免耕半精量播种机的研制

路战远，程玉臣，王玉芬，张德健，杨 彬，张向前，赵双龙

（1.内蒙古农牧业科学院，内蒙古 呼和浩特 010031；2.内蒙古大学，内蒙古呼和浩特 010021；3.呼和浩特得利新农机制造有限责任公司，内蒙古呼和浩特 010051；4.呼伦贝尔市农机推广站，内蒙古海拉尔 021000）

免耕播种机是随着各国对保护性耕作的重视而发展起来的一种耕作机械，是实施保护性耕作技术的主要手段。保护性耕作[1-2]是指通过少耕、免耕、地表微地形改造技术及地表覆盖、合理种植等综合配套措施，从而减少农田土壤侵蚀，保护农田生态环境，并获得生态效益、经济效益及社会效益协调发展的可持续农业技术。

免耕播种机是在未经耕整的茬地上进行播种的机具，作业时能切断残茬，开出适合播种作物要求的种床，按要求的行距、株距和深度播入种子，保证种子与土壤有良好的接触，并对播后的种子覆土和镇压。目前，我国大型免耕播种机大多是从国外引进的，因为国内外农艺要求、土壤状况等均存在差异，对特定地区以及中小生产规模的应用存在一定的不适应性。例如，美国约翰迪尔公司生产的JD1590型小麦免耕播种机，采用了单圆盘开沟器，破茬能力强，但这种开沟器只能种肥混播，且施肥量小，不能满足我国施肥量大的要求。

近年来，为了满足保护性耕作技术的要求，我国已经设计开发出多种轻型免耕播种机。这些免耕播种机与一般播种机相比，其结构特点主要是在开沟装置上。为了适应留茬地的地表条件，能够达到切断残茬覆盖层的目的，常用的开沟器[3-4]有3种类型：（1）波纹圆盘刀，其周边的波纹切刀具有良好的切茬入土性能，但其开出的土沟较宽，难免扰动土层。（2）凿形齿或窄锄铲式开沟器，结构简单，入土性能好，但容易堵塞。（3）窄旋转松土器，有较好的松土、碎土性能，但需由动力输出轴带动，结构复杂。综上所述，有必要研制一种能直接切断秸秆根茬，开出较窄的种沟，有效地防止秸秆对机具的缠绕和堵塞的免耕播种机。

1 免耕半精量播种机整机结构设计

1.1 免耕半精量播种机整机设计原则

1.1.1 功能 免耕半精量播种机[5-7]应能一次性完成开沟、施肥、播种、覆土、镇压等全部播种工序，省去整地环节，减少机组进地次数，避免对土壤的反复碾压。

1.1.2 播种行数 宽行距作物播种3行，窄行距作物播种5行。

1.1.3 开沟器 开沟器应能切断前茬作物留下的根茬和推开或切断地表的残留秸秆。其开沟深度应达到80～100 mm，开沟的同时应能将肥料施在沟底。开沟宽度不应过宽，尽量少的搅动土壤。

1.1.4 排种器 排种器应排种均匀，不伤籽种，播量调整方便。排种的传动系统变速级数应能达到半精量播种的要求。

1.1.5 技术性能 免耕半精量播种机的各项技术指标应达到相应的国家标准，应保证整机的结构强度和作业的稳定性。

1.2 免耕半精量播种机整机总体方案

1.2.1 整机结构方案设计 本免耕半精量播种机与29.4 kW或以上农用轮式拖拉机配套使用，连接方式采用三点后悬挂式。机组作业时为牵引式，地头转弯和运输时为悬挂式，破茬开沟器分别安装在机架的前后横梁上，这样可以避免在同一根横梁上破茬开沟器之间产生的壅土和秸秆、杂草等的缠绕，提高机具的通过性能。按播种作物的不同，可以调整破茬开沟器数量，达到播种行数的要求。如播种玉米时，破茬开沟器排列为前1后2，错落安装在机架前后两根横梁上，播种行数为3行；在播种谷子、糜黍、胡麻等杂粮时，开沟器排列为前3后2，播种行数为5行。通过调整破茬开沟器铲柄的上下位置即可调节施肥深度，调节范围为80～100 mm。通过调整破茬开沟器在横梁上的位置即可调整播种行距，行距调节范围在播种3行时为300～500 mm，播种5行时为200～300 mm。

如图1-a和图1-b所示，本机由悬挂架、地轮、破茬开沟器、镇压机构、播种深度调节板、输种管、镇压轮压力调节机构、机架、排种器、种肥箱、排肥链轮、排肥器、张紧轮、输肥管、传动系统、排种量调节机构、排肥量调节机构、大地轮链轮、小地轮链轮、大排种链轮、小排种链轮、塔轮式变速箱等部件组成。

1.2.2 工作原理 本机由拖拉机牵引作业，作业时地轮落地支撑整机，并在滚动前进的同时为本机的传动系统提供施肥和播种所需的转动动力。首先，破茬开沟器切断根茬开出窄沟，然后由安装在其后的输肥管播撒肥料，接着由输种管将种子播在开沟器开沟后的回土上，保证肥料和种子分施，其垂直距离为30～50 mm，最后由镇压轮进行覆土及镇压，完成整个播种过程。

2 主要部件参数确定

2.1 机架

本机架为框架结构，由型钢焊接而成，是整机的主要部件，机具的所有其他部件都安装机架上，如破茬开沟器就分别安装在机架的前、后横梁上。根据《农业机械设计手册》介绍，开沟器工作时，将部分土壤升起、抛翻、推挤或挤压等，使开口器前方形成前丘，和播后地表形成沟痕，特别是在整地条件差、土块大、杂草和前茬多的情况下，前丘凸起较大。为了不使相邻两开沟器的前丘连片，它们间必须要有足够的间距。若该间距大于农业技术要求的行距时，常使相邻两开沟器排列成前后两列，同时前后列开沟器距离必须保证后列在已稳定的土壤中工作，以保证后列开沟器的开沟质量[8]。因为本播种机是在未经翻整的留茬地上作业，作业条件更差，因此，为防止根茬和杂草堵塞机具和壅土，参考其他类似机型作业情况和以往经验，机架前后横梁的距离确定为600 mm，分别安装相邻的开沟器。

2.2 破茬开沟器

免耕播种机的开沟器应该能够切断前茬作物留下的根茬、秸秆，土壤扰动量少，又要能达到一定的开沟深度，为施肥、播种创造良好的条件。

本破茬开沟器设计为尖角窄幅翼铲式，结构简图见图2，主要由铲尖、铲翼、铲柄、输种管、输肥管组成。其主要零件如铲尖、铲翼、铲柄等均由锰钢制作，强度、刚度和耐磨性能等均能达到开沟部件的要求。铲尖入土角是开沟器的重要参数，入土角过大工作阻力加大，入土角过小，铲尖强度较弱。本开沟器采用了一种特殊结构，其铲尖使用锰钢板制成，刃口夹角为38°，刃口圆弧半径为1 mm，刃口锋利便于切断地表的残茬和秸秆，不易缠草，铲尖底边与水平面留有8°的夹角，便于入土，而且整个入土部分宽度仅为33 mm，工作阻力较小，因此，综合考虑铲尖入土效果和保证铲尖强度，铲尖入土角确定为52°。

2.3 地轮

地轮的作用是支撑整个机器和为整个传动系统提供所需的转动动力。为提高机具的通过性，地轮直径定为515 mm，并在地轮外缘上均匀焊接了14个凸起的钢片，以便增加摩擦阻力，减小地轮的滑移率，保证排种的精确性。地轮轴上装有驱动链轮，按一定的传动比与排肥轴和排种轴上的链轮连接，完成排肥和排种工序。

2.4 镇压机构及镇压轮

镇压轮兼有覆土和镇压的作用，可将覆盖在种子上的土壤压实，使种子与土壤紧密结合，利于种子发芽。镇压机构固定在机架后端横梁上，镇压轮安装在镇压机构的绕定点转动的活动支架上，使镇压轮可单体仿形。镇压轮与破茬开沟器纵向对齐，正好压在开沟器开出的种沟上。

镇压轮采用带铁心辐板的空心零压橡胶轮，直径设计为350 mm，既可保证正常转动，又能使苗带覆土平整良好。这种镇压轮摩擦阻力大，不易粘泥土，可以起到覆土和镇压的双重功效。镇压轮对覆土的压力可通过调节压力调节机构上的压力弹簧来实现，从而适应不同的土壤。

2.5 排种器

排种器采用外槽轮式排种器和窝眼式排种器两种形式，两种排种器安装在同一根排种轴上。通过调整种肥箱右侧的排种量调节机构的调节手柄达到窝眼式排种器和外槽轮式排种器的转换。播种玉米时采用窝眼式排种器，播种谷子、糜黍、胡麻等杂粮时采用外槽轮式排种器播种，同时改变传动系统的传动比，提高排种的精度。

2.6 排肥器

排肥器采用外槽轮式排肥器，排肥量可通过种肥箱左侧的排肥量调节手柄来调整。排肥轴上的链轮与排种轴上的链轮用链条链接，带动排肥轴转动进行排肥。通过调整外槽轮在排肥器中的工作长度控制排肥量大小，其工作长度从0～50 mm可调。排肥器内外槽轮工作长度越长，排肥量越大，反之排肥量越小。

2.7 传动系统

如图3所示，传动系统包括地轮、2个地轮链轮、3个排种链轮、塔轮式变速箱、1个排肥链轮以及传动链条。传动系统的动力来自地轮，拖拉机牵引机组前进带动地轮转动，通过与地轮同轴的链轮及链条传动，经塔轮式变速箱变速，带动排种轴和排肥轴转动，排出种子和肥料。

3 结论与建议

作为免耕播种机，机具要在未经耕整的留茬地上进行播种作业，作业条件恶劣，地表下的根茬和地表上的秸秆均对机具作业产生极为不利影响。本免耕半精量播种机充分考虑了这些不利因素，整机布置设计时将开沟器分前后排安装，尽量避免了机具堵塞和壅土。

综合考虑已有免耕播种机使用的开沟器的优缺点，本机的开沟器设计为尖角窄幅翼铲式，铲翼宽度仅为33 mm，可以开出狭窄的种沟（宽度35～40 mm），有效地减少了机组牵引阻力，而且扰动土壤较少。铲尖向下，利于入土，刃口锋利，利于切断根茬和秸秆，入土深度调节方便。

排种器采用安装在同一根排种轴上的窝眼式排种器和外槽轮式排种器两种形式。通过排种量调节机构的调节可以播种玉米等大粒种子或谷子、糜黍、胡麻等杂粮。传动系统的变速级数可有多种选择，提高了排种量的精度，达到了半精量播种的要求。

建议进一步做好机具与牵引动力的匹配试验，提高机组作业效率。

参考文献：

［1］高焕文.保护性耕作概念、机理与关键技术［J］.四川农机，2005（4）：22-23.

［2］高焕文，李问盈，李洪文.中国特色保护性耕作技术［J］.农业工程学报，2003（3）：1-4.

［3］白晓虎.免耕播种机关键部件及其参数化设计方法研究［D］.沈阳：沈阳农业大学，2012.

［4］许云飞，刘亚楠.一种小型免耕播种机关键零部件的设计［J］.中国农机化学报，2015，36（3）：22-25.

［5］孙建祥，王止戈，武传江，等.2BCM-6型茬地免耕半精量播种机的研制［J］.农机化研究，2003（2）：146-148.

［6］马华永.滴灌条件下茬地免耕精量播种机关键部件设计与研究［D］.石河子：石河子大学，2014.

［7］王宏立，张 伟.免耕播种机波纹圆盘破茬刀的优化设计［J］.农机化研究，2012（10）：96-99.

［8］中国农业机械化科学研究院.农业机械设计手册（上）［M］.北京：机械工业出版社，1988.