張紅梅，李順利，張晨明

（1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，河南鄭州 450002；2.淇縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局農(nóng)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，河南鶴壁 456750）

1 免耕播種機(jī)的研究背景和意義

與傳統(tǒng)的翻地、壓實(shí)、播種相比，保護(hù)性免耕播種技術(shù)能夠減少水土流失，減少機(jī)器耕作的次數(shù)，減少播種工序。對(duì)于耕地保護(hù)有著重要作用[1]。免耕播種機(jī)在播種過(guò)程中處于保護(hù)性耕作重要的一環(huán)。免耕播種機(jī)就是應(yīng)對(duì)保護(hù)性耕作的性能強(qiáng)、質(zhì)量好的專(zhuān)用配套機(jī)具。區(qū)別于傳統(tǒng)播種機(jī)，免耕播種機(jī)具有很多優(yōu)點(diǎn)，最大的優(yōu)點(diǎn)是把旋耕機(jī)和播種機(jī)組合到一起，在小麥秸稈覆蓋的情況下，不需要單獨(dú)的進(jìn)行翻耕。免耕播種機(jī)能夠一次性的完成整地和播種，大大節(jié)省了播種時(shí)間、增強(qiáng)土地熵情、提高播種質(zhì)量。免耕播種機(jī)更能夠適應(yīng)惡劣的作業(yè)條件，清除多余的雜草和殘茬，有利于固土保墑。免耕播種機(jī)漸漸成為了未來(lái)趨勢(shì)。

2 國(guó)內(nèi)外玉米免耕播種機(jī)研究現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外玉米免耕播種機(jī)研究現(xiàn)狀

歐美國(guó)家的玉米播種機(jī)的作業(yè)幅寬一般都比較大、機(jī)具重量大，配套動(dòng)力多為大馬力拖拉機(jī)，玉米免耕播種機(jī)多采用牽引式。美國(guó)Kinze3110為6行播種機(jī)，配套動(dòng)力為60 kW，播種行距可在30～38 cm之間調(diào)節(jié)，6個(gè)播種單體采用摩擦輪式驅(qū)動(dòng)，這樣可防止作業(yè)時(shí)地表跟茬堵塞傳動(dòng)系統(tǒng)，采用波紋圓盤(pán)進(jìn)行破茬，采用彈簧結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)播種單體下壓力，防止玉米種子彈起，這種播種機(jī)適合在秸稈量較多地塊使用。挪威格蘭2BQJ-6重載型6行精密播種機(jī)，配套動(dòng)力為90 kW，播種時(shí)行距可在35～70 cm之間調(diào)節(jié)。通過(guò)KSignus終端實(shí)現(xiàn)對(duì)排種量的精確控制。美國(guó)1775NT系列氣吸式免耕精量播種機(jī)，優(yōu)點(diǎn)在于為了實(shí)現(xiàn)精量排種，提高播種均勻性，采用電驅(qū)式氣吸式排種器，根據(jù)拖拉機(jī)的前進(jìn)速度去控制排種器的轉(zhuǎn)速。隨著拖拉機(jī)機(jī)的速度變快，轉(zhuǎn)速也相應(yīng)的變快，始終使兩者達(dá)到一定比例。意大利馬斯奇奧MT-6精密播種機(jī)，播種時(shí)可實(shí)現(xiàn)45～75 cm行距的調(diào)節(jié)，壟播平播都可以用，采用V型鎮(zhèn)壓輪、氣吸式精密排種器，可實(shí)現(xiàn)排種質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)控。美國(guó)MONOSEM免耕播種機(jī)，播種行距可在30～70 cm之間調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)單粒精準(zhǔn)播種，播種深度、距離、施肥量可以根據(jù)播種需要進(jìn)行調(diào)整，采用氣吸式排種系統(tǒng)，可調(diào)節(jié)風(fēng)量的吸力和刮種器的位置，適合多種種子類(lèi)型，可通過(guò)電子監(jiān)視器監(jiān)測(cè)播種質(zhì)量。德國(guó)ED系列氣力式精量排種機(jī)，使用兩種仿形方式，一種是V型鎮(zhèn)壓輪，一種安裝在開(kāi)溝器兩側(cè)的仿形輪。前者主要起到仿形輪的作用，后者起到了控制播深的作用。此播種機(jī)的投種位置較低，在下落位置有壓種輪。兩種裝置結(jié)合，在種子落下的時(shí)候，使落種位移變小，最大限度的避免了種子彈跳。國(guó)外一些國(guó)家玉米免耕播種機(jī)多采用多橫梁結(jié)構(gòu)，田間通過(guò)性很好，而且不容易發(fā)生秸稈堵塞問(wèn)題[2]。

2.2 國(guó)內(nèi)玉米免耕播種機(jī)研究現(xiàn)狀

我國(guó)在玉米免耕播種機(jī)的研究中相對(duì)歐美國(guó)家較晚，近幾年通過(guò)對(duì)國(guó)外玉米免耕播種機(jī)的結(jié)構(gòu)分析和創(chuàng)新，也取得了很大進(jìn)步。2BQM-6系列玉米免耕播種機(jī)，是我國(guó)較早的一臺(tái)播種機(jī)，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，采用了機(jī)械式排種器和雙圓盤(pán)開(kāi)溝器。因結(jié)構(gòu)限制，播種機(jī)的工作速度較低，適合在小地塊使用。雷沃氣吸式精密12行播種機(jī)，可對(duì)各個(gè)排種器堵塞和漏播情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，播種精度較高，播種行距在45～75 cm之間調(diào)節(jié)，大型農(nóng)機(jī)合作社使用較多。吉林省康達(dá)公司2BMZF-4播種機(jī)，采用缺口圓盤(pán)刀破除跟茬，指夾式精量排種器完成單粒精播，通過(guò)KDL6裝置監(jiān)測(cè)播種質(zhì)量，適用于覆蓋玉米秸稈地塊的免耕作業(yè)。德邦大為2605氣吸式6行免耕精密播種機(jī)，施肥采用缺口圓盤(pán)刀開(kāi)溝，施肥深度可在0～13 cm之間調(diào)節(jié)，播種開(kāi)溝器采用雙圓盤(pán)開(kāi)溝器，播種行距可在55～70 cm之間調(diào)節(jié)，采用電子監(jiān)控進(jìn)行種子漏播報(bào)警。眾榮2BM-6氣吸式6行免耕精密播種機(jī)，采用波紋圓盤(pán)刀和漸開(kāi)線(xiàn)式撥草輪破除跟茬，采用氣吸式的精量排種器，播種行距可在58～68 cm之間調(diào)節(jié)，播深可在0～8 cm之間調(diào)節(jié)，施肥深度可在0～18 cm之間調(diào)節(jié)，株距調(diào)節(jié)范圍較大。目前我國(guó)小型免耕玉米播種機(jī)保有量較多，相比國(guó)外的播種機(jī)，創(chuàng)新較少，播種機(jī)較小。隨著土地規(guī)?；?jīng)營(yíng)范圍越來(lái)越大，發(fā)展大型玉米免耕播種機(jī)對(duì)促進(jìn)玉米產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有重要意義。

3 排種器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

在我國(guó)使用的免耕播種機(jī)中采用機(jī)械式排種器較多，氣力式較少。在氣力式排種器又分為氣吹式、氣吸式和氣壓式三種。在機(jī)械式排種器分為指夾式、窩眼式、水平圓盤(pán)式、傾斜圓盤(pán)式、垂直圓盤(pán)式等。

3.1 氣吸式排種器

種子落入充種區(qū)進(jìn)行充種，風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的吸力吸附種子。種子隨種盤(pán)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)毛刷等清除吸附的多余種子，旨在保證一個(gè)吸種孔只保留一個(gè)種子。隨著種子運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到風(fēng)力消失的地方，種子落入到排種管，經(jīng)排種管落到土壤上。特點(diǎn)是對(duì)種子的形狀要求不是很?chē)?yán)格，可以作用于大多數(shù)種子。氣吸式播種機(jī)作業(yè)速度較高。通過(guò)改變吸孔的直徑可以播種不同形狀的種子。也可以通過(guò)加快播種工作速度，改變吸孔數(shù)目和播種傳動(dòng)比來(lái)改變株距。缺點(diǎn)是氣吸式排種器容易磨損，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。由于種子群運(yùn)動(dòng)的不合理性，會(huì)出現(xiàn)種子的重播或漏播。目前，我國(guó)高速式免耕播種機(jī)主要采用氣吸式排種器。能過(guò)夠?qū)崿F(xiàn)高速，精準(zhǔn)播種，對(duì)種子損傷小。但是氣吸式排種器對(duì)氣密性要求高，且需要的風(fēng)量較大，提高氣密性可增強(qiáng)氣吸式排種器播種質(zhì)量。

3.2 氣壓式排種器

種子利用自身重力落入型孔中，種子隨著型孔繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的壓力把種子壓在型孔內(nèi)，當(dāng)種子運(yùn)動(dòng)在清種區(qū)時(shí)，沒(méi)有被壓力壓住的種子通過(guò)重力作用落入到充種區(qū)。達(dá)到清種的目的，被壓的種子運(yùn)動(dòng)到護(hù)種區(qū)后落入到土壤上。氣壓式排種器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，適合大部分種子播種，種子不易損傷，相對(duì)其他類(lèi)型排種器比，充種性能較好。缺點(diǎn)是由于排種器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，投種高度相對(duì)較高，種子脫離原定位置時(shí)導(dǎo)致株距的均勻性變差，粒距的合格率變低。因需要產(chǎn)生壓力來(lái)運(yùn)輸種子，氣壓式排種器風(fēng)機(jī)所產(chǎn)生的壓力比氣吸式排種器產(chǎn)生的吸力較小，但是需要對(duì)壓力控制要精準(zhǔn)。壓力過(guò)小不能清理多余的種子，壓力過(guò)大會(huì)把原本要運(yùn)輸?shù)姆N子給吹掉不能正常投種。因?yàn)樾涂椎脑?，?duì)種子形狀大小要求高，在播種時(shí)需要挑選出適合的種子來(lái)進(jìn)行播種。

3.3 氣吹式排種器

利用帶有窩眼的種盤(pán)進(jìn)行充種，種子落入窩眼后繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)到清種區(qū)，利用風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流，對(duì)多余的種子進(jìn)行清種。未被清除的單粒種子繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。通過(guò)護(hù)種區(qū)落入土壤。氣吹式排種器因其型孔較大，有氣流進(jìn)行輔助，有很好的充種性能，且對(duì)種子的形狀大小要求不高；采用高速氣流清種代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械清種，更好的降低種子損傷率。氣吹式排種器關(guān)鍵部件加工工藝比較復(fù)雜；主要依靠氣流進(jìn)行清種，氣流方向和大小都需要精準(zhǔn)控制，要求較嚴(yán)格。氣流過(guò)大或過(guò)小都有可能引起種子的漏播或重播[3]。氣吹式排種器投種高度較高。當(dāng)運(yùn)送種子的時(shí)候，會(huì)使種子跳動(dòng)，使粒距合格率降低。可通過(guò)降低投種高度和運(yùn)輸距離來(lái)提高播種質(zhì)量[4]。

3.4 中央集排式排種器

中央集排式排種器也稱(chēng)為氣送式排種器，主要利用的原理是風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流吹著種子貼著型孔。連接型孔的軸不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，卸種輪阻斷氣流，種子沒(méi)有了壓力，落入到排種管中，經(jīng)過(guò)排種管的運(yùn)輸，落入到土壤上，這種排種方式較有創(chuàng)新性。傳統(tǒng)的都是每行都有一個(gè)特定的排種器、開(kāi)溝器和鎮(zhèn)壓輪。而氣送式排種器利用一個(gè)多行一體的滾筒進(jìn)行播種。這種方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體型較，對(duì)整個(gè)氣流系統(tǒng)要求嚴(yán)。

3.5 機(jī)械式排種器

3.5.1 指夾式排種器。指夾式排種器作業(yè)性能較穩(wěn)定，是目前應(yīng)用較廣的機(jī)械式排種器，最高速度可達(dá)到8 km/s。當(dāng)排種器轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，在充種過(guò)程中，凸輪頂著指夾，大多數(shù)指夾式排種器配備12個(gè)指夾。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)到凸輪高的部分，指夾打開(kāi)，進(jìn)行玉米充種，夾住玉米一直轉(zhuǎn)動(dòng)，種盤(pán)上部有凹凸結(jié)構(gòu)，進(jìn)行玉米種子振動(dòng)清種，把指夾夾的多余的種子清選掉，繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，把種子投到卸種口，種子落到傳送帶上，種子隨著傳送帶運(yùn)輸落到土壤中。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，對(duì)種子要求較嚴(yán)格，需要特定適合指夾夾取種子。并且在播種過(guò)程中，需要添加特定的潤(rùn)滑劑。在機(jī)械式排種器中，指夾式排種器是播量精準(zhǔn)的排種器。我國(guó)大多數(shù)免耕播種機(jī)都采用指夾式排種器。播種速度較低是指夾式排種器的主要缺點(diǎn)。所以提高播種速度是研究指夾式排種器的未來(lái)方向。

3.5.2 勺輪式排種器。勺輪式排種器運(yùn)動(dòng)方式跟指夾式排種器較相似，也是使用較多的排種器，一般配備18～30個(gè)排輪勺。種子從種箱落入到充種區(qū)時(shí)，排種盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，種子落入勺輪上的孔上。帶著種子向上轉(zhuǎn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到清種區(qū)時(shí)，利用種刷清除多余的種子。種子落入存種室，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，種子落到土壤中。勺輪式排種器的結(jié)構(gòu)比較耐用，長(zhǎng)時(shí)間使用很少有損壞的。種子適應(yīng)性較差，根據(jù)種子大小需要更換勺輪實(shí)現(xiàn)單粒播種。投種頻率需要調(diào)節(jié)勺輪數(shù)目。播種速度不高，最高達(dá)到5 km/s。速度較高時(shí)振動(dòng)大，會(huì)使充種質(zhì)量和清種質(zhì)量變差，引起種子漏播。

3.5.3 窩眼輪式排種器。窩眼輪式排種器排種軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，排種器依靠型孔去運(yùn)輸玉米種子。種子的大小決定了型孔的大小，當(dāng)種子落入型孔較多時(shí)，刮種區(qū)的毛刷可以去除多余的種子。使型孔內(nèi)保證只有一粒種子，排種器繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)型孔經(jīng)過(guò)護(hù)種板末端時(shí)，種子落入到土壤中，播種過(guò)程完成。窩眼輪式排種器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性差；種子均勻性差，種子損傷率高，作業(yè)速度比較慢，一般不超過(guò)6 km/h，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致重播的情況發(fā)生，不能有效進(jìn)行單粒播種，在播種過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)堵塞的問(wèn)題。窩眼式排種器是比較成熟的機(jī)械式排種器，對(duì)種子形狀要求高，均勻性較差。播種機(jī)的振動(dòng)對(duì)它的影響較大，降低播種機(jī)的振動(dòng)是提高播種質(zhì)量的有效途徑[5]。

3.5.4 圓盤(pán)式排種器。圓盤(pán)式排種器的特點(diǎn)是排種盤(pán)的孔形決定種子尺寸適用狀況，孔距決定株距；作業(yè)時(shí)，作業(yè)速度要求很?chē)?yán)格，當(dāng)速度不按要求播種時(shí)，排種器的排種質(zhì)量變的很差。水平圓盤(pán)式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易好用、工作穩(wěn)定，在機(jī)器前進(jìn)速度較低時(shí)，工作質(zhì)量?jī)?yōu)，所以曾經(jīng)被廣泛使用。圓盤(pán)式排種器因結(jié)構(gòu)限制，只有在低速時(shí)工作比較穩(wěn)定，所以對(duì)作業(yè)速度有比較嚴(yán)格的要求，一般不超過(guò)6 km/h，否則排種質(zhì)量將顯著惡化，漏播率大大增加。優(yōu)化圓盤(pán)對(duì)提升播種速度有很大幫助。

3.5.5 外槽輪式排種器。外槽輪式排種器特點(diǎn)是適應(yīng)大部分種子，如麥類(lèi)、高粱等表面光滑的種子都能適用。地面不平整度、種箱內(nèi)種子存量和機(jī)器前進(jìn)速度這些影響因素對(duì)播種的影響較小。播量方便調(diào)節(jié)，排種器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造工藝不復(fù)雜，各行播量一致性較好，但種子在行內(nèi)分布有脈動(dòng)現(xiàn)象均勻性差，機(jī)器震動(dòng)對(duì)種子均勻性影響大。外槽輪排種器是非常成熟的排種器，但是無(wú)法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)排種。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，玉米免耕精密播種技術(shù)已經(jīng)成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)耕地的保護(hù)具有重要的意義。我國(guó)玉米免耕播種機(jī)發(fā)展要結(jié)合我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展情況研制適合自己經(jīng)營(yíng)規(guī)模的機(jī)型。排種器是玉米免耕播種機(jī)的核心，新型高速排種器的研制也是免耕播種機(jī)的發(fā)展方向。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外玉米免耕播種機(jī)的發(fā)展和排種器的特點(diǎn)分析，為制造玉米免耕播種機(jī)和優(yōu)化排種器提供了參考。