气吸式铺膜播种机结构分析与试验研究

陈　晨，刘　飞，张　涛，李凤丽，赵满全

(内蒙古农业大学 机电工程学院，呼和浩特　010018)



气吸式铺膜播种机结构分析与试验研究

陈晨，刘飞，张涛，李凤丽，赵满全

(内蒙古农业大学 机电工程学院，呼和浩特010018)

摘要：2BQM-2铺膜播种机配套动力18kW，能够一次性完成开沟、播种、施肥、覆土及铺膜等功能，适合中小规模种植农户使用。参照《JB/T7732—2006铺膜播种机》行业标准，对该机在内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗进行了玉米精密播种田间试验。结果表明：该机作业株距与理论株距偏差为(-2，2)cm；作业播深与理论播深偏差为(-1,1)cm，作业行距与理论行距偏差为(-2,1)cm，播种重播率为 1.5% ，空穴率为0.4% ，种子破碎率为0，穴粒数合格率为 96.2% ，膜边覆土合格率为98%。试验数据表明：该机型适合大面积推广使用，可为实现精密机械化种植提供保障。

关键词：铺膜播种机；气吸式；精密

0引言

我国玉米的播种面积很大，分布也很广，是我国北方和西南山区及其它旱谷地区人民的主要经济作物之一，在北方地区粮食生产中占有举足轻重的地位[1-2]。气吸式精密播种作业技术可提高播种精度，节约种子用量，提高了化肥利用率，该类产品的研制与推广应用对提高播种效率、提高作物产量、降低作业成本、增加农民收入保护自然环境等方面有重要意义[3]。

铺膜播种机是一种先进的机型，就玉米播种来讲属国内领先水平，对甜菜播种来讲，其铺膜栽培和机械化水平在世界领先；同时，该机是农机中的关键机型，铺膜机的推广使用与否直接影响农机化的推广及普及应用[4-5]。我国较早开发了2BQ-6型气吸式播种机，在其基础上又开发出气吸式免耕播种机等机型，一直使用至今。

2BQM-2铺膜播种机在关键工作部件开穴鸭嘴和勺式取种器的设计上有较大的突破，解决了播种穴孔的种子和膜孔错位的问题，提高了取种精度，减少了空穴，节省了种子，提高了经济效益。该技术受到农民和各级农业部门的高度评价[6-7]。

1机具功能、总体结构和关键部件

1.1　机具功能

2BQM-2型铺膜点播机是由内蒙古农业大学机电工程学院研制、由内蒙古大学机械厂联合生产的一种新型气吸式精量播种机具，与13.23～22.05kW拖拉机配套，主要适用于玉米、大豆、甜菜、棉花及花生的平作铺膜播种作业。其在已耕、耙、耱好的地上可以一次完成施肥、铺膜、膜上穴播、膜下滴灌带铺设等多项作业工序，既可进行联合作业，也可单独进行铺膜、播种作业，是一种多用途中型机具[8]。

1.2　机具总体结构

2BQM-2型气吸式精量铺膜播种机采用与普通小四轮拖拉机进行三点悬挂的连接方式，主要由机架、施肥系统、铺膜系统、负压风机总成、平土铲、行走装置、膜上精量播种装置和覆土装置等组成[9]，如图1所示。图1中，排肥装置安装在机架上方；铺膜装置安装在机架下方；播种滚筒安装在排种轮架上再通过定位销与机架连接；覆土装置安装在覆土器支架上，通过销轴与排种轮架连接。

1.3　关键部件结构分析

在2BQM-2铺膜机中，播种滚筒为鸭咀滚筒，是该机具关键部件。滚筒上相邻两个鸭嘴之间的距离决定所播种作物的株距[10-11]。鸭嘴滚筒的成穴效果及落种位置主要取决于固定鸭嘴的设计。固定鸭嘴的成穴边线与过前端的半径成某个适合角度时，具有较强的入土成穴性能，且不易挂膜[12]。

气吸式精量播种滚筒由排种滚筒、负压装置、传动链轮组及风机气管等零件组成[13]，如图2所示。

1.平土铲　2.肥箱　3.挂膜杆　4.吸管　5.播种滚筒　6.种箱

图2　2BQM-2型铺膜播种机鸭咀滚筒

2机具工作原理及主要技术参数

2.1　主要部件工作原理

气吸式播种器工作时，由高速风机产生负压，传给排种单体的真空室；排种盘回转时，在真空室负压作用下吸附种子，被吸附的种子随排种盘一起转动；当种子转出真空室后，不再承受负压，种子失去了吸附力，自动落入取种盒内，在播种滚筒旋转一圈后进入鸭嘴，将种子播到土壤中[14-15]。

拖拉机以2～4km/h的速度前进，在膜上滚动着的排种滚筒，通过链轮链条将动力传到中间传动轴的链轮，中间传动轴的链轮带动负压室轴的链轮转动，齿数比为1:3。这样实现了滚筒转3圈，负压室轴转1圈，起到了稳定取种的目的。

2.2　主要技术参数

挂接形式：三点悬挂

配套动力/kW：13.23～22.05

外形尺寸/mm：1 630×1 220×885

适用膜宽/mm：650～850

播种深度/mm：40～60

播种行距/cm：35～55

排肥器形式：槽轮式、搅刀拨轮式

开沟器形式：铧式

作业速度/km·h-1：2～4

播种行数：2行

穴播株距/cm：17、20、23、26、32、40

穴播粒数：玉米1粒(85%)

排肥量/kg·hm-2：颗粒肥75～450，碳氨225～1 500

覆土器形式：圆盘式

纯小时生产率/hm2·h-1：0.133～0.267

结构质量/kg：150

负压风机转速/r·min-1：5 500～6 000

该机具在田间工作示意图如图3所示。

图3　2BQM-2铺膜播种机

3性能试验

3.1　试验设计

为了验证研制的2BQM-2铺膜播种机的作业性能，于2015年4月在内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗进行种植试验。

1)试验地概况：土壤为砂壤土， 0~10cm 土层，土壤含水量与坚实度较好，在鄂尔多斯当地具有一定的代表性。

2)试验材料：试验采用小四轮拖拉机悬挂 2BQM-2 铺膜播种机播构成作业机组进行覆膜、播种等作业。播种试验所选取的种子为内单4号，品质优良，在当地使用率较高。

3)试验仪器：游标卡尺 (量程200mm ，精度0.05mm)、卷尺(量程5m，精度1mm)、直尺(量程100cm，精度1mm) 、铁锹。

4)测定项目与方法：2BQM-2铺膜播种机利用鸭嘴式铺膜播种机进行膜上打孔播种。随机选取几垄，各取若干组 10 m 长的距离，依次观察膜孔覆土情况，测定株距(沿前进方向上两相近膜中种子的距离)、播种深度和行距。同时，分别按照式( 1 )～式( 4)计算株距、播深和行距的各项指标[16-17]，如表1所示。

均值的计算公式为

(1)

标准差S的计算公式

(2)

变异系数v的计算公式为

(3)

稳定系数U的计算公式为

U=(1-V)×100%　(4)

3.2　试验结果分析

对田间所采集的数据进行整理，利用Origin软件对其进行分析计算和处理，得到显示机具播种性能的图表，如图4～图6所示。

由图4～形图6可以看出：实际株距、行距均在理论株距、设定行距周围很小的范围内浮动，实际播深完全在机具所要求的理论播深的范围内，且偏差不会影响机具的实际经济效益。

图4　株距

图5　播种深度

图6　行距

经计算和处理，得出各项参数的平均值及各项指标，如表2所示。

表2　播种指标测定分析结果

依据JB/T 7732-2006 《铺膜播种机》、JB/T 10293-2013《单粒(精密)播种机 技术条件》、GB/T 6973-2005《单粒(精密)播种机 试验方法》等标准进行试验与检测。经计算，播种重播率为 1.5% ，空穴率为0.4% ，种子破碎率为0，穴粒数合格率为 96.2% ，膜边覆土合格率为98%[18]。

本次试验使用的铺膜播种机的滚筒均布7个鸭嘴，参照鸭嘴数量与株距对照表，由试验结果可知：鸭嘴式打孔播种机的播种穴距、 播深和穴粒数平均值都符合农艺要求，变异系数较小，稳定性系数较大。这说明，该穴播机播种效果较好，机具设计满足膜上打孔播种的技术要求[19-20]。

3.3　生长情况采样

2个月之后的生长状态如图7所示。

图7　玉米生长情况

4结论与讨论

4.1　结论

试验与实际生长状况表明：采用2BQM-2铺膜播种机在准格尔旗的机播试验是成功的，能够保证单位面积的基本苗数，起到了示范效果，受到当地农民欢迎，为今后的大面积推广玉米机械化播种提供了可靠依据。

4.2　讨论

通过实地考察与试验，了解到该机在覆土后的镇压效果还有待提高。该地区农民自己发明添加了镇压器，不仅解决了镇压问题，还为机器的改善提高和更大范围推广起到了良好的推动作用。图8为当地农民改进的机具。

图8　改进后的机具

经测量，对该镇压器的原理和尺寸有了深刻了解，并对其进行三维建模。图9为基于SolidWorks的镇压器建模。

图9　镇压器

参考文献：

[1]刘长峰.2BQM-2型气吸式精量铺膜播种机管道气流的分析与试验研究[D].呼和浩特：内蒙古农业大学,2014.

[2]刘汉涛.2BQM-2气吸式精量铺膜播种机排种装置工作过程的计算机仿真[D].呼和浩特：内蒙古农业大学,2001.

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[4]窦卫国,王竹瑛,赵士杰,等.新型气吸式精量铺膜播种机的试验研究[J].农业工程学报,1997(3):120-123.

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[20]中华人民共和国国家发展和改革委员会.JB/T7732-2006铺膜播种机[S].北京:中国标准出版社,2006.

The Structure Analysis and Experimental Research of Pneumatic Plastic Film Mulch Planter

Chen Chen， Liu Fei， Zhang Tao， Li Fengli， Zhao Manquan

(College of Mechanical and Electrical Engineering of Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, China )

Abstract：2BQM-2 membrane machine 18 kw power, the machine can be a one-time furrowing and seeding, fertilization, cover earth, membrane, and other functions, is more suitable for small and medium scale planting farmers use. With reference to the JB/T7732-2006 membrane machine industry standard for the jungar banner in Inner Mongolia ordos city corn precision seeding field tests have been carried out. Experimental results show that the machine operation planting distance and theory for planting distance deviation (-1, 3) cm; Homework spacing and row spacing deviation theory of (-1, 2)cm,sowing depth and sowing depth deviation theory to (-1,1)cm, sowing the replay rate was 1.5%, the hole rate of 0.4%, seed broken rate of 0, den grain number percent of pass is 96.2%, the membrane covering percent of pass is 98%. Show that the model is suitable for promote the use of large area, offers protection for the precision mechanical cultivation.

Key words：membrane machine; gas suction; precision

中图分类号：S223.2+5

文献标识码：A

文章编号：1003-188X(2016)08-0155-05

作者简介：陈晨(1993-)，男，山西忻州人，硕士研究生，(E-mail)5644749940@qq.com。通讯作者：赵满全(1955-)，男，内蒙古土右旗人，教授，博士生导师，(E-mail)nmgzmq@yahoo.com.cn。

基金项目：内蒙古自治区专利实施计划项目(20140185)

收稿日期：2015-07-23