丘区玉米播种施肥铺膜一体机研究开发＊

2017-04-17刘小谭庹洪章四川省农业机械研究设计院

四川农业与农机 2017年1期

□刘小谭庹洪章唐亮张艳/四川省农业机械研究设计院

丘区玉米播种施肥铺膜一体机研究开发＊

□刘小谭庹洪章唐亮张艳/四川省农业机械研究设计院

四川丘区具有地块较小、土壤粘重、耕作质量提高困难的特点，目前省内适用的玉米播种机多是微耕机带动的小微型玉米播种，播种劳动力强度大，效率低。为了提高四川省丘区农业机械化程度，针对四川省玉米种植模式，本文主要研发了一种适用于丘区，配套中小型轮式拖拉机，通过更换播种单元就能满足露地直播和铺膜、播种、施肥于一体的多功能播种机，并对本机进行了现场实验，验证了该设备实用性、可靠性与便捷性。

玉米；播种机；丘区

0 引言

针对四川丘陵山地的地形及玉米播种的季节不同，本文研究的玉米播种机可通过更换播种单元来达到铺膜播种和露地播种两种功能，从而能够解决春玉米机播需要铺膜，夏玉米机播不铺膜的问题，增强了该类机型的实用性，填补了该类机型的技术空白。

1 总体结构及工作原理

1.1 总体结构

丘区玉米播种施肥铺膜一体机是为丘陵地区玉米机械化播种而设计，本机采用模块化结构设计，如图1～3所示，施肥模块由机架、排肥装置、施肥开沟器、地轮以及传动系统（锥齿轮及链传动）构成；膜上播种模块由铺膜机构、勺轮排种器、鸭嘴形滚筒播种机构以及传动系统（包括变速箱）构成。该机具由轮式拖拉机悬挂，配备动力大于等于18kW，可实现二行施肥、膜上精密播种；拆下膜上播种模块，更换上两个带平行四连杆机构的仿形播种单元即可实现露地直播、施肥等功能。

1.2 工作原理及工作过程

图1 丘区玉米播种施肥铺膜一体机主视图

图2 丘区玉米播种施肥铺膜一体机俯视图

本机具采用铰接方式悬挂连接玉米播种机和拖拉机。播种时在拖拉机的牵引作用下，带动安装在播种机架上的施肥开沟器和铺膜取土犁，同时对土壤进行开沟，开沟深度可根据工作时农艺要求进行调整，地轮提供支撑、限深和排肥动力；地轮和排肥轴之间采用锥齿轮和链轮传动，链轮传动有飞防止反转。本机具的整体运动，驱动地轮转动，驱动排肥装置运转，完成排肥功能；肥料经由排肥管导入施肥开沟器底部，完成施肥功能，可采用改变外槽轮工作长度的方式来调节施肥量。

图3 装备平行四连杆机构仿形播种单元结构图

铺膜播种模块通过卡件固定在机架上，由V型刮土板整理种床，铺膜取土犁提供压膜所需土壤，鸭嘴滚筒播种器穿破薄膜投下种子，播深4～5cm，排种器采用勺轮排种器，勺轮排种器和鸭嘴滚筒播种器采用变速箱联接，改变株距需要增减鸭嘴数量，改变鸭嘴数量后，换到相应档位即可。露地直播功能可通过更换平行四连杆机构的仿形播种单元来实现。平行四连杆仿形机构能够减小地面不平整对播种精度及深度的影响，让播种更精确、更快（6～8km/h）。

本研究采用的勺轮精密排种器附带一体化变速箱，可以方便调整株距。

播种单体旋转的排种盘均匀分布有18个勺型槽，当排种器运转时，排种盘旋转带动勺型槽进入充种区内取种，由于玉米种子的尺寸稍小于勺型槽的仿形尺寸，因此剩余的玉米种子会落回到取种区；清种区设有清种刷，其作用是把多余的种子刷落入排种器，这样做既能实现播量精确又能保证不伤种；然后，玉米种子从排种器排出，并由鸭嘴型播种器将玉米种子埋入土壤，经覆土和镇压后，完成播种。施肥装置是由锥齿轮和链轮传动带动外槽轮式排肥器运转的，肥料由导肥管排入沟槽内，完成施肥过程。铺膜装置则是铺膜辊上的薄膜通过支膜杆、导膜杆、展膜辊的联合作用，将薄膜横铺在地上，以便鸭嘴型投种装置能够扎透薄膜，完成播种过程。

1.3 技术指标

外形尺寸（长×宽×高）：2800mm× 1600mm×1020mm；机器质量：260kg；配套动力：18kW；作业行数：2行；作业速度：3～5km/h；薄膜宽：900mm；铺膜幅数：1幅；行距：450～600mm；粒距：140～235mm；穴粒数：1～2粒；播穴数：6.75万穴/hm2；播种深度：40～50cm；排肥量：30～60kg/hm2；施肥深度：100～150mm；生产率：0.36～0.60hm2/h。

2 主要工作部件

2.1 播种单体

本机具采用单体双轮驱动排种仿形结构，能够同时驱动2个排种器，播种开沟器与驱动轮相距不大于10cm。为了减少下种时种子的弹跳及播种时受侧风的影响，播种单体为鸭嘴式仿形排种结构，用于在地面上开孔和将种子植入孔穴中，播种单体采用鸭嘴形结构有利于减少伤种率，提高排种精度，使播深可控、易调。

2.2 开沟器

本机具采用楔刀型仿形开沟器，由前刀、底座、连接螺栓和侧翼组成。入土角为15°～16°，开沟宽度为5cm，高度H为15cm，底端长度L为15.6cm。底座上设计有凹槽可方便前刀插入，同时可以采用内螺栓固定的方式，能更加方便地更换刀具，对前刀进行开刃后作调质处理，以提高刀具的耐磨性。开沟器工作前，前刀先于地面划开一条预开沟槽，把土壤推向预开沟槽的两边；侧翼的作用是疏松沟槽两边的土壤，有利于玉米的生长。实验表明，此播种开沟器具有开沟宽度适中、开沟深度一致性较高的特点。

2.3 铺膜装置

本机具通过与土壤摩擦带动铺膜机构，通过支膜杆、导膜杆、展膜辊的联合作用来工作，本机具运行时，铺膜取土犁先在两侧各开出一条5～10cm的沟槽，展膜辊将薄膜平铺于地面，滚筒外沿展膜锥盘将薄膜的两侧压入开好的沟槽内，同时也将膜铺在地面上横向展平，覆土圆盘将土壤推向槽内的薄膜及薄膜两侧的孔穴上，压住两边的薄膜、盖住膜孔并形成膜床；与此同时盖住孔穴上方多余的土壤被刮土板刮掉，镇压轮将沟槽内松散的土壤压实，实现铺膜功能，这样的工作步骤有益于保墒，并能够促进种子发芽。

2.4 排种器

本研究的排种器为精密排种器，采用18个勺型槽均匀分布在排种盘内，如图4所示，当排种器运转时，排种盘旋转带动勺型槽进入充种区内取种；本研究的勺型槽为仿形，玉米种子的尺寸稍小于勺型槽的仿形尺寸，当玉米种子进入到勺型槽种勺内时，多余的玉米种子会因旋转方向无力支撑而落回到取种区；当排种盘继续旋转到清种区时，设计的塑料刷会把多余的种子刷回排种器中，当排种轮继续旋转达到鸭嘴形投种装置时，种子释放到鸭嘴形装置中，投种动作完成。实验表明，该精密排种器具有不伤种、充种性好、播种精准且播量精确的优点。

膜上播种模块由铺膜装置、勺轮排种器、鸭嘴形滚筒播种机构以及传动系统（包括变速箱）构成。因此，播种粒距与地轮直径、各链轮的传动比的关系表达如下式。

图4 勺轮排种器

式1中：S-播种粒距；

D地-地轮直径；

k-各链轮的传动比；

式2中：n为转速，z为链轮齿数。

2.5 覆土器

本机具采用圆盘式覆土器，与玉米播种机的前行方向有一定的倾角，可调。工作时受到机具的前进驱动，覆土器翻转土壤，并将土壤推进槽沟中实现覆土动作；可调节翼板上覆土器的安装孔位来调整覆土量与覆土角度。

2.6 施肥装置

本机具采用外槽轮式施肥器，可以改变外槽容积大小（工作长度）来调节施肥量；作业时，肥料经导肥器进入施肥开沟器，然后落入施肥沟内，肥料箱的容积计算公式如下。

式3中：V（m3）为肥料箱的容积；B（m）为机具工作幅宽；L（m）为肥料箱装满一次所走过的距离；Q（kg/hm2）为每公顷播量；η为肥料箱的充满系数，取η=0.7；v（kg/dm3）为肥料箱的容量。

依照四川地区丘区具体的作业要求，计算得到肥料箱容积至少为0.06m3，本文设计肥料箱长×宽×高结构尺寸为330mm×1500mm×310mm。

2.7 地轮及传动部件

本机采用两个橡胶充气地轮，直径430mm，采用封闭式锥齿轮传动作第一级。而丘区现在使用的北方铺膜播种机采用小直径（250mm）金属滚筒作地轮，容易打滑和粘附泥土导致排肥传动比改变；传动采用链传动，接近地面部分容易被秸秆和泥土污染，导致传动失效。本机采用的橡胶充气地轮直径较大，滑转率低，泥土粘附较少，封闭式锥齿轮传动可以实现免维护，传动比变化小，施肥精度高。