免耕精密播種機自動糾偏裝置的研究設計

鄒繼軍

(黑龍江省農業機械工程科學研究院 綏化分院，黑龍江 綏化 152054)

0 引言

免耕精密播種機與拖拉機采用牽引式的連接方式，播種機自身配置的地輪為其提供播種和施肥的動力需求，同時地輪還起著支撐播種機和播種機運輸行走的功能。為防止免耕精密播種機在偏坡地橫向作業時，因地勢的坡度變化而導致播種機重心偏移，從而造成播種機沿坡度方向產生滑移或偏移，以及重心與地面垂直方向發生改變，研究設計免耕精密播種機自動糾偏裝置，實現免耕精密播種機在小于15°坡地橫向的正常作業，保持種、肥播在壟的中心位置，播種、施肥深度一致，滿足2～6行免耕精密播種機能夠在坡地作業，達到播種深度3～6 cm、施肥深度5～12 cm、種子單粒精密點播和施肥均勻一致的農藝要求，保證作業質量，提高種、肥利用率，降低播種過程中帶來的次生成本，提高農作物的生產整體經濟效益，避免無效播種、施肥而造成的種、肥損失和補苗等不利生產因素。通過免耕精密播種機自動糾偏裝置的研究，能夠進一步促進實現播種精細化、產業化、集約化的發展步伐，解決偏坡地精密播種生產的技術問題，為相關坡地作業農業機械提供技術支撐和保障。

1 研究現狀

免耕精密播種機與拖拉機連接多采用牽引式的掛接方式，利用播種機自身配置的地輪為播種機提供播種、施肥的動力，同時支撐播種機工作與行走運輸，大多以2～6行平地作業為主，播種時一般為壟作、直播的方式。目前，國內免耕精密播種機，多采用平行四桿或單鉸鏈的普通仿形方式，基本可以滿足平地播種作業的農藝要求，但是在偏坡地橫向作業時，機器重心發生偏移，致使播種與施肥的位置發生改變，使種、肥偏離壟的中心位置，不利于植株后期的中耕、追肥和收獲等機械化作業[1]。免耕精密播種機重心發生偏移還會使仿形機構一側部分或全部失效，致使種、肥的深淺不一，當地塊坡度達到仿形極限值時，仿形失效，免耕精密播種機一側著地，種、肥甚至播于地表，形成無效播種、施肥段，造成大量種子和肥料的浪費，使出苗不齊、不勻、不壯[2]。

針對免耕精密播種機在偏坡地播種效果不好的問題，很多播種機生產廠家都進行過研究與技術改造。勃利某農機制造有限公司在其2行、4行免耕精密播種機的牽引梁上設置有多個調節孔，根據坡地的坡度大小人工調節位置，并在機架上設置有調偏配重裝置用以時刻調節播種機的重心，對播種機的重心位置進行隨機調節；綏化某農機制造有限公司生產的2行、4行免耕精密播種機在牽引位置設計有調節絲杠，用戶可以根據坡度大小的實際情況對牽引點與機架的相對位置進行調節；還有的廠家用液壓油缸代替絲杠，利用配套拖拉機的液壓機構對機器進行調節，從而解決偏坡地的免耕機械化播種問題。根據市場調研及用戶反饋，現有市場上具有調偏功能的免耕精密播種機基本可以滿足偏頗地的精密播種問題，但是成本高，操作上比較復雜，技術要求較高，免耕播種機工作效果的好與壞和駕駛員的操作能力與熟練度關系較大，而且還降低了免耕精密播種機的工作效率。

對此，研究設計一種保證免耕播種機在15°以內坡地正常免耕精密播種施肥、深度一致的自動糾偏裝置，解決坡地作業時產生的無效播種、施肥，提高工作效率和作業質量，是當前免耕精密播種機作業要著重解決的實際問題。

2 糾偏裝置的組成

免耕精密播種機的牽引組件多安裝在機器的主梁上，在主梁上端中心位置設置一個上懸掛點，前端主梁中心兩側鉸接設置左右兩個下懸掛點為牽引懸掛點。上懸掛點與拖拉機中央拉桿連接，用于機器的前后水平調整，下懸掛點與拖拉機的兩個下拉桿連接，用于機器的左右水平調整和上下浮動。重心處于機器中心線位置，平地作業時重心方向與地面垂直，重心位置在機組中心線上，機器正常進行作業；機器在坡地順坡作業時重心方向與地面垂直方向產生一定夾角，但重心方向在機器中心線垂直面內，且中心線垂直面與地面垂直，拖拉機阻力增大或減小，前或后下滑趨勢明顯，放慢作業速度，對作業質量影響較??；當機器在坡地橫向作業時，重心方向與地面垂直方向也產生一定夾角，且重心方向不在中心線垂直面內，機器向側面傾斜，當坡度達到一定值時，機器傾斜角度過大，無法正常作業。對于牽引式免耕精密播種機而言，單體仿形，可以作業，但種、肥位置和深度將發生不同程度改變。目前，有經驗的機手或農戶只能采取配重和慢速勉強維持生產，機器一側種、肥播深較淺，另一側種、肥播深較深，導致同日播種地塊間歇出苗，大小不一，嚴重影響后續作業進程。對此，研究設計一種坡地橫向作業的自動糾偏裝置，為相關播種機、耕整地機械等進行配套，使其適應性更強，應用技術更加完善，可具體解決生產中遇到的實際問題。

免耕精密播種機自動糾偏裝置的組成分為機械部分和控制部分。機械部分由播種機主梁、縱牽引梁、小橫梁、油缸和牽引板組成(圖1)，兩根縱牽引梁、主梁和小橫梁鉸接組成平行四連桿機構，油缸固定在縱牽引梁和主梁之間，油缸的伸縮改變主梁和小橫梁的相對位置，平行四桿機構保證主梁和小橫梁始終保持平行，使用時保證牽引板與配套拖拉機可靠掛接固定。控制部分包括馬達、電磁閥、光信號處理器反射板和信號源，反射板由紅、白、綠三種顏色組成，信號源固定在拖拉機上，中心與拖拉機的縱向中心線重合；控制部分的信號源與拖拉機電瓶連接，產生持續不斷的紅外信號，為整個裝置提供基準信息；反射板的紅、白、綠三種顏色區為信號接收裝置和轉換裝置，將接收到的紅外信號轉換為紅、白、綠三種不同顏色的光，同時將三種顏色的光傳輸到光信號處理器；光信號處理器將接收到的光信號轉換為電信號，控制電磁閥的左開、右開或者關閉；采用三位四通電磁閥，有三個工作位置分別控制機械部分油缸伸長、縮短和停止固定；馬達為油缸的運動提供液壓油，與拖拉機的液壓油箱連接。

1.播種機主梁；2.縱牽引梁；3.電磁閥；4.光信號處理器；5.馬達；6.油缸；7.小橫梁；8.反射板紅區；9.反射板白區；10.反射板綠區；11.牽引板

3 工作原理

傳感器控制技術在農業機械中的應用越來越廣泛，包括機械式、光電式、電容式、霍爾式、電磁式等多種方式。該項研究設計的免耕精密播種機自動糾偏裝置，采用的傳感器技術屬于機械式、光電式和電磁式的機電液一體化技術，彼此分工協作，共同完成工作要求，達到設計目的，其工作原理如下[3]。

免耕精密播種機平地作業時，機器重心穩定無偏移趨勢，平行四桿機構穩定，信號源發射的紅外線信號始終在反射板白色區域跳動。白光被光信號處理器接收后，轉換成電信號使電磁閥兩端的電磁鐵斷電，電磁閥處于中立狀態，馬達旋轉工作產生的液壓油經電磁閥回到油箱，油缸長度保持不變，免耕精密播種機與拖拉機運動軌跡保持一致。

免耕精密播種機坡地順坡作業時，機器重心發生偏移，機器產生向前或向后移動的趨勢，但信號源發射的紅外線信號只是上下跳動，沒有偏移出白色區域，白光被光信號處理器接收后，轉換成電信號使電磁閥兩端的電磁鐵斷電，電磁閥處于中立狀態，馬達旋轉工作產生的液壓油經電磁閥回到油箱，油缸長度保持不變，免耕精密播種機與拖拉機運動軌跡保持一致，對機器作業影響較小。

免耕精密播種機在坡地進行橫坡作業時，機器重心方向發生了左右偏移，機器產生向左或向右的移動趨勢，信號源發射的紅外線信號也產生偏移，當紅外線信號經過反射板紅色區域時，紅光被光信號處理器接收，轉換成電信號，使與反射板紅端區連接電磁閥的電磁鐵接通開始工作，電磁閥油路接通，馬達驅使油缸工作，使油缸伸長，推動縱牽引梁和小橫梁移動，使信號源發射的紅外信號重新回到反射板的白色區域，光信號處理器接收到白光后，轉變為電信號，使電磁閥重新回到中立狀態保持油缸長度不變；信號源發射的紅外線信號經過反射板綠色區域時，綠光被光信號處理器接收，轉換成電信號使與反射板綠端區連接的電磁閥的電磁鐵工作，電磁閥油路接通，馬達驅使油缸縮短，帶動縱牽引梁和小橫梁回移，使信號源發射的紅外線信號重新回到反射板的白色區域，電磁閥兩端的電磁鐵斷電，電磁閥重新回到中立狀態保持油缸長度不變。

免耕精密播種機自動糾偏裝置研究設計的核心是發射板的紅、白、綠三個區域，其中白色區域的寬度設置決定該裝置的工作精度，其寬度值的設置也不是越小越好，既要根據播種機的農藝工作要求，也要考慮系統的響應時間等多個因素。紅、綠兩個區域也是一樣要考慮系統的反應時間問題。整個系統是由信號采集與處理、液壓系統及控制、機械系統的響應與反饋三部分組成，集合了光電一體化技術、液壓控制技術等，其電源和液壓輔件利用配套拖拉機現有結構，且結構簡單，性能可靠，適應性較廣，具有很好的實用性和可操作性。

通過控制部分的工作，能夠保證免耕精密播種機工作時與拖拉機的運動軌跡保持一致，從而保證播種、施肥位置的準確，機器作業質量左右一致，為后續生產在時間、質量、技術等方面提供有效保障。其主要運動參數的設計采用多套傳動、傳感方案實驗，進行對比，優化選擇，確定主要運動參數。

4 目的意義

以黑龍江省為例，丘陵地帶占全省耕地面積的60%左右，為了保證土壤與水分不流失，大多數耕地都是采用橫向于坡度方向進行播種作業，部分地區在坡度較大的區域修成梯田以減少坡度對耕地的影響，在坡地進行播種、中耕、整地及機械化收獲作業，作業效果都受到非常大的影響，對農機具的適應性都具有非常大的考驗。

免耕精密播種機自動糾偏裝置研究設計的目的是實現以2～6行免耕精密播種機在15°以內坡地正常作業，達到播幅內種、肥播深一致的農藝要求，保證播種機作業質量，提高種、肥利用率，降低機械化成本，提高作物生產整體經濟效益，避免無效播種、施肥造成的浪費等不利生產因素，利于黑龍江省生態農業、綠色農業、黑土地保護等各項事業的發展。同時也為在坡地作業的農業機械提供技術探索與技術儲備。

免耕精密播種機自動糾偏裝置研究設計的意義在于，加裝該裝置的播種機或其他機器能夠適應不同地域、不同地形、在一定坡度范圍內高效機械化作業，規避無效播種施肥段或無效作業段的形成，避免種、肥浪費，減少機器進地次數，降低了農業生產的用工成本，提高經濟效益；再次該裝置可為其他農業機械配套，解決坡地作業技術難題，提高農業機械的實用性、適應性和操作性，有利于提高相關農業機械的市場競爭力。

5 結語

免耕精密播種機適用于平川地、順坡地及橫坡地坡度較小地塊作業，橫坡地坡度較大地塊作業弊端、浪費生產資料、不符合農藝要求等現象顯而易見，機具的適應性及實用性受到很大制約，大量農機工作者為解決這個問題做了很多探索，但由于自動化程度不高，同時對操作者的技術要求較高而影響了機械的作業效率。免耕精密播種機自動糾偏裝置研究設計是集光電一體化技術、液壓控制技術與機械控制技術為一體的技術集成，為橫坡地大坡度機械化作業提供全新的技術解決方案，該方案與相關機器配套，可以適應不同地況條件下的不同作業要求，提高了農業機械的實用性、適應性和操作性，解決了橫坡地坡度較大地塊作業關鍵的技術問題。

(05)