大豆精量播種機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

徐洪偉

(哈爾濱市松北區(qū)對(duì)青山鎮(zhèn)鄉(xiāng)村振興發(fā)展服務(wù)中心,哈爾濱 150528)

0 引言

大豆是世界上重要的糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物,其產(chǎn)量和品質(zhì)對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義[1]。然而,在傳統(tǒng)的大豆種植中,常常存在播種精度低、勞動(dòng)成本高、土地利用率低等問(wèn)題,限制了大豆產(chǎn)量和品質(zhì)的提高。因此,發(fā)展高效、精準(zhǔn)、智能的大豆播種技術(shù)對(duì)于提高大豆產(chǎn)量和品質(zhì),實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

精量播種機(jī)是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備,可以實(shí)現(xiàn)種子精準(zhǔn)計(jì)量、均勻分布和準(zhǔn)確深度的播種,提高了種子利用率和作物產(chǎn)量[2]。本研究針對(duì)現(xiàn)有大豆精量播種機(jī)的不足之處進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),以期提高播種精度和降低勞動(dòng)成本。優(yōu)化后的精量播種機(jī)應(yīng)用于田間試驗(yàn),取得了顯著效果。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外研究進(jìn)展

近年來(lái),國(guó)外對(duì)精量播種技術(shù)的研究逐漸深入,取得了一定的成果。在大豆精量播種機(jī)方面,美國(guó)、日本等國(guó)家在該領(lǐng)域的研究較為成熟。例如,美國(guó)John Deere公司推出的MaxEmerge XP大豆精量播種機(jī)采用了多個(gè)精準(zhǔn)計(jì)量器來(lái)實(shí)現(xiàn)種子的精準(zhǔn)計(jì)量和均勻分布,該機(jī)還采用了控制系統(tǒng)來(lái)監(jiān)測(cè)播種情況,并根據(jù)土壤和作物條件自動(dòng)調(diào)整行排裝置的參數(shù),實(shí)現(xiàn)了智能化播種[3]。

日本也在大豆精量播種機(jī)方面進(jìn)行了大量研究。例如,日本Yanmar公司開發(fā)的無(wú)人播種機(jī)采用了先進(jìn)的控制技術(shù)和傳感器技術(shù),可以自動(dòng)調(diào)整種子深度和間距,提高了播種精度和作物產(chǎn)量[4]。

1.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)在大豆精量播種機(jī)方面的研究也有所進(jìn)展,但整體水平與部分國(guó)家相比仍有一定差距。目前,國(guó)內(nèi)大豆精量播種機(jī)主要有兩種類型,一種是螺旋槽計(jì)量式的機(jī)型,另一種是光電計(jì)量式的機(jī)型。

螺旋槽計(jì)量式機(jī)型產(chǎn)品中,應(yīng)用較多的有徐州興茂公司的星光牌大豆精量播種機(jī)、山東泰安科技大學(xué)的研發(fā)大豆精量播種機(jī)等。這些機(jī)型都采用了螺旋槽計(jì)量和行排裝置,可以實(shí)現(xiàn)較高的播種精度和作物產(chǎn)量。

光電計(jì)量式的機(jī)型中,常見的有陜西興茂科技公司生產(chǎn)的大豆精量播種機(jī)、北京中鑫恒遠(yuǎn)公司生產(chǎn)的大豆精量播種機(jī)等。這些機(jī)型采用了光電計(jì)量和行排裝置,可以實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的計(jì)量和均勻的分布,但相應(yīng)的成本也較高。

總體來(lái)看,國(guó)內(nèi)在大豆精量播種機(jī)方面的研究取得了一定的進(jìn)展,但仍需要進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化,以提高大豆精量播種機(jī)的播種精度和降低勞動(dòng)成本。

2 大豆精量播種機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 種子計(jì)量裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)

種子計(jì)量是影響大豆精量播種機(jī)播種質(zhì)量和效率的關(guān)鍵因素之一。傳統(tǒng)的種子計(jì)量裝置容易出現(xiàn)種子堵塞和種子分布不均等問(wèn)題,影響播種效果。因此,本研究對(duì)種子計(jì)量裝置進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化。

2.1.1 螺旋槽計(jì)量機(jī)構(gòu)

傳統(tǒng)的種子計(jì)量裝置主要采用振動(dòng)盤計(jì)量機(jī)構(gòu),但該機(jī)構(gòu)容易導(dǎo)致種子堵塞和分布不均等問(wèn)題。因此,本研究采用了螺旋槽計(jì)量機(jī)構(gòu)(圖1),可以更好地解決種子堵塞和分布不均的問(wèn)題。

螺旋槽計(jì)量機(jī)構(gòu)采用螺旋槽將種子從儲(chǔ)存?zhèn)}庫(kù)輸送到種子管道中,利用螺旋槽的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)種子的計(jì)量和分配。通過(guò)控制螺旋槽的轉(zhuǎn)速和角度,可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的種子計(jì)量和均勻的種子分布。

圖1 大豆精量播種機(jī)螺旋槽計(jì)量機(jī)構(gòu)三維圖

2.1.2 氣動(dòng)分離器

傳統(tǒng)的種子計(jì)量裝置,種子在輸送過(guò)程中容易產(chǎn)生振動(dòng)和摩擦,導(dǎo)致種皮磨損和種子受損。為了解決這個(gè)問(wèn)題,本研究采用了氣動(dòng)分離器。

氣動(dòng)分離器利用空氣流動(dòng)的原理,將種子從輸送管道中分離出來(lái),避免了種子之間的摩擦和碰撞,從而減少了種子磨損和受損。同時(shí),氣動(dòng)分離器還可以分離出雜質(zhì)和輕質(zhì)種子,提高了播種質(zhì)量。

2.2 行排裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)

行排裝置是大豆精量播種機(jī)的重要組成部分,它直接影響著播種質(zhì)量和效率。傳統(tǒng)的行排裝置在開溝器角度和深度方面存在問(wèn)題,容易造成土壤壓實(shí)和含水量不足的情況,影響大豆的生長(zhǎng)和發(fā)育。因此,本研究對(duì)行排裝置進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.2.1 開溝器角度和深度的優(yōu)化

開溝器是行排裝置中最關(guān)鍵的部件,直接影響著大豆種子的落地情況和播種深度。傳統(tǒng)的開溝器容易造成土壤壓實(shí)和含水量不足的情況,導(dǎo)致大豆種子的生長(zhǎng)和發(fā)育受到限制。為了解決這個(gè)問(wèn)題,本研究對(duì)開溝器角度和深度進(jìn)行優(yōu)化。

角度和深度的優(yōu)化數(shù)值是根據(jù)具體的機(jī)械參數(shù)和播種條件而定的,不同機(jī)型和作物需要的角度和深度也不同。在本研究中,使用了模擬軟件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),具體角度和深度數(shù)值是根據(jù)模擬計(jì)算得出的,而在試驗(yàn)驗(yàn)證過(guò)程中,也對(duì)多組不同角度和深度的開溝器進(jìn)行了測(cè)試,根據(jù)測(cè)試結(jié)果確定了最佳角度和深度范圍。因此,在具體應(yīng)用中,需要根據(jù)不同的機(jī)型和播種條件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),以實(shí)現(xiàn)最佳播種效果和產(chǎn)量。

通過(guò)調(diào)整開溝器角度和深度,可以實(shí)現(xiàn)更好的開溝效果,減少土壤壓實(shí)并改善土壤含水量。同時(shí),調(diào)整開溝器的深度可以實(shí)現(xiàn)更深或更淺的播種深度,適應(yīng)不同土壤類型和作物品種。

2.2.2 行排裝置的優(yōu)化

除了優(yōu)化開溝器角度和深度之外,本研究還對(duì)行排裝置進(jìn)行了優(yōu)化。傳統(tǒng)的行排裝置容易出現(xiàn)行距不均等的問(wèn)題,影響大豆的生長(zhǎng)和發(fā)育。為了解決這個(gè)問(wèn)題,本研究采用了多點(diǎn)控制技術(shù),保證了行距的均勻。

多點(diǎn)控制技術(shù)通過(guò)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和行走速度,實(shí)現(xiàn)精確的行距控制。同時(shí),多點(diǎn)控制技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)不同作業(yè)寬度的調(diào)整,適應(yīng)不同的農(nóng)田環(huán)境和作業(yè)需求。

3 大豆精量播種機(jī)控制系統(tǒng)

大豆精量播種機(jī)的控制系統(tǒng)是保證播種質(zhì)量和效率的重要組成部分。本研究采用了先進(jìn)的電氣控制技術(shù),設(shè)計(jì)了一套高效穩(wěn)定的控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)的種子計(jì)量、均勻的種子間距和準(zhǔn)確的播種深度。

3.1 整體結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)主要由計(jì)量裝置、種子輸送裝置、行排裝置、開溝器和電控系統(tǒng)等部分組成。其中,計(jì)量裝置采用了螺旋槽計(jì)量機(jī)構(gòu)和氣動(dòng)分離器,實(shí)現(xiàn)了精確的種子計(jì)量和分離。

1)種子輸送裝置采用了無(wú)級(jí)變速器和傳動(dòng)機(jī)構(gòu),調(diào)節(jié)種子輸送速度和方向,保證了均勻的種子間距和流暢的種子輸送。

2)行排裝置采用了優(yōu)化的機(jī)械結(jié)構(gòu)和角度深度調(diào)節(jié)裝置,實(shí)現(xiàn)了精確的播種深度和間距。

3)開溝器則采用了優(yōu)化的角度和深度設(shè)計(jì),切開土壤、改善土壤質(zhì)量,保證了種子成活率和生長(zhǎng)發(fā)育。

3.2 電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

電控系統(tǒng)則是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心部分,實(shí)現(xiàn)了計(jì)量裝置、種子輸送裝置、行排裝置和開溝器的精確控制和協(xié)調(diào)配合。電控系統(tǒng)采用PLC編程控制和觸摸屏人機(jī)界面,實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制和操作簡(jiǎn)便。同時(shí),電控系統(tǒng)還配備了各種傳感器和安全保護(hù)裝置,確保播種過(guò)程的安全可靠。

4 田間驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為驗(yàn)證本研究的大豆精量播種機(jī)的實(shí)際性能和效果,設(shè)計(jì)了田間驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)選取大豆播種密度為10萬(wàn)粒·(667 m2)-1,行距為50 cm,穴距為10 cm,播種速度為4 km·h-1,共設(shè)置三組處理,本研究設(shè)計(jì)的大豆精量播種機(jī)、傳統(tǒng)大豆播種機(jī)和手工播種。

4.2 結(jié)果與分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明(表1),本研究設(shè)計(jì)的大豆精量播種機(jī)在種子計(jì)量、種子間距、播種深度等方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能和效果。種子成活率達(dá)到了95%以上,播種效率提高了20%以上,播種質(zhì)量穩(wěn)定可靠。與傳統(tǒng)大豆播種機(jī)和手工播種對(duì)照組相比,本研究設(shè)計(jì)的大豆精量播種機(jī)具有更高的播種效率、更均勻的種子間距和更穩(wěn)定的播種深度。

綜上所述,田間驗(yàn)證試驗(yàn)表明,本研究設(shè)計(jì)的大豆精量播種機(jī)具有優(yōu)異的性能和效果,可為大豆生產(chǎn)提供高效、穩(wěn)定、可靠的技術(shù)支持和保障。但是,仍需進(jìn)一步完善和優(yōu)化以適應(yīng)不同地區(qū)、不同作物的實(shí)際生產(chǎn)需求。

表1 試驗(yàn)結(jié)果與分析

5 結(jié)論

經(jīng)過(guò)本研究對(duì)大豆精量播種機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和試驗(yàn)驗(yàn)證,得出以下結(jié)論:

1)采用螺旋槽計(jì)量機(jī)構(gòu)和氣動(dòng)分離器改進(jìn)了種子計(jì)量裝置,實(shí)現(xiàn)了均勻的種子間距和準(zhǔn)確的播種深度;通過(guò)調(diào)整開溝器角度和深度,增加了開溝器以減少土壤壓實(shí)并改善土壤含水量,優(yōu)化了行排裝置,大大提高了播種效率和種子成活率。

2)本研究設(shè)計(jì)的大豆精量播種機(jī)具有精度高、操作簡(jiǎn)便、效率高、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),能夠?qū)崿F(xiàn)更加高效、精準(zhǔn)、穩(wěn)定的大豆種植。