小型播種機的研究現狀及發展趨勢

河北農業大學機電工程學院 霍倩 趙樹朋 宋佳旭 馬志凱 王磊

前言

在我國，平原和丘陵地形是農業種植的主要地形[1]。我國的丘陵面積占國土面積的三分之二，耕地面積占全國耕地總面積的31.52%，丘陵的糧食產出占全國的35.5%，可以看出丘陵地區農業的重要地位。但是丘陵山區省份農業綜合機械化占有率不足50%[2]。

丘陵山區地形崎嶇復雜，耕地多以散田小地塊為主，大型農業機械運輸不方便，轉向不靈活，無法實現農業工作；小型山地農業機械研究較為落后，品種稀少，導致大多數省份的丘陵山區農作業的機械化程度低，人工成本大，工作效率低[3]。

根據對北方山區地形的考察，山區丘陵耕地以種植糧棉經濟作物為主，其播種土地經過旋耕后，地表平坦，播種環境較為良好。但山區運輸地形多以坡路、石路為主，其局限性導致大型機械設備無法進場，小型機械設備需要依靠人力輔助來運輸與工作，人工輔助工作不僅播種效率低，播種精度也無法保證。

因此，研制適合我國的小型山地播種機，保證播種機在丘陵山區復雜環境靈活運輸[4]，在播種工作中提高播種效率，降低播種成本，迫在眉睫。本研究對于丘陵山區小地塊的農業工作具有指導效果，為提高農業機械在丘陵山區運輸與作業提供參考，促進了丘陵山區農業機械的發展。

1 小型播種機的國外發展現狀

國外對于小型播種機械的研究設計起步較早，并取得了較大成果。1954年，奧地利Wintersteiger公司生產的小型播種機[5]，標志著小型播種機的發展逐步成熟。1955年，EgilΦyjord團隊，發明了錐體格盤式排種裝置，并先后設計了與園藝拖拉機配合使用的四行、六行、十行小型條播機。EgilΦyjord小型條播機的問世，成為世界小型播種機發展史的里程碑[6]。

20世紀70年代，為了適應種子的不同結構差異性和各種播種方式，提高播種精度與效率，科研人員改進了EgilΦyjord的排種裝置，設計出錐體皮帶式、錐體離心式排種裝置[7]，增加了小型播種機械的多樣性。

20世紀80年代，Wintersteiger公司研制出氣吸組合式小型精密播種機[8]，該機型可以實現單粒播種。

20世紀90年代，計算機技術迅速發展，小型播種機也進入了信息時代。仍以Wintersteiger公司為引領的研制中心，將播種定位控制器（GSC），GPS定位技術與排種監控技術相結合，研發出排種檢測、數據記錄功能[9]，減少人工操作，增加播種精度，提高作業效率。

21世紀以來，許多發達國家高度重視農業智能化發展，對其播種精確度、智能化程度有了更高的要求。國外許多播種機生產公司與科研機構都相繼研發。Plotseed系列播種機，可以利用不同的分種模塊，在小區域耕田內進行多排播種，也可以裝配不同的構件，實現不同地形環境的多功能操作。Monoseed系列小區單粒播種機，配備自動供種系統，實現均勻無混雜單粒精播。

2 小型播種機的國內發展現狀

根據作業環境與作業要求的分析，小型播種機更適合于丘陵山區的播種作業，國內外針對小型播種機進行不斷研究，并取得了突破性進展。

改革開放初期，我國引進Seedmatic株行條播機、Plotspider自走式小型精播機、EgilΦyjord小型條播機等小型播種機27臺，中國農業科學院從奧地利Win-tersteiger公司引進小型播種機和收割機48臺。由于外國機械操作復雜，我國技術受限等原因，產品只作為科研單位的研究，并沒有普及和使用，這延緩了我國小地區播種機的發展。

20世紀80年代，我國的小型播種機理論與設計研發有了新的進展，由我國研發的機型有：ZXJB-4型小型精密播種機、NKXB-1.4小型條播機、2XB-10型小型播種機等。這些小型播種機的生產與研發，標志著我國小區播種機的發展迅速。

2003年，黑龍江省農墾總局紅興隆農管局科研所研制開發了XBJ-150系列小型播種機（如圖1所示）。該有免耕播種和排肥的功能，播種均勻性和播量一致性較好。2009年，東北農業大學研制了小型播種機2BZXJ-1手扶式小型育種精密播種機[10（]如圖2所示），該播種機結構簡單，行動性高，更適合在山地作業，但是由于是單行播種機，沒有驅動平臺，所以需要靠人工引導播種。

圖1 XBJ-150小型播種機

圖2 2BZXJ-1手扶式小型播種機

我國的科研機構和農機公司自主研發了2BFM系列山地免耕施肥播種機（如圖3所示），集開溝、播種、施肥、覆土、鎮壓于一體，可一次性完成聯合作業。該機器先由圓盤刀切割植物秸稈、開槽，隨后雙圓盤開溝器開溝、松土，排種器、施肥器將種子、肥料撒播入溝內，之后由覆土裝置將土壤收攏覆蓋種子，最后鎮壓輪進一步覆土和壓平。該播種機可以減少動土量，保證土壤結構，為我國農業保護性耕作的發展奠定了基礎。

圖3 2BFM型山地免耕施肥播種機機構圖

進入21世紀以后，自動化、智能化產品風靡全球，我國的科研人員從中汲取國外先進理念和科學手法，不斷總結與探索適應我國地形的科學經驗，提出許多“智能農機”的新思想、新理念。2011年，沈陽農業大學劉曙光設計了一種自動供種、排種機械系統[11]。該系統利用電磁裝置驅動方式，與電控電機相結合，設計一套電磁感應控制電機工作的排種系統，可以自動完成不斷續播種的工作。

我國的農業機械廠，結合早期播種機的工作結構和原理，因地制宜地研制生產了適合山地運輸工作的播種機械，如圖4所示的手扶式單履帶播種多功能機，小巧輕便，功能強大，方便運輸，但是需要人工輔助操作，有較大的播種誤差。如圖5所示的山地履帶多功能機，有良好的越野能力，但其結構復雜，底盤笨重堅硬，在山地作業對播種精度影響較大。

圖4 手扶式單履帶播種多功能機

圖5 山地履帶多功能機

現如今，我國科研人員對小型播種機和山地播種機的研發取得了很大進展，但是世界自動化智能化技術發展迅猛，我國較先進國家還有差距。播種機數量稀少、產品結構單一化、人工輔助程度大，導致目前的小型播種機械還遠不能滿足現代農業發展需求。

3 結語

國外小型播種機發展迅速，自動化程度高，功能強大，但是操作復雜、價格昂貴、引進成本高。而國內研究發展較為緩慢，人工輔助操作環節較多；在行駛底盤結構的設計中，國內外偏重于設計輪式底盤，雖然結構輕小，但丘陵山地的運輸行駛較為困難；在排種機構的設計中，國內外對精準播種都進行了智能化研究，使播種精度顯著提高，但經濟性較差，無法在國內普及。因此，我們需要研制一種通過性好、播種精度高且操作簡單、經濟成本低、控制性能優越的小型山地播種機。