玉米播種機械發展現狀與優化設計研究

程 艷

（西安理工大學高科學院，陜西 西安 710043）

隨著全球人口不斷增長，糧食需求持續上升，糧食生產成為人民關注的重要議題。玉米是全球主要糧食作物之一，占據重要的經濟地位[1]。為了滿足人類對糧食的需求，提高農業生產效率和玉米產量成為當務之急。在此背景下，玉米播種機械的研究和發展日益受到關注。玉米播種機械作為農業生產過程中的關鍵設備，對提高農業生產效率、降低勞動力成本和保障國家糧食安全具有重要意義[2-3]。近年來，玉米播種機械在我國農業生產中得到了廣泛應用，但仍存在一些問題，如播種精度不足、作業效率低下、設備結構復雜以及耗能與環境影響等[4-6]。為了解決這些問題，對玉米播種機械進行優化設計，有助于推動玉米播種機械的技術創新和發展。

1.3 6行以上的氣吸式精量播種機

這種類型的玉米播種機適用于黑龍江、內蒙古和新疆等地區，可以做少量免耕作業。由于采用氣吸式設計，它的作業速度最高可以達到12 km/h，并且也可適應多種形狀的種子。但是，由于它對耕整地質量的要求比較高，需要在使用前進行相應的準備工作。

1 玉米播種機械類型

隨著我國農業現代化建設的不斷推進和科技水平的不斷提高，玉米播種機行業也迅速發展壯大，并逐步出現了多種類型的產品[7-8]。現階段，我國自主生產的玉米播種機主要分為三大類，即輕便型玉米播種機、2~4 行牽引式免耕播種機和6 行以上的氣吸式精量播種機[9-10]。

1.1 輕便型玉米播種機

這種類型的玉米播種機結構簡單、重量輕，適合在黃淮海地區生產使用。但是由于播種精度不高，作業速度慢，在一些作業區域的環境惡劣或者作業面積較大時，可能會影響玉米的播種效率。

1.2 2~4行牽引式免耕播種機

這種類型的玉米播種機采用進口指夾式排種器，適合于干旱區的免耕播種。它的性能可靠、速度快，最高可達10 km/h，并且對適合種子的要求也比較高。

2 玉米播種機械發展現狀

2.1 排種方式由機械式轉變為氣吸式

早期的玉米播種機采用機械滾筒排種方式，雖然可以自動化地進行播種，但會出現一穴多苗或者少苗的問題，影響了種植效果和經濟效益。后來的氣動精量播種機則采用壓縮空氣推動排種，解決了多苗少苗的問題，降低了玉米種子成本，提高了播種效率和質量。但是也存在維修難度大、播種機體積大等問題，限制了其在小面積種植中的應用。近年來，隨著科技不斷發展，玉米播種機技術也得到了進一步升級和改良。例如利用微控制器、傳感器等技術，可以實現播種深度、密度等參數的智能化調節；利用GPS 導航和遙控技術，可以實現無人駕駛和精準作業等功能，提高了玉米播種的效率和準確性。同時，對于小面積種植需求，還出現了便攜式、手持式等小型玉米播種機，方便農民在家庭農場或者個人耕地中使用。

2.2 單一作業方式轉變為一體式作業

在過去，玉米播種機多采用單獨點播、攜種播種等方式，難以滿足大規模農作物種植的需求，設備之間缺乏有效的協同性，導致在農業生產中存在斷片式的單個環節，無法實現全面自動化生產。而自從推廣使用氣吸排種發展模式后，玉米播種機械的應用范圍逐漸拓寬，設備之間能夠互聯互用，使得設備的功能和使用范圍都得到了進一步擴展和提升。同時，在施肥、覆膜、滴灌等配套機組上增加可拆卸式的玉米播種機組，并且實現了各機組之間的分體式連接，可以很好地解決在種植過程中斷片式的問題，提高了各機組之間的協同作用，進一步提高了設備的整體使用效率。

2.3 材質設計由鐵質轉變為新材料

早期的玉米播種機采用鐵質設計，體積較大、重量較重，不便于攜帶和使用。在使用過程中，種子包衣劑的存在可能會導致農藥腐蝕種箱，影響使用年限。為了解決這些問題，后續的研發過程中，玉米播種機的種箱設計采用了新型材料，如塑鋼、碳鋼等，有效地減輕了種箱的重量，使得攜帶和使用更加方便。在種箱材料的選擇上，也考慮到了耐腐蝕性的因素，防止藥劑對種箱造成損壞，延長了使用壽命。此外，現代玉米播種機在設計時還注重提高種植效果和耐用度，采用先進的技術和材料。例如采用智能控制系統，使得操作更加簡單，種子的播種量可以更準確；采用精密附件，使得種植效果更加穩定；采用可調整的部件，使得玉米播種機具有更強的適應性和靈活性，可以應對不同的種植需求。

在玉米播種機的發展歷程中，人力推種滾筒排種是最早的播種方式。這種方式的優點是簡單、低成本，適合于小型農田使用。但缺點也很明顯，就是生產效率低、勞動強度大。為了提高生產效率，玉米播種機采用了拖拉機驅動等技術進行升級改進。這種方法雖然降低了勞動強度，但仍需要農民坐在拖拉機后面手工操作，對于大規模農田來說難以滿足要求。另外，由于拖拉機車架結構復雜，容易受到地形條件的限制，無法輕松通行于復雜的地形。為此，電動自走式玉米播種機應運而生。該機具有自主式、高效可靠的特點，可以有效節省人力和時間成本。同時，它還能夠精確控制播種深度和密度，提高播種成功率，保證玉米的良好生長和發展。總的來說，隨著科技的不斷創新與發展，玉米播種機械化的水平已經得到了大幅提升。可以預見，未來玉米播種機械化的發展將更加迅速，在科技進步的推動下，可以實現更自動化、更高效、更精準的機械播種。

3 玉米播種機械存在的問題

3.1 播種精度不足

盡管現代玉米播種機械在播種精度方面取得了一定的進步，但在實際操作中仍存在種子排列不均勻、種子堆積、漏種等現象。這些問題可能是由種子輸送機構設計不合理、種子分散裝置不精確、驅動系統不穩定等原因引起的。播種精度不足會導致種植密度不均、田間競爭加劇，進而影響玉米產量和品質。

3.2 作業效率低下

部分玉米播種機械在作業過程中，由于結構設計、操作方式等原因，作業效率較低，耗時較長。例如，播種機械在轉彎時需要減速或停止作業，或者由于播種機械行走速度過慢導致作業時間過長。尤其是在大規模農業生產中，作業效率的提高對于降低生產成本、縮短生產周期具有重要意義。

3.3 設備結構復雜

為了實現多功能、一體化，部分玉米播種機械的結構設計過于復雜，包括繁多的零部件和復雜的傳動系統，這導致維修難度加大、故障率提高，甚至影響設備的穩定性和使用壽命。此外，復雜的結構設計可能增加設備的重量，進而影響作業效率和能耗。

3.4 耗能與環境影響

傳統的玉米播種機械在作業過程中，能耗較高，會排放較多污染物，如廢氣、噪聲等。這些問題主要是由設備驅動方式（如內燃機驅動）和材料選擇等原因造成的，在對環境造成一定影響的同時，也增加了農業生產成本。隨著環保政策的實施和綠色農業的推廣，降低能耗、減少環境影響已成為玉米播種機械發展的重要目標。為此，研究人員正努力探索新型驅動方式（如電動驅動）和環保型材料，以降低玉米播種機械對環境的負面影響。

4 玉米播種機械優化設計策略

4.1 提高播種精度

1）采用高精度傳感器與控制系統。為了實現精確播種和實時監測，玉米播種機械可以引入高精度傳感器，例如光電傳感器、壓力傳感器等。這些傳感器可以對播種過程中的種子分布進行實時監測。同時，采用先進的控制系統，如基于微處理器的控制系統、模糊邏輯控制等技術，可以實現播種過程中的自動調節，從而提高播種精度。

2）優化種子輸送與分散機構。針對現有的種子輸送機構，可以進行改進以降低種子在輸送過程中堆積的可能性。例如，采用變形的螺旋輸送裝置，使種子在輸送過程中不易跳動。此外，優化種子分散裝置設計，如采用氣動式種子分散裝置，可以確保種子在播種過程中分布均勻。

3）引入智能化調控技術。利用物聯網、大數據等技術，實現對播種機械的遠程監控與智能調控。例如，通過物聯網技術將播種機械與云端服務器連接，實現數據實時傳輸與分析；通過大數據分析技術，為播種機械提供智能化決策支持，這些技術有助于提高播種精度和作業效率。

4.2 改進作業效率

1）減輕機器重量，簡化結構。為了提高作業速度和穩定性，玉米播種機械可以采用輕型化材料，如鋁合金、高強度塑料等。這些材料不僅可以降低設備重量，還可以提高設備的抗腐蝕性能和使用壽命。同時，通過簡化結構設計，例如采用模塊化設計、集成多個功能于一個部件等方法，可以進一步降低設備重量。

2）提高作業速度與穩定性。優化驅動系統設計，提高作業速度，同時確保在高速作業狀態下設備的穩定性。例如，采用高效的液壓驅動系統，以提高行走速度；設計合理的減震系統，以減小行走過程中的震動。此外，針對轉彎等作業過程中的效率損失，可以設計自適應的轉向控制系統，使播種機械在轉彎過程中實現平穩過渡，減少作業停頓時間。

3）多功能與一體化設計。為了提高作業效率，可以將播種、施肥、除草等多個農業作業功能集成到一臺設備上，實現一體化作業。例如，在播種機械上增加施肥裝置和噴藥裝置，使播種、施肥和噴藥過程一次性完成，從而降低農業作業的時間成本和勞動力成本。

4.3 降低能耗并減少對環境的影響

1）采用節能型驅動方式。為降低能耗，減少廢氣排放，玉米播種機械可以研究并采用節能型驅動方式，如電動驅動、混合動力等。例如，采用高效的電動馬達和先進的電池技術，實現播種機械的電動驅動，從而降低能耗；或采用混合動力系統，將內燃機與電動驅動相結合，實現更高效的能源利用。

2）輕型化材料與結構優化。采用輕型化材料和結構優化設計，降低設備重量，從而降低能耗。采用鋁合金、高強度塑料等輕型化材料，可以有效減輕設備重量；同時，采用模塊化設計、簡化結構等方法，進一步降低設備重量。

3）引入精確施肥與噴藥技術。為了減少化肥、農藥的使用量，降低對環境的影響，可以引入智能化精確施肥與噴藥技術。例如，采用GPS 導航系統和高精度傳感器，實現對田間施肥、噴藥的精確控制；利用大數據技術，實現對施肥、噴藥的智能化調度，以提高農藥利用率，減少對環境的負面影響。

5 結語

隨著農業科技的不斷發展，未來的玉米播種機械將更加智能化、高效化、環保化。為此，有關部門和企業應持續加大對玉米播種機械研究與開發的投入，推動相關技術的創新與應用。同時，政府應加強對農業機械的政策支持，為農業機械發展創造良好的市場環境。在實際應用中，玉米播種機械的優化設計需要根據具體需求和條件進行有針對性的調整。例如，在不同地區、不同土壤條件下，播種機械的設計要求可能存在差異；針對不同規模的農業生產，播種機械的設計需求也會有所不同。因此，在進行玉米播種機械優化設計時，應充分考慮這些因素，以確保設計方案的實用性與針對性。未來，隨著人工智能、物聯網、大數據等新興技術在農業領域的廣泛應用，玉米播種機械將更好地滿足農業生產的需求，助推我國農業現代化進程。