铺膜铺管气吸式打瓜精量播种机的设计

蒋德莉，任志强，田宇，房硕

（新疆科神农业装备科技开发股份有限公司，新疆石河子 832000）

铺膜铺管气吸式打瓜精量播种机的设计

蒋德莉，任志强，田宇，房硕

（新疆科神农业装备科技开发股份有限公司，新疆石河子 832000）

本文针对新疆地区打瓜种植模式特点及打瓜播种机市场需求，设计研制了一种铺膜铺管气吸式打瓜精量播种机。该机主要由单组框架、气吸式排种系统、排肥装置、铺膜铺管装置及膜上覆土装置等组成，可一次完成施肥、精量播种、铺膜铺管及覆土等作业。田间试验结果表明：作业效率11～16 hm2/h，播种行距35～60 mm，穴距144～240 mm，空穴率≤3%，破损率≤1%。通过对试验结果分析并优化关键部件，对该机进行了批量生产与推广，深受广大用户好评。

打瓜；精量播种；气吸式

0 引言

打瓜是新疆主要的经济种植作物之一，其具有种植要求条件低、农民投入成本低、收益高等特点[1～2]。在打瓜生产过程中主要包括播种、田间管理、收获等，其中播种作业是较重要的环节之一，传统的人工播种方式已经不适应新疆大面积种植作业特点。目前打瓜播种方式主要有条播、半精量播种及精量播种等三种：打瓜播种条播方式虽然降低了人工劳动强度、减少了人工成本，但是浪费种子情况严重，导致种植成本高；现有的机械式半精量打瓜播种机存在着排种精度低、播种稳定性差等问题[3]；在我国对精准农业技术发展的大力扶持的背景下，精量播种技术已成为重要发展趋势，其具有播种性能稳定、对种子损伤小、极大降低种植成本等特点[4～6]。为此，本文综合条播和半精量播种两种方式所存在的问题，设计研制了一种铺膜铺管气吸式打瓜精量播种机。实现了打瓜种子的精量播种，避免种子浪费现象，为促进打瓜制品加工生产全程机械化奠定重要基础。

1 整机结构及工作原理

1.1 设计原则

图1 打瓜种植模式

在服务新疆广大打瓜种植户的基础上，打瓜播种机的设计研制应该遵循以下原则：针对新疆打瓜种植模式特点（图1），实现打瓜的精量播种；满足在播种作业的同时完成施肥、地膜铺设、滴灌带铺设等作业。要求：在满足各项功能要求的基础上减轻整机质量和体积，降低整机损耗；播种机各关键零部件具有互换性。

1.2 整机结构

铺膜铺管气吸式打瓜精量播种机主要由单组框架、气吸式排种系统、排肥装置、铺膜铺管装置及膜上覆土装置等组成，整机结构如图2。

图2 铺膜铺管气吸式打瓜精量播种机结构示意

1.3 工作原理

该播种机与55 kW以上的拖拉机配套使用。作业时，首先由平土装置对土地进行平整，并将拖拉机后轮胎留下的轮印平整，根据土壤质地的不同，可通过调整平土装置的高低位置来调整刮土量。接着，圆盘式施肥开沟器开出肥沟，地轮在拖拉机的拖动作用下进行转动，并将动力经过链轮链条传递给外槽轮式排肥器将肥料排出，可通过调节排肥轮把手调节施肥量，肥料经过导管落至开好的肥沟内。然后，镇压装置将土压实，便于展平地膜，开沟器在两侧开出膜沟，松弛度可调的展膜辊将地膜均匀地展在地表面，压膜装置随后将地膜压在膜沟内，膜边覆土装置将两侧的土压在膜边上。最后，鸭嘴式穴播器在铺好的地膜上打孔，同时风机、气吸管及穴播器形成密闭空间，在穴播器内部形成气腔，在负压的作用下吸种、落种在膜上打好的穴孔内，完成排种作业。膜上覆土装置将土壤推进覆土滚筒内，随着覆土滚筒在垄面上的滚动，依靠螺旋状导土板将土壤输送到漏土缝隙处，使土壤撒落在种带上，紧接着种行镇压轮稍加压实土壤，在地膜表面筑出两条土带，打瓜的种芽可自行钻透地膜破土而出，不需要人工打孔、掏苗和压土。

1.4 主要技术参数

2 关键结构部件的设计

2.1 单组框架

单组框架是铺膜铺管气吸式打瓜精量播种机各关键部件的载体，能够实现对各关键部件的定位和安装。整机共有四个单组框架，每个单组框架承载的零部件均相同。在减少整机重量及动力损耗的前提下，单组框架的材料选择为60×40×3mm矩形管和40×4mm方管。

2.2 排种系统设计

图3 排种系统

排种系统是铺膜铺管气吸式打瓜精量播种机的核心系统，它主要由离心风机、气吸管、种箱总成、吸种管、输种管和穴播器等组成（图3）。排种系统的工作原理是由拖拉机后输出轴提供动力，通过万向节传动轴将动力传动到播种机的输入轴，再由皮带传动到离心风机输入轴，带动离心风机高速旋转（n≈5 000 r/min），产生吸力，通过气吸管将离心风机和穴播器的密闭空间连接，种子通过输种管从种箱进入到穴播器密闭空间，在离心风机的吸力作用下吸附在穴播器带小孔的吸籽盘中，通过点种器的转动和鸭嘴的开启落入开好的种穴中，完成排种。在穴播器内部有刷种机构，能将吸籽盘上吸附的多余种子刷落，实现单粒或者双粒的播种要求。排种系统的动力采用皮带传动方式，其具有机构简单、传动平稳、价格低廉和缓冲吸振等特点。

风机按作用原理分为离心式和轴流式两种，轴流式风机压力低，流量大，一般用于通风；离心式风机的压力较高，可在较复杂管网中产生工作气流，排种过程中，因穴播器会随着整机的前进而产生颠簸，需要较大的压力吸附种子，所以本设计选择离心式风机，能够真正达到精量播种，漏种率低、播种合格率高等效果。

2.3 铺膜铺管系统设计

铺膜铺管系统（图4）主要由滴管带开沟器、展膜辊、压膜轮、滴管带膜卷一体支撑架等组成。主要完成滴管带和地膜的有序铺放工作，本设计充分研究新疆滴管带铺设浅埋技术，通过对比不同结构形式的开沟器优缺点，确定了靴式开沟器，具有开沟土层平整，土壤回流率低等特点。整机配备了8个压膜轮（即每两个压膜轮对一组地膜进行压实工作），单个压膜轮质量约为3～4 kg，在自身转动过程中能够较好的完成地膜的压实，避免地膜由于风等因素被掀起，从而影响播种质量、制约种子的保墒发芽现象，同时为膜边覆土圆盘的覆土作业奠定基础。本设计滴管带膜卷一体支撑架将传统的滴管带和地膜的前后放置改进为上下放置，节省了空间，整机重心前移，便于悬挂。工作过程中，首先在田地的一端压实滴管带和地膜，在拖拉机牵引整机前进过程中，由滴管带开沟器开出宽约4 cm，深约3 cm的沟，滴管带在拉力作用下经过引导轮被铺放在开好的沟中，接着，地膜经过阻膜杆和展膜辊展平在地表面，由压膜轮进行膜边压实，最后由覆土圆盘进行膜边覆土，完成铺膜铺管作业。

图4 铺膜铺管装置

2.4 施肥开沟装置的设计

施肥开沟装置作用是在播种机作业时开出肥沟，将肥料导入沟内，对施肥开沟器的技术要求是：开沟直，深度一直，沟形整体，不乱土层，入土能力强，不缠草，不堵塞，有一定的覆土能力，对土壤的适应性强，结构简单，阻力小等特点。开沟装置的形式随着开沟要求不同、地区气候和土壤条件的差异，需要配备不同的开沟器。常用的开沟器主要分为锐角型开沟器和钝角型开沟器，前者典型的形式有锄铲式开沟器和芯铧式开沟器；后者典型的形式有滑刀式开沟器和双圆盘开沟器。本设计针对新疆的土壤特点、施肥和肥沟的要求，选择双圆盘开沟器（图5），其由两个回转的平面圆盘组成，在前下方相交于一点，工作时靠重力和弹簧附加力入土，圆盘滚动切割土壤并向两边挤压，形成V形种沟。具有工作平稳、沟形整齐、不乱土层、断草能力强等特点。

图5 施肥开沟装置结构示意

2.5 传动系统设计

该机的传动系统主要是排肥系统的动力传输，其主要由地轮轴、中间轴、排肥轴、张紧轮、链轮链条等组成。拖拉机通过三点悬挂牵引播种机前行，带动地轮转动，地轮轴上的链轮在转动过程中，将动力经过链轮链条传动至排肥轴链轮，带动排肥轮进行排肥作业。在传动链条旁设置了张紧轮，通过调整张紧轮的安装位置有效的避免链条松动，保证了动力的精确传输，排肥传动系统如图6。

图6 传动系统

3 生产试验与结果分析

新疆科神股份技术有限公司对该机进行了设计、研制和试验，通过对各装置优化改进，最终确定了播种机的整机结构参数和工作参数，并且进行了批量生产与推广，得到了各团场用户的肯定。2016年春季，在新疆生产建设兵团农八师145团进行了性能试验（图7），试验测得主要指标参数如表1。

图7 田间测试

表1 试验结果

4 结论

设计研制完成的铺膜铺管气吸式打瓜精量播种机，主要单组框架、气吸式排种系统、排肥装置、铺膜铺管装置及膜上覆土装置等组成，能够实现一次完成施肥、精量播种、铺膜铺管及覆土等作业，实现了打瓜播种的机械化、精量化，解决了传统播种方式的成本高、工作强度大、稳定性差等问题。通过对播种机的性能试验，结果显示：作业效率11～16 hm2/h，播种行距35～50 mm，穴距144～240 mm，空穴率≤3%；破损率≤1%，达到了打瓜精量播种技术要求。

[1]李景彬，王曌鹏，田绪顺，徐守志，坎杂.打瓜机械化收获技术研究现状及发展对策[J].作物杂志，2011（1）：126～128.

[2]王学农，牛长河，陈发.基于虚拟样机的打瓜捡拾脱籽联合收获机设计[J].农机化研究，2010（12）：88～91.

[3]于永良.结合新疆实际的棉花双膜覆盖机械式精量播种机的研发与应用[J].湖南农机，2013（7）：3～5.

[4]陈玉龙，孙兴冻，罗昕，陈学庚，李苗苗，李阳.气吸式打瓜精量穴播器的设计与试验[J].中国农机化学报，2015（4）：15～17，21.

[5]卢勇涛，陈学庚，杨怀君，李亚雄.气吸式棉花精量穴播器试验研究[J].广东农业科学，2013（14）：182～184.

[6]陈学庚，赵岩.棉花双膜覆盖精量播种机的研制[J].农业工程学报，2010（4）：106～112.

Design of Film and Pipe-laying air Suction Precise Seedmelon Seeder

JIANG De-li,REN Zhi-qiang,Tian Yu,FANG Shuo
（Xinjiang Keshen Agricultural Equipment Technology Development Co.,Ltd,Shihezi,832000,Xinjiang,China）

According to the Xinjiang seedmelon planting pattern and characteristics of seedmelon seeding machinery market demand,we designed film and pipe-laying air suction precise seedmelon seeder which is mainly composed of frame and fertilizing device,seeding device,film laying pipe laying device and soil ridging device which can complete the fertilization, seeding film and pipe laying and soil coveringetc.Field test resultsshow:11～16 hm2/h of the operation efficiency,35～60 mm of row spacing,144～240 mm of hole spacing,the hole rate is less than3%,the breakage rate of less than 1%.Through the analysisof the test resultsand optimization of key components,the machine has been mass production and promotion,by the majority ofusers.

Seed melon;Precision sowing;Air suction

1007-7782（2016）06-0008-04

10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2016.06.002

S223.2+5

A

2016-11-11