大豆免耕播種機設計與試驗

(長春市九臺區其塔木鎮綜合服務中心,長春 130500)

0 引言

大豆是我國主要的經濟作物之一,作為重要的蛋白質來源,大豆在保障國家糧食安全和人民群眾營養需求方面發揮著重要作用[1-3]。同時,大豆還是生產豆腐、豆漿、豆油等食品的重要原材料,對于保障食品安全和人民群眾的日常生活也具有不可替代的重要性。

傳統的大豆種植方式存在很多問題,其中最為明顯的問題之一就是需要進行大面積的翻耕和整地。這種傳統的耕作方式會破壞土壤結構,降低土壤肥力和生產力,同時還會導致土壤侵蝕、水土流失和農藥、化肥殘留等環境問題[4-5]。因此,相關科研機構及學者開始研究和開發一種高效、環保、節能的大豆免耕播種機。大豆免耕播種機可以避免傳統的翻耕和整地操作,減少土壤破壞和土地資源浪費,同時還能夠提高種植效率、降低勞動強度和減少農藥、化肥的使用,對于實現農業可持續發展和推進農業現代化具有重要意義。

為了解決傳統大豆種植方式存在的問題,本文基于農業生產實際需求,設計了一種具有履帶式移動底盤和旋轉式播種器的大豆免耕播種機。該機器具有結構簡單、使用方便、作業效率高等特點。具體來說,該機器主要由履帶式移動底盤、自動導向系統、旋轉式播種器等部分組成。其中,履帶式移動底盤可以在不同地形和環境下自由行駛,自動導向系統可以保證播種精度和作業效率,旋轉式播種器可以實現無土深直播種和肥料施用等多種功能。為推廣高效、環保、節能的大豆種植方式提供了有力的技術支持,對于促進農業生產現代化和推進農業可持續發展具有重要的現實意義。

1 整機結構及工作原理

1.1 整機結構

大豆免耕播種機的整機結構主要由履帶式移動底盤、自動導向系統和旋轉式播種器組成。履帶式移動底盤是整個播種機的基礎,其底部采用履帶式結構,能夠在不同地形和環境下自由行駛,并保證播種機的穩定性和可靠性[6]。自動導向系統通過精準GPS定位和激光傳感技術,實現播種機的自動導航和作業路徑規劃。旋轉式播種器則是整個播種機的核心部件,其通過旋轉式的結構,實現無土深直播種和肥料施用等多種功能。同時,該播種器還具備自動調節種子數量、種子深度和行距等功能,可滿足不同地區、不同品種的大豆免耕播種需求。

1.2 工作原理

首先,通過自動導航系統對播種機進行路徑規劃,并將作業區域劃分為若干個小塊。接著,播種機進入作業區域,通過旋轉式播種器將種子和肥料直接深入土壤進行播種。同時,播種機還能根據作物需求和土壤條件進行自動施肥和施藥等操作。整個作業過程中,自動導航系統會不斷監測播種機的位置和作業效果,以保證播種質量和作業效率。最終,播種機完成了對作業區域的免耕播種操作。

2 關鍵部件的設計方案

2.1 履帶式移動底盤

履帶式移動底盤是大豆免耕播種機的重要組成部分,其設計和選型直接影響著整個播種機的性能和作業效率。為了達到最佳的性能和效果,需要對履帶式移動底盤進行優化和選型。

首先,履帶式移動底盤需要具備良好的穩定性和可靠性,能夠在不同地形和環境下自由行駛,并保證播種機的穩定性和平穩性。因此,在選型時需要考慮底盤的輪胎規格、懸掛系統、動力系統和制動系統等方面的因素。一般情況下,越寬的履帶和越強的懸掛系統能夠提供更好穩定性和平穩性,而越強的動力系統和制動系統則能夠提供更好的行駛性能和安全性。

其次,履帶式移動底盤還需要具備良好的適應性和可拓展性,能夠適應不同播種環境和需求,并提供足夠的擴展空間以便于未來的升級和改進。在此方面,一些可調節的設計元素(例如懸掛高度、輪距和車體高度等)及模塊化設計能夠提高其適應性和可拓展性。

最后,履帶式移動底盤還需要具備較高的經濟性和可維護性,能夠滿足農業生產的實際需求和預算限制。在這方面,需要考慮底盤的維護和保養成本、易損件的可更換性和維修性,以及底盤的耐用性和壽命等方面的因素。

2.2 自動導向系統

自動導向系統是大豆免耕播種機的關鍵技術之一,能夠根據預先設定的軌跡和參數自動控制播種機的行駛和作業,提高作業效率和精度,并降低勞動強度和誤差率。為了實現這一目標,需要對自動導向系統進行設計和優化。

首先,自動導向系統需要具備良好的定位和測量精度,能夠準確地識別和跟蹤播種機的位置和方向,并實時反饋給控制系統。為此,可以采用多種定位和測量技術,例如全球定位系統(GPS)、慣性導航系統(INS)、激光測距儀、視覺傳感器等,以提高測量精度和穩定性。

其次,自動導向系統需要具備高效的控制算法和適應性,能夠根據不同作業環境和要求自動調整軌跡和作業參數,并實現動態控制和自適應控制。為此,需要采用先進的控制算法和模型預測控制技術,例如基于模型的預測控制(MPC)、自適應控制、模糊控制等。

最后,自動導向系統還需要具備良好的人機交互性和可視化性,能夠直觀地展示播種機的位置、狀態和參數,并支持用戶的交互和操作。為此,可以采用人機界面技術,例如觸摸屏、語音識別、虛擬現實等,以提高用戶體驗和操作效率。

2.3 旋轉式播種器

旋轉式播種器是大豆免耕播種機的核心部件,它能夠將大豆種子精確地輸送到土壤中,實現高效、均勻的播種作業。為了實現這一目標,需要對旋轉式播種器進行設計和優化。

首先,旋轉式播種器需要具備良好的輸送精度和穩定性,能夠精確地控制種子的輸送速度、數量和位置,并避免種子的堆積、漏灑和擠壓。為此,可以采用多種傳動和輸送技術,例如電動馬達、傳動帶、齒輪傳動、滾子輸送等,以提高輸送精度和穩定性。

其次,旋轉式播種器需要具備良好的適應性和可調性,能夠根據不同的土壤類型、作物品種和播種深度自動調整播種器的工作參數,并實現動態控制和自適應控制。為此,需要采用先進的傳感器和控制算法,例如土壤濕度傳感器、深度傳感器、模型預測控制算法等,以提高適應性和可調性。

最后,旋轉式播種器還需要具備良好的清潔和維護性,能夠方便地清理和更換種子箱、輸送管道和輸送部件,并保證播種器長期穩定運行。為此,可以采用可拆卸、可清洗和可維修的設計方案,以便于清洗、維修和更換。

3 田間試驗

3.1 試驗方法

為了對大豆免耕播種機的性能進行評價,參考了農業行業標準《免耕播種機質量評價技術規范》進行試驗。具體試驗內容如下:

1)機具通過性試驗。在不同的土壤類型和植被覆蓋情況下,測試大豆免耕播種機的通過性。主要評價機具的越野能力和通過不同障礙物的能力。

2)秸稈清潔率試驗。測試大豆免耕播種機的秸稈清潔率。模擬免耕播種機田間工作狀態將一定量的秸稈投入播種機,測試出投入的秸稈和清除的秸稈的質量差異,以此評價機具的清潔能力。

3.2 測定指標與方法

3.2.1 田間通過性

選取不同類型的土壤,包括干硬土、潮濕土、松軟土等,均勻覆蓋在機具行駛路線上;按照試驗要求,通過對機具進行拉拽或自行驅動等方式,使其通過覆蓋土壤的路段,并記錄通過過程中出現的異常情況。

3.2.2 秸稈清潔率

通過對作業前后每平方米播種區秸稈質量比計算清潔率η

(1)

式中A1—作業前秸稈質量,kg/m2;

A2—作業后秸稈質量,kg/m2。

3.3 結果與分析

3.3.1 田間通過性

結果如表1所示,機具在干硬土上具有較好的通過性能,能夠順暢通過。在潮濕土上,機具出現打滑現象,通過性能一般。在松軟土上,機具無法通過,通過性能不良。因此,在實際使用過程中,應注意選擇適合機具通過性能的土壤類型,避免在過于松軟或潮濕的土壤上使用,以保證機具的正常工作。同時,可考慮通過調整機具結構或使用較大的履帶來改善通過性能。

表1 田間通過性

3.3.2 秸稈清潔率

秸稈清潔率試驗結果如表2所示,根據秸稈清潔率試驗結果,免耕方式下機具的秸稈清潔率較高,達到了95.2%,清潔情況較好,評價指標為優良。而常規耕作方式下,機具的秸稈清潔率只有70.8%,相對較低,清潔情況較臟,評價指標為一般。因此,在保證作物產量的前提下,免耕方式可有效減少土地表面秸稈,減輕秸稈對后續作業的影響。

表2 秸稈清潔率試驗結果

4 結論與展望

4.1 結論

本文設計了一種具有履帶式移動底盤和旋轉式播種器的大豆免耕播種機,并在實驗中驗證了其有效性和可行性。通過對大豆免耕播種機的試驗,得到了以下結果:

1)田間通過性試驗結果表明,機具的通過性能良好,能夠適應不同類型的土壤和地形條件。

2)秸稈清潔率試驗結果顯示,機具能夠有效清除秸稈,減少其對播種效果的影響。

綜上所述,本文設計的大豆免耕播種機具有良好的性能和可行性,能夠提高大豆種植的效率和質量,為農業生產領域的發展提供了新的思路和方向。

4.2 展望

今后需要深入研究和探索,進一步提高免耕播種機的性能和效率,為農業生產提供更加可靠的技術支持。同時,還需要在推廣應用過程中加強技術培訓和維修服務,提高農民使用免耕播種機的積極性和自覺性,促進農業生產的可持續發展。