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指夹式玉米免耕精密播种机的原理、结构与应用
发布日期:2019-01-03 新闻来源: 正文字号
段永彬 高清海  马志高
1、石家庄市舜农农业机械有限公司  2、河北省农业机械化研究所  3、河北省农林科学院粮油研究所
我国是玉米种植大国,也是世界玉米主要产区之一,玉米在我国农业生产中占有举足轻重的地位,也是我国人民的主要粮食来源之一。玉米营养丰富,其中碳水化合物含量丰富,在主食中,其碳水化合物的含量仅仅略低于水稻;在谷类作物中,玉米的脂肪含量最高;而维生素B的含量也远超其他谷类作物,同时相比于其他谷类作物,玉米中含有大量的纤维质,并含有较多的矿物质元素和维生素,是我国主食原材料中营养极为丰富的一种。科学的播种技术是玉米增收高产的保证,通过机械化的播种技术,可以有效提高玉米种子的成活率,降低农民的劳动强度,提高玉米产量。目前,我国的农业科学工作者和相关农业机械单位依据我国各玉米产地的土质、地形、种植品种等特点,研制了一系列玉米播种机,获得了良好的经济效益和社会效益。
1 免耕精密播种机的发展
  播种机主要是在农田作业中用作播种的机械设备,针对作物的不同分为,谷物播种机、棉花播种机、玉米播种机等。按照播种方式的不同,则分为真空种子播种机、撒播机、条播机、穴播机四类。早在两千多年前,我国先民就已经开始使用耧作为播种机具,其方便小巧,可以用牛、马等畜力进行牵引,大大解放了人类的双手,提高了劳动效率,显示了我国先民的智慧,而耧作为一种方便的播种器具至今在我国部分地区尤其是大型机械不易展开的北方山地仍然能够见到。在世界范围内,播种机的广泛推广和使用则是在十七世纪,这个时期的播种机构造日趋复杂,其播种机构和犁体已经可以依据不同的地形进行调整,已经具有了现代播种机械的雏形。现代播种机的出现则是在二十世纪以后,牵引式的谷物条播机以及气力排种播种机的出现是现代播种机的标志。而此后一系列利用先进技术的播种机械如雨后春笋一般出现,悬挂式谷物播种机、通用机架播种机、离心式播种机、气吸式播种机、通用联合播种机、精密播种机等多种机型,适用于不同种子播种的需要,尤其是精密播种机的研制,大大提高了劳动效率,减少了种子的浪费现象。
  玉米免耕精密播种机能精确控制玉米种子的播种量,准确地控制株距和播种深度。玉米免耕精密播种机还具有免耕播种机的特点,它通过机械设备来完成播种、施肥、耕地等步骤,所有步骤完全通过机械一步完成,大大节省了人力资源成本。同时,由于省去了一般种植中的耕地步骤,使得播种效率大大提前,同时由免耕精密播种机进行播种的土地,其保水保墒能力更强,更有利于玉米种子的生长。而经过大规模人工翻耕的土地,往往造土地水分流失和肥料的流失,同时人工翻耕也往往会破坏土地原有植物根系,破坏原有土地结构,造成玉米抗倒伏能力较弱。
2 玉米免耕精密播种机的分类
  玉米免耕精密播种机经过近百年的发展,已经发展出多种类型的玉米免耕精密播种机,依据精密播种机上的排种器排种方式的不同,可分为多种类型的精密播种机。
  气力式精密播种机是精密播种机的主要类型之一,它主要是通过气流产生的吸附力将种子进行播种,并通过控制气流来达到控制播种数量的目的。气力式精密播种机依据其播种原理不同可以分为气吸式、气压式、气吹式三种播种机。气吸式播种机主要依靠气流流动而产生的负压来吸取种子,与机械式播种机相比气吸式播种机对种子外皮没有损伤,对于种子的尺寸与外形都没有较高的要求,在高速运转下可以正常工作,尤其是在单颗粒播种的情况下,气吸式播种机在高速运转下也可以实现较为稳定的输出。不过气吸式播种机需要外带机械产生气压,对于设备的气密性要求也较高。气压式播种机主要是利用排种器中的刮种装置和种子自身的重量来完成种子的种植工作。气压式播种机在工作时也需要风机的配合,风机产生巨大的风压使得种子通过进风管倒入排种器,由于气压的作用,种子紧紧吸附在排种器上边,卸种轮则用于阻挡排种器中的气流,由于气流减小,种子由于重力掉入输送管,并最后随着气流排出,完成种植。气吹式播种机运行的主要特点是通过风机把多余的种子吹走,进而完成种植。气吹式播种机在工作时,必须依据种子颗粒的大小控制进风量的大小,保证多余的种子有效地清除干净。我国的新疆生产建设兵团农垦科学研究院对此类气吹式播种机有较为深入的研究,并生产出2BQC高速气力精量播种机。
机械式播种机是依据排种器进行分类的另外一大类播种机。而依据机械排种器的不同,又可以详细划分为指夹式播种机、圆盘式精密播种机、强制夹持式播种机、中央集排气送式播种机、滚筒式精密播种机等一系列机械式播种机。机械播种机的主要特点是机械部分简单,不需要风机带动,但是容易出现漏种等情况。
3 指夹式玉米免耕精密播种机的整体结构和工作原理
  指夹式玉米免耕播种机其主要结构包括排种器、机架、划行器、肥料储存箱、开沟器、施肥器、播种器、行走机构、齿形传动地轮、分草器等部分。
排种器是整个播种机最重要的组成部分,也是技术难度要求较高的一个组成部分。排种器的主要功能是把种子箱内的种子,按照事先制定好的程序,将种子按照一定规律投放到耕地中。排种器首先由取种机构从存储种子的种箱中获取种子,通过一系列推送装置的运输,把种子送到预定位置,并由刮种机构将种子从推送装置中移除到投放装置,最后由投放装置将种子投放到耕地中。由此可见,排种器一般是由种子盒、取种机构、推送机构、刮种机构、投放机构、护种机构和清种机构几部分构成。
  而依据排种器的原理则可以分为窝眼轮式排种器、气吸式排种器、指夹式排种器等几种。窝眼轮式排种器结构比较简单,易于拆卸和修理,整个原理也比较简单,易于维护。但是窝眼轮式排种器上的窝眼形状固定,而我国玉米种子常常形状大小各异,种子的规格大小不一,在这种情况下,窝眼轮式排种器就容易刮伤种子外皮,造成减产。气吸式排种器主要依靠风机产生的气压来吸取和运输种子,这种结构常常需要风机的配合,对播种机的密封性也有较高的要求,适用于管理完善的大型农场,但是对于我国广大农村来说并不适用。指夹式排种器则是近年来一种新型排种器,综合了以上两种排种器的优点,既能克服窝眼轮式排种器对于种子的损伤,也不需要风机等外部设备的配合,具有结构简单、播种效率高的特点。指夹式排种器主要由指夹盘、排种盘、刮种刷、种子运输装置组成。这种排种器之所以叫指夹式排种器,是因为工作时指夹盘上的指夹压盖就像人的手指一样将玉米种子按压住,而弹簧的存在使得指夹盘上的指夹压盖不会产生过大的力量使得玉米种子外皮受到破坏。
  输种管的结构设计影响着玉米着地的速率与方向,对于玉米种子的成活也有着巨大的作用。当种子脱离排种器之后,不会立刻掉入土壤中,而是要通过输种管的运输才能顺利到达土壤。为了使种子脱离排种器之后速度不会太快,同时也为了避免种子进入土壤后发生弹跳现象,输种管一般制成一定的曲线形状,保证种子在离开输种管之后,按照一定的曲线路径进行运动,保证种子落入土壤中的速度和角度。经过实验测得,种子脱离输种管进入土壤中时,最好以接近九十度左右的角度进入,这是最佳的角度。
  施肥开沟器是免耕播种机的重要部分,通过开沟器对于耕地进行开沟作业,并同时进行施肥。其主要部件是开沟器架体、缺口盘、直面圆盘等,而整个施肥开沟器则通过螺栓固定在播种机机架上。针对北方施肥量较大的特征,播种机的缺口盘和直面圆盘一般直径较大,这样还可以有效地切除遗留在耕地上的玉米秸秆。
  拨茬分草机构也是免耕播种机的重要组成部分,因为免耕播种机是在大量玉米秸秆仍然存在的情况下进行播种的,大量玉米秸秆的存在对于播种而言是一个比较大的困扰,有的玉米秸秆还存在一定的柔韧度,用开沟器无法进行截断,这就需要拨茬分草机构对玉米秸秆进行处理。拨茬分草机构一般是一对圆形齿轮盘,安装在施肥开沟器之前,把存在于地表的大量玉米秸秆向两边,裸露出地表,为施肥开沟器的工作创造出良好的工作条件,防止施肥开沟器的堵塞。拨茬分草机构主要由安装架、齿形圆盘、轴承座等组成。
4 指夹式玉米免耕播种机的应用
  指夹式玉米免耕播种机作为一种高效、科学的播种装置已经受到广泛的重视,大量科研单位和企业都已经参与到播种机的研制与推广工作中。河北硕科农业机械科技有限公司与石家庄舜农农业机械有限公司合作,针对河北地区玉米种植的实际情况,围绕指夹式玉米免耕播种机开展了一系列研究工作。两公司把嵌入式单机片控制技术、伺服控制技术、数据采集技术等高科技技术运用到免耕播种机技术中,并通过模块化方案设计了一种大型玉米免耕播种机,可以一次性完成玉米耕地的精量播种、智能漏播监控、除草剂喷洒、播后镇压等多种工种,大大提高了工作效率。而由于模块化的设计,使得该免耕播种机不仅适用于玉米耕种,还可以应用于其他谷物播种,实现了播种机械的通用化,大大降低了企业和农户的使用成本。但是我们应该看到,目前我国对于指夹式免耕播种机的设计和研制工作还处于较为初始的阶段,许多技术难题还未攻克,我国指夹式免耕播种机与国外同类产品相比还存在一定的差距,这些都需要我国农业科研工作者和相关企业单位共同努力去攻克一道道难关。
经过数十年的发展,我国免耕播种机从无到有,从单一型号发展为种类繁多、功能齐全、适用于不同工作场合的多种型号,走出了一条独立自主、奋力拼搏的自强之路。我国农业科研工作者与我国农业机械企业一起,针对我国的地理地情和农业生产实际情况,开发出一系列的农业机械产品,大大提高了我国的农业生产效率,降低了农业生产成本,为保障我国粮食安全做出了巨大的贡献。在面临各种新技术的今天,把单片机等高科技产品应用于农业机械产品中,造就一系列的高智能、高科技、可监控、模块化的农业机械产品,是我国农业机械单位成就中国品牌的一条必经之路。
  

主管单位:河北省农业机械化管理局主办单位:河北省农业机械化研究所
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