农用高速精量播种机的研究

高迎芬

(黑河市爱辉区农业机械化总站，黑龙江 黑河 164300)

0 引言

播种作业是整个农业生产中的重要环节，需要在一定时间内，按照农业要求将作物种子进行播种。播种质量与播种效率直接影响作物后续的出苗率、地下部分和地上部分的生长情况，对作物产量和品质具有重大影响[1-2]。

精量播种机又称为“精密播种机”，可以实现单粒播种，显著提高播种均匀性，为作物生长提供适宜的生长环境与水肥条件，节约种子，是目前播种机的主要发展方向与研究重点，优化精量播种机是提高播种效率的重要技术支撑[3-5]。

1 国内外研究进展

1.1 国内研究进展与发展趋势

通过调研目前市面上大量推广及成果鉴定的播种机，精量播种机的主要类型包括谷物播种机、中耕作物精量播种机、免耕精量播种机、覆膜播种机等。根据不同的农业种植模式选择适宜的播种机。近年来，我国对精量播种机的扶持力度逐渐增大，采用高新技术的高速精量播种机在市场所占比例越来越大，尤其是新农村建设和现代化农业转型升级，逐渐开始大马力配套机械的研制与发展，因此，对精量播种机的作业幅宽、作业速度和作业质量提出更高要求。

1.2 国外研究进展与发展趋势

在国外农业发达国家，关于玉米、甜菜、马铃薯、棉花和豆类等作物已经基本实现了精量播种机的研制与试验，且都实现了智能控制，在田间通用性极佳，作业速度较为稳定。目前，国外主要以气吸式精量播种机为主，对种子的尺寸和外形要求不高，可以实现单粒精确播种，只需要根据不同的农作物种子，更换排种盘或者排种轮就可以实现不同作物的精量播种[6]。

后期，为了适应不同土壤环境和农业生产模式，开始逐渐配备适应于多种作业环境的种肥开沟器和镇压覆土装置，并且作业形式逐渐发展为自走式、悬挂式和牵引式，行数主要包括4行、6行、8行和16行等多种作业幅宽，与大马力拖拉机进行配套使用。在机械制造与材料等方面也作出了优化，目前种肥箱、导种管等多采用塑料材料和尼龙材料，采用铝合金材料进行排种盘的设计，提高生产精度，减少整机质量。在播种机横梁和机架等采用冷压工艺替代传统的扁钢和槽钢等材料，在减少整机质量的基础上增加整体刚度和硬度。

1.3 存在的问题

随着近年来我国农业机械化水平的不断提升与播种技术水平的不断增强，我国在农业机械生产工艺与机械制造能力上不断提高，但是与国外同类型的精量播种机相比还存在较大差距，尤其是在田间工作效率和智能控制等方面都有待提升。目前，我国农业生产多采用机械式精量播种机，气力式播种机较少，精量播种机田间故障率较高，播深不一致且漏播率较高。目前我国气力式播种机多采用三角带传动，田间传动阻力较大，结构较为复杂，皮带老化导致工作可靠性较差，这些问题都限制了精量播种机生产制造水平的进一步提升[7]。

2 整机设计与工作原理

以马铃薯精量播种机整体结构进行设计与优化，采用负压吸种、正压吹种的排种方式，首先进行整机结构设计，之后选择株距变异系数。重播率、漏播率为评价指标进行田间试验。

马铃薯精量播种机整机结构如图1所示，主要包括施肥装置、排种器、风机、驱动电机、覆土装置和传动系统等组成[8]。

1.施肥装置;2.机架;3.肥箱;4.排种器;5.驱动电机;6.风机1;7.种箱;8.风机2;9.覆土装置;10.传动系统;11.地轮图1 马铃薯精量播种机整体结构

马铃薯播种农艺要求为垄距在800～900 mm，种肥采用侧方分层的形式，将肥料施在马铃薯块茎两侧。

2.1 排种器

排种器是精量播种机的重要工作部件之一，其工作性能直接影响播种质量，本研究采用气力式播种原理进行排种器的设计，与传统机械式播种机相比，具有播种效率高，并且可以实现高速播种作业。排种器主要包括种箱、排种器单体和动态排种装置。动态排种装置采用反馈调节方式。

2.2 风机设计

风机是实现气力式播种装置的重要部件之一，其性能好坏主要取决于风量变化，根据不同作物种子的播种要求其风量也存在显著性差异。当进行小麦等种子颗粒较小的播种作业时，采用小风量排种，当进行马铃薯播种时，需要更大的风量和气压，本研究选取离心式风机进行风量调节与气压调整。

离心式风机的全压力P和叶轮外径D、转速n的关系如式(1)、(2)所示

P=ρμ2k

(1)

式中P—风机压力，MPa；

ρ—流体密度，kg·m-3;

μ—环流系数；

k—安全系数。

(2)

式中D—叶轮外径，m；

n—风机转速，r·min-1。

3 田间试验与分析

3.1 试验准备

播种设备配备73.5 kW的东方红拖拉机为配套动力，设置马铃薯播种标准株距为200 mm，种薯平均含水率为67.5%。播种后，对田间播种效果进行数据测定，每组试验重复3次，取平均值，计算测定指标。

3.2 测定指标与方法

3.2.1 株距变异系数

农作物播种株距变异系数主要是指农作物播种一行时，株距实际间距和变差与标准株距的差值，计算公式如式(3)所示

(3)

式中CV—株距变异系数，%；

Xi—实际测量株距，mm；

X0—标准株距，mm。

3.2.2 重播率、漏播率

重播是指播种机实际排种量≤0.5倍的理论排种量，计算公式如式(4)所示

(4)

式中D0—重播率，%；

n1—理论排种量，粒；

N—实际排种量，粒。

漏播率是指播种实际排种量≥0.5倍的理论排种量，计算公式如式(5)所示

(5)

式中M—漏播率，%；

n2—理论排种量，粒；

N—实际排种量，粒。

3.3 结果与分析

田间试验结果如表2所示。研究结果表明，优化后的高速精量播种机进行田间试验，其株距变异系数为3.50%和2.90%，漏播率为0.86%和0.42%，重播率为0.55%和0.75%，较传统舀勺式播种机有显著的提升。

表2 精量播种机与传统舀勺式播种机田间试验对比 单位：%

4 结论

1)本研究首先系统阐述了国内外农用高速精量播种机的发展现状，总结出目前国内外高速精量播种机发展存在的主要问题与技术瓶颈，为进一步提高高速精量播种机的优化设计提供依据。

2)对马铃薯高速精量播种机关键部件进行设计与优化，系统论述了设计依据，并阐述关键部件的运行原理。对优化后的高速精量播种机进行田间试验，与传统舀勺式播种机相比，其株距变异系数为3.50%和2.90%，漏播率为0.86%和0.42%，重播率为0.55%和0.75%，较传统舀勺式播种机有显著的提升。