小麥寬幅播種機種肥開溝裝置的設計與研究

李軍宇，張淑娟，王曙光

(山西農業(yè)大學 a 工學院；b.農學院，山西 太谷 030801)

0 引言

小麥是我國三大糧食作物之一，也是重要的商品糧和貿易糧，提高小麥產量直接關系我國的糧食安全和國民生計[1-2]。由于我國新增耕地面積的空間不大，依靠擴大糧食種植面積來提高小麥產量并不現實，只有提高小麥種植管理技術，提高化肥施用效率，才能為小麥增產提供保障。目前，我國大部分地區(qū)冬小麥種植中仍采用拋撒式施肥，易導致肥料施用不均，不利于作物的吸收，且造成環(huán)境污染，肥料浪費現象嚴重。常規(guī)小麥播種方式上多采用條播，播種幅寬一般為3cm，在現如今播量逐漸增大的情況下易造成籽粒扎堆，導致幼苗分布疏密不均，出現大小苗、疙瘩苗現象。株距過小，造成小麥個體發(fā)育不良，根系不發(fā)達，在小麥揚花和灌漿時期，受季風影響，極易出現倒伏，嚴重影響小麥的單位產量。

小麥生產中采用現代農業(yè)先進技術和先進種植機械，可在減輕勞動強度、縮短勞動時間的同時，獲得較高的單位產量和較好種植收入[3]。種肥同播技術是農業(yè)部門早年提出的一項小麥高產技術，是將種子和化肥同時播入田間、種肥同溝但深度不同的一種操作模式[4]，可改變傳統(tǒng)撒施淺施等落后的施肥方式，提高化肥的利用率，省工省時，節(jié)本增效。但由于各地種植習慣的不同，種植機械難以滿足當地農藝要求，種肥同播技術并沒有大面積推廣。本文針對現階段小麥播種中存在的技術難點，結合種肥同播技術與當地農藝要求，設計開發(fā)出一種新型小麥寬幅播種機，旨在為小麥種肥同播技術的推廣提供參考。

1 整機結構及工作原理

本次設計的小麥寬幅播種機主要由動力傳輸系統(tǒng)、旋耕裝置、種肥開溝裝置、種肥箱系統(tǒng)及覆土鎮(zhèn)壓裝置等組成，是一種田間復式作業(yè)機具，可一次完成旋耕、碎茬、開溝、施肥、播種、覆土、鎮(zhèn)壓等多道工序。其中，種肥開溝裝置是本機具的創(chuàng)新部件。整機結構如圖1所示，主要技術參數如表1所示。

1.三點懸掛裝置 2.齒輪箱總成 3.機架 4.旋耕裝置 5.種肥開溝器 6.排肥管 7.種管 8.鎮(zhèn)壓驅動滾 9.刮土板 10.擋土板 11.張緊輪 12.種箱 13.肥箱圖1 小麥播種機結構簡圖

名稱單位數值外形尺寸(長×寬×高)mm1960×2240×1200整機質量kg870配套動力kW58.8～73.5工作行數9作業(yè)寬度mm2000行距mm120～150(可調)播種幅度mm120播種深度mm30～50施肥深度mm110～130排種器形式可調外槽輪式排肥器形式外槽輪式作業(yè)速度km/h5～6

工作時，拖拉機通過三點懸掛裝置牽引機具進行播種作業(yè)。首先，萬向節(jié)與動力輸出軸相連，由動力傳輸系統(tǒng)將動力傳遞到刀軸上，連接在刀軸上的旋耕刀獲得動力后旋轉切碎土壤或玉米根茬，從而形成疏松的種床；隨后，位于旋耕刀正后方的種肥開溝器開出適宜深度的種肥溝，通過鎮(zhèn)壓驅動滾鏈輪傳動系統(tǒng)驅動排肥排種裝置，肥料通過肥管撒落于種肥帶內；部分土壤自動落回覆蓋肥料后，種子通過排種管排到土壤中，完成小麥種植作業(yè)，種肥垂直分施，實現種肥同播；最后，通過鎮(zhèn)壓滾覆土鎮(zhèn)壓，使種子、化肥緊密接觸，完成施肥、播種作業(yè)。

2 種肥同播開溝裝置

2.1 防堵原理

在小麥、玉米一年兩熟作業(yè)中，秋季玉米機收后，大量秸稈殘茬覆蓋地表，小麥播種機的通過性能和播種質量受到嚴重影響。為解決小麥播種機播種過程中產生的壅堵問題，國內外專家學者做了大量研究，研制出了動力甩刀式[5]、浮動支撐式[6]及雙軸驅動式[7]等多種動力驅動形式的防堵裝置。

本小麥播種機主要采用“拋切式”防堵原理。播種小麥時，拖拉機的動力通過動力傳輸系統(tǒng)遞給刀軸，刀軸帶動旋耕刀高速旋轉，對播種行上的玉米根茬進行切除、粉碎，同時旋耕土壤，形成清潔播種帶，防止播種作業(yè)時產生堵塞。由于開溝器的前段插入旋耕刀片內，每個開溝器的前段兩側各安裝有一組旋耕刀組，這樣不僅可以打碎玉米秸稈，還可以切掉開溝器上纏繞的秸稈，防止秸稈纏繞在開溝器上形成堵塞，且縮短了小麥播種機的機身長度。

2.2 整體結構

種肥開溝裝置主要由種肥開溝器、鏟柄、導肥管、導種管、固節(jié)器及調節(jié)螺栓等組成，如圖2所示。導肥管與種肥開溝器固接在一起，在導肥管后加裝導種管，利用回土效果保證了種肥垂直分施，導種管高度可以根據實際需求通過調整螺栓進行調節(jié)[8]。播種時，根據當地農業(yè)農藝要求及種肥同播原理，設計的導肥管高于開溝器20mm，導種管高于施肥管90mm，保證了種肥間隔70～90mm以上，滿足生產要求和避免燒種。

1.種肥開溝器 2.導肥管 3.導種管 4.固節(jié)器 5.調整螺絲

本次小麥播種機采用小麥寬幅垂直分層種肥同播技術，將傳統(tǒng)的密集條播、籽粒擁擠一條線改為12cm的寬播幅。播種時，種子位于土壤下面4.0cm，肥料位于種子下面9.0cm，肥料集中條狀均勻深施，避免了肥料中氮的揮發(fā)且粒播分散式結構有利于種子的均勻分布;與傳統(tǒng)播種方式相比，該技術的麥田通風透光性良好，麥苗整體生長均勻，可以有效分蘗，成穗率高，小麥根系發(fā)達。

2.3 種肥開溝器

2.3.1 主要參數

開溝器是小麥播種機的關鍵部件之一，共作用是開出溝槽，為種子發(fā)芽和作物生長提供良好的種床[9]。本文設計的開溝器由前刀、鏟柄及固節(jié)器等組成，主要參數包括入土角、入土隙角及曲線方程等。

開溝器的入土性能與入土角的選擇有關。若入土角度過大，土壤對開溝器的阻力大，土壤擾動量大，易發(fā)生堵塞；角度過小，開溝阻力小入土能力好，但開溝深度不夠，不能滿足農藝要求。種肥開溝器前刀的刃口設計為凹曲線，可以降低前進阻力。入土角的變化范圍為20°～55°。

開溝器的入土隙角可以增加開溝器的入土能力。若入土隙角過小，入土性能差，增加摩擦阻力；角度過大，易造成土壤提前回落，使溝底不平[10]。一般取入土隙角為5°～10°，本文取入土隙角為6°。

李叔淺：恨水先生，又寫了個悲劇。我最不愛悲劇。因為人生本來已經是場悲劇。悲劇不是我想說的，我想說的是，

2.3.2 開溝器的曲線方程

種肥開溝器前刀的結構簡圖如圖3所示。假設凹曲線最下端的A點為坐標原點，則曲線上兩點的坐標分別為A點(0,0)和B點(170,90)。

因此，建立開溝器前刀曲線(即圓弧曲線)方程為

(x-a)2+(y-b)2=R2

(1)

其中，a、b為圓的圓心坐標；R為圓的半徑。

圖3 種肥開溝器前刀結構示意圖

圖3中，設角ω、γ分別為開溝器上A、B點的入土角，O為圓弧的圓心，E為圓弧上A、B點的切線的交點，因此在四邊形OAEB、△OAE、△OEB中有

(2)

由B點坐標得lAB=192mm。在一定條件下，入土角越小入土能力越好，但由于加工和使用壽命等問題，實驗確定ω=25°、δ=55°。根據式(2)可得R=371mm。

將A(0，0)、B(170，90)、R帶入式(1)，可得a=253 、b=-272，則種肥開溝器前刀的曲線方程為

(x+253)2+(y-272)2=3712

(3)

曲線AB上任意一點的入土角α的計算公式為

(4)

種肥開溝器入土深度為120mm的D點，其坐標為(120，90)，得到D點的入土角為44°，滿足開溝過程中入土角大小的要求。

3 田間試驗

3.1 試驗田情況

2015年10月，在山西省襄汾縣陶寺鄉(xiāng)安李村進行了機收玉米秸稈覆蓋條件下的小麥播種作業(yè)試驗測試，試驗地長為100m，寬為15m，可供6個行程。前茬作物為玉米335，秸稈覆蓋量為3.1kg/m2，土壤質地為壤土，土壤含水率為14%，2015年10月3日測試。試驗用小麥品種為長6 359，千粒質量為33g，種子含水率為12.5%，播種量為265kg/hm2，試驗用肥料為腐植酸螯合肥，N-P2O5-K2O為26-10-6+TE，總養(yǎng)分≥42%，施肥量為545kg/hm2。試驗用拖拉機為東方紅1004，作業(yè)速度為5.2km/h。田間播種試驗如圖4所示。

圖4 田間播種試驗

3.2 試驗內容及方法

根據GB/T 9478-2005《谷物條播機試驗方法》、NY/T 996-2006《小麥精少量播種機作業(yè)質量》等相關標準，對小麥播種機的性能指標和播種質量進行測試，內容主要包括播種質量、機具通過性和種肥間距等。

3.2.1 種肥深度

采用“五點測試法”，具體測試內容：在試驗區(qū)沿對角線等距離選取5個測區(qū)，每個測區(qū)寬度為一個工作幅寬，長度為5m；隨機在每個測區(qū)內選取10個測點，人工扒開土層，進行播種深度和施肥深度的測量，播種深度以3～5cm為合格，施肥深度以11～13cm為合格。

3.2.2 機具通過性

根據農機部試驗鑒定總站測試，機具合格標準為：“在剛收獲的玉米地，植被覆蓋量為2.0～4.0kg/m2，測試區(qū)長度為60cm，往返一個行程不發(fā)生堵塞或者有一次輕度堵塞”[11]。本次試驗地測區(qū)長度為80m，往返3個來回，共6個行程。

3.3 試驗結果及分析

3.3.1 種肥深度

播種后，田間試驗種肥深度的測量結果如表2所示。

表2 種肥深度測量結果

從表2中的測量結果可以看出：種深、肥深合格率均達到國家標準，種深的變異系數大于肥深。這是因為小麥播種機采用的種肥開溝裝置作業(yè)時為種肥同溝垂直分布，肥料先落入所開的＂V＂溝底部，施肥深度僅與開溝深度有關；而小麥播種深度同時受開溝深度和落種前回土量兩個因素的影響，尤其是玉米秸稈覆蓋地表狀況復雜的情況下，一定程度上影響回土量；另外，種子著床質量也受到一定的影響[12-13]。

3.3.2 防堵性能

試驗結果表明：該機具在正常作業(yè)6個行程的過程中，無明顯堵塞現象，播種機具通過性良好，能夠保證播種質量。本次研究設計的種肥開溝器插入到旋耕機旋耕刀片中間，旋耕刀在旋耕切碎土壤后形成比較理想的種床。同時，還可以切除附著纏繞在開溝器上的雜草秸稈，消除機具進行播種作業(yè)時產生的堵塞。

4 結論

1)田間試驗結果表明：小麥的平均播種深度為3.8cm，平均施肥深度為12.3cm，種肥間距滿足種肥同播7～9cm的農藝要求。試驗過程中無明顯壅堵現象，通過性良好，有利于小麥、玉米一年兩熟區(qū)進一步的推廣和應用種肥同播技術。

2)小麥播種機中的種肥開溝裝置采用寬播幅12cm種子分散式粒播，種肥同溝垂直分施可實現種肥同播，提高了肥料利用率，且擴大了小麥單株營養(yǎng)面積，促使植株根系發(fā)達、苗蘗健壯，從而達到了增產的效果。

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AbstractID:1003-188X(2018)06-0116-EA

Abstract： In North China, many wheat-maize double cropping areas have many problems about wheat seeder, such as large amount of straw-covering, bad passing capacity and poor planting quality. Combing with these problems and the requirement of local agronomy and principle of seeding, a new type of wheat seeder was designed, which can complete the ditching , seeding, fertilizer, soil covering and pressing. The fertilizer ditching device in this wheat seeder can be used for distributed sowing with wide range (12cm), which expands the wheat planting width and nutrient area ,it is also propitious to the wheat seedling roots; A new device for fertilizer ditching can realize wheat seed and fertilizer sowing in the meantime, it improves the utilization rate of fertilizer. The field experiment showed that the mean sowing depth was 3.8cm, and the qualified rate of the sowing depth was 92.5%, the mean fertilizing depth was 12.3cm, and the qualified rate of fertilizing depth reached 94.7%, both of them met the requirements of fertilizer and sowing agronomic. The wheat seeder has the good performance during the sowing process.

Keywords： wheat; wide seeder; opener; device for fertilizer ditching