播種機多用途少耕刀軸及施肥播種系統理論研究

薄滿如

（山西省農業機械發展中心，山西 太原 030002）

1 研究背景

山西省地處黃土高原，是典型的干旱和半干旱地區，主要農作物為一年一熟小麥，一年一熟玉米，小麥、玉米、大豆一年兩熟和兩年三熟，一年一熟谷、黍等小雜糧。由于常年受水土流失和干旱等自然災害影響，糧食產量低而不穩，嚴重地制約了農業的可持續發展。針對存在的實際問題，從1992 年開始，山西省從澳大利亞引進機械化保護性耕作技術，在臨汾市堯都區城隍村丘陵旱地區，進行了一年一熟小麥保護性耕作技術和傳統耕作技術對比試驗，到2006 年，試驗取得保土、保水、節本、增肥、增產和增效的試驗效果，并通過了農業部技術鑒定。之后，保護性耕作技術在全國得到快速發展。到2016 年，山西省不同類型和不同作物種植地區，實施保護性耕作面積近113.3×104hm2，保護性耕作技術的推廣應用已進入一個全面、快速的發展時期。但是，在保護性耕作技術推廣過程中還存在很多問題，特別是現有保護性耕作關鍵配套機具——播種機生產用途單一、適應性不強，經濟效益較差等問題尤為突出，保護性耕作播種機問題成為推廣保護性耕作技術的難點、重點和熱點問題。最近幾年，我國各地研制開發了不少保護性耕作技術配套的播種機械。這些播種機針對性很強，一般針對一種農作物種植方式，在特定的保護性耕作技術條件下使用。比如，山西運城大渠播種機廠生產的2BMF-4 型、3 型、2 型玉米免耕播種機，僅適用于一年一熟玉米區；2BMF-11型、9型、7型小麥免耕播種機，僅適用于一年一熟小麥區；這些播種機利用率較低，價格較高（4 580～6 680 元/部），并受免耕播種后地表雜草難以控制和播種玉米用種量較大（2～2.5 kg/0.067 hm2）的影響，農民積極性不高，播種機年作業面積較少（10～20 hm2/部），農機戶經濟效益較差，嚴重地影響保護性耕作技術的推廣應用；河北農哈哈生產的2BCYF 型倉轉式和2BCYQF 型氣吸式系列玉米播種機，解決了玉米精量播種問題，但只能在少耕處理的地表播種作業，當地表秸稈覆蓋量較大時存在播種堵塞問題。在小麥玉米一年兩熟地區，因玉米秸稈粉碎后地表秸稈覆蓋量較大，播種只能應用圓盤開溝旋耕播種機播種小麥，旋耕深度較深，地表全部旋耕，作業后土壤較虛，而且不能進行化肥深施，出苗弱、抗旱保墑能力較差。

2 研究目標

多用途播種機研究的主要目標是：通過對保護性耕作技術中免耕播種和少耕播種技術的研究，將免耕和少耕播種技術優化統一到一種播種機上來完成，實現秸稈覆蓋地表少免耕施肥播種聯合作業，一機多能，一機多用，提高播種機的利用率和生產效益，提高播種機的作業質量，降低播種生產成本，完善不同地區和不同作物保護性耕作技術體系，提高保護性耕作業技術水平，規范播種機標準化生產。

播種機能夠快捷方便地調整和更換作物排種器和播種開溝器，以適應玉米精量播種和多種農作物播種要求，擴大用途；能夠方便調整播種行距，以適應多種作物種植制度的播種需要，擴大適用范圍；能夠方便調整耕作深度，選擇條帶免耕（旋耕深度10～18 cm）和少免耕（旋耕深度0～6 cm），以適應不同量的秸稈覆蓋地表播種通過性要求，提高生產質量；能夠選擇高速播種作業（＞4 km/h），增加播種生產效益。

播種機總體結構要求緊湊、堅固、體積小、質量輕，適用于拖拉機液壓全懸掛作業，傳動部件安全可靠，操作技術容易掌握。具體的播種性能要求如下。

對小麥一年一熟地區，在小麥高茬秸稈地表覆蓋量較大（產量＞200 kg/0.067 hm2）或深松后地表留有較大的深松溝，選擇條帶免耕播種小麥作業（見圖1）；在小麥高茬秸稈地表覆蓋量較小或小麥秸稈粉碎覆蓋的地表或少耕后的地表選擇少免耕播種小麥作業（見圖2），播種質量符合高標準保護性耕作技術要求。

圖2 播種機免耕播種后地表及土壤橫斷面示意圖Fig.2 The schematic diagram of surface and soil cross section after no tillage sowing of planter

對玉米一年一熟地區，在玉米秸稈直立狀態下選擇直接條帶免耕精量播種玉米作業；在玉米秸稈粉碎覆蓋地表量較大（產量＞500 kg/0.067 hm2）的狀態下選擇條帶免耕精量播種玉米作業；在玉米秸稈地表覆蓋量較少或少耕過的地表選擇少免耕精量播種玉米作業，播種質量符合高標準保護性耕作技術要求。

對小麥、玉米一年兩熟和小麥、豆類、玉米兩年三熟地區，在小麥留高茬覆蓋地表狀態下選擇條帶免耕精量播種玉米或大豆作業，在玉米秸稈直立（產量＜300 kg/0.067 hm2）或秸稈粉碎覆蓋地表（產量＞500 kg/0.067 hm2）狀態下選擇條帶免耕播種小麥作業，播種通過性好，適應性好，播種質量符合高標準保護性耕作技術要求。

對小雜糧一年一熟輪作倒茬地區，在根茬固土地表狀態下或少耕地表選擇條帶免耕播種或選擇少免耕播種播種谷黍、攸麥、胡麻等播種作業，播種質量符合保護性耕作技術要求。

3 創新研究

3.1 設計方案

重點闡述多用途播種機刀軸系統的設計。播種機機架為框架結構，前部中間安裝變速箱體，變速箱兩側安裝旋耕刀軸，旋耕刀軸按條帶旋耕原理排列分布（見圖3），在技術結構上保證了條帶免耕和全部少免耕的應用選擇；機架后部安裝箭鏟式施肥播種開溝器，硬茬入土開溝能力強，在技術結構上保證了免耕開溝施肥播種所需要件；施肥開溝器在前，播種開溝器在后，提高播種通過性；施肥播種開溝器分前后兩排交叉錯位配置，前排插入旋耕刀內，后排緊貼旋耕刀，縮短了播種機縱向尺寸，緊湊了播種機結構，在技術結構上解決了大量秸稈覆蓋地表情況下播種機的通過性問題；開溝器能夠調整到旋耕刀下方，實現播種機條帶免耕或少免耕播種任務；根據需要卸掉箭鏟式施肥播種開溝器，整體換裝上玉米精量排種器和開溝器，保證玉米精量播種；機架后部安裝為可調整為浮動或固定的整體鎮壓輪，根據作業土壤墑情選擇固定鎮壓輪對播種行進行強鎮壓，同時對旋耕深度和播種深度進行限深，選擇浮動鎮壓輪時，減輕對播種行的鎮壓強度；鎮壓輪對播種行進行對行鎮壓，解決播種行壓實問題；機架上部安裝肥箱、種箱和排肥器、排種器，排肥器為大槽輪排肥器，排種器為小槽輪多用途排種器，保證播種小麥、谷黍、胡麻、攸麥等小顆粒作物，同時能常量播種玉米、大豆；排種器、排肥器的驅動力在播種機兩側由鎮壓輪驅動，通過鏈條傳動機構來傳遞。

圖3 旋耕刀軸排列、施肥播種開溝器配置示意圖Fig.3 The schematic diagram of rotary tillage knife shaft arrangement,fertilization and sowing ditcher configuration

播種機變速箱為速度可調變速箱，有3種速度可供選擇，第1 種速度為旋耕刀轉速為285 r/min，第2 種速度為旋耕刀轉速為310 r/min，第3種速度為旋耕刀轉速為345 r/min，不同的轉速以適應地表墑情和地表秸稈覆蓋量的大小，有效防止播種機作業堵塞現象的發生，保障作業質量，提高播種作業速度。

3.2 播種機關鍵技術

在生產技術上，解決播種機在秸稈直立或大量秸稈粉碎覆蓋的免耕地表一次作業完成條帶免耕施肥播種小麥、玉米、大豆或玉米精量播種的播種機通過性問題和作業質量問題；解決少量秸稈覆蓋地表或少耕秸稈覆蓋地表一次作業完成少免耕施肥播種小麥、玉米、大豆、谷黍、攸麥、胡麻或玉米精量播種的播種機通過性問題和作業質量問題；解決施肥播種同溝，種、肥有效分層問題；提高播種機作業速度到4～5 km/h；提高播種機的適應性，適用于小麥、玉米、雜糧一年一熟地區和小麥、玉米、大豆一年兩熟和兩年三熟地區多種農作物播種，適用于多種秸稈覆蓋地表和少耕秸稈覆蓋地表模式的農作物播種；提高播種機標準化生產水平，降低播種機作業故障率。

在播種機技術結構上，解決播種機多種用途、多種功能與結構緊湊的矛盾；完成旋耕刀條帶旋耕分布排列，并與施肥播種開溝器合理配置，實現條帶免耕播種和少免耕播種等多項作業模式選擇；優化施肥開溝器和播種開溝器同溝配置結構形式，保障種、肥同溝有效分層；整體組合玉米精量排種器和開溝器，與播種機機架方便快捷整體配套安裝。

3.3 技術創新點

3.3.1 旋耕刀排列

與一般旋耕機的旋耕刀排列不同，旋耕刀按條帶耕作原理排列，提高作業后秸稈覆蓋率和對秸稈、根茬的切碎率。作業時，旋耕刀條帶旋耕深度10～18 cm，寬度18 cm，免耕帶寬度7 cm，碎秸稈在旋耕刀的作用下有效地向免耕帶集中覆蓋，提高播種質量，降低動力消耗，施肥播種開溝器在條帶旋耕帶內施肥播種，實現條帶免耕播種。見圖4、圖5。

圖4 播種機旋耕刀條帶排列示意圖Fig.4 The schematic diagram of strip arrangement of rotary tillage knife of planter

3.3.2 開溝器與旋耕刀的配置

開溝器與旋耕刀按前后兩排交錯配置，第1 排播入旋耕刀內，第2 排緊貼旋耕刀，相對增大了開溝器間的距離，提高了播種機的通過性。作業時，旋耕刀旋轉清理開溝器上掛草，有效地防止了堵塞。開溝器能夠調整到旋耕刀之下4 cm，作業時，旋耕刀入土0～6 cm，開溝器入土7～9 cm施肥播種見圖5。

4 播種機系統工作過程

播種機工作原理見圖6。

作業時，拖拉機動力通過動力輸出軸傳遞給播種機變速箱，旋耕刀旋轉將地表部分秸稈或作物根茬切碎，當選擇條帶免耕播種作業時，條帶旋耕部分入土10～18 cm、旋耕寬度為18 cm，在相鄰兩播種行間留有寬度為7 cm 的免耕秸稈覆蓋帶；當選擇少免耕播種作業時，旋耕刀入土0～6 cm 進行地表處理、施肥播種。播種機工作中，地表碎秸稈在旋耕刀和開溝器的作用下向播種行間免耕帶分流集中覆蓋，減少播種行的秸稈覆蓋量，增加非播種行間的秸稈覆蓋量，并將沒有切碎的秸稈通過旋耕刀的旋轉帶回到播種機前方進行二次切碎；插入旋耕刀內的施肥播種開溝器在兩側旋耕刀旋轉的作用下防止開溝器掛草堵塞；緊隨旋耕刀后的施肥播種開溝器，在旋耕刀的旋轉作用下，清理開溝器前的掛草防止開溝器堵塞；施肥播種開溝器前后交叉錯位，增大了開溝器間距，增大了土壤和秸稈通過空間，防止了開溝器堵塞。施肥播種開溝器隨著播種機前進，開溝施肥、覆土覆肥，后拖磨播種開溝器在施肥行溝拖磨平溝，對施肥溝再次覆土覆肥，并磨平播種溝再進行排種覆土，完成施肥、播種、覆土任務。施肥播種開溝器出肥口與出肥口前后、上下都設計有一定間距，保證種、肥同溝上下有效分層，種、肥間距為4～6 cm。鎮壓輪為對行鎮壓，并對播種溝增加覆土，壓實播種行土壤，使施肥、播種行土壤嚴實。鎮壓輪通過傳動鏈將動力傳遞給排肥、排種器進行排肥、排種。根據播種農作物要求更換玉米精量排種器即可完成玉米精量播種任務。