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。

图4 犁刀盘安装方式这两种不同结构的安装圆盘在国外的免耕播种机上应用的较广泛，当圆盘开沟器受到障碍物的压力，可以按铰接点处旋转，所以犁刀盘在遇到障碍物时压力弹簧可以起到一个减压的作用。

由于免耕机的型号不同，生产的厂家比较多，圆盘开沟器的安装方式也不一样，所以开沟器的安装方式也在不停地改进、设计。

2 双圆盘开沟器的结构双圆盘开沟器示意图如图5 所示。

双圆盘开沟器的工作部件是两个平面圆盘，相互倾斜并相交于一点。

工作时在土壤反力作用下，圆盘及圆盘毂在内外锥体所形成的V 形槽内转动。

双圆盘开沟器靠机器质量和弹簧压力入土，改变施加弹簧压力可调整开沟深度。

开沟器用两个旋转的平面圆盘切开土壤，并将土壤向两侧推挤而形成种沟。

输种管将种子导入种沟，然后靠沟壁塌下的土壤覆土，开沟时不搅乱土层，且能用下层湿土覆盖种子。

由于圆盘周边有刃口，滚动时可切断根茎和残茬。

因此，在整地条件较差和土壤湿度较大时，也能正常工作，且性能稳定，能适用于较高速作业。

开沟时圆盘旋转，能切断植物根茎，防止挂草壅土，还可以用刮土板刮去粘附在圆盘上的泥土，所以双圆盘开沟器的适应性比较好，工作可靠，在整地不很细、有作物根茬和杂草以及土壤比较潮湿时均能使用。

圆盘式开沟器按结构不同有两种型式: 普通双圆盘开沟器，其特点是两圆盘夹角为14°，两圆盘开出一个种沟，播种一行; 另外一个为窄行双圆盘开沟器，两圆盘夹角较大，通常为23°。

工作时，两圆盘接触点位置高，因此每个圆盘能单独开出一个沟，可同时形成两个种沟，由输种管落下的种子经分种管落入两个种沟内，播成两个窄行，种子流，分别落在两个小沟内，形成两条种行。

因此，这种开沟器同时可播两行种子。

交错型双圆盘开沟器是两圆盘在前下方处相互前后错开( 两圆盘中心错开26mm) 。

双圆盘式开沟器工作适应性强，能在整地条件较差、土壤湿度较大、残茬较多的情况下作业，工作稳定、可靠，能适于较高速度作业; 但其结构较复杂，人土性能差，在高速下需较大的压力作用才能人土，对种子分布有干扰，所开沟底不平，不适于浅播作物，多用于谷物条播机，也可用于中耕作物播种机。

平面圆盘，这种类型圆盘开沟器是三圆盘结构中播种盘，两个圆盘安装在一起共同起作用进行工作，这种圆盘的开沟主要是为了播种和施肥的作用，圆盘的直径为16，18，20，22，24 inch 等，圆盘的厚度4mm 和5mm。

图5 双圆盘开沟器3 靴式开沟器在加拿大和澳大利亚的免耕播种机上用的比较多就是靴式开沟器，特别是气动条播机上用的最为普遍。

靴式开沟器结构简单、质量小、入土能力强，可同时完成破茬和开沟; 但工作时容易挂草，工作速度高时播深不稳定，土壤扰动过多使开的沟太宽。

靴式开沟器在加拿大的FLEXI － COIL 机具用的较多，靴尖和前脊有将部分土坡升起的作用，使底层土壤上抬到表层，靴两侧对土坡有挤压作用，开沟后形成土丘和沟痕。

但部分下层较湿的土壤被翻到上层，并使干湿土相混，容易跑墒，不宜于干早地区使用。

靴式开沟器具有结构简单、轻便、易制造的优点，多用于低速谷物条播机。

图6 靴式开沟器靴式开沟器可能是最常用的播种、施肥工具，这种类型的开沟器工作时土壤的反力的分力垂直向下，因而工作阻力增大时向下扎，开沟能力强，易入土，无需要很大的配重。

但是这一类型的开沟器因工作时将深层土壤向上翻并向两侧推倒，往往使干湿土混合，引起土壤墒情损失，且不利于种子发芽。

通过比较，可以看出圆盘式开沟器的开沟的宽度要比锄式开沟器要窄，非常利于保墒。

二、防堵机构秸秆还田是保护性耕作体系中的核心技术之一。

它将前茬作物秸秆(含根茬)粉碎均匀地铺撒在地表上，防止地表裸露，提高土壤抗水蚀和风蚀的能力；减少土壤水分蒸发，提高农田蓄水保墒能力；提高土壤的有机质含量，培肥地力¨。

但是秸秆覆盖对土壤提温有所影响，可能会延缓农作物的出苗和生长发育；播种机在秸秆覆盖的土壤工作时容易堵塞，影响播种质量；播种时种子可能落在残茬上，不能与土壤良好的接触，影响种子发芽；秸秆与土壤的混杂减弱镇压作用效果。