免耕播种机防堵技术研究现状与发展趋势

周再恒

(会宁县农业机械化学校，甘肃 会宁 730799)

0 引言

农业可持续发展是传统农业向现代农业发展的重要指标，是我国农业农村部大力推广的一项机制性的农业改革。其中保护性耕作技术是农业可持续发展的重要作业工序，技术核心就是少耕、免耕、高耕及垄沟耕作技术，其相对应的农业配套机械的研制对于提高工作效率、减轻劳动强度、节省农作时间、改善作业条件具有重要意义。其中，免耕播种机是保护性耕作技术的重要农业机械，目前已经在我国各个地区进行广泛推广。研究结果表明，免耕播种下的土壤具有保水保肥及改善土壤理化结构的，对于保障后期作物高产稳产具有重要意义。

免耕播种田间工作环境保留前茬作物根茬与大量土块，土壤地势不平整，因此免耕播种机在田间进行作业时会造成杂草、秸秆及根茬堵塞机器；地势不经过翻耕，地表土块较多，地势不平整会造成机械田间作业不稳定性，可靠性变差，进行播种时，容易造成漏播和重播。因此，免耕播种防堵技术是提高免耕播种技术田间工作效率的重要基础，对于推广免耕播种技术及其机械的广泛使用具有重要意义。

1 免耕播种机防堵技术

免耕播种机防堵技术按照田间作业形式主要分为驱动式防堵技术和被动式防堵技术。

1.1 驱动式免耕播种机防堵技术

驱动式免耕播种技术主要包括破茬式防堵技术和碎秸式防堵技术，关键零部件如图1、图2。主要依靠安装防堵刀片对杂草进行传送清理，杂草及秸秆根茬粉碎效率高，但是由于刀具在进行粉碎时遇到石块、土块等会造成刀具磨损，增加刀具成本，还会造成整机功耗增加，作业中安全问题也较为突出[1]。

图1 破茬式免耕播种机防堵技术

图2 碎秸式免耕播种机防堵技术

1.2 被动式免耕播种机防堵技术

被动式免耕播种技术主要包括切断式和分断式防堵技术，关键零部件如图3、图4。主要工作原理是依靠机械自身重力将堵塞的秸秆或者杂草强制分开或切断，是目前相对较为成熟的防堵技术，机械结构简单，工作性能较为稳定，但是对于不同地形和不同秸秆类型通用性较差。

图3 切断式免耕播种机防堵技术

图4 分断式免耕播种机防堵技术

2 免耕播种机防堵技术的研究现状

2.1 国外研究现状

国外农业机械发展较为先进，因此关于免耕播种机防堵技术研究较早。在2003年，随着以美国为首提出的农业保护性耕作技术开始实施，进而发展多种保护性耕作机械并进行大面积的推广应用。最早一套免耕播种机由John Deere公司研制而成，是被动式免耕播种机的发展雏形，关键零部件为圆盘刀具，通过自动调节可以对杂草及秸秆根茬进行切碎，关键零部件参数如表1所示。

表1 John Deere免耕播种机工作参数

后期，德国Bald机械研发公司研制出SPD系列玉米免耕播种机，关键零部件参数如表2所示。与美国前期研制出的免耕播种机相比，具有整机质量轻，开沟深度深，播种性能好及田间稳定性高等特点。但是由于采用驱动式防堵技术，因此不适宜于地面秸秆较多的田间环境条件。

表2 SPD玉米免耕播种机工作参数

近年来，德国Bald公司相继研发出Saphir与Cataya系列精密免耕播种机，均采用三点悬挂式工作原理，只需要配备30 kW左右的动力机械，工作幅宽超过3 m，防堵刀片采用10片耙刀，刀片间隙较大，可以实现对全覆盖作物秸秆的切断，大大提高了免耕播种机的田间防堵性能[2]。

2.2 国内研究现状

我国关于免耕播种相关机械的研究起步较晚，因此主要是针对秸秆全覆盖的农田环境进行防堵性能研究。中国农业机械研究院研制出一种栅板式免耕播种机防堵装置，栅板可以对田间杂草秸秆进行有效分离，层层分开，对于免耕播种机刀具缠草问题提供一种高效的解决方式。

后期，山东农业大学及中国农业大学工程学院在栅板式免耕播种机防堵技术的技术上主研制出一种杂草分拨板与一个引导装置相结合，将杂草实现分层后进行提升，从而提高了杂草分拨与清除，整体提升了免耕播种机的防堵性能，对玉米免耕播种进行田间试验验证该装置的防堵性能。西北农林科技大学针对田间杂草与土块缠绕的问题提出一种土块破碎装置，首先将杂草与土块进行强制分拨后利用圆盘刀片进行土块破碎，实现杂草土块分离后的土块破碎与杂草分离。山东农业机械公司针对我国山东地区一年两熟的小麦免耕播种机田间堵塞问题，研究出小麦免耕播种机防堵技术，通过对秸秆粉碎刀片的刀齿进行排列，提高粉碎效果与秸秆清楚效率，从而提高了整机工作效率。

3 免耕播种机防堵技术研究存在的问题

3.1 缺乏关于秸秆粉碎特性的研究

免耕播种机在进行秸秆覆盖量较大的田间作业时，需要对田间整株秸秆机进行粉碎，要想提高秸秆粉碎效率，关于秸秆粉碎特性的研究是提高秸秆粉碎效率的理论基础。秸秆的长度、密度及覆盖率对秸秆粉碎性能都会造成一定的影响，尤其是不同的作物秸秆高度差异较大，应该针对不同种类的作物秸秆进行研究，根据秸秆研究特性是优化机械参数配置的基础[3]。例如，针对玉米、高粱等较高的秸秆，进行粉碎时，应该从秸秆哪个部位进行切割后粉碎，保证刀片可以一次性割倒后进行粉碎，如果在玉米秸秆较高的位置进行切割，不易切断，且秸秆倒伏后会由于惯性进入机械后引起机械堵塞；另一方面，针对不同种类的秸秆可以配合使用不同的刀片种类组合，在田间秸秆粉碎中可以一次性实现秸秆根茬破碎，提高粉碎程度，更好地与土壤进行融合，提高工作效率。因此，针对不同种类的秸秆特性进行研究是优化机械设计的理论基础。

3.2 开沟能力较差

由于没有进行土壤旋耕，因此，进行免耕播种时，土壤中会有大量的前茬作物根茬与石块，这些都会影响免耕播种机的开沟能力，开沟不够深、刀具磨损严重或整机功耗增加。因此在根茬秸秆较为密集的土壤中如何提高开沟播种能力是提高免耕播种机整机性能的关键部分，直接影响后续种子发芽及成长。因此，在解决免耕播种机防堵性能的同时提高开沟能力也是需要重点研究的核心技术。

3.3 机器操作不规范

正确使用免耕播种机也是提高田间工作稳定性与可靠性的重要保障。由于免耕播种的土壤条件较差，土地较硬，土块和根茬较多，因此在作业前应该对免耕播种机配套农机具进行检查，保证所有的粉碎刀片、开沟器与镇压装置在同一个水平线。保证作业的均匀性与农业标准化建设，对液压调节装置进行预调节，看是否可以在田间工作时进行自由调节，满足不同地形下的秸秆粉碎与播种条件。并对播种、镇压装置进行空转10 min，检查是否可以正常运行。对播种装置的播种量进行研究，防止播种量不均匀。对开沟装置进行目标地块预实验，检查开沟器在该地块是否可以达到农业要求的开沟深度。确保各个零部件可以合理配合完成工作才可进入田间正式工作。另外，在降雨或者灌溉后不宜立刻进田间作业，一方面是由于田间含水率高，积水部位容易造成机械车轮凹陷，影响免耕播种机在田间的正常行驶，车轮积土严重还会增加机械损耗；两一方面是由于降雨或灌溉后，地面根茬或秸秆含水量高，此时纤维程度较高，不容易切断，容易造成秸秆杂草拉扯后加剧机械堵塞问题。在田间作业时，应该避免周围有人员，由于秸秆粉碎刀片具有一定的安全隐患，为了避免安全事故的发生，机械周围5 m左右不宜有人员在场。

4 免耕播种机防堵技术的发展趋势

4.1 研究改善关键零部件的工艺

目前，关于免耕播种机防堵技术的研究主要集中在机械设计研究，关于提高机具整体配合性与机具使用效率研究较为匮乏。由于田间工作环境恶劣，不同土壤酸碱度不一，极易对机具中的刀片及其他零部件造成腐蚀，不仅造成对杂草及秸秆粉碎性能降低，还会增加投入成本[4]。因此，应对机具工艺技术进行同步深入研究，在增强农业机具耐磨程度、提高机具工作性能、保证良好工作结构的同时，实现机具使用寿命的延长等方面具有重要意义。

4.2 提高免耕播种机的通用性

我国不同地区地形地貌、作物种类及种植时间差异较大，目前市面上的免耕播种机械在不同地区、不同作物种植通用性较差，限制了我国不同地区的免耕播种技术的发展。因此，未来我国应该加强免耕播种机防堵技术的通用性研究，针对不同地形地貌、不同作物秸秆种类进行通用性研究，可以全面推荐我国免耕播种技术的推广进行。

4.3 提高免耕播种机防堵装备智能化

随着农业智能化装备的进行，相关计算机及人工智能技术在农业机械生产中开始逐步应用。免耕播种机与智能化技术相互结合，免耕播种机在田间按照设定路径行驶时对周围环境进行分析，采用机器视觉技术，对田间杂草及作物秸秆进行分辨，可以顺利避让杂草与根茬，减少免耕播种机发生堵塞问题。因此，提高免耕播种机智能化控制可以适应多种地形地貌与田间环境，极大地提高免耕播种机的通用性与工作效率[5]。

5 结语

本研究以保护性耕作技术为研究背景，以免耕播种机械化为研究目标，对免耕播种机中堵塞问题进行研究，系统描述了目前国内外关于免耕播种机防堵技术的发展现状，阐述目前发展中存在的主要问题，基于我国基本农业发展模式提出未来我国免耕播种机防堵技术的发展重点与难点，研究结果以期为健全免耕播种机防堵技术研究体系提供技术参考。