電力驅動精密播種機設計與試驗研究

趙文罡，韓國靖，李洪剛，趙新天，于洪斌，吳尚華

（吉林省農業機械研究院，吉林長春130022）

目前，農業生產中使用的播種機的傳動方式均為機械式鏈條傳動，依靠播種機地輪與地表摩擦阻力為傳動系統的動力來源，整套系統結構復雜，輔助零件多（鏈輪、鏈條、軸承、軸和張緊裝置等），同時存在鏈條脫落、斷裂等問題。播種時株距調節繁瑣，需要通過人工更換鏈輪或調節附加變速機構（屬于有級調節）。播種機地輪的打滑率高，影響播種株距均勻性和工作效率，導致播種機的作業質量不良[1]。基于上述問題，研究播種機電力驅動結構和配套信息系統，應用電動施肥裝置，省去機械式鏈條傳動系統的同時實現高精度播種株距、施肥量的信息調控，是機電自動化控制技術的體現，也是實現玉米種植技術機電一體化發展方向的重要歷程。

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、施肥鏟、施肥電機、開溝器、精密排種器、步進電機、傳感器、數字輸入式控制系統、覆土鎮壓器等組成。主梁由拖拉機采用三點式懸掛機構掛接，整機可一次完成開溝、深施肥、精密播種、覆土鎮壓等作業，結構如圖1所示。

1.2 輸入式調節控制系統

依托電子信息技術，采用數字輸入地輪直徑、播種株距、施肥量等信息，通過監測播種機地輪轉速，將采集的信息傳送到控制系統，經過系統內部程序運算，驅動并控制排種、排肥部件同步轉動，實現配套拖拉機不同作業速度時播種、施肥的變量調節[2]，同時采用漏播監測報警功能，保證了播種機作業質量。

1.3 工作原理

工作時，拖拉機蓄電池提供動力源，傳感器采集地輪位移信號，將數據傳輸給控制系統，系統經過程序運算，計算出該機的播種信息并發配指令，由電機驅動排肥軸轉動，排肥盒排下的肥料經排肥管施到土壤中，由步進電機驅動精密排種器轉動，同時播種開溝器開溝，排種器排出的種子經導種管進入種溝內，經覆土鎮壓組合部件將種子掩埋并壓實。

圖1 電力驅動精密播種機結構圖

圖2 數字輸入式調節控制系統

表1 電力驅動播種機性能指標

2 田間試驗與結果分析

2.1 試驗地條件

2018年5月7 日，在吉林省農安縣開安鎮試驗基地，進行了田間試驗。選取具有代表性的地塊，土壤類型為黑壤土，土壤含水率為28%，墑情適宜，地面根茬經過粉碎處理并起壟，達到無殘茬、無漏耕，平整細碎的待播狀態。

2.2 試驗方法

播種前，采用數字式輸入對該機的地輪直徑、株距、施肥量等參數進行設定，對整機的行距、播種深度、施肥深度等進行調整、調試之后，拖拉機以不同的速度工況下進行試驗，對其相關性能進行檢測，內容主要包括數字輸入式調節控制系統控制精度，及相關播種性能、施肥性能等。

2.3 試驗結果分析

將試驗數據整理，計算株距合格指數、施肥性能、電子監測性能，詳見表1所示。

結果表明，電力驅動播種機的粒距合格指數99.35%，各行排肥量一致性變異系數5.80%，施肥控制精度96.44%，漏播報警監測精度98.88%，說明該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國家相關標準。

3 結論

一是機械式鏈條傳動結構復雜和使用過程中存在鏈條脫落、斷裂等問題，設計了一種電力驅動精密播種機，該機可一次進地完成開溝、施肥、播種、覆土、鎮壓等作業過程。

二是田間試驗，測試結果表明所設計的電力驅動播種機，電力驅動代替機械傳動，簡化整機結構，有效提高傳動可靠性，數字輸入式調節控制系統可實現無極調節株距，播種株距均勻、性能穩定，施肥控制精度準確，漏播報警精度高，作業質量符合國家相關標準的規定，旨在為電力驅動技術在農業播種領域的改進和研發方向提供參考。