深松少耕棉花施肥覆膜播種機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

劉立輝，楊然兵，尚書(shū)旗，連政國(guó)，崔功佩，楊紅光，許鵬曉

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深松少耕棉花施肥覆膜播種機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

劉立輝，楊然兵，尚書(shū)旗，連政國(guó)，崔功佩，楊紅光，許鵬曉

(1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，山東 青島 266109；2.山東省農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)推廣站，濟(jì)南 250013；3.山東德農(nóng)農(nóng)業(yè)機(jī)械制造有限責(zé)任公司，山東 德州 253400)

針對(duì)山東棉花產(chǎn)區(qū)的抗旱播種和免耕播種的種植條件，研制了采用≥66.2kW拖拉機(jī)提供動(dòng)力的2MBJ-2型深松少耕棉花施肥覆膜播種機(jī)。該播種機(jī)采用深耕單軸旋耕犁、可控施肥裝置、株距可調(diào)式仿形播種裝置和一體化覆膜裝置，可一次性完成耕整地、滅茬、定量施肥、平整地、精密播種、覆膜和膜上覆土等田間作業(yè)。在山東省利津農(nóng)機(jī)專業(yè)合作社進(jìn)行田間試驗(yàn)，結(jié)果表明：該播種機(jī)作業(yè)穩(wěn)定性高，漏播率1.875%，重播率3.45%，株距合格率94.68%，播深合格率89.5%，作業(yè)效率0.53～0.8hm2/h，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足鋪膜播種機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

棉花；播種機(jī)；少耕；施肥裝置；覆膜裝置

0 引言

棉花具有較強(qiáng)的耐鹽堿性，被認(rèn)為是開(kāi)發(fā)利用鹽堿地的先鋒作物，鹽堿地棉花也早已成為中國(guó)棉花主要生態(tài)類型之一[1]。2014年，山東省棉花種植面積多達(dá)5.929×105hm2，棉花總產(chǎn)量6.650×105t，單產(chǎn)1.122×105kg/hm2。[2]但是棉花生產(chǎn)用工量大，種植管理復(fù)雜，從種到收有40多道工序。其中，播種環(huán)節(jié)最為重要，不僅直接影響棉花的產(chǎn)量和質(zhì)量，而且與田間管理和收獲等后續(xù)作業(yè)有關(guān)，直接決定了棉花種植的經(jīng)濟(jì)效益。

山東棉花產(chǎn)區(qū)主要分布在魯西北地區(qū)，多為鹽堿地，土質(zhì)硬、土塊多、播種季干旱少雨、土壤水分流失嚴(yán)重、作物發(fā)芽率低及全程機(jī)械化水平低是困擾該地區(qū)棉花產(chǎn)業(yè)發(fā)展的難題。近年來(lái)，該地區(qū)不斷引進(jìn)棉花播種機(jī)械，但引進(jìn)的免耕播種機(jī)沒(méi)有專門(mén)的碎土、平土裝置，聯(lián)合作業(yè)機(jī)具少，導(dǎo)致作業(yè)質(zhì)量不高，覆膜和膜上覆土效果差，達(dá)不到預(yù)期效果。

針對(duì)上述問(wèn)題，分析了山東棉花產(chǎn)區(qū)的種植特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了2MBJ-2型深松少耕棉花施肥覆膜播種機(jī)，可一次性完成耕整地、滅茬、定量施肥、平整地、精密播種、覆膜和膜上覆土等作業(yè)，減少了機(jī)具進(jìn)地作業(yè)的次數(shù)，保護(hù)了棉花生長(zhǎng)的土壤條件。同時(shí)，針對(duì)性設(shè)計(jì)了碎土、平土鎮(zhèn)壓輥，為后續(xù)施肥、播種作業(yè)提供很好的種床條件。在山東利津棉花產(chǎn)區(qū)進(jìn)行了田間試驗(yàn)，對(duì)相關(guān)作業(yè)指標(biāo)做了試驗(yàn)驗(yàn)證。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1 技術(shù)要求

1)適應(yīng)山東省棉花產(chǎn)區(qū)的種植特點(diǎn)，多項(xiàng)作業(yè)一次完成，提高棉花機(jī)械化程度。

2)一次性完成耕整地、滅茬、定量施肥、平整地、精密播種、覆膜和膜上覆土等作業(yè)。

3)施肥量可控，施肥深度可調(diào)，實(shí)現(xiàn)肥料效益最大化。

4)播種量可調(diào)，保證種植密度。

5)一體化覆膜和膜上覆土，保護(hù)土壤溫度、水分和養(yǎng)分，提高發(fā)芽率。

1.2 整機(jī)結(jié)構(gòu)與技術(shù)參數(shù)

山東棉花產(chǎn)區(qū)，土質(zhì)多為鹽堿地，旋耕作業(yè)后會(huì)有較大土塊，土壤間隙較大，導(dǎo)致播種開(kāi)溝器作業(yè)前方容易出現(xiàn)土埂，土壤保溫效果差；同時(shí)，受作物殘茬的影響，造成排種器工作阻力大。為優(yōu)化播種條件，提高播種質(zhì)量，設(shè)計(jì)了帶有仿形裝置的碎土鎮(zhèn)壓輥，起到鎮(zhèn)壓、平土、碎土的作用，優(yōu)選了帶有防纏繞轉(zhuǎn)筒的鏟式開(kāi)溝器，避免了受作物殘茬纏繞引起的排種器工作阻力大的問(wèn)題。

設(shè)計(jì)的2MBJ-2型深松少耕棉花施肥覆膜播種機(jī)主要由機(jī)架、懸掛引架、萬(wàn)向掛接機(jī)構(gòu)、深耕單軸旋耕犁、施肥裝置、碎土鎮(zhèn)壓輥、排種裝置、地輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、覆膜和膜上覆土裝置等部分構(gòu)成(見(jiàn)圖1)。主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 播種機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

1.機(jī)架 2.牽引架 3.變速箱 4.旋耕犁 5.施肥開(kāi)溝器 6.鎮(zhèn)壓輥 7.播種開(kāi)溝器 8.驅(qū)動(dòng)輪 9.覆膜和膜上覆土裝置

1.3 工作原理

播種機(jī)通過(guò)懸掛架與拖拉機(jī)懸掛裝置聯(lián)接，利用萬(wàn)向節(jié)連桿，將拖拉機(jī)輸出動(dòng)力傳動(dòng)到變速箱，為深耕單軸旋耕犁提供動(dòng)力。鎮(zhèn)壓輥安置在耕單軸旋耕犁后，通過(guò)鉸接曲桿和高壓力彈簧進(jìn)行仿形，保證碎土和平土作業(yè)質(zhì)量。作業(yè)時(shí)，通過(guò)地輪帶動(dòng)傳動(dòng)鏈輪，驅(qū)動(dòng)可調(diào)式螺旋施肥器及帶變速箱的轉(zhuǎn)勺分離內(nèi)側(cè)攮種精量排種器，肥料通過(guò)導(dǎo)肥管進(jìn)入施肥開(kāi)溝器作業(yè)的溝槽中；種子通過(guò)排種口進(jìn)入排鐘開(kāi)溝器作業(yè)的種溝內(nèi)，通過(guò)鎮(zhèn)壓輪進(jìn)行播種鎮(zhèn)壓。機(jī)器被牽引作業(yè)，壓膜輪將薄膜壓在鋪膜開(kāi)溝鏟作業(yè)的鋪膜溝內(nèi)，覆土圓盤(pán)完成壓膜作業(yè)，同時(shí)將土送到覆土滾筒內(nèi)，滾筒壁的螺旋片完成膜上覆土作業(yè)。整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)簡(jiǎn)單，作業(yè)流暢，提高了棉花播種作業(yè)的效率和質(zhì)量。

2 播種機(jī)關(guān)鍵裝置的設(shè)計(jì)

2.1 仿形鎮(zhèn)壓輥裝置的設(shè)計(jì)

通過(guò)實(shí)地考察和參閱相關(guān)文獻(xiàn)，山東棉花產(chǎn)區(qū)以濱州地區(qū)為例，土地不平、土壤硬度較大、鹽堿地易在高處積鹽形成鹽斑[3]，因而耕作后平整土地對(duì)鹽堿地區(qū)植棉極為重要。本文在旋耕、施肥作業(yè)后設(shè)計(jì)了有仿形裝置的鎮(zhèn)壓輥(見(jiàn)圖2)，選用的材質(zhì)為聚酰胺，具有良好的綜合性能，包括力學(xué)性能、耐磨損性和自潤(rùn)滑性，且摩擦因數(shù)低，易于加工。

1.鎮(zhèn)壓輥 2.仿形裝置

鎮(zhèn)壓輥由多個(gè)獨(dú)立的鎮(zhèn)壓輪安裝在鎮(zhèn)壓輪軸上，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3所示。設(shè)計(jì)的鎮(zhèn)壓輪為雙凹曲面輪，相鄰兩鎮(zhèn)壓輪之間形成一個(gè)弧形凹面，兩凹面交界處有凸峰，減少碎土阻力；碎土后，土壤沿著雙凹面像兩側(cè)移動(dòng)，凸峰和曲面最低點(diǎn)的縱向距離為20mm，兩凸峰之間的橫向距離為100mm，避免了局部土壤壓實(shí)，提高了碎土后土地的平整度；安裝時(shí)鎮(zhèn)壓輥?zhàn)畹忘c(diǎn)高于旋耕刀縱向最低點(diǎn)100mm；該鎮(zhèn)壓輥帶，通過(guò)控制壓力彈簧調(diào)整鎮(zhèn)壓輥的鎮(zhèn)壓強(qiáng)度，使鎮(zhèn)壓輥?zhàn)鳂I(yè)過(guò)程中同步完成土壤的平、碎、鎮(zhèn)壓，實(shí)現(xiàn)棉花種床的整理，改善棉花播種的土壤條件，提高播種作業(yè)質(zhì)量，增加出芽率。

1.鎮(zhèn)壓輪 2.輪軸 3.鎮(zhèn)壓輥 4.凹曲面 5.凸峰

2.1.2 仿形裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鎮(zhèn)壓仿形裝置通過(guò)槽口護(hù)板固定在機(jī)架上，槽口護(hù)板和鎮(zhèn)壓輪支板鉸接，鎮(zhèn)壓輪支板上螺栓連接有高壓力彈簧的浮動(dòng)支桿。機(jī)器工作時(shí)，通過(guò)鎮(zhèn)壓輥的自重和壓力彈簧張力的作用完成碎土，且控制鎮(zhèn)壓輥不被輕易拖起；同時(shí)，由于壓力彈簧的可壓縮性，作業(yè)遇到較大土埂或土塊時(shí)，鎮(zhèn)壓輥可以向上浮動(dòng)，實(shí)現(xiàn)仿形作業(yè)，既避免了機(jī)具的剛性破損，又提高了作業(yè)質(zhì)量。鎮(zhèn)壓仿形裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。

1.支板 2.鉸接孔 3.槽口護(hù)板 4.支桿 5.壓簧 6.軸承座

2.2 深耕單軸旋耕犁的設(shè)計(jì)

深耕單軸旋耕犁裝置主要由變速箱、旋耕刀軸、旋耕刀片、刀座及刀軸軸承座板等組成，如圖5所示。根據(jù)棉花種植模式要求，播種深度為20～40mm，種子和肥料的橫向間距為60～80mm，縱向間距為50～80mm，既保證施肥效益最大又避免燒種。因此，設(shè)計(jì)的旋耕刀刀柄長(zhǎng)度為180mm，刀頭長(zhǎng)度為46mm，旋耕作業(yè)深度為120mm，轉(zhuǎn)速為188r/min。旋耕機(jī)作業(yè)功率的消耗包括旋耕轉(zhuǎn)動(dòng)、刀片切削土壤和殘茬、刀片翻動(dòng)土塊和拋擲等過(guò)程。其中，切土、翻土和拋土消耗的功率占總消耗功率的80%以上，其它方面的消耗可以忽略不計(jì)[4]。作業(yè)選用功率大于66.2kW的拖拉機(jī)提供動(dòng)力，動(dòng)力輸出軸標(biāo)定功率大于53kW，保證旋耕作業(yè)和機(jī)具播種作業(yè)動(dòng)力需求。

1.動(dòng)力輸入軸 2.變速箱 3.旋耕刀 4.刀軸 5.刀軸軸承座

2.3 播種裝置的設(shè)計(jì)

2MBJ-2型深松少耕棉花施肥覆膜播種機(jī)選用的是轉(zhuǎn)勺分離內(nèi)側(cè)攮種精量排種裝置，由排種器殼體、排種器蓋、排種盤(pán)、攮種送種盤(pán)和變速箱等組成，如圖6所示。排種盤(pán)上均布有18個(gè)按照包衣棉花種子的外形尺寸設(shè)計(jì)的種勺，排種器殼體上有投種角度調(diào)節(jié)口，通過(guò)調(diào)整投種角度保證每個(gè)種勺將單粒棉花種子送到攮種送種盤(pán)，實(shí)現(xiàn)單粒精量播種。通過(guò)排種器試驗(yàn)臺(tái)的多次試驗(yàn)，調(diào)整投種角度后，單粒播種率可達(dá)93.5%以上。設(shè)計(jì)的排種器帶有變速箱，可實(shí)現(xiàn)7級(jí)變速，通過(guò)調(diào)整手柄控制變速擋位，實(shí)現(xiàn)棉花播種作業(yè)的株距在180～360mm內(nèi)可調(diào)，播量在5 000～10 000株/667hm2內(nèi)可調(diào)，操作簡(jiǎn)單，大大提高了作業(yè)效率。

信息盜竊也是危害計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息安全性的重要因素，其是利用間諜軟件來(lái)對(duì)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)信息造成攻擊，其不像病毒那樣直接影響計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行，但是卻會(huì)基于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)而盜竊網(wǎng)絡(luò)用戶的個(gè)人信息，危害用戶個(gè)人數(shù)據(jù)信息的安全性。而垃圾信息則主要是基于新聞傳遞或郵件等方式，通過(guò)采取垃圾信息傳播本身具有的強(qiáng)制性特征來(lái)擴(kuò)散或盜取經(jīng)濟(jì)政策和商業(yè)信息等。無(wú)論是信息盜竊還是垃圾信息，它們的存在均會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的安全性產(chǎn)生不利影響。

1.排種器蓋 2.排種器殼體 3.變速箱 4.調(diào)節(jié)把手 5.鏈輪

3 田間試驗(yàn)分析

3.1 試驗(yàn)條件

2015年4月下旬，在山東利津縣春喜農(nóng)機(jī)專業(yè)合作社試驗(yàn)田進(jìn)行了試播，作業(yè)情況如圖7所示。試驗(yàn)田均是免耕地，100～150mm玉米留茬，土質(zhì)為具有代表性的山東鹽堿地。試驗(yàn)選用的是73.5kW的拖拉機(jī)，選用包衣機(jī)播棉1號(hào)棉花種子及紅四方緩釋肥料，試播面積為0.01hm2。

3.2 試驗(yàn)方法

在播種后的試驗(yàn)田進(jìn)行不同行取樣，取樣長(zhǎng)度900mm，每行取樣2段。取樣方法：選定取樣基點(diǎn)，定在播種作業(yè)開(kāi)始后6m后第1粒種子處，長(zhǎng)度上每900mm取樣1次，記錄相鄰種子的間距，一組記錄完成，檢驗(yàn)株距合格率和漏播率；在種子穴粒處的縱向覆土層每10mm取樣1次，記錄覆蓋層內(nèi)種子深度，檢驗(yàn)播深合格率；對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，按照國(guó)家播種機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法計(jì)算2MBJ-2型深松少耕棉花施肥覆膜播種機(jī)的作業(yè)指標(biāo)，將結(jié)果與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，得出結(jié)論。

圖7 田間試驗(yàn)

3.3 試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理

根據(jù)棉花鋪膜播種機(jī)的相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《JB/T 7732-2006 鋪膜播種機(jī)》，播種株距合格率的計(jì)算公式為

式中 θ—播種株距的合格率(%)；

L—取樣范圍內(nèi)測(cè)量的株距樣本的總個(gè)數(shù)(個(gè))；

l—測(cè)量結(jié)果符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的總數(shù)，0.5t﹤l≤1.5t為合格株距， l≤0.5t為重播，l>1.5t為漏播，t為理論株距(個(gè))。

相關(guān)測(cè)量結(jié)果如表2所示。

表2 株距測(cè)量統(tǒng)計(jì)表

分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果并計(jì)算可知：設(shè)計(jì)的2MBJ-2型深松少耕棉花施肥覆膜播種機(jī)實(shí)際田間作業(yè)的漏播率為1.875%，優(yōu)于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的漏播率≤2.0%；重播率為3.45%，優(yōu)于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的漏播率≤8.0%;株距合格率為94.68%，優(yōu)于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的株距合格率≥90%。

參照國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 6973-2005 單粒(精密)播種機(jī)試驗(yàn)方法》的計(jì)算方式，2MBJ-2型深松少耕棉花施肥覆膜播種機(jī)播深合格率計(jì)算為

式中 ω—播種株距的合格率(%)；

H—取樣范圍內(nèi)測(cè)量的株距樣本的總個(gè)數(shù)(個(gè))；

h—測(cè)量結(jié)果符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的總數(shù)，0.5t﹤h≤1.5t為合格株距， l≤0.5t為重播，l>1.5t為漏播，t為理論播種深度(個(gè))。

相關(guān)測(cè)量結(jié)果如表3所示。

表3 播深測(cè)量統(tǒng)計(jì)表

分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果并計(jì)算可知：設(shè)計(jì)的2MBJ-2型深松少耕棉花施肥覆膜播種機(jī)實(shí)際田間作業(yè)的播深合格率為89.5%，優(yōu)于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的株距合格率≥85%。

4 結(jié)論

1)研制的2MBJ-2型深松少耕棉花施肥覆膜播種機(jī)創(chuàng)新性設(shè)計(jì)了帶有仿形裝置的鎮(zhèn)壓輥，鎮(zhèn)壓輥?zhàn)鳂I(yè)集碎土、平土和鎮(zhèn)壓為一體，有效解決土質(zhì)硬及耕作后土壤保溫性差的難題，符合山東棉花產(chǎn)區(qū)的的土壤種植狀況。

2)研制的2MBJ-2型深松少耕棉花施肥覆膜播種機(jī)一次性完成耕地、整地、開(kāi)溝、施肥、播種、鎮(zhèn)壓、覆膜和膜上覆土等多項(xiàng)田間作業(yè)。多項(xiàng)作業(yè)同時(shí)進(jìn)行, 可以提高地溫, 保持土壤水分, 減少鹽分向棉苗根系移動(dòng), 有利于一播全苗。同時(shí)，簡(jiǎn)化棉花生產(chǎn)過(guò)程，提高棉花生產(chǎn)的自動(dòng)化程度，節(jié)約生產(chǎn)成本，增加棉花產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

3)設(shè)計(jì)的2MBJ-2型深松少耕棉花施肥覆膜播種機(jī)，從種植方式上看，播種行距為760mm，符合現(xiàn)有棉花收獲機(jī)械的作業(yè)要求；從播種裝備方面看，實(shí)現(xiàn)了棉花播種株距可調(diào)，可以確定不同種植區(qū)域的最佳株距。

4)田間試驗(yàn)表明：設(shè)計(jì)的2MBJ-2型深松少耕棉花施肥覆膜播種機(jī)，整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，作業(yè)穩(wěn)定可靠，漏播率1.875%，重播率3.45%，株距合格率94.68%，播深合格率89.5%，各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于現(xiàn)有的棉花鋪膜播種機(jī)作業(yè)的國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

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Design and Experiment of 2MBJ-2 Subsoiling Tillage Fertilizer Coated Cotton Planter

Liu Lihui, Yang Ranbing, Shang Shuqi, Lian Zhengguo, Cui Gongpei, Yang Hongguang, Xu Pengxiao

(1.Mechanical and Electrical Engineering College, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, China; 2.Agro-machinery Technical Extension Station of Shandong Province, Jinan 250013, China; 3.Shandong Denong Agricultural Machinery Manufacturing Co.Ltd.， Dezhou 253400, China)

For Shandong cotton-producing areas for drought sowing and planting no-till planting conditions, Developed 2MBJ-2 subsoiling tillage fertilizer coated cotton planter, which needed more than or equal to 66.2kw tractor provides power. The seeding machine adopts deep single shaft rotary plow, controllable device for fertilization, plant spacing adjustable copying seeding device and integration of the film coating device. Complete tillage, stubble, quantitative fertilization, flatly, precision seeding, film and film casing through one field work. Field test was carried out in Shandong Lijin agricultural cooperatives. The experiment showed that he high stability of the planter, leakage sowing rate 1.875%, replay rate of 3.45%, qualified spacing 94.68% rate, sowing depth qualified rate of 89.5%, operation efficiency of 0.53～ 0.8hm2/h, the technical indicators met the Paving Membrane planter industry standard requirements.

cotton; sowing machine; less tillage; fertilization device; film mulching device

2016-04-18

山東省農(nóng)機(jī)裝備研發(fā)創(chuàng)新項(xiàng)目(2015YZ202)；山東省農(nóng)業(yè)重大應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目(2214009)

劉立輝(1989-)，男，山東泰安人，碩士研究生，(E-mail) llihwfu@163.com。

連政國(guó)(1964-)，男，山東榮成人，教授，碩士生導(dǎo)師，(E-mail)Zglian64@126.com。

S223.2+5

A

1003-188X(2017)04-0134-05