单体仿形双行绿豆播种机的设计与试验

林在隆，魏云山，周学超

(赤峰市农牧科学研究院，内蒙古 赤峰 024031)

0 引言

我国北方绿豆主要种植在旱坡丘陵地，存在生产条件差、耕作粗放、种植技术不规范[1-2]及机械化程度低等主要问题。绿豆以等行距种植为主，由于气候干旱造成田间绿豆植株矮小，加快了水分蒸发；因种植密度较高、株距过窄，影响了植株生长，造成平均产量水平较低，生产效益不高。近年来，大垄双行栽培技术因其保墒、抗旱，以及可提高光合、水肥利用率，特别是提高田间覆盖率，增产优势明显[3-6]，已成为越来越受农民欢迎的实用新技术。目前，农业生产中双行播种机应用较多[7-22],但还缺少相应的能够较好满足绿豆农艺要求的配套播种机具。因此，为了更好地促进北方绿豆生产发展，特别是解决旱坡丘陵地种植绿豆缺苗断垄的问题，需要研制一种能够适应旱坡丘陵地、可精量播种的大垄双行播种机。

1 整机设计及工作原理

1.1 整机设计

单体仿形双行绿豆播种机结构如图1所示。在悬挂架的横梁后侧通过仿形连接装置连接多个单体施肥播种机，单体施肥播种机包括壳体，壳体的的上方安装种子化肥箱；壳体的前端设置前犁柱套筒，前犁柱套筒内安装施肥开沟犁，壳体的后部设置后左犁柱套筒和后右犁柱套筒，后左犁柱套筒内安装左播种开沟犁，后右犁柱套筒内安装右播种开沟犁；在左播种开沟犁和右播种开沟犁的后部连接覆土器，覆土器的后部设置连接在壳体后部的弹性镇压器；壳体内前部是排肥腔，排肥腔内设置排肥槽轮，排肥腔下部连接排肥斗和连通施肥开沟犁的排肥管；壳体内后部是排种腔，排种腔内设置双行排种孔轮，双行排种孔轮下部的排种腔由隔种板分割为左侧下排种腔和右侧下排种腔，排种腔下部连接排种斗和连通播种开沟犁的排种管；在壳体的一侧设置齿轮箱，齿轮箱内部设有相互啮合的主动齿轮、驱动排肥槽轮旋转的排肥齿轮和驱动双行排种孔轮旋转的排种齿轮，主动齿轮由贯穿壳体和齿轮箱的主轴和主轴两端的抓地轮驱动。

1.悬挂架 2.仿形连接装置 3.单体施肥播种机 4.壳体 5.前犁柱套筒 6.肥料箱 7.种子箱 8.弹性镇压滚 9.覆土器 10.播种开沟器 11.主轴 12.抓地轮 13.施肥开沟器

1.2 整机工作原理及工作过程

播种机与拖拉机三点悬挂连接,拖拉机通过仿形连接装置牵引单体施肥播种机，带动抓地轮运动；抓地轮转动后通过齿轮驱动排种器和排肥器运动，种子和肥料分别经排种管和排肥管落入由播种开沟器和施肥开沟器所开沟内；播下的种子经覆土器覆土、镇压器镇压后，使同一垄内的2行种子固定在原位，双行效果明显，并使种子与土壤充分接触，保墒效果好，有利于种子出苗。

1.3 播种机的主要特点

1)播种机在悬挂架的横梁后侧连接多个单体施肥播种机，它机动灵活，可以根据拖拉机的牵引动力情况配置单体施肥播种机的个数，适应不同型号拖拉机的作业要求。

2)每个单体施肥播种机都通过仿形连接装置与悬挂架相连接，具有很好的仿形功能，适应和满足在坡耕地或者地表不平整土地上的播种作业要求，具有播种深度一致、作业质量好、适应能力强、故障少及使用安全可靠的特点。

3)采用了一体化设计方案，在一个壳体内设置排肥腔和排种腔，排肥腔内设置排肥槽轮，排种腔设置双行排种孔轮，一个单体施肥播种机可以单行播肥或双行播种，能够满足大垄双行的农田作业要求。

4)在壳体的一侧设置齿轮箱，齿轮箱内部设有主动齿轮、排肥齿轮和排种齿轮，主动齿轮抓地轮驱动，传动机构结构紧凑，运行稳定，克服了链条传动存在的各种缺陷。

5)单体施肥播种机在壳体的前端安装施肥开沟犁，在壳体的后部安装两个播种开沟犁，整体设计结构紧凑合理，故障率低，运行稳定可靠。

1.4 主要技术参数

单体仿形双行绿豆播种机主要参数如表1所示。

表1 主要参数

2 关键部件的设计

2.1 播种机壳体设计

壳体是播种机的关键结构，关系到整机实用性，如图2所示。壳体的前端安装有施肥开沟器，壳体的后部安装左、右播种开沟器，两个播种犁垂直距离为0～80mm，水平距离为80～100mm，通过垂直和水平间距的调节，可保证作业时机具通过流畅性。壳体内前部是排肥腔，后部是排种腔，排种腔内设置双行排种轮。为有效隔离排种轮种子，双行排种轮下部的排种腔由隔种板分割为左侧下排种腔和右侧下排种腔，保证了双行播种的均匀度。在壳体的一侧设置齿轮箱，齿轮箱内部设有相互啮合主动齿轮、排肥齿轮和排种齿轮，主动齿轮固定在主轴上。

1.排肥腔 2.排肥槽轮 3.排种腔 4.双行排种孔轮 5.隔种板 6.齿轮箱

2.2 双行排种器和排肥器的设计

双行排种器与排肥器是播种机的关键部件之一，其性能关系到整机作业质量。本机设计了双行槽轮式排种器，播种量大小与齿槽数量、排种器转速、齿槽大小有直接关系。排种轮包括定辊、动辊和调节旋钮，如图3所示。通过调节旋钮，可以调节定辊和动辊的轴向间距，从而可同步调节双行种槽的大小。由于绿豆子粒较小，该排种器设计为24齿型槽轮，通过减小齿槽深度、缩小凹槽直径，使单个齿槽的容积变小，每个齿槽可拨出单粒或双粒种子，从而做到精量播种；通过间隔长短齿槽，形成双排齿槽排种，达到错位双行播种效果。同时，采用毛刷刷种，增加了排种均匀性，减少了种子破损率。排肥器为槽轮式，与排种器设计原理一致，采用14齿槽设计，齿槽长度可调，以保证各排肥器排肥量均匀一致。

图3 播种轮结构简图

2.3 开沟器的选择

施肥开沟器采用宽度为80 mm 的翼铲式开沟器，可将表层干土翻开，开沟翻土宽度可达到10～15 cm，除了具有开沟施肥功能以外，还具有灭茬、除草和松土作用[12]，如图4所示。排种开沟器采用宽度为35 mm 的刀式开沟器，翻土量小，可保证种子落入适宜深度的湿土层，种子落入沟内之后可实现自动覆土。播种开沟器位于施肥开沟器后方两侧，水平距离为80～100mm，在同一垄沟内进行双行播种。

1.施肥开沟器 2.播种开沟器

3 绿豆单体双行播种机的试验及结果分析

3.1 试验田间

2016年6月, 该机在内蒙古赤峰市阿鲁科尔沁旗天山镇和松山区城子乡山旱地进行了田间试验，主要测试了播种质量。试验地为一年一熟的垄作地，前茬作物为谷子，成熟后人工收货。土壤质地为沙壤土, 含水率为13.0%(0～50mm)、16.5%(50～100mm)，前茬作物行距为450mm，垄台平均高度为65m、配套动力为22.1kW。该机穴距和行距均能调整, 此试验预设的穴距为150mm，行距为80mm。

3.2 试验结果与分析

3.2.1 测试方法

测定该机的性能参数[23-31], 主要对穴距和种子穴粒数，种子和化肥深度、间距等进行了测量。

1)种肥深度、间距测量:拖拉机以正常作业速度(5～7km/h)播种后, 机具稳定作业100m往返作业1次，作业共6行； 每行在50m内随机取10个点，人工扒开土层进行播种和施肥深度的测量。种肥间距30～60mm 为合格。

2)穴距和穴粒数测量:拖拉机以正常作业速度，开沟器不入土作业，将种子播在较松软的地表以防止种子弹起，作业6行，每行取5m进行粒距测量。

3.2.2 结果分析

测定结果如表2所示。据测量结果分析, 参数均符合设计要求，覆土均匀，无明显缺陷。

1)试验过程中，播种平均深度33.8mm，施肥平均深度65.8mm ，种肥间距为45.6mm，合格率为90.8%，变异系数为11.05%，符合在种肥隔离的农艺要求。

2)播种深度与施肥深度的变异系数分别为4.30%、10.58%，说明机具采用单体仿形效果较好。

3)机具采用双行槽式排种器，平均粒距为147mm ，合格率为95.5%，说明排种器排种稳定。

4)机具在作业过程中, 没有发生堵塞现象, 通过性较好。

表2 田间试验测定结果

4 结论

1)本机可根据拖拉机的牵引动力情况配置单体施肥播种机的个数，适应不同型号拖拉机作业要求。

2)每个单体施肥播种机通过仿形连接装置与悬挂架相连接，能够在旱坡丘陵地实现均匀播种,具有播种深度一致、作业质量好及适应能力强的特点，机具进地一次能够完成施肥、播种、镇压，作业质量符合农艺要求。

3)单体仿形双行绿豆播种机的双行播种结构能够稳定作业，设计的双行排种器排种均匀，满足大垄双行的农田作业要求。采用精量播种、种肥隔离设计，田间试验测定结果为：粒距平均值为147mm, 种肥间距平均值为45.6mm ,符合农艺要求。粒距、种肥间距系数分别为6.66%和11.05%, 符合设计要求。