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
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。
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。
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。
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
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
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。
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。
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。
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。
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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。