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

前言

目前，在國外，棉花播種機技術(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。棉花播種機已經(jīng)應(yīng)用了電子監(jiān)視裝置，光電傳感器對種子、肥料進行監(jiān)測，并對種子粒數(shù)、排肥量、施肥管是否通暢，排種管是否通暢進行檢測檢查，發(fā)生堵塞時通過光信號與聲信號進行報警，保證播種精度。例如，意大利馬斯奇奧的棉花播種機裝配有播種、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，同時配備有排種器自動清理裝置，保證了播種時種子數(shù)量。

近幾年，我國棉花聯(lián)合作業(yè)播種機發(fā)展較快，主要進行播種施肥聯(lián)合作業(yè)，如耕作播種聯(lián)合作業(yè)機、施肥覆膜穴播聯(lián)合作業(yè)機、施水播種聯(lián)合作業(yè)機等。山東德農(nóng)農(nóng)業(yè)機械制造有限責(zé)任公司生產(chǎn)的棉花深松施肥覆膜播種機采用三點懸掛，深松施肥、播種機構(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；河北華勤機械股份有限公司生產(chǎn)的棉花覆膜播種機，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，棉花精量播種機發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在：復(fù)式作業(yè)、智能化信息化精量播種，但國內(nèi)外棉花精量播種機播種仍需鋪膜，沒有很好地解決棉花鋪膜播種造成的白色污染問題，棉花免地膜精量播種將成為未來發(fā)展的趨勢。

1 棉花免地膜精量播種機整機結(jié)構(gòu)

該機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，施肥裝置固定在機架上；精量播種裝置通過U型管卡安裝于后方。施肥電機安裝于肥箱的一側(cè)，播種電機獨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)同測量機具速度。

圖1 整機結(jié)構(gòu)圖

表1 整機主要技術(shù)參數(shù)表

2 棉花免地膜精量播種機關(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、壓盤、種倉等組成，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，負壓風(fēng)機抽吸氣室內(nèi)空氣形成負壓，隨著排種盤轉(zhuǎn)動，利用負壓將棉花種子吸到排種盤；棉花種子隨排種盤轉(zhuǎn)到無負壓區(qū)，棉花種子因自重落下，完成整個投種作業(yè)。

圖2 氣吸式棉花排種器

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

式中：n—排種器轉(zhuǎn)速（r/min）

v—拖拉機速度（m/s）

z—氣吸排種盤孔數(shù)（個）

d—株距（m）

考慮到棉花秸稈需要粉碎、土地需要旋耕平整，拖拉機速度最高不超過7 km/h；同時，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，北斗精準(zhǔn)導(dǎo)航與智能監(jiān)控系統(tǒng)由拖拉機自帶蓄電池提供電能，地輪上的編碼器測速觸發(fā)運行，自動模式狀態(tài)下，優(yōu)先北斗精準(zhǔn)導(dǎo)航測速，北斗導(dǎo)航信號弱時，自動切換到地輪編碼器測速。系統(tǒng)啟動后，MCU控制單元對GNSS模塊工作模式進行配置，并讀取GNSS模塊定位狀態(tài)、速度信息，將速度信息實時反饋給MCU控制單元，經(jīng)邏輯判斷后，獲取播種、施肥驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速，控制器驅(qū)動電機精量施肥、播種，機具速度變化時，控制器實時驅(qū)動電機精量施肥、播種。該系統(tǒng)可實現(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、系統(tǒng)自檢、播種速度顯示、報警指示等功能，電壓、驅(qū)動電機運行狀態(tài)、速度反饋信號等不正常時通過語音報警及時提示，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，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實度，透氣性好，有利于空氣交換，棉花種子發(fā)芽出苗快。同時，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

設(shè)計了氣吸式棉花排種器，對北斗精準(zhǔn)導(dǎo)航與智能監(jiān)控技術(shù)進行了研究，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)計要求，碎棉花秸稈替代塑料薄膜覆蓋增溫保墑滿足棉花發(fā)芽、出苗農(nóng)藝要求。