大豆精量播種機的優化設計

徐洪偉

(哈爾濱市松北區對青山鎮鄉村振興發展服務中心,哈爾濱 150528)

0 引言

大豆是世界上重要的糧食作物和經濟作物,其產量和品質對經濟發展具有重要意義[1]。然而,在傳統的大豆種植中,常常存在播種精度低、勞動成本高、土地利用率低等問題,限制了大豆產量和品質的提高。因此,發展高效、精準、智能的大豆播種技術對于提高大豆產量和品質,實現農業可持續發展具有重要意義。

精量播種機是現代化農業生產中的關鍵設備,可以實現種子精準計量、均勻分布和準確深度的播種,提高了種子利用率和作物產量[2]。本研究針對現有大豆精量播種機的不足之處進行了優化設計,以期提高播種精度和降低勞動成本。優化后的精量播種機應用于田間試驗,取得了顯著效果。

1 國內外研究現狀

1.1 國外研究進展

近年來,國外對精量播種技術的研究逐漸深入,取得了一定的成果。在大豆精量播種機方面,美國、日本等國家在該領域的研究較為成熟。例如,美國John Deere公司推出的MaxEmerge XP大豆精量播種機采用了多個精準計量器來實現種子的精準計量和均勻分布,該機還采用了控制系統來監測播種情況,并根據土壤和作物條件自動調整行排裝置的參數,實現了智能化播種[3]。

日本也在大豆精量播種機方面進行了大量研究。例如,日本Yanmar公司開發的無人播種機采用了先進的控制技術和傳感器技術,可以自動調整種子深度和間距,提高了播種精度和作物產量[4]。

1.2 國內研究現狀

國內在大豆精量播種機方面的研究也有所進展,但整體水平與部分國家相比仍有一定差距。目前,國內大豆精量播種機主要有兩種類型,一種是螺旋槽計量式的機型,另一種是光電計量式的機型。

螺旋槽計量式機型產品中,應用較多的有徐州興茂公司的星光牌大豆精量播種機、山東泰安科技大學的研發大豆精量播種機等。這些機型都采用了螺旋槽計量和行排裝置,可以實現較高的播種精度和作物產量。

光電計量式的機型中,常見的有陜西興茂科技公司生產的大豆精量播種機、北京中鑫恒遠公司生產的大豆精量播種機等。這些機型采用了光電計量和行排裝置,可以實現更加精準的計量和均勻的分布,但相應的成本也較高。

總體來看,國內在大豆精量播種機方面的研究取得了一定的進展,但仍需要進一步改進和優化,以提高大豆精量播種機的播種精度和降低勞動成本。

2 大豆精量播種機的優化設計

2.1 種子計量裝置的優化設計

種子計量是影響大豆精量播種機播種質量和效率的關鍵因素之一。傳統的種子計量裝置容易出現種子堵塞和種子分布不均等問題,影響播種效果。因此,本研究對種子計量裝置進行了改進和優化。

2.1.1 螺旋槽計量機構

傳統的種子計量裝置主要采用振動盤計量機構,但該機構容易導致種子堵塞和分布不均等問題。因此,本研究采用了螺旋槽計量機構(圖1),可以更好地解決種子堵塞和分布不均的問題。

螺旋槽計量機構采用螺旋槽將種子從儲存倉庫輸送到種子管道中,利用螺旋槽的旋轉運動實現種子的計量和分配。通過控制螺旋槽的轉速和角度,可以實現精準的種子計量和均勻的種子分布。

圖1 大豆精量播種機螺旋槽計量機構三維圖

2.1.2 氣動分離器

傳統的種子計量裝置,種子在輸送過程中容易產生振動和摩擦,導致種皮磨損和種子受損。為了解決這個問題,本研究采用了氣動分離器。

氣動分離器利用空氣流動的原理,將種子從輸送管道中分離出來,避免了種子之間的摩擦和碰撞,從而減少了種子磨損和受損。同時,氣動分離器還可以分離出雜質和輕質種子,提高了播種質量。

2.2 行排裝置的優化設計

行排裝置是大豆精量播種機的重要組成部分,它直接影響著播種質量和效率。傳統的行排裝置在開溝器角度和深度方面存在問題,容易造成土壤壓實和含水量不足的情況,影響大豆的生長和發育。因此,本研究對行排裝置進行了優化設計。

2.2.1 開溝器角度和深度的優化

開溝器是行排裝置中最關鍵的部件,直接影響著大豆種子的落地情況和播種深度。傳統的開溝器容易造成土壤壓實和含水量不足的情況,導致大豆種子的生長和發育受到限制。為了解決這個問題,本研究對開溝器角度和深度進行優化。

角度和深度的優化數值是根據具體的機械參數和播種條件而定的,不同機型和作物需要的角度和深度也不同。在本研究中,使用了模擬軟件進行了優化設計,具體角度和深度數值是根據模擬計算得出的,而在試驗驗證過程中,也對多組不同角度和深度的開溝器進行了測試,根據測試結果確定了最佳角度和深度范圍。因此,在具體應用中,需要根據不同的機型和播種條件進行優化設計,以實現最佳播種效果和產量。

通過調整開溝器角度和深度,可以實現更好的開溝效果,減少土壤壓實并改善土壤含水量。同時,調整開溝器的深度可以實現更深或更淺的播種深度,適應不同土壤類型和作物品種。

2.2.2 行排裝置的優化

除了優化開溝器角度和深度之外,本研究還對行排裝置進行了優化。傳統的行排裝置容易出現行距不均等的問題,影響大豆的生長和發育。為了解決這個問題,本研究采用了多點控制技術,保證了行距的均勻。

多點控制技術通過控制電機的轉速和行走速度,實現精確的行距控制。同時,多點控制技術還可以實現不同作業寬度的調整,適應不同的農田環境和作業需求。

3 大豆精量播種機控制系統

大豆精量播種機的控制系統是保證播種質量和效率的重要組成部分。本研究采用了先進的電氣控制技術,設計了一套高效穩定的控制系統,實現了精準的種子計量、均勻的種子間距和準確的播種深度。

3.1 整體結構

控制系統主要由計量裝置、種子輸送裝置、行排裝置、開溝器和電控系統等部分組成。其中,計量裝置采用了螺旋槽計量機構和氣動分離器,實現了精確的種子計量和分離。

1)種子輸送裝置采用了無級變速器和傳動機構,調節種子輸送速度和方向,保證了均勻的種子間距和流暢的種子輸送。

2)行排裝置采用了優化的機械結構和角度深度調節裝置,實現了精確的播種深度和間距。

3)開溝器則采用了優化的角度和深度設計,切開土壤、改善土壤質量,保證了種子成活率和生長發育。

3.2 電控系統的設計

電控系統則是整個控制系統的核心部分,實現了計量裝置、種子輸送裝置、行排裝置和開溝器的精確控制和協調配合。電控系統采用PLC編程控制和觸摸屏人機界面,實現了自動化控制和操作簡便。同時,電控系統還配備了各種傳感器和安全保護裝置,確保播種過程的安全可靠。

4 田間驗證實驗

4.1 試驗設計

為驗證本研究的大豆精量播種機的實際性能和效果,設計了田間驗證試驗。試驗選取大豆播種密度為10萬粒·(667 m2)-1,行距為50 cm,穴距為10 cm,播種速度為4 km·h-1,共設置三組處理,本研究設計的大豆精量播種機、傳統大豆播種機和手工播種。

4.2 結果與分析

實驗結果表明(表1),本研究設計的大豆精量播種機在種子計量、種子間距、播種深度等方面表現出優異的性能和效果。種子成活率達到了95%以上,播種效率提高了20%以上,播種質量穩定可靠。與傳統大豆播種機和手工播種對照組相比,本研究設計的大豆精量播種機具有更高的播種效率、更均勻的種子間距和更穩定的播種深度。

綜上所述,田間驗證試驗表明,本研究設計的大豆精量播種機具有優異的性能和效果,可為大豆生產提供高效、穩定、可靠的技術支持和保障。但是,仍需進一步完善和優化以適應不同地區、不同作物的實際生產需求。

表1 試驗結果與分析

5 結論

經過本研究對大豆精量播種機的優化設計和試驗驗證,得出以下結論:

1)采用螺旋槽計量機構和氣動分離器改進了種子計量裝置,實現了均勻的種子間距和準確的播種深度;通過調整開溝器角度和深度,增加了開溝器以減少土壤壓實并改善土壤含水量,優化了行排裝置,大大提高了播種效率和種子成活率。

2)本研究設計的大豆精量播種機具有精度高、操作簡便、效率高、適應性強等優點,能夠實現更加高效、精準、穩定的大豆種植。