2MB-2/4型夏花生滅茬覆膜播種聯合作業機的研究

何曉寧，尚書旗，王東偉，張甜甜，鹿光耀

(1.青島農業大學 機電工程學院，山東 青島　266109；2.山東省根莖類作物生產裝備工程技術研究中心，山東 青島　266109)

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2MB-2/4型夏花生滅茬覆膜播種聯合作業機的研究

何曉寧1,2，尚書旗1,2，王東偉1,2，張甜甜1,2，鹿光耀1,2

(1.青島農業大學 機電工程學院，山東 青島266109；2.山東省根莖類作物生產裝備工程技術研究中心，山東 青島266109)

摘要：目前，中國夏花生播種存在作業效率低、勞動強度大及生產成本高等突出問題[1]。為解決此類問題，研制了一種2MB-2/4型夏花生滅茬覆膜播種聯合作業機。該機主要由旋耕裝置、 起壟裝置、驅動裝置、施肥裝置、播種裝置、鎮壓裝置、噴灑裝置及覆膜裝置等組成，可一次完成花生種植的滅茬、起壟、施肥、播種、鎮壓、噴藥及覆膜等作業，可減少人工投入。田間試驗表明：該機作業性能良好，根茬粉碎率77.3%，碎土質量74.5%，壟間合格率89.1%，壟高合格率93.4%，雙粒率95.04%，穴距偏差率6.8%，種子覆土深度合格率89.2%，均符合花生播種機行業標準DG/T 007-2006《播種機推廣鑒定大綱》要求，滿足實際生產需要。

關鍵詞：夏花生；滅茬；覆膜播種；聯合作業機

0引言

花生作為重要的經濟作物和油料作物，被廣泛地種植于世界眾多的國家及地區。中國是世界上花生種植面積最大的國家，在多數地區，夏花生的播種多采用分段式播種，雖能實現部分機械化，但存在作業效率低、勞動強度大及生產成本高等突出問題[1]。

本文設計了一種夏花生滅茬覆膜播種聯合作業機，可一次完成花生種植的滅茬、起壟、施肥、播種、鎮壓、噴藥及覆膜等作業，有效地解決了多次作業的問題，大大提高了花生播種的效率，填補了中國夏花生滅茬覆膜播種聯合作業機的空白[7]。

1總體結構及工作原理

2MB-2/4型夏花生滅茬覆膜播種聯合作業機采用懸掛式，動力為44～58.8kW四輪拖拉機；結構質量700kg，機組最佳前進速度52m/min，兩壟四行式播種。其工作裝置包括旋耕裝置、 起壟裝置、驅動裝置、施肥裝置、播種裝置、鎮壓裝置、噴灑裝置及覆膜裝置[5]，總體結構設計如圖1所示，三維效果圖設計如圖2所示。

2MB-2/4型夏花生滅茬覆膜播種聯合作業機采用三點后懸掛式，通過旋耕機與拖拉機懸掛裝置連接，機身所有裝置全部位于拖拉機的后方，旋耕機由拖拉機通過萬向傳動軸提供動力。工作時，旋耕機旋轉松土，達到滅茬翻耕的目的；緊跟在旋耕之后的后犁由4個犁鏵組成，把耕后的土壤扶成2壟，下一道工序為施肥，由施肥裝置完成。

1.滅茬旋耕機　2.后犁起壟裝置　3.驅動裝置　4.鎮壓裝置

施肥裝置由肥箱、排肥器、輸肥管和開溝器組成，正常作業時排肥器通過排肥主軸的旋轉把肥料帶入輸肥管，輸送到施肥開溝器，再由施肥開溝器在土壤壟頂中央開溝施肥。

圖2　2MB-2/4型夏花生滅茬覆膜播種聯合作業機三維圖

播種裝置由種箱、排種器、輸種管和播種開溝器組成。由于本機設計為兩壟四行式播種，所以配備了2個種箱，每個種箱底部裝有2個排種器，排種器設計采用內充宮吐式排種；種箱分別位于兩壟的正上方，播種開溝器分別位于施肥開溝器的后方、壟頂的兩側。由于播種完成后種床上土壤松散，易因失墑而落干，必須及時進行鎮壓。

鎮壓裝置位于播種開溝器的后方，由壓種輪、攤鋪器和壓實輥組成，完成對種床的鎮壓。壓種輪采用橡膠輪設計，且攤鋪器和壓實輥上面安裝有壓縮彈簧，用以適應不同質地的土壤地塊，在增強播種機使用柔性的同時，可防止惡性地質對機器的損壞。

噴灑裝置位于鎮壓裝置之后，用以播種后種床的噴藥，其由藥筒、電動泵和噴頭組成。噴藥完成后為花生播種的最后一道工序—鋪膜，由覆膜裝置來完成。覆膜裝置由覆膜開溝器、地膜支架、覆膜支架、覆膜器及培土器組成。工作時，把地膜安裝在地膜支架上，先由覆膜開溝器分別在壟的兩側開溝，接著地膜隨著機器的行走而逐漸展開，再由覆膜器把地膜壓在種床壟上，最后由培土器在地膜兩邊培土，起到壓實地膜的目的。

至此，夏花生播種的所有工序全部完成，實現了夏花生播種的滅茬、起壟、施肥、播種、噴藥及覆膜作業一體化生產，有效地解決了多次作業的問題，也是本機設計的一個主要突破點所在[4]。其主要技術參數如表1所示。

2作業部件及裝置設計

2.1滅茬旋耕裝置

滅茬旋耕裝置主要作用是將前茬作物莖稈或者根莖粉碎均勻拋撒于地面，然后旋耕深翻，把碎莖稈和根茬翻埋至土層之下。本設計采用前粉碎刀輥正轉，后旋耕刀輥反轉組合形式，如圖3所示。其中，R1為粉碎刀輥回轉半徑(mm)；R2為粉碎刀輥回轉半徑(mm)；Vm為前進速度(m/s)；ω1為粉碎刀輥角速度(m/s)；ω2為粉碎刀輥角速度(m/s)。

表1　2MB-2/4型夏花生滅茬覆膜播種聯合作業機的技術參數

圖3　滅茬裝置作業效果圖

前粉碎刀輥粉碎莖稈和旋耕表面土層，形成茬土混合物向后上方拋送，形成后旋耕刀輥的潛入土層作業，避免了旋耕刀輥壅土和土層的二次切削，大大降低了功耗，同時也保證了良好的莖稈還田狀態和滅茬效果[10]。

2.2播種裝置

播種裝置是將花生種子有序地輸送到種床上，完成種子入土，并根據播種要求有序排列，是播種工序的最重要環節。該設計采用地輪驅動播種，排種器采用內充宮吐式精密排種。排種器結構如圖4所示。

按照DG/T 007-2006《播種機推廣鑒定大綱》進行排種器試驗和檢定,該排種器完全符合本設計的排種要求[5]。

2.3覆膜裝置

覆膜裝置的作用是在滅茬、起壟、施肥、播種、鎮壓及噴藥之后在種床上覆上地膜并將地膜固定在壟上，也是花生播種的最后一道工序。

設計的覆膜裝置位于機器的最后端，由覆膜開溝器、地膜支架、覆膜支架、覆膜器及培土器組成，結構如圖5所示。工作時，把地膜安裝在地膜支架上，先由覆膜開溝器分別在壟的兩側開溝，接著地膜隨著機器的行走而逐漸展開，再由覆膜器把地膜壓在種床壟上，最后由培土器在地膜兩邊培土，起到壓實地膜的目的。

1.排種器殼體　2.排種盤　3.種子空腔　4.擋圈　5.軸承

1.覆膜開溝器　2.地膜支架　3. 覆膜支架　4.培土器　5.覆膜器

3田間試驗

3.1試驗對象及條件

試驗花生品種為魯花11號，配套動力為雷沃M900-DA型拖拉機(80kW)。試驗地點為山東省臨沭東泰機械有限公司花生試驗田(見圖6)，試驗土壤硬度為120～140kPa，土壤含水量為10%～13%。選用不同小區進行抽樣試驗并記錄試驗數據，匯總原始試驗數據并整理計算各質量指標情況。

3.2滅茬試驗數據與結果

根據DG/T 007-2006《播種機推廣鑒定大綱》進行試驗。

試驗設計把聯合作業機拆分后單獨進行滅茬、旋耕、起壟作業，選取作業后地面不同點進行測量統計求平均值，試驗結果如表2所示。

圖6　樣機田間試驗

類別檢測項目技術要求實測結果(平均)滅茬滅茬深度/cm≥89.6根茬粉碎率/%≥7077.3旋耕耕深/cm≥1214.7耕深穩定性/%≥8095.2碎土質量/%≥6074.5起壟壟高合格率/%≥7593.4壟間距合格率/%≥7289.1

3.3播種試驗優化方案與設置

設計采用響應面分析法(RSM)進行分析。在原有單指標試驗的基礎之上，根據box-benhnken design(BBD)試驗設計原理，對機組前進速度X1、投種高度X2及型孔尺寸X3進行3因素3水平的響應面試驗分析[7]。試驗中測定雙粒率Y1(%)、穴距偏差率Y2(%)以及種子覆土深度合格率Y3(%)作為響應值。采用三因素三水平二次回歸正交旋轉組合試驗設計方案對影響試驗指標的3個主要參數組合進行優化。試驗因素與水平設計如表3所示；響應面分析方案及試驗結果如表4所示。

表3　試驗因素及水平

表4　響應面分析方案及試驗結果

3.4試驗結果分析

參數優化理想的結果是在約束條件范圍內盡可能選擇最優的數值[13]。優化約束條件為

目標函數：max Y1(X1、X2、X3)

min Y2(X1、X2、X3)；max Y2(X1、X2、X3)

變量區間：1≤X1≤1，1≤X2≤1，1≤X3≤1

利用牛頓迭代法規劃求解，得到回歸方程為

Y1=9689.123-402.156x1-569.153x2-

19.885x3-0.371x1x2-0.007x1x3+

0.021x2x3+72.028x12+8.625x22-0.259x32

Y2=1566.581+60.521x1-81.098x2-1.317x3+

0.208x1x2-0.107x1x3-0.025x2x3+9.611x12+

1.233x22+0.34x32

Y1=283.13+11.643x1-10.043x2-1.94x3-

0.495x1x2-0.13x1x3+0.054x2x3+0.032x12+

0.149x22+0.007x32

其中，Y1為雙粒率(%)；Y2為穴距偏差率(%)；Y3為種子覆土深度合格率(%)；x1為機組前進速度(km/h)；x2為投種高度(cm)；x3為型孔尺寸(mm)[7]。

在指標最優時即為最佳試驗參數組合[9]，優化得到的最佳參數組合如表5所示。

表5　組合參數優化

將因素的優化組合進行整合(見表7)：機組前進速度52m/min，投種高度34cm，型孔尺寸39mm，在相同的試驗條件下進行試驗。試驗結果為：雙粒率為95.04%，穴距偏差率為6.8%，種子覆土深度合格率為89.2%，結果與理論值十分接近。

考慮到實際生產中存在干擾，可以認為理論值的正確性，且試驗結果滿足DG/T 007-2006《播種機推廣鑒定大綱》要求，故在實際作業過程中可以應用上述組合[9]。

表6　性能指標

4結論

1)設計采用前粉碎刀輥正傳、后旋耕刀輥反轉組合滅茬旋耕形式，滅茬效果好，土壤翻耕徹底，有利于夏花生的后期生長。

2)該機根據夏花生種植農藝要求設計，采用懸掛式結構設計，地輪驅動，鏈輪傳動，采用內充宮吐式精密排種器，雙粒率95.04%，穴距偏差率6.8%，種子覆土深度合格率89.2%，播種質量完全滿足花生種植的農藝要求。

3)花生播種后地膜覆蓋地表，出苗率高，有效地解決了夏花生多次作業的問題，大大降低了投入成本，減少了作業工序。

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Study on 2MB-2/4 Type of Summer Peanut Stubble Mulching Planting Combined Machine

He Xiaoning1,2, Shang Shuqi1,2, Wang Dongwei1,2, Zhang Tiantian1,2,Lu Guangyao1,2

(1.College of Mechanical and Electrical Engineering, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109,China; 2.Shandong Province Root Crops Production Equipment Engineering Technology Research Center, Qingdao 266109,China)

Abstract：At present China summer peanut seeding has low work efficiency, large labor intensity, high production cost and outstanding problems[1]. In order to solve this problem, this paper has developed a 2MB-2/4 type of summer peanut stubble mulching planting combined machine. It mainly consists of rotary device, ridging device, driving device, fertilizer device, seeding device, pressing device, spraying device, coating device and other components. It can be a complete peanut planting of stubble cultivator, ridging, fertilization, planting, repression, spraying, coating and other operations, reducing manual input. Field test shows that: the machine operating performance is good, with stubble crushing rate 77.3%, broken soil quality 74.5% pass rate of 89.1%, the ridges, ridge high pass rate of 93.4%, the double grain rate 95.04%, hole deviation rate 6.8%, seed depth pass rate of 89.2%, all in line with the peanut planter industry standard DG/T 007-2006 “seeder to promote the identification program” requirements, meet the needs of production.

Key words：summer peanuts; stubble; laying planting; combined machine

文章編號：1003-188X(2016)01-0212-05

中圖分類號：S223.2+4

文獻標識碼：A

作者簡介：何曉寧(1988-),男，山東金鄉人，碩士研究生， (E-mail) 944286200@qq.com。通訊作者：尚書旗(1958-),男，山東青州人，教授，博士， (E-mail)sqshang@qau.edu.cn。

基金項目：山東省創新團隊項目(SDAIT-05-021-09)

收稿日期：2014-12-19