DMB-4200型免耕播种机播深调整设计分析

1、包头轻工职业技术学院 刘百顺2、中国农业科学院草原研究所/农业部草地资源与生态重点实验室 万其号

引言

免耕播种机是在有作物秸秆和残茬覆盖的免耕地上作业[1～3]，DMB-4200型免耕播种机是大型的免耕播种机，其主要有图1所示的牵引架、肥箱、种箱、地轮、液压系统、开沟器、棘轮部分、传动链轮、镇压轮构成，DMB-4200免耕播种机的播种行数是20行，工作时最小行距是150mm，可根据行距的要求进行调整。由于该型免耕播种机采用整体式开沟系统，即将开沟单圆盘犁刀和播种用的错开式双圆盘犁刀固联在同一个开沟器横梁上，因此可利用液压系统对播种深度和开沟深度同时进行调整。DMB-4200免耕播种机可适于播种大麦、小麦、牧草、苜蓿等，该机种肥分施功能保证种子和肥料之间有足够的距离，且犁刀梁前后错开，刀梁之间有限制距离的限位块，保证了播种过程行距一致性。DMB-4200型免耕播种机的传动系统主要以链轮传动为主，可以大距离的传输。开沟器的调整可通过液压系统及牵引系统进行调整，在调整过程中相对比较复杂些的可进行三维模拟调整。

1 播种深度的调整

DMB-4200免耕播种机的调整播深装置是播种机关键部分，由于DMB-4200免耕播种机的开沟圆盘和播种圆盘是固定在同一犁刀梁上的，因此对开沟盘的调整和对播种盘的调整是同时进行的，如下图2所示通过液压系统EF及三杆机构ABD来控制免耕播种机的波纹盘犁开沟器的入土深度，作为整体式的免耕播种机，可同时调整圆盘犁刀开沟器和播种盘开沟器，调整装置示意图如图2所示：调整装置由一个三杆机构和一个四杆机构构成，其中通过调整三杆机构ABD中的CD螺旋杆的长度对前圆盘开沟器进行开沟深度及整机机架的深度进行调整，通过另一四杆结构EGJN对后犁刀入土深度进行调整，这一四杆机构中其HJ杆上套有弹簧，通过给弹簧一定预紧力来对播种盘开沟器的深度进行控制。由于播种盘开沟器和波纹盘开沟器同时固定在刀梁上，无论是ABCD三连杆还是EGJN四连杆都对犁刀开沟器的深度有一定的调整。A点为免耕播种机的牵引点，螺旋杆可在482.5mm＜L＜742.5mm的长度范围内调整。

图1 DMB免耕播种机结构图

图2 液压控制调整机构

2 调整装置位置关系

利用pro/e软件建立DMB-4200免耕播种机的机构运动简图，加载运动约束、运动参数，并进行三维运动分析，分析完成后输出牵引架牵引点的位置参数、螺旋杆的位置变化参数、活塞伸长量的变化、开沟盘、播种盘的位置变化参数。根据牵引架的牵引点和螺旋杆位置的变化，在excel表格中绘制出牵引架。

图3为高度和螺旋杆伸长量的变化位置，并在位置图中对两变量进行了曲线的拟合，曲线拟合发现利用多项式拟合时R2=1，说明二次拟合曲线和实际数据的拟合成度很高，也就是表示知道牵引架高度的变化值就能算出螺旋杆长度的变化值。

图3 牵引架高度与螺旋杆伸长图

图4 活塞伸长量与前后犁刀位置图

图4表示活塞长度对犁刀与地面距离的位置图，通过对犁刀盘和活塞的位置进行分析，我们得到开沟波纹盘犁刀底部与地面距离的回归方程，其相关系数为R2=1，自变量x表示活塞伸缩的长度，因变量y表示犁刀距地面的高度值。播种盘上一点与活塞长度的变化为y=0.0008x2-0.8869x-81.793，其回归拟合度为R2=1，回归方程与实际测量值的拟合度很高，如果知道活塞的伸长量就可以通过方程来判断犁刀位置的伸长量，从而对犁刀梁进行调整。图4显示的是液压油缸在回缩过程中，波纹盘开沟器和播种盘开沟器之间的与地面距离变化的曲线图。通过曲线图形，利用运动关系建立液压油缸在回缩过程中的与开沟器之间的拟合曲线，在实际运动中，利用这种关系曲线我们只要知道液压缸的伸长和回缩的具体数值就能计算出犁刀盘上升或下降的位置，在以后调整过程中可以根据液压缸的位置变化来调整液压缸的变化。

而在实际的工作过程中，由于在液压缸回缩过程中，弹簧杆的HJ中的H并不是和杆固联在一起的，当地面对犁刀盘的压力大于弹簧的预紧力时，弹簧再次被压缩，将犁刀压入土壤中，直至弹簧的压力和土壤与圆盘的作用力保持平衡，犁刀梁开始正常工作。如果犁刀梁在入土深度时的作用力不能大于犁刀梁上调整弹簧的预紧力，则犁刀梁的四杆机构EGJN的运动轨迹就是按照图3的运动轨迹运动。

2013年5月在内蒙古海拉尔鄂温克旗距伊敏镇北60km的小谷山上进行试验研究，播种面积达到5000亩，该地区属于寒温带大陆性季风气候，春季风多而干燥，天气多变；夏季降雨集中，雨热同季；秋季雨水较春季多，气温变化急剧，降温快，霜冻早，全年无霜期平均103天。土壤为黑钙土，年平均降雨量350mm，种植制度为一年一熟小麦或是牧草的轮换播种。本年度播种是披肩草和谷子的混播，残茬是麦秆，配套动力是东方红120拖拉机。由于今年气候反常，在五月份至六月份下了三场大雨，播种地表干土层为2mm。

根据播种试验的要求，每行测3点，测4行共测得12个点，开沟器的开沟深度是扒开覆土层，首先测量种子的播种深度，其次测得开沟的深度，DMB-4200免耕播种机在播种披肩草和谷子的混和时，播种要求开沟波纹盘的开沟深度为70mm，播种双圆盘的播种深度为30mm，开沟深度均值为71.4mm，播种深度均值为26mm，完全满足播种深度要求。

3 结论

3.1 利用计算机对DMB-4200免耕播种机调整装置进行了分析，建立了牵引架高度和螺旋杆伸长量函数关系；开沟波纹盘犁刀与液压缸活塞伸长量的回归方程；播种盘与液压缸伸长量的方程。

3.2 对DMB-4200免耕播种机的播深调整装置进行了试验，对播种的数据进行测量，开沟平均深度均值为71.4mm，播种深度的均值为26mm，试验证明了播种能够满足要求。

[1]李洪文,陈君达,邓键.旱地玉米机械化保护性耕作技术及机具研究[J].中国农业大学学报,2000,5(4):68～72.

[2]马洪亮,高焕文,李洪文等.驱动圆盘刀切断玉米秸秆和根茬的土槽试验[J].农业机械学报,2007,38(5):47～50,54.

[3]王庆杰,何进,姚宗路等.驱动圆盘玉米垄作免耕播种机设计与试验[J].农业机械学报,2008,39(6):68～72.

[4]谷物条播机试验方法：中华人民共和国国家标准GB/T 9478-2005.

[5]牧草免耕播种机作业质量：中华人民共和国国家标准GB/T 9478-2005：NY/T1354-2007.