2MB-2/4型夏花生灭茬覆膜播种联合作业机的研究

何晓宁，尚书旗，王东伟，张甜甜，鹿光耀

(1.青岛农业大学 机电工程学院，山东 青岛　266109；2.山东省根茎类作物生产装备工程技术研究中心，山东 青岛　266109)



2MB-2/4型夏花生灭茬覆膜播种联合作业机的研究

何晓宁1,2，尚书旗1,2，王东伟1,2，张甜甜1,2，鹿光耀1,2

(1.青岛农业大学 机电工程学院，山东 青岛266109；2.山东省根茎类作物生产装备工程技术研究中心，山东 青岛266109)

摘要：目前，中国夏花生播种存在作业效率低、劳动强度大及生产成本高等突出问题[1]。为解决此类问题，研制了一种2MB-2/4型夏花生灭茬覆膜播种联合作业机。该机主要由旋耕装置、 起垄装置、驱动装置、施肥装置、播种装置、镇压装置、喷洒装置及覆膜装置等组成，可一次完成花生种植的灭茬、起垄、施肥、播种、镇压、喷药及覆膜等作业，可减少人工投入。田间试验表明：该机作业性能良好，根茬粉碎率77.3%，碎土质量74.5%，垄间合格率89.1%，垄高合格率93.4%，双粒率95.04%，穴距偏差率6.8%，种子覆土深度合格率89.2%，均符合花生播种机行业标准DG/T 007-2006《播种机推广鉴定大纲》要求，满足实际生产需要。

关键词：夏花生；灭茬；覆膜播种；联合作业机

0引言

花生作为重要的经济作物和油料作物，被广泛地种植于世界众多的国家及地区。中国是世界上花生种植面积最大的国家，在多数地区，夏花生的播种多采用分段式播种，虽能实现部分机械化，但存在作业效率低、劳动强度大及生产成本高等突出问题[1]。

本文设计了一种夏花生灭茬覆膜播种联合作业机，可一次完成花生种植的灭茬、起垄、施肥、播种、镇压、喷药及覆膜等作业，有效地解决了多次作业的问题，大大提高了花生播种的效率，填补了中国夏花生灭茬覆膜播种联合作业机的空白[7]。

1总体结构及工作原理

2MB-2/4型夏花生灭茬覆膜播种联合作业机采用悬挂式，动力为44～58.8kW四轮拖拉机；结构质量700kg，机组最佳前进速度52m/min，两垄四行式播种。其工作装置包括旋耕装置、 起垄装置、驱动装置、施肥装置、播种装置、镇压装置、喷洒装置及覆膜装置[5]，总体结构设计如图1所示，三维效果图设计如图2所示。

2MB-2/4型夏花生灭茬覆膜播种联合作业机采用三点后悬挂式，通过旋耕机与拖拉机悬挂装置连接，机身所有装置全部位于拖拉机的后方，旋耕机由拖拉机通过万向传动轴提供动力。工作时，旋耕机旋转松土，达到灭茬翻耕的目的；紧跟在旋耕之后的后犁由4个犁铧组成，把耕后的土壤扶成2垄，下一道工序为施肥，由施肥装置完成。

1.灭茬旋耕机　2.后犁起垄装置　3.驱动装置　4.镇压装置

施肥装置由肥箱、排肥器、输肥管和开沟器组成，正常作业时排肥器通过排肥主轴的旋转把肥料带入输肥管，输送到施肥开沟器，再由施肥开沟器在土壤垄顶中央开沟施肥。

图2　2MB-2/4型夏花生灭茬覆膜播种联合作业机三维图

播种装置由种箱、排种器、输种管和播种开沟器组成。由于本机设计为两垄四行式播种，所以配备了2个种箱，每个种箱底部装有2个排种器，排种器设计采用内充宫吐式排种；种箱分别位于两垄的正上方，播种开沟器分别位于施肥开沟器的后方、垄顶的两侧。由于播种完成后种床上土壤松散，易因失墒而落干，必须及时进行镇压。

镇压装置位于播种开沟器的后方，由压种轮、摊铺器和压实辊组成，完成对种床的镇压。压种轮采用橡胶轮设计，且摊铺器和压实辊上面安装有压缩弹簧，用以适应不同质地的土壤地块，在增强播种机使用柔性的同时，可防止恶性地质对机器的损坏。

喷洒装置位于镇压装置之后，用以播种后种床的喷药，其由药筒、电动泵和喷头组成。喷药完成后为花生播种的最后一道工序—铺膜，由覆膜装置来完成。覆膜装置由覆膜开沟器、地膜支架、覆膜支架、覆膜器及培土器组成。工作时，把地膜安装在地膜支架上，先由覆膜开沟器分别在垄的两侧开沟，接着地膜随着机器的行走而逐渐展开，再由覆膜器把地膜压在种床垄上，最后由培土器在地膜两边培土，起到压实地膜的目的。

至此，夏花生播种的所有工序全部完成，实现了夏花生播种的灭茬、起垄、施肥、播种、喷药及覆膜作业一体化生产，有效地解决了多次作业的问题，也是本机设计的一个主要突破点所在[4]。其主要技术参数如表1所示。

2作业部件及装置设计

2.1灭茬旋耕装置

灭茬旋耕装置主要作用是将前茬作物茎秆或者根茎粉碎均匀抛撒于地面，然后旋耕深翻，把碎茎秆和根茬翻埋至土层之下。本设计采用前粉碎刀辊正转，后旋耕刀辊反转组合形式，如图3所示。其中，R1为粉碎刀辊回转半径(mm)；R2为粉碎刀辊回转半径(mm)；Vm为前进速度(m/s)；ω1为粉碎刀辊角速度(m/s)；ω2为粉碎刀辊角速度(m/s)。

表1　2MB-2/4型夏花生灭茬覆膜播种联合作业机的技术参数

图3　灭茬装置作业效果图

前粉碎刀辊粉碎茎秆和旋耕表面土层，形成茬土混合物向后上方抛送，形成后旋耕刀辊的潜入土层作业，避免了旋耕刀辊壅土和土层的二次切削，大大降低了功耗，同时也保证了良好的茎秆还田状态和灭茬效果[10]。

2.2播种装置

播种装置是将花生种子有序地输送到种床上，完成种子入土，并根据播种要求有序排列，是播种工序的最重要环节。该设计采用地轮驱动播种，排种器采用内充宫吐式精密排种。排种器结构如图4所示。

按照DG/T 007-2006《播种机推广鉴定大纲》进行排种器试验和检定,该排种器完全符合本设计的排种要求[5]。

2.3覆膜装置

覆膜装置的作用是在灭茬、起垄、施肥、播种、镇压及喷药之后在种床上覆上地膜并将地膜固定在垄上，也是花生播种的最后一道工序。

设计的覆膜装置位于机器的最后端，由覆膜开沟器、地膜支架、覆膜支架、覆膜器及培土器组成，结构如图5所示。工作时，把地膜安装在地膜支架上，先由覆膜开沟器分别在垄的两侧开沟，接着地膜随着机器的行走而逐渐展开，再由覆膜器把地膜压在种床垄上，最后由培土器在地膜两边培土，起到压实地膜的目的。

1.排种器壳体　2.排种盘　3.种子空腔　4.挡圈　5.轴承

1.覆膜开沟器　2.地膜支架　3. 覆膜支架　4.培土器　5.覆膜器

3田间试验

3.1试验对象及条件

试验花生品种为鲁花11号，配套动力为雷沃M900-DA型拖拉机(80kW)。试验地点为山东省临沭东泰机械有限公司花生试验田(见图6)，试验土壤硬度为120～140kPa，土壤含水量为10%～13%。选用不同小区进行抽样试验并记录试验数据，汇总原始试验数据并整理计算各质量指标情况。

3.2灭茬试验数据与结果

根据DG/T 007-2006《播种机推广鉴定大纲》进行试验。

试验设计把联合作业机拆分后单独进行灭茬、旋耕、起垄作业，选取作业后地面不同点进行测量统计求平均值，试验结果如表2所示。

图6　样机田间试验

类别检测项目技术要求实测结果(平均)灭茬灭茬深度/cm≥89.6根茬粉碎率/%≥7077.3旋耕耕深/cm≥1214.7耕深稳定性/%≥8095.2碎土质量/%≥6074.5起垄垄高合格率/%≥7593.4垄间距合格率/%≥7289.1

3.3播种试验优化方案与设置

设计采用响应面分析法(RSM)进行分析。在原有单指标试验的基础之上，根据box-benhnken design(BBD)试验设计原理，对机组前进速度X1、投种高度X2及型孔尺寸X3进行3因素3水平的响应面试验分析[7]。试验中测定双粒率Y1(%)、穴距偏差率Y2(%)以及种子覆土深度合格率Y3(%)作为响应值。采用三因素三水平二次回归正交旋转组合试验设计方案对影响试验指标的3个主要参数组合进行优化。试验因素与水平设计如表3所示；响应面分析方案及试验结果如表4所示。

表3　试验因素及水平

表4　响应面分析方案及试验结果

3.4试验结果分析

参数优化理想的结果是在约束条件范围内尽可能选择最优的数值[13]。优化约束条件为

目标函数：max Y1(X1、X2、X3)

min Y2(X1、X2、X3)；max Y2(X1、X2、X3)

变量区间：1≤X1≤1，1≤X2≤1，1≤X3≤1

利用牛顿迭代法规划求解，得到回归方程为

Y1=9689.123-402.156x1-569.153x2-

19.885x3-0.371x1x2-0.007x1x3+

0.021x2x3+72.028x12+8.625x22-0.259x32

Y2=1566.581+60.521x1-81.098x2-1.317x3+

0.208x1x2-0.107x1x3-0.025x2x3+9.611x12+

1.233x22+0.34x32

Y1=283.13+11.643x1-10.043x2-1.94x3-

0.495x1x2-0.13x1x3+0.054x2x3+0.032x12+

0.149x22+0.007x32

其中，Y1为双粒率(%)；Y2为穴距偏差率(%)；Y3为种子覆土深度合格率(%)；x1为机组前进速度(km/h)；x2为投种高度(cm)；x3为型孔尺寸(mm)[7]。

在指标最优时即为最佳试验参数组合[9]，优化得到的最佳参数组合如表5所示。

表5　组合参数优化

将因素的优化组合进行整合(见表7)：机组前进速度52m/min，投种高度34cm，型孔尺寸39mm，在相同的试验条件下进行试验。试验结果为：双粒率为95.04%，穴距偏差率为6.8%，种子覆土深度合格率为89.2%，结果与理论值十分接近。

考虑到实际生产中存在干扰，可以认为理论值的正确性，且试验结果满足DG/T 007-2006《播种机推广鉴定大纲》要求，故在实际作业过程中可以应用上述组合[9]。

表6　性能指标

4结论

1)设计采用前粉碎刀辊正传、后旋耕刀辊反转组合灭茬旋耕形式，灭茬效果好，土壤翻耕彻底，有利于夏花生的后期生长。

2)该机根据夏花生种植农艺要求设计，采用悬挂式结构设计，地轮驱动，链轮传动，采用内充宫吐式精密排种器，双粒率95.04%，穴距偏差率6.8%，种子覆土深度合格率89.2%，播种质量完全满足花生种植的农艺要求。

3)花生播种后地膜覆盖地表，出苗率高，有效地解决了夏花生多次作业的问题，大大降低了投入成本，减少了作业工序。

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Study on 2MB-2/4 Type of Summer Peanut Stubble Mulching Planting Combined Machine

He Xiaoning1,2, Shang Shuqi1,2, Wang Dongwei1,2, Zhang Tiantian1,2,Lu Guangyao1,2

(1.College of Mechanical and Electrical Engineering, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109,China; 2.Shandong Province Root Crops Production Equipment Engineering Technology Research Center, Qingdao 266109,China)

Abstract：At present China summer peanut seeding has low work efficiency, large labor intensity, high production cost and outstanding problems[1]. In order to solve this problem, this paper has developed a 2MB-2/4 type of summer peanut stubble mulching planting combined machine. It mainly consists of rotary device, ridging device, driving device, fertilizer device, seeding device, pressing device, spraying device, coating device and other components. It can be a complete peanut planting of stubble cultivator, ridging, fertilization, planting, repression, spraying, coating and other operations, reducing manual input. Field test shows that: the machine operating performance is good, with stubble crushing rate 77.3%, broken soil quality 74.5% pass rate of 89.1%, the ridges, ridge high pass rate of 93.4%, the double grain rate 95.04%, hole deviation rate 6.8%, seed depth pass rate of 89.2%, all in line with the peanut planter industry standard DG/T 007-2006 “seeder to promote the identification program” requirements, meet the needs of production.

Key words：summer peanuts; stubble; laying planting; combined machine

文章编号：1003-188X(2016)01-0212-05

中图分类号：S223.2+4

文献标识码：A

作者简介：何晓宁(1988-),男，山东金乡人，硕士研究生， (E-mail) 944286200@qq.com。通讯作者：尚书旗(1958-),男，山东青州人，教授，博士， (E-mail)sqshang@qau.edu.cn。

基金项目：山东省创新团队项目(SDAIT-05-021-09)

收稿日期：2014-12-19