1、2 0 0 9年10月 农业机械学报 第4O卷第10期 2BMG24型小麦免耕播种机设计 刘立晶 杨学军2 李长荣 刘昱程2 刘殿生2 * (1现代农装科技股份有限公司，北京100083；2中国农业机械化科学研究院。北京100083) 【摘要】 在内蒙古、新疆等大型农场，随着大马力拖拉机的增加，中小型小麦免耕播种机已经不能满足动力发 展的需要，限制了保护性耕作的推广实施，急需研究与大马力拖拉机配套的大型免耕播种机。本文设计了2BMG一 24型小麦免耕播种机，采用控制式密齿型排种器、波纹圆盘和双圆盘组合式开沟施肥播种单体，实现了精少量排 种、破茬开沟和种肥分旖的小麦免耕播种。田间试验表明：播种深
2、度合格率为91；排种均匀性变异系数为28； 种子破损率为01。初步田间试验表明该机作业性能与国外同类产品相当。 关键词：小麦 免耕播种机保护性耕作 排种器 圆盘开沟器 中图分类号：$232 文献标识码：A Design of 2BMG一24 No-till Wheat Planter Liu Lij ing Yang Xuej un Li Changrong。Liu Yucheng Liu Diansheng (1Modern AgriculturalEquipment CoL ，Beijing 100083，China 2Chinese Academy ofAgricultural Mech
3、anization Sciences，BeOing 100083，China) Abstract Mediumsmall no-till wheat planter hasnt already satisfy power need with the develoDment of high-power tractor in the Mongolia and Sinkiang large farms，which restricted the application of conservation tillageTherefore，it is necessary to study the large
4、 notill planter matching with high power tractorAdopted the controlled flume dense dentiform seed meter to perform precision metering，the 2BMG24 notiI1 wheat planter was designedFurthermore，the wavv disc couIters were used tO cut stubble for sowing，and the double disc cotilters were used to open fur
5、row for fertilizingThe results of field test showed that the eligibility ratio of seed depththe variance coefficient of metering equality and the seed damaged rate were 9 1，28and 01，respective1v The operating performance of this machine was equal to that of the overseas machines At the same time，the
6、 COSt was much lower than them，reduced by 6070Its application can save 16 kghm2 fuels and increase 1 520incomesThus，the 2BMG一24 notill wheat planter can meet with the need of large farms，which is an indispensable equipment for the deve1oDment of the China conservation tillage Key words Wheat，No-flU
7、planter，Conservation tillage，Seed meter。Disc opener 引言 经过多年的研究，我国科技工作者已经设计开 发出多种轻型免耕播种机，并进行了大规模的推广 应用，基本解决了我国北方小地块、小功率拖拉机的 免耕播种机需求问题 ，有力地促进了我国保护 性耕作的发展。但对于内蒙古、新疆等大型农场实 施保护性耕作所需要大功率拖拉机配套的大型免耕 播种机研究较少8】，因此限制了该地区保护性耕作 的推广实施。目前，我国的大型免耕播种机大多从 国外引进，但国内外农艺要求、土壤状况等均存在差 异，应用存在一定的不适应性，例如J立用于内蒙古海 收稿日期：20080926
8、修回日期：20081016 *“十一五”国家科技支撑计划资助项目(2006BADllA055) 作者简介：刘立晶，高级工程师，主要从事保护性耕作技术及装备研究，E-ma l： yli t。 。 40 农业机械学报 拉尔农场的约翰迪尔公司生产的JD1590型小麦免 耕播种机，采用单圆盘开沟器，破茬能力强，但开沟 器只能种肥混施，施肥量小，不能满足我国施肥量大 的要求l9 J。另外，国外大型机具价格昂贵，不适合 我国的购买力，影响我国大型农场保护性耕作技术 的实施。 因此，针对以上问题，本文设计2BMG24型 小麦免耕播种机，采用控制式密齿型排种器、波纹圆 盘和双圆盘组合式开沟施肥播种单体，分别实
9、现精 少量排种和种肥分施，能够免耕播种小麦，并进行相 关试验，取得较好的作业效果。 1整机结构及工作原理 11整机结构与技术参数 2BMG一24型小麦免耕播种机整机结构如图1 所示，主要由牵引架、方框机架、传动部件、种肥箱、 波纹圆盘开沟器、双圆盘开沟器、覆土镇压部件、行 走部件、升降离合部件、护栏等部分构成。主要技术 参数为：牵引式，配套动力1184 kW以上，播种深 度27 cm，工作行数24行，工作幅宽48 m，播种 量90360 kghm2，施肥量75375 kghmz，生产 率2436 hm h。 6 5 图1 2BMG一24型小麦免耕播种机结构示意图 Fig1 Structure
10、sketch of wheat no-tillage planter 1牵引架2方框机架3传动部件4种肥箱5波纹圆盘 开沟器6双圆盘开沟器7地轮 12工作原理 为实现种肥分开、化肥深施，2BMG一24型小麦 免耕播种机，采用波纹圆盘和双圆盘组合式开沟施 肥播种单体，解决了免耕播种过程中堵塞、种肥混施 问题，开沟系统原理如图2所示。采用波纹圆盘开 沟器破茬开沟，锋利的波纹圆盘能够切断作物残茬， 同时能够开出深810 cm、宽34 cm的沟槽，由紧 贴波纹圆盘后部的施肥铲施肥。在设计中，波纹圆 盘开沟器单体上装有压缩弹簧，实现了单体仿形，在 开沟过程中，如果碰到坚硬的石块等，能够弹起，以 保护波纹
11、圆盘开沟器。 采用垂直种、肥分施，由与波纹圆盘开沟器同在 一条直线上的双圆盘开沟器进行二次开沟，解决了 双圆盘开沟器的入土问题。为控制播种深度，双圆 盘开沟器也采用单体仿形。种子通过控制式密齿型 排种器经导种管落入沟底，空心橡胶镇压轮把沟边 湿土推挤到种沟内覆盖并进行镇压，完成免耕播种 工作。 图2波纹圆盘和双圆盘开沟器播种单体结构简图 Fig2 Structure sketch of opener 1机架2连接板3波纹圆盘开沟器4旅肥铲5压缩弹 簧6支架7双圆盘开沟器8覆土镇压轮9升降臂 10导种管 2关键部件设计 21排种器 排种器是精少量免耕播种机的关键部件之一， 其性能关系到整机作业质
12、量及实用性。机械式排种 器由于结构简单、容易操作和使用可靠而被广泛应 用。国内，对排种器研究的种类很多，但真正能用于 生产上的只有槽轮式和锥盘式排种器。锥盘式排种 器是通过孔盘旋转，固定型孔控制播种量，达到精少 量播种，但只适合于速度为254 kmh时的播种 作业。槽轮排种器，存在两方面问题：排种器没有 带动层时，排种轮外径凸棱之间不留间隙，排种比较 均匀，但种子破碎率高。排种器有带动层时，排种 脉冲性较大，播入土壤中的小麦易出现断条和堆种 现象。针对目前排种器存在的问题，进行外槽轮排 种器的改进，设计了一种控制式密齿型排种器。 (1)槽轮 本文设计的密齿型槽轮，通过减小齿槽深度b， 缩小凹槽
13、半径r，使单个齿槽的容积变小，从而使每 个齿槽拨出的种子量减少。同时，通过增加齿槽数 量z，使每个齿槽排种的频率加大，以提高排种均匀 性，结构如图3所示。 排种器的基本参数是在大量试验基础上得出 的。以槽轮齿槽数z、齿槽深度b、凹槽半径r为因 素，进行槽轮不同工作长度L下的排种均匀性试 验，结果如表1所示。结果表明：Z=20，b= 35 mm =25 mm时排种均匀性最好，能够满足 精少量播排小麦种子的要求。 第1O期 刘立晶等：2BMG一24型小麦免耕播种机设计 41 图3槽轮结构图 Fig3 Structure sketch of sheave 表1 不同参数下排种均匀性对比试验结果 1h
14、b1 Unitorty ofm l1gtrial on differ mm (2)阻塞套 用一平面通过下凸棱台的上棱与阻塞套外圆相 切，来增加阻塞套的厚度斜面(图4)，用以从端部挡 住种子，避免种子从排种槽轮一侧被挤到阻塞套一 侧而造成间断性不规则下种，从而改善均匀性。结 合槽轮设计，阻塞套下凸棱台距轴心距离为 275 ITlm，下凸棱台宽8 mm。 l l 一一一 芝 C 图4阻塞套结构图 Fig4 Structure sketch of shutoff slide (3)阻塞套与排种舌的调整 当排种舌与阻塞套相靠时，排种舌圆弧面端部 最高点在阻塞套下凸棱台C面上(图4)，这样排种 槽轮外径
15、棱边与排种舌端部边缘之间的间隙就控制 在23 mm，当排种槽轮转动时，可保证小麦籽粒在 这个空间内能自由放置、活动，降低了种子的破损 率。 22波纹圆盘和双圆盘组合式开沟施肥播种单体 破茬开沟施肥播种系统是免耕播种机的另一关 键部件，要求开沟器有足够的破茬入土能力。而农 艺上要求的种肥分施、化肥深施是免耕播种机的主 要难题之一。因此，本文设计了波纹圆盘和双圆盘 组合式开沟施肥播种单体，解决了免耕过程中的破 茬开沟、施肥、播种等问题。同时，圆盘为滚动部件， 前进阻力小，在大、中型免耕播种机上应用，效果好、 效率高。 221波纹圆盘开沟器 采用波纹圆盘刃121直接切断秸秆根茬，有效防 止秸秆缠绕，
16、并且土地扰动少，覆土环覆土使地表平 整。用连接板使波纹圆盘固定在机架的前横梁上， 通过改变安装孔上、下位置来调整开沟深度：旌肥 铲和导肥管装置紧贴波纹圆盘刃口，导肥管在施肥 铲后面，实现肥料深施。压缩弹簧可使波纹圆盘有 效地避免因工作时碰到诸如石头等硬物而造成对刃 口的冲击，提高了机具的耐用度。 通过试验选出直径 D ：430 mm，边缘开槽 19 mm的波纹圆盘。波纹 圆盘开沟器圆盘受到4个 力的作用，即整机重力(包 括开沟器自身重量)通过 压缩弹簧均分到开沟器上 的作用力；拖拉机对播种 机的牵引力；圆盘两侧土 壤的侧向挤压力；土壤对 圆盘的接触摩擦力。由于 波纹圆盘与播种机的前进 表面 图
17、5波纹圆盘的侧 向应力图 Fig5 Side stresketch of wavy disc 方向夹角为零，所以圆盘的侧向挤压力均匀对称，如 图5所示。 222双圆盘播种开沟器 双圆盘播种开沟器在波纹圆盘开沟的基础上二 次开沟播种，能将沟内秸秆杂草推开，创造良好的播 种环境。双圆盘与前进方向形成一个夹角 (图6)，其工作原理是利用圆盘外侧面将土推开，从 而开出一条种沟。双圆盘开沟器的设计主要解决两 圆盘聚点m的位置以及两圆盘夹角 和开沟宽度 K之间的关系。 图6双圆盘聚点位置图 Fig6 Position sketch of double disc accumulation point 开沟器
18、宽度为 K=D(1一cos9)sin 0 式中D圆盘直径，mm 聚点 与垂直方向夹角，(。) 42 农业机械学报 (1)圆盘直径D 圆盘直径太小，易发生转动不灵和壅土。增加阻 力等。本机设计为D=350 mm。 (2)聚点位置m 聚点位置用p角表示，卢角越大，开出沟越宽； 角太小， 点太低，容易使土壤从聚点上面进入双 圆盘之间，造成圆盘夹土和堵塞。本机设计 =50。 (3)圆盘夹角声 圆盘夹角越小，开出的沟越小，工作阻力小。但 过小，会使两圆盘之间的空间无法容纳输种管，取 ：10。 将上述参数代入开沟器宽度计算公式得 K：350(1一c。s50。)sin ：108 mm 二 能够满足北方旱作地
19、区原茬小麦播种机的作业要 求。 223覆土镇压轮 覆土镇压轮采用带铁芯幅板的空心零压橡胶 轮，具有覆土镇压和限深的双重功效。为实现其功 能，并与双圆盘开沟器的设计相结合，其直径设计为 380 mm，宽50 mm，既可保证正常转动，又能使苗带 覆土良好。 3田间试验 31试验条件 2007年5月，在内蒙古谢尔塔拉农牧场播种小 麦267 hm ，并进行了播种质量及排种器性能检测 试验。 内蒙古海拉尔谢尔塔拉农牧场，属寒温带大陆 性季风气候，春季风多而大，少雨干旱，天气多变；夏 季降雨集中，雨热同季；秋季雨水较春季多，气温变 化急剧，降温快，霜冻早，全年无霜期平均103 d。土 壤为黑钙土。年平均降
20、雨量350 mm，种植制度为一 年一熟小麦。 小麦品种为：中拉1号，播种量3075 kghm ； 肥料为磷酸二铵，播量150 kghm 。 试验地前茬小麦秸秆覆盖地表，免耕播种机播 种。配套动力：纽荷兰11090型拖拉机(81 kW)。 作业速度：69 kmh。 32试验方法 根据农业部农机试验鉴定总站制定的小麦免耕 播种机播种质量检测指标，测试内容包括常规的播 种质量、种肥覆土状况、种肥间距等，主要检验依据 为免耕播种机选型试验大纲和小麦免耕播种机性 能检测项目与检测方法。检测设备包括电子天平、 土壤硬度计、游标卡尺、秒表及卷尺等。 321种肥深度测量 施肥深度(种子与肥料相对位置)：在往返
21、各单 一行程内，测6行，每行随机各选3点，测定时将土 层横断面切开，测出种子与肥料相隔的土层厚度，以 及种子质心与肥料质心之间的水平和垂直距离。 播种深度合格率：播种覆土后，扒开土层。测定 种子上部覆盖土层厚度，在往返各一个单程内预先 交错选定好的小区内进行，每小区每行测5点，计算 覆土深度和在合格深度范围内的点占总测定点数的 百分数。 322排种器性能测试 进行了排种器均匀性、各行排量一致性、总排种 量稳定性、种子破损率等测定。 排种均匀性：测定收集容器中的种子质量，每次 试验测定5次，计算排种均匀性变异系数。 各行排量一致性：从种箱两侧，各测定8行，计 算各行排量一致性变异系数。 总排量稳
22、定性：测试方法同各行排量一致性相 同，重复5次，计算总排量稳定性变异系数。 种子破损率：与各行排量一致性同时测定，从各 个排种器排出的种子中取出5份，每份质量约100 g， 选出破碎损伤的种子称其质量，计算破碎种子质量 占样本总质量的百分数。 33试验结果分析 331播种出苗 免耕播种后，种子、肥料的覆土深度及合格率等 测试结果如表2所示。结果表明，种子的平均播深 为47 ClTI，种肥垂直间距为32 cm，能够满足该试 验地区播种深度要求在46 cm、施肥深度为种下 36 cm的农艺要求，整机设计合理。 表2种子、肥料覆土深度 Tab2 Depth of seed and fertilize
23、r 播种后苗株数约为600万株hm ，同传统播种 方式差不多，但播种量要比常规播种方式节约30 375 kghm 。这主要是采用了控制式密齿型排种 器。提高了播种精度，同时免耕动土少，有效防止了 大风卷走覆土，避免了种子裸露地表，保证了良好的 出苗率。 332排种器性能 排种器性能测试结果如表3所示。测试结果表 明：各项指标均符合标准值要求，该排种器的性能质 量好，能够满足免耕播种的需要。 第1O期 刘立晶等：2BMG一24型小麦免耕播种机设计 43 表3排种器性能测试结果 Tab3 Results of seedleter performance 4结论 (1)设计了2BMG一24型小麦免耕
24、播种机，采 用波纹圆盘和双圆盘组合式开沟施肥播种系统，实 现了种肥分施、精少量播种，初步田间试验表明作业 质量与国外同等水平的机具相当。 (2)排种器排种均匀性变异系数、各行排种量一 致性变异系数、总排量稳定性变异系数、种子破损率 等均符合行业标准JBT 627412001谷物播种 机技术条件。 (3)田间试验表明：播种深度合格率为91；排 种均匀性变异系数为28；种子破损率01，能够 满足农艺要求。 (4)本机具与118 kW以上拖拉机配套使用，适 应大马力拖拉机快速增长的需要。 参考文献 1高焕文，李洪文，姚宗路我国轻型免耕播种机研究J农业机械学报，2008，39(4)：7882 Gao
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