玉米根茬地杂豆垄作播种机的改进设计

万霖，车刚，李海龙，李爱萍，梁远

（黑龙江八一农垦大学工程学院，大庆 163319）

玉米根茬地杂豆垄作播种机的改进设计

万霖，车刚，李海龙，李爱萍，梁远

（黑龙江八一农垦大学工程学院，大庆 163319）

在玉米根茬地，利用联合作业机起茬、破茬碎土、垄体深松、灭茬旋耕、起垄整形等多项作业，达到杂豆种植要求，采用大垄平台的栽培模式，改进设计气吸式播种机核心部件，使种子的间距、粒距（株距）及深度都达到精确分布，并在田间进行性能试验。研究结果表明，完全满足了杂豆“大垄平台”高产栽培技术要求，公顷保苗21～25万株·hm-2，株距合格率达到98%，且漏播率、重播率较低，播种质量高，满足播种质量的要求。

玉米茬地；杂豆；垄作；排种盘；改进

杂豆除了黄豆、大黑豆、青豆之外的一切豆类，其主要特点是脂肪含量只有1%，蛋白质含量高达20%～25%，杂豆蛋白质含量丰富。杂豆富含赖氨酸和精氨酸，蛋氨酸和胱氨酸为第一限制氨基酸。杂豆中的矿质元素间含量差别很大，钾、镁、钙、铁含量丰富，因此在人们日常膳食中，多食用一些豆类食品，可以提高人们的营养健康水平[1]。

根据联合国粮农组织统计，全球每年生物固氮约2亿t，豆科根瘤共生固氮占65%～80%，给共生豆科植物提供所需氮50%～100%。发展豆类作物的种植利用，可以充分利用环保、可持续的生物固氮，减少工业合成氮的使用，从而减少石油和煤炭等不可再生能源的消耗，属于典型的低碳产业。杂豆是无公害的天然绿色食品，具有很好的抗旱作物，因此开发生产种植，不仅保护环境，又能提高农民收入，还能提高土壤肥力，保障农业可持续发展。现有杂豆的种植、管理和收获机械多源于大豆栽培机械，或通用机型，针对现有的大部分杂豆栽培机械，通过播量调控、营养调控、化学调控构造高光效群体，协调营养生长与生殖生长关系，增加经济产量。

选择玉米根茬口的地块，应用联合耕作技术，能够一次完成起茬、破茬碎土、垄体深松、灭茬旋耕、起垄、垄体整形等多项作业。采用杂豆高产高效的栽培模式大垄平台，利用前茬残肥、土壤理化特性，探讨精密排种、开沟压种环节的机械化综合播种技术，通过改进气吸式播种机的核心部件，满足杂豆粒径，播种精度，提高出苗率，适应高速气吸式播种的需求。

1 总体设计方案

1.1 方案确定依据

保护性耕作技术中玉米秸秆和根茬如图1所示。 杂豆是双子叶作物，子叶出土，幼苗拱土能力弱，如果土壤根茬或土坷垃太多，易造成缺苗断垄或出苗不齐的现象。对整地质量要求较高，必须创造一个土表细碎无坷垃，无根茬，上虚下实的耕层结构。

图1 玉米茬地实物图Fig.1 Graphs of maize stubble

根据垄作的耕作特点，利用1ZLZQ-4.2型联合作业机，该机具采用了自驱动式弧形齿盘破茬器和螺旋碎土装置，集成了减阻型深松铲和组合式起垄器，能够一次完成起茬、破茬碎土、垄体深松、灭茬旋耕、起垄整形等多项作业。[3]达到了黑龙江垦区整地标准化作业要求，如图2所示。

1.2 总体结构和工作原理

由机架、仿形播种和施肥3部分组成如图3，播种机工作时，拖拉机的动力输出轴驱动风机高速旋转，通过气吸管在气吸式排种器的吸气室产生负压，当排种盘的吸种孔通过处于吸气室始端的种子室时，在两侧压力差的作用下，种子被排种盘的吸种孔吸住，排种盘由地轮通过传动机构驱动，随着排种盘的转动，刮种器刮去吸种孔上多余的种子，只带着一粒种子转到开沟器的上方，当吸种孔离开吸气管道的末端后，负压消失，种子靠自重落到双圆盘式开沟器开出的种沟内。最后，经覆土器覆土和镇压轮镇压后完成播种。

图3 播种机主视图Fig.3 Unit of air-suction seeder

1.3 气吸式排种器

气吸式排种器由播量调节器、刮种器、搅种盘、排种盘、风罩、分种器等组成。排种盘均布着吸种孔，其一端为吸气室，通过吸气管与风机相连，另一端为种子室，与种箱相连如图4。工作时，型孔轮由地轮驱动旋转，同时拖拉机动力输出轴驱动的风机产生气流通向气嘴。种子由种箱进入充种室，在重力及气力的辅助作用下充入锥形型孔。当充满种子的型孔转到清种区时，对准型孔的气嘴的高压气流将型孔上部多余的种子吹回到充种室，而位于型孔底部的一粒种子，由于气流通过底部小通孔时形成压差，将其紧压在孔底，随型孔轮转至护种器时，气压消失。当型孔内种子转到下方排种口处时，靠自重落入种沟。卡在型孔里的种子由分种板器推出。为满足播杂豆尺寸的需要，减小盘孔的孔径为3.5 mm，在盘孔周边加工出扁椭圆型缓冲吸附区，可适应不同形状的杂豆。改进设计的排种盘实物如图5，改变传动比可调节粒距。

(2)浮选精煤采用圆盘真空过滤机与加压过滤机联合脱水回收，因煤质变化频繁而导致设备使用效果变差，处理能力降低，水分高，严重制约浮选生产，精煤质量差。

1.流量调节器2.刮种器3.搅种盘4.排种盘5.风罩6.分种器

图5 小孔径排种盘Fig.5 Seed metering device

1.4 非对称开沟器

非对称圆盘式开沟器由大小两个平面圆盘、开沟器体、开沟器轴以及导种板等组成。两圆盘相交于前下方的聚点处，形成一夹角。夹角的大小影响其开沟的宽度，一般为9°～12°。设计为了提高播种施肥的一致性，将圆盘夹角大小调至23°，并将大圆盘和小圆盘交错布置，前后错开5 cm，此时开出的沟形为斜W形，即形成了深浅2个沟，分别播施种肥。同时保证播种和施肥深度差保持一致，达到稳定深度的目的。开沟器如图6所示。

图6 开沟器Fig.6 Disc furrow opener

1.5 镇压轮

播种同时镇压可减少土壤中的大孔隙，减少水分蒸发，以使土壤保墒；可加强土壤毛细管作用，使水分沿毛细管上升，起到“调水”和“保墒”的作用；可使种子与土壤紧密接触，有利于种子发芽和生长；春播镇压还可适应提高地温。镇压轮对土壤的压强主要根据土壤性质、水分、密度和作物的要求而定，镇压轮的压力大小取决于镇压轮本身的重量和作用在它上面的附加重量[5]。播种机采用胶圈镇压轮，如图7所示。

图7 镇压轮Fig.7 Press wheel

2 测定方法与指标

2.1 测定方法

单粒 (精密）播种机试验方法标准GB T 6973-2005和JB/T 10293-2013单粒(精密）播种机试验方法进行技术条件的测试[4]。

2.2 试验指标

N′—测定区域中的总粒距数；

n1—排一粒种子的次数；

n2—排二粒种子的次数。

2.3 性能试验

田间性能试验是在黑龙江省北安二龙山农场，土地以黑钙土为主，黑土层深厚，养份含量高。栽培模式采用大垄平台110 cm大垄：垄宽110 cm，垄台宽70～75 cm，垄台高18～20 cm，垄上种植3行，垄上行间距25～27 cm，播深3～4 cm。播种杂豆为红小豆（珍珠红）红小豆百粒重约10～13 g之间，化肥为复合颗粒肥料。播种实际测量如图6，出苗情况如图7，完全满足了杂豆“大垄平台”高产栽培技术要求，公顷保苗21～25万株·hm-2，株距合格率达到98%，且漏播率、重播率较低，播种质量高，满足播种质量的要求。播种试验测试数据如表1所示。

表1 试验数据结果Table 1 Results of compared experiment data

图6 粒距测量Fig.6 Seed spacing of precision drilling

图7 出苗情况Fig.7 Emergence rate of legumes

3 结论与展望

利用前茬作物对土壤环境的改变，充分利用前茬残肥充分利用前茬残肥、土壤理化特性，针对红小豆杂豆品种、粒径适应性差，播种精度低，造成出苗不齐，产量不稳定，制约着杂豆规模化种植。改进杂豆精密播种机的核心部件，更换部件，达到省种、适应性强的目的。设计出了排种器，并对其进行理论、试验、模拟的对比研究，通过性能试验得出结论如下：

（1）满足了杂豆“大垄平台”高产栽培技术要求，公顷保苗21～25万株·hm-2，株距合格率达到98%，且漏播率、重播率较低，播种质量高，满足播种质量的要求。

（2）针对玉米茬地，通过播前耕、精密排种、开沟压种的机械化综合播种技术。性能试验指标满足要求。

该课题在高产高效栽培技术对杂豆的配套机具进行技术开发，在关键技术上取得突破，将极大促进机器利用率，缩小与发达国家农机产品技术方面的差距，并形成自主核心技术，提高我国整体农机行业的自主创新能力，促进行业技术进步，促进农业结构有效调整与农民增收，为新农村建设提供全面的装备技术支撑。

［1］聂刚，杜双奎，任美娟，朱战烨.常见杂豆的蛋白质与矿物质评价［J］．西北农业学报，2013，22（12）:31-35.

［2］王海燕.不同小麦播种机械的性能比较［J］.安徽农业科学，2014，42(29）:10439-10440.

［3］车刚，张伟，万霖，等．基于灭茬圆盘驱动旋耕刀多功能耕整机设计与试验［J］．农业工程学报，2012，28（20）:34-40.

［4］万霖，车刚，李玉清，等．2BD-7型多功能精密耕播机的研制与试验研究［J］．黑龙江八一农垦大学学报，2004，16 （4）：46-48.

［5］万霖，汪春，车刚，等．蔬菜移栽机的覆土镇压器设计［J］．黑龙江八一农垦大学学报，2012，24（3）：16-18.

［6］中国农业机械化科学研究院.农业机械设计手册（上册）［M］.北京：中国农业科学技术出版社，2007.

［7］张波屏.现代种植机械［M］.北京：机械工业出版社，1997.

［8］刘文忠，赵满全，王文明，等.气吸式排种装置排种性能理论分析与试验［J］．农业工程学报，2010，26（9）：133-135.

Improvement Design of the Ridge-till Legumes Seeder for Maize Stubble Field

Wan Lin，Che Gang，Li Hailong，Li Aiping，Liang Yuan
（College of Engineering，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319）

In the maize stubble field，the tillage machine was used for cracking stubble，rotary tillage，deep digging，ridge forming and shaping ridge simultaneously combined with technology of legumes growing requirement.Cultivation pattern was developed by using wide-ridge platform.Improvement design of seed metering device was a core component for the air-suction seeder using agricultural requirements to design seed metering device，the air-suction seeder of spacing and depth was realized and the precision and work efficiency was improved.The field test results showed that seed metering device had good performance，forerunner function and good credibility，it could satisfy wide-ridge platform，the optimum density was 210 000～250 000 seedlings per mu.The machine productivity was 98%rate，its miss index and multiple index were 1.87%，0.8%.The seed metering could meet the requirement of high-speed precision seeding.

maize stubble；legumes；ridge tillage；seed metering device；improvement

S521

A

1002-2090（2016）05-0095-04

10.3969/j.issn.1002-2090.2016.05.019

2015-06-01

“十二五”国家科技支撑计划子课题（2014BAD07B05-10）。

万霖（1971-），女，教授，黑龙江八一农垦大学毕业，现主要从事机械设计及理论和现代农机装备研究工作。