一种新型饲草免耕播种机的设计与试验

○宁夏回族自治区农业机械化技术推广站 李 翔 杨玉蓉 田巧环

宁夏是全国水资源较为缺乏的省区之一，人均占有量仅228m3，占全国人均水平的 1/12，每亩耕地占有量也只有66m3，是全国平均值的1/27，水资源的供需矛盾日益突出。针对引黄灌区农业绿色转型和高质量发展面临的耕地质量和农田环境问题以及粮饲争地争水等问题，宁夏农业机械化技术推广站联合宁夏农科院合作，承担了宁夏回族自治区重点研发项目《基于节水高效绿色栽培模式的智能化作业机械引进与改制》，基于卫星定位技术、北斗导航技术、传感器与精量播种监测等技术，研发了一台饲草免耕播种机，在不回收滴灌带的条件下，实现作物的宽幅间、套作及复种免耕播种，可实施麦后复种一年生饲草(黑麦草、高丹草）的播种，为提高传统农业种植的经济效益并丰富种植的多样化提供机械化解决思路，解决在水资源不足的条件下多元化种植的需求，形成保粮增饲、种养结合、节地降耗增效的绿色生产新格局。

一、整机结构与工作原理

1.设计要求。目前宁夏小麦种植采用条播模式，近几年多采用匀播的种植模式，在铺设滴灌带条件下可对小麦的抢墒播种。因此配合该种植模式，在铺设滴灌带的条件下实现对小麦的匀播，并进行麦后免耕复种饲草。饲草免耕播种机依据GB/T25421-2010《牧草免耕播种机》的标准进行研发，通过开沟器的选型与设计，稳定播深和施肥深度，配合智能化精量播种器及GPS导航，使其一次完成开沟、播种、施肥和镇压等作业。

饲草免耕播种机还可进行高丹草、苜蓿等饲草料的麦茬地免耕播种作业，后续加装施肥机构可实现施肥作业，并基于GIS路径规划策略，传感器与信息技术，配合采用高频GPS智能调节播种速度，通过数字化控制面板设定播种参数，方便高效，播种量精确控制的目的。其中智能化播种器采用伺服电机进行精确控制，减少繁琐庞杂的机械结构，配合PID智能反馈调节系统，实现机具行走速度、播种速度、下种速度的相匹配。其次是针对麦茬地高低不平等现状，采用压簧配重式圆盘开沟装置，解决播种深度不一致的问题。

2.整机结构。整机主要包括机架、智能化播种器、辅助行走装置、连接架、镇压轮、开沟组件、盘耕播种组件、覆土装置构成，如图1所示。

图1 饲草免耕播种机整机结构

图2 饲草免耕播种机实物图

本机是针对饲草（高丹草）进行麦后免耕播种的新型机型，整机的结构外形、功能配置及异型结构锄铲为新型研发，具有结构功能紧凑，实用性强的特点，其中单连杆式四功能播种单元配置为创新型结构，反向双压簧结构确保了压实功能的可靠。

3.工作原理。该新型饲草免耕播种机通过三点悬挂装置挂接在拖拉机后，开始作业前，调整各个播种单元至麦茬滴灌带中间位置，由拖拉机配备智能导航系统进行作业。在动力的牵引下，饲草免耕播种机在麦茬地上进行播种。锄铲式开沟器在滴灌带的中间开出沟槽并划开土壤，牧草种子从智能排种器排至开好的沟槽中，后方的覆土轮完成覆土。播种时，智能播种器能够根据拖拉机的前进速度调节下种的速率，后方的压簧对覆土轮进行压实，并将压力传递给土壤。

新型饲草免耕播种机主要技术参数见表1。

表1 饲草免耕播种机主要技术参数

二、智能化排种器工作原理

本项目研发的饲草免耕播种机采用一体化槽轮式智能化排种器，具有变量、同步及智能控制播种量的特点，能实现预设区域内自动定量播种、在线实时检测种子变量播种、同步、智能控制播种的功能；此外还能实现故障报警、播种监测、面积测量、数据记录与上传，能生成作业报告，方便用户随时调整播种参数，其主要技术参数如下表2所示。

表2 智能化排种器主要技术参数

智能化排种器安装架固定在免耕播种机座椅后方的站板上(根据实际情况可放置在座椅正后方或侧后方)，智能化排种器安装架固定螺栓需与免耕播种机底盘铁件紧密固定，不可使用塑料覆盖件，防止长期使用过程中塑料覆盖件疲劳，至使连接不稳固。作业中先确定智能化排种器电源开关是否打开。开关处于开的位置后，风机会在通电5秒钟后启动，显示屏自动开机并在开机后自动打开排种器控制APP。向料箱中加入种子启动排种器，免耕播种机开始作业。当需要单行不工作时（如过田埂或收边时），可将单行关闭插板固定杆向上转动并取出对应的单行关闭插板，将单行关闭插板的长端插入主机中即可使当前行关闭排料；取消单行不工作的操作为将对应插板取出后将短边插入主机中即可恢复单行排种，智能化排种器结构示意图如图3所示。

图3 智能化排种器结构示意图

三、样机性能试验

1.试验准备。以研发的饲草免耕播种机为试验验证对象，进行各项指标的验证。试验地点选在宁夏吴忠市利通区金积镇5队麦后复种免耕试验田，试验田麦茬秸秆覆盖率不小于50%，在不回收滴灌带的情况下，验证机器通过性、播种深度合格率、晾籽率、播种均匀性变异系数等参数，试验使用的主要设备为天平、卷尺、板尺、小铲子、塑料袋等。

2.试验方法。按照农业机械试验鉴定大纲DG/T 028-2019《免耕播种机》对饲草免耕播种机的各项性能指标进行试验验证，按照3个测区进行试验测试，测试的晾籽率≤2%，播种深度合格率≥80%，播种均匀变异系数≤45%，机具通过性为不堵塞或轻度堵塞。

（1）机具通过性试验。拖拉机挂载免耕播种机，按照10km/h的作业速度在长度为100m的田间连续作业,往返一个行程不发生堵塞或有一次轻微堵塞视为合格,本试验在麦后秸秆覆盖地进行4次播种试验。

（2）晾籽率试验。在1个往返行程内，交叉选取3个测区，每个测区的长度为2m，宽度为一个作业幅宽。测量测区的晾籽带长度，按式（1）计算晾籽率。

式中：Ll-晾籽率；

X-晾籽带长度，单位为米（m）；

N-播种行数。

（3）播种深度试验。在往返一个行程内选定好的3个测区内进行测定，各小区内测定5点。免耕播种机正常播种覆土后，扒开土层，测定种子上部覆盖土层的厚度，当播深小于3cm时，覆土深度为（h±0.5）cm，范围内的合格点N合占测定点总数N总的百分比。h 为按农艺要求调整的播深。按式（2）计算播深合格率。

式中：N合-符合深度要求的点；

N总-测定点总数；

K-播种深度合格率。

（4）播种均匀变异系数。调整免耕播种机的开沟器，在开沟器不入土的情况下，工作1个行程，将种子播在土壤细碎、无秸秆、平整的地表上，不覆土。测量在1个行程内预先选定好的3个小区上进行，至少测定6行，左、中、右各选2行，少于6行的全测。测定时以100mm为一区段。将每行纵向分成若干区段，测定各段内种子粒数，各小区内每行连续取5段，分别按式（3）至式（6）计算播种均匀性变异系数。

式中：D-总测定段数；

Di-各小区测定段数；

X-总平均粒数；

Xi-各小区平均粒数；

x——测试小区内各段种子粒数；

G——总标准差；

n——测定行数；

V——播种均匀性变异系数。

（5）试验结果分析。新型免耕播种机试验过程中没有发生故障。对机具田间通过性进行观测，在4次播种试验过程中，只有1次发生轻微堵塞，其余测试过程未发生堵塞不下种情况，结果为合格。对免耕播种机其余待测指标进行数据统计计算，试验结果如表3所示。

表3 饲草免耕播种机主要技术参数

从表3可以看出，当免耕播种机前进速度为10km/h时，测得晾籽合格率为1.3%，播深合格率为85.8%，播种均匀性变异系数为39.5%，指标均优于行业鉴定大纲要求。新型免耕饲草播种机工作稳定可靠，设计合理，满足饲草免耕播种的需求。

四、结论

1）新型麦后复种饲草播种机可在麦茬地滴灌带间进行规模化作业，解决在水资源不足的条件下多元化种植的需求，可实现保粮增饲、节地降耗增效的绿色生产新格局，极大的提高的单位面积田地使用效率。

2）该免耕播种机采用智能化排种器，配套APP等电子化程序，搭接在饲草免耕播种机上尚属首次提出，对免耕播种机配套电子化播种系统进行前期的技术探索，为后续研发该类型播种机奠定基础。

3）通过田间试验，该播种机在播种速度恒定的前提下，其晾籽合格率、播深合格率、播种均匀性变异系数均满足设计及鉴定大纲要求，达到了应有的技术指标，可实现麦后复种饲草的需求。