小麦宽幅播种机种肥开沟装置的设计与研究

李军宇，张淑娟，王曙光

(山西农业大学 a 工学院；b.农学院，山西 太谷 030801)

0 引言

小麦是我国三大粮食作物之一，也是重要的商品粮和贸易粮，提高小麦产量直接关系我国的粮食安全和国民生计[1-2]。由于我国新增耕地面积的空间不大，依靠扩大粮食种植面积来提高小麦产量并不现实，只有提高小麦种植管理技术，提高化肥施用效率，才能为小麦增产提供保障。目前，我国大部分地区冬小麦种植中仍采用抛撒式施肥，易导致肥料施用不均，不利于作物的吸收，且造成环境污染，肥料浪费现象严重。常规小麦播种方式上多采用条播，播种幅宽一般为3cm，在现如今播量逐渐增大的情况下易造成籽粒扎堆，导致幼苗分布疏密不均，出现大小苗、疙瘩苗现象。株距过小，造成小麦个体发育不良，根系不发达，在小麦扬花和灌浆时期，受季风影响，极易出现倒伏，严重影响小麦的单位产量。

小麦生产中采用现代农业先进技术和先进种植机械，可在减轻劳动强度、缩短劳动时间的同时，获得较高的单位产量和较好种植收入[3]。种肥同播技术是农业部门早年提出的一项小麦高产技术，是将种子和化肥同时播入田间、种肥同沟但深度不同的一种操作模式[4]，可改变传统撒施浅施等落后的施肥方式，提高化肥的利用率，省工省时，节本增效。但由于各地种植习惯的不同，种植机械难以满足当地农艺要求，种肥同播技术并没有大面积推广。本文针对现阶段小麦播种中存在的技术难点，结合种肥同播技术与当地农艺要求，设计开发出一种新型小麦宽幅播种机，旨在为小麦种肥同播技术的推广提供参考。

1 整机结构及工作原理

本次设计的小麦宽幅播种机主要由动力传输系统、旋耕装置、种肥开沟装置、种肥箱系统及覆土镇压装置等组成，是一种田间复式作业机具，可一次完成旋耕、碎茬、开沟、施肥、播种、覆土、镇压等多道工序。其中，种肥开沟装置是本机具的创新部件。整机结构如图1所示，主要技术参数如表1所示。

1.三点悬挂装置 2.齿轮箱总成 3.机架 4.旋耕装置 5.种肥开沟器 6.排肥管 7.种管 8.镇压驱动滚 9.刮土板 10.挡土板 11.张紧轮 12.种箱 13.肥箱图1 小麦播种机结构简图

名称单位数值外形尺寸(长×宽×高)mm1960×2240×1200整机质量kg870配套动力kW58.8～73.5工作行数9作业宽度mm2000行距mm120～150(可调)播种幅度mm120播种深度mm30～50施肥深度mm110～130排种器形式可调外槽轮式排肥器形式外槽轮式作业速度km/h5～6

工作时，拖拉机通过三点悬挂装置牵引机具进行播种作业。首先，万向节与动力输出轴相连，由动力传输系统将动力传递到刀轴上，连接在刀轴上的旋耕刀获得动力后旋转切碎土壤或玉米根茬，从而形成疏松的种床；随后，位于旋耕刀正后方的种肥开沟器开出适宜深度的种肥沟，通过镇压驱动滚链轮传动系统驱动排肥排种装置，肥料通过肥管撒落于种肥带内；部分土壤自动落回覆盖肥料后，种子通过排种管排到土壤中，完成小麦种植作业，种肥垂直分施，实现种肥同播；最后，通过镇压滚覆土镇压，使种子、化肥紧密接触，完成施肥、播种作业。

2 种肥同播开沟装置

2.1 防堵原理

在小麦、玉米一年两熟作业中，秋季玉米机收后，大量秸秆残茬覆盖地表，小麦播种机的通过性能和播种质量受到严重影响。为解决小麦播种机播种过程中产生的壅堵问题，国内外专家学者做了大量研究，研制出了动力甩刀式[5]、浮动支撑式[6]及双轴驱动式[7]等多种动力驱动形式的防堵装置。

本小麦播种机主要采用“抛切式”防堵原理。播种小麦时，拖拉机的动力通过动力传输系统递给刀轴，刀轴带动旋耕刀高速旋转，对播种行上的玉米根茬进行切除、粉碎，同时旋耕土壤，形成清洁播种带，防止播种作业时产生堵塞。由于开沟器的前段插入旋耕刀片内，每个开沟器的前段两侧各安装有一组旋耕刀组，这样不仅可以打碎玉米秸秆，还可以切掉开沟器上缠绕的秸秆，防止秸秆缠绕在开沟器上形成堵塞，且缩短了小麦播种机的机身长度。

2.2 整体结构

种肥开沟装置主要由种肥开沟器、铲柄、导肥管、导种管、固节器及调节螺栓等组成，如图2所示。导肥管与种肥开沟器固接在一起，在导肥管后加装导种管，利用回土效果保证了种肥垂直分施，导种管高度可以根据实际需求通过调整螺栓进行调节[8]。播种时，根据当地农业农艺要求及种肥同播原理，设计的导肥管高于开沟器20mm，导种管高于施肥管90mm，保证了种肥间隔70～90mm以上，满足生产要求和避免烧种。

1.种肥开沟器 2.导肥管 3.导种管 4.固节器 5.调整螺丝

本次小麦播种机采用小麦宽幅垂直分层种肥同播技术，将传统的密集条播、籽粒拥挤一条线改为12cm的宽播幅。播种时，种子位于土壤下面4.0cm，肥料位于种子下面9.0cm，肥料集中条状均匀深施，避免了肥料中氮的挥发且粒播分散式结构有利于种子的均匀分布;与传统播种方式相比，该技术的麦田通风透光性良好，麦苗整体生长均匀，可以有效分蘖，成穗率高，小麦根系发达。

2.3 种肥开沟器

2.3.1 主要参数

开沟器是小麦播种机的关键部件之一，共作用是开出沟槽，为种子发芽和作物生长提供良好的种床[9]。本文设计的开沟器由前刀、铲柄及固节器等组成，主要参数包括入土角、入土隙角及曲线方程等。

开沟器的入土性能与入土角的选择有关。若入土角度过大，土壤对开沟器的阻力大，土壤扰动量大，易发生堵塞；角度过小，开沟阻力小入土能力好，但开沟深度不够，不能满足农艺要求。种肥开沟器前刀的刃口设计为凹曲线，可以降低前进阻力。入土角的变化范围为20°～55°。

开沟器的入土隙角可以增加开沟器的入土能力。若入土隙角过小，入土性能差，增加摩擦阻力；角度过大，易造成土壤提前回落，使沟底不平[10]。一般取入土隙角为5°～10°，本文取入土隙角为6°。

李叔浅：恨水先生，又写了个悲剧。我最不爱悲剧。因为人生本来已经是场悲剧。悲剧不是我想说的，我想说的是，

2.3.2 开沟器的曲线方程

种肥开沟器前刀的结构简图如图3所示。假设凹曲线最下端的A点为坐标原点，则曲线上两点的坐标分别为A点(0,0)和B点(170,90)。

因此，建立开沟器前刀曲线(即圆弧曲线)方程为

(x-a)2+(y-b)2=R2

(1)

其中，a、b为圆的圆心坐标；R为圆的半径。

图3 种肥开沟器前刀结构示意图

图3中，设角ω、γ分别为开沟器上A、B点的入土角，O为圆弧的圆心，E为圆弧上A、B点的切线的交点，因此在四边形OAEB、△OAE、△OEB中有

(2)

由B点坐标得lAB=192mm。在一定条件下，入土角越小入土能力越好，但由于加工和使用寿命等问题，实验确定ω=25°、δ=55°。根据式(2)可得R=371mm。

将A(0，0)、B(170，90)、R带入式(1)，可得a=253 、b=-272，则种肥开沟器前刀的曲线方程为

(x+253)2+(y-272)2=3712

(3)

曲线AB上任意一点的入土角α的计算公式为

(4)

种肥开沟器入土深度为120mm的D点，其坐标为(120，90)，得到D点的入土角为44°，满足开沟过程中入土角大小的要求。

3 田间试验

3.1 试验田情况

2015年10月，在山西省襄汾县陶寺乡安李村进行了机收玉米秸秆覆盖条件下的小麦播种作业试验测试，试验地长为100m，宽为15m，可供6个行程。前茬作物为玉米335，秸秆覆盖量为3.1kg/m2，土壤质地为壤土，土壤含水率为14%，2015年10月3日测试。试验用小麦品种为长6 359，千粒质量为33g，种子含水率为12.5%，播种量为265kg/hm2，试验用肥料为腐植酸螯合肥，N-P2O5-K2O为26-10-6+TE，总养分≥42%，施肥量为545kg/hm2。试验用拖拉机为东方红1004，作业速度为5.2km/h。田间播种试验如图4所示。

图4 田间播种试验

3.2 试验内容及方法

根据GB/T 9478-2005《谷物条播机试验方法》、NY/T 996-2006《小麦精少量播种机作业质量》等相关标准，对小麦播种机的性能指标和播种质量进行测试，内容主要包括播种质量、机具通过性和种肥间距等。

3.2.1 种肥深度

采用“五点测试法”，具体测试内容：在试验区沿对角线等距离选取5个测区，每个测区宽度为一个工作幅宽，长度为5m；随机在每个测区内选取10个测点，人工扒开土层，进行播种深度和施肥深度的测量，播种深度以3～5cm为合格，施肥深度以11～13cm为合格。

3.2.2 机具通过性

根据农机部试验鉴定总站测试，机具合格标准为：“在刚收获的玉米地，植被覆盖量为2.0～4.0kg/m2，测试区长度为60cm，往返一个行程不发生堵塞或者有一次轻度堵塞”[11]。本次试验地测区长度为80m，往返3个来回，共6个行程。

3.3 试验结果及分析

3.3.1 种肥深度

播种后，田间试验种肥深度的测量结果如表2所示。

表2 种肥深度测量结果

从表2中的测量结果可以看出：种深、肥深合格率均达到国家标准，种深的变异系数大于肥深。这是因为小麦播种机采用的种肥开沟装置作业时为种肥同沟垂直分布，肥料先落入所开的＂V＂沟底部，施肥深度仅与开沟深度有关；而小麦播种深度同时受开沟深度和落种前回土量两个因素的影响，尤其是玉米秸秆覆盖地表状况复杂的情况下，一定程度上影响回土量；另外，种子着床质量也受到一定的影响[12-13]。

3.3.2 防堵性能

试验结果表明：该机具在正常作业6个行程的过程中，无明显堵塞现象，播种机具通过性良好，能够保证播种质量。本次研究设计的种肥开沟器插入到旋耕机旋耕刀片中间，旋耕刀在旋耕切碎土壤后形成比较理想的种床。同时，还可以切除附着缠绕在开沟器上的杂草秸秆，消除机具进行播种作业时产生的堵塞。

4 结论

1)田间试验结果表明：小麦的平均播种深度为3.8cm，平均施肥深度为12.3cm，种肥间距满足种肥同播7～9cm的农艺要求。试验过程中无明显壅堵现象，通过性良好，有利于小麦、玉米一年两熟区进一步的推广和应用种肥同播技术。

2)小麦播种机中的种肥开沟装置采用宽播幅12cm种子分散式粒播，种肥同沟垂直分施可实现种肥同播，提高了肥料利用率，且扩大了小麦单株营养面积，促使植株根系发达、苗蘖健壮，从而达到了增产的效果。

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AbstractID:1003-188X(2018)06-0116-EA

Abstract： In North China, many wheat-maize double cropping areas have many problems about wheat seeder, such as large amount of straw-covering, bad passing capacity and poor planting quality. Combing with these problems and the requirement of local agronomy and principle of seeding, a new type of wheat seeder was designed, which can complete the ditching , seeding, fertilizer, soil covering and pressing. The fertilizer ditching device in this wheat seeder can be used for distributed sowing with wide range (12cm), which expands the wheat planting width and nutrient area ,it is also propitious to the wheat seedling roots; A new device for fertilizer ditching can realize wheat seed and fertilizer sowing in the meantime, it improves the utilization rate of fertilizer. The field experiment showed that the mean sowing depth was 3.8cm, and the qualified rate of the sowing depth was 92.5%, the mean fertilizing depth was 12.3cm, and the qualified rate of fertilizing depth reached 94.7%, both of them met the requirements of fertilizer and sowing agronomic. The wheat seeder has the good performance during the sowing process.

Keywords： wheat; wide seeder; opener; device for fertilizer ditching