2BQS-8型气力式蔬菜播种机的设计与实验_高鹏飞.pdf

书书书2023 年第 5 期农机使用与维修12BQS 8 型气力式蔬菜播种机的设计与实验高鹏飞，刘自强，张景阳，罗伟，李中义，郑威，杨华(黑龙江德沃科技开发有限公司，哈尔滨 150086)摘要:中国是蔬菜生产和消费大国，近些年蔬菜生产全程机械化发展速度较快，但总体发展质量不高。传统的蔬菜播种作业多采用人工的方式，机械化播种装备应用较少，造成播种质量和效率低，标准化程度差等显著问题。随着农村城镇化、劳动力老龄化，蔬菜产业发展与劳动力紧缺的矛盾越来越突出，蔬菜机械化精密播种势在必行。面对我国蔬菜精密播种机械发展现状和存在的问题，研制一种新型气力式精密蔬菜播种机械，通过设计专用气力式双压排种装置和实时在线监测控制系统等关键部件，实现小粒蔬菜种子高速精密播种作业。该机的研制成功能够有效提升我国蔬菜机械化种植装备整体技术水平。关键词:气力;蔬菜;直播;播种机中图分类号:S223.94文献标识码:Adoi:1014031/j cnki njwx202305001Design and Experinerit of 2BQS 8 Pneumatic Vegetable PlanterGAO Pengfei，LIU Ziqiang，ZHANG Jingyang，LUO Wei，LI Zhongyi，ZHENG Wei，YANG Hua(Heilongjiang Dewo Science and Technology Development Co，Ltd，Harbin 150086，China)Abstract:China is a major country in vegetable production and consumption In recent years，the mechanization of vege-table production has developed rapidly，but the overall quality of development is not high Traditional vegetable sowingoperations often use manual methods，and mechanized sowing equipment is rarely used，resulting in significant problemssuch as low sowing quality and efficiency，and poor standardization With the urbanization of rural areas and the aging oflabor force，the contradiction between the development of the vegetable industry and the shortage of labor force is becom-ing increasingly prominent，and the mechanization of precision vegetable planting is imperative In the face of the cur-rent development status and existing problems of precision vegetable planting machinery in China，a new type of pneu-matic precision vegetable planting machinery is developed By designing key components such as a dedicated pneumaticdual pressure seed metering device and a real time online monitoring and control system，the high speed precisionplanting operation of small vegetable seeds is achieved The successful development of this machine can effectively im-prove the overall technical level of mechanized vegetable planting equipment in ChinaKey words:pneumatic type;vegetables;live broadcast;seeder基金项目:黑龙江省重点研发计划项目(GA21B003)作者简介:高鹏飞(1992)，男，黑龙江集贤人，本科，工程师，研究方向为小粒种子播种机械。0引言中国是蔬菜种植大国，总种植面积呈逐年增加趋势，其 中 2021 年 蔬 菜 总 播 种 面 积 约 为2 186.67 万 hm2，比 2020 年增长 1.8%;2021 年蔬菜总产量约为 7.67 亿 t，比 2020 年增长 2.4%。我国蔬菜总种植面积仅次于粮食作物居第二位，总产量则超过粮食作物近1 亿 t，居农产品第一位。当前我国蔬菜生产量和消费量供求关系基本平衡，但随着农村人口尤其是高素质人口的流失，蔬菜总种植面积减少及社会蔬菜总需求量增加，在确保价格稳定和食品安全的前提下如何保证稳定可持续的蔬菜有效供应，已经成为蔬菜产业发展的关键因素和工作目标。随着劳动力缺失问题的日趋加剧，用工难度和成本逐年增加，已成为蔬菜生产中更加突显且亟待解决的问题。据统计，近十年来我国蔬菜生产成本年均涨幅在 8%以上，尤其是劳动力费用涨幅较快，年均涨幅达 19%，至 2022 年人工成本已占到蔬菜生产总成本的 56%。随着我国城镇化进程的加快，将有更多的农村富余劳动力向非农产业转移，劳动力成本不断增加已成为不争的事实。蔬菜生产全程机械化是解决蔬菜产业发展和劳动生产率提高的最重要途径，实现我国蔬菜现代化的必由之路是蔬菜生产机械化1。蔬菜机械化程度越高，就越能加快农业发展和农村建设步伐。要想实现蔬菜产业跨越式发展和实现社会主义新农村建设目标，蔬菜生产机械化势必先行。我国蔬菜种植规模居世界前列，传统的种植模式以人工为主，存在着用工量多、劳动强度大、种植标准不规范等显著问题。要改变落后的生产方式2农机使用与维修2023 年第 5 期同时增加农民收入，采用蔬菜机械化生产模式是解决这一问题的根本。我国蔬菜生产机械化发展起步较晚，机械化程度较低，整体技术装备水平较为落后，综合机械化率仅为 20%，远低于粮食作物综合机械化水平。近些年，我国在主粮作物综合机械化水平和质量方面有了显著的进步和提升，但由于蔬菜生产的差异性和特殊性，土地状况达不到机械化作业要求等因素的影响，蔬菜综合机械化技术装备发展缓慢，尤其机械化栽植和收获环节水平仍然很低2 3。农机与农艺融合度不高是制约蔬菜机械化发展的瓶颈，已成为行业共识4 5。我国蔬菜种类繁多，种植模式差异大，农艺要求不统一。与玉米、大豆等主粮作物相比，蔬菜机械生产所需农机装备的研发推广难度更加艰巨。一直以来，农业生产中存在重视主粮作物，而轻视蔬菜的观念。在装备研发方面则重视农艺，轻视装备研发和投入，蔬菜机械化生产受到重视的程度和相关研发投入都很少，且不够系统全面。在蔬菜精量播种和机械收获等关键技术方面还未取得关键性突破，各环节机械配套程度差、作业效率和质量低下的问题非常突出。我国蔬菜精量播种机的研发起步较晚，因此研制一种新型小粒蔬菜气吸式精密直播机械对提高蔬菜生产效率和促进蔬菜产业发展具有十分重要的意义。1发展现状及趋势20 世纪 50 年代，西方发达国家开始了蔬菜田间播种机械化技术和装备的研究，其中以日本、美国、德国和意大利等国的技术装备水平最高，应用范围最广。日本以小型化育苗移栽机械为主，手扶兼有自走机型，多应用于温室大棚或者小型地块使用。美国及欧洲国家则主要以大型化移栽机械和气力式精密直播机为主，兼有施肥等联合作业功能，应用地块和推广面积较大，并开始向自动化、智能化和机电液一体化方向发展。蔬菜直播机械中多采用光电传感器感知播种状态，根据参数变化自动调节播种各项指标以提高播种精度。从世界范围看甘蓝、芹菜、洋葱、莴苣、大白菜、萝卜等蔬菜均已实现机械化精量播种。我国的蔬菜精量机械化直播技术及装备研究还处于起步阶段，因受播前耕整地条件、排种器综合性能、种植农艺差异化和农户传统观念等关键因素的束缚和制约，蔬菜直播机械的整体性能还有较大提升空间。蔬菜播种机械从第一代的人工器械落种到目前较为先进的双压气力式精量播种机械共经历了六代的发展历程。第一代由于时间久远，设备较少，作业效果欠佳。第二代是手推式条播机(图 1)，采用人力推动地轮前进，带动播种器条状播种，作业效率在0 05 0 08 hm2h1。其优点在于价格便宜，结构简单，使用方便。但存在着人工劳动强度大，效率低的问题。图 1手推式条播机第三代是机械式条播机(图 2)，采用拖拉机牵引的方式带动地轮动力驱动排种器进行条播作业，该机型播种效率较高，人工强度较低，但条播精度较差，有 轻 微 伤 种 现 象，工 作 效 率 在 0 40 0 53 hm2h1。随后是第四代气吸式播种机和第五代气吸气吹双压播种机(图 3)。第四代气吸式播种机由轮式拖拉机驱动单负压风机吸种，地轮驱动排种器自然投种，单播率52%，漏播率10%;第五代气吸气吹双压播种机是由轮式拖拉机驱动双压风机工作，其中负压吸种，正压吹种辅助投种，单播率78%，漏播率5%。气力式蔬菜直播机的使用使播种效率和质 量 得 到 了 较 大 提 升，作 业 效 率 0.40 0.67 hm2h1，存在问题是自然落种均匀度较差，时有堵种现象发生。2023 年第 5 期农机使用与维修3图 2机械式蔬菜条播机图 3气力式蔬菜播种机目前，技术较为先进的气力式双压精密播种机为第六代(图 4)。该机型重新调整双压配置及参数设计，优化结构布局，有效提高了吸种剔种能力，降低重播漏播率，实现单粒精密播种，减少苗期间苗环节，单播率95%，漏播率2%。作业效率在0.53 0.80 hm2h1，满足规模种植户大面积蔬菜播种需要。2整机结构及原理2.1结构2BQS 8 型气力式蔬菜播种机采用三点后悬挂的方式与轮式拖拉机挂接使用，单主梁左右对称横向布置播种单元，实现单双苗带播种作业需求。采用双压风量控制，负压用于吸种，正压剔种吹杂，防止漏播重播现象出现，单粒率高，实现高速精密播种。整机采用一行单双苗带的播种形式，适用于图 4气力式蔬菜精密播种机垄上或者整地做畦，可实现一行双苗带密植作业，苗带间距 6 13 cm 可调。可根据不同蔬菜种子的播种需要，一次性完成浅层开沟、精密播种、双侧覆土、圆轮压种、整体镇压等作业，行距和株距可根据需要适时调整。该机的推广应用具有以下显著优点:1)在同等条件下，其作业效率是普通机械式蔬菜播种机效率的 2 倍以上，是种子铺绳机效率的 5 倍以上，是人工手推式播种机效率的 10 倍以上，显著提高了作业效率;2)该机播种种子损伤率小于 1%，而机械式蔬菜播种机种子的损伤率则大于 10%，该机保证精量播种种子的发芽率;3)可实现单粒精量播种，使用种子的数量为机械式蔬菜播种机的 30%50%，节省大量价格昂贵的种子;4)具有随地仿形系统保证播种深度一致、株距均匀、漏播率和重播率低等技术优势，提高蔬菜单产和品质;5)可实现一机多用，能适应不同区域、不同种植农艺模式的多种蔬菜播种作业，应用范围广泛。蔬菜播种机整机结构根据不同品种、不同地域蔬菜播种作业农艺技术需求，结合双压吸排种高速作业对机具构造、挂接方式等方面的要求，设计结构见图 5。该机主要由播种单体、主机架、风机及风量控制系统等主体结构及在线监测报警系统等部分构成。主体结构的总风管、种箱及播种单体等组件以机架中心面两侧对称布置，播种垄数为 4 垄，播种行数为 4 8 行。整机共