農用高速精量播種機的研究

高迎芬

(黑河市愛輝區農業機械化總站，黑龍江 黑河 164300)

0 引言

播種作業是整個農業生產中的重要環節，需要在一定時間內，按照農業要求將作物種子進行播種。播種質量與播種效率直接影響作物后續的出苗率、地下部分和地上部分的生長情況，對作物產量和品質具有重大影響[1-2]。

精量播種機又稱為“精密播種機”，可以實現單粒播種，顯著提高播種均勻性，為作物生長提供適宜的生長環境與水肥條件，節約種子，是目前播種機的主要發展方向與研究重點，優化精量播種機是提高播種效率的重要技術支撐[3-5]。

1 國內外研究進展

1.1 國內研究進展與發展趨勢

通過調研目前市面上大量推廣及成果鑒定的播種機，精量播種機的主要類型包括谷物播種機、中耕作物精量播種機、免耕精量播種機、覆膜播種機等。根據不同的農業種植模式選擇適宜的播種機。近年來，我國對精量播種機的扶持力度逐漸增大，采用高新技術的高速精量播種機在市場所占比例越來越大，尤其是新農村建設和現代化農業轉型升級，逐漸開始大馬力配套機械的研制與發展，因此，對精量播種機的作業幅寬、作業速度和作業質量提出更高要求。

1.2 國外研究進展與發展趨勢

在國外農業發達國家，關于玉米、甜菜、馬鈴薯、棉花和豆類等作物已經基本實現了精量播種機的研制與試驗，且都實現了智能控制，在田間通用性極佳，作業速度較為穩定。目前，國外主要以氣吸式精量播種機為主，對種子的尺寸和外形要求不高，可以實現單粒精確播種，只需要根據不同的農作物種子，更換排種盤或者排種輪就可以實現不同作物的精量播種[6]。

后期，為了適應不同土壤環境和農業生產模式，開始逐漸配備適應于多種作業環境的種肥開溝器和鎮壓覆土裝置，并且作業形式逐漸發展為自走式、懸掛式和牽引式，行數主要包括4行、6行、8行和16行等多種作業幅寬，與大馬力拖拉機進行配套使用。在機械制造與材料等方面也作出了優化，目前種肥箱、導種管等多采用塑料材料和尼龍材料，采用鋁合金材料進行排種盤的設計，提高生產精度，減少整機質量。在播種機橫梁和機架等采用冷壓工藝替代傳統的扁鋼和槽鋼等材料，在減少整機質量的基礎上增加整體剛度和硬度。

1.3 存在的問題

隨著近年來我國農業機械化水平的不斷提升與播種技術水平的不斷增強，我國在農業機械生產工藝與機械制造能力上不斷提高，但是與國外同類型的精量播種機相比還存在較大差距，尤其是在田間工作效率和智能控制等方面都有待提升。目前，我國農業生產多采用機械式精量播種機，氣力式播種機較少，精量播種機田間故障率較高，播深不一致且漏播率較高。目前我國氣力式播種機多采用三角帶傳動，田間傳動阻力較大，結構較為復雜，皮帶老化導致工作可靠性較差，這些問題都限制了精量播種機生產制造水平的進一步提升[7]。

2 整機設計與工作原理

以馬鈴薯精量播種機整體結構進行設計與優化，采用負壓吸種、正壓吹種的排種方式，首先進行整機結構設計，之后選擇株距變異系數。重播率、漏播率為評價指標進行田間試驗。

馬鈴薯精量播種機整機結構如圖1所示，主要包括施肥裝置、排種器、風機、驅動電機、覆土裝置和傳動系統等組成[8]。

1.施肥裝置;2.機架;3.肥箱;4.排種器;5.驅動電機;6.風機1;7.種箱;8.風機2;9.覆土裝置;10.傳動系統;11.地輪圖1 馬鈴薯精量播種機整體結構

馬鈴薯播種農藝要求為壟距在800～900 mm，種肥采用側方分層的形式，將肥料施在馬鈴薯塊莖兩側。

2.1 排種器

排種器是精量播種機的重要工作部件之一，其工作性能直接影響播種質量，本研究采用氣力式播種原理進行排種器的設計，與傳統機械式播種機相比，具有播種效率高，并且可以實現高速播種作業。排種器主要包括種箱、排種器單體和動態排種裝置。動態排種裝置采用反饋調節方式。

2.2 風機設計

風機是實現氣力式播種裝置的重要部件之一，其性能好壞主要取決于風量變化，根據不同作物種子的播種要求其風量也存在顯著性差異。當進行小麥等種子顆粒較小的播種作業時，采用小風量排種，當進行馬鈴薯播種時，需要更大的風量和氣壓，本研究選取離心式風機進行風量調節與氣壓調整。

離心式風機的全壓力P和葉輪外徑D、轉速n的關系如式(1)、(2)所示

P=ρμ2k

(1)

式中P—風機壓力，MPa；

ρ—流體密度，kg·m-3;

μ—環流系數；

k—安全系數。

(2)

式中D—葉輪外徑，m；

n—風機轉速，r·min-1。

3 田間試驗與分析

3.1 試驗準備

播種設備配備73.5 kW的東方紅拖拉機為配套動力，設置馬鈴薯播種標準株距為200 mm，種薯平均含水率為67.5%。播種后，對田間播種效果進行數據測定，每組試驗重復3次，取平均值，計算測定指標。

3.2 測定指標與方法

3.2.1 株距變異系數

農作物播種株距變異系數主要是指農作物播種一行時，株距實際間距和變差與標準株距的差值，計算公式如式(3)所示

(3)

式中CV—株距變異系數，%；

Xi—實際測量株距，mm；

X0—標準株距，mm。

3.2.2 重播率、漏播率

重播是指播種機實際排種量≤0.5倍的理論排種量，計算公式如式(4)所示

(4)

式中D0—重播率，%；

n1—理論排種量，粒；

N—實際排種量，粒。

漏播率是指播種實際排種量≥0.5倍的理論排種量，計算公式如式(5)所示

(5)

式中M—漏播率，%；

n2—理論排種量，粒；

N—實際排種量，粒。

3.3 結果與分析

田間試驗結果如表2所示。研究結果表明，優化后的高速精量播種機進行田間試驗，其株距變異系數為3.50%和2.90%，漏播率為0.86%和0.42%，重播率為0.55%和0.75%，較傳統舀勺式播種機有顯著的提升。

表2 精量播種機與傳統舀勺式播種機田間試驗對比 單位：%

4 結論

1)本研究首先系統闡述了國內外農用高速精量播種機的發展現狀，總結出目前國內外高速精量播種機發展存在的主要問題與技術瓶頸，為進一步提高高速精量播種機的優化設計提供依據。

2)對馬鈴薯高速精量播種機關鍵部件進行設計與優化，系統論述了設計依據，并闡述關鍵部件的運行原理。對優化后的高速精量播種機進行田間試驗，與傳統舀勺式播種機相比，其株距變異系數為3.50%和2.90%，漏播率為0.86%和0.42%，重播率為0.55%和0.75%，較傳統舀勺式播種機有顯著的提升。