河北農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 劉江濤 李珊珊 李濤

前言

目前，在國(guó)外，棉花播種機(jī)技術(shù)已經(jīng)比較成熟，大多采用精密播種，除有整地、覆土、鎮(zhèn)壓、施肥、灑藥等裝置外，還將新技術(shù)應(yīng)用于排種器，保證了排種精確度，減少了漏播率、重播率及種子破碎率。棉花播種機(jī)已經(jīng)應(yīng)用了電子監(jiān)視裝置，光電傳感器對(duì)種子、肥料進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)種子粒數(shù)、排肥量、施肥管是否通暢，排種管是否通暢進(jìn)行檢測(cè)檢查，發(fā)生堵塞時(shí)通過(guò)光信號(hào)與聲信號(hào)進(jìn)行報(bào)警，保證播種精度。例如，意大利馬斯奇奧的棉花播種機(jī)裝配有播種、施肥激光監(jiān)控系統(tǒng)，駕駛室內(nèi)的顯示器可清楚地顯示播種、施肥情況，同時(shí)配備有排種器自動(dòng)清理裝置，保證了播種時(shí)種子數(shù)量。

近幾年，我國(guó)棉花聯(lián)合作業(yè)播種機(jī)發(fā)展較快，主要進(jìn)行播種施肥聯(lián)合作業(yè)，如耕作播種聯(lián)合作業(yè)機(jī)、施肥覆膜穴播聯(lián)合作業(yè)機(jī)、施水播種聯(lián)合作業(yè)機(jī)等。山東德農(nóng)農(nóng)業(yè)機(jī)械制造有限責(zé)任公司生產(chǎn)的棉花深松施肥覆膜播種機(jī)采用三點(diǎn)懸掛，深松施肥、播種機(jī)構(gòu)采用仿形連接，確保播深一致，深松施肥減少了棉花追肥環(huán)節(jié)，采用轉(zhuǎn)勺式排種器，穴距均勻，保證了粒數(shù)一致；河北華勤機(jī)械股份有限公司生產(chǎn)的棉花覆膜播種機(jī)，仿形效果好，播種深度控制一致，株距可調(diào)節(jié)，播種后，出苗率、成活率高。

綜上所述，目前，棉花精量播種機(jī)發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在：復(fù)式作業(yè)、智能化信息化精量播種，但國(guó)內(nèi)外棉花精量播種機(jī)播種仍需鋪膜，沒(méi)有很好地解決棉花鋪膜播種造成的白色污染問(wèn)題，棉花免地膜精量播種將成為未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。

1 棉花免地膜精量播種機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)

該機(jī)由棉花秸稈粉碎裝置、施肥裝置、旋耕裝置、精量播種裝置、碎秸稈拋送裝置、北斗精準(zhǔn)導(dǎo)航與智能監(jiān)控裝置等組成，如圖1所示。棉花秸稈粉碎裝置安裝在播種機(jī)前端，旋耕裝置置于棉花秸稈粉碎裝置后方，碎秸稈拋送裝置位于旋耕裝置上方，施肥裝置固定在機(jī)架上；精量播種裝置通過(guò)U型管卡安裝于后方。施肥電機(jī)安裝于肥箱的一側(cè)，播種電機(jī)獨(dú)立安裝在精量播種裝置，編碼器安裝于地輪軸一端與北斗精準(zhǔn)導(dǎo)航系統(tǒng)協(xié)同測(cè)量機(jī)具速度。

圖1 整機(jī)結(jié)構(gòu)圖

表1 整機(jī)主要技術(shù)參數(shù)表

2 棉花免地膜精量播種機(jī)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 氣吸式棉花排種器

該排種器由排種器外殼、氣吸孔、氣吸墊片、氣吸排種盤(pán)、壓盤(pán)、種倉(cāng)等組成，如圖2所示。投種距離地面較近，可有效地避免雜草堵塞投中口，造成漏播現(xiàn)象。工作時(shí)，負(fù)壓風(fēng)機(jī)抽吸氣室內(nèi)空氣形成負(fù)壓，隨著排種盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，利用負(fù)壓將棉花種子吸到排種盤(pán)；棉花種子隨排種盤(pán)轉(zhuǎn)到無(wú)負(fù)壓區(qū)，棉花種子因自重落下，完成整個(gè)投種作業(yè)。

圖2 氣吸式棉花排種器

氣吸式棉花排種器轉(zhuǎn)速與拖拉機(jī)速度、氣吸排種盤(pán)孔數(shù)、棉花播種株距相關(guān)，轉(zhuǎn)速計(jì)算公式如下：

式中：n—排種器轉(zhuǎn)速（r/min）

v—拖拉機(jī)速度（m/s）

z—?dú)馕欧N盤(pán)孔數(shù)（個(gè)）

d—株距（m）

考慮到棉花秸稈需要粉碎、土地需要旋耕平整，拖拉機(jī)速度最高不超過(guò)7 km/h；同時(shí)，避免氣吸式棉花排種器充種不充分，從而導(dǎo)致漏播。氣吸排種盤(pán)孔數(shù)為18、棉花播種最小株距設(shè)定為16cm、氣吸式棉花排種器最高轉(zhuǎn)速為40.5r/min。

2.2 北斗精準(zhǔn)導(dǎo)航與智能監(jiān)控系統(tǒng)

工作前，提前設(shè)置施肥量、播種行距、行距修正、肥量修正等參數(shù)。工作時(shí)，北斗精準(zhǔn)導(dǎo)航與智能監(jiān)控系統(tǒng)由拖拉機(jī)自帶蓄電池提供電能，地輪上的編碼器測(cè)速觸發(fā)運(yùn)行，自動(dòng)模式狀態(tài)下，優(yōu)先北斗精準(zhǔn)導(dǎo)航測(cè)速，北斗導(dǎo)航信號(hào)弱時(shí)，自動(dòng)切換到地輪編碼器測(cè)速。系統(tǒng)啟動(dòng)后，MCU控制單元對(duì)GNSS模塊工作模式進(jìn)行配置，并讀取GNSS模塊定位狀態(tài)、速度信息，將速度信息實(shí)時(shí)反饋給MCU控制單元，經(jīng)邏輯判斷后，獲取播種、施肥驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速，控制器驅(qū)動(dòng)電機(jī)精量施肥、播種，機(jī)具速度變化時(shí)，控制器實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)精量施肥、播種。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)株距設(shè)定、肥量設(shè)定、行距修正、肥量修正、播種畝數(shù)統(tǒng)計(jì)、系統(tǒng)自檢、播種速度顯示、報(bào)警指示等功能，電壓、驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、速度反饋信號(hào)等不正常時(shí)通過(guò)語(yǔ)音報(bào)警及時(shí)提示，系統(tǒng)硬件構(gòu)成如圖3所示、北斗精準(zhǔn)導(dǎo)航與智能監(jiān)控系統(tǒng)界面如圖4所示。

圖3 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

圖4 北斗精準(zhǔn)導(dǎo)航與智能監(jiān)控系統(tǒng)界面

3 棉花播種條件及播種出苗效果

3.1 棉花播種條件

棉花播種、發(fā)芽、出苗對(duì)溫度、土壤水分要求較高，棉花種子發(fā)芽溫度為10～12℃，適宜溫度為25～30℃，出苗最低溫度15℃，最適宜溫度18～22℃，在正常溫度范圍內(nèi)，溫度越高，發(fā)芽越快；土壤水分為田間持水量的70%左右時(shí)發(fā)芽率高。棉花種子內(nèi)富含蛋白質(zhì)和脂肪，氧氣充足的情況下，呼吸作用強(qiáng)，不可溶性物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可溶性物質(zhì)快，供棉花種子發(fā)芽、出苗需要。

3.2 棉花播種出苗效果

河北地區(qū)棉花播種時(shí)間一般在4月中旬，碎棉花秸稈替代塑料薄膜覆蓋增溫保墑地溫為20℃左右，田間持水量約為68%左右，碎棉花秸稈有效地降低了土壤堅(jiān)實(shí)度，透氣性好，有利于空氣交換，棉花種子發(fā)芽出苗快。同時(shí)，棉花播種單粒率大于95%、粒距合格率大于93.5%、播深合格率大93%、接行偏差小于±2cm，便于棉花后期管理、機(jī)采作業(yè)。碎棉花秸稈替代塑料薄膜覆蓋增溫保墑播種出苗效果如圖5所示。

圖5 播種出苗效果

4 結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)了氣吸式棉花排種器，對(duì)北斗精準(zhǔn)導(dǎo)航與智能監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行了研究，播種出苗效果表明：棉花播種單粒率、粒距合格率、播深合格率、接行偏差符合設(shè)計(jì)要求，碎棉花秸稈替代塑料薄膜覆蓋增溫保墑滿(mǎn)足棉花發(fā)芽、出苗農(nóng)藝要求。