滴灌區(qū)玉米精量免耕播種機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

doi：10.6048/j.issn.1001-4330.2024.05.007

摘" 要：【目的】研發(fā)作業(yè)可靠且適應(yīng)新疆玉米種植模式的免耕播種機(jī)具。

【方法】采用運(yùn)動分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)免耕播種機(jī)清茬機(jī)構(gòu)、排種器及滴灌帶鋪設(shè)機(jī)構(gòu)，并進(jìn)行田間試驗(yàn)驗(yàn)證。

【結(jié)果】機(jī)具前進(jìn)速度在5 km/h時通過性良好，秸稈清理率達(dá)到79.44%，滿足免耕播種作業(yè)要求；播種合格指數(shù)為91.33%，漏播指數(shù)為3.18%，重播指數(shù)為5.49%，播種均勻性滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

【結(jié)論】滴灌區(qū)玉米精量免耕播種機(jī)滿足設(shè)計(jì)要求，可以有效清茬、播種及鋪設(shè)滴灌帶。

關(guān)鍵詞：免耕播種機(jī)；清茬機(jī)構(gòu)；玉米排種器；滴灌帶鋪設(shè)

中圖分類號：S223.2""" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A""" 文章編號：1001-4330（2024）05-1094-08

收稿日期（Received）：

2023-09-22

基金項(xiàng)目：

新疆維吾爾自治區(qū)重大科技專項(xiàng)（2022A02003-3）；新疆農(nóng)機(jī)研發(fā)制造推廣應(yīng)用一體化項(xiàng)目（YTHSD2022-14）

作者簡介：

付浩（1997-），男，山東濟(jì)寧人，碩士研究生，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)機(jī)械化與裝備工程，（E-mail）foch71@163.com

通訊作者：

張學(xué)軍（1966-），男，四川渠縣人，教授，博士，碩士生/博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)機(jī)械化裝備，（E-mail）tuec@163.com

0" 引 言

【研究意義】新疆春季干旱、秋季缺水、冬季斷水［1-2］，也是我國最大的荒漠區(qū)［1-3］，土壤瘠薄、保墑及抗旱能力較弱［4-5］。為提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、節(jié)約水土資源并增加土壤肥力，研發(fā)作業(yè)可靠且適應(yīng)新疆地區(qū)種植模式的免耕播種機(jī)具，解決免耕播種機(jī)播種質(zhì)量不高的問題，設(shè)計(jì)滴灌帶鋪設(shè)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)免耕播種同時進(jìn)行滴灌帶鋪設(shè)，對于提高新疆地區(qū)玉米全程機(jī)械化生產(chǎn)水平具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】河北農(nóng)哈哈2BMFS型免耕播種機(jī)［6］，采用旋耕機(jī)構(gòu)與播種機(jī)構(gòu)一體式設(shè)計(jì)，運(yùn)用帶狀旋耕的方法在播種作業(yè)前，將殘茬旋耕粉碎并與土壤混合，疏松種床并防止開溝器堵塞，尤其是對于地表作業(yè)條件復(fù)雜依然有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，但作業(yè)時對土壤擾動量大，功率消耗較大；王漢羊等［7］研究了2BMFJ型麥茬地清秸覆秸式免耕播種機(jī)，該機(jī)型核心防堵原理是側(cè)向拋送秸稈，即在機(jī)具前進(jìn)時通過秸稈清理覆蓋裝置將種床覆蓋秸稈向機(jī)具側(cè)面拋送，從而清理出無覆蓋物的種床，完成清秸作業(yè)，將秸稈拋回上一個種床，完成覆秸作業(yè)，機(jī)具作業(yè)后，可使秸稈均勻覆蓋地表，利于保水保墑、提高田間出苗率；朱存璽等［8］基于秸稈移位防堵余擺線原理，設(shè)計(jì)了一件立式環(huán)繞驅(qū)動式清茬裝置，其在拖拉機(jī)傳動軸驅(qū)動下做等角速度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動產(chǎn)生環(huán)量擾流，帶動表層秸稈和雜草流向側(cè)后方，完成清茬作業(yè)，其田間作業(yè)秸稈移除率達(dá)到87.91%，但作業(yè)能耗高、造價昂貴。【本研究切入點(diǎn)】新疆玉米免耕播種作業(yè)中，尚存在前茬作物收獲并秸稈粉碎還田后秸稈覆蓋量大、排種器結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題，影響了作業(yè)效率和播種質(zhì)量。需研發(fā)作業(yè)可靠且適應(yīng)新疆滴灌區(qū)種植模式的免耕播種機(jī)具。【擬解決的關(guān)鍵問題】采用運(yùn)動分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)免耕播種機(jī)清茬機(jī)構(gòu)、排種器及滴灌帶鋪設(shè)機(jī)構(gòu)，并進(jìn)行田間試驗(yàn)驗(yàn)證。

1" 材料與方法

1.1" 材 料

1.1.1" 整機(jī)結(jié)構(gòu)

免耕播種機(jī)是由多個播種單體組成，各個播種單體按照一定的行距固定在免耕播種機(jī)機(jī)架上。圖1

注：1.機(jī)架;2.雙圓盤施肥開溝器;3.地輪機(jī)構(gòu);4.滴灌帶鋪設(shè)機(jī)構(gòu);5.播種單體;6.摩擦輪傳動機(jī)構(gòu);7.肥料箱;8.機(jī)架連接座;9.連桿仿形機(jī)構(gòu);10.清茬機(jī)構(gòu);11.雙圓盤播種開溝器;12.播種單體限深輪;13.覆土鎮(zhèn)壓機(jī)構(gòu);14.播種單體架;15.擾種側(cè)充槽盤式玉米精量排種器;16.種箱

Note：1.Frame; 2.Double disc fertilizer opener; 3.Ground wheel mechanism; 4.Drip irrigation belt laying mechanism; 5.Sowing monomer; 6.Friction wheel transmission mechanism; 7.Fertilizer box; 8.Frame connection seat; 9.Linkage imitation mechanism; 10.Stubble clearing mechanism; 11.Double disc sowing opener; 12.Sowing monomer depth limiting wheel; 13.Mulching suppression mechanism; 14.Sowing monomer frame; 15.Seed-disturbing side-channel-filling disc-type corn precision seed metering device; 16.Seed box

免耕播種機(jī)機(jī)架為主要承載部件，播種單體通過連桿仿形機(jī)構(gòu)與前端機(jī)架相連，其主要由清茬防堵機(jī)構(gòu)、限深輪、雙圓盤開溝裝置、種箱、擾種側(cè)充槽盤式玉米精量排種器和覆土鎮(zhèn)壓機(jī)構(gòu)組成，可一次性完成破茬、清茬、開溝、播種、鎮(zhèn)壓等工序。滴灌帶鋪設(shè)機(jī)構(gòu)與播種單體前后錯位布置。

1.1.2" 工作原理

免耕播種機(jī)由拖拉機(jī)牽引作業(yè)，播種單體通過連桿仿形機(jī)構(gòu)的上下仿形擺動適應(yīng)地面的起伏變化，以保證播種深度的一致性；雙圓盤播種開溝器在播種單體重力的作用下，進(jìn)行破土并嵌入土層中，而限深輪則留在地表，防止雙圓盤播種開溝器開溝過深，保證限深輪與開溝器兩者底端高度差符合播種深度，提高播深一致性，滿足免耕播種農(nóng)藝要求；破茬圓盤刀與清茬輪隨機(jī)具前進(jìn)轉(zhuǎn)動，切斷秸稈與根茬并清理至種床兩側(cè)，提高后續(xù)播種開溝圓盤作業(yè)質(zhì)量；種箱中玉米籽粒堆積在擾種側(cè)充槽盤式玉米精量排種器取種室，取種盤對其進(jìn)行分撥取種后，通過排種管排入種溝，對種床覆土鎮(zhèn)壓，完成免耕播種作業(yè)；滴灌帶鋪設(shè)機(jī)構(gòu)在機(jī)具牽引力的作用下，通過護(hù)板開溝器、壓簧四桿仿形機(jī)構(gòu)、傾斜雙圓盤覆土裝置和滴灌帶懸掛盤相互配合，實(shí)現(xiàn)滴灌帶的懸掛、開溝、鋪設(shè)以及覆土的功能。

1.1.3" 免耕播種

于2021年在新疆焉耆縣進(jìn)行免耕播種與鋪膜播種對照試驗(yàn)。將試驗(yàn)田左右均分為地塊A、B，在前茬小麥?zhǔn)斋@后對地塊A進(jìn)行秸稈還田、對地塊B進(jìn)行耕整，并于同期進(jìn)行保護(hù)性免耕播種和常規(guī)鋪膜播種，持續(xù)觀測并記錄數(shù)據(jù)。免耕播種較鋪膜播種出苗早，且出苗率增加5%，苗高增加8～13 mm，葉片數(shù)平均增加0.5片。免耕播種單位面積產(chǎn)量相比鋪膜播種方式減少8%，但在成本測算中，免耕播種節(jié)約機(jī)耕費(fèi)40元/667m2、地膜費(fèi)50元/667m2、殘膜機(jī)械回收費(fèi)25元/667m2，滴灌帶采用二次利用，節(jié)約滴灌帶和接頭費(fèi)用以及滴灌帶機(jī)收費(fèi)80元/667m2，扣除除草劑費(fèi)用20元/667m2后，總計(jì)節(jié)本175元/667m2。圖2

1.2" 方 法

1.2.1" 直指型清茬機(jī)構(gòu)

清茬機(jī)構(gòu)是免耕播種機(jī)的關(guān)鍵部件之一［9］。前茬作物進(jìn)行秸稈還田后，殘留地表的秸稈、根茬和雜草等總稱殘茬，清茬機(jī)構(gòu)通過對地表殘茬進(jìn)行擾動側(cè)拋，清理出一條播種帶，減少機(jī)具在播種作業(yè)過程中發(fā)生壅堵的概率，提升免耕播種機(jī)的通過性，提高播種質(zhì)量［10］。

清茬機(jī)構(gòu)根據(jù)工作原理的不同主要分為驅(qū)動式和從動式［11］。驅(qū)動式清茬機(jī)構(gòu)通常需要連接拖拉機(jī)動力輸出軸，其工作部件轉(zhuǎn)速快，具有清茬效果好、通過性穩(wěn)定的優(yōu)勢，但存在作業(yè)過程中土壤擾動量大、作業(yè)能耗高、造價昂貴、工作部件易磨損等問題；從動式清茬機(jī)構(gòu)多是依靠拖拉機(jī)牽引力帶動清茬部件轉(zhuǎn)動，對土壤的擾動小，其通過對清茬部件結(jié)構(gòu)、安裝設(shè)計(jì)等以提高清茬效果，具有結(jié)構(gòu)簡單、加工便捷、田間適應(yīng)性好等優(yōu)勢。選用從動式直指型清茬機(jī)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)。

清茬機(jī)構(gòu)安裝在免耕播種機(jī)播種單體前端，清茬機(jī)構(gòu)由收斂支撐架、清茬輪組成。清茬輪依托多齒撥禾星輪設(shè)計(jì)原理，2個清茬輪呈八字型安裝在收斂支撐架上。工作時，清茬輪在播種機(jī)正壓力作用下始終與農(nóng)田地表接觸，受到拖拉機(jī)前進(jìn)產(chǎn)生牽引力與土壤接觸產(chǎn)生摩擦阻力形成力偶使自身轉(zhuǎn)動。隨著清茬輪的轉(zhuǎn)動，輪齒進(jìn)行壓草，插入秸稈覆蓋層中并入土，將前方種帶上的秸稈撥起、拋向側(cè)后方，隨著機(jī)具的前進(jìn)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)清理出一條秸稈覆蓋量較少的播種帶。圖3

設(shè)清茬輪齒與地面的接觸點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)o，x軸和y軸分別平行和垂直清茬輪平面，z軸垂直于

xoy平面向上建立坐標(biāo)系，分析清茬輪齒齒端作用點(diǎn)的空間運(yùn)動軌跡，分別向xoy、xoz投影，可得出清茬輪齒齒端作用點(diǎn)的運(yùn)動軌跡是一條空間螺旋線，其運(yùn)動可視為一種沿x軸滑移、沿y軸純滾動的復(fù)合運(yùn)動，其運(yùn)動軌跡方程：

x=vntcosξ+rsinωty=vntsinξz=r（1－cosωt）.（1）

式中，vn為機(jī)具前進(jìn)速度（m/s）；t為運(yùn)動時間（s）；ξ為清茬輪轉(zhuǎn)動偏角（°）；ω為清茬輪轉(zhuǎn)動角速度（rad/s）；r為回轉(zhuǎn)半徑（mm）。

將式（1）對時間t求導(dǎo)，得清茬輪齒齒端作用點(diǎn)的絕對速度在直角坐標(biāo)系各個坐標(biāo)的分量：

vx=dxdt=vncosξ+ωrsinωt.vy=dydt=vnsinξ.vz=dzdt=ωrcosωt.（2）

則清茬輪齒齒端作用點(diǎn)的絕對速度v：

v=v2x+v2y+v2z.=v2n+ω2r2+2vnωrcosωtcosξ.（3）

清茬輪齒齒端作用點(diǎn)的絕對速度與機(jī)具前進(jìn)速度vn、清茬輪轉(zhuǎn)動偏角ξ、回轉(zhuǎn)半徑r、角速度ω有關(guān)。在機(jī)具作業(yè)過程中前進(jìn)速度vn、回轉(zhuǎn)半徑r、角速度ω為定值，當(dāng)轉(zhuǎn)動偏角增加時，清茬輪齒齒端作用點(diǎn)的絕對速度增大，清茬輪對秸稈的側(cè)拋?zhàn)饔靡搽S之變強(qiáng)，清茬效果提升。但當(dāng)轉(zhuǎn)動偏角過大時，輪齒轉(zhuǎn)動會受影響；轉(zhuǎn)動偏角過小，輪齒對秸稈側(cè)拋能力減弱，清茬效果不好。根據(jù)免耕播種農(nóng)藝要求［12］，選取清茬輪轉(zhuǎn)動偏角ξ為30°。

清茬輪安裝在收斂支撐架上，隨機(jī)具前進(jìn)并收斂于嚙合點(diǎn)，嚙合點(diǎn)與清茬輪底端的高度h是影響清茬效率的關(guān)鍵參數(shù)之一。清茬輪嚙合點(diǎn)高度h應(yīng)等于或略小于秸稈覆蓋厚度，結(jié)合新疆免耕播種生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，取嚙合點(diǎn)高度h為80 mm。設(shè)計(jì)齒長lz為85 mm。工作幅寬lb的計(jì)算公式：

lb=2lMNsinξ=4sinξr2－（r－h(huán)）2=4sinξ2rh－h(huán)2.（4）

清茬輪工作幅寬lb與轉(zhuǎn)動偏角ξ和回轉(zhuǎn)半徑r有關(guān)。新疆玉米種植行距一般為45 cm等寬，為預(yù)留20 cm秸稈拋撒區(qū)，清茬輪作業(yè)幅寬應(yīng)小于25 cm。保護(hù)性耕作模式下清茬輪作業(yè)幅寬參考條耕或帶耕的耕作幅寬在15～25 cm范圍內(nèi)［13］，取作業(yè)幅寬為250 mm。將參數(shù)帶入式（4）可得清茬輪回轉(zhuǎn)半徑r為140 mm，即清茬輪直徑d為280 mm。圖4，圖5

1.2.2" 擾種側(cè)充槽盤式玉米精量排種器

針對現(xiàn)有機(jī)械式玉米精量排種器作業(yè)效果不穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障率高的問題［14］，提出了一種擾種側(cè)充式取種結(jié)構(gòu)，采用集成簡化式取種盤設(shè)計(jì)方式，將擾種結(jié)構(gòu)、導(dǎo)種結(jié)構(gòu)和取種結(jié)構(gòu)簡化設(shè)計(jì)為獨(dú)立取種單元，并集成于取種盤上，實(shí)現(xiàn)在充種的同時調(diào)姿擾種與導(dǎo)種。

擾種側(cè)充槽盤式玉米精量排種器的總體結(jié)構(gòu)主要包括前蓋、取種盤、取種室殼、法蘭、排種室殼、葉片輪、排種器軸、后蓋。各部件相互配合，通過螺栓軸向固定，組成排種器整體。各個部件相互配合將擾種側(cè)充槽盤式玉米精量排種器分為雙室一倉結(jié)構(gòu)，取種盤安裝于排種器取種室內(nèi)部，通過軸鍵與排種器軸連接；裝于排種室的葉片輪將排種室分為12個獨(dú)立的投種倉。取種盤與葉片輪通過軸鍵連接限位，共速轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)取種槽與投種倉的同步對應(yīng)。圖6

擾種側(cè)充槽盤式玉米精量排種器按工作區(qū)域劃分為預(yù)充種區(qū)、二次充種區(qū)、清種區(qū)、遞種區(qū)、攜種區(qū)、投種區(qū)。

玉米籽粒由前蓋進(jìn)種口進(jìn)入排種器并在取種室底部無序堆積，隨著取種盤擾種臺的擾動作用打破種群固有堆積狀態(tài)，玉米籽粒隨之調(diào)整姿態(tài)并構(gòu)成差速圓周種子層，種群流動性增加，種間作用力活躍性增大。導(dǎo)種槽附近的玉米籽粒在種群相互作用力、重力、離心力以及籽粒粒形特征共同影響下滑入導(dǎo)種槽空白空間，完成預(yù)充種過程。長軸平行于導(dǎo)種斜面的種子姿態(tài)穩(wěn)定，并隨取種盤轉(zhuǎn)動產(chǎn)生速度差，被引導(dǎo)充入取種槽空白空間，完成二次充種。圖7

導(dǎo)種槽內(nèi)未充入取種槽的玉米籽粒以及取種槽中多余的玉米籽粒，在隨取種盤轉(zhuǎn)動到清種區(qū)時由于自身力系方向變化導(dǎo)致受力失衡落回種群；取種槽中的玉米籽粒在穩(wěn)定運(yùn)動到遞種區(qū)時，取種室殼面支持力瞬間消失，籽粒在重力、取種槽面支持力的共同作用下落入同步對應(yīng)的投種倉內(nèi)；投種倉內(nèi)籽粒隨葉片輪回轉(zhuǎn)運(yùn)動被運(yùn)往投種區(qū)完成投種作業(yè)。

1.2.3" 滴灌帶鋪設(shè)機(jī)構(gòu)

滴灌帶鋪設(shè)機(jī)構(gòu)主要由機(jī)架連接桿、壓簧四桿仿形機(jī)構(gòu)、護(hù)板開溝器、傾斜雙圓盤覆土裝置和滴灌帶懸掛盤組成，實(shí)現(xiàn)滴灌帶的懸掛、開溝、鋪設(shè)以及覆土的功能。通過機(jī)架連接桿將滴灌帶鋪設(shè)機(jī)構(gòu)與播種單體前后錯位布置。圖8

選擇尖角式銳角護(hù)板開溝器，此種護(hù)板開溝器入土角度為銳角，在機(jī)具前進(jìn)時受牽引力作用，有自行入土的趨勢，且結(jié)構(gòu)簡單。

其主要由開溝器主體、護(hù)板和滴灌帶導(dǎo)向輪組成，其主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有入土角、入土隙角、護(hù)板幅寬、護(hù)板高度和護(hù)板迎面角。圖9

入土角α取40°。入土隙角β是開溝器刃尖底面與水平面間夾角，入土隙角增大，有利于提高開溝器破土性能，減少土壤摩擦阻力；但當(dāng)入土隙角過大時，會造成土壤提前回填，從而影響溝面平整性，導(dǎo)致開溝深度一致性差。開溝器的入土隙角一般為5～10°，結(jié)合實(shí)際作業(yè)環(huán)境研究入土隙角β取9°。護(hù)板幅寬b是決定開溝寬度、影響土壤擾動量和動力消耗的重要因素。應(yīng)在滿足開溝器結(jié)構(gòu)尺寸要求以及常規(guī)滴灌帶寬度的情況下，盡可能減小開溝寬度，護(hù)板幅寬b取30 mm。由于開溝器刃口越窄破土效果越好，但護(hù)板幅寬在滿足設(shè)計(jì)要求的情況下必然與開溝器存在寬度差，護(hù)板迎面角γ是開溝器與兩側(cè)護(hù)板的過度角，其大小是影響開溝阻力的重要因素，護(hù)板迎面角γ取30°。新疆地區(qū)免耕播種作業(yè)時滴灌帶鋪設(shè)深度一般為80～100 mm，為防止壟溝側(cè)土回填過快，本文護(hù)板高度h取100 mm。

選用傾斜雙圓盤式覆土裝置，通過將兩個覆土圓盤傾斜布置，提升橫向覆土寬度，且覆土圓盤在施加正壓力下有一定的入土能力，可有效回填地表殘茬，提高地表秸稈覆蓋率，保水保墑［15］。

覆土圓盤在機(jī)具牽引力與地面摩擦力形成的力矩下旋轉(zhuǎn)，將兩側(cè)翻出的土壤與殘茬向中部推送，完成覆土作業(yè)。圖10

1.2.4" 田間試驗(yàn)

試驗(yàn)設(shè)在新疆巴音郭楞蒙古自治州焉耆縣七個星鎮(zhèn)試驗(yàn)田進(jìn)行，試驗(yàn)田前期作物為2020年9月冬小麥播種，2021年7月收獲后粉碎秸稈均勻覆蓋，2021年7月種植夏玉米，2021年10月收獲后粉碎秸稈均勻覆蓋。試驗(yàn)于2022年4月進(jìn)行，屬于收獲后休閑2～6個月內(nèi)的留茬地，秸稈覆蓋量為0.92 kg/m2，滿足0.7～1.8 kg/m2免耕作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。通過拖拉機(jī)牽引控制免耕播種機(jī)平均前進(jìn)速度為5 km/h。

1.3" 數(shù)據(jù)處理

按GB/T20865-2017《少（免）耕施肥播種機(jī)》、NY/T1768-2009《免耕播種機(jī)質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范》和NY/T1628-2008《玉米免耕播種機(jī)作業(yè)質(zhì)量》的測試要求，選取機(jī)具通過性、秸稈清理率、播種均勻性對滴灌區(qū)玉米精量免耕播種機(jī)進(jìn)行綜合評價。

播種均勻性是衡量播種機(jī)播種性能的重要指標(biāo)之一，其通過合格指數(shù)Y1、漏播指數(shù)Y2、重播指數(shù)Y3三個指標(biāo)進(jìn)行評價。

2" 結(jié)果與分析

2.1" 機(jī)具通過性試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求

研究表明，試驗(yàn)號1、2、3、4和5的機(jī)具通過性分別為

輕度堵塞、無堵塞、無堵塞、輕度堵塞和無堵塞。機(jī)具作業(yè)時較少出現(xiàn)壅堵情況，大多數(shù)情況下只是觸土部件輕微掛有秸稈，并在機(jī)具的持續(xù)行進(jìn)過程中能通過自身結(jié)構(gòu)解除壅堵，且滴灌帶鋪設(shè)作業(yè)過程未出現(xiàn)滴灌帶與秸稈纏繞雍堵、斷帶情況，鋪設(shè)質(zhì)量高，滿足滴灌帶鋪設(shè)要求，機(jī)具通過性滿足設(shè)計(jì)要求。

2.2" 秸稈清理率比較及平均值

研究表明，試驗(yàn)前，采用五點(diǎn)取樣法選取單位面積測區(qū)（1 m×1 m），測量各測區(qū)內(nèi)秸稈質(zhì)量并取平均值作為試驗(yàn)前秸稈覆蓋量；試驗(yàn)后，選取穩(wěn)定工作區(qū)域內(nèi)間隔為2m的連續(xù)5個單位長度清茬機(jī)構(gòu)作業(yè)寬度測點(diǎn)，測量其中秸稈質(zhì)量并進(jìn)行單位面積換算作為試驗(yàn)后秸稈覆蓋量，則秸稈清理率：

η=X1－X2X1×100%.（5）

式中，η為秸稈清理率（%）；X1為試驗(yàn)前單位面積內(nèi)秸稈覆蓋量（kg/m2）；X2為試驗(yàn)后單位面積內(nèi)秸稈覆蓋量（kg/m2）。

測得試驗(yàn)前秸稈覆蓋量為0.92 kg/m2。試驗(yàn)時在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)進(jìn)行清茬及排種。秸稈清理率試驗(yàn)記錄顯示，試驗(yàn)號1、2、3、4和5的秸稈清理率分別為77.48%、82.54%、80.2%、78.64%和78.32%，試驗(yàn)平均值為79.44%。清茬機(jī)構(gòu)平均秸稈清理率為79.44%，且未產(chǎn)生晾種、斷壟現(xiàn)象，從動式直指型清茬機(jī)構(gòu)能很好地將播種機(jī)前方秸稈清除。

2.3" 播種均勻性評價

研究表明，對試驗(yàn)測得實(shí)際粒距進(jìn)行區(qū)間劃分統(tǒng)計(jì)，區(qū)間劃分統(tǒng)計(jì)方式如下：

N1=∑NiX∈0.5Xr，1.5Xr.（6）

N2=∑NiX∈1.5Xr，2.5Xr.（7）

N3=∑NiX∈0，0.5Xr.（8）

式中，X為實(shí)際粒距（cm）；Xr為理論粒距（cm）；N1為粒距合格數(shù)（個）；N2為漏播數(shù)（個）；N3為重播數(shù)（個）。

設(shè)理論粒距總數(shù)為N，播種均勻性評價指標(biāo)合格指數(shù)Y1、漏播指數(shù)Y2、重播指數(shù)Y3由式（9）計(jì)算。

Y1=N1N×100%.Y2=N2N×100%.Y3=N3N×100%.（9）

播種合格指數(shù)為91.33%，漏播指數(shù)為3.18%，重播指數(shù)為5.49%，播種均勻性滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，擾種側(cè)充槽盤式玉米排種器滿足作業(yè)要求。表1

3" 討 論

目前較多試驗(yàn)是圍繞在抗旱性鑒定方面［12-15］。試驗(yàn)研究表明，在清茬作業(yè)方面，直指型清茬機(jī)構(gòu)在作業(yè)過程中既可以將種床覆蓋的殘茬清除，又可以保證不被秸稈纏繞后造成壅堵；在播種作業(yè)方面，對于現(xiàn)有玉米精量排種器存在的問題，提出了一種擾種側(cè)充式玉米精量排種器，其播種合格率較高，實(shí)現(xiàn)了通過調(diào)姿擾種與導(dǎo)種的方式提高作業(yè)穩(wěn)定性的目的；在滴灌帶鋪設(shè)方面，滴灌帶鋪設(shè)裝置結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)合理，作業(yè)過程未出現(xiàn)滴灌帶與秸稈纏繞雍堵、斷帶情況，實(shí)現(xiàn)了滴灌帶鋪設(shè)作業(yè)的同時不影響整體機(jī)具通過性。

4" 結(jié) 論

4.1

滴灌區(qū)玉米精量免耕播種機(jī)清茬效果良好，整機(jī)作業(yè)順暢，在秸稈覆蓋下能夠高效播種，提高了作業(yè)效率，其秸稈清理率達(dá)到79.44%，且作業(yè)過程中未出現(xiàn)晾種、斷壟現(xiàn)象，滿足免耕播種作業(yè)要求。

4.2

擾種側(cè)充槽盤式玉米精量排種器田間作業(yè)穩(wěn)定性較好，播種合格指數(shù)為91.33%，漏播指數(shù)為3.18%，重播指數(shù)為5.49%，播種均勻性滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

4.3" 滴灌帶鋪設(shè)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了免耕播種作業(yè)的同時進(jìn)行滴灌帶鋪設(shè)，減少了多次作業(yè)對土壤的擾動，降低了作業(yè)成本。

4.4" 滴灌區(qū)玉米精量免耕播種機(jī)實(shí)現(xiàn)了清茬、播種、滴灌帶鋪設(shè)等工序的一次性作業(yè)，且在新疆地區(qū)種植模式及秸稈覆蓋量下機(jī)具通過性好，田間播種作業(yè)穩(wěn)定性好。

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Design and experiment of corn precision no-till planter in drip irrigation area

FU Hao1，ZHANG Xuejun1，2，SHI Zenglu1，2，CHENG Jinpeng1，WU Haifeng1，YU Yongliang3，RAO Zhiqiang3

（1.College of Mechanical and Electrical Engineering， Xinjiang Agricultural University， Urumqi 830052， China;2.Xinjiang Key Laboratory of Intelligent Agricultural Equipment， Urumqi 830052， China;3.Xinjiang Tiancheng Agricultural Equipment Manufacturing Co.， Tiemenguan Xinjiang 841007， China）

Abstract：【Objective】 In the hope of developing no-till seeding machines with reliable operation and adaptable to the cropping pattern in Xinjiang.

【Methods】" The no-till planter stubble clearing mechanism， seed rower and drip irrigation belt laying mechanism were designed by means of motion analysis and structural design， and field verification tests were conducted.

【Results】" The machine had good trafficability characteristic at the forward velocity of 5 km/h， and the stubble clearing rate reached 79.44%， meeting the requirements of no-till seeding operation; The seeding pass index was 91.33%， the missed seeding index was 3.18%， the reseeding index was 5.49%， and the seeding uniformity met the industry standard.

【Conclusion】" The corn precision no-till planter in drip irrigation area meets the design requirements and can effectively carry out stubble clearing， seeding and drip irrigation belt laying operations.

Key words：no-till planter; stubble clearing mechanism; corn seeder; drip irrigation belt laying

Fund projects： Major Science and Technology Special Project of Xinjiang Uygur Autonomous Region （2022A02003-3）; Xinjiang Agricultural Machinery Ramp;D， Manufacturing， Promotion and Application Integration Project （YTHSD2022-14）

Correspondence author：ZHANG Xuejun （1966 -）， male， from Sichuan，professor，doctor，research direction： agricultural mechanization equipment， （E-mail）tuec@163.com