蔬菜复式起垄播种机及其应用

刘海 李远东 郭翔 涂建东 郑荣华 付晓星 罗友谊 杜铮

蔬菜是人们日常饮食中不可或缺的一部分，蔬菜种植技术对其产量和品质具有重要影响[1]。 随着科技的不断进步，蔬菜种植技术也在不断发展和完善[2]。中国是世界上最大的蔬菜生产国，随着我国经济的高速发展， 人们对蔬菜的需求量逐年攀升，部分地区新鲜蔬菜供不应求[3]。然而，蔬菜属劳动密集型产业，生产成本较高[4]，因此传统人工为主的生产方式向机械化生产方式转化是一种发展方向[5]。

随着农业技术的发展， 播种机已成为现代农业生产中不可或缺的设备[6]。播种机具有快速、高效、精确等优点，能显著提高播种效率，减少人力成本，增加农作物产量[7]。 然而，环境因素对播种机的使用和性能具有重要影响[8]。 温度、湿度、风速等环境因素不仅直接关系到种子的发芽和生长，还对播种机的操作与性能产生影响。 因此，了解和应对环境因素的影响对提高农业生产效益具有重要意义[9]。

蔬菜复式起垄播种技术是一种新型的蔬菜种植技术，包括开沟、旋耕、起垄、播种、施肥、镇压等多个环节。 蔬菜复式起垄播种机可实现蔬菜复式起垄播种技术的轻简化和高效化。 该技术的应用能提高蔬菜产量和品质，减少病虫害的发生，降低生产成本。 介绍了蔬菜复式起垄播种机的工作基本结构、工作原理、关键部件结构与设计，及其在蔬菜复式起垄播种技术中的应用优势，以期为蔬菜生产提供新的思路和方法。

1 蔬菜复式起垄播种机基本结构与工作原理

复式起垄播种技术是一种新型的蔬菜种植技术，该技术将传统的平作种植方式与起垄种植方式相结合，实现了蔬菜的高产、优质、高效种植[10]。 在传统平作种植方式中，蔬菜植株被种植在同一个平面上，而复式起垄播种技术则是将蔬菜植株种植在两个不同高度的平面上，从而增加了植株间的通风和光照，减少了病虫害的发生。 此外，复式起垄播种技术还能提高土壤的保水保肥能力， 减少水肥流失，提高土壤质量。 蔬菜复式起垄播种机为复式起垄播种技术的实现提供了科技支撑。

1.1 蔬菜复式起垄播种机基本结构

为研究环境因素对播种机的影响， 需开展播种机的结构研究。 该播种机主要包括排肥装置、旋耕装置、起垄装置、开沟装置和排种装置，其结构如图1。

图1 播种机结构示意

1.2 蔬菜复式起垄播种机工作原理

蔬菜复式起垄播种机挂接于拖拉机尾部，工作时，拖拉机后输出轴将动力传递到旋耕刀辊，前端两侧的圆盘犁破土并导土入旋耕装置内，由旋耕刀辊实现旋耕功能。 同时，肥箱中的肥料由排肥器导入土壤，后经旋耕刀辊旋肥入土，实现施肥功能。 随着机具前进，旋耕的土壤在起垄辊的挤压下形成垄体，实现起垄功能。 开沟装置作用于垄面并由开沟器破土开沟，实现开沟功能。 作物种子经由排种器、开沟器入土，随后由开沟器的覆土杆覆土，实现排种功能和覆土功能。 机具工作过程如图2。

图2 播种机工作过程示意

2 蔬菜复式起垄播种机关键部件结构与设计

2.1 关键部件结构

蔬菜复式起垄播种机关键部件主要为排种装置和开沟装置， 其中排种装置安装于开沟装置上部，排种装置和开沟装置形成一个整体，主要由圆盘犁、旋耕刀辊、排肥装置、肥箱、起垄辊、排种装置、开沟装置组成，如图2。

①开沟装置结构 蔬菜复式起垄播种机开沟装置主要包括开沟装置机架、排种装置机架、排种器、钢丝软管、风机、排种器电机、开沟器等，结构如图3。

图3 排种器示意

②开沟器结构 开沟器主要功能为开种沟和覆土，可控制种沟深度、种沟宽度，并且根据各开沟器的间距调整播种株距，其中播种深度是农业技术中的重要指标[11]，本文所设计的开沟器为耧腿式开沟器，主要结构如图4。

图4 开沟器结构示意

开沟器中，破土功能的好坏与开沟器的刃口曲线有关， 本文设计的开沟器刃口曲线采用圆弧曲线，如图5。

图5 刃口曲线设计示意

由图5 中几何关系可知，Hr=y1-y2；Lr=Rcosθ1-Rcosθ2；IOQ=Rsinθ1+y1=Rsinθ2+y2。

式中Hr为刃口曲线高度（mm）；Lr为 刃 口 曲 线 开度（mm）；θ1为起始滑切角；θ2为终止滑切角。

综上可得刃口曲线AB的方程为：y=Hr/（sinθ2-sinθ1）+

根据上述分析可知，起始滑切角θ1、 终止滑切角θ2、刃口曲线高度Hr决定刃口曲线AB 的形状。 根据蔬菜种子的农艺要求，所设计开沟器的刃口曲线高度Hr=60 mm。 滑切角从A 点到B 点过程中逐渐增大，即θ1〈θ2。根据文献[12，13]，当起始滑切角大于23°、终止滑切角在35°～55°时，与土壤产生滑切阻力较小。

2.2 播种机播种效率测算

对播种机而言，其工作效率是衡量整机经济性的重要指标之一，而本文介绍的蔬菜复式起垄播种机的工作效率由关键部件决定。在保证播种机合格率、重播率及漏播率满足试验指标的前提下，要确保播种机一机多能，一次性完成蔬菜的种床成型及播种作业，并满足被播蔬菜种子的农艺要求。

我国蔬菜品种较多，即使同类品种，在不同地区的种植模式和农艺要求也不尽相同，因此播种机的播种株距、 行距及播种深度必须具有调节功能，以适应各品种的播种作业。本文介绍的蔬菜复式起垄播种机，确定了整机的工作宽幅、垄面宽度、垄高可调范围、沟底宽度范围，在播种机行数确定的基础下，确定行距可调范围，株距由排种器的排种盘转速和播种机行进速度共同作用决定，其中排种盘转速、播种机行进速度和株距间的关系为：播种机行进速度越大，株距越大；排种盘转速越大，株距越小。 以东方红LX954 拖拉机为例，由于拖拉机与播种机间采用刚性连接，工作时，播种机速度和拖拉机速度保持一致， 通过试验可测得合适的株距范围。 播种深度与种沟深度相似且满足需求。

3 播种机在生产中的应用

蔬菜复式起垄播种机的主要技术参数如表1所示。 蔬菜复式起垄播种机应用的土壤类型为已旋耕黄棕壤，土壤含水率为18.14%，播种的小白菜品种分别为上海抗热605、中萁青605 及夏胜。根据当地农艺要求，以播深10 mm，株距100 mm，作业速度5 km/h 作为参数依据。 在保证各项指标合格的前提下，尽量提高播种机的速度，保持整机工作效果，其应用场景及效果如图6、7。

图6 播种机应用场景

图7 出苗情况

表1 播种机主要技术参数

4 结论

本文采用应用研究方法，对蔬菜复式起垄播种机及其技术进行了深入分析和探讨。 首先，通过文献综述了解复式起垄播种机的基本结构和工作原理；其次，通过应用研究方法，开展复式起垄播种机关键部件的结构设计；最后进行复式起垄播种机的生产作业。 基于复式起垄播种机的应用情况和出苗效果，实现了蔬菜复式起垄播种技术，说明了蔬菜复式起垄播种机及其播种机技术具有应用优势，为蔬菜复式起垄精量播种的实现提供了平台。

蔬菜复式起垄播种机作为现代农业的重要装备，对于提高农业生产效率和增加农作物产量具有重要意义。 然而，环境因素对播种机的使用和性能具有重要影响。 了解和应对环境因素的影响，采取相应的应对措施，能够更好地利用播种机，提高农业生产效益。 未来，随着农业技术的发展和农业数据的普及，有望实现更加精确的农业管理，提高农业生产效益。

本文通过对蔬菜复式起垄播种技术的深入分析和探讨，验证了该技术的优越性和发展前景。 应用结果表明，采用复式起垄播种技术种植的蔬菜，产量和品质均得到了显著提高，同时减少了病虫害的发生，降低了生产成本。 因此，复式起垄播种技术具有广泛的应用前景，有望为蔬菜生产提供新的思路和方法。