清壟智能免耕施肥精密播種機的研究現狀與技術分析

河北圣和農業機械有限公司 徐秀霞

播種是農業生產中關鍵作業環節，必須在較短的播種農時內，根據農業技術要求，將種子播到田地里去，使作物獲得良好的發育生長條件[1]。為解決北方地區在留有小麥根茬的未耕地上進行玉米免耕播種時，開溝器容易纏草堵塞問題，河北圣和農業機械有限公司和河北省農林科學院糧油作物研究所共同研發設計了清壟智能免耕施肥精密播種機。用該機作業可有效防止開溝器堵塞和種子播在秸稈上的現象，作業質量符合農藝要求。

1 清壟智能免耕施肥精密播種機的設計研究內容

免耕播種機屬于保護性耕作機具，它具有防止水土流失，防止沙塵，保護環境，節能降耗，搶農時等作用[2]。針對一年兩熟地區麥茬地玉米規模化種植模式的特點，綜合玉米種植條帶清壟仿形、玉米免耕高速精密播種、智能化信息化通訊系統、可視化數字化操控系統，研制先進高效的智能型高速清壟免耕施肥精密播種機，為提高一年兩熟地區麥茬地玉米免耕播種機械化水平提供普遍適用的作業機具。

（1）麥茬地玉米種植條帶清壟仿形機構的研制。通過對單體、整體、分組秸稈切碎清壟機構的理論分析和試驗，確定科學合理的根茬、秸稈切碎清壟機構。

（2）玉米高速精密排種器的研制。為克服麥茬地上地輪容易打滑，嚴重影響播種均勻性問題，采用直流電機驅動排肥排種機構，實現智能控制。

（3）智能化信息化系統的應用研究。基于高定位精度的北斗導航系統，根據機組田間作業的前進速度，智能控制系統適時調整排肥、排種器的轉速，從而始終保證預先設定的排肥量、預先設定的播種粒距均勻一致。

（4）可視化數字化操控系統的研究。駕駛室設置可視操作界面，播種粒距、施肥量實現數字化無級調整，作業全過程監控，同時實現漏播故障聲控報警，并在屏幕上顯示出故障的部位。

2 清壟智能免耕施肥精密播種機的結構設計

（1）清壟智能免耕施肥精密播種機的工作原理

播種機用拖拉機動力輸出軸輸出的動力，通過萬向節傳動軸將動力傳遞給根茬切碎清壟機構，經齒輪箱變速變向、三角帶傳動，帶動刀軸高速旋轉以切碎根茬。原理是高速旋轉的甩刀切碎根茬并連同地上的秸稈一起揀起，同時由于甩刀的高速旋轉，在喂入口處負壓的作用下，秸稈被吸入機殼內，并與機殼內的第一排定刀相遇受到一次剪切，接著在流經折線型的機殼內壁時由于截面的變化導致氣流速度的改變，使秸稈多次受到甩刀的打擊砍切。當秸稈進入甩刀與后排定刀的間隙時，又一次受到剪切和撕拉的作用得到進一步切碎。而后被氣流沿頂壁拋送，碰到人字分流裝置，使碎根茬、秸稈按一定寬度拋撒到苗床兩邊，完成播種前的清壟。排肥、排種開溝器在已經清壟的苗帶內進行開溝并按預先設定的排肥量、播種粒距施肥播種，排肥器、排種器由電動機驅動，由智能控制系統精密控制并可根據機組田間作業的前進速度適時精確調節施肥量和播種粒距，也可以根據需要控制某一行或者幾行施肥和播種。

（2）清壟智能免耕施肥精密播種機的結構概述

播種機主要由懸掛機構、動力傳動機構、清壟切碎機構、地輪、肥料箱及排肥機構、種子箱及排種機構、仿形覆土震壓機構、智能導航操控系統等機構組成（見圖一）。

圖一 清壟智能免耕施肥精密播種機結構示意圖

針對播種機的設計研究內容，河北圣和農業機械有限公司和河北省農林科學院糧油作物研究所的研發團隊先后奔赴河北、山東、河南等地考察調研，走訪合作社和種植大戶，經過兩代樣機的試驗，確定了清壟、排種、智能系統等關鍵部件的結構。

2.1 清壟總成

清壟機構為對行間隔配置切碎甩刀的秸稈切碎還田機刀軸，每行布置有12把L型開刃帶齒甩刀，清壟寬度為372mm，分布排列對應播種行距600mm（見圖二）。作業過程中L型甩刀將粉碎后的根茬、秸稈拋撒到苗床兩邊，完成播種前的清壟，解決了開溝器容易纏草堵塞和種子播在秸稈上的問題，同時可以有效防止病蟲害二點委夜蛾（此病蟲害只在秸稈下生存），有利于玉米初期保苗。

圖二 清壟總成

2.2 勺夾式精密排種器的調整方式（見圖三）

圖三 勺夾式排種器

小旋轉鈕A是調節種夾開口大小的裝置，如遇漏播過多，請向大的方向調節，如遇雙粒過多，請向小的方向調節，直至種夾中全部有單粒種子。播種前種子需要添加種子潤滑劑，調試好排種器的種夾均都有種子的狀態，再進行播種。

大旋轉鈕B是防滿倉旋轉調節進口大小的，防止種子滿倉后影響播種效果，分為四檔調節，如遇種子過多，就往四的方向調節，如遇種子過少，就往零的方向調節。

2.3 智能控制系統

利用高定位精度的北斗導航系統（見圖四），采用電機驅動排種器和排肥器，取消了傳統播種機使用的鏈輪、鏈條、變速箱等機械傳功部件，不僅簡化了結構，而且消除了地輪滑移對播種精度和施肥均勻性的不良影響。設置可視操作界面，作業過程參數顯示并保留作業數據，種子漏播時自動報警，避免了傳統播種機難以及時發現排種器故障導致漏播的現象，實現了智能化和信息化播種作業。

圖四 整機智能控制系統示意圖

3 結語

該機型經過兩次改進，已完成了作業季節的試驗，依據農藝要求的播種密度，按照一致的行距、均勻的粒距和精確的深度將玉米種子播入土壤中，可節省種子，減少田間間苗，同時達到苗齊、苗全、苗壯的效果，既節約成本又提高產量[3]，作業效果得到機手的認可。由于四分之三以上的土壤仍被秸稈覆蓋，可以有效防止水分蒸發和地面徑流，有利于保土、保水、提墑和抗旱保苗。