电力驱动精密播种机设计与试验研究

赵文罡，韩国靖，李洪刚，赵新天，于洪斌，吴尚华

（吉林省农业机械研究院，吉林长春130022）

目前，农业生产中使用的播种机的传动方式均为机械式链条传动，依靠播种机地轮与地表摩擦阻力为传动系统的动力来源，整套系统结构复杂，辅助零件多（链轮、链条、轴承、轴和张紧装置等），同时存在链条脱落、断裂等问题。播种时株距调节繁琐，需要通过人工更换链轮或调节附加变速机构（属于有级调节）。播种机地轮的打滑率高，影响播种株距均匀性和工作效率，导致播种机的作业质量不良[1]。基于上述问题，研究播种机电力驱动结构和配套信息系统，应用电动施肥装置，省去机械式链条传动系统的同时实现高精度播种株距、施肥量的信息调控，是机电自动化控制技术的体现，也是实现玉米种植技术机电一体化发展方向的重要历程。

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、施肥铲、施肥电机、开沟器、精密排种器、步进电机、传感器、数字输入式控制系统、覆土镇压器等组成。主梁由拖拉机采用三点式悬挂机构挂接，整机可一次完成开沟、深施肥、精密播种、覆土镇压等作业，结构如图1所示。

1.2 输入式调节控制系统

依托电子信息技术，采用数字输入地轮直径、播种株距、施肥量等信息，通过监测播种机地轮转速，将采集的信息传送到控制系统，经过系统内部程序运算，驱动并控制排种、排肥部件同步转动，实现配套拖拉机不同作业速度时播种、施肥的变量调节[2]，同时采用漏播监测报警功能，保证了播种机作业质量。

1.3 工作原理

工作时，拖拉机蓄电池提供动力源，传感器采集地轮位移信号，将数据传输给控制系统，系统经过程序运算，计算出该机的播种信息并发配指令，由电机驱动排肥轴转动，排肥盒排下的肥料经排肥管施到土壤中，由步进电机驱动精密排种器转动，同时播种开沟器开沟，排种器排出的种子经导种管进入种沟内，经覆土镇压组合部件将种子掩埋并压实。

图1 电力驱动精密播种机结构图

图2 数字输入式调节控制系统

表1 电力驱动播种机性能指标

2 田间试验与结果分析

2.1 试验地条件

2018年5月7 日，在吉林省农安县开安镇试验基地，进行了田间试验。选取具有代表性的地块，土壤类型为黑壤土，土壤含水率为28%，墒情适宜，地面根茬经过粉碎处理并起垄，达到无残茬、无漏耕，平整细碎的待播状态。

2.2 试验方法

播种前，采用数字式输入对该机的地轮直径、株距、施肥量等参数进行设定，对整机的行距、播种深度、施肥深度等进行调整、调试之后，拖拉机以不同的速度工况下进行试验，对其相关性能进行检测，内容主要包括数字输入式调节控制系统控制精度，及相关播种性能、施肥性能等。

2.3 试验结果分析

将试验数据整理，计算株距合格指数、施肥性能、电子监测性能，详见表1所示。

结果表明，电力驱动播种机的粒距合格指数99.35%，各行排肥量一致性变异系数5.80%，施肥控制精度96.44%，漏播报警监测精度98.88%，说明该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国家相关标准。

3 结论

一是机械式链条传动结构复杂和使用过程中存在链条脱落、断裂等问题，设计了一种电力驱动精密播种机，该机可一次进地完成开沟、施肥、播种、覆土、镇压等作业过程。

二是田间试验，测试结果表明所设计的电力驱动播种机，电力驱动代替机械传动，简化整机结构，有效提高传动可靠性，数字输入式调节控制系统可实现无极调节株距，播种株距均匀、性能稳定，施肥控制精度准确，漏播报警精度高，作业质量符合国家相关标准的规定，旨在为电力驱动技术在农业播种领域的改进和研发方向提供参考。