由于主要采用鋼鐵件，本機顯得較為笨重，作業(yè)時對土壤壓實較為明顯，因此有必要采用輕量化設計理念，減小機具的整機重量。

2）盡量選用標準件以提高可靠性，降低成本。機具制造時，應嚴把材質、加工、焊接及裝配質量關，以提高整機的使用可靠性。

4 結論

根據(jù)當前大蒜播種技術研發(fā)現(xiàn)狀以及市場需求，兼顧小農戶和規(guī)模種植大戶的需求，設計了六行手扶式大蒜播種機。試驗示范基地的生產試驗考核結果表明，該機具作業(yè)特點和作業(yè)性能能夠滿足當前大蒜播種農藝要求，具有較高的推廣應用價值。