2BMF-3型麥茬地免耕精播機防堵裝置的設計與試驗

周春燁

(江陰職業技術學院，江蘇 江陰　214416)

0　引言

隨著保護性耕作技術的更新與發展，以及國家對農業機械生產設備投入的加大，在麥茬地不進行土壤翻新、直接進行農作物播種的免耕精播機得到廣泛應用，一系列型號和功能的精播機根據作業土壤、作業場合、播種作物類型及作業田間寬度等來滿足不同的要求。針對2BMF-3型麥茬地免耕精播機實際生產的應用，筆者通過對該機型防堵裝置的深入分析與探討，加之其他關鍵構件的同步配合，獲取了有一定參考價值的設計參數，以改善和優化其防堵裝置的防堵效果，減少其作業過程中種子堵塞的現象發生，一定程度上提高了免耕精播機的播種效率和播種質量，以達到最終提高農作物產量的目標。為此，對該免耕精播機的關鍵防堵裝置進行設計，以期提高其清除播種帶及周邊的秸稈或雜物的清除率。

1　免耕精播機及其防堵技術

免耕精播機實現了播種與施肥同時進行，省去翻地這一環節，更為重要的是結合自身各部件結構特點，可以更好地實現精量化播種。該機優點是對于播種的作物種子進行有序化種入土壤，經后續的覆土可達到出苗率較高的效果。2BMF-3型麥茬地免耕精播機如圖1所示，主要技術參數如表1所示。播種過程中，注意拖拉機牽引力的擋數選取，強調種植時行與行之間的間距。其工作原理為：通過傳動機構進行牽引裝置與精播機器之間力的傳遞，之后精播機的防堵裝置起作用，拋開播種帶不相關的秸稈與雜物；開溝器相繼開始動作，排種器與排肥器同時開始播種與施肥相應的動作，最后完成覆土保墑工作。

圖1　2BMF-3型麥茬地免耕精播機外觀圖

表1　2BMF-3型麥茬地免耕精播機主要參數表

續表1

防堵技術的主要原理體現在如何有效地為精播機進行播種施肥提供便利條件，在未經過翻新耕地的原茬地土壤進行播種。由于小麥秸稈的覆蓋會影響鏟刀的入土深度，因此防堵技術的改進在于：其防堵裝置對小麥原茬的秸稈進行最大效率的清除，剝離出暴露的土壤；隨之，播種鏟刀與施肥鏟刀的深入，種子合理有序進入土壤，通過地輪的鎮壓等后續作業，在良好的水分、土壤有機質生長保證的環境下，出芽生長。此領域防堵技術的開發主要體現在硬件裝置、軟件控制及精播機機體互相構件間的合理安排與設計、合理選型與匹配等方面。

2　關鍵防堵裝置設計

防堵裝置已由被動的防堵轉變為主動、有效的清潔秸稈模式，筆者主要通過對此型式的免耕精播機進行關鍵防堵裝置的設計與完善，來提高精播機的清除秸稈率、降低播種作業的堵塞率。對于齒刀的齒面形狀選取星形，研究其工作時的旋轉速度及切割麥茬的軌跡和曲線，尋求刃口的設計參數，重點在于開溝、覆土等關鍵作業環節。該裝置在整機中安裝部位的合理性需保證與排種、排肥協調相一致。本文關注鏟刀在運動過程中的切茬角度和刀的齒數組合，理論的刀具作用及運動模型為

(1)

(2)

(3)

式中θ—切茬角度；

r—鏟刀運動半徑(mm)；

h—刀齒入土深度(mm)；

α—刀齒周向角度；

z—刀齒的排數；

n—刀具轉速(r/min)；

s—刀齒的總有效長度(mm)；

L—防堵裝置刀軸的相對距離(mm)；

vm—精播機的行進速度(km/h)；

ρ—防堵性能參數。

在改善了防堵裝置鏟刀形狀、齒型、大小，以及與排種器、傳動部件、施肥器、整個機架的相互位置關系之后，加入計算機，構成機體播種的自動監視系統，實現實時監控，便于操作者進行相應的作業轉換與控制。監視系統如圖2所示。

圖2　免耕精播機監視系統圖

3　精播機試驗與分析

3.1　試驗方法

從整體播種作業角度入手，為提高播種種子的均勻性，主要考慮以下方面的因素：①合理的免耕精播機行進速度；②鏟刀進行播種時播種的力度與深度；③播種帶之間的行距靈活調整性；④同步肥料的入土深度與種苗的間距等。

設計了精播機在播種之前的清除秸稈、防堵采取的試驗方法。小麥原茬地的秸稈清除效率為

(4)

式中B1—未清除障礙之前的秸稈量(kg/m2)；

B2—清除障礙之后的秸稈量(kg/m2)。

通過傳感裝置測定刀具在清除秸稈時所消耗的刀片功率，選取能夠承載較強麥茬莖部、根部作用力的鋼結構硬度成分比值的防堵組件。刀片運轉過程中，半徑值與旋耕深度存在一定的回歸響應關系。

圖3、圖4為防堵裝置改進設計后刀盤與所受變形大小、刀齒與最大等效應力之間的變化關系。由此參數的對比與試驗可以得出防堵裝置進行結構選型時的刀齒、刀盤厚度，以適應麥茬地的土壤硬度，實現免耕地很好清除播種帶障礙物，以利于排種部件進行排種、施肥部件進行同步施肥。

圖3　防堵裝置的刀齒厚度與最大應力關系圖

圖4　防堵裝置的刀盤厚度與相應變形大小關系圖

經過計算分析，得出精播機在模擬作業速度、防堵裝置起關鍵作用的刀具回轉半徑和小麥秸稈殘茬的切斷效率三者之間的響應關系，如圖5～圖7所示。與設計的期望值相比，誤差控制在允許精度范圍內，通過不斷調整與優化，獲取最佳技術參數。

3.2　試驗分析

選取具有代表性的關鍵參數進行對比試驗，詳細數據如表2所示。表2中，記錄3種不同免耕精播機在拖拉機不同行進速度帶動下所產生的清除障礙效果，可得出：選取防堵裝置中的鏟刀分布排數為4，行進速度在4.5km/h左右時可達到最佳的麥茬秸稈與麥茬根部最佳的清除效果，此時清除率較高；燃油的消耗率在此試驗中消耗波動不大，可以在進行此防堵裝置試驗改善及優化結構中作為次要因素考慮，刀具排數及運轉速度和精播機整機的行進速度作為主要因素考慮。試驗相關情況如表2～表4所示。

圖7　回轉半徑、播種深度、切斷率三者之間響應關系

表2　試驗相關參數記錄與優化

表3　試驗與設計相關性能參數比較

表4播種擾動與播種帶幅度關系

Table 4Relationship between seeding disturbance and sowing band amplitude

序號播種帶幅度/mm土壤跟隨擾動變化率/%1589.326410.33538.6平均58.39.4

通過最終的試驗與設計相關性能技術參數匯總對比發現：播種的入土深度需要控制在45cm左右，有利于種子的出芽。此土壤層位的墑度及水分良好，加之表土麥茬秸稈的覆蓋，可實現良好的出芽率；另外，對于排種的相關環節進行有序、單粒、精量化的組織，保證種子播種的全覆蓋。因此，可以利用氣吸或者關電感應等對種子進行感應與控制，做到排種一致、有序，同步進行的施肥做到均勻、適量。預設與試驗兩者之間的吻合度較高，誤差不超過10%，說明此設計改善理念成立，并可以在實際播種作業中實現。

4　結論

2BMF-3型麥茬地免耕精播機與傳統播種機具相比，具有更好的排種、播種、施肥等性能。通過對免耕精播機防堵裝置相關參數的設計優化，并進行試驗，結果表明：采用此防堵裝置同時進行各項關鍵技術參數合理匹配和設置，可實現較好的播種帶部位麥茬秸稈清除效果；選取合理的行進作業速度、進行刀具型號和性能的合理安裝，可達到適宜種子發芽和生長的播種深度，保證作物種子所需的土壤墑度和含水量，是一款值得廣泛推廣和應用的農作物播種機具。