大豆變量施肥播種機設計與試驗

趙文罡，李洪剛，趙新天，吳尚華，王海龍

（吉林省農業機械研究院，吉林長春130022）

大豆變量施肥播種機設計與試驗

趙文罡，李洪剛，趙新天，吳尚華，王海龍

（吉林省農業機械研究院，吉林長春130022）

針對東北壟作區大豆機械化種植的農藝要求，優化組合大豆“壟三”栽培等多項農藝措施，設計了一種大豆變量施肥播種機，該機適用于大豆壟上栽培技術，可實現變量深施肥、高速氣吸精密播種、覆土、鎮壓等作業，為大豆規模化、標準化和機械化生產提供技術裝備支撐。本文重點介紹了該播種機的構成、工作原理和主要機構，并對該機的播種性能進行了田間試驗。結果表明：該機各項性能指標均滿足大豆精量播種的技術要求，具有良好的工作性能和適應性，旨在為東北地區大豆精量播種機技術的改進和研發方向提供參考。

大豆；精量播種；設計；試驗

東北是我國大豆的主要產區之一，也是我國五大主產區中種植面積最大、產量最高的地區，其年種植面積和年產量均占全國的40%以上。東北壟作區的大豆種植模式主要有兩種：“壟三”栽培技術及其改進栽培技術、大壟密植栽培技術。部分地區還采用了小壟密植栽培技術和大豆機械化覆膜栽培技術。近年來，我國大豆產品面臨國際市場競爭的嚴峻形式，受材料及人工成本不斷上漲的影響，大豆種植面積不斷減少、年產量連續下降、產業發展態勢日益惡化，因此提高大豆單產水平、培育高品質品種、降低生產成本是確保大豆安全生產的有效途徑。在國外大豆種植基本實現生產機械化的情況下，國內仍依賴進口機具及小型機械化為主的方式，導致我國大豆生產成本居高不下。實現高效機械化生產成為我國大豆行業提升競爭力，走出低谷的有效途徑之一。

國外的播種機普遍使用精密壓鑄加工、液壓控制、電子監測等先進技術以及新型材料，國內則應用較少。國內研發的播種機多以小型機為主，而大型機多為改裝機，通常缺少液壓、光電、通訊等技術綜合應用，高端技術含量較低。綜合對比，我國大豆播種機具技術及產品水平和發達國家相比較落后。

圖1 2BDB-6大豆變量施肥播種機結構示意圖

圖 2氣吸式排種器

1 結構設計及工作原理

1.1 播種機的總體結構

該機主要由機架、地輪、風機總成、平行四桿仿形機構、變量施肥系統、氣吸式精密排種器，施肥鏟、開溝器、覆土鎮壓組合、劃印器等組成。主梁采用三點式懸掛機構，在主梁兩側對稱安裝兩個傳動地輪，每個傳動地輪帶動各自排種器轉動，整機作業時可一次完成開溝、分成深施肥（變量施肥）、精密播種（漏播監測）、覆土、鎮壓等作業。整機結構，如圖1所示。

1.2 工作原理

機組工作時，施肥開溝器進行開溝，由步進電機通過鏈條驅動排肥軸轉動，排肥盒排下的肥料經排肥管施到土壤中，實現變量深施肥；地輪轉動并且通過鏈輪、鏈條驅動排種器轉動，同時播種開溝器開溝，在風機的作用下氣吸式排種器排出的種子經導種管進入種溝內（漏播監測系統進行監測報警），經覆土鎮壓組合部件將種子掩埋并壓實。

2 關鍵部件的設計與分析

2.1 氣吸式排種器設計

精密排種器作為精密播種機的關鍵核心部件，其工作性能的優劣直接影響到播種質量。通過改進及優化設計，研制了一種氣吸式排種器，主要由氣室殼體、排種盤、充排種器蓋、吸風口和清種裝置等組成。是利用氣室的負壓產生吸附力將種子吸附到排種盤上工作的。氣室殼體與排種圓盤配合形成真空氣室，氣室邊緣安裝有密封圈，防止漏氣。排種盤是垂直的圓盤，盤上開有氣流通道孔。為了防止種子出現架空現象，設有攪種輪，來促進充種室內種子的擾動，以提高種子的囊種率，從而降低漏播率。通過清種裝置可以實現精密播種的單粒播種需求，見圖2。

2.2 變量施肥系統設計

設計了變量施肥系統（如圖3）所示，系統由D G PS、處方數據庫、C A N通信電路、微控制器、速度傳感器、電機驅動器和步進電機等組成。工作時，控制器基于航位推算的方法獲得地塊位置識別信息，讀取預存儲地塊的處方信息，控制器同時接收測速傳感器的信息，根據施肥量控制公式，輸出脈沖給電機驅動器，電機驅動器驅動步進電機運轉。步進電機通過鏈條驅動排肥軸轉動，實現變量施肥。同時，微控制器將機具作業速度、地塊編號和施肥量等信息通過C A N通信網絡發送給監控終端。

圖3 變量施肥系統結構圖

變量施肥監測軟件界面（如圖4）所示，界面左側顯示當前機具所在網格的編號、作業的面積、工作時間和當前時間等信息，中間顯示當前機具的作業速度、排肥軸的轉速、施肥量和施肥量歷史曲線信息。當監控終端收到信息時，指示燈閃爍，指示監控終端的通信狀態。暫停按鈕用于暫停變量施肥作業，用于機具在地頭轉向等特殊情況。

圖4 變量施肥監測軟件界面

2.3 漏播監測系統

設計了精密播種機工作狀況實時監測系統，種箱中的大豆種子由排種器排出，落入輸種管，經由開溝器落入種床完成播種。種箱料位監測傳感器安裝在種箱底部，輸種管種子流監測傳感器安裝在輸種管中上部，開溝器堵塞監測傳感器安裝在開溝器上部，見圖5。

圖5 漏播監測硬件系統組成圖

3 田間試驗與結果分析

3.1 試驗地條件

2016年5月10 日，在黑龍江省勃利縣試驗示范基地，進行該機的田間試驗（如圖6）。選取具有代表性的地塊，土壤類型為黑壤土，土壤含水率為25%，墑情適宜，前茬作物為玉米，地面根茬經過粉碎處理并起壟，達到無殘茬、無漏耕，平整細碎，達到待播狀態。試驗樣機由黑龍江省勃農興達機械有限公司生產，各項性能指標均達到設計要求，通過出廠檢驗。

3.2 試驗方法

依據G B/T 6973-2005《單粒（精密）播種機試驗方法》進行試驗，播種前先對播種機的排種量、株距、行距、播種深度、施肥深度等進行調整，調試之后，拖拉機以前進速度為2.0m.s-1（7.2k m/.h）工況下進行播種試驗，對變量施肥播種機的相關性能進行了檢測，檢測內容主要包括播種性能，施肥一致性及變量施肥控制精度，漏播報警檢測精度等。

3.3 試驗結果分析

將試驗數據統計，計算播種性能（粒距合格指數、重播指數、漏播指數、播種深度合格率）、排肥性能、電子檢測性能，見表1。

圖6 2BDB-6大豆變量施肥播種機

表1 2BDB-6大豆變量施肥播種機性能指標

由表1可見，大豆變量施肥播種機的粒距合格指數86.82%，漏播指數8.86%，播種深度合格率92.44%，各行排肥量一致性變異系數4.80%，變量施肥控制精度97.32%，可精準控制施肥量，滿足排肥性能要求，漏播報警監測精度98.52%，說明該播種機具有良好的播種均勻性，具有良好的工作性能和適應性，各項性能指標均達到了國家相關標準要求。

4 結論

針對東北壟作區大豆機械化種植的農藝要求，設計了一種大豆變量施肥播種機，該機適用于大豆壟上栽培技術，可一次進地實現變量施肥、壟上精密播種（電子漏播檢測）、覆土、鎮壓等作業，為大豆規模化、標準化和機械化生產提供技術裝備支撐。

設計的單腔雙盤氣吸式排種器，可實現單壟雙條播的方式；設計的變量施肥系統，可根據處方圖按需變量施肥，達到節能減排的目的；設計的漏播監測系統，可在播種時對播種狀態進行實時監測及報警，保證了機具的作業質量。

通過樣機的田間性能試驗，測試結果表明，所設計的大豆變量施肥播種機，作業質量符合中華人民共和國機械行業標準《單粒（精密）播種機試驗方法》的規定，能夠滿足東北壟作區大豆機械化種植的農藝要求，確保了粒距均勻性和播深一致性，且變量施肥控制精度準確，漏播報警檢測精度高。旨在為東北地區大豆精量播種機技術的改進和研發方向提供參考。

[1]張曉剛,劉偉,余永昌.我國大豆精量播種機械發展現狀及趨勢[J].大豆科技,2012(05)：39-42.

[2]李杞超,姜微,陳海濤,等.大豆平作密植精密播種機及栽培技術試驗研究[J].大豆科學,2014,33(02)：184-189.

[3]賈洪雷,王文君,莊健,等.仿形彈性鎮壓輥設計與試驗[J].農業機械學報,2015,46(06)：28-34．

S224.22

A

10.14025/j.cnki.jlny.2017.21.023

趙文罡，助理研究員，研究方向：農業機械化及自動化。