鋪膜鋪管氣吸式打瓜精量播種機(jī)的設(shè)計(jì)

蔣德莉，任志強(qiáng)，田宇，房碩

（新疆科神農(nóng)業(yè)裝備科技開發(fā)股份有限公司，新疆石河子 832000）

鋪膜鋪管氣吸式打瓜精量播種機(jī)的設(shè)計(jì)

蔣德莉，任志強(qiáng)，田宇，房碩

（新疆科神農(nóng)業(yè)裝備科技開發(fā)股份有限公司，新疆石河子 832000）

本文針對新疆地區(qū)打瓜種植模式特點(diǎn)及打瓜播種機(jī)市場需求，設(shè)計(jì)研制了一種鋪膜鋪管氣吸式打瓜精量播種機(jī)。該機(jī)主要由單組框架、氣吸式排種系統(tǒng)、排肥裝置、鋪膜鋪管裝置及膜上覆土裝置等組成，可一次完成施肥、精量播種、鋪膜鋪管及覆土等作業(yè)。田間試驗(yàn)結(jié)果表明：作業(yè)效率11～16 hm2/h，播種行距35～60 mm，穴距144～240 mm，空穴率≤3%，破損率≤1%。通過對試驗(yàn)結(jié)果分析并優(yōu)化關(guān)鍵部件，對該機(jī)進(jìn)行了批量生產(chǎn)與推廣，深受廣大用戶好評(píng)。

打瓜；精量播種；氣吸式

0 引言

打瓜是新疆主要的經(jīng)濟(jì)種植作物之一，其具有種植要求條件低、農(nóng)民投入成本低、收益高等特點(diǎn)[1～2]。在打瓜生產(chǎn)過程中主要包括播種、田間管理、收獲等，其中播種作業(yè)是較重要的環(huán)節(jié)之一，傳統(tǒng)的人工播種方式已經(jīng)不適應(yīng)新疆大面積種植作業(yè)特點(diǎn)。目前打瓜播種方式主要有條播、半精量播種及精量播種等三種：打瓜播種條播方式雖然降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度、減少了人工成本，但是浪費(fèi)種子情況嚴(yán)重，導(dǎo)致種植成本高；現(xiàn)有的機(jī)械式半精量打瓜播種機(jī)存在著排種精度低、播種穩(wěn)定性差等問題[3]；在我國對精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展的大力扶持的背景下，精量播種技術(shù)已成為重要發(fā)展趨勢，其具有播種性能穩(wěn)定、對種子損傷小、極大降低種植成本等特點(diǎn)[4～6]。為此，本文綜合條播和半精量播種兩種方式所存在的問題，設(shè)計(jì)研制了一種鋪膜鋪管氣吸式打瓜精量播種機(jī)。實(shí)現(xiàn)了打瓜種子的精量播種，避免種子浪費(fèi)現(xiàn)象，為促進(jìn)打瓜制品加工生產(chǎn)全程機(jī)械化奠定重要基礎(chǔ)。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 設(shè)計(jì)原則

圖1 打瓜種植模式

在服務(wù)新疆廣大打瓜種植戶的基礎(chǔ)上，打瓜播種機(jī)的設(shè)計(jì)研制應(yīng)該遵循以下原則：針對新疆打瓜種植模式特點(diǎn)（圖1），實(shí)現(xiàn)打瓜的精量播種；滿足在播種作業(yè)的同時(shí)完成施肥、地膜鋪設(shè)、滴灌帶鋪設(shè)等作業(yè)。要求：在滿足各項(xiàng)功能要求的基礎(chǔ)上減輕整機(jī)質(zhì)量和體積，降低整機(jī)損耗；播種機(jī)各關(guān)鍵零部件具有互換性。

1.2 整機(jī)結(jié)構(gòu)

鋪膜鋪管氣吸式打瓜精量播種機(jī)主要由單組框架、氣吸式排種系統(tǒng)、排肥裝置、鋪膜鋪管裝置及膜上覆土裝置等組成，整機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 鋪膜鋪管氣吸式打瓜精量播種機(jī)結(jié)構(gòu)示意

1.3 工作原理

該播種機(jī)與55 kW以上的拖拉機(jī)配套使用。作業(yè)時(shí)，首先由平土裝置對土地進(jìn)行平整，并將拖拉機(jī)后輪胎留下的輪印平整，根據(jù)土壤質(zhì)地的不同，可通過調(diào)整平土裝置的高低位置來調(diào)整刮土量。接著，圓盤式施肥開溝器開出肥溝，地輪在拖拉機(jī)的拖動(dòng)作用下進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，并將動(dòng)力經(jīng)過鏈輪鏈條傳遞給外槽輪式排肥器將肥料排出，可通過調(diào)節(jié)排肥輪把手調(diào)節(jié)施肥量，肥料經(jīng)過導(dǎo)管落至開好的肥溝內(nèi)。然后，鎮(zhèn)壓裝置將土壓實(shí)，便于展平地膜，開溝器在兩側(cè)開出膜溝，松弛度可調(diào)的展膜輥將地膜均勻地展在地表面，壓膜裝置隨后將地膜壓在膜溝內(nèi)，膜邊覆土裝置將兩側(cè)的土壓在膜邊上。最后，鴨嘴式穴播器在鋪好的地膜上打孔，同時(shí)風(fēng)機(jī)、氣吸管及穴播器形成密閉空間，在穴播器內(nèi)部形成氣腔，在負(fù)壓的作用下吸種、落種在膜上打好的穴孔內(nèi)，完成排種作業(yè)。膜上覆土裝置將土壤推進(jìn)覆土滾筒內(nèi)，隨著覆土滾筒在壟面上的滾動(dòng)，依靠螺旋狀導(dǎo)土板將土壤輸送到漏土縫隙處，使土壤撒落在種帶上，緊接著種行鎮(zhèn)壓輪稍加壓實(shí)土壤，在地膜表面筑出兩條土帶，打瓜的種芽可自行鉆透地膜破土而出，不需要人工打孔、掏苗和壓土。

1.4 主要技術(shù)參數(shù)

2 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件的設(shè)計(jì)

2.1 單組框架

單組框架是鋪膜鋪管氣吸式打瓜精量播種機(jī)各關(guān)鍵部件的載體，能夠?qū)崿F(xiàn)對各關(guān)鍵部件的定位和安裝。整機(jī)共有四個(gè)單組框架，每個(gè)單組框架承載的零部件均相同。在減少整機(jī)重量及動(dòng)力損耗的前提下，單組框架的材料選擇為60×40×3mm矩形管和40×4mm方管。

2.2 排種系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖3 排種系統(tǒng)

排種系統(tǒng)是鋪膜鋪管氣吸式打瓜精量播種機(jī)的核心系統(tǒng)，它主要由離心風(fēng)機(jī)、氣吸管、種箱總成、吸種管、輸種管和穴播器等組成（圖3）。排種系統(tǒng)的工作原理是由拖拉機(jī)后輸出軸提供動(dòng)力，通過萬向節(jié)傳動(dòng)軸將動(dòng)力傳動(dòng)到播種機(jī)的輸入軸，再由皮帶傳動(dòng)到離心風(fēng)機(jī)輸入軸，帶動(dòng)離心風(fēng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)（n≈5 000 r/min），產(chǎn)生吸力，通過氣吸管將離心風(fēng)機(jī)和穴播器的密閉空間連接，種子通過輸種管從種箱進(jìn)入到穴播器密閉空間，在離心風(fēng)機(jī)的吸力作用下吸附在穴播器帶小孔的吸籽盤中，通過點(diǎn)種器的轉(zhuǎn)動(dòng)和鴨嘴的開啟落入開好的種穴中，完成排種。在穴播器內(nèi)部有刷種機(jī)構(gòu)，能將吸籽盤上吸附的多余種子刷落，實(shí)現(xiàn)單粒或者雙粒的播種要求。排種系統(tǒng)的動(dòng)力采用皮帶傳動(dòng)方式，其具有機(jī)構(gòu)簡單、傳動(dòng)平穩(wěn)、價(jià)格低廉和緩沖吸振等特點(diǎn)。

風(fēng)機(jī)按作用原理分為離心式和軸流式兩種，軸流式風(fēng)機(jī)壓力低，流量大，一般用于通風(fēng)；離心式風(fēng)機(jī)的壓力較高，可在較復(fù)雜管網(wǎng)中產(chǎn)生工作氣流，排種過程中，因穴播器會(huì)隨著整機(jī)的前進(jìn)而產(chǎn)生顛簸，需要較大的壓力吸附種子，所以本設(shè)計(jì)選擇離心式風(fēng)機(jī)，能夠真正達(dá)到精量播種，漏種率低、播種合格率高等效果。

2.3 鋪膜鋪管系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鋪膜鋪管系統(tǒng)（圖4）主要由滴管帶開溝器、展膜輥、壓膜輪、滴管帶膜卷一體支撐架等組成。主要完成滴管帶和地膜的有序鋪放工作，本設(shè)計(jì)充分研究新疆滴管帶鋪設(shè)淺埋技術(shù)，通過對比不同結(jié)構(gòu)形式的開溝器優(yōu)缺點(diǎn)，確定了靴式開溝器，具有開溝土層平整，土壤回流率低等特點(diǎn)。整機(jī)配備了8個(gè)壓膜輪（即每兩個(gè)壓膜輪對一組地膜進(jìn)行壓實(shí)工作），單個(gè)壓膜輪質(zhì)量約為3～4 kg，在自身轉(zhuǎn)動(dòng)過程中能夠較好的完成地膜的壓實(shí)，避免地膜由于風(fēng)等因素被掀起，從而影響播種質(zhì)量、制約種子的保墑發(fā)芽現(xiàn)象，同時(shí)為膜邊覆土圓盤的覆土作業(yè)奠定基礎(chǔ)。本設(shè)計(jì)滴管帶膜卷一體支撐架將傳統(tǒng)的滴管帶和地膜的前后放置改進(jìn)為上下放置，節(jié)省了空間，整機(jī)重心前移，便于懸掛。工作過程中，首先在田地的一端壓實(shí)滴管帶和地膜，在拖拉機(jī)牽引整機(jī)前進(jìn)過程中，由滴管帶開溝器開出寬約4 cm，深約3 cm的溝，滴管帶在拉力作用下經(jīng)過引導(dǎo)輪被鋪放在開好的溝中，接著，地膜經(jīng)過阻膜桿和展膜輥展平在地表面，由壓膜輪進(jìn)行膜邊壓實(shí)，最后由覆土圓盤進(jìn)行膜邊覆土，完成鋪膜鋪管作業(yè)。

圖4 鋪膜鋪管裝置

2.4 施肥開溝裝置的設(shè)計(jì)

施肥開溝裝置作用是在播種機(jī)作業(yè)時(shí)開出肥溝，將肥料導(dǎo)入溝內(nèi)，對施肥開溝器的技術(shù)要求是：開溝直，深度一直，溝形整體，不亂土層，入土能力強(qiáng)，不纏草，不堵塞，有一定的覆土能力，對土壤的適應(yīng)性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡單，阻力小等特點(diǎn)。開溝裝置的形式隨著開溝要求不同、地區(qū)氣候和土壤條件的差異，需要配備不同的開溝器。常用的開溝器主要分為銳角型開溝器和鈍角型開溝器，前者典型的形式有鋤鏟式開溝器和芯鏵式開溝器；后者典型的形式有滑刀式開溝器和雙圓盤開溝器。本設(shè)計(jì)針對新疆的土壤特點(diǎn)、施肥和肥溝的要求，選擇雙圓盤開溝器（圖5），其由兩個(gè)回轉(zhuǎn)的平面圓盤組成，在前下方相交于一點(diǎn)，工作時(shí)靠重力和彈簧附加力入土，圓盤滾動(dòng)切割土壤并向兩邊擠壓，形成V形種溝。具有工作平穩(wěn)、溝形整齊、不亂土層、斷草能力強(qiáng)等特點(diǎn)。

圖5 施肥開溝裝置結(jié)構(gòu)示意

2.5 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)主要是排肥系統(tǒng)的動(dòng)力傳輸，其主要由地輪軸、中間軸、排肥軸、張緊輪、鏈輪鏈條等組成。拖拉機(jī)通過三點(diǎn)懸掛牽引播種機(jī)前行，帶動(dòng)地輪轉(zhuǎn)動(dòng)，地輪軸上的鏈輪在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，將動(dòng)力經(jīng)過鏈輪鏈條傳動(dòng)至排肥軸鏈輪，帶動(dòng)排肥輪進(jìn)行排肥作業(yè)。在傳動(dòng)鏈條旁設(shè)置了張緊輪，通過調(diào)整張緊輪的安裝位置有效的避免鏈條松動(dòng)，保證了動(dòng)力的精確傳輸，排肥傳動(dòng)系統(tǒng)如圖6。

圖6 傳動(dòng)系統(tǒng)

3 生產(chǎn)試驗(yàn)與結(jié)果分析

新疆科神股份技術(shù)有限公司對該機(jī)進(jìn)行了設(shè)計(jì)、研制和試驗(yàn)，通過對各裝置優(yōu)化改進(jìn)，最終確定了播種機(jī)的整機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù)，并且進(jìn)行了批量生產(chǎn)與推廣，得到了各團(tuán)場用戶的肯定。2016年春季，在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)八師145團(tuán)進(jìn)行了性能試驗(yàn)（圖7），試驗(yàn)測得主要指標(biāo)參數(shù)如表1。

圖7 田間測試

表1 試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)論

設(shè)計(jì)研制完成的鋪膜鋪管氣吸式打瓜精量播種機(jī)，主要單組框架、氣吸式排種系統(tǒng)、排肥裝置、鋪膜鋪管裝置及膜上覆土裝置等組成，能夠?qū)崿F(xiàn)一次完成施肥、精量播種、鋪膜鋪管及覆土等作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了打瓜播種的機(jī)械化、精量化，解決了傳統(tǒng)播種方式的成本高、工作強(qiáng)度大、穩(wěn)定性差等問題。通過對播種機(jī)的性能試驗(yàn)，結(jié)果顯示：作業(yè)效率11～16 hm2/h，播種行距35～50 mm，穴距144～240 mm，空穴率≤3%；破損率≤1%，達(dá)到了打瓜精量播種技術(shù)要求。

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[2]王學(xué)農(nóng)，牛長河，陳發(fā).基于虛擬樣機(jī)的打瓜撿拾脫籽聯(lián)合收獲機(jī)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2010（12）：88～91.

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Design of Film and Pipe-laying air Suction Precise Seedmelon Seeder

JIANG De-li,REN Zhi-qiang,Tian Yu,FANG Shuo
（Xinjiang Keshen Agricultural Equipment Technology Development Co.,Ltd,Shihezi,832000,Xinjiang,China）

According to the Xinjiang seedmelon planting pattern and characteristics of seedmelon seeding machinery market demand,we designed film and pipe-laying air suction precise seedmelon seeder which is mainly composed of frame and fertilizing device,seeding device,film laying pipe laying device and soil ridging device which can complete the fertilization, seeding film and pipe laying and soil coveringetc.Field test resultsshow:11～16 hm2/h of the operation efficiency,35～60 mm of row spacing,144～240 mm of hole spacing,the hole rate is less than3%,the breakage rate of less than 1%.Through the analysisof the test resultsand optimization of key components,the machine has been mass production and promotion,by the majority ofusers.

Seed melon;Precision sowing;Air suction

1007-7782（2016）06-0008-04

10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2016.06.002

S223.2+5

A

2016-11-11