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1、舵轮式破茬免耕玉米播种机研究摘要：保护性耕作是指通过提高自然降水的利用率和土壤肥力，减少水分的蒸发和流失，从而达到提高作物产量的目的。保护性耕作可以起到节水保墒、提高土壤肥力、保护环境等效果，是今后农业发展的重点。其中，免耕播种作为保护性耕作的核心内容之一，其配套机具免耕播种机的研究成为保护性耕作发展的关键。本文介绍了一种舵轮式破茬免耕玉米播种机，采用短翼尖角形开沟器、以平行四杆机构作为仿形结构的入土成穴器和穴播器内置排种器的结构，解决了播种机的缠草问题，提高了播种性能。关键词：保护性耕作；免耕播种机；破茬防堵；舵轮式穴播器The Study of A Helm-shaped and Stub
2、ble Cutting No-tillage Corn DrillAbstract：Conservation tillage is by increasing the utilization of natural rainfall and soil fertility, reducing water evaporation and loss, so as to improve crop production. Conservation tillage can play a role on water saving, soil fertility improving, environmental
3、 protection and so on, it will be the focus of future agricultural development. The no-tillage planting is one of the cores of conservation tillage，and its supporting machines research become the key of conservation tillage. This paper describes a helm-shaped and stubble cutting no-tillage corn dril
4、l, using short wing tapered opener, a hole former with the parallel four-bar structure as the copying structure and the structure of dropboot internally installed seeding apparatus, which solving the problem of grass planter bound and improving the performance of planting.Keywords：conservation tilla
5、ge；no-tillage planter；stubble cutting and jam preventing；helm-shaped and stubble cutting no-tillage corn drill1 国内外免耕播种机的发展1931年，美国爆发了震惊世界的“黑风暴”，自植被破坏较严重的美国西部平原开始刮起，横扫了美国2/3的国土，造成了很大的人员伤亡和经济损失。自此，美国开始进行保护性耕作的研究。70年代开始，人们认识到保护性耕作应该和土壤的营养管理、排水及杂草控制结合起来，为了减少土壤翻耕和残茬翻埋，研制了凿形犁。同时，免耕播种机也得到了广泛应用1。在美国之后，世界上其
6、他国家如加拿大、澳大利亚也开始了对保护性耕作和免耕播种机的研究。作为保护性耕作的核心，免耕播种机的研究随着保护性耕作的发展越来越受到人们的重视。国外研究的免耕播种机多是联合播种机械，能一次性完成破茬、开沟、施肥、播种、覆土、镇压等多项作业2。国外的开沟器大多采用单圆盘开沟器（如美国的大平原播种机和约翰迪尔公司生产的7100型6行免耕播种机）或双圆盘式开沟器（如美国case公司生产的SDX30型免耕播种机和约翰迪尔公司生产的1590型免耕条播机），需要很大的压力才能保证开沟深度。加之国外的免耕播种机的联合作业性能，国外的免耕播种机大都具有体积庞大、质量重等特点，只适合在大型农场进行免耕播种，不适
7、合我国的中小地块。我国对免耕播种机的研究起步较晚，系统的研究工作开始于20世纪90年代。我国对免耕播种机的研究主要表现在土壤处理机械方面，如胡鸿烈等人设计的2BQM-6系列的免耕播种机，其中2BQM-6A型免耕播种机是一种较成熟的机型，该机采用凿形刀式破茬装置，入土容易，无需增加配重3。之后，我国又先后研制出了2BFY-6A型玉米免耕播种机和气吸式免耕播种机。我国研制的免耕播种机虽然发展迅速，但是与国外先进技术相比，我国的免耕播种机还存在缠草、播种性能差等缺点，为此，本研究研制出了一种舵轮式破茬免耕播种机。2 总体结构设计本研究涉及的免耕播种机的结构如图1所示。该机主要由悬挂臂、机架、破茬装置
8、、施肥开沟器、种肥箱、穴播器、排种器、覆土装置和镇压轮等组成，整个装置通过三点悬挂的方式挂接在拖拉机上。该免耕播种机的工作原理是：机器在拖拉机的牵引力下前进，最前面的破茬防堵装置依靠拖拉机输出的动力高速旋转，旋转的同时将覆盖在地表的杂草和作物残茬清除，有效防止后面的开沟器发生缠草现象。地轮转动，通过链轮驱动施肥开沟器开沟排肥，破茬装置未清除的杂草、残茬被开沟器分向两边。之后，肥料从肥箱中经输种管施入开沟器开出的沟槽中，地轮在起动力作用的同时对开沟、施肥还起限深作用。采用穴播器内置排种器的结构，机器工作时，穴播器和排种器同步转动，分布在舵轮式穴播器四周的入土成穴器随着穴播器的转动逐个插入土壤中，
9、成穴器采用平行四杆机构作为其仿形机构，保证种子始终在最深处落下。施肥播种后，覆土器进行覆土，之后镇压轮将土壤压实，保证土壤中水分不过度蒸发。镇压轮采用充气式橡胶轮胎，可以根据地面情况自动变形和还原，保证镇压轮在凹凸不平的地面上也能完成镇压功能。图1 玉米免耕播种机结构简图1.悬挂臂 2.变速箱 3.肥箱 4.种箱 5. 机架6. 破茬装置7. 施肥开沟器8. 地轮9.排种器 10. 穴播器11. 覆土器12.镇压轮3 关键部件的设计3.1 破茬及开沟防堵装置的设计破茬及开沟防堵装置主要由破茬刀、安装支架、开沟器和输肥管等组成，在开沟器的前端安装可拆卸铁块，方便开沟器前端磨损时进行更换，使开沟器
10、的使用寿命更长。破茬防堵装置的结构简图如图2所示。免耕播种机播种时，地表有杂草和作物残茬，播种条件恶劣，播种机播种时很容易缠草堵塞。为了改善这种恶劣的播种环境，在播种机的最前端安装破茬防堵装置，依靠拖拉机输出动力带动破茬刀旋转并切碎残茬，切碎残茬的同时还可以将其向两边打散，让开沟器顺利通过完成施肥。开沟器的作用是开出一定深度的可供施肥和播种的沟槽，因此开沟器的好坏直接影响播种机的播种和施肥效果。好的开沟器应该具有入土容易，翻耕土壤少，开出的种沟均匀、深浅一致，防堵塞效果好等特点4-8。为了满足上述要求，本研究设计的开沟器前段设计成短翼尖角形，尖角上面安装可拆卸铁块组成开沟器的入土部分，开沟器可
11、拆卸的目的是使开沟器磨损后更换方便，防堵装置设计成可自由转动的圆柱形滚子，这样可以通过滚子的转动将残茬和杂草分向两边。经田间试验发现，这种开沟器结构开沟效果较好，能够满足入土阻力小、对土壤扰动小、开沟性能好能特点，较适合进行免耕播种。图2 破茬及开沟防堵装置1.破茬刀 2.根茬秸秆 3.安装支架 4.开沟器 5.输肥管 6.可拆卸铁块3.2 舵轮式穴播器的设计舵轮式穴播器的基本结构如图3所示。 图3 穴播器的结构示意图1.动盘 2.定盘 3.轴 4.轴承 5. 活动鸭嘴6. 固定鸭嘴 7.凸轮挡块 8.拉簧 9.种室 穴播器主要由动盘、定盘、活动鸭嘴、固定鸭嘴、凸轮挡块、拉簧和种室等组成。入土
12、成穴器由活动鸭嘴和固定鸭嘴组成，其中固定鸭嘴焊合在舵轮盘上。从图中可以看出，入土成穴器分布在舵轮的四周。机器工作时，穴播器受牵引力作用， 插入土壤中的入土成穴器受土壤的反作用力，这两个力形成牵引力矩，使穴播器沿地面滚动。正常状态下入土成穴器成关闭状态用来存放种子，使种子不会提前漏出；随着穴播器的转动，入土成穴器插入到土壤最深处时，活动鸭嘴在凸轮挡块的作用下被打开，当打开角度大于种子长度时，已等待在成穴器中的种子落入土壤中完成播种；为了使打开的入土成穴器不夹土，要求入土成穴器在离开土壤前一直处于打开状态；成穴器打开后活动鸭嘴的顶端在出土前一直沿着凸轮挡块运动直到成穴器完全出土，出土后的活动鸭嘴在
13、复位弹簧的拉力作用下关闭，完成一次播种。穴播器在拖拉机牵引下连续滚动，实现连续穴播。由于免耕播种机是在有杂草和残留秸秆的农田里工作，环境较翻耕后的农田恶劣很多。为此，本研究设计了平行四连杆机构作为穴播器的仿形结构，使得穴播器遇到地面不平整的情况时也能顺利地完成播种工作。平行四杆机构结构及在机器上的安装位置如图4所示。图4 平行四杆机构1.平行四连杆 2.施肥开沟器安装架 3.弹簧123平行四杆机构由两个相互平行的连杆组成，连杆安装在机架上，并与地面成一定的角度。仿形受力是通过弹簧实现的，当遇到地面不平整时，穴播器受到的力通过轮盘传递给平行连杆并摆动，运动时受到弹簧的弹力；该仿形机构可以使穴播器
14、上下浮动。将弹簧安装在施肥开沟器与浮动机构上并使之成拉伸状态，当出现低洼地势时，浮动机构受弹簧拉力使穴播器向下浮动，从而顺利完成播种。3.3 镇压轮的设计为了减少播种后水分的蒸发，播种覆土后需要镇压轮将土壤压实，防止土壤过度松散。由于免耕播种有时会出现地面凹凸不平的现象，因此镇压轮也必须设置仿形机构，才能很好的完成镇压效果。本研究采用充气式橡胶轮胎，当地面不平整时，轮胎可以自动变形和复原以达到仿形效果，使镇压轮很好地完成镇压功能；与纯铁制轮胎相比，橡胶轮胎价格较低，节省成本；与地面摩擦力大，可以有效地减小滑移率。4 总结本研究采用短翼尖角形开沟器，有效地解决了播种机的缠草问题，达到了防堵效果，
15、在开沟器的前端安装可拆卸铁块，提高了开沟器的使用寿命；采用舵轮式穴播器内置排种器的结构，减少了功率消耗，并节省了空间；采用平行四连杆机构作为入土成穴器的仿形结构，结构简单，且达到了很好的仿形效果，使穴播器能够实现免耕播种。经田间试验，该免耕播种机能够达到免耕播种机要求的各项性能指标，工作稳定，播种效果好。参考文献1赵娟伟. 2BMF-4型玉米免耕播种机的研究. 河北农业大学硕士学位论文,2007.2赵磊磊. 玉米免耕播种机的设计与研究, 中国农业大学硕士学位论文, 20073施森宝, 胡鹤烈, 丁加明. 秸秆覆盖免耕法J .农业工程学报, 1990, 6(3) :31-36.4L.N.Shuk
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