電控赤松茸布料播種一體機設計

戈皓月，賈雅麗，李少華，呂新路，顧春洪，趙曉順

（1.河北農業大學 機電工程學院，河北 保定 071001；2.河北省農業機械鑒定總站，河北 石家莊 050031；3.保定市農機工作站，河北 保定 071000；4.保定市蓮池區農業農村局，河北 保定 071000；5. 保定市鑫飛達農機裝備有限公司，河北 保定 071000）

赤松茸，菌肉比較肥厚、顏色鮮艷、口感滑脆、營養豐富，抗癌效果高，能降低血脂、血糖，鎮靜神經，改善動脈硬化，因此有很高的藥用和食用價值。赤松茸也可以作為功能菌使用，其栽培原料可以選擇木料和稻草等農作物秸稈，使用特定的農作物秸稈配方，可以種植出優質的赤松茸，合理地使用農作物秸稈配方可以起到2個作用，一是物盡所用，避免了秸稈的資源浪費，二是減少秸稈燃燒產生的有害氣體排放到大氣中，更有利于生態環境地可持續發展，因此科學種植赤松茸可以為當地帶來經濟、社會以及生態效益的多樣化。赤松茸種植為處理農作物秸稈提供了一種環保且有經濟效益的方法。

赤松茸喜歡半遮陰的環境，所以一般種植在防風、陽光充足和部分遮陰的環境中。種植條件應滿足靠近水源、排水方便、含腐殖質、土壤疏松。赤松茸的市場需求量巨大，但其種植機械化發展水平一直不高，目前我國赤松茸種植基地分布不均勻，主要分布于甘肅、河北、浙江、河南等地。赤松茸播種多為人工播種，效率低，勞動強度大，人工成本高。因此，改進赤松茸種植機械，對提高赤松茸產量，促進作物種植具有重要意義。開發和推廣適合赤松茸種植農藝的種植設備，特別是發展赤松茸布料機械和播種機械，是我國赤松茸種植業發展中亟待解決的問題。

1 赤松茸栽培基料與布料機

1.1 栽培基料

目前，我國關于農作物秸稈資源優化栽培基料的研究比較少，大多以木料為原材料，配方成分種類比較多，成分配比也需要優化。最近幾年在赤松茸栽培方面，人們對農作物秸稈資源越來越重視，因此研發處理栽培材料的農用機械十分必要。

1.2 布料機

布料機由4 大部分構成，分別是碎料輥、料箱、地輪和傳動裝置。箱內設計有7 個碎料輥，每個碎料輥上安裝7 組刀片，每組有4把刀片。該機料箱采用不封蓋結構，分別為前箱體、左箱體、右箱體、后箱體，前箱體出料口處設計有擋板，上設限位裝置，用來控制出料口的大小和出料速度。布料機工作時，通過調整限位螺栓，調整擋板與前箱下邊緣之間的距離。把草于料箱的上部加入。地輪沿牽引裝置的方向旋轉，驅動三級鏈輪沿同一方向旋轉。料箱里的草經過處理后送到出料口，然后進行攤鋪。布料機結構見圖1。

圖1 布料機結構示意圖Fig.1 The schematic diagram of distributor structure

2 赤松茸播種特點和播種機設計

2.1 赤松茸播種特點

一般赤松茸播種的溫度為8℃～30℃，從播種到出菇約為45 d。春季出菇產量較低，質量稍差。秋季的溫度比較適合種植赤松茸，菌絲生長快、出菇早、產量高、菇質量優。正常價格一般為14～40元/kg。

播種時，畦內鋪20 cm 左右厚的經浸泡處理的秸稈，形成龜背形畦床，畦與畦之間留80 cm 的人行溝道。將秸稈壓平壓實，鋪上預濕的稻殼，厚度約5 cm，播種前將菌種處理成雞蛋大小，在稻殼上進行播種作業，一般采用調角或梅花形點播，播種深度約5 cm，穴距為10～12 cm，可以適當增加播穴的數量，使菌絲生長更快。播種后立即覆土，覆土材料一般為樹林表層土、腐殖土、偏酸性木屑土，理想的土壤呈濕潤松散狀，以手捏土粒扁而不破，不黏手，含水量為20% 左右，覆土厚度1～2 cm 為宜，覆土完成后，需要保持土層濕潤。料面需要處理為拱形面，料壟兩側雙排至料底打直徑為3～4 cm 的孔，孔距為10～25 cm，打孔可以保證菌生長的正常溫度和保持空氣流通。高溫季節多打孔、間距小，低溫季節少打孔、間距大。播種完成后，需要為料堆保濕，一般采用加覆蓋物的方法，選用的材料為散稻草、麥稈、草簾等，厚度約1 cm，以噴水于草簾上時多余水不滲入料內為宜。濕度太高會引起菌種腐爛，因此在雨季播種時，下雨前應覆蓋塑料膜，防止雨水滲入料中。

2.2 播種機

赤松茸播種裝置主要由直流無刷電機和機架、播種裝置和鎮壓裝置等部分組成，見圖2，播種裝置為赤松茸種箱、赤松茸播種輪、赤松茸播種輪連體漏斗等。種箱由前后左右4 個箱體組成。播種輪包括播種輪、帶有清種刷的播種輪擋板和清種刀片。播種時，將赤松茸種子放入料箱中，用鎮壓裝置將基料壓實。地輪通過鏈條帶動播種輪，填充赤松茸種子到播種輪的種孔中，種子隨赤松茸播種輪旋轉。在播種過程中，赤松茸播種輪擋板上的刷子靠近赤松茸播種輪，負責清理種孔內多余的赤松茸種子，保證播種的有序進行。然后播種機將種子轉移到連體漏斗中，當種孔中有殘留的種子時，首先將種子轉移至清種刀片，然后再轉移到連體漏斗中。連體漏斗中安裝有分籽板，排種管可以均勻的分配種子，保證播種的有序進行。連體漏斗設計成V 型，靠重力使種子從連體漏斗中落下排種，完成播種任務。

圖2 赤松茸播種機結構圖Fig.2 The structure diagram of Pinus densiflora velvet seeder

2.3 播種機電機控制硬件電路與調速

播種機電機采用的是直流無刷電機，運行可靠、噪音低、能效利用率較高、壽命長。電機通過STC89C52RC 單片機控制，更經濟，運行速度快，功耗低，抗干擾能力強。單片機最小系統硬件電路見圖3，VCC 引腳接直流電源5 V，GND 引腳接直流電源負極；XTAL1 引腳和XTAL2 引腳接晶振電路，選擇晶振頻率12MHZ；RST 引腳與復位電路連接，S0 控制單片機復位。電機連接電路圖見圖4，單片機P3.4 端口產生PWM信號，用于控制直流無刷電機。

圖3 最小系統Fig.3 The minimum system

圖4 電機電路Fig.4 The motor circuit

播種控制的關鍵是控制直流無刷電機，播種作業速度和電機轉速需要實時監測，并且將數據傳到單片機，單片機將得到的數據進行處理，向電機控制器發出特定的PWM 信號驅動電機運行，使電機的轉速能夠滿足播種要求。改變占空比，可以改變直流無刷電機轉速。電機空載運行時，直流無刷電機的轉速與占空比大致呈線性關系，但是當電機接上負載，這種線性關系被打破，如果還是按線性關系進行控制會產生很大的誤差，因此播種系統采用反饋控制，當電機轉速與設定的轉速有誤差時，單片機會輸出PWM 信號，改變占空比，調節電機轉速，直到電機速度滿足播種要求，這是一個動態變化的過程，也是一個持續調節的過程，單片機會一直指導播種的進行。

3 播種性能試驗

播種行數定為4 行，播種深度定為4.6 cm，播種速度定為0.7 km/h。為了避免偶然性，在田間隨機選擇16個行樣本，由于行長度比較大，不方便測量，因此選擇每行的15 m 作為每行的代表，測量15 m內赤松茸的栽種行距并對其間的漏播和重播進行統計。然后根據測量數據對每一行的播種機播種性能和播種精度進行計算，以平均值為最終結果。3 個播種性能評價指標分別為漏播率、破損率和播種深度合格率；株距變異系數作為播種精度評價指標，將播種后穴口中無種定義為漏播。

根據JB/T 10291-2013《旱地栽植機械》中規定的旱地播種機的主要性能指標與播種精度指標要求需滿足：漏播率≤5%，合格率≥90%，株距變異系數≤15%。將赤松茸田間試驗獲得的各項結果與以上播種指標進行對比，參照表1、表2 結果可知，該赤松茸布料播種一體機的播種性能和播種精度均符合標準中的性能和精度指標要求，因此該赤松茸布料播種一體機有推廣價值。

表1 播種性能試驗結果Tab.1 The seeding performance test results

表2 播種精度試驗結果Tab.2 The seeding accuracy test results