氣吸式鋪膜播種機結構分析與試驗研究

陳　晨，劉　飛，張　濤，李鳳麗，趙滿全

(內蒙古農業大學 機電工程學院，呼和浩特　010018)

?

氣吸式鋪膜播種機結構分析與試驗研究

陳晨，劉飛，張濤，李鳳麗，趙滿全

(內蒙古農業大學 機電工程學院，呼和浩特010018)

摘要：2BQM-2鋪膜播種機配套動力18kW，能夠一次性完成開溝、播種、施肥、覆土及鋪膜等功能，適合中小規模種植農戶使用。參照《JB/T7732—2006鋪膜播種機》行業標準，對該機在內蒙古自治區鄂爾多斯市準格爾旗進行了玉米精密播種田間試驗。結果表明：該機作業株距與理論株距偏差為(-2，2)cm；作業播深與理論播深偏差為(-1,1)cm，作業行距與理論行距偏差為(-2,1)cm，播種重播率為 1.5% ，空穴率為0.4% ，種子破碎率為0，穴粒數合格率為 96.2% ，膜邊覆土合格率為98%。試驗數據表明：該機型適合大面積推廣使用，可為實現精密機械化種植提供保障。

關鍵詞：鋪膜播種機；氣吸式；精密

0引言

我國玉米的播種面積很大，分布也很廣，是我國北方和西南山區及其它旱谷地區人民的主要經濟作物之一，在北方地區糧食生產中占有舉足輕重的地位[1-2]。氣吸式精密播種作業技術可提高播種精度，節約種子用量，提高了化肥利用率，該類產品的研制與推廣應用對提高播種效率、提高作物產量、降低作業成本、增加農民收入保護自然環境等方面有重要意義[3]。

鋪膜播種機是一種先進的機型，就玉米播種來講屬國內領先水平，對甜菜播種來講，其鋪膜栽培和機械化水平在世界領先；同時，該機是農機中的關鍵機型，鋪膜機的推廣使用與否直接影響農機化的推廣及普及應用[4-5]。我國較早開發了2BQ-6型氣吸式播種機，在其基礎上又開發出氣吸式免耕播種機等機型，一直使用至今。

2BQM-2鋪膜播種機在關鍵工作部件開穴鴨嘴和勺式取種器的設計上有較大的突破，解決了播種穴孔的種子和膜孔錯位的問題，提高了取種精度，減少了空穴，節省了種子，提高了經濟效益。該技術受到農民和各級農業部門的高度評價[6-7]。

1機具功能、總體結構和關鍵部件

1.1　機具功能

2BQM-2型鋪膜點播機是由內蒙古農業大學機電工程學院研制、由內蒙古大學機械廠聯合生產的一種新型氣吸式精量播種機具，與13.23～22.05kW拖拉機配套，主要適用于玉米、大豆、甜菜、棉花及花生的平作鋪膜播種作業。其在已耕、耙、耱好的地上可以一次完成施肥、鋪膜、膜上穴播、膜下滴灌帶鋪設等多項作業工序，既可進行聯合作業，也可單獨進行鋪膜、播種作業，是一種多用途中型機具[8]。

1.2　機具總體結構

2BQM-2型氣吸式精量鋪膜播種機采用與普通小四輪拖拉機進行三點懸掛的連接方式，主要由機架、施肥系統、鋪膜系統、負壓風機總成、平土鏟、行走裝置、膜上精量播種裝置和覆土裝置等組成[9]，如圖1所示。圖1中，排肥裝置安裝在機架上方；鋪膜裝置安裝在機架下方；播種滾筒安裝在排種輪架上再通過定位銷與機架連接；覆土裝置安裝在覆土器支架上，通過銷軸與排種輪架連接。

1.3　關鍵部件結構分析

在2BQM-2鋪膜機中，播種滾筒為鴨咀滾筒，是該機具關鍵部件。滾筒上相鄰兩個鴨嘴之間的距離決定所播種作物的株距[10-11]。鴨嘴滾筒的成穴效果及落種位置主要取決于固定鴨嘴的設計。固定鴨嘴的成穴邊線與過前端的半徑成某個適合角度時，具有較強的入土成穴性能，且不易掛膜[12]。

氣吸式精量播種滾筒由排種滾筒、負壓裝置、傳動鏈輪組及風機氣管等零件組成[13]，如圖2所示。

1.平土鏟　2.肥箱　3.掛膜桿　4.吸管　5.播種滾筒　6.種箱

圖2　2BQM-2型鋪膜播種機鴨咀滾筒

2機具工作原理及主要技術參數

2.1　主要部件工作原理

氣吸式播種器工作時，由高速風機產生負壓，傳給排種單體的真空室；排種盤回轉時，在真空室負壓作用下吸附種子，被吸附的種子隨排種盤一起轉動；當種子轉出真空室后，不再承受負壓，種子失去了吸附力，自動落入取種盒內，在播種滾筒旋轉一圈后進入鴨嘴，將種子播到土壤中[14-15]。

拖拉機以2～4km/h的速度前進，在膜上滾動著的排種滾筒，通過鏈輪鏈條將動力傳到中間傳動軸的鏈輪，中間傳動軸的鏈輪帶動負壓室軸的鏈輪轉動，齒數比為1:3。這樣實現了滾筒轉3圈，負壓室軸轉1圈，起到了穩定取種的目的。

2.2　主要技術參數

掛接形式：三點懸掛

配套動力/kW：13.23～22.05

外形尺寸/mm：1 630×1 220×885

適用膜寬/mm：650～850

播種深度/mm：40～60

播種行距/cm：35～55

排肥器形式：槽輪式、攪刀撥輪式

開溝器形式：鏵式

作業速度/km·h-1：2～4

播種行數：2行

穴播株距/cm：17、20、23、26、32、40

穴播粒數：玉米1粒(85%)

排肥量/kg·hm-2：顆粒肥75～450，碳氨225～1 500

覆土器形式：圓盤式

純小時生產率/hm2·h-1：0.133～0.267

結構質量/kg：150

負壓風機轉速/r·min-1：5 500～6 000

該機具在田間工作示意圖如圖3所示。

圖3　2BQM-2鋪膜播種機

3性能試驗

3.1　試驗設計

為了驗證研制的2BQM-2鋪膜播種機的作業性能，于2015年4月在內蒙古自治區鄂爾多斯市準格爾旗進行種植試驗。

1)試驗地概況：土壤為砂壤土， 0~10cm 土層，土壤含水量與堅實度較好，在鄂爾多斯當地具有一定的代表性。

2)試驗材料：試驗采用小四輪拖拉機懸掛 2BQM-2 鋪膜播種機播構成作業機組進行覆膜、播種等作業。播種試驗所選取的種子為內單4號，品質優良，在當地使用率較高。

3)試驗儀器：游標卡尺 (量程200mm ，精度0.05mm)、卷尺(量程5m，精度1mm)、直尺(量程100cm，精度1mm) 、鐵鍬。

4)測定項目與方法：2BQM-2鋪膜播種機利用鴨嘴式鋪膜播種機進行膜上打孔播種。隨機選取幾壟，各取若干組 10 m 長的距離，依次觀察膜孔覆土情況，測定株距(沿前進方向上兩相近膜中種子的距離)、播種深度和行距。同時，分別按照式( 1 )～式( 4)計算株距、播深和行距的各項指標[16-17]，如表1所示。

均值的計算公式為

(1)

標準差S的計算公式

(2)

變異系數v的計算公式為

(3)

穩定系數U的計算公式為

U=(1-V)×100%　(4)

3.2　試驗結果分析

對田間所采集的數據進行整理，利用Origin軟件對其進行分析計算和處理，得到顯示機具播種性能的圖表，如圖4～圖6所示。

由圖4～形圖6可以看出：實際株距、行距均在理論株距、設定行距周圍很小的范圍內浮動，實際播深完全在機具所要求的理論播深的范圍內，且偏差不會影響機具的實際經濟效益。

圖4　株距

圖5　播種深度

圖6　行距

經計算和處理，得出各項參數的平均值及各項指標，如表2所示。

表2　播種指標測定分析結果

依據JB/T 7732-2006 《鋪膜播種機》、JB/T 10293-2013《單粒(精密)播種機 技術條件》、GB/T 6973-2005《單粒(精密)播種機 試驗方法》等標準進行試驗與檢測。經計算，播種重播率為 1.5% ，空穴率為0.4% ，種子破碎率為0，穴粒數合格率為 96.2% ，膜邊覆土合格率為98%[18]。

本次試驗使用的鋪膜播種機的滾筒均布7個鴨嘴，參照鴨嘴數量與株距對照表，由試驗結果可知：鴨嘴式打孔播種機的播種穴距、 播深和穴粒數平均值都符合農藝要求，變異系數較小，穩定性系數較大。這說明，該穴播機播種效果較好，機具設計滿足膜上打孔播種的技術要求[19-20]。

3.3　生長情況采樣

2個月之后的生長狀態如圖7所示。

圖7　玉米生長情況

4結論與討論

4.1　結論

試驗與實際生長狀況表明：采用2BQM-2鋪膜播種機在準格爾旗的機播試驗是成功的，能夠保證單位面積的基本苗數，起到了示范效果，受到當地農民歡迎，為今后的大面積推廣玉米機械化播種提供了可靠依據。

4.2　討論

通過實地考察與試驗，了解到該機在覆土后的鎮壓效果還有待提高。該地區農民自己發明添加了鎮壓器，不僅解決了鎮壓問題，還為機器的改善提高和更大范圍推廣起到了良好的推動作用。圖8為當地農民改進的機具。

圖8　改進后的機具

經測量，對該鎮壓器的原理和尺寸有了深刻了解，并對其進行三維建模。圖9為基于SolidWorks的鎮壓器建模。

圖9　鎮壓器

參考文獻：

[1]劉長峰.2BQM-2型氣吸式精量鋪膜播種機管道氣流的分析與試驗研究[D].呼和浩特：內蒙古農業大學,2014.

[2]劉漢濤.2BQM-2氣吸式精量鋪膜播種機排種裝置工作過程的計算機仿真[D].呼和浩特：內蒙古農業大學,2001.

[3]竇衛國,王竹瑛,杜文亮,等.2BP-2型鋪膜播種機的改進及應用前景分析[J].內蒙古農牧學院學報,1996,17(4):98-101.

[4]竇衛國,王竹瑛,趙士杰,等.新型氣吸式精量鋪膜播種機的試驗研究[J].農業工程學報,1997(3):120-123.

[5]吳夢隱,魏敏,張立新,等.針對可降解膜鴨嘴式穴播器的結構設計與試驗[J].農機化研究,2015,37(6):85-88.

[6]張健,劉社義.氣吸式精量鋪膜播種機的推廣應用[J].新疆農墾科技,2006(2):37-38.

[7]溫浩軍,李亞雄,陳學庚.2BMD-20膜下滴灌鋪管鋪膜播種機[J].新疆農機化,2001(2):23.

[8]楊冬冬,張晉國,周輝,等.氣吸式油莎豆精量鋪膜播種機的研制[J].農機化研究,2013,35(8):68-71.

[9]趙立軍,周福君.2BF-1400型水稻覆膜播種機整地覆膜機構設計[J].農機化研究,2010,32(9):118-121.

[10] 許秋偉.鴨嘴式打孔播種機田間試驗研究[J].農業科技與裝備,2014(2):35-36.

[11]蔡雅琨,劉俊峰,柴立發,等.果園實生苗精密播種機覆膜機構的設計研究[J].農機化研究,2015,37(3):112-115.

[12]劉飛,趙滿全,吳英思.播種鋪膜穴播機的設計及棉花排種性能試驗[J].農機化研究,2015,35(7):135-138.

[13]劉文忠.氣吸式排種裝置排種性能試驗研究[D]. 呼和浩特：內蒙古農業大學,2008.

[14]常橙,杜健民,馮雅麗.2BYP-4型覆膜播種機的設計與試驗研究[J].農機化研究,2013,35(12):90-93，97.

[15]孫增強,李洪文,楊林.2BQM-2型氣吸式精量玉米免耕播種機的設計[J].農機化研究,2007(2):87-89，117.

[16]王文明,張欲曉,竇衛國,等.氣吸式精量播種裝置種子落點規律的試驗研究[J].農機化研究,2009,31(2):159-161.

[17]劉飛.膜下播種機參數化造型及排種裝置性能試驗研究[D]. 呼和浩特：內蒙古農業大學,2009.

[18]楊善東,杜瑞成,刁培松.旱作地區覆膜穴播機械技術研究[J].農機化研究,2007(12):251-252.

[19]中國國家標準化管理委員會.GB/T6973-2005單粒(精密)播種機試驗方法[S].北京:中國標準出版社,2005.

[20]中華人民共和國國家發展和改革委員會.JB/T7732-2006鋪膜播種機[S].北京:中國標準出版社,2006.

The Structure Analysis and Experimental Research of Pneumatic Plastic Film Mulch Planter

Chen Chen， Liu Fei， Zhang Tao， Li Fengli， Zhao Manquan

(College of Mechanical and Electrical Engineering of Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, China )

Abstract：2BQM-2 membrane machine 18 kw power, the machine can be a one-time furrowing and seeding, fertilization, cover earth, membrane, and other functions, is more suitable for small and medium scale planting farmers use. With reference to the JB/T7732-2006 membrane machine industry standard for the jungar banner in Inner Mongolia ordos city corn precision seeding field tests have been carried out. Experimental results show that the machine operation planting distance and theory for planting distance deviation (-1, 3) cm; Homework spacing and row spacing deviation theory of (-1, 2)cm,sowing depth and sowing depth deviation theory to (-1,1)cm, sowing the replay rate was 1.5%, the hole rate of 0.4%, seed broken rate of 0, den grain number percent of pass is 96.2%, the membrane covering percent of pass is 98%. Show that the model is suitable for promote the use of large area, offers protection for the precision mechanical cultivation.

Key words：membrane machine; gas suction; precision

中圖分類號：S223.2+5

文獻標識碼：A

文章編號：1003-188X(2016)08-0155-05

作者簡介：陳晨(1993-)，男，山西忻州人，碩士研究生，(E-mail)5644749940@qq.com。通訊作者：趙滿全(1955-)，男，內蒙古土右旗人，教授，博士生導師，(E-mail)nmgzmq@yahoo.com.cn。

基金項目：內蒙古自治區專利實施計劃項目(20140185)

收稿日期：2015-07-23