遠志專用旋播機的設計與試驗

左憲強,田洪嶺,郭淑紅,裴帥帥,吳昌娟,王秋寶

(山西省農業科學院 經濟作物研究所,山西 汾陽 032200)

0 引言

“遠志”(據《神農本草經》記載)具有安神益智[1]、祛痰[2]、消腫[3]的功能,是傳統的中藥材,其種子表面帶有絨毛且顆粒小。播種是農業生產的重要環節之一,播種質量的好壞直接影響農作物的出苗和生長。遠志的播種深度要求深度較淺,屬于地表播種類藥材,播種時要求地面平整、地表不能有較厚的板結層,且虛土層不能太厚。

在整地環節,現有技術為播種前大多使用鐵耙利用手扶拖拉機或牲力作為動力將地耙平,破除板結層,為播種做好準備,但整地效果不理想,且勞動強度大。

在播種環節中,現有遠志播種機為在小麥播種機基礎上通過改造開溝器研制的,方法為縮小開溝深度,增加開溝器寬度,并將開溝器后方種子落下的方向加裝一塊帶有一定角度的、上面焊有一定排列性狀突起物的鐵片,以打散落下種子的流體結構,以達到在地面一定的寬幅面上均勻分布種子的目的;然后,進行覆土、鎮壓等工序,完成遠志的播種作業。

上述機具在實際生產作業過程中效果還是不理想,主要原因:一是遠志種子特殊的農藝性狀,要求種子在地面以一定的寬幅面上均勻分布,但現有的播種機結構種子分散不均勻,效果不理想;二是遠志的播種深度淺,對整地的質量要求較高,而現實生產中現有遠志播種機因整地效果不太好,只有2～3單體的播種機適宜,極大地限制了5～6單體以上的大型播種機在生產上的應用。

為此,根據近幾年遠志播種的工作實踐,考察和分析了旋耕機及小麥、谷子、高粱等播種機械的優點和缺點,設計了集于松表土、平田整地、開溝、播種、鎮壓一體的一次完成作業的遠志專用旋播機,且經生產實踐獲得了較理想的結果。

1 總體設計及技術參數

1.1 總體設計方案

針對目前遠志播種作業中存在的田面平整度差、破除土壤板結層效果不明顯、種子分散性差及播幅窄等實際問題,考查分析了目前農業生產上使用的旋耕機和小麥、谷子等播種機結構[4-8],結合近幾年的工作實踐,設計時在開溝機構、播種機構前方設置了與旋耕機構于一體的遠志專用旋播機。這樣既能夠打破土壤板結層,又能更好地平整田面,從而使開溝、播種、鎮壓作業環節中各機構與土壤接觸的作業面都在一個平面上,保證播種面的連續性、平整性,并能極大地減輕勞動強度,提高播種質量作業效率。

1.2 技術參數

其主要技術參數如下:

外形尺寸/mm(長×寬×高): 2 050×1 520×960

配套動力/kW: 36.8

工作幅寬/mm: 1 500

作業效率hm2·h-1: 0.47～0.53

作業行數/行:6

行距/mm: 250

旋耕深度/mm: 10～180

工作深度/mm: 30～50

工作幅寬/mm: 1 500

播種深度/mm: 2～3

2 關鍵部件的設計、連接及相關參數

遠志專用旋播機的結構如圖1和圖2所示。旋耕機構、開溝機構、播種機構和鎮壓機構從前至后設置于機架上,機架前端設置有與牽引裝置連接的牽引架。機架包括第一機架和第二機架:第一機架上設置有旋耕機構,第二機架上設置有開溝機構、播種機構和鎮壓機構。

圖1 實物圖

1.第一機架 2.第一牽引架 3.中央拉桿 4.第二牽引架 5.升降螺栓

2.1 旋耕機構的設計及相關參數

根據遠志專用旋播機整體設計要求及各個部件功能的發揮,旋耕機構設置在第一機架上,第一機架與第二機架上方通過中央拉桿連接,下方通過左右螺栓頂桿連接。第一機架和第二機架之間設置有可調整相對高度的升降螺母,可調整第一機架和第二機架之間的相對高度,也可調整旋耕機構和開溝機構、播種機構和鎮壓機構之間的相對高度,以適應不同的土壤類型、土壤干濕度及播種深度等要求。

旋耕機構的主要作用是破除地表板結層和平整田面,遠志播種的正常旋耕深度為3～5cm,且還可以除掉高度3cm以下的雜草。如雜草較高較多,可適當增加旋耕深度,但不宜超過10cm,避免影響播種深度的調節;如果地面不太平整,通過調整升降螺栓來減小第一機架與第二機架之間的高度差,以使旋耕深度增加,并通過旋耕機構后方的刮板將地整平,但旋耕深度不超過10cm,否則會影響播種深度的調節。

旋耕機構的工作寬度為150cm,作業深度可根據作業要求在1～18cm的范圍內調整。

2.2 開溝機構的設計及相關參數

根據整體設計要求及開溝機構的作用將其活動設置于遠志專用旋播機的第二機架上,開溝機構根據地形條件及土壤墑情獨立調整開溝深度。機架上設置有套管,套管上設置有通孔,通孔上設置有固定螺栓。開溝機構上表面設置有相應的套管,固定螺栓通過調整開溝機構在機架上的相對位置來控制開溝深度。開溝機構為6個,等行距分布。

2.3 播種機構的設計及相關參數

播種機構是遠志專用旋播機的核心部件,如何將其與旋耕機構、開溝機構和鎮壓機構有機地組合起來,且使各個機構的工作面整合在同一個工作面上是設計的難點和重點。

依據播種機構在整體設計中的作用將播種機構設置于開溝機構上方的第二機架上,如圖3～圖5所示。播種機構可以根據地形條件及土壤墑情獨立調整播種深度,機架上設置有套管,套管上有通孔,通孔上設置有固定螺栓,播種機構表面設置有相應的套管,通過調整固定螺栓調整播種機構在機架上的相對位置以控制播種深度。

1.播種器第一部分 2.播種器第二部分 3.第一阻擋器

播種機構由種箱、排種器和播種器組成,種子分排均勻、種子下落分散均勻是播種機構設計的目的所在。播種器為中空薄壁結構,分為兩部分:第一部分開口設置為圓筒狀,和排種器相連,圓筒狀開口垂直向上設置;另一端開口設置為開口垂直向下的矩形開口,播種器整體結構由上端圓筒狀開口漸變為另下端矩形開口。第二部分兩端均為矩形開口,第一端的矩形開口與第二端的矩形開口連接處底部設置過渡弧面管連接,播種器第二部分遠離播種器第一部分的一端矩形開口所在平面與水平面角度為45°。

1.播種器第一部分 2.播種器第二部分 3.第一阻擋器

1.第二阻擋器 2.第二擋板 3.第一擋板 4.旋轉螺栓

播種器第二部分上設置有阻擋器。設置阻擋器的目的是使遠志種子下落過程中分散均勻,阻擋器包括位于靠近過渡弧面的第一阻擋器和若干個第二阻擋器。第一阻擋器由相互垂直的第一擋板和第二擋板組成,第一擋板和第二擋板的厚度相等,第一擋板和第二擋板與播種器第二部分的矩形開口所在平面分別具有45°和135°夾角。

阻擋器包括若干第二阻擋器。第二阻擋器分布設置在第一阻擋器的第一擋板和第二擋板的延長線上,第二阻擋器之間設置有允許遠志種子下落的間隙。

第二阻擋器設置有若干六角螺母。六角螺母焊接到播種器第二部分的內部平面上或六角螺母通過螺栓固定到播種器第二部分的內部平面上;播種器上設置有相配合的通孔,六角螺母的厚度小于等于第一擋板的厚度,用于增大遠志種子的播撒寬度。

播種器總體高度300mm,播種器第一部分上端圓筒狀開口內徑36 mm,外徑42 mm。播種器第二部分高165 mm,下端矩形狀開口處長160 mm,寬30 mm,厚度為3 mm,過渡弧面的切線與水平面的夾角為45°,兩個播種器的間距為90mm,且與排種器連接的地方與地面垂直;下半部分有圓筒狀漸變為扁平狀,為弧線形設計,接觸地面時扁平狀開口處寬160mm、高165mm,弧線的切線與地面的夾角為45°。

2.4 鎮壓機構的設計及相關參數

鎮壓機構的設置主要是針對黃土高原山西的土壤類型和氣候特點而設計的,目的是保持土壤水分、減少土壤水分蒸發和促進種子與土壤接觸,使遠志種子在雨季萌發,幼苗在入冬前達到正常的生理指標而正常越冬。

鎮壓機構設置于播種機構后的機架上,鎮壓機構包括與機架后端下方相連的鎮壓輪,鎮壓輪根據地形條件及土壤墑情獨立調整鎮壓深度。機架上設置有套管,套管上設置有通孔,通孔上設置有固定螺栓,鎮壓輪上表面設置有相應的套管,固定螺栓調整鎮壓機構在機架上的相對位置,從而調整鎮壓輪的鎮壓深度,還包括可根據作業需求調整配重的配重架;每個鎮壓輪的輪面寬度比播種器稍寬,為175mm、直徑165mm,兩個鎮壓輪的間距為75mm,質量為5kg,并可根據作業要求在配重架上增加配重,使每個鎮壓輪的鎮壓質量達到30kg。

3 操作技術要點

3.1 選擇雨季播種可獲遠志苗全苗旺

遠志種子較小,屬于地表播種類藥材。山西的氣候特點屬于大陸性季風氣候:冬季較長且寒冷干燥;夏季炎熱雨水集中;春季氣候多變,風沙較多;秋季短暫,氣溫年份間差異較大;年降雨量400～600mm。雨量分布情況是春、秋兩季各占15%～20%,夏季占50%～60%,冬季僅占2%～3%。一年中80%的雨量降在了6-9月。所以,遠志播種期選擇在6月下旬-7月上、中旬比較合適,既保證了遠志的正常出苗,又有充足水、熱、光資源供幼苗正常生長,保證安全越冬。

3.2 配備合適的牽引動力裝置

根據近幾年的工作實踐經驗認為:牽引動力裝置為25.7～36.8kW的四輪拖拉機,要求拖拉機的輪邊距(最外)不應超過1 350mm。將遠志專用旋播機的第一牽引機架與拖拉機連接,隨著拖拉機的行駛,合理控制檔位及車速,帶動遠志專用旋播機裝置前行,實現遠志播種的旋耕、開溝、播種及鎮壓作業一次完成。

3.3 農機手在操作中使用低4擋、全油門

旋耕機轉速越高,行進速度越慢,旋耕效果越好,所以檔位越低,油門越大,效果越好。

播種機構要求行進速度較快,通過地輪與地面摩擦傳動帶動鏈條使排種器轉動,排種器轉動越快,種子下落速度越快,與阻擋器發生碰撞后能夠更好地打散種子下落過程中形成的流體結構,從而使種子通過播種器第二部分的出口處時分散性更好。作業效率以0.47～0.53hm2/h為宜。

3.4 操作過程中要時刻注意播種深度

通過液壓升降桿及時調節,播種效果要求為遠志種子在地面均勻分布,種子頂部的小白頭與地面持平,肉眼可見,種子帶有絨毛的灰色部分種植于土壤中,肉眼不可見,此點尤為重要,操作難度較大,鎮壓輪鎮壓后播種面平整、緊實。

4 田間試驗與結果

4.1 試驗條件

新型“遠志專用旋播機”的播種試驗于2018年6月22日在山西省農業科學院經濟作物研究所中藥材課題試驗基地進行。試驗區為山西中部,氣候條件屬大陸型季風氣候,年降雨量470mm左右,年平均氣溫10℃,土壤類型為褐土型壤土,耕作層0～20cm土壤有機質為1.407%,全氮0.059 1%,全磷(P2O5)0.155%,速效氮38.8mg/kg,速效磷(P2O5)14.5mg/kg,土壤含水率為10.1% ( 測量深度小于5cm)。播種試驗地塊面積為2.7hm2。

4.2 試驗結果與出苗情況

2018年9月23日,在山西省農業科學院經濟作物研究所中藥材課題試驗地隨機選擇具有代表性的調查點調查出苗數,在不同調查點的同一條播幅上分別截取單壟長88.8cm(相當于單壟面積2平方尺)分別調查各壟的出苗數,重復3次。出苗情況的調查結果如表1所示。

表1 遠志播種試驗出苗情況調查結果

續表1

統計分析結果表明:遠志播種調查點二平方尺面積出苗的總平均數為216株,標準差為11.51,同一播幅中壟與壟之間苗數的變異系數為5.33。因變異系數是表示變異程度的純數,說明遠志專用旋播機播種的種子均勻程度良好。

5 結論

1)遠志專用旋播機的研制系統地解決了山西及北方地區遠志播種作業中整地平整度差、破除表土板結效果不明顯及種子分散不勻等技術性問題,使平田整地、開溝、播種、鎮壓作業環節中各機構與土壤接觸的作業面都在一個平面上,保證了播種面的連續性、平整性,為當地遠志等小籽粒種子地表播種類藥材的規模化種植、減輕勞動強度、減少生產成本及提高播種質量提供了技術設備支撐。

2)試驗結果統計分析表明:同一播幅中壟與壟之間苗數的變異系數為5.33小,種子播種的均勻程度良好。