薄滿如

（山西省農(nóng)業(yè)機械發(fā)展中心，山西 太原 030002）

1 研究背景

山西省地處黃土高原，是典型的干旱和半干旱地區(qū)，主要農(nóng)作物為一年一熟小麥，一年一熟玉米，小麥、玉米、大豆一年兩熟和兩年三熟，一年一熟谷、黍等小雜糧。由于常年受水土流失和干旱等自然災(zāi)害影響，糧食產(chǎn)量低而不穩(wěn)，嚴重地制約了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。針對存在的實際問題，從1992 年開始，山西省從澳大利亞引進機械化保護性耕作技術(shù)，在臨汾市堯都區(qū)城隍村丘陵旱地區(qū)，進行了一年一熟小麥保護性耕作技術(shù)和傳統(tǒng)耕作技術(shù)對比試驗，到2006 年，試驗取得保土、保水、節(jié)本、增肥、增產(chǎn)和增效的試驗效果，并通過了農(nóng)業(yè)部技術(shù)鑒定。之后，保護性耕作技術(shù)在全國得到快速發(fā)展。到2016 年，山西省不同類型和不同作物種植地區(qū)，實施保護性耕作面積近113.3×104hm2，保護性耕作技術(shù)的推廣應(yīng)用已進入一個全面、快速的發(fā)展時期。但是，在保護性耕作技術(shù)推廣過程中還存在很多問題，特別是現(xiàn)有保護性耕作關(guān)鍵配套機具——播種機生產(chǎn)用途單一、適應(yīng)性不強，經(jīng)濟效益較差等問題尤為突出，保護性耕作播種機問題成為推廣保護性耕作技術(shù)的難點、重點和熱點問題。最近幾年，我國各地研制開發(fā)了不少保護性耕作技術(shù)配套的播種機械。這些播種機針對性很強，一般針對一種農(nóng)作物種植方式，在特定的保護性耕作技術(shù)條件下使用。比如，山西運城大渠播種機廠生產(chǎn)的2BMF-4 型、3 型、2 型玉米免耕播種機，僅適用于一年一熟玉米區(qū)；2BMF-11型、9型、7型小麥免耕播種機，僅適用于一年一熟小麥區(qū)；這些播種機利用率較低，價格較高（4 580～6 680 元/部），并受免耕播種后地表雜草難以控制和播種玉米用種量較大（2～2.5 kg/0.067 hm2）的影響，農(nóng)民積極性不高，播種機年作業(yè)面積較少（10～20 hm2/部），農(nóng)機戶經(jīng)濟效益較差，嚴重地影響保護性耕作技術(shù)的推廣應(yīng)用；河北農(nóng)哈哈生產(chǎn)的2BCYF 型倉轉(zhuǎn)式和2BCYQF 型氣吸式系列玉米播種機，解決了玉米精量播種問題，但只能在少耕處理的地表播種作業(yè)，當?shù)乇斫斩捀采w量較大時存在播種堵塞問題。在小麥玉米一年兩熟地區(qū)，因玉米秸稈粉碎后地表秸稈覆蓋量較大，播種只能應(yīng)用圓盤開溝旋耕播種機播種小麥，旋耕深度較深，地表全部旋耕，作業(yè)后土壤較虛，而且不能進行化肥深施，出苗弱、抗旱保墑能力較差。

2 研究目標

多用途播種機研究的主要目標是：通過對保護性耕作技術(shù)中免耕播種和少耕播種技術(shù)的研究，將免耕和少耕播種技術(shù)優(yōu)化統(tǒng)一到一種播種機上來完成，實現(xiàn)秸稈覆蓋地表少免耕施肥播種聯(lián)合作業(yè)，一機多能，一機多用，提高播種機的利用率和生產(chǎn)效益，提高播種機的作業(yè)質(zhì)量，降低播種生產(chǎn)成本，完善不同地區(qū)和不同作物保護性耕作技術(shù)體系，提高保護性耕作業(yè)技術(shù)水平，規(guī)范播種機標準化生產(chǎn)。

播種機能夠快捷方便地調(diào)整和更換作物排種器和播種開溝器，以適應(yīng)玉米精量播種和多種農(nóng)作物播種要求，擴大用途；能夠方便調(diào)整播種行距，以適應(yīng)多種作物種植制度的播種需要，擴大適用范圍；能夠方便調(diào)整耕作深度，選擇條帶免耕（旋耕深度10～18 cm）和少免耕（旋耕深度0～6 cm），以適應(yīng)不同量的秸稈覆蓋地表播種通過性要求，提高生產(chǎn)質(zhì)量；能夠選擇高速播種作業(yè)（＞4 km/h），增加播種生產(chǎn)效益。

播種機總體結(jié)構(gòu)要求緊湊、堅固、體積小、質(zhì)量輕，適用于拖拉機液壓全懸掛作業(yè)，傳動部件安全可靠，操作技術(shù)容易掌握。具體的播種性能要求如下。

對小麥一年一熟地區(qū)，在小麥高茬秸稈地表覆蓋量較大（產(chǎn)量＞200 kg/0.067 hm2）或深松后地表留有較大的深松溝，選擇條帶免耕播種小麥作業(yè)（見圖1）；在小麥高茬秸稈地表覆蓋量較小或小麥秸稈粉碎覆蓋的地表或少耕后的地表選擇少免耕播種小麥作業(yè)（見圖2），播種質(zhì)量符合高標準保護性耕作技術(shù)要求。

圖2 播種機免耕播種后地表及土壤橫斷面示意圖Fig.2 The schematic diagram of surface and soil cross section after no tillage sowing of planter

對玉米一年一熟地區(qū)，在玉米秸稈直立狀態(tài)下選擇直接條帶免耕精量播種玉米作業(yè)；在玉米秸稈粉碎覆蓋地表量較大（產(chǎn)量＞500 kg/0.067 hm2）的狀態(tài)下選擇條帶免耕精量播種玉米作業(yè)；在玉米秸稈地表覆蓋量較少或少耕過的地表選擇少免耕精量播種玉米作業(yè)，播種質(zhì)量符合高標準保護性耕作技術(shù)要求。

對小麥、玉米一年兩熟和小麥、豆類、玉米兩年三熟地區(qū)，在小麥留高茬覆蓋地表狀態(tài)下選擇條帶免耕精量播種玉米或大豆作業(yè)，在玉米秸稈直立（產(chǎn)量＜300 kg/0.067 hm2）或秸稈粉碎覆蓋地表（產(chǎn)量＞500 kg/0.067 hm2）狀態(tài)下選擇條帶免耕播種小麥作業(yè)，播種通過性好，適應(yīng)性好，播種質(zhì)量符合高標準保護性耕作技術(shù)要求。

對小雜糧一年一熟輪作倒茬地區(qū)，在根茬固土地表狀態(tài)下或少耕地表選擇條帶免耕播種或選擇少免耕播種播種谷黍、攸麥、胡麻等播種作業(yè)，播種質(zhì)量符合保護性耕作技術(shù)要求。

3 創(chuàng)新研究

3.1 設(shè)計方案

重點闡述多用途播種機刀軸系統(tǒng)的設(shè)計。播種機機架為框架結(jié)構(gòu)，前部中間安裝變速箱體，變速箱兩側(cè)安裝旋耕刀軸，旋耕刀軸按條帶旋耕原理排列分布（見圖3），在技術(shù)結(jié)構(gòu)上保證了條帶免耕和全部少免耕的應(yīng)用選擇；機架后部安裝箭鏟式施肥播種開溝器，硬茬入土開溝能力強，在技術(shù)結(jié)構(gòu)上保證了免耕開溝施肥播種所需要件；施肥開溝器在前，播種開溝器在后，提高播種通過性；施肥播種開溝器分前后兩排交叉錯位配置，前排插入旋耕刀內(nèi)，后排緊貼旋耕刀，縮短了播種機縱向尺寸，緊湊了播種機結(jié)構(gòu)，在技術(shù)結(jié)構(gòu)上解決了大量秸稈覆蓋地表情況下播種機的通過性問題；開溝器能夠調(diào)整到旋耕刀下方，實現(xiàn)播種機條帶免耕或少免耕播種任務(wù)；根據(jù)需要卸掉箭鏟式施肥播種開溝器，整體換裝上玉米精量排種器和開溝器，保證玉米精量播種；機架后部安裝為可調(diào)整為浮動或固定的整體鎮(zhèn)壓輪，根據(jù)作業(yè)土壤墑情選擇固定鎮(zhèn)壓輪對播種行進行強鎮(zhèn)壓，同時對旋耕深度和播種深度進行限深，選擇浮動鎮(zhèn)壓輪時，減輕對播種行的鎮(zhèn)壓強度；鎮(zhèn)壓輪對播種行進行對行鎮(zhèn)壓，解決播種行壓實問題；機架上部安裝肥箱、種箱和排肥器、排種器，排肥器為大槽輪排肥器，排種器為小槽輪多用途排種器，保證播種小麥、谷黍、胡麻、攸麥等小顆粒作物，同時能常量播種玉米、大豆；排種器、排肥器的驅(qū)動力在播種機兩側(cè)由鎮(zhèn)壓輪驅(qū)動，通過鏈條傳動機構(gòu)來傳遞。

圖3 旋耕刀軸排列、施肥播種開溝器配置示意圖Fig.3 The schematic diagram of rotary tillage knife shaft arrangement,fertilization and sowing ditcher configuration

播種機變速箱為速度可調(diào)變速箱，有3種速度可供選擇，第1 種速度為旋耕刀轉(zhuǎn)速為285 r/min，第2 種速度為旋耕刀轉(zhuǎn)速為310 r/min，第3種速度為旋耕刀轉(zhuǎn)速為345 r/min，不同的轉(zhuǎn)速以適應(yīng)地表墑情和地表秸稈覆蓋量的大小，有效防止播種機作業(yè)堵塞現(xiàn)象的發(fā)生，保障作業(yè)質(zhì)量，提高播種作業(yè)速度。

3.2 播種機關(guān)鍵技術(shù)

在生產(chǎn)技術(shù)上，解決播種機在秸稈直立或大量秸稈粉碎覆蓋的免耕地表一次作業(yè)完成條帶免耕施肥播種小麥、玉米、大豆或玉米精量播種的播種機通過性問題和作業(yè)質(zhì)量問題；解決少量秸稈覆蓋地表或少耕秸稈覆蓋地表一次作業(yè)完成少免耕施肥播種小麥、玉米、大豆、谷黍、攸麥、胡麻或玉米精量播種的播種機通過性問題和作業(yè)質(zhì)量問題；解決施肥播種同溝，種、肥有效分層問題；提高播種機作業(yè)速度到4～5 km/h；提高播種機的適應(yīng)性，適用于小麥、玉米、雜糧一年一熟地區(qū)和小麥、玉米、大豆一年兩熟和兩年三熟地區(qū)多種農(nóng)作物播種，適用于多種秸稈覆蓋地表和少耕秸稈覆蓋地表模式的農(nóng)作物播種；提高播種機標準化生產(chǎn)水平，降低播種機作業(yè)故障率。

在播種機技術(shù)結(jié)構(gòu)上，解決播種機多種用途、多種功能與結(jié)構(gòu)緊湊的矛盾；完成旋耕刀條帶旋耕分布排列，并與施肥播種開溝器合理配置，實現(xiàn)條帶免耕播種和少免耕播種等多項作業(yè)模式選擇；優(yōu)化施肥開溝器和播種開溝器同溝配置結(jié)構(gòu)形式，保障種、肥同溝有效分層；整體組合玉米精量排種器和開溝器，與播種機機架方便快捷整體配套安裝。

3.3 技術(shù)創(chuàng)新點

3.3.1 旋耕刀排列

與一般旋耕機的旋耕刀排列不同，旋耕刀按條帶耕作原理排列，提高作業(yè)后秸稈覆蓋率和對秸稈、根茬的切碎率。作業(yè)時，旋耕刀條帶旋耕深度10～18 cm，寬度18 cm，免耕帶寬度7 cm，碎秸稈在旋耕刀的作用下有效地向免耕帶集中覆蓋，提高播種質(zhì)量，降低動力消耗，施肥播種開溝器在條帶旋耕帶內(nèi)施肥播種，實現(xiàn)條帶免耕播種。見圖4、圖5。

圖4 播種機旋耕刀條帶排列示意圖Fig.4 The schematic diagram of strip arrangement of rotary tillage knife of planter

3.3.2 開溝器與旋耕刀的配置

開溝器與旋耕刀按前后兩排交錯配置，第1 排播入旋耕刀內(nèi)，第2 排緊貼旋耕刀，相對增大了開溝器間的距離，提高了播種機的通過性。作業(yè)時，旋耕刀旋轉(zhuǎn)清理開溝器上掛草，有效地防止了堵塞。開溝器能夠調(diào)整到旋耕刀之下4 cm，作業(yè)時，旋耕刀入土0～6 cm，開溝器入土7～9 cm施肥播種見圖5。

4 播種機系統(tǒng)工作過程

播種機工作原理見圖6。

作業(yè)時，拖拉機動力通過動力輸出軸傳遞給播種機變速箱，旋耕刀旋轉(zhuǎn)將地表部分秸稈或作物根茬切碎，當選擇條帶免耕播種作業(yè)時，條帶旋耕部分入土10～18 cm、旋耕寬度為18 cm，在相鄰兩播種行間留有寬度為7 cm 的免耕秸稈覆蓋帶；當選擇少免耕播種作業(yè)時，旋耕刀入土0～6 cm 進行地表處理、施肥播種。播種機工作中，地表碎秸稈在旋耕刀和開溝器的作用下向播種行間免耕帶分流集中覆蓋，減少播種行的秸稈覆蓋量，增加非播種行間的秸稈覆蓋量，并將沒有切碎的秸稈通過旋耕刀的旋轉(zhuǎn)帶回到播種機前方進行二次切碎；插入旋耕刀內(nèi)的施肥播種開溝器在兩側(cè)旋耕刀旋轉(zhuǎn)的作用下防止開溝器掛草堵塞；緊隨旋耕刀后的施肥播種開溝器，在旋耕刀的旋轉(zhuǎn)作用下，清理開溝器前的掛草防止開溝器堵塞；施肥播種開溝器前后交叉錯位，增大了開溝器間距，增大了土壤和秸稈通過空間，防止了開溝器堵塞。施肥播種開溝器隨著播種機前進，開溝施肥、覆土覆肥，后拖磨播種開溝器在施肥行溝拖磨平溝，對施肥溝再次覆土覆肥，并磨平播種溝再進行排種覆土，完成施肥、播種、覆土任務(wù)。施肥播種開溝器出肥口與出肥口前后、上下都設(shè)計有一定間距，保證種、肥同溝上下有效分層，種、肥間距為4～6 cm。鎮(zhèn)壓輪為對行鎮(zhèn)壓，并對播種溝增加覆土，壓實播種行土壤，使施肥、播種行土壤嚴實。鎮(zhèn)壓輪通過傳動鏈將動力傳遞給排肥、排種器進行排肥、排種。根據(jù)播種農(nóng)作物要求更換玉米精量排種器即可完成玉米精量播種任務(wù)。