精准智能化免耕覆秸施肥播种机关键技术研究

王琪玲，李宗岭

（连云港市农机试验推广站，江苏 连云港 222000）

精准农业是当今世界农业发展的新潮流，是由信息技术支持的、根据空间变异定位、定时、定量地实施一整套现代化农业操作技术与管理的系统。精准农业技术是基于信息技术、生物技术和工程装备技术等一系列科学技术成果上发展起来的一种新型农业生产技术，由全球定位系统、农田信息采集系统、农田遥感监测系统、农田地理信息系统、农业专家系统、智能化农机具系统、环境监测系统、网络化管理系统和培训系统等组成，将变量播种、变量施肥、变量灌溉、变量喷药和在线实时测产等技术集成为一体，有利于提高农业作业的效率、降低生产成本。

我国当前面临农业资源匾乏、农田环境污染严重等问题，因此实施精准农业是解决我国农业由传统农业向现代农业发展过程中所面临的确保农产品总量、调整农业产业结构、改善农产品品质和质量、资源严重不足且利用率低、环境污染等问题的有效方式，实施精准农业示范和研究工作具有重要的战略意义。随着科学技术的发展，人们对土地资源、环境保护、能源利用等方面认识的提高，农机装备正由单一型向多功能型转变，由粗犷型作业向精细效益型作业转变，由手动半自动向智能化及自动化转变。因此，研究开发高效节能的精准智能化覆秸施肥播种机械具有十分重要的意义。

目前，由于中小型收获机的广泛使用，农作物秸秆无法得到有效的处理及运用，被弃置田地间，更有甚者在田间焚烧秸秆，这不仅会对环境造成巨大的污染，更存在着火灾等重大安全隐患。为解决上述问题，各级政府相继提出禁烧农作物秸秆，大力推广秸秆粉碎还田，大大提高了秸秆利用率，减少了环境污染，对培肥地力、提高单位面积产量起到了一定的积极作用。然而，目前市场上的旋耕还田施肥播种机普遍存在着播种不均匀，智能化程度低，机具在作业期间行走困难、出现拥堵等现象，导致农作物的产量降低，农民收入也随之减少。

为解决上述技术难题，紧跟当前农业机械装备智能化发展趋势，连云港市农业机械技术推广站、江苏大力士机械制造有限公司和江苏海洋大学联合提出了精准智能化免耕覆秸施肥播种机研发，该机型引入北斗测量控制技术，精确控制播种施肥量和均匀性，可一次性完成秸秆粉碎覆盖、秸秆旋耕还田、智能化精量播种施肥、覆土镇压等多道作业工序，可以解决当前我国政府和农民迫切需要解决的秸秆焚烧问题，提高作物产量，促进农业可持续发展。

精准智能化免耕覆秸施肥播种机从单纯追求秸秆还田及播种效果到综合考虑秸秆分流还田、智能化精量播种施肥、覆土镇压等全方位全过程的功效，达到了全面提高效率，彻底解放劳动力，降低成本、增产稳产的目的。

1 研发中解决的主要问题

1.1 根据秸秆部分粉碎覆盖还田、部分旋耕入土的

技术要求，创新设计了关键环节的作业部件，确定了整机的结构形式，集成创制出一种可一次完成碎秸清秸、苗床整理、智能化施肥播种、播后均匀覆秸的复式作业机。

1.2 运用北斗导航技术对作业区域和位置进行精确定位，精准控制作业行间距，解决播种不均匀，避免幼苗的拥挤，行间距大小不同，播种、施肥量凭经验确定等问题。实现了大田等行距播种施肥；对作业面积、作业效率、播种施肥量实时检测；同时根据作业田块、作业成本要求等各方面进行综合考虑智能决策给出作业参数。

1.3 与农艺相结合，解决智能化施肥播种过程的适应性和可靠性问题。重点研究解决了智能化精量播种施肥装置，与GPS 或北斗导航系统相结合，将电机速度与整机作业速度相匹配，实现了智能调节控制播种施肥电机速度，解决播种施肥量变量精准调节，以满足不同作业工况的播种均匀性要求，最终提高播种质量。

1.4 解决了智能播种施肥控制系统信息输出与集成问题。对精量播种施肥控制系统进行软硬件设计并进行集成优化，以实现对拖拉机速度传感器的输出信息融合集成的高效性、稳定性与可靠性。

2 精准智能化免耕覆秸施肥播种机的组成

精准智能化免耕覆秸施肥播种机主要由灭茬部分、旋耕机部分、施肥播种部分、智能控制部分、悬挂架和断种、断肥报警装置等组成。

智能控制器主要由GPS/北斗天线、控制器主机、感应开关、传感器及信号连接线组成。

卫星定位智能控制系统连接方式如图1 所示：

图1 卫星定位智能控制系统连接方式

工作时，精准智能化免耕覆秸施肥播种机通过三点悬挂机构与拖拉机连接，拖拉机后面输出轴动力通过万向节传递到中间传动齿轮箱，中间传动齿轮箱将动力分3 路分传递到侧边旋耕传动装置、侧边秸秆粉碎传动装置和播种施肥传动装置，秸秆粉碎刀轴转速为2 500 r/min，高速旋转带动旋切刀切碎秸秆，旋耕刀轴旋转带动旋耕刀旋切碎土，被旋切的土壤与秸秆沿着旋切刀的切线方向和格栅板曲线向后抛洒; 肥箱与种子箱中的化肥与种子分别由排种、排肥智能控制装置通过排肥器与排种器、排肥管与排种管排出，并由前端抛洒出的、旋切后的秸秆与土壤覆盖，最后由镇压轮镇压完成作业。

主要技术指标：工作幅宽2～3 m，埋茬深度大于6 cm，播种深度3～6 cm，播种行数14 行，施肥行数7 行, 播种合格率≥75%，排种量一致性变异系数≤3.9%。

3 精准智能化免耕覆秸施肥播种机主要特点

3.1 集碎秸清秸、苗床整理、智能化施肥播种、播后均匀覆秸等多项功能于一体的复式作业体系创新，一机多用，有利于提高机具效率。

3.2 创新了秸秆粉碎分流还田装置，提高秸秆利用率，保证播后产量。

3.3 采用电力驱动排肥排种轴，实现播种施肥作业的自动化和精准化。

3.4 基于自动控制技术，进行信息融合与系统集成控制，实现施肥播种智能化。

4 结 论

4.1 通过试验研究和性能检测表明，研发的精准智能化免耕覆秸施肥播种机可以和各种形式的大中型拖拉机系列配套，一次性作业完成秸秆粉碎、旋耕深埋、播种、施肥、覆土、镇压等多道工序，作业效果良好，且机器结构合理、紧凑、成本较低，适应范围广。

4.2 采用合理的刀轴排列与刀轴转速，碎土质量更高，灭茬适应性较强，可适应稻茬高度50 cm 以下，土壤湿度小于30%情况下高质量作业。