大垄双行播种玉米机械化生产试验研究

2018-07-03杨志强

农机化研究 2018年7期

杨志强

(承德县农牧局农业机械化技术推广站，河北承德 067400)

0 引言

玉米大垄双行播种是一种新兴、可行的玉米高效率种植技术，可简单理解为：选取1.2～1.3m作为垄距，0.6m作为垄沟宽度，0.45m作为行距，垄的顶面进行双行播种玉米的一种播种方式，如图1所示。采用此模式进行玉米机械化生产，一定程度上加大了垄与垄之间的距离，可以很好地增加采光通风效果，利于玉米后期的生长和接穗；另一方面，还可以根据实际情况进行合理地密植播种，提高玉米产量。承德县于2014年和2015年在三沟镇甲皮山村、六沟镇牛旺沟村两村每年分别示范5.33hm2，取得玉米均产量为9 430kg/hm2，示范效果良好。笔者基于大垄双行播种技术，对玉米播种生产机械化进行了试验研究，可为开发和研制新的符合农艺要求的玉米机械化生产设备提供一定的参考。

1 玉米播种机结构及工作原理

玉米播种机作为一种自动化农业机械，其工作效率的高低直接影响玉米种子播种、生长以致最终的玉米作物产量，因此其相关参数的选取及实现功能的匹配至关重要。本试验选取同时进行施肥和播种的玉米播种机械装置，如图2所示。其核心部件包括深松铲、各种施肥管及种子播种管和镇压轮等，各机械部件间相互协调配合，按照预设程序进行开沟、播种、施肥及覆土等一整套玉米播种作业。需强调的是播种器的精密程度决定了播种的精准度，各机构的衔接和运动保证了玉米种子的全方位正确接触和依照一定的顺序进行播种，做到不撒播、不漏播、不重播。

图1 大垄双行播种技术关键尺寸示意图

大垄双行的玉米播种模式，可以有效利用自然气候，如增加光合作用的传输、行间距的加宽及机械化播种机具的应用，可提高玉米的产量；同时，采用铅酸蓄电池为电气控制线路供电，减速电机型号、功率与田地作业的实际情况进行匹配，播种机的前进速率通过关键控制部件控制，内部结构设置离合动力防堵功能，播种装置实现无级调速，进一步进行播种机的作业动力、辅助动力及液压系统支撑动力的测算，以及关键部件的有限元承载能力分析，可使玉米播种机的作业效率最大化。

图2 玉米播种机简易结构及工作原理示意图

2 关键控制系统设计

对玉米播种机关键部件凸轮的运动规律进行设计，选取排种装置的相关参数，包括曲柄长度、连杆长度和导杆长度及切膜装置的开口尺寸等。在排种系统中加入传感器检测，其检测原理可描述为

(1)

式中C—玉米种子通过时的瞬时值；

C0—无玉米种子通过时的初始值；

s—极板间形成的面积(m2)；

ε1—玉米种子的介电常数(F/m)；

ε2—空气介电常数(F/m)；

ρ1—玉米种子的密度(kg/m3)；

d—两极板之间的距离(m)；

V—检测场体积(m3)；

m1—传感器内部玉米种子的质量(kg)。

对玉米播种的漏播和重播进行判断：通过实时采集传感器所传递运输的信号进行动态运算、实时调整，根据排种器排种播种的过程中实际玉米种子粒距与排种器内部理论粒距的大小关系进行判断，确保最大限度减少漏播、重播率，提高播种的均匀性。对于进入土壤内部的沟刀实行精确的入土深度控制，保证玉米种子被植入土壤深度的一致性。由图3排种过程机理可知

Vt=R·ω

(2)

(3)

(4)

t2<Δt+t1

(5)

t2-t1>2Ts

(6)

式中Vt—玉米种子的运动速率(m/s)；

R—播种装置形成的排种圆半径(m)；

ω—角速度(rad/s)；

H—播种装置与传感器上部边界的距离(m)；

θ—排种角度(rad)；

L—极板的总长度(m)；

t1—玉米种子播种运动至感应装置上部边界的时间(s)；

t2—玉米种子播种运动至感应装置下部边界的时间(s)；

g—物体的重力加速度；

△t—相邻玉米种子排种的时间间隔(s)；

Ts—脉冲扫描周期(s)。

针对播种自动控制，首先进行初始化操作，之后进行各端口和模块的参数功能设置及通信设置，绘制上位机程序执行的流程及主要运算过程，如图3所示。

通过CAN参数预置和播种速度及玉米种粒与种粒之间的距离检测，通过高精度传感器传送到下位机；下位机收到信号进行判别并控制执行部件发出相应的机械动作，包括玉米种子的排空防堵和报警提示等。同时，针对玉米种子脉冲的判别及中间脉冲信号间隔重点计数，统计出玉米总播种数量，进一步推算播种效率。

图3 玉米播种机排种简图

该播种装置的控制系统、传递组件和执行机构之间的密切无缝隙配合运动可以大大提高玉米播种机械化生产效率，加之大垄双行模式，可进一步增加玉米作物播种的密度和植株数量；自动智能的关键控制系统保证玉米种子进入土壤深度的一致性及出苗的整齐性，可满足排种效率提高的要求。

3 生产试验分析

3.1 试验前置要求

大垄双行播种作业之前，准备工作必须按照农艺要求逐步实施和完成，才能确保实现玉米机械化作业生产的良好成效。前期进行温度、有机药物配比，选取最佳的玉米种子发芽组合；翻地的深度达到0.25m以上，做到松土到位，土壤可以均匀混合肥力；选取合适的日期，最好在温度不是很高、太阳光线不强烈的时间进行，如图4所示。通过统计测量可知：在大垄双行模式下进行玉米播种，土壤地温更适宜玉米种子的发芽及进一步生长，对提高玉米后期产量的作用不可忽视。

图4 控制系统上位机程序简图

起垄作业完成后，需保证田间各垄形的平整、宽窄行距离达标，做好起垄后土壤的镇压保墒，对于后续的玉米播种、玉米在土壤中较高的出芽率可起到关键作用。进行播种时，玉米肥料同步进行，要求肥料适合玉米高效生长，通常选取复混肥料；玉米种子优良品种选取后，做到与土壤肥力、土壤水分的相适宜，可以有效保证玉米的高产出率，通常要求种子的纯度达到98%以上。表1 为试验过程中选取的关键因素参数。

表1 关键因素水平的选取

3.2 试验分析

考虑进行大垄双行模式试验播种特定条件的局限性和误差性，本试验分块分区选取试验的播种玉米株数进行各类参数的分析比较。主要采取两种方案：方案A为本试验核心方案，即大垄双行播种模式；方案B为本试验的对比方案，即小垄单行播种模式。由于垄间距的加宽、采光通风条件的优越，使得玉米产出量较小垄明显提升。由表2对试验栽培玉米植株的关键可测量参数进行对比，可知：植株高度高出近6cm，玉米百粒质量多出近3g，公顷产出量可高出近150kg，因此可推断出玉米作物的公顷收益将随之增加。

该技术在保证垄距合理的基础条件上，减少了玉米生长过程中因自然环境、风力条件、土壤保持力等关系的影响，可有效减少玉米植株的倒伏率；选取先进、精度高的玉米播种机进行播种，同时具备深耕施肥的功能，机械部件在各电气液压控制下准确地开展施肥播种和覆土等构件运动；种子在播种前经筛分、晾干、培育等多道工序，保证优质玉米种子的生长温度、发芽率等，后期施肥、浇水维护管理此环节亦因大垄双行模式的影响，便于其他相关玉米机具的作业，从根源上有效利用了各类资源，达到高产出玉米的效果和目标。

表2 试验栽培玉米植株参数对比

4 结论

1)采用大垄双行的播种技术，对玉米播种机的控制系统相关参数进行优化、对玉米播种机进行试验分析，以及间距离的扩宽、宽行通风条件的提供，可为玉米种子的良好生产做好自然条件准备。

2)生产试验分析研究表明：基于大垄双行播种技术，与小垄单行模式相比：一方面，玉米作物在株植的高度和抗倒伏率方面有明显提高，玉米的颗粒饱满性及玉米的穗粒大小和颗粒质量等分别有明显改善；另一方面，土壤田间玉米作物与间隙的合理布局，农业机械化后续作业提供便利，可保持田地垄形的良好性，播种的质量好，后期维护简便，可达到稳定、合理、有效提高玉米产量的效果，是一种值得广泛推广和应用的农作物播种模式。

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