精準智能化免耕覆秸施肥播種機關(guān)鍵技術(shù)研究

王琪玲，李宗嶺

（連云港市農(nóng)機試驗推廣站，江蘇 連云港 222000）

精準農(nóng)業(yè)是當今世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的新潮流，是由信息技術(shù)支持的、根據(jù)空間變異定位、定時、定量地實施一整套現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)操作技術(shù)與管理的系統(tǒng)。精準農(nóng)業(yè)技術(shù)是基于信息技術(shù)、生物技術(shù)和工程裝備技術(shù)等一系列科學技術(shù)成果上發(fā)展起來的一種新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，由全球定位系統(tǒng)、農(nóng)田信息采集系統(tǒng)、農(nóng)田遙感監(jiān)測系統(tǒng)、農(nóng)田地理信息系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)、智能化農(nóng)機具系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、網(wǎng)絡化管理系統(tǒng)和培訓系統(tǒng)等組成，將變量播種、變量施肥、變量灌溉、變量噴藥和在線實時測產(chǎn)等技術(shù)集成為一體，有利于提高農(nóng)業(yè)作業(yè)的效率、降低生產(chǎn)成本。

我國當前面臨農(nóng)業(yè)資源匾乏、農(nóng)田環(huán)境污染嚴重等問題，因此實施精準農(nóng)業(yè)是解決我國農(nóng)業(yè)由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中所面臨的確保農(nóng)產(chǎn)品總量、調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和質(zhì)量、資源嚴重不足且利用率低、環(huán)境污染等問題的有效方式，實施精準農(nóng)業(yè)示范和研究工作具有重要的戰(zhàn)略意義。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，人們對土地資源、環(huán)境保護、能源利用等方面認識的提高，農(nóng)機裝備正由單一型向多功能型轉(zhuǎn)變，由粗獷型作業(yè)向精細效益型作業(yè)轉(zhuǎn)變，由手動半自動向智能化及自動化轉(zhuǎn)變。因此，研究開發(fā)高效節(jié)能的精準智能化覆秸施肥播種機械具有十分重要的意義。

目前，由于中小型收獲機的廣泛使用，農(nóng)作物秸稈無法得到有效的處理及運用，被棄置田地間，更有甚者在田間焚燒秸稈，這不僅會對環(huán)境造成巨大的污染，更存在著火災等重大安全隱患。為解決上述問題，各級政府相繼提出禁燒農(nóng)作物秸稈，大力推廣秸稈粉碎還田，大大提高了秸稈利用率，減少了環(huán)境污染，對培肥地力、提高單位面積產(chǎn)量起到了一定的積極作用。然而，目前市場上的旋耕還田施肥播種機普遍存在著播種不均勻，智能化程度低，機具在作業(yè)期間行走困難、出現(xiàn)擁堵等現(xiàn)象，導致農(nóng)作物的產(chǎn)量降低，農(nóng)民收入也隨之減少。

為解決上述技術(shù)難題，緊跟當前農(nóng)業(yè)機械裝備智能化發(fā)展趨勢，連云港市農(nóng)業(yè)機械技術(shù)推廣站、江蘇大力士機械制造有限公司和江蘇海洋大學聯(lián)合提出了精準智能化免耕覆秸施肥播種機研發(fā)，該機型引入北斗測量控制技術(shù)，精確控制播種施肥量和均勻性，可一次性完成秸稈粉碎覆蓋、秸稈旋耕還田、智能化精量播種施肥、覆土鎮(zhèn)壓等多道作業(yè)工序，可以解決當前我國政府和農(nóng)民迫切需要解決的秸稈焚燒問題，提高作物產(chǎn)量，促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

精準智能化免耕覆秸施肥播種機從單純追求秸稈還田及播種效果到綜合考慮秸稈分流還田、智能化精量播種施肥、覆土鎮(zhèn)壓等全方位全過程的功效，達到了全面提高效率，徹底解放勞動力，降低成本、增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的目的。

1 研發(fā)中解決的主要問題

1.1 根據(jù)秸稈部分粉碎覆蓋還田、部分旋耕入土的

技術(shù)要求，創(chuàng)新設計了關(guān)鍵環(huán)節(jié)的作業(yè)部件，確定了整機的結(jié)構(gòu)形式，集成創(chuàng)制出一種可一次完成碎秸清秸、苗床整理、智能化施肥播種、播后均勻覆秸的復式作業(yè)機。

1.2 運用北斗導航技術(shù)對作業(yè)區(qū)域和位置進行精確定位，精準控制作業(yè)行間距，解決播種不均勻，避免幼苗的擁擠，行間距大小不同，播種、施肥量憑經(jīng)驗確定等問題。實現(xiàn)了大田等行距播種施肥；對作業(yè)面積、作業(yè)效率、播種施肥量實時檢測；同時根據(jù)作業(yè)田塊、作業(yè)成本要求等各方面進行綜合考慮智能決策給出作業(yè)參數(shù)。

1.3 與農(nóng)藝相結(jié)合，解決智能化施肥播種過程的適應性和可靠性問題。重點研究解決了智能化精量播種施肥裝置，與GPS 或北斗導航系統(tǒng)相結(jié)合，將電機速度與整機作業(yè)速度相匹配，實現(xiàn)了智能調(diào)節(jié)控制播種施肥電機速度，解決播種施肥量變量精準調(diào)節(jié)，以滿足不同作業(yè)工況的播種均勻性要求，最終提高播種質(zhì)量。

1.4 解決了智能播種施肥控制系統(tǒng)信息輸出與集成問題。對精量播種施肥控制系統(tǒng)進行軟硬件設計并進行集成優(yōu)化，以實現(xiàn)對拖拉機速度傳感器的輸出信息融合集成的高效性、穩(wěn)定性與可靠性。

2 精準智能化免耕覆秸施肥播種機的組成

精準智能化免耕覆秸施肥播種機主要由滅茬部分、旋耕機部分、施肥播種部分、智能控制部分、懸掛架和斷種、斷肥報警裝置等組成。

智能控制器主要由GPS/北斗天線、控制器主機、感應開關(guān)、傳感器及信號連接線組成。

衛(wèi)星定位智能控制系統(tǒng)連接方式如圖1 所示：

圖1 衛(wèi)星定位智能控制系統(tǒng)連接方式

工作時，精準智能化免耕覆秸施肥播種機通過三點懸掛機構(gòu)與拖拉機連接，拖拉機后面輸出軸動力通過萬向節(jié)傳遞到中間傳動齒輪箱，中間傳動齒輪箱將動力分3 路分傳遞到側(cè)邊旋耕傳動裝置、側(cè)邊秸稈粉碎傳動裝置和播種施肥傳動裝置，秸稈粉碎刀軸轉(zhuǎn)速為2 500 r/min，高速旋轉(zhuǎn)帶動旋切刀切碎秸稈，旋耕刀軸旋轉(zhuǎn)帶動旋耕刀旋切碎土，被旋切的土壤與秸稈沿著旋切刀的切線方向和格柵板曲線向后拋灑; 肥箱與種子箱中的化肥與種子分別由排種、排肥智能控制裝置通過排肥器與排種器、排肥管與排種管排出，并由前端拋灑出的、旋切后的秸稈與土壤覆蓋，最后由鎮(zhèn)壓輪鎮(zhèn)壓完成作業(yè)。

主要技術(shù)指標：工作幅寬2～3 m，埋茬深度大于6 cm，播種深度3～6 cm，播種行數(shù)14 行，施肥行數(shù)7 行, 播種合格率≥75%，排種量一致性變異系數(shù)≤3.9%。

3 精準智能化免耕覆秸施肥播種機主要特點

3.1 集碎秸清秸、苗床整理、智能化施肥播種、播后均勻覆秸等多項功能于一體的復式作業(yè)體系創(chuàng)新，一機多用，有利于提高機具效率。

3.2 創(chuàng)新了秸稈粉碎分流還田裝置，提高秸稈利用率，保證播后產(chǎn)量。

3.3 采用電力驅(qū)動排肥排種軸，實現(xiàn)播種施肥作業(yè)的自動化和精準化。

3.4 基于自動控制技術(shù)，進行信息融合與系統(tǒng)集成控制，實現(xiàn)施肥播種智能化。

4 結(jié) 論

4.1 通過試驗研究和性能檢測表明，研發(fā)的精準智能化免耕覆秸施肥播種機可以和各種形式的大中型拖拉機系列配套，一次性作業(yè)完成秸稈粉碎、旋耕深埋、播種、施肥、覆土、鎮(zhèn)壓等多道工序，作業(yè)效果良好，且機器結(jié)構(gòu)合理、緊湊、成本較低，適應范圍廣。

4.2 采用合理的刀軸排列與刀軸轉(zhuǎn)速，碎土質(zhì)量更高，滅茬適應性較強，可適應稻茬高度50 cm 以下，土壤濕度小于30%情況下高質(zhì)量作業(yè)。