标杆学习-免耕播种机结构

免耕播种机结构研究

项目出处:公司标杆学习计划----学习迪尔、格兰、大平原等标杆播种机成熟免耕结构，对当前2行播种机实施改进。

学习内容:免耕播种机结构研究

自从20 世纪中期美国开发免耕播种技术获得成功以来，世界各地对免耕技术给予了极大的重视，许多国家都在积极的试验和推广。免耕技术的基本内容是在前茬作物收获后，土地不进行耕翻，让原有的残茬、枯草覆盖地面，待下茬作物播种时，用特制的免耕播种机直接在茬地上进行局部的松土播种，并在播种前或播种后喷洒除草剂及农药。这种方法与常规耕作法相比，可以减少机具投资费用和土壤耕作次数，因而可降低生产成本、减少能耗、减轻对土壤的压实和破坏，并可减轻风蚀、水蚀和土壤水分的蒸发与流失。免耕播种机是免耕播种的专用机具，能够完成秸秆、残茬覆盖的免耕地上播种和施足作物生长期需要的大量的肥料，免耕播种机除要有传统播种机的开沟、下种、下肥、覆土和镇压功能外，一般还有良好的清草排堵、破茬入土、种肥分施和地面仿形能力，以满足免耕覆盖地播种的特殊要求。

发达国家如美国、澳大利亚、加拿大等开展的保护性耕作较早，已拥有相对成熟

的保护性耕作技术和机具。美国在研究保护性耕作技术方面起步较早，产品的种类也较多，以大型的免耕播种机为主，其机具相对比较成熟，生产免耕机的大型企业也比较多，其中比较出名的有Great Plain( 大平原) 、John Deere( 约翰迪尔) 、Case( 凯斯) ，他们开发的机型较多，结构也比较复杂。

在免耕且有秸秆、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，镇压强度较大的覆土镇压装置，同时为防止秸秆拥堵，还需在播种单元前面设置防堵装置。有的播种机为改善开沟器入土能力增加自重，与拖拉机连接形式只能采用牵引式。因此研究免耕播种机结构重点在于研究开沟器、防堵机构结构形式。

一、开沟器

开沟器的样式因各个国家耕地的情况、土质情况、地块的大小而不一样，开沟器

的选择类型也不一样，下面以美国、加拿大、中国的开沟器情况为例进行分析研究。

开沟器作为免耕播种机的关键部件之一，其功能是按照播种深度要求开出沟槽，

并且在保证种子发芽出苗的前提下产生最小的土壤扰动，为种子发芽和作物的生长提供良好的种床。在传统耕作中，经过翻耕整地后，开沟器在疏松的耕层中开沟、播种，开沟阻力小，刃口的锋利程度对开沟器的前进阻力没有明显的影响。但免耕茬地，地表坚实且有大量的秸秆覆盖，开沟器入土困难，阻力大，需要有良好的破茬入土性能，因此免耕开沟器除了有传统开沟器的性能外，还应该具有锋利的刃口，以减少开沟器的前进阻力，降低拖拉机的动力消耗; 表层土壤扰动小，以减少土壤上下层干湿土混合，降低土壤墒情的损耗; 创造有利于种子发芽和根系生长的疏松种床，提高播种质量;有良好

的破茬或者切断秸秆性能，或者播种时配以其他防堵装置，以提高防堵性能。

目前在免耕条件下，免耕播种机多采用圆盘或靴式开沟器。迪尔、凯斯、大平原

等大型免耕播种机的开沟器均为三圆盘结构。我厂的2行、5行免耕播种机也采用此结构。三圆盘开沟器的结构是前排波纹盘犁刀切断残茬预开出小沟松软种床，后排的双圆盘开

沟器开出播种的沟槽，同时输种管将种子置于沟槽内，前边破茬圆盘入土比后边双圆盘深，双圆盘开沟器走在破茬圆盘开出的窄沟上，将土壤挤成V 形槽，同时播入种子和肥料; 后面的镇压轮再将土层进行适当的镇压，保证种子与土壤结合紧密，及时吸收土壤养分。三圆盘开沟器的通过性良好，土壤扰动性小，种沟深度变异系数小，但在有秸秆覆盖的免耕地中，圆盘开沟器容易把秸秆挤压到种沟中，影响播种质量; 另一方面圆盘开沟器需要一垂直压力来切断秸秆，产生沟槽，采用圆盘开沟器的免耕播种机需要较大的结构质量。

1、波纹盘

三圆盘开沟器结构中，一般波纹圆盘破茬、开沟，双圆盘二次开沟播种、施肥。这种开沟器直接由上而下对土壤进行切割开沟，波纹盘凹槽扰动土壤形成松土带，双圆盘再挤出一个浅沟，种子、肥料混合播到土壤中，然后覆土镇压。波纹圆盘开沟器圆盘受到4 个力的作用，即整机质量( 包括开沟器自身质量) 通过压缩弹簧均摊到开沟器上的作用力; 拖拉机对播种机的牵引力; 圆盘两侧土壤的侧向挤压力; 土壤对圆盘的接触摩擦力。波纹圆盘的侧向应力图如图1 所示。由于波纹圆盘与播种机的前进方向夹角为0，所以圆盘的侧向挤压力均匀对称。如果忽略土壤松紧不均的影响，则可忽略开沟器轴承座的侧向力作用。波纹圆盘对土壤的扰动作用以及对土壤竖直面的作用，使得圆盘的波纹凹槽部分和边缘部位磨损加剧。目前，国际上开沟圆盘的类型主要有波纹型圆盘、涡轮型圆盘。

图1 波纹圆盘的侧向应力图

1.1 波纹圆盘的类型

不同波纹数的波纹盘如图2 所示。波纹盘开沟器波纹数有8 波纹、13 波纹、25 波纹的3 种类别，由于所配备的免耕机不同、播种的地势不同，波纹盘的开沟宽度、直径、波纹盘的厚度也不一样。国外的波纹盘的开沟宽度有0. 75、1、2英寸等各种不同的开沟宽度，圆盘的直径大小也不一样，直径的规格有15、16、17、18、20、22 英寸，波纹盘犁刀的厚度也不一样，厚度0.177，0. 236英寸等。由于开沟时圆盘的直径越大刚度越小，容易受到压力的作用下发生形变，为了防止犁刀盘的形变，犁刀盘的厚度必须

越厚，才能保证犁刀盘的强度，犁刀盘的价格根据盘的直径大小、盘的厚度制作工艺难度不同，其价格从30 ～ 60 美元不等。

图2 不同波纹数的波纹盘

1.2 涡轮型开沟器

涡轮型开沟器在美国大平原生产的免耕播种机上得到了广泛的应用，在全世界也处于领先的地位。涡轮式圆盘开沟器也有两种形式: 一种是Turbo Coulter这种形式的犁刀凹槽的边线是一条直线无曲率，如图3 左侧圆盘所示。这种新型的犁刀盘能够锋利的切开残茬，开出均匀的小沟。这种犁刀盘直径有16、17、20英寸3种形式，波纹盘犁刀的厚度5mm，圆盘的价格从40 ～ 70 美元; 另一种犁刀盘vortex Coulter 为漩涡式犁刀盘，其形状如图3 右侧所示。这种形式的犁刀的凹槽的边线是轻微的弧形，有一定的曲率，在切割和开槽方面更优越，切槽也更均匀，能力更好。这种类型的开沟犁刀外径有16、17、18、20、22英寸，开沟的宽度3.175mm，犁刀盘的厚度是6.33mm，所用的材料为硼钢，生产厂商是Osmundson Manufacturing。

图3 涡轮性圆盘开沟器

1． 3 波纹盘安装

波纹盘开沟器根据机型不同安装方式也不一样，一种是直接将波纹圆盘开沟器联接在免耕机的机架的横梁上的分体式免耕播种机，如图4 上图所示; 另一种方式是将单圆盘开沟器和双圆盘开沟器同时固定在刀梁上，再将刀梁连接到架体上的整体式免耕播种机，如图4 下图所示。