2BMG-7 型小麥高低畦播種機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

王成，楊建明，宋瑜涵，宋德平，李樹(shù)兵

（1.256600 山東省 濱州市 濱州市農(nóng)業(yè)科學(xué)院；2.256600 山東省 濱州市 濱州市農(nóng)技推廣中心；3.832003 新疆石河子市 石河子大學(xué) 農(nóng)學(xué)院）

0 引言

井灌區(qū)小麥種植主要有3 種方式，一是把小麥全部種在溝里（大溝麥，小溝麥）；二是把小麥全部種在壟上（壟作）；三是把小麥全部種在畦中（扶埂作畦，通常畦面寬3～4 m（小畦）或6～8 m（大畦），灌溉時(shí)畦面全部過(guò)水。種在溝中的小麥，便于聚集雨水和保墑，但是其土地利用率低，僅適用于較低產(chǎn)量水平下的旱作麥；種在壟上的壟作栽培可以提高光照利用率，精細(xì)栽培可以增產(chǎn)，易出苗不整齊，土地利用率和水分利用率較低。把小麥種在畦中的小畦種植，畦埂占地面積較大（據(jù)統(tǒng)計(jì)，一個(gè)畦埂的寬度不低于50 cm），土地利用率較低，畦作栽培模式，便于田間管理，但是整個(gè)畦面全部澆水，澆水的地表表面形成毛細(xì)水管，水分蒸發(fā)快，地表易板結(jié)[1]，如不及時(shí)劃鋤，失墑?shì)^快，人工劃鋤成本高，機(jī)械化實(shí)現(xiàn)困難。

針對(duì)上述技術(shù)難題，本文提出了一種機(jī)械化程度高的節(jié)水提高土地利用率的小麥高低畦種植方法。但是在玉米收獲后的地表進(jìn)行小麥播種時(shí)，根茬壅堵、播種苗帶窄、播種質(zhì)量差等問(wèn)題難以解決。在小麥高低畦機(jī)械研發(fā)中，要求盡可能減少機(jī)具進(jìn)地次數(shù)，避免對(duì)土壤的有害壓實(shí)，這就需要播種機(jī)械能實(shí)現(xiàn)多功能聯(lián)合作業(yè)，應(yīng)同時(shí)具備高低畦成形、施肥、播種、覆土、鎮(zhèn)壓等功能。采用高低畦播種時(shí)，由于在播種幅寬范圍地表為高低畦間布，地表狀況復(fù)雜，對(duì)播種機(jī)的地面仿形與施肥、播種的驅(qū)動(dòng)提出了新要求[2]。

濱州市農(nóng)業(yè)農(nóng)村部門(mén)自2014 年開(kāi)始，在濱州市濱城區(qū)進(jìn)行小麥高低畦種植模式的相關(guān)研究，先后開(kāi)展了不同行距、不同行向、不同高低畦高度差的試驗(yàn)研究，收集了小麥的植株性狀、土壤墑情、年度用水量、產(chǎn)量等數(shù)據(jù)。研究的播種規(guī)模從小到大，到目前試點(diǎn)播種達(dá)到70 hm2左右。目前，為便于澆水，井灌區(qū)普遍實(shí)行小畦種植，起壟做畦，畦內(nèi)種植，畦埂占地較多[3]，土地利用率不高，影響產(chǎn)量的提高。高低畦種植方法，就是形成高低兩個(gè)畦面，高畦與低畦均種植小麥，提高了土地利用率。同時(shí)，采取低畦澆水，高畦利用滲灌，使高畦地表不板結(jié)，相對(duì)容易保墑。采用高低畦栽培，地表過(guò)水面積少，土壤蒸發(fā)少、不宜失墑，具有較好的節(jié)水增產(chǎn)效果[4]。將傳統(tǒng)小畦種植中的畦埂整平，形成高低畦種植，既解決了灌溉問(wèn)題，又提高土地利用率，實(shí)現(xiàn)了節(jié)水、增產(chǎn)、抑草。

1 總體結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 總體結(jié)構(gòu)

2BMG-7 小麥高低畦施肥播種機(jī)的整體結(jié)構(gòu)如圖1、圖2 所示。主要由機(jī)架、懸掛裝置、變速箱、對(duì)置式半紡錘形螺旋絞龍高低畦成形裝置、高低畦整形裝置、播種裝置、施肥裝置、低畦鎮(zhèn)壓輪和高畦鎮(zhèn)壓輪、種肥箱、動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成。機(jī)架主要由三點(diǎn)懸掛裝置、前后梁體、種箱固定座、肥箱固定座、變速箱固定座等組成，是各個(gè)工作部件的核心。對(duì)置式半紡錘形螺旋絞龍高低畦成形機(jī)構(gòu)主要由變速箱、螺旋絞龍軸、半紡錘形螺旋絞龍葉片和絞龍軸支撐座板、液壓油缸、液壓調(diào)整裝置等組成[5]，安裝在機(jī)架的前部。施肥裝置主要由尖角鏟式施肥開(kāi)溝器、輸肥管、肥箱、施肥量調(diào)整裝置、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成。尖角鏟式施肥開(kāi)溝器安裝在機(jī)架前梁上，肥箱安裝在機(jī)架上部，高低畦整形裝置安裝在半紡錘形螺旋絞龍高低畦成形裝置的后面，主要由低畦整形輪、高畦整形輪、高低畦側(cè)壁壓實(shí)裝置、整形輪軸、可調(diào)心軸承等組成。

圖1 小麥高低畦播種機(jī)側(cè)視示意圖Fig.1 Sketch map of wheat high-and-low-border planter

圖2 小麥高低畦播種機(jī)俯視示意圖Fig.2 Top view of wheat high-and-low-border planter

播種裝置主要由播種開(kāi)溝器、撒種板、輸種管、播量調(diào)整裝置、種箱、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置等組成。播種開(kāi)溝機(jī)安裝在機(jī)架后梁上，種箱安裝在機(jī)架上面位于肥箱的后面。高低畦鎮(zhèn)壓裝置主要由低畦鎮(zhèn)壓輪、高畦鎮(zhèn)壓輪、鎮(zhèn)壓輪軸、鎮(zhèn)壓輪浮動(dòng)仿行裝置、動(dòng)力輸出裝置等組成，兩組低畦鎮(zhèn)壓輪分置在機(jī)架兩側(cè)，單組高畦鎮(zhèn)壓輪安裝在低畦鎮(zhèn)壓輪的后面，鎮(zhèn)壓輪軸的端部安裝有鏈輪，通過(guò)鏈條為排種、排肥提供動(dòng)力[6]。

1.2 工作原理

作業(yè)時(shí)，播種機(jī)通過(guò)三點(diǎn)懸掛裝置與拖拉機(jī)連接，由其牽引前進(jìn)。拖拉機(jī)的動(dòng)力后輸出把動(dòng)力經(jīng)萬(wàn)向節(jié)傳遞給變速箱的動(dòng)力輸入軸，變速箱變速后，通過(guò)萬(wàn)向節(jié)換向，驅(qū)動(dòng)絞龍軸轉(zhuǎn)動(dòng)。變速箱采用中間傳動(dòng)，對(duì)置式半紡錘形螺旋絞龍分布在變速箱兩側(cè)，半紡錘形絞龍從葉片大端沿導(dǎo)線方向把土壤向中間輸送，疏松土壤堆積在中部形成高畦，兩側(cè)形成低畦。高低畦整形裝置的低畦輪整平低畦畦面，高畦整形輪整平高畦畦面，側(cè)壁壓實(shí)裝置壓實(shí)高畦與低畦交接處的側(cè)壁，防止高畦塌陷造成出苗困難。施肥開(kāi)溝器首先破土開(kāi)溝并施下底肥，被擾動(dòng)的土壤部分自然回流溝內(nèi)。播種開(kāi)溝器二次開(kāi)溝，并將部分土壤推回溝內(nèi)。第2 次覆土同時(shí)播種保證種肥垂直間距。在播種過(guò)程中，播種開(kāi)溝器能夠?qū)⒔斩掚s草推開(kāi)，將種子直接播進(jìn)土壤中，以創(chuàng)造良好種床[7]。低畦鎮(zhèn)壓輪對(duì)低畦地表進(jìn)行鎮(zhèn)壓，高畦鎮(zhèn)壓輪對(duì)高畦地表進(jìn)行鎮(zhèn)壓，低畦鎮(zhèn)壓輪還為施肥播種裝置提供動(dòng)力[8]。

2 關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)

2.1 高低畦成形機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

高低畦成形機(jī)構(gòu)主要由懸掛梁、液壓油缸、變速箱、驅(qū)動(dòng)軸、半紡錘形螺旋絞龍葉片、擋土板等組成，如圖3 所示。

圖3 高低畦成形機(jī)構(gòu)示意圖Fig.3 Schematic diagram of high-and-low-border forming mechanism

變速箱固定在懸掛梁上，液壓油缸的活塞推桿與懸掛梁直聯(lián)，機(jī)架兩端各安裝一個(gè)液壓油缸，液壓油缸的缸體固定在機(jī)架前梁，通過(guò)調(diào)整液壓油缸工作行程，調(diào)整高低畦成形裝置的入土深度。高低畦成形機(jī)構(gòu)成畦的質(zhì)量與轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速、螺旋葉片直徑、導(dǎo)程等有直接關(guān)系[9]。通過(guò)試驗(yàn)，驗(yàn)證轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速395 r/min，導(dǎo)程160 mm，葉片大端外徑200 mm，內(nèi)徑30 mm，葉片小端外徑100 mm，內(nèi)徑30 mm，半紡錘形螺旋絞龍葉片長(zhǎng)度400 mm。

2.2 高低畦鎮(zhèn)壓機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

高低畦鎮(zhèn)壓裝置主要由高畦鎮(zhèn)壓輪、低畦鎮(zhèn)壓輪、拉桿立柱、鎮(zhèn)壓輪拉桿、浮動(dòng)拉桿、浮動(dòng)彈簧動(dòng)力驅(qū)動(dòng)鏈輪等組成，如圖4 所示高畦鎮(zhèn)壓輪和低畦鎮(zhèn)壓輪與機(jī)架均采用浮動(dòng)鏈接。鎮(zhèn)壓輪拉桿用銷(xiāo)軸與鎮(zhèn)壓輪鏈接，銷(xiāo)軸可以在鎮(zhèn)壓輪支架上轉(zhuǎn)動(dòng)，鎮(zhèn)壓輪在浮動(dòng)彈簧的作用下始終緊貼地表滾動(dòng)，高畦鎮(zhèn)壓輪在高畦上滾動(dòng)，對(duì)高畦進(jìn)行鎮(zhèn)壓；低畦鎮(zhèn)壓輪在低畦內(nèi)滾動(dòng)，對(duì)低畦進(jìn)行鎮(zhèn)壓。低畦鎮(zhèn)壓輪的軸端安裝有驅(qū)動(dòng)排種排肥裝置的驅(qū)動(dòng)鏈輪[10]。

圖4 高低畦鎮(zhèn)壓輪浮動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖Fig.4 Schematic diagram of floating mechanism of high-and-low-border pressing wheel

3 整機(jī)技術(shù)參數(shù)

高低畦播種機(jī)與拖拉機(jī)之間采用三點(diǎn)懸掛的連接方式，通過(guò)萬(wàn)向節(jié)與拖拉機(jī)軸的后輸出相連，拖拉機(jī)的后輸出為播種機(jī)提供動(dòng)力，整機(jī)主要由動(dòng)力傳遞系統(tǒng)、高低畦成形系統(tǒng)、播種施肥系統(tǒng)、鎮(zhèn)壓系統(tǒng)等組成，整機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 整機(jī)主要技術(shù)參數(shù)Tab.1 Technical parameters

4 田間試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)條件

2019 年9 月26 日到2020 年9 月24 日在山東省博興縣店子鎮(zhèn)“高低畦”小麥種植示范基地進(jìn)行了2 年的田間生產(chǎn)試驗(yàn)。試驗(yàn)地的前茬作物為玉米，機(jī)收后采用秸稈粉碎還田機(jī)還田一遍，秸稈拋撒均勻，切碎長(zhǎng)度≤15 cm，旋耕機(jī)旋耕2 遍，試驗(yàn)用拖拉機(jī)雷沃歐豹350 拖拉機(jī)，作業(yè)速度3～5 km/h,為了檢驗(yàn)播種機(jī)的試驗(yàn)性能，對(duì)試驗(yàn)地的秸稈覆蓋量、秸稈含水率、土壤含水率、土壤堅(jiān)實(shí)度等指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)定，測(cè)定數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)地條件Tab.2 Experiment conditions

4.2 試驗(yàn)方法

目前高低畦種植模式的播種機(jī)暫無(wú)標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)JB/T 8401.1-1996《旋耕聯(lián)合作業(yè)機(jī)械旋耕施肥播種機(jī)》、GB/T 9478-2005《谷物條播機(jī) 試驗(yàn)方法》和NY/T 1143-2006《播種機(jī)質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》對(duì)高低畦小麥播種機(jī)進(jìn)行測(cè)試，對(duì)該機(jī)播種質(zhì)量、機(jī)具通過(guò)性、種肥間距、高低畦高度差、高低畦高度差變異系數(shù)等作業(yè)性能進(jìn)行測(cè)試[11]。

4.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

機(jī)具每年試驗(yàn)示范面積約33.33 hm2，在2 年連續(xù)4 個(gè)季節(jié)的作業(yè)100 m 測(cè)試中，均未出現(xiàn)秸稈堵塞、壅土停機(jī)等現(xiàn)象，未見(jiàn)明顯缺種、無(wú)覆土區(qū)域，機(jī)具通過(guò)性及工作穩(wěn)定性良好，機(jī)具試驗(yàn)效果見(jiàn)圖5。依據(jù)所述試驗(yàn)方法測(cè)得播種機(jī)的性能參數(shù)如表3 所示。2020—2021 年在山東省博興縣試驗(yàn)示范效果良好，采集數(shù)據(jù)匯總分析結(jié)果見(jiàn)表4。

圖5 樣機(jī)田間試驗(yàn)Fig.5 Field tests of machine

表3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表Tab.3 Statistics of test data

表4 2020—2021 年山東省博興縣高低畦播種與傳統(tǒng)種植模式對(duì)比試驗(yàn)情況表Tab.4 Comparison test of high-low-border sowing and traditional planting mode in Boxing County,Shandong Province from 2020 to 2021

2BMG-7 型小麥高低畦播種機(jī)近幾年先后在山東省濱州市的博興縣、鄒平市、濱城區(qū)及泰安市等地開(kāi)展試驗(yàn)示范，應(yīng)用面積不斷擴(kuò)大，增產(chǎn)幅度在10%左右，深受群眾歡迎。2021 年6 月15 日，經(jīng)過(guò)多點(diǎn)抽樣實(shí)打測(cè)產(chǎn)，山東省博興縣店子鎮(zhèn)店子村小麥高低畦種植技術(shù)試驗(yàn)區(qū)平均產(chǎn)量10 771.5 kg/hm2，比常規(guī)小畦種植的對(duì)照區(qū)增產(chǎn)1 149 kg/hm2，增幅11.9%。店子村小麥高低畦種植技術(shù)示范區(qū)聯(lián)合收割機(jī)實(shí)收結(jié)果：高低畦示范區(qū)實(shí)收面積0.42 hm2，總收4 458 kg，折合產(chǎn)量10 612.5 kg/hm2；常規(guī)小畦種植的對(duì)照區(qū)實(shí)收面積0.43 hm2，總收4 170 kg，折合產(chǎn)量9 772.5 kg/hm2。高低畦示范區(qū)比對(duì)照區(qū)增產(chǎn)840 kg/hm2，增幅8.6%。

5 結(jié)論

主要針對(duì)傳統(tǒng)小畦種植模式存在土地利用率低、光熱損失大、小麥群體不足等問(wèn)題，設(shè)計(jì)的新型小麥高低畦施肥播種機(jī)，集成畦、整形、施肥、播種、鎮(zhèn)壓于一體，實(shí)現(xiàn)了減壟增地，提高土地利用率10%左右，增產(chǎn)10%以上，節(jié)水40%左右。

對(duì)設(shè)計(jì)的高低畦播種機(jī)播種機(jī)進(jìn)行了田間試驗(yàn)，在玉米秸稈粉碎還田秸稈覆蓋地通過(guò)性良好，并測(cè)得2020 年、2021 年的高低畦高度穩(wěn)定在9.32～11.25 cm，播深合格率分別為92.38%、93.56%，播深穩(wěn)定在25～35 mm，與理論設(shè)計(jì)差異不顯著。