張曉軍

(山西省運(yùn)城市農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究所，山西 運(yùn)城 044000)

0 引言

隨著各地保護(hù)性耕作技術(shù)的不斷推廣應(yīng)用，以及國(guó)家惠農(nóng)政策的扶持，免耕、少耕播種機(jī)逐漸得到農(nóng)民的認(rèn)可，機(jī)型逐漸增多，但在玉米、小麥和水稻、小麥一年兩熟地區(qū)，在大量農(nóng)作物秸稈粉碎覆蓋地表，或土壤墑情較重情況下，完成小麥高產(chǎn)播種還存在不少問(wèn)題[1-3]。一是作業(yè)工序較多，小麥播種前地表留有大量秸稈，需要進(jìn)行秸稈粉碎、耕翻土地壓埋秸稈、整地、播種和施肥等作業(yè)。二是聯(lián)合作業(yè)農(nóng)機(jī)具性能有待進(jìn)一步提高，一次作業(yè)完成土壤耕作、施肥播種和鎮(zhèn)壓等多道工序的小麥播種機(jī)，在玉米、水稻秸稈全量覆蓋地表情況下，播種機(jī)通過(guò)性差、作業(yè)質(zhì)量差。三是作業(yè)速度低、效率低，如條帶免耕小麥播種機(jī)作業(yè)速度加快后，作業(yè)質(zhì)量變差，只能在低速狀態(tài)下播種作業(yè)，因而生產(chǎn)效率低、農(nóng)機(jī)經(jīng)營(yíng)效益差，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)。研究解決秸稈覆蓋地表一次作業(yè)完成小麥高質(zhì)量播種的機(jī)具成為市場(chǎng)亟需[4-7]。

針對(duì)傳統(tǒng)小麥免耕播種機(jī)存在的問(wèn)題，研制開(kāi)發(fā)出雙軸小麥少免耕帶狀施肥播種機(jī)，一次作業(yè)完成土壤耕作、秸稈粉碎覆蓋還田、化肥深施、小麥播種和覆土鎮(zhèn)壓等多道工序，解決秸稈全量還田后小麥高效、高質(zhì)量播種施肥難題。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

雙軸小麥少免耕帶狀施肥播種機(jī)主要由懸掛架、機(jī)架、前后雙軸旋耕刀軸、旋耕刀片、種肥箱體、排肥排種器、中央變速箱、傳動(dòng)箱、前后施肥播種開(kāi)溝器、鎮(zhèn)壓輪和排肥排種器動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.前旋耕刀軸 2.旋耕刀片 3.機(jī)架 4.中央變速箱 5.懸掛架 6.種肥箱體 7.排肥器 8.排種器 9.排肥排種器動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng) 10.鎮(zhèn)壓輪 11.后施肥播種開(kāi)溝器 12.后旋耕刀軸 13.旋耕刀片 14.左傳動(dòng)箱 15.右傳動(dòng)箱 16.前施肥播種開(kāi)溝器圖1 雙軸小麥少免耕帶狀施肥播種機(jī)結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of double axis wheat less no-tillage belt fertilizer planter

懸掛架與拖拉機(jī)全懸掛連接，種肥箱安裝在機(jī)架上部，排肥、排種器分別安裝在種肥箱上；中央變速箱安裝在機(jī)架上部前中央位置，前端通過(guò)傳動(dòng)軸與拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸連接。前后旋耕刀軸相距一定的距離安裝在機(jī)架下部，在前后旋耕刀軸旋耕刀片之內(nèi)分別插入前后施肥播種開(kāi)溝器；前后施肥播種開(kāi)溝器橫向間距50 cm，相對(duì)間距25 cm，高度位置上下可調(diào)。旋耕刀片貼近施肥播種開(kāi)溝器兩側(cè)；前后施肥播種開(kāi)溝器為一體結(jié)構(gòu)，下肥管在前、下種管在后，出肥口與出種口上下間距6 cm、前后間距10～20 cm；鎮(zhèn)壓輪為鼓式輪，安裝在前后施肥播種開(kāi)溝器后面，鎮(zhèn)壓輪通過(guò)鏈傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞動(dòng)力。

1.2 技術(shù)參數(shù)

雙軸小麥少免耕帶狀施肥播種機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 雙軸小麥少免耕帶狀施肥播種機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)與加工

2.1 機(jī)架及中央變速箱

機(jī)架采用80 mm×80 mm方管模具固定焊接成型，全懸掛承載19.6 kN，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)檢驗(yàn)滿足剛度、強(qiáng)度要求；中央變速箱采用10 mm厚16錳鋼板模具 固定焊接成型，數(shù)控加工。中央變速箱為一體結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)為人字型，為前后旋耕刀軸提供動(dòng)力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，如圖2所示。

圖2 中央變速箱結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of central gearbox

2.2 前后旋耕刀片

為了深旋耕減少土壤破碎，切碎秸稈和填埋秸稈，減少地表土壤中混入的秸稈，前旋耕刀選用52把“7”字型旋耕刀，雖然作業(yè)阻力增大，但作業(yè)效果較好，旋耕刀轉(zhuǎn)速310 r/min，旋耕深度15～18 cm，旋轉(zhuǎn)直徑50 cm，動(dòng)力消耗36.8 kW左右，減小普通旋耕刀旋耕對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的破壞，增強(qiáng)對(duì)地表秸稈的切碎和填埋能力，作業(yè)后地表秸稈明顯減少[8]。前旋耕刀軸用直徑90 mm、厚12 mm無(wú)縫管制作，剛度和強(qiáng)度經(jīng)過(guò)試驗(yàn)應(yīng)用滿足要求。刀座和刀軸焊接采用電腦控制自動(dòng)點(diǎn)焊定位，人工全焊加強(qiáng)，保證旋耕刀在刀軸上的分布精度，保證作業(yè)受力均勻，防止播種機(jī)作業(yè)振動(dòng)。

后旋耕刀軸刀片采用普通旋耕刀片，轉(zhuǎn)速較前旋耕刀軸快30～50 r/min，旋轉(zhuǎn)直徑50 cm，前后刀軸間距70 cm，刀片間隔20 cm，解決土壤及秸稈在雙軸之間堆積堵塞問(wèn)題。后旋耕刀軸旋耕深度12～15 cm，將前旋耕刀軸刀片未切碎的根茬和長(zhǎng)秸稈進(jìn)一步切碎，同時(shí)將表層土壤內(nèi)混入的部分秸稈梳理出來(lái)覆蓋地表。后旋耕刀軸結(jié)構(gòu)形狀、制作工藝與前旋耕刀軸一樣。

2.3 前后施肥開(kāi)溝器、播種開(kāi)溝器

前后施肥開(kāi)溝器分別插入前后旋耕刀片之內(nèi)，前后間距20 cm，開(kāi)溝行距分別為50 cm。前后施肥開(kāi)溝器橫向相互錯(cuò)位配置，作業(yè)后施肥開(kāi)溝行距25 cm，前后施肥開(kāi)溝器間距大、空間大，防止堵塞能力強(qiáng)[9-10]。后旋耕刀軸刀片貼近前、后施肥開(kāi)溝器下肥管兩側(cè)旋轉(zhuǎn)，及時(shí)清理掉施肥開(kāi)溝器上的粘泥掛草，防止施肥開(kāi)溝器堵塞。前后施肥開(kāi)溝器在開(kāi)溝過(guò)程中梳理出地表層土壤中混入的部分秸稈向兩側(cè)分流，集中到施肥溝壟上，進(jìn)一步減少施肥溝土壤中的秸稈量。施肥溝自然覆土和施肥溝兩側(cè)旋耕刀片旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)土壤給施肥溝覆土，保障施肥溝覆土嚴(yán)實(shí)。

前后播種開(kāi)溝器分別安裝在前后施肥開(kāi)溝器后面，下種管上部合并在一起，下部彎曲分開(kāi)，在施肥溝內(nèi)，化肥行上6 cm，兩側(cè)拖抹開(kāi)溝深度3～4 cm開(kāi)溝下種，播種行距10～12 cm，同時(shí)再一次梳理出施肥溝土壤中部分混入的秸稈，分流集中到溝壟上，保證施肥、播種深度一致，減小秸稈對(duì)播種質(zhì)量的影響，為種子提供良好的種床，種、肥上下間距6 cm，保障肥種有效隔離和化肥集中深施，提高化肥利用率。

施肥播種開(kāi)溝器施肥腿基本是在旋耕過(guò)后的土壤開(kāi)溝，受力較小，采用40 mm×60 mm×5 mm方管制作，下種管采用直徑30 mm、厚度4 mm無(wú)縫管數(shù)控折變機(jī)折彎，精度準(zhǔn)確，保證播種深度一致和排種一致，內(nèi)腔較大，便于化肥、種子通過(guò)和防止肥種堵塞下肥管和下種管。

2.4 鎮(zhèn)壓輪

鎮(zhèn)壓輪為鼓形整體對(duì)行鎮(zhèn)壓輪，保證播種溝土壤嚴(yán)實(shí)，防止種子架空，提高出全苗、出壯苗率，保證播種后地表壟溝整齊，蓄水、保墑和防止苗帶土壤板結(jié)效果好。相鄰鎮(zhèn)壓輪之間空間方便秸稈集壟，壟溝成型效果好，驅(qū)動(dòng)排肥排種器穩(wěn)定可靠。鎮(zhèn)壓輪模具成型加工，一致性精度高，仿形效果適應(yīng)一年兩熟地區(qū)的土地自然條件，較單行仿形鎮(zhèn)壓輪制造成本低，減輕農(nóng)民購(gòu)機(jī)負(fù)擔(dān)。

3 田間試驗(yàn)效果

2020年6月，雙軸小麥少免耕帶狀施肥播種機(jī)在運(yùn)城市空港開(kāi)發(fā)區(qū)進(jìn)行了田間作業(yè)試驗(yàn)，試驗(yàn)取得較好的效果，但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)前后旋耕刀軸布置在側(cè)邊容易產(chǎn)生秸稈壅堵現(xiàn)象，側(cè)邊傳動(dòng)箱不能靠近地壟作業(yè)，不適應(yīng)北方小麥、玉米一年兩熟地區(qū)有地壟的地塊作業(yè)。

針對(duì)存在的問(wèn)題，對(duì)播種機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，解決了側(cè)傳動(dòng)箱對(duì)地表秸稈壅堵的問(wèn)題，同時(shí)生產(chǎn)出了適應(yīng)北方小麥、玉米一年兩熟地區(qū)有地壟地塊作業(yè)的中央傳動(dòng)雙軸小麥少免耕帶狀施肥播種機(jī)。

兩種傳動(dòng)路線不同、關(guān)鍵技術(shù)相同的播種機(jī)，2020年10月分別在不同地區(qū)不同秸稈量和土質(zhì)情況下，完成小麥播種58.7 hm2(880多畝)，并在各個(gè)試驗(yàn)播種的地方，建立了和圓盤(pán)旋耕播種對(duì)比試驗(yàn)田。如在運(yùn)城市空港開(kāi)發(fā)區(qū)、解州鎮(zhèn)完成玉米秸稈還田后，實(shí)地播種小麥33.3 hm2(500多畝)；在臨汾市堯都區(qū)玉米秸稈還田后實(shí)地播種小麥13.3 hm2(200多畝)；在運(yùn)城市芮城縣水稻秸稈還田后實(shí)地播種小麥10 hm2以上(150多畝)。11月，對(duì)小麥播種效果進(jìn)行實(shí)地勘察，結(jié)果顯示麥苗健壯、整齊，效果較好。多地小麥播種試驗(yàn)表明，雙軸小麥少免耕帶狀施肥播種機(jī)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，農(nóng)民、機(jī)手對(duì)播種質(zhì)量給予高度評(píng)價(jià)。

雙軸小麥少免耕帶狀施肥播種機(jī)如圖3所示。與旋耕雙圓盤(pán)小麥播種機(jī)相比，該播種機(jī)播種行窄、播幅寬，小麥種子分散，密植高產(chǎn)抗倒伏，水肥利用率高，小壟溝小麥高產(chǎn)播種技術(shù)優(yōu)勢(shì)比較明顯，增產(chǎn)幅度超過(guò)5%。與小麥溝播、條帶播種機(jī)相比，實(shí)現(xiàn)變大溝為小溝，解決了秸稈全量還田通過(guò)性技術(shù)難題，提高了小麥種植密度，提高播種生產(chǎn)效率10%～15%，降低生產(chǎn)成本，提高小麥產(chǎn)量超過(guò)5%。

圖3 雙軸小麥少免耕帶狀施肥播種機(jī)Fig.3 Double axis wheat less no-tillage belt fertilizer planter

4 結(jié)束語(yǔ)

研發(fā)的雙軸小麥少免耕帶狀施肥播種機(jī)解決了玉米、水稻秸稈全量覆蓋地表還田后高播種質(zhì)量和高生產(chǎn)效率的問(wèn)題，一次作業(yè)完成土壤耕作、秸稈切碎覆蓋還田、開(kāi)溝施肥播種和覆土鎮(zhèn)壓等工序，播種作業(yè)后地表溝壟成型好，形成小麥高密度、抗倒伏高產(chǎn)栽培模式，與傳統(tǒng)旋耕雙圓盤(pán)小麥播種機(jī)、溝播條帶播種機(jī)相比，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)5%，降低小麥播種作業(yè)成本150～375元/hm2，推廣應(yīng)用前景廣闊。