精準播種機部件調整改良設計應用

白玉翠

（晉中市太谷區農業機械發展中心，山西晉中 030800）

1 精準播種技術背景

早在20世紀90年代，國內就開始精準農業的應用研究，但因國內農業的特殊性及農業技術較低的因素，難以大面積應用推廣。2013年，隨德國工業4.0概念的提出，國內農業4.0也隨著提出。在技術的成熟與成本下降，國內農業面臨人力不足、農田灌溉浪費與缺水并存、農業科技投入不足且農業耕作粗放的背景下，“精準農業”也成為國內農業轉型升級的風向。

以精準播種機為主導的精準播種技術，是一項農機與農藝相結合的技術，農藝是根據品種特性、土壤肥力、墑情以及播期等情況確定適宜的播種密度、適宜的株距、行距、播深等技術指標，農機是按照上述技術指標將種子播種到土壤中預定的位置，精密播種技術的目標是追求壯個體、大群體與環境條件（水、肥、溫、光、氣）的和諧統一，充分發揮品種本身的增產優勢和充分高效利用環境條件，實現高產、高效的目標。

2 精準播種多見問題

為達到精準播種要求，當前國內主推的精準播種器，主要有機械式和氣力式。

機械式排種器，有水平圓盤式、錐盤式、復合圓盤式等幾種。作業原理，通過孔盤將種子帶入孔種，同時借助刮種板將多余種子去除，達到排種數量精確，以實現精準排種。

氣力式排種器，有氣吸式、氣壓式、氣吹式等幾種。作業原理，以負壓為介質實現精準播種。

兩種作業機械比較，機械式由于使用機械排種器，不可避免會損傷種子，影響播種效益。氣力式以負壓吸力獲取種子，減少種子損傷。同時，播種速率要高。但是，機械式排種器，結構簡單、使用方便、維護成本不高，而氣力式在使用成本上更高，由此在國內農村地區機械式排種器用于精準播種較氣力式應用面更廣。而暴露出來的開種溝不深、蓋土不嚴、傷種降低出苗率、出種不均等問題，更是被民眾所詬病。如何對精準播種機關鍵部件進行調整改良，以確保好的播種效益成為民眾普遍關心的熱點話題。

3 精準播種機部件調整改良設計應用

3.1 改良設計原理

考慮到精準播種人工輸出大，作業效率低，為此對精準播種機的關鍵部件進行改良調整。改良后的播種機，一次性完成鎮壓出寬苗帶、精量化播種、覆土鎮壓等作業，實現了對小麥的單粒精準播種（圖1）。

展現的優點，表現為：體型小，操作簡便，適合山地作業，滿足不同耕種地農藝要求。裝配專用排種裝置，落種點較低，避免種子反彈的情況。裝配電動驅動裝置，以控制系統實現對作業速度的控制，并最終以速度實現對播種粒距的調整，確保播種的等粒距。適用旋耕平整地，鎮壓平土，利于營造好的種床環境。配合旋耕機，可用于大田作業，對不同地形農機化發展意義顯著。

3.2 機具重要部件構成

改良后的精準播種機，主要有這幾部分：機架、排種器、壓土輪、電池、手柄、鎮壓器、覆土器、毛刷、控制器、坐墊、編碼器、掛土板等等。

整機機架是支撐，前端是壓土輪，地表壓種床播種。中間是排種器，連接步進電機，同步排種。后方，為蓄電池、電機、控制器等等。毛刷與排種輪連接，同步清掃排種輪，確保表面清潔。覆土裝置、鎮壓輪在后端，負責覆土和鎮壓。編碼器連接壓土輪，控制器控制機械作業速度。手柄在覆土裝置與蓄電池之間，通過螺絲與機架相相連，可根據作業人需求調整高度。

3.3 關鍵部件的調整改良

3.3.1 排種裝置。排鐘裝置是精準播種機核心部件，其改良設計好壞，直接關系著床、出苗、分蘗等等，關乎后期產量和品質。根據精準播種的要求，種子種溝分布均勻、深淺一致、等距排列、覆土良好，適用大小面積作業。滿足這樣的要求，改良后的排種器，由種箱、排種輪、輪軸等幾部分組成。

種子精準落種，包括：充種、攜種、投放等幾個過程。排種總箱內的種子，依靠滾動自由落體進入窩眼，每窩眼內保證要有一粒種子，完成充種。攜種區，要保證不提前落種。待種子到達投種位置，靠自重落進種床，完成投種。

1）種箱。改良種箱結構，由：側板、刮種板、護種板、毛刷、固定板、螺栓等幾部分組成。整個種箱，由不銹鋼側板焊接彎曲包裹而成。種箱下端，焊接呈月牙彎狀護種板，兩側焊接有底側板。種箱與護種板之間焊接處，開有弧形孔，與排種輪密切配合，完成充種工作。種箱中間，黏有帶彈性的刮種板。刮種板與排種輪留有間隙，復雜完成對下落種子的第一次清理。底側板中間焊有固定板，種箱前端用螺栓固定清種毛刷，負責第二次清種。

2）排種輪。排鐘輪設計尺寸大小、形狀，對種子排種填充性能影響較大。實際作業期間，排種輪接納種子的尺寸大小，在一定范圍內變化。排種過程中，種子呈現的狀態也不固定，有“平臥”、“側臥”、“豎立”等幾種狀態。為提升排種速率，排種輪上的種槽都應有一定的余量。同時，這樣也便于保護種子，避免清種期間有傷種。

考慮到大排種的需要，降低排種下落對毛刷的沖擊力，改良用彈性的擋板進行第一次刮種，而后裝置有毛刷進行二次清種，這樣能確保每孔有單粒種。此外，考慮到轉速、曲率對充種的影響，排種輪用密集型、單排大直徑的孔型。

3.3.2 壓土輪、鎮壓輪。在旋耕平整地播種，土質疏松、平整起伏小，種子著床有彈跳的可能。改良的措施，前端壓土輪，替代用較重的鐵輪，以壓出寬深的苗帶，利于平穩著床。同時，在輪表面焊有鋼筋，以防表面行走打滑。

鎮壓輪的作用，用于覆土、壓實，確保種子充分接觸土壤，保證高出苗率。由此鎮壓輪使用與壓土輪同樣的鐵輪，不僅碎土力強、不粘土，而且有整地作用，鎮壓后土壤上松下緊。

3.3.3 覆土裝置。開溝播種，及時覆土，避免出現涼種，防止有水分散失，而影響出苗率。覆土板為覆土裝置關鍵部件，能較好的控制覆土量。覆土板以鈑金制作，兩側各一呈對稱狀，后端最窄處為苗帶寬，左右開口呈梯形裝置。中間間距大小，可通過調整螺栓來控制。

3.3.4 編碼器和電機。編碼器以數字量輸出形成電脈沖，控制轉動軸的角位移、角速度等等。編碼器與壓土輪軸連接，用于測得實際速度，進而控制精準播種行距。步進電機，是一種高精度的執行元件，在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響。當步進驅動器接收到一個脈沖信號，驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，稱為步距角，其旋轉是以固定的角度一步一步運行的。因此，可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。

3.3.5 控制系統。整個控制系統，由控制器、編碼器、步進電機、電機驅動、蓄電池等構成。控制器，選用反應敏捷，數據處理強的XC3S500主控芯片。芯片有16路數字量通用輸入輸出端口，8路模擬量輸入，4路模擬量輸出，4路繼電器輸出，8路PWM輸出，基本滿足各地形電機控制需求。轉軸轉速的控制，以PWM脈寬調制，通過電機輸入占空比控制電機的平均電壓，以實現對電機轉速的控制。由此，在精量播種作業期間，根據事先定好的播種粒距，通過控制系統調整機具前進速度以控制輪軸轉速，起到精準播種的目的。

4 室內試驗效果

實踐是檢驗改良成果的最佳方式，田間精準播種時間，受育種周期、時令季節限制，隨時隨地對農機性能測試不方便。由此，播種機性能檢測方面，選在可控外界環境的設施大棚內。試驗前，用旋耕機對試驗田旋耕，選種簡單去雜后，安排播種試驗。通過結果來看，該機型能一次性完成平土、單粒播種及覆土鎮壓作業，同時，還能通過行走控制排種輪轉速，實現等距播種的目的。

5 改進設計應用結論與建議

1）改進后的精準播種機，可直接用于旋耕土地上播種，一次性完成整地、少量播種、覆土、鎮壓等作業流程。同時，該改良機具，體型小，操作簡便，適合山地作業，滿足不同耕種地農藝要求，尤其適合未來大田單粒播種的推廣應用。

2）機具配用電動控制裝置，通過前進速度的控制調整轉軸速度，最終以速度實現對播種粒距的調整，確保播種的等粒距，大大提升精密播種的智能化機械化水平。

3）后期的推廣試驗中，有加配懸掛裝置，將其配用在旋耕機上，這樣組合的多行距單粒播種機，大大提升大田播種作業效率。

4）目前該單粒精密播種機械僅適用于小規模農田試驗，影響作業效果的因素還需多方面取證，以不斷完善農機具作業效率，確保能早日得到推廣應用。