小麦免耕施肥播种机的研究

盖地表的秸秆残茬有效地减少了地表水分蒸发，增强了土壤的蓄水功能，达到了抗旱保墒的作用，起到了节水的
效果；同时，增强土壤有机质、提高土壤能力，在同样的施肥下更能促进植物的生长。 该装置能够一次性完成破
茬、开沟、播种、施肥、覆土和镇压等工序，从而减少了拖拉机的进地次数。 其不仅提高了肥料的利用率而且避免
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够压力进行免耕作业。 在农业生产中发达国家一般 只使用较少的化肥， 因而在播种机的设计上多采用 种、肥同施的方式。 １．２ 国内小麦免耕播种机的研究现状
根据农田作业地块较小，免耕覆盖施肥播种作业 条件恶劣，与播种机配套的中型轮式拖拉机动力为 ３５ ～４８ｋＷ、小型轮式拖拉机动力为 ８．８ ～１３．２ｋＷ 等特 点，必须开发适合我国国情的免耕播种机［５］ 。 我国免 耕覆盖播种机研制开发的总体方案和基本思路是：与 动力 机 的 挂 结 形 式 为 悬 挂 式， 以 减 小 转 弯 半 径， 充 分 适应 小 地 块 的 特 点； 排 种 方 式 采 用 现 有 的 精 量、 半 精 量穴 播 和 条 播 小 麦 等 为 主， 以 降 低 制 造 成 本； 结 构 上 除排种、排 肥器部分沿用传统播种机上的现用部件 外，需要重点解决的技术问题为防堵技术及其结构、 破茬开沟技术及其装置、种肥分施技术及其装置和总 体机架等。
该小麦免耕施肥播种机与拖拉机的挂接方式为机 动性较好的三点悬挂式，由机架、施肥开沟器、可调导 种管、外槽轮排种器、外槽轮施肥器、镇压轮和地轮等 组成。 其结构简图如图 １ 所示。
１．驱 动轮 ２ ．导 种管 ３．种箱 ４．肥箱 ５．机架 ６．导 肥管 ７．开沟器 ８．镇压轮 图 １ 播种机的结构简图
Ｆｉｇ．４ Ｍｏｎｏｍｅｒ ｔｈｒｅｅ ｄｉａｇｒａｍ
该单体开沟同时完成施肥播种，导种管成向后弯 曲状，避免了秸秆缠绕；导种管上下可调，在保证播种 深度的条件下，可满足农户不同深度的施肥。
试验结果表 明： 开 沟 能 达 到 预 想 的 深 度， 残 茬 直 接被切断且没有被拱出地表的现象；导种管没有挂草 和秸秆的现象，并且有效地起到了回土的作用。
小麦作为我国主要的粮食作物，在膳食结构中占 有重要地位，发挥了不可替代的作用［１－２］ ，对我国发展 起着举足轻重的作用。 长期以来，翻耕法是主要的土 地耕作方法，不可避免地存在着一些弊端：加快土壤 水分散失，助长了土壤侵蚀；使犁底层致密增厚，阻碍 根系 伸 展 和 降 水 入 渗； 导 致 有 机 质 矿 化， 影 响 土 壤 有 机质积累和动态平衡。 同时，农民采取抛撒施肥的方 式，这种方法不仅浪费了肥料，而且麦苗吸收肥料不 均匀，从而影响收成。 针对这些问题，保护性耕作不 仅能 够 有 效 地 解 决， 而 且 带 来 显 著 的 效 益： 减 少 径 流
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小麦免耕施肥播种机的研究
周 辉， 张晋国， 张 斌， 梁书平， 宋小雨
（ 河北农业大学 机电工程学院， 河北 保定 ０７１Leabharlann Baidu０１）
摘 要： 针对国内小麦播种机的现状，设计了一种小麦免耕施肥播种机，与当今流行的保护性耕作紧密结 合。 覆
１ 研究现状
１．１ 国外小麦免耕播种机的研究现状 国际上保护性耕作开展较早， 技术较先进的国
家，如 美 国、 加 拿 大、 澳 大 利 亚 以 及 巴 西 等 国， 经 过 多 年的研究开发，已拥有相对成熟的技术和机具。 其免 耕施肥播种机一般体型大、质量大、结构复杂、价格昂 贵，多采用牵引式，需要大功率拖拉机配套，播种效率 高，适合于大地块使用。 例如，美国的 ＪＯＨＮ ＤＥＥＲＥ １５９０ 型免耕播种机和 ＧＲＥＡＴ ＰＬＡＩＮＳ １２０５ＮＴ 型免耕 播种机施肥量小， 不能满足我国施肥量大的要求［４］ 。 其多采取凿铲式或圆盘式开沟器破茬开沟实现施肥 播种，采用多梁结构安装方式，从而加大了秸秆的通 过空间。 开沟器为单体仿形，其中双弹簧结构给以足
目前，我国小麦播种几乎都采用外槽轮排种器播 种机，外槽轮式排种器具有结构简单、易制作、 成本 低、工作可靠和播量调整较方便等优点。
通过外槽 轮 的 工 作 长 度 和 改 变 转 速 来 调 节 排 种 量。 实验表明：工作长度以及转速对标准差、排种量 和排种均匀性变异系数都存在极为显著的影响，工作 宜采用的策略为较大的工作长度匹配较小的转速。
高产、优质是我国农业由传统化向现代化转变的 发展方向。 播种质量直接影响着农作物的出苗、苗全 和苗壮，对最终的产量影响很大。 针对这一点，该播 种机整体和单体均采用仿形装置，保证绝对的播种深 度。 播种机可以实现多层施肥，可结合农学农艺要求 完成 进 一 步 的 研 究， 用 最 少 的 肥 料、 最 有 效 的 利 用 率 来满足小麦对肥料的需求。
了肥料的浪费，同时省去了播种前的 １ ～２ 次 的 旋 耕， 为 农 民 降 低 了 生 产 成 本 。 田 间 试 验 证 明： 整 机 结 构 设 计 合
理，符合农民种植要求。
关键词： 小麦； 播种机； 免耕； 保护性耕作
中图分类号： Ｓ２２３．２＋５ 文献标识码： Ａ
文章编号： １００３－１８８Ｘ（２０１３）０５－００９６－０４
免耕地表秸秆残茬较多，设计的镇压轮 （ 如图 ５ 所示） 采取对行镇压，减少其它部分带来的阻力；单体 仿形保证对种子不带来任何不利影响；相互分离的镇 压滚子之间安装活动套管，既限定了宽度，也解决了 单独整体粘土的问题。
１．导肥 管 ２．开 沟 总成 ３．出肥口 ４，５．导种管 ６ ．可调装置 图 ４ 单体三简图
试验结果表 明： 镇 压 轮 质 量 大 时， 形 成 明 显 的 压 沟，影响了播种深度；质量小时，很难对沟壑进行有效 的处理，无法提供理想的播种环境。 单圆盘自身回土 效果不好，镇压后有种子裸露在表面，需另加回土装 置；护种板效果较理想。
综合考虑， 单 体 三 结 构 简 单 使 用， 保 证 了 播 种 深 度的一致性，满足农学农艺要求。 根据实际需求，对 开沟器入土角进行研究，综合入土深度、消耗动力等 因素，最终确定入土角为 ２５°。 ３．２ 排种器（ 施肥器） 的研究与选定
１ ．微 仿 装 置 ２ ．轮 架 ３ ，５ ．铸 铁 轮 ４ ．套 管 图 ５ 镇压轮结构简图
当今国内涉及小麦免耕机的研究还比较少，多采 用动力灭茬，类似选择性旋耕，这就对拖拉机的动力 有一定严格的要求，而且并不是完全符合保护性耕作 的要求。
开沟器可入土 ２０ｃｍ 以内任 意深度， 在保证 ３ ～ ５ｃｍ 的播种深度前提下，可针对不同地区施肥需求自 行调节导种管，完成 ６ ～１６ｃｍ 任一深度的施肥或多层 施肥。 开沟器切碎根茬同时完成施 １ 行肥、播 ２ 行种， 成向后弯曲状的导种管完成回土工序，对种子进行覆 盖，安装在第二三根梁上与开沟器对应的单独镇压轮 完成对种子的压实和对土块的压碎， 一次性完成开 沟、施肥、播种和镇压等工序。
０ 引言
随着保护性耕作逐渐被人们接受，其发展前景也 越来越乐观。 在保护性耕作体系的推广实施中，关键 环节之一是需要质量可靠、性能完善的专用机具，其 中最重要的配套机具是免耕施肥播种机。 保护性耕 作技 术 要 求 用 秸 秆 残 茬 覆 盖 地 表， 实 现 保 水、 保 土 等 功效，但大量的秸秆残茬对免耕施肥播种机的通过性 会造成极大的影响；在免（ 少） 耕且有秸秆残茬覆盖的 相对坚硬的土壤上播种施肥，需要有入土能力强的开 沟器，同时对拖拉机动力也有较高的要求；实行免耕 作业，地表不平度加大， 影响播种作 业质量。 以上 ３ 点均是免耕施肥播种机的研究开发重点、难点。
为了尽可能减少排种的不均匀性，避免排种的脉 动现象，拟采用斜外槽轮排种器。 该播种机排种器应 用参数为：槽轮齿槽数 Ｚ ＝１８，凹槽半径 ｒ ＝２．５ｍｍ，齿 槽深度 ｂ ＝３．５ｍｍ。 ３．３ 镇压轮的研究和选定
镇压轮是播种机的重要部件，合适的镇压能够提 高土 壤 松 碎 程 度 与 地 表 平 整 度， 使 其 表 层 松 软、 下 层 密实，还可以减少土壤中的大空隙，减少水分蒸发，加 强土坡毛细管作用，起到“ 调水” 和“ 保墒” 的作用，为 种子出苗和生长创造良好的条件［６］ 。
试验结果表 明， 仿 形 机 构 未 能 实 现 预 期 效 果， 单 体前 半 部 分 有 明 显 入 土 现 象， 未 与 地 面 保 持 平 行， 影 响后面的播种效果；镇压器，分草（ 秸秆） 器起到预想 的效 果； 尖 角 开 器 沟 入 土 良 好， 距 离 太 近 导 致 开 沟 器 间堵草和秸秆，从而影响播种质量。
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１．深 松铲 ２．镇 压轮 ３．单圆 盘开沟器 ４．护种板 ５．固定装置 图 ３ 单体二简图
Ｆｉｇ．３ Ｍｏｎｏｍｅｒ ｔｗｏ ｄｉａｇｒａｍ
深松开沟铲完成开沟施肥，后附铸铁镇压轮对土 块进行压碎回土，保证平整的播种条件；紧接着两个 单圆盘开沟播种，有效地避免了秸秆和杂草的影响； 护种板方便 了 导 种 管 安 置 的 同 时 又 始 终 保 证 了 相 邻 １０ｃｍ 的行距；之后再附镇压轮进行二次镇压，有助于 种子与土壤的紧密接触。
收稿日期： ２０１２ －０５ －１５ 基金项目： 农业部公益性行业科研专项（２０１１０３００３） 作者简介： 周 辉 （ １９８７ －） ， 男， 河 北 秦 皇 岛 人 ， 硕 士 研 究 生 ， （ Ｅ －
ｍａｉｌ） ｚｈｏｕｈｕｉ．１２４＠ １６３ ．ｃｏｍ。 通讯作 者： 张 晋 国 （ １９５７ －） ， 男， 石 家 庄 人， 教 授 ， 博 士 生 导 师 ， （ Ｅ －
Ｆｉｇ．１ Ｐｌａｎｔｅｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｉａｇｒａｍ
该装 置 按 照 宽 窄 行 要 求 进 行 设 计， 行 距 为 １０， ２０ｃｍ；多余的残茬秸秆聚集在行距 ２０ｃｍ 处，发挥预期 的作用。 开沟器均匀分布机架前两根梁上，前三后 四，间距 ６０ｃｍ；错开安装的开沟器有效地避免了开沟 器之间的拥草和拥秸秆。
１．仿形机构 ２ ．施肥开沟铲 ３．分草（ 秸秆） 装置 ４．镇压装置 ５．行间压草 （ 秸秆） 装置 ６．播种开沟铲 图 ２ 单体一简图
Ｆｉｇ．２ Ｍｏｎｏｍｅｒ ｏｎｅ ｄｉａｇｒａｍ
该单体采用前置仿形， 理论上集开沟施肥、 双向 分草（秸秆）装置、镇压、行间压草（ 秸秆） 器和开沟播 种为一体，完成 １ 行施肥、两行播种。 破茬开沟铲进 行破茬开沟施肥，未切断而堆积在开沟铲前的草或秸 秆通过分草（秸秆） 器和行间压草（ 秸秆） 轮的共同作 用被分开、压住，使其不随开沟铲的前进而移动，防止 堵塞，然后由尖角式开沟铲在无秸秆且已由破茬开沟 铲松过的土壤上二次开沟播种。 行间镇压轮完成对 土壤的压平，保证播种深度。
３ 关键部件研究
３．１ 开沟器的研究与设计 少动土、少跑墒是保护性耕作的基本要求。 免耕
施肥播种时，地表有秸秆残茬覆盖，有的土壤紧实，要 求有良好的破茬开沟技术，这是实现免耕播种的关键 技术之一。 本着这个原则，课题组研制 ３ 种单体（ 如 图 ２ ～图 ４ 所示） 进行对比试验，实验结果如下。
２ 整体构想及其工作原理
ｍａｉｌ） ｗａｔｉｎｇ１２４＠ １６３ ．ｃｏｍ。
６０％、水蚀 ８０％、风蚀 ６０％，抑制沙尘暴，减少大气污 染；休闲期土壤贮水总量增加 １４％ ～１７％，土壤有机 质年 提 高 ０．０３％ ～０．０５％， 水 利 用 率 提 高 １５％ ～ １９％，速效氮和钾提高；提高小麦产量 １３％ ～１７％，降 低作 业 成 本 １０％ ～２０％， 增 加 农 民 收 入 ２０％ ～ ３０％［３］ 。 因此，设计出一台免耕施肥播种机具有重要 的现实意义。