丘陵山區小型助力式精量種肥穴播機裝置設計

王新寶 ， 劉 麗 ， 孫 維 ， 陳宇曦 ， 吳光榮 ， 蔡善儒

（山東理工大學，山東 淄博 255000）

丘陵山區自然條件差，地形地貌復雜，地塊小而分散，許多地塊細碎凌亂，坡多、臺多、埂多，形狀不規則，大中型農業機械難以通行及作業。丘陵山區主要是小型農機供給不足，對此，可研發制造適合丘陵山區農田作業的小型農機，以突破丘陵山區農業機械化發展瓶頸[1]。丘陵山區的種植結構復雜、品種多且地塊分散，這對機械化作業水平要求較高。根據地理條件、產業發展等實際情況，實施農田宜機化改造是丘陵山區進一步發展農機化的一條重要途徑[2]。目前，丘陵山區大部分使用撒播和條播，播種流程較為煩瑣，且無法精準播種。丘陵山區播種不僅要提高作物產量，還要根據作物需求進行有效施肥，減少農藥和化肥的使用量，避免因過度使用農藥而帶來的環境問題。基于此，研究小組研究設計了一款丘陵山區小型助力式精量種肥穴播機裝置。

1 整機結構設計

丘陵山區小型助力式精量種肥穴播機裝置包括機架、動力傳動系統、供料機構、行走系統、執行機構。其動力傳動系統、供料機構、行走系統、執行機構均搭載固定于機架10上，如圖1、圖2所示，新型播種播肥盤的結構示意圖如圖3所示。

圖1 丘陵山區小型助力式精量種肥穴播機的正面結構示意圖

圖2 丘陵山區小型助力式精量種肥穴播機的背面結構示意圖

圖3 新型播種播肥盤的結構示意圖

1）機架是機具安裝、定位和其他調整的基礎總成，作業過程中承受著壓、拉、扭和振動等復雜作用力，外觀要美觀，還要節約用料，是機具主要的質量設計要求。

2）排種需和鴨嘴開啟同步進行，否則會出現漏種的現象，因此傳動裝置很重要[3]。動力傳動系統包括發動機1、減速器9、鏈條、傳送帶等，發動機1與減速器9通過傳動帶連接傳遞動力。

3）供料機構包括種箱2、肥箱3、排種器4、排肥器5以及軟管等，排種器4和排肥器5與種箱2和肥箱3分別直接相通，其輸出端由軟管連接播種播肥盤的固定盤14，播種播肥盤其動盤通過鏈傳動連接減速器9實現轉動。

4）行走系統包括腳輪8、機架10等，腳輪8固定于機架10的套桿上，可以跟隨套桿實現上下收縮運動。

5）執行機構包括播種盤、播肥盤。播種播肥盤包括播盤軸11、固定入土器12、活動入土器13、固定盤14、動盤15。播盤軸11通過軸承連接機架，固定盤14由軟管連接排種器4和排肥器5，動盤15焊接在播盤軸11上，通過鏈傳動連接減速器9實現轉動，固定入土器12固定在動盤15上，活動入土器13通過活塞銷與固定入土器12連接，可以實現擺動。

2 設計要求和指標

裝置主要設計要求：1）入土器采用滾動穴播方式；2）排種器采用氣流式排種器；3）彈性吸種盤的吸種孔處采用橡膠材質；4）播種播肥盤采用雙舵輪設計；5）鴨嘴成穴器采用新型防堵機構。丘陵山區小型助力式精量種肥穴播機設計指標如表1所示。

表1 丘陵山區小型助力式精量種肥穴播機設計指標

3 工作流程

丘陵山區小型助力式精量種肥穴播機工作流程圖如圖4所示。工作過程：發動機1啟動，動力傳動系統中的減速器9將發動機產生的動力降速增扭后傳遞給排種器4、排肥器5、播種盤6和播肥盤7；供料機構中的排種器4和排肥器5通過軟管將種箱2和肥箱3中的種子及肥料以恒定速度適量排入播盤固定盤14；播盤的動盤15以恒定轉速運轉，帶動固定入土器12及活動入土器13轉動，當入土器達到最大入土深度時活動入土器13在其內部凸輪機構作用下產生擺動，使得入土器打開一定角度，種子及肥料落入土中，完成播種播肥工作。

圖4 丘陵山區小型助力式精量種肥穴播機的工作流程圖

4 使用說明

丘陵山區小型助力式精量種肥穴播機啟動時，使用者應首先調整好腳輪高度，保證固定入土器入土深度，其次啟動發動機，播盤動盤開始運動，機器開始作業。在機器作業過程中，使用者需輕扶機架手柄，控制機器平衡。

5 關鍵技術

5.1 新型播種播肥盤

丘陵山區小型助力式精量種肥穴播機裝置設計的新型播種播肥盤，采用了雙舵輪同步穴播技術。穴播器是播種系統的核心部分，是連接土壤和種子的重要紐帶[4]。新型播種播肥盤由播盤軸、入土器、固定盤、動盤組成，且在固定盤外圍設置動盤，其動盤上分別有8個入土器均勻分布焊接。其中播肥盤入土器的入土深度大于播種盤入土器的入土深度，由此來實現肥料側施在種子的下方，完成一行播種、一行施肥，使肥料更加充分地被利用。

5.2 新型防堵機構

丘陵山區小型助力式精量種肥穴播機裝置設計的防堵機構，實現了長時間作業。該裝置將入土器設計成固定入土器和活動入土器兩部分。當新型播種播肥盤向前旋轉運動時，其外圍分布均勻的固定入土器依次循環插入土壤中，固定入土器下方通過活塞銷連接活動入土器，活動入土器內部設置凸輪機構。在凸輪機構的作用下，固定入土器在未達到最大入土深度前，活動入土器時刻保持緊閉狀態；在固定入土器達到最大入土深度時，活動入土器在其內部凸輪機構的作用下被打開；完成播種播肥后，活動入土器隨著固定入土器上升迅速關閉，由此鴨嘴成穴器便可避免在下降播種以及完成播種的上升階段發生夾土現象，同時避免了固定入土器內通道被土壤堵塞。此外，新型播種播肥盤能減少肥料的使用，使其充分利用，并減少病蟲草害[5]。

5.3 彈性吸盤

丘陵山區小型助力式精量種肥穴播機裝置對氣流式排種器進行改進，在其吸種盤的吸種孔處鑲嵌了彈性橡膠材料，彈性橡膠材料根據種箱中進入排種裝置的種子的大小、尺寸發生相應的形變，使種子緊緊貼合吸種盤的吸種孔，順利完成護種。隨著吸種盤轉動而達到預定位置之后，便可卸壓，使種子完好無損地落入播種裝置中。一次完整的排種主要包括充種、清種、護種以及投種四個步驟[6]。這種結構設計可使種子更好地吸附在吸種盤上，同時保證了種子入土前的結構完整性，降低了種子空穴率，進而提高了種子自身的存活率以及發芽率，提高工作效率。

6 機具優勢

6.1 雙舵輪設計，種肥同播

新型播種播肥盤，采用了雙舵輪設計。將兩幅舵輪并列安裝分別作為播種盤和播肥盤，實現種肥同播，并且播肥盤上固定入土器略高于播種盤上固定入土器，肥料施在種子側下方，減少化肥使用量。采用一體雙腔播種施肥同軸轉動完成，達到定向、定距科學施肥，提高肥料利用率。利用一個開溝器完成播種施肥工作，簡化機構設計，降低機具生產成本[7]。

6.2 防堵設計，穩定作業

設計了新型防堵機構。將其入土部分設計為固定入土器和活動入土器兩部分。在凸輪機構的作用下，根據固定入土器是否達到最大入土深度，來控制活動入土器的開閉，解決了鴨嘴成穴器夾土的問題，可進行長時間穩定作業。

6.3 橡膠設計，保護種子

排種器的彈性吸種盤上的吸種孔處添加了橡膠材質。使吸種孔具有彈性，這種結構設計使種子能夠與吸種盤緊緊貼合，同時保證了種子入土前的結構完整性。幾種排種裝置容易造成吸種孔堵塞和種子泄漏[8]，為此，對排種器的吸種處進行了改進，降低了種子空穴率，提高了種子自身的存活率以及發芽率，進而提高了作業質量。

6.4 穴播方式，節約能源

采用穴播技術。種子、肥料均采用入土器滾動穴播的方法，取代了開溝犁開溝破土的工作過程，動力消耗大大降低，節約了能源，提高效率，適用于丘陵山區的播種作業。

6.5 氣流排種，精量播種

排種器利用氣流排種。使種子和肥料在氣流的壓力作用下，種肥被吸附于吸孔上，并隨排種盤一起轉動；種子轉出真空室后，不再承受負壓，就靠自身質量落到種溝內，實現高速單粒精量定距播種[9]。

6.6 動力高效，精準作業

丘陵山區小型助力式精量種肥穴播機充分利用穴播機動力化、高工效的作業優勢，其優點如下：特別適用于丘陵山區的碎片化土地，實現了精準作業，解決了現有糧食和特色農產品人工種植或增值作業農業機械化水平低的問題，減少了勞動力、時間、財力的浪費。

6.7 易于操作，高效作業

機具體型小、靈活性高，易操作。適宜丘陵山區這種復雜的地形作業，可更高效地完成播種施肥，有利于丘陵地區的農業機械化發展。

7 結語

1）丘陵山區小型助力式精量種肥穴播機可以實現高精度排種、種肥同步穴播、肥料施在種子側下方以及作物的定量、定距、定穴、定行的精密播種，減少了播種量與空穴率，提高了播種的準確度和精密度；有利于提高丘陵山區機械化水平，推動丘陵山區的農業生產現代化發展。

2）該機具的創新設計，其定距精量成穴播種，可節省種子，且不需要間苗等后續勞動，降低了勞動成本，實現了增產節耗；肥料側施在種 子的下方，充分發揮肥效，節約了化肥[10]。