大豆变量施肥播种机设计与试验

赵文罡++李洪刚++赵新天++吴尚华++王海龙

摘要：针对东北垄作区大豆机械化种植的农艺要求，优化组合大豆“垄三”栽培等多项农艺措施，设计了一种大豆变量施肥播种机，该机适用于大豆垄上栽培技术，可实现变量深施肥、高速气吸精密播种、覆土、镇压等作业，为大豆规模化、标准化和机械化生产提供技术装备支撑。本文重点介绍了该播种机的构成、工作原理和主要机构，并对该机的播种性能进行了田间试验。结果表明：该机各项性能指标均满足大豆精量播种的技术要求，具有良好的工作性能和适应性，旨在为东北地区大豆精量播种机技术的改进和研发方向提供参考。

关键词：大豆；精量播种；设计；试验

中图分类号： S224.22 文獻标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2017.21.023

东北是我国大豆的主要产区之一，也是我国五大主产区中种植面积最大、产量最高的地区，其年种植面积和年产量均占全国的40%以上。东北垄作区的大豆种植模式主要有两种：“垄三”栽培技术及其改进栽培技术、大垄密植栽培技术。部分地区还采用了小垄密植栽培技术和大豆机械化覆膜栽培技术。近年来，我国大豆产品面临国际市场竞争的严峻形式，受材料及人工成本不断上涨的影响，大豆种植面积不断减少、年产量连续下降、产业发展态势日益恶化，因此提高大豆单产水平、培育高品质品种、降低生产成本是确保大豆安全生产的有效途径。在国外大豆种植基本实现生产机械化的情况下，国内仍依赖进口机具及小型机械化为主的方式，导致我国大豆生产成本居高不下。实现高效机械化生产成为我国大豆行业提升竞争力，走出低谷的有效途径之一。

国外的播种机普遍使用精密压铸加工、液压控制、电子监测等先进技术以及新型材料，国内则应用较少。国内研发的播种机多以小型机为主，而大型机多为改装机，通常缺少液压、光电、通讯等技术综合应用，高端技术含量较低。综合对比，我国大豆播种机具技术及产品水平和发达国家相比较落后。

1结构设计及工作原理

1.1播种机的总体结构

该机主要由机架、地轮、风机总成、平行四杆仿形机构、变量施肥系统、气吸式精密排种器，施肥铲、开沟器、覆土镇压组合、划印器等组成。主梁采用三点式悬挂机构，在主梁两侧对称安装两个传动地轮，每个传动地轮带动各自排种器转动，整机作业时可一次完成开沟、分成深施肥（变量施肥）、精密播种（漏播监测）、覆土、镇压等作业。整机结构，如图1 所示。

1.2工作原理

机组工作时，施肥开沟器进行开沟，由步进电机通过链条驱动排肥轴转动，排肥盒排下的肥料经排肥管施到土壤中，实现变量深施肥；地轮转动并且通过链轮、链条驱动排种器转动，同时播种开沟器开沟，在风机的作用下气吸式排种器排出的种子经导种管进入种沟内（漏播监测系统进行监测报警），经覆土镇压组合部件将种子掩埋并压实。

2 关键部件的设计与分析

2.1气吸式排种器设计

精密排种器作为精密播种机的关键核心部件，其工作性能的优劣直接影响到播种质量。通过改进及优化设计，研制了一种气吸式排种器，主要由气室壳体、排种盘、充排种器盖、吸风口和清种装置等组成。是利用气室的负压产生吸附力将种子吸附到排种盘上工作的。气室壳体与排种圆盘配合形成真空气室，气室边缘安装有密封圈，防止漏气。排种盘是垂直的圆盘，盘上开有气流通道孔。为了防止种子出现架空现象，设有搅种轮，来促进充种室内种子的扰动，以提高种子的囊种率，从而降低漏播率。通过清种装置可以实现精密播种的单粒播种需求，见图2。

2.2变量施肥系统设计

设计了变量施肥系统（如图3）所示，系统由DGPS、处方数据库、CAN通信电路、微控制器、速度传感器、电机驱动器和步进电机等组成。工作时，控制器基于航位推算的方法获得地块位置识别信息，读取预存储地块的处方信息，控制器同时接收测速传感器的信息，根据施肥量控制公式，输出脉冲给电机驱动器，电机驱动器驱动步进电机运转。步进电机通过链条驱动排肥轴转动，实现变量施肥。同时，微控制器将机具作业速度、地块编号和施肥量等信息通过CAN通信网络发送给监控终端。

变量施肥监测软件界面（如图4）所示，界面左侧显示当前机具所在网格的编号、作业的面积、工作时间和当前时间等信息，中间显示当前机具的作业速度、排肥轴的转速、施肥量和施肥量历史曲线信息。当监控终端收到信息时，指示灯闪烁，指示监控终端的通信状态。暂停按钮用于暂停变量施肥作业，用于机具在地头转向等特殊情况。

2.3漏播监测系统

设计了精密播种机工作状况实时监测系统，种箱中的大豆种子由排种器排出，落入输种管，经由开沟器落入种床完成播种。种箱料位监测传感器安装在种箱底部，输种管种子流监测传感器安装在输种管中上部，开沟器堵塞监测传感器安装在开沟器上部，见图5。

3 田间试验与结果分析

3.1 试验地条件

2016年5月10日，在黑龙江省勃利县试验示范基地，进行该机的田间试验（如图6）。选取具有代表性的地块，土壤类型为黑壤土，土壤含水率为25%，墒情适宜，前茬作物为玉米，地面根茬经过粉碎处理并起垄，达到无残茬、无漏耕，平整细碎，达到待播状态。试验样机由黑龙江省勃农兴达机械有限公司生产，各项性能指标均达到设计要求，通过出厂检验。

3.2 试验方法

依据GB /T 6973-2005《单粒（精密） 播种机试验方法》进行试验，播种前先对播种机的排种量、株距、行距、播种深度、施肥深度等进行调整，调试之后，拖拉机以前进速度为2.0m.s-1（7.2km/.h）工况下进行播种试验，对变量施肥播种机的相关性能进行了检测，检测内容主要包括播种性能，施肥一致性及变量施肥控制精度，漏播报警检测精度等。

3.3试验结果分析

将试验数据统计，计算播种性能（粒距合格指数、重播指数、漏播指数、播种深度合格率）、排肥性能、电子检测性能，见表1。

由表1可见，大豆变量施肥播种机的粒距合格指数86.82%，漏播指数8.86%，播种深度合格率92.44%，各行排肥量一致性变异系数4.80%，变量施肥控制精度97.32%，可精准控制施肥量，满足排肥性能要求，漏播报警监测精度98.52%，说明该播种机具有良好的播种均匀性，具有良好的工作性能和适应性，各项性能指标均达到了国家相关标准要求。

4结论

针对东北垄作区大豆机械化种植的农艺要求，设计了一种大豆变量施肥播种机，该机适用于大豆垄上栽培技术，可一次进地实现变量施肥、垄上精密播种（电子漏播检测）、覆土、镇压等作业，为大豆规模化、标准化和机械化生产提供技术装备支撑。

设计的单腔双盘气吸式排种器，可实现单垄双条播的方式；设计的变量施肥系统，可根据处方图按需变量施肥，达到节能减排的目的；设计的漏播监测系统，可在播种时对播种状态进行实时监测及报警，保证了机具的作业质量。

通过样机的田间性能试验，测试结果表明，所设计的大豆变量施肥播种机，作业质量符合中华人民共和国机械行业标准《单粒（精密）播种机试验方法》的规定，能够满足东北垄作区大豆机械化种植的农艺要求，确保了粒距均匀性和播深一致性，且变量施肥控制精度准确，漏播报警检测精度高。旨在为东北地区大豆精量播种机技术的改进和研发方向提供参考。

参考文献

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[3]贾洪雷，王文君，庄健，等.仿形弹性镇压辊设计与试验[J].农业机械学报，2015，46（06）：28-34.

作者简介：赵文罡，助理研究员，研究方向：农业机械化及自动化。endprint