正反转组合式水稻宽苗带灭茬播种机设计与试验
2017-03-04张银平杜瑞成刁培松杨善东王振伟
张银平,杜瑞成※,刁培松,杨善东,王振伟
正反转组合式水稻宽苗带灭茬播种机设计与试验
张银平1,杜瑞成1※,刁培松1,杨善东1,王振伟2
(1. 山东理工大学农业工程与食品科学学院,淄博 255049;2. 农业部南京农业机械化研究所,南京 210014)
针对稻麦两茬轮作区,小麦收获时间短、水稻插秧费时费力、直播整地要求高的问题,利用反转灭茬技术和主动防拥堵技术,同时借鉴小麦宽幅精播技术,设计了一种正反转组合式水稻宽苗带灭茬播种机,一次完成旋耕、灭茬、防堵、深施肥、宽苗带播种、覆土和镇压功能。在稻麦两熟区进行了试验,结果表明,反转旋耕装置能很好的灭茬,正转清草装置能有效防堵,在正反旋耕的配合作用下,种床土壤细碎,播种覆土均匀,播种深度和施肥深度变异系数分别为4.58%和2.40%,种肥垂直间距变异系数为4.72%;平均苗带宽度为138.4 mm,与理论设计宽度差异不显著;不同苗带宽度上种子分布有差异但不显著,符合设计要求;苗带宽度对水稻生长有影响,苗带两侧有效分蘖和成穗率显著高于苗带中间(<0.05);机具的通过性满足农艺要求。
农业机械;设计;作物;反转;灭茬;防堵;宽苗带;水稻
0 引 言
水稻是中国的三大粮食作物之一,主要在东北地区和南方地区种植,东北是一年一熟,南方是一年两熟或三熟[1-2]。山东南部的日照、济宁以及江苏北部的盐城、睢宁等地,由于处于南北交界的地区,光热条件较北方好,较南方差,成为“北方中的南方,南方中的北方”,因此也成为稻麦两熟的典型区域[3]。稻麦两茬轮作区域传统的水稻种植方式是插秧,小麦收获后要首先对小麦秸秆及根茬进行灭茬处理,然后对土地进行精细耕整,最后进行灌水插秧,整个过程工艺复杂,费时费力[4]。
水稻直播省工省力,在欧美国家普遍采用[5-7]。华南农业大学的罗锡文院士带领团队致力于水稻机械化直播技术与装备的研究,研制了水稻精量穴直播机,在国内开展了多点试验,取得了突破15 000 kg/hm2的高产量[8-9]。王在满等研制的2BD系列水稻精量穴直播机,穴距从10~25 cm有6级可调,播量可控,满足不同水稻品种的直播要求,大大简化了水稻的种植工艺[10]。随着农村劳动力的短缺,农民也意识到水稻直播的优势,有的地区使用小麦条播机进行水稻直播,也取得了一定的成效。但现有的水稻穴播机播种前需要对土地进行精细整 备[11],特别是在稻麦两熟区,小麦收获后,秸秆覆盖量大,若不进行土地耕整,水稻播种机几乎不能作业。而农民普遍使用的小麦条播机,一般采用圆盘开沟器,不能进行深施肥,影响水稻产量,有研究显示日本在进行水稻直播的同时采用侧深施肥技术,比普通直播稻增产5%~10%[12],陈雄飞等研制的水稻穴播同步侧位深施肥技术比手施和撒施增产418.5~957.0 kg/hm2[13]。另外,由于水稻条播密度大,生长后期易倒伏[14]。就小麦播种而言,宽苗带播种相对于条播的优势明显,但水稻宽苗带播种还没有相关的报道。
2014年,罗院士在山东淄博、东营等地开展了水稻直播试验,本文是在参与罗院士水稻直播试验的基础上,针对现有水稻直播机不能进行免耕旱直播以及条播密度大易倒伏的问题,利用反转灭茬技术和主动防拥堵技术,同时借鉴小麦宽幅精播技术,设计了一种正反转配合式水稻宽苗带灭茬播种机,一次完成旋耕、灭茬、防堵、深施肥、宽苗带播种、覆土和镇压功能。
1 整体设计
1.1 整机结构
水稻宽苗带灭茬播种机结构如图1所示。主要由机架、地轮、反转灭茬装置、挡草栅栏、施肥装置、主动防堵装置、播种装置、镇压装置以及传动等部分组成。其中地轮安装在机架横梁上;灭茬装置包括反转灭茬刀轴、罩壳和挡草栅栏,反转灭茬刀轴安装在机架侧板上,采用侧面齿轮传动,挡草栅栏安装在罩壳上;主动防堵装置在灭茬装置后,施肥开沟器和播种立柱之间,采用侧面链传动;施肥装置和播种装置采用不同型号的外槽轮排种器,由镇压装置通过侧面链传动,实现同步播种施肥;施肥开沟器采用凿式开沟器,实现深施肥,播种口采用燕尾式,实现宽苗带播种。该机能一次完成灭茬、深施肥、宽苗带播种、覆土和镇压。其技术参数如表1所示。
1. 地轮 2. 反转灭茬装置 3. 齿轮箱 4. 施肥装置5. 防堵装置6. 播种装置7. 架横梁 8. 机架侧板9. 镇压轮10. 镇压轮调节装置 11. 刮平装置12. 传动链13. 种肥箱14. 悬挂架15. 主变速箱
表1 水稻宽苗带灭茬播种机技术参数
1.2 工作原理
水稻宽苗带灭茬播种机主要用于水稻免耕旱直播,适用于稻麦两熟区和春季稻一熟区水稻播种。利用正反转配合式灭茬防堵装置,实现秸秆覆盖地免耕播种,简化水稻种植工序。其工作原理如图2所示,前部的反转灭茬装置将土壤及秸秆一起向后抛起,秸秆、根茬及大土块被栅栏挡住沿内侧面落到地面,而较细碎的土块越过栅栏间隙,碰到罩壳后再落到正转防堵装置上,正转防堵装置一方面起到防止施肥开沟器与播种立柱之间产生拥堵,又对落下的小土块起到二次破碎的作用。经过二次破碎的土壤,落到已沿内侧面落下的大土块和杂草上,这样就把秸秆及草埋在土层以下,形成下粗上细的已耕土壤[15],为播种创造良好的种床条件。
1. 根茬地 2. 被切削的土壤 3. 旋耕刀 4. 被抛起的土壤 5. 被栅栏挡住的土垡 6. 挡草栅栏 7. 越过栅栏的土壤 8. 主动防堵刀 9. 粉碎后的土壤
1. Stubble land 2.Be cut soil 3. Reversed stubble cutter 4.Be thrown soil 5. Be blocked soil by fence 6. Fence 7.Soil across the fence 8. Active anti-blocking cutter 9.After crushing soil
注:m为机具前进速度;r为反转灭茬装置转速;c为正转防堵装置转速
Note:mis the advancing velocity of this machine;risthe revolving speed of reversed stubble cleaning device;cis the revolving speed of active anti- blocking device
图2 工作原理
Fig.2 Working principle
2 关键部件设计
2.1 正反转组合式灭茬防堵部件设计
2.1.1 正反转选择
创造良好的种床条件是保证播种质量和出苗质量的必要条件,上茬作物收获后秸秆量大,要进行水稻免耕直播,播种机必须能够很好的掩埋秸秆,创造出适宜的种床土壤条件。由于反转旋耕刀工作时由远及近切削土壤,垡块细长,易破碎,可以保证苗带上土壤细碎,同时,反转旋耕刀配合挡草栅栏可以有效掩埋秸秆[16-17]。因此,本设计的灭茬装置采用反转旋耕刀,国标245旋耕刀。为解决在秸秆量大的地表播种时造成的秸秆拥堵问题,在施肥开沟器和播种口之间设计主动防堵刀轴。主动防堵刀只需将开沟器周围的秸秆、杂草等清理即可,无需入土,因此采用正转旋耕刀,国标165旋耕刀,将秸秆、杂草向后抛出。反转灭茬刀和正转防堵刀配合完成播种过程中的旋耕埋草,有效防堵,保证播种作业顺利完成。
2.1.2 传动设计
灭茬防堵部件传动简图如图3所示,反转灭茬部分采用侧边齿轮传动,正转防堵装置采用侧边链传动。
2.1.3 旋耕刀排列
为了更好的实现灭茬和播种后覆土,反转灭茬装置采用全副旋耕,旋耕刀轴采用100 mm的空心钢管,旋耕刀共42把,双螺旋排列,如图4所示,用螺栓固定在旋耕刀轴的刀座上。双螺旋排列能获得最佳的灭茬效果,不会出现壅土、缠草现象,并且刀轴受力均匀[18]。
防堵装置主要作用是清理施肥开沟器、播种口两侧易拥堵的土壤、秸秆等,无需入土,因此只需在施肥开沟器和播种口的两侧分别安装一把旋耕刀即可。刀轴采用80 mm的空心钢管,共有8对朝向相反的旋耕刀,采用双螺旋左右对称安装。
1. 动力输入轴2. 主变速箱3. 侧变速箱4. 反转灭茬刀轴5. 防堵刀轴 6. 正转主传动轴 7. 链传动
图4 反转灭茬刀排列
2.1.4 抛土运动分析
所设计的灭茬播种机覆土方式采用主动覆土,靠反转灭茬装置抛起的土将种子覆盖,反转灭茬装置的抛土性能是影响播种覆土的关键因素。参照文献[19]可知,反转旋耕刀切削土垡后,宏观上分为向前抛土和向后抛土两种情况,以向后抛土为主。向前抛起的土,大部分与旋耕罩壳碰撞后落下,分布于旋耕刀范围内,与旋耕刀发生二次碰撞,碰撞后被向后抛出[19]。
抛土性能是影响播后覆土的关键,根据逆转旋耕抛土研究[20]可知,当不计空气阻力时被抛土粒质点运动方程为:
式中0、0为被抛土粒质点的初始位置的横纵坐标,m;vv为被抛土粒质点的初始速度的分速度,m/s;为被抛土粒运动的时间,s;g为重力加速度,取g=9.8 m/s2。
由式(1)可知,土粒质点被抛出后的运动轨迹为抛物线,当土粒质点被刀片切下运动到正切面末端即将被抛出,其速度的方向角>π/2时,土粒将向后抛掷;当<π/2时,土粒将向前抛掷。因此,可得土粒向后抛掷的条件为
根据图5可得土粒质点从正切刃滑出时刻的速度及方向为:
式中e为土粒质点牵连速度,m/s;为旋耕刀正切面末端的切线与最小半径之间的夹角,(°);为旋耕刀转过的角度,(°);为土粒质点速度方向与最小半径之间的夹角,(°)。
以向后抛土为判别依据,根据式(3)可计算出临界点的位置和初速度,根据式(1)可计算出抛土轨迹,如图5所示。
注:v表示土粒质点速度,m/s;ve为土粒质点牵连速度,m/s;va为土粒质点绝对速度m/s;γ为旋耕刀正切面末端的切线与最小半径之间的夹角,(°)β为土粒质点速度方向与最小半径之间的夹角,(°);θ为旋耕刀转过的角度,(°);ψ为土粒质点速度的方向角,(°)。
2.1.5 抛土性能试验
采用示综法[21],在土槽中平行旋耕刀轴铺设1 000 mm× 10 mm×10 mm的彩砂,用微耕机牵引幅宽为1 m的反转旋耕机在彩砂区域进行作业,设置作业速度为320 r/min,选取最外侧10点,测量作业后彩砂的边缘分布,绘出分布曲线,重复3次。结果如图6所示。
图6 反旋作业后土壤边缘分布
从图6可以看出,反旋作业后,土壤大部分纵向分布在初始位置后方650~870 mm处。轴向分布比旋耕机耕幅略宽,土壤分布超出轴端位置10 cm左右,这可能和旋耕刀的安装方向有关,这也是播种机试验过程中两侧两播种行覆土不够的主要原因,可以考虑将轴端2把朝外的旋耕刀调换,使其朝向内侧。试验证明调换旋耕刀的朝向可以避免向耕幅以外抛土,从而有效改善两侧播种行覆土不够的情况。
2.2 播种装置设计
2.2.1 宽苗带播种口设计
传统水稻直播机一般采用小麦条播机,种子分布密集,水稻生长后期易倒伏。根据余松烈院士小麦宽幅精播技术,要求苗带宽度80~100 mm,行距22~26 cm[22],苗带覆盖率达36%~38%。由于是免耕作业,行距对播种机的通过性有重要的影响,行距越小,通过性越差,因此设计播种机行距为30 cm,要达到同样的苗带覆盖率要求苗带宽度为114 mm,刁培松等设计的小麦深松免耕施肥播种机,苗带宽度为120 mm,增产优势明显[23]。本研究借鉴余松烈院士提出的宽幅精播技术,设计了一种燕尾式播种口,考虑水稻的生长特性,适当增加了苗带宽度,苗带宽度设计为140 mm,考虑到边行优势,在播种口内部设计中间凸起,种子从导种管落下后,被中间凸起分流,播种后同一苗带截面上种子分布两侧多,中间少,如图7所示。
注:α为下种角度,(°);h为中间凸起高度
为了实现顺畅排种和有效分种,播种口采用铸铁铸造。播种口的下种角度和中间凸起的高度是影响排种性能的关键因素。水稻作为种子的含水率一般为12%~14%,休止角为27°~38°[24],为了达到最佳的排种和分种效果,在排种器试验台上对播种口的排种性能进行试验,从而确定最佳的下种角度和凸起高度。
下种角度大于水稻种子的自然休止角时,才能顺畅的下种,试验时分别设置为35°、40°、45°;中间凸起高度分别为2、4、6 mm,中间凸起最大宽度为80 mm,占整个播种口宽度的1/2。进行两因素三水平正交试验。
排种结束后,用尺子测量出10 cm的苗带,数出苗带上的种子数,计算同一苗带截面上左、中、右的种子密度比,结果如表2所示。
从试验结果可以看出,当=35°,=2 mm时,密度差异不显著;=4 mm和=6 mm时均发生堵塞,不能满足排种要求。当=45°时,3种高度水平下均满足排种要求,但=2 mm和=4 mm时密度差异不显著,=6 mm时,密度差异极显著,两侧种子太多;只有当=40°,= 4 mm时,既能保证排种顺畅,又能保证分种要求。因此,设计播种口的下种角度为40°,中间凸起高度为4 mm。
表2 种子分种情况
注:结果显示的是播种口左侧、中间、右侧种子数量的比值
Note: The results means the proportion of left, middle and right of the seeding device.
2.2.2 播种口位置确定
播种口位置是覆土好坏的关键,因此播种口与反转灭茬装置刀轴之间的距离要合适。从抛土性能试验中可知,反旋作业后,土壤大部分纵向分布在初始位置后方650~870 mm处,考虑到两旋耕轴之间若距离太近会增加拥堵的可能性,距离太远则加大了机身长度,因此应在满足要求的前提下尽量减小1。
1=L-3(5)
式中1为两旋耕轴之间的距离,mm;L为最大抛土距离,由试验得870 mm;3为正转防堵刀轴到播种口之间的距离,固定值132 mm;因此,得到的两旋耕轴之间的距离1为738 mm。
两旋耕刀轴垂直方向的距离与两旋耕刀轴的回转半径有关,由图8可知,
=–(-(6)
式中为两旋耕刀轴垂直方向之间的距离,mm;为旋耕深度,取120 mm;为反转旋耕刀的回转半径,245 mm;为正转防堵刀的回转半径,165 mm;因此,可得两旋耕刀轴垂直方向的距离为40 mm。
1. 反转灭茬装置 2. 正转防堵装置 3. 播种口 4. 施肥开沟器 5地面
1.Reversed stubble cleaning device 2.Active anti-blocking device 3.Seeding device 4.Fertilizer opener 5. Ground
注:为两旋耕刀轴垂直方向之间的距离,mm;为旋耕深度,mm;为反转旋耕刀的回转半径,mm;为防堵刀的回转半径,mm;1为两旋耕轴之间的水平距离,mm;2为最大抛土距离,mm;3为防堵刀轴到播种口的距离,mm
Note:is the perpendicular distance between two rotary cutter shaft, mm;is the depth of rotary tillage, mm;is theadius of reversed stubble cutter, mm;is the radius of anti-blocking cutter, mm;1is the horizontal distance between two rotary knife shaft, mm;2is the maximum distance of soil throwing, mm;3is the distance between anti-blocking cutter shaft and seeding device, mm
图8 旋耕装置与施肥播种开沟器位置
Fig.8 Position of rotary tilling device and fertilizing-seeding opener
3 田间试验与结果分析
3.1 试验条件
3.1.1 试验地概况
本研究选择山东省日照市东港区涛雒镇,涛雒镇位于山东省东南沿海,属暖温带湿润季风气候,冬季平均气温在0 ℃以上,夏季平均气温25 ℃,年平均气温12.6 ℃,年均日照2 532.9 h,降水量916 mm,既有南方的温暖湿润,又有北方的四季分明,是典型的稻麦两熟区;土壤类型为水稻土,旱涝保收,有机质25.82 g/kg,pH值7.57,碱解氮103.32 mg/kg,速效磷14.19 mg/kg,速效钾160.83 mg/kg[25-26]。当季小麦秸秆覆盖量5040 kg/hm2。
3.1.2 上茬作物处理
涛雒稻麦两熟区免耕旱直播处理要求上茬小麦收获时秸秆切段,切断长度≤100 mm,均匀抛撒。
3.1.3 供试品种
根据验区的气候条件和熟制选择生育期较短的临旱1号,属粳型常规旱稻,山东省临沂市水稻研究所选育,生育期125 d,平均株高81.3 cm,平均穗长13.9 cm,平均每穗粒数96.9粒,平均结实率80.1%,千粒质量26.4 g,一般6月中上旬播种,播量为90~135 kg/hm2[27]。
3.2 试验方法
按国家标准GB/T 20865—2007《免耕施肥播种机》[28]规定的方法和农业部农业机械推广鉴定大纲《免耕施肥播种机》[29]对水稻免耕播种机播种质量的检测指标进行测试。试验测试内容主要包括播种质量、种肥覆土状况、出苗情况和机具通过性等,检测设备包括电子秤、土壤硬度计、游标卡尺、秒表、卷尺和铁锹等[30]。
3.2.1 种肥深度
拖拉机以正常作业速度播种后,随机取8行,每行在50 m内随机取20个点,人工扒开土层进行播种深度和施肥深度的测量,并记录测试数据。
3.2.2 机具通过性
根据农业部农业机械推广鉴定大纲《免耕施肥播种机》[29],测区长度不得小于60 m,往返一个行程不发生堵塞或者有一次轻度堵塞,即视为合格。本试验在麦茬地表状况下进行了3次测试。
3.2.3 苗带宽度和种子分布情况
拖拉机以正常作业速度播种后,随机取8行,每行在50 m内随机取20个点,人工扒开土层,用尺子测量苗带宽度,并分别数出同一苗带长度上不同苗带宽度的种子数量,记录测试数据。
3.3 试验结果与分析
3.3.1 种肥深度
在小麦秸秆覆盖地免耕作业后进行种子、肥料覆土深度测定,对测量值取平均值后如表3所示。
由表3可以看出,在留茬地进行小麦播种作业的质量完全满足免耕施肥播种的农艺要求,种肥平均深度的变异系数分别为4.58%和2.40%。因肥料为垂直深施,种肥垂直间距变异系数为4.72%。种深的变异系数相对大于肥深的变异系数,这是由于肥料直接落入沟底,施肥深度只与开沟深度有关,而在播种时,播深同时要受开沟深度和旋耕抛土量2个因素的影响。
表3 留茬地种、肥覆土深度
3.3.2 机具通过性
本设计应用正反转组合式灭茬防堵方式,能有效的将秸秆掩埋,防止施肥立柱和播种口之间拥堵,在麦秸秆覆盖地进行了3 次测试,均无拥堵现象,机具通过性良好。
3.3.3 苗带宽度和种子分布情况
测得苗带平均宽度为138.4 mm,与理论苗带宽度无显著差异,基本符合设计要求。不同苗带宽度上种子的分布情况如表4所示。
表4 不同苗带宽度上种子及苗分布情况
注:不同小写字母表示差异显著,<0.05,下同。
Note: Different lower case letters mean significant difference,<0.05, the same below.
从表4可以看出,同一苗带长度上,不同苗带宽度上水稻播种量中间比两侧少,但差异不显著,基本符合设计要求;苗带宽度对水稻分蘖情况有影响,苗带两侧有效苗数显著高于苗带中间(0.05),可能苗带两侧通风透光条件好,有利于发挥边行优势;苗带两侧的有效穗数及成穗率显著高于苗带中间(0.05),也可能是由于苗带两侧通风透光增加了成穗率。
4 结 论
1)对反转旋耕装置进行了试验,得出在转速为 320 r/min,旋耕刀半径为245 mm时,反转旋耕机向后抛土的距离范围为650~870 mm,为水稻宽苗带灭茬播种机设计提供依据。
2)对宽苗带播种口进行了两因素三水平正交试验,得到最佳的排种角度和中间凸起高度分别为40°和4 mm,据此设计了宽苗带播种口。
3)对设计的正反转组合式水稻宽苗带灭茬播种机进行了田间试验,在麦秸秆覆盖地机具通过性良好。测得播种深度合格率、施肥深度合格率以及种肥间距合格率分别为91.4%、95.42%和91.17%;播种深度和施肥深度变异系数分别为4.58%和2.40%,种肥垂直间距变异系数为4.72%;平均苗带宽度为138.4 mm,与理论设计宽度差异不显著;不同苗带宽度上种子分布有差异但不显著,符合设计要求
苗带宽度对水稻水稻的分蘖、成穗等有影响,苗带两侧有效分蘖和成穗率显著高于苗带中间(<0.05),但最有利于水稻生长的最佳苗带宽度目前还没有研究,可能与水稻品种、当地环境条件等有关系,还有待进一步试验;机具的通过性满足农艺要求。
[1] 李炎子.我国种植业空间布局演变(1978-2009)[D]. 北京:中国农业大学,2014. Li Yangzi. The Evolution of Spatial Layout of China Crop Farming (1978-2009)[D]. Beijing: China Agricultural University, 2014. (in Chinese with English abstract)
[2] 申承均,韩修海,于磊. 国内外水稻种植机械化技术的现状与发展趋势[J]. 农机化研究,2010(12):240-243.Shen Chengjun, Han Xiuhai, Yu Lei. The situation and development trend of rice cultivation mechanization technologyin domestic[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2010(12): 240-243. (in Chinese with English abstract)
[3] 苏柏元,陈惠哲,朱德峰. 水稻直播栽培技术发展现状及对策[J]. 农业科技通讯,2014(1):7-11.Su Baiyuan, Chen Huizhe, Zhu Defeng, The present status and countermeasures of rice direct seeding[J]. Agricultural Science and Technology Communication, 2014(1): 7-11. (in Chinese with English abstract)
[4] 杨百战,杨连群,杨英民. 山东水稻生产发展优势、存在问题及对策[J]. 中国稻米,2006(3):53-54. Yang Baizhan, Yang Lianqun, Yang Yingmin. Development advantage, problemsand countermeasures of rice in Shandong province[J]. Chinese Rice, 2006(3): 53-54. (in Chinese with English abstract)
[5] Mussavi S H, Alamisaeid K H, Fathi G H, et al. Optimum rice density and herbicide application in direct seeding in Ahwaz region, Iran[J]. Asian Journal of Crop Science, 2009(1): 58-62.
[6] Xu Junzeng, Liao Linxian, Tan Junyi, et al. Ammonia volatilization in gemmiparous and early seedling stages from direct seeding rice fields with different nitrogen management strategies: A pots experiment[J]. Soil and Tillage Research, 2013(126): 169-176.
[7] Farooq M, Siddique K H M, Rehman H, et al. Rice direct seeding: Experiences, challenges and opportunities[J]. Soil and Tillage Research, 2011(111): 87-98.
[8] 罗锡文,李锡炼,刘涛. 水稻机械直播的现状及发展前景[C]//中国农业工程学会2005年学术年会论文集,2005:194-196. Luo Xiwen, Li Xidong, Liu Tao. The present status and foreground on the paddy mechanical direct seeding[C]// Chinese Society of Agricultural Engineering, 2005: 194-196. (in Chinese with English abstract)
[9] 曾山,汤海涛,罗锡文,等. 同步开沟起垄施肥水稻精量旱穴直播机设计与试验[J]. 农业工程学报,2012,28(20):12-19. Zeng Shan, Tang Haitao, Luo Xiwen, et al. Design andexperiment of precision rice hill-drop drilling machine for dry land with synchronous fertilizing[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012, 28(20): 12-19. (in Chinese with English abstract)
[10] 王在满,罗锡文,唐湘如,等. 基于农机与农艺相结合的水稻精量穴直播技术及机具[J]. 华南农业大学学报,2010,31(1):91-95. Wang Zaiman, Luo Xiwen, Tang Xiangru, et al. Precision rice hill-direct-seeding technology and machine based on the combination of agricultural machinery and agronomic technology[J].Journal of South China Agricultural University, 2010, 31(1): 91-95. (in Chinese with English abstract)
[11] 张洪程. 直播稻种植科学问题研究[M]. 北京:中国农业科学技术出版社,2009:1-15.
[12] 程建平,吴建平,罗锡文,等.不同种植方式对早稻生长发育特性及产量的影响[J]. 湖北农业科学,2011,50(3):457-460. Cheng Jianping, Wu Jianping, Luo Xiwen, et al. Influence of different planting methods on growth characteristics and yield of early rice[J]. Hubei Agricultural Sciences, 2011, 50(3): 457-460. (in Chinese with English abstract)
[13] 陈雄飞,罗锡文,王在满,等. 水稻穴播同步侧位深施肥技术试验研究[J]. 农业工程学报,2014,30(8):1-5. Chen Xiongfei, Luo Xiwen, Wang Zaiman et al. Experiment of synchronous side deep fertilizing technique with rice hill-drop drilling[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(8):1-5. (in Chinese with English abstract)
[14] 王利强,吴崇友,高连兴,等.我国水稻机械种植现状与发展机直播的研究[J].农机化研究,2006,(3):28-30.Wang Liqiang, Wu Chongyou, Gao Lianxing, et al. The paddy planting status and the research of developing paddy mechanical direct seeding in China[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2006, (3): 28-30. (in Chinese with English abstract)
[15] 丁为民,王耀华,彭嵩植. 正、反转旋耕不同耕作性能的比较[J].南京农业大学学报,2003,26(3):106-109.Ding Weimin, Wang Yaohua, Peng Songzhi.Comparison on performances of up-cut and down-cut rotary tillage[J]. Journal of Nanjing Agricultural University, 2003, 26(3): 106-109. (in Chinese with English abstract)
[16] 丁为民,王耀华,彭嵩植. 正、反转旋耕刀性能分析及切土扭矩比较试验[J].南京农业大学学报,2001,24(1):113-117.Ding Weimin, Wang Yaohua, Peng Songzhi. Comparison experiment and property analysis of up-cut and down-cut rotary blades[J]. Journal of Nanjing Agricultural University, 2001, 24(1): 113-117. (in Chinese with English abstract)
[17] 申屠留芳,邵鹏. 正反转旋耕灭茬机刀片的功耗分析[J].农机化研究,2007(11): 87-89.Shentu Liufang, Shao Peng. Analyzing the energy consumption of the blade of rotary tillage and stubble cutting machine when turning forward direction or reversible[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2007(11): 87-89. (in Chinese with English abstract)
[18] 李宝筏. 农业机械学[M]. 北京:中国农业出版社,2003.
[19] 闫军朝,李洪昌,胡建平. 逆转旋耕抛土土量分布计算研究[J]. 农机化研究,2014(11):29-33. Yan Junchao, Li Hongchang, Hu Jianping. Study on calculation of the up-cut rotary’s throwing Soil[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2014(1): 29-33. (in Chinese with English abstract)
[20] 刘孝民,桑正中. 潜土逆旋抛土研究[J]. 农业机械学报,1996,27(4): 40-44.Liu Xiaomin, Sang Zhengzhong. Study on soli-throwing of back-rotary cultivation[J]. Transactions of the Chinese Society forAgricultural Machinery, 1996, 27(4): 40-44. (in Chinese with English abstract)
[21] Liu J, Chen Y, Kushwaha R L. Effect of tillage speed and straw length on soil and straw movement by a sweep[J]. Soil&Tillage Research, 2010, 109(11): 9-17.
[22] 余松烈. 冬小麦精播高产栽培[J]. 山东农学院学报,1980(2):1-13.
[23] 刁培松,杜瑞成,李复辉,等.小麦深松免耕施肥播种机的研制[J]. 农机化研究,2013(11):103-106. Diao Peisong, Du Ruicheng, Li Fuhui, et al. Development of wheat subsoiling and no-tillage fertilization planter[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2013(11): 103-106. (in Chinese with English abstract)
[24] 田晓红,李光涛,张淑丽. 谷物自然休止角测量方法的探究[J]. 粮食加工,2010,35(1):68-71. Tian Xiaohong, Li Guangtao, Zhang Shuli. Determination of angle of repose[J]. Grain processing, 2010, 35(1): 68-71. (in Chinese with English abstract)
[25] 申蒙. 日照市东港区土壤养分、pH状况调查分析[J]. 中国园艺文摘,2011(2): 23-24. Shen Meng. Survey and analysis of soil nutrients and pH of cultivated land in Donggang District, Rizhao City, Shandong Province[J]. Chinese Horticulture Abstracts, 2011(2): 23-24. (in Chinese with English abstract)
[26] 百度文库. 山东省各地土壤类型及其分布[R/OL]. (2010- 11-14)[2016-04-10]. http://wenku.baidu.com/view/727af4fc700abb68a982fb7c.html.
[27] 马宗国,刘丽娟,刘延刚,等. 旱稻新品种临旱1号的配套栽培技术[J]. 中国种业,2011(1):60-61. Ma Zongguo, Liu Lijuan, Liu Yangang, et al. Complete cultivating techniques of new type rice Linhan 1[J]. China Seed Industry, 2011(1): 60-61. (in Chinese with English abstract)
[28] GB/T 20865-2007免耕施肥播种机[S]. 北京:中国标准出版,2007
[29] DG /T 028-2007免耕施肥播种机[S].北京:中华人民共和国农业部,2007.
[30] 朱惠斌,李洪文,何进,等. 稻茬地双轴驱动防堵式小麦免耕播种机[J]. 农业机械学报,2013,44(6):39-44. Zhu Huibin, Li Hongwen, He Jin, et al. No-till wheat seeder with two-axel drive anti-blocking in rice stubble field[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2013, 44(6): 39-44. (in Chinese with English abstract)
Design and experiment of wide band seeding rice seeder with reversed stubble cleaning and anti-blocking
Zhang Yinping1, Du Ruicheng1※, Diao Peisong1, Yang Shandong1, Wang Zhenwei2
(1.255049,; 2.210014)
There are some serious problems in the rice planting, such as wasting lots of time for rice seedlings transplantation, and high demands of direct planting in rice-wheat planting area. In order to solve these problems, the techniques of reversed stubble cleaning and active anti-blocking, along with the technique of wide band and precision seeding were used in a rice direct seeder. The designed direct seeder included the following parts: reversed stubble cleaning device, active ant-blocking device and wide band seeding device, and so on. It could implement the following function at one time: rotary tillage, stubble cleaning, anti-blocking, furrow opening, deep fertilizing, wide seeding, active covering soil and compacting. The way seeds covered by soil was active, in which soil was thrown in reversed rotary tillage, so the distance between reverse stubble cleaning device and seeding device was an important factor. It would influence the soil covering performance. The soil throwing in the reversed rotary tillage was analyzed, and the soil movement curve was drawn. Then the ensemble method was used to test the soil throwing performance. The results showed that the soil throwing distance ranged from 650 to 870 mm under the radius of 245 mm and the rotating speed of 320 r/min. Considering both the soil covering performance and the length of the rice seeder, the optimal distance between the reverse stubble cleaning device and the forward anti-blocking device was 738 mm, which was gotten by soil throwing test. At the same time, a wide band seeding device was designed according to the technique used in wheat wide band planting proposed by the academician Yu Songlie. The theoretical width of the seeding device was designed as 140 mm and the triangular bulge was designed in the middle which divided the width 140 mm into 3 sections i.e. 35, 70 and 35 mm. In order to obtain the best performance of separating seeds evenly, the seed arrangement test was carried out, and 2 influence factors, i.e. the angle and the middle bulge height of the seeding device, were designed in different values. Through the test of 2 factors and 3 levels, the optimum angle and bulge height were designed as 40° and 4 mm, respectively, which could arrange seeds smoothly and separate seeds evenly. At last the field experiments were carried out in rice-wheat planting area, and the results showed that stubble cleaning could be well finished by the reversed stubble cleaning device and the congestion could be well solved by the active anti-blocking device. With the reversed and forward rotary tillage, soil of seedbed was finely divided and soil covering was uniform. The variation coefficients of sowing depth and fertilizing depth were 4.58% and 2.40% respectively, and the variation coefficient of the distance between seed and fertilizer was 4.72%, which met the national standard. The average seeding band width was 138.4 mm with no significant difference with the theoretical width designed. In the different width of the seeding band, the number of seeds was different, but the difference was not significant , which met the demand of design. The growing states of crops showed that the width of seeding band had influence on the rice growing, and the effective tillering and the percentage of earbearing tiller on the sides of the seedling band were higher than that in the middle (<0.05). The passing ability of this seeder satisfied the agronomic requirements.
agricultural machinery; design; crops; reverse rotary; stubble cleaning; ant-blocking; wide band seeding; rice
10.11975/j.issn.1002-6819.2017.03.002
S222.3
A
1002-6819(2017)-03-0007-07
2016-07-19
2016-11-21
山东省农机装备研发创新项目(NJGG201502)
张银平,女,山东德州人,博士生,主要从事旱作农业机械化体系及装备研究。淄博 山东理工大学农业工程与食品科学学院,255049。Email:zhangyinping929@163.com
杜瑞成,男,山东临沂人,教授,博士生导师,主要从事旱作农业机械化体系及装备研究。淄博 山东理工大学农业工程与食品科学学院,255049。Email:drc@sdut.edu.cn
中国农业工程学会会员:张银平(E040000496A)
张银平,杜瑞成,刁培松,杨善东,王振伟. 正反转组合式水稻宽苗带灭茬播种机设计与试验[J]. 农业工程学报,2017,33(3):7-13. doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2017.03.002 http://www.tcsae.org
Zhang Yinping, Du Ruicheng, Diao Peisong, Yang Shandong, Wang Zhenwei. Design and experiment of wide band seeding rice seeder with reversed stubble cleaning and anti-blocking[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(3): 7-13. (in Chinese with English abstract) doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2017.03.002 http://www.tcsae.org