大型小麥小壟溝免耕施肥播種機研制與試驗

李增宏

(山西省農機發展中心，山西 太原 030002)

0 引言

隨著我國現代農業的快速發展，為配合“十四五”發展規劃，以土地流轉為代表的大型家庭農場越來越多，以土地代管、托管等形式的土地經營規模越來越大。引導農戶依法自愿有序流轉土地經營權，鼓勵農民通過互換承包地、聯耕聯種等多種方式，實現打掉田埂、連片耕種，解決農村土地細碎化等系列問題，以適應當前大中型農業機械耕種模式，成為當務之急。

近年來，農業規模化與農機配備種類不同步，現有農機產品種類少、機型小、作業性能較差、作業效率偏低且生產成本高，在一定程度上制約了規模生產與現代農業建設進程[1-5]。小麥播種過程中應解決的難點包括以下4個方面。一是小麥播種行距窄，處理結構緊湊與播種行距窄的矛盾和通過性的矛盾。二是大型農機具質量大，如何處理全懸掛與拖拉機懸掛臂強度和升降力度的矛盾及拖拉機前后平衡問題。三是小壟溝播種技術，處理土壤虛實條帶并存，溝底中間施肥、肥側播種小麥，一溝一行肥、兩行種等小麥栽培技術問題。四是鎮壓輪與施肥播種開溝器距離近，如何處理施肥播種開溝器與仿形鎮壓輪構成單體仿形機構，完成播種行內秸稈含量少，滿足播種覆土嚴實的技術要求問題。

于興瑞等[6]設計了小麥氣力式高效免耕施肥播種機，采用集排式氣流排種/肥裝置，利用同一風道對排出的種子和肥料進行同時輸送，在保證種/肥同步的同時提高排種/肥的效率和均勻性，利用燕尾槽式布種器進行布種作業，達到寬苗帶效果。周輝[7]對開溝破茬裝置和鎮壓裝置進行理論分析和設計，取代了小麥免耕施肥播種機的動力滅茬裝置，直接利用開溝器進行破茬，完成播種。刁培松等[8]在深松施肥播種機的前端，增加兩排深松鏟，采用四三布置結構，實現隔年交替深松作業，從而達到兩年全幅深松的目的；同時采用圖解法對機組的牽引力進行了求解。楊艷山[9]通過研究確定了影響旋耕刀耕作質量的關鍵因素，結合仿真與試驗研究結果為小麥帶狀旋耕播種機設計了一款適用于帶狀旋耕耕作的旋耕刀具。王志偉等[10]研發了一種同時完成深松、分層施肥、播種、覆土及鎮壓等作業的小麥深松分層施肥寬苗帶精量播種機。

為促進大型全懸掛式農機具在農業生產中發揮專業化、集約化和規模化經營優勢，本文研發了多用途播種機少耕刀軸，創新小麥小壟溝豐產新技術，開啟了農機農藝融合技術與發展現代農業新模式。

1 確定技術研究方案

該播種機總體結構與拖拉機全懸掛連接，解決大型牽引式農機具體積大、機動靈活性差和使用不便的問題。①一次完成土壤條帶耕作、施肥、播種和鎮壓等多項作業，降低作業成本，提高生產效率。②優化部件結構，解決體積大、質量大、重心偏后，以及與拖拉機難以全懸掛連接等技術問題。③采用少免耕土壤耕作部件技術，進一步切碎秸稈和根茬，實現土壤虛實并存，種床土壤耕作，非種床土壤免耕、秸稈覆蓋、蓄水和保墑。

為防止秸稈堵塞，采用土壤耕作刀貼近施肥播種開溝器兩側轉動，形成動定刀剪切技術，剪切掉掛在施肥播種開溝器上的秸稈、雜草和泥土，解決秸稈根茬堵塞播種機問題，有效提高播種機在秸稈覆蓋地表情況下作業的通過性能。機械作業質量與小麥豐產密切相關，完成播種壟帶土壤耕作、化肥深施、探墑溝播、小麥寬窄行種植和播種壟溝鎮壓；非播種壟帶土壤免耕、秸稈集壟覆蓋，形成小麥小壟溝豐產配套栽培技術，提高小麥通風透光性能，實現抗旱保水。

機架前兩側安裝地輪限深、傳動機構，使機具重心前移，鎮壓輪與施肥播種開溝器仿形機構浮動連接，形成施肥播種開溝和浮動仿形鎮壓一體機構，縮短縱向尺寸，使機具重心前移，保證機具與拖拉機全懸掛連接。

2 設備組成和工作原理

2.1 設備組成

該播種機由機架、懸掛架、變速箱、少耕刀軸、耕作刀片、地輪、種肥箱體、排種排肥器、施肥播種開溝器、鎮壓輪機構、刀軸動力傳動機構和排肥排種器動力傳動機構等部件組成。機具樣機如圖1所示。

機架上的三點懸掛架與拖拉機懸掛架連接，實現機具與拖拉機全懸掛配套。機架前兩側安裝地輪，地輪上下位置可調，改變耕作刀軸對土壤的耕作深度，確保土壤耕作深度一致。地輪通過鏈傳動驅動排肥排種器轉動，完成排種、排肥任務。

拖拉機動力輸出軸驅動傳動軸帶動變速箱轉動，從而驅動少耕刀軸轉動。少耕刀軸安裝在機架前下部，刀軸上按照小壟溝播種技術要求，排列安裝土壤耕作刀片。對施肥播種行的土壤進行耕作時，耕作寬度15 cm，形成耕作帶，建立良好的種床。對兩個相鄰施肥播種開溝器之間的非播種行的土壤進行免耕時，形成免耕帶，免耕帶寬度18 cm，建立秸稈覆蓋和免耕保墑壟。在少耕刀軸耕作刀片后面對應橫向安裝多個施肥播種開溝器，間距33 cm，上下位置能夠調整，改變播種施肥深度。每個施肥播種開溝器，1個施肥管在前，施1行肥，2個下種管在后，上部并攏，下部分開，播種2行種。施肥管出肥口較下種管出種口低6～7 cm。在1個小麥施肥播種小壟溝內，溝底中間化肥深施10～12 cm，肥料兩側播種2行小麥，行距6～7 cm，播種深度3～4 cm，種肥水平間距3～4 cm，上下間距6～7 cm。

施肥播種開溝器后面安裝浮動仿形鎮壓輪，通過彈簧調節鎮壓輪鎮壓，對施肥播種小壟溝進行土壤壓實。機架上部安裝種肥箱體，存放肥料和種子。種肥箱體下面安裝排肥排種器，肥料和種子通過塑料管道一端分別與排肥排種器連接，另一端分別與播種施肥開溝器下肥下種管連接。

2.2 工作原理

在農作物秸稈直接粉碎覆蓋地表情況下，拖拉機通過上拉桿和下懸掛臂與小麥小壟溝免耕施肥播種機三點懸掛架連接，拖拉機動力輸出軸通過傳動軸與變速箱動力輸入軸連接，實現拖拉機與機具全懸掛連接。根據農藝要求和土壤墑情，調整播種量和施肥量大小；調整播種和施肥深度；調整鎮壓力度大小；通過調整拖拉機中央拉桿長度、左右下懸掛臂位置和拖拉機液壓升降限位裝置來調整旋耕刀入土深度，保證機組作業時的條帶旋耕深度。

拖拉機動力輸出軸驅動刀軸轉動，隨著拖拉機油門增大，旋耕刀轉速達到作業轉速，入土深度達到10～12 cm時進行條帶旋耕，形成耕作帶，在耕作帶內的地表秸稈、殘茬和土壤被旋耕刀切碎和混合后，向后拋出，通過播種施肥開溝器分流到兩個相鄰播種施肥開溝器之間的免耕帶地表上，在碎秸稈、根茬和土壤混合物向后分流過程中，由于土壤較秸稈重，先于秸稈落地，保證了播種后免耕帶秸稈覆蓋率高，耕作帶內土壤混入的碎秸稈、根茬量少，為播種提供了良好的種床。在兩個相鄰的施肥播種開溝器之間，前面對應的刀軸上沒有安裝旋耕刀，隨著拖拉機前進，在兩個相鄰的播種施肥開溝器之間的地表免耕，形成免耕帶。

旋耕刀在播種施肥開溝器兩側貼近旋轉，及時清理掉播種施肥開溝器前的掛草和泥土，有效防止了秸稈在開溝器前堆積造成堵塞。播種施肥開溝器入土深度在8～12 cm時進行開溝施肥，播種入土深度在3～4 cm時進行排種，種肥行垂直間距4 cm，鎮壓輪對播種行進行鎮壓，保證播種覆土嚴實。鎮壓輪與播種施肥開溝器為仿形浮動連接，在播種溝內壓實土壤過程中，上下浮動仿形，保證了播種后土壤壓實度一致。另外，鎮壓輪在播種溝內鎮壓，鎮壓輪帶動播種溝兩側土壤向溝內回落，形成2次覆土，保證播種覆土嚴實。

安裝在機架前面的地輪通過鏈傳動驅動排種、排肥器轉動排種、排肥，種子和肥料通過塑料管道進入下種、下肥管完成排種、排肥任務。

3 關鍵技術

該播種機可實現大型施肥播種機與拖拉機全懸掛連接，在大量秸稈殘茬覆蓋地表情況下，一次作業完成土壤壟帶少免耕、小壟溝播種施肥、鎮壓等多道生產工序。

3.1 主要設計參數

播種機主要設計參數如表1所示。

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表1 主要設計參數

3.2 技術創新點

(1)將直型旋耕刀變為直扭形旋耕刀，保留了直旋耕刀滑切土壤與地表秸稈殘茬的技術特性，增加土壤左右分流裝置，提高播種溝復土功能，減小耕作阻力，對土壤擾動小，播種覆土效果好。

(2)施肥開溝器增加了曲面開溝覆土翼板，開溝平順性好，防堵塞能力強。

(3)在施肥開溝器上安裝彈性仿形鎮壓機構(圖2)，實現施肥開溝器與仿形鎮壓機構一體化。保證種床寬度和深度一致，覆土鎮壓嚴實。縮短了播種機縱向尺寸，減小播種機體積，使播種機重心前移，確保大型播種機與拖拉機全懸掛連接。

(4)種子在肥料下方5～7 cm，兩側3～4 cm處，形成18 cm+15 cm的寬窄行播種模式，窄行15 cm為溝，寬行18 cm為壟，形成小壟溝小麥豐產栽培模式。

4 田間試驗

4.1 地塊選擇

選擇不同地域進行生產考核。試驗考核面積共15.33 hm2，播種作物為春小麥和冬小麥，試驗地塊為旱地和水地，地表條件為秸稈殘茬覆蓋。

2019年4月6—20日，在運城市空港區選擇雜草較多、玉米根茬和玉米秸稈覆蓋地表3種不同地塊，進行多次試驗。試驗結果表明，作業速度5～7 km/h，小麥試驗播種面積0.2 hm2，播種量225～270 kg/hm2，無堵塞現象發生，小壟溝成型，播種質量達到農藝技術要求。5月8日進行出苗監測，出苗率>93%，苗全、苗齊和苗壯，未出現缺苗斷壟現象。

2019年5月7日，在呼倫貝爾農墾集團牙克石農場進行春小麥實地播種試驗，選擇小麥根茬和秸稈覆蓋地塊，春小麥根茬高度12～18 cm，秸稈殘茬量1 500～2 250 kg/hm2，土壤性質為黑粘土，土壤含水率15%左右，播種作業速度7.2 km/h，施肥量225～300 kg/hm2，播種量225～300 kg/hm2，耕作深度12～14 cm，完成春小麥播種試驗面積4.2 hm2。播種作業后，地表小壟溝明顯，壟上秸稈覆蓋率較高，小壟溝內土壤中秸稈含量較少，小壟溝土壤壓實規范，播種深度一致，下種均勻，種肥分離間距穩定。5月22日，進行查苗監測，出苗率90%～95%，苗高4～6 cm，苗壯、苗齊和苗全，明顯好于平播春小麥的出苗率。2019年9月25日，進行收獲測產，小壟溝播種小麥產量4 980 kg/hm2，較平播春小麥增產15～20 kg/hm2，增產率5%～7%。

2019年9月28日，在運城市鹽湖區進行旱地冬小麥實地播種試驗，試驗地表為前茬小麥根茬秸稈覆蓋，殘茬覆蓋量1 500～2 250 kg/hm2，土壤含水率13%～15%，施肥量600 kg/hm2，播種量187.5 kg/hm2，作業速度7 km/h，測試作業面積0.53 hm2。從開始試驗播種到結束，一切比較順利，播種質量和生產效率用戶比較滿意。10月16日查苗，出苗率92%，播種深度一致，苗全、苗壯和苗齊。在旱地小麥區共服務作業面積5.73 hm2。

2019年10月10日，在運城市鹽湖區進行水地冬小麥實地播種試驗，試驗地表為前茬玉米根茬秸稈覆蓋。殘茬覆蓋量350～450 kg/hm2，玉米秸稈經過還田機粉碎，土壤含水率15%～18%，施肥量750 kg/hm2，播種量225 kg/hm2，作業速度5～6 km/h，測試作業面積共1.07 hm2。播種作業中，沒有發生堵塞現象，播種溝內存在少量秸稈，播種深度一致，壟上秸稈覆蓋較多，播種質量比較滿意。10月25日查苗監測，出苗率>90%，苗高4～6 cm，苗全、苗壯和苗齊，沒有缺苗斷壟現象。在水地小麥區，共播種小麥面積5.4 hm2。2020年3月10日監測，小麥株高10～15 cm，平均分蘗2～3頭，苗數825萬～900萬株/hm2，較傳統播種小麥苗壯、苗齊。

4.2 效益分析

社會效益：提高了勞動生產效率，推進農業科技水平，創新小麥豐產栽培模式，減少生產成本，增加農戶收入。

經濟效益：降低生產成本10%；降低小麥播種機械作業成本75～120元/hm2；提高小麥產量5%以上。

生態效益：推進秸稈還田和化肥深施，減少農業污染，助力綠色農業。

5 結束語

大型小麥小壟溝免耕施肥播種機有效地進行了一定面積的試驗示范考核，后續還需較大規模地進行適應性、可靠性和經濟性等試驗考核，不斷開展示范推廣，并在農業生產一線中改進再創新，進一步完善技術規范和操作規程，加速實現勞動生產力轉化，為推動現代農業技術發展做出努力。