2BJM-12型气吸式免耕精密播种机设计

李 芮，衣淑娟，赵 斌，李衣菲，杨 柳

(黑龙江八一农垦大学 a.工程学院；b.信息技术学院，黑龙江 大庆 163319)

2BJM-12型气吸式免耕精密播种机设计

李 芮a，衣淑娟a，赵 斌b，李衣菲b，杨 柳a

(黑龙江八一农垦大学 a.工程学院；b.信息技术学院，黑龙江 大庆 163319)

随着保护性耕作技术的推广与应用，小型免耕播种机已经不能满足保护性耕作发展需求，且目前的免耕播种机存在功能单一、播种效果差等问题。针对以上问题，设计了2BJM-12 型气吸式免耕精密播种机。为此，介绍了该播种机的总体设计方案、主要技术参数及关键部件的设计。该机采用地轮传动的作业方式，具有全免耕、高速、精密播种的特点，可一次性完成破茬碎土、侧深施肥、精量播种及镇压覆土等作业，可以满足保护性耕作技术的发展需要。

播种机；气吸式；免耕；保护性耕作

0 引言

我国地域广阔，人口众多，从古至今都是一个农业大国，农业发展也一直是牵动着国民经济的命脉。随着我国经济的飞速发展和生活水平的日益提高，旧的农业生产方式已径不能够满足经济和社会的发展需要。保护性耕作是现代化农业发展主要方向[1]，免耕精密播种机作为保护性耕种技术应用中的关键机具[2]，收获后不用经过翻耕，在留茬地上直接使用带有破茬、播种、覆土等机构进行播种是其主要的特点[3]。免耕播种要求播种机械入土能力强，且具有良好的切秆破茬和通过性能[4-6]。为了满足保护性耕作技术的发展需要，黑龙江八一农垦大学工程学院研制开发了一种高速、宽幅、大马力且对作业条件适应性强的气吸式免耕精密播种机。

1 总体设计方案及主要技术参数

1.1 总体设计方案

2BJM-12型气吸式免耕精密播种机主要由机架、风机、地轮、施肥开沟器、排肥系统、播种单体及传动系统等主要部件组成，如图1所示。在机器前进的同时，施肥缺口圆盘转动并开沟，地轮在拖拉机的拉动下转动并通过链轮、链条驱动排肥轴转动，两个大肥箱内的复合肥料通过肥箱下面的排肥器排出，并经由排肥螺纹管被施到土壤中；拨草轮和破茬波纹圆盘将地面上的秸杆残茬切断并拨到圆盘的两边；双圆盘开沟器通过机器前进被带动，开出种沟，其两侧的限深胶轮同时进行仿形限深；与此同时，气吸式精密排种器排出的种子靠自身重力顺着排种口下的导种管进入到种沟内，V型镇压轮将种沟两侧的土再压入到种沟里，镇压的同时进行覆土，完成播种工作。

1.2 主要技术参数

种箱容积/L：52

肥箱容积/L：270

作业行数/行：12

外形尺寸/m(长×宽×高)：6.6×2.2×2

行距：大垄双行

工作幅宽/m：6～6.2

播种深度/cm：0～8.5

施肥深度/cm：0～15

工作效率/hm2·h-1：2.9～6.7

作业速度/km·h-1：7～10

配套动力/kW：90

2 关键部件设计

2.1 机架

机架是播种机的骨架，播种工作零部件都要安装在它上面，因此要求必须有足够的刚度和强度。本播种机机架采用型材和钢板冲压制成各种等强度结构，以简化制造工艺，减轻机具质量，使结构紧凑。

按照机具结构的总体配置及播种行距实现大垄双行技术的要求，并保证每个工作部件之间的距离充足，使播种机有较好的运行性能。因此，本播种机为框架式结构，机架前后共3根横梁，前、后梁通过两个侧板焊接在一起，具有足够的强度和刚度。该机主要由牵引架、牵引侧板、支撑立柱、主机架焊合、横梁及上拉杆等构成，如图2所示。

在拖拉机的牵引下，将动力通过风机上的矩形花键轴传递给风机，然后通过矩形花键轴上大带轮传递给风机轴上的小带轮，从而带动蜗壳中的风机叶片高速旋转。风机一共有8个叶片，并通过播种机上的吸气软管使气吸排种器的真空室产生负压，种子依靠种子室与真空室形成的这种压力差被排种圆盘的吸种孔吸附上，为排种创造了有利条件。风机主要由支座、胶带防护罩、横梁、立柱、蜗壳及矩形花键轴等组成, 如图3所示。

2.3 地轮

地轮的主要作用是在拖拉机的牵引拉动下转动前进并为排肥、排种工作提供动力。地轮设计了采用具有较好通过性能的人字形花纹橡胶充气轮胎，地轮装配有左右对称各两组，每隔两个播种单体布置1个地轮，一共4个。其主要是由地轮支臂 、从动链轮 、液压缸、主动链轮及橡胶轮胎等件组成，如图4所示。

图3 风机装配Fig.3 Ground wheel assembly

图4 地轮装配Fig.4 Ground wheel assembly

2.4 施肥开沟器

本播种机选用缺口圆盘式开沟器，施肥深度0～15cm。排肥系统的肥箱左、右各1个,每个肥箱的下面各有6个出肥孔,在出肥孔上安装有外槽轮式排肥器，如果有不需要的排肥孔，可以将其用挡板挡上。施肥开沟器装配分左右各两组，一组6个，共12个。它是由支座、固定座、施肥弹簧、圆盘支臂焊合、施肥圆盘部装及导肥管焊合等零部件组成，如图5所示。

图5 施肥开沟器Fig.5 Fertilization disc assembly

2.5 破茬拨草器

与传统的播种机播种时土地的条件相对比，免耕播种机作业时的土地条件相对要差很多。对于免耕的土地，由于土壤表面有秸秆残茬的存在，必须在播种机上安装防堵装置，因此在破茬器的前面安装了1对拨草轮来切除和清理秸秆残茬。拨草轮有很强的清除杂草、防止开沟器堵塞的功能。本免耕播种机的破茬机构选用波纹圆盘，其破茬能力非常强，可以快速有效地切除种床上的杂草、秸秆等，同时可以破碎免耕土地种床上的体积较大硬质土块，入土能力非常强[7]。两个拨草轮对称布置在波纹圆盘的两侧，破茬圆盘前进方向上的杂物都可以清除到两边，对破茬作业的高效完成十分有利。破茬拨草器如图6所示。

敲碎芋螺外壳，取出芋螺平放置于解剖盘内，剪开腹膜，取出毒腺、毒管、肌肉组织分别放置在灭菌后的预冷研钵中，缓慢加入液氮后迅速研磨，称取约200 mg粉末转移至1.5 mL离心管中。具体试验步骤参照海洋生物基因组试剂盒说明书。取5 μL芋螺不同组织的DNA样品经1.5%琼脂糖凝胶电泳分析，使用凝胶成像系统照相并保存。

1.拨草轮 2.波纹圆盘 3.压簧 4.支板图6 破茬拨草器Fig.6 Stubble breaking device

2.6 播种单体

播种单体的装配一共12组，每一组都是独立的，可方便地从机架上拆下来。整机的单体仿形功能可通过播种单体的四连杆仿形机构来实现，且后支座只能在垂直面内做上下运动不能左右摆动，这对于地表平整不一的免耕土壤作业是非常有利的。其主要由四连杆仿形机构、单体机架、双圆盘式开沟器、限深胶轮、气吸式排种器、种箱、播种深度调节器及镇压器等构成，如图7所示。

1.仿形机构装配 2.种箱 3.气吸式排种器 4.双圆盘开沟器 5.限深轮 6.V型镇压轮图7 播种单体结构图Fig.7 The structure of seeding opener

2.6.1 排种器

排种器是保证播种机具有良好的播种性能极其重要的组成部分，对播种质量的好坏有着直接影响。气吸式精密排种器主要由排种器壳体、减磨密封圈、排种器端盖、排种盘、排种转轴、刮种板、落种挡块及充种口调节板等组成，如图8所示。

1.排种器端盖 2.减磨密封圈 3.排种盘 4.刮种板 5.排种转轴 6.落种挡块 7.充种口调节板 8.排种器壳体图8 排种器装配Fig.8 Explosion diagram of seed metering device

排种器的左侧为储种室，右侧为真空室。排种器在工作时，由风机叶轮高速旋转产生的吸力通过吸风管传递到排种器一侧的真空室，使真空室产生负压，排种盘的两侧就会产生压力差；当排种盘上的某个吸种孔转到吸种区时，储种室内的种子便会依靠这个压力差产生的吸力被吸附在排种盘的这个吸种孔上[8]；当这粒种子随排种盘转动到刮种区时，刮种板会将除这粒种子之外的多余种子刮掉，只留下1粒种子在吸种孔上，然后排种盘继续转动，将这粒种子带到投种区，因为投种区与大气相通，没有压力差，种子便会依靠自身所产生的重力自由下落，顺着排种器下的导种管滑落到开好的种沟内，完成1粒种子的播种作业。

2.6.2 开沟器

本播种机选用双圆盘式开沟器，与破茬拨草部件配合使用，在残茬覆盖的土地条件下工作效果较好。波纹圆盘对土地的开沟属于第1次开沟，在波纹圆盘一次开沟的基础之上双圆盘式开沟器进行第2次开沟施肥播种[9]。二次开沟可以将种沟内的杂草拨开到两边，从而更有利地进行播种作业。

双圆盘式开沟器的两个圆盘直径不能过小，过小的话圆盘容易发生运转不灵敏和壅土的现象，增加了工作阻力，使工作质量严重恶化，常用范围为300～380mm。两圆盘之间的夹角用φ来表示，对于播种机工作来说，工作阻力当然越小越好，但是为了使工作阻力减小，圆盘的夹角越小越好。夹角φ过于小，导种管便无法容纳在两个圆盘之间，所以夹角φ应调整在合适的范围内，通常φ角为9°～16°，可以满足正常的工作要求。双圆盘聚点的位置用β角来表示，β角度越大，开出种沟的宽度就越大，种沟内会残留一堆土形成突起的凸尖[10]；β角度越小，聚点m就会过于低，会使土壤进入两圆盘内部，造成双圆盘内夹土和堵塞，导致其无法正常工作，且加快了开沟器轴上的轴承磨损程度，一般取β=55°～75°。开沟器的最大开沟深度大致就是m点的最佳高度，约为70mm，如图9所示。

图9 双圆盘聚点位置Fig.9 Double disc point position

2.6.3 限深轮

橡胶限深轮安放在双圆盘开沟器的两侧稍靠后的位置，以确保播种深度的一致性[7]。限深机构主要由限深胶轮、限深轮拐臂总成和调节器总成等构成，如图10所示。

1.限深胶轮 2.限深轮拐臂总成 3.调节器总成图10 限深机构Fig.10 Depth limiting mechanism

2.6.4 镇压轮

土壤中有很多孔隙，孔隙当中存有很多水分，在播种之后，为了保持土壤中的水分不蒸发、不渗漏，播种后用镇压轮对地进行压实，减少了大孔隙，让上层密实的土保住下层土壤的水分，有利于种子的发芽和生长。该播种机选用胶圈镇压覆土轮，其镇压效果较好，两个胶圈成V形倾斜放置，镇压力的大小可以用调节手柄来调节，其主要由V型镇压轮、调节手柄及镇压轮支架等组成，如图11所示。

1. V型镇压轮 3.镇压轮支架 2.调节手柄图11 覆土镇压机构Fig.11 Soil covering and pressing mechanism

2.7 传动系统

地轮在拖拉机的带动下转动，并通过链传动系统分别将扭矩传递给上传动轴和下传动轴，再传递给排种驱动轴和排肥驱动轴，以实现排肥作业和排种作业。链传动系统是由不同齿数的链轮构成的塔轮、链条、六方轴、护套、六方连接套、滑动轴承及多个张紧部件等组成。该播种机传动系统排肥采取二级传动系统，排种采取三级传动系统，且都有塔轮变速系统。

具体传动路线设计方案：①排肥。地轮轴→地轮传动轴→上传动轴→排肥驱动轴→排肥作业。②排种。地轮轴→地轮传动轴→上传动轴→下传动轴→排种驱动轴→排种作业。

当地轮在拖拉机的牵引下转动时，动力通过地轮轴以链传动的形式传递给地轮传动轴，向上同样通过链传动的方式将动力传递给上传动轴，上传动轴再将动力传递给排肥驱动轴上的链轮以实现排肥作业，此为二级传动。排种作业传动路线与排肥作业不同的是，当动力传递到上传动轴时，上传动轴没有直接传递给排种驱动轴，而是通过下传动轴再传递给排种驱动轴以完成排种作业，此为三级传动。同时，上传动轴上有塔轮A,分别有15、19、24、30、38齿的链轮；下传动轴上有塔轮B，分别有32、34、36、38齿的链轮，通过选择链轮组A和链轮组B上的不同齿数链轮组合可以确定不同的传动比，一共可实现20种传动比，从而对播种株距或播量进行调整[11]。

3 结论

该播种机可将破茬碎土、开沟施肥、精量播种、覆土镇压等工作一次性完成，性能可靠稳定,操作轻巧方便,作业结果能够满足相关农艺要求。作为保护性耕作的关键机具，具有抢农时、保墒节水及节省作业成本等优势，发展前景十分广阔。

[1] 高焕文,李问盈,李洪文. 中国特色保护性耕作技术[J]. 农业工程学报,2003(3):1-4.

[2] 刘哲良,张旭东,张旭,等.垂直圆盘气吸式排种器攫取种子过程分析[J].农机化研究,2012,34(7):70-72,77.

[3] 王萍. 玉米免耕播种机发展现状与前景[J]. 农业科技与装备,2012(3):73-74.

[4] 袁昌富,李景斌,李树峰,等.2BMF-6机械式免耕精量播种机的设计[J].农机化研究,2016,38(10):118-122.

[5] 牛文祥,王深研.2BJM-6型高速免耕气吸式精量播种机的研制[J]. 现代化农业,2013(12):59-60.

[6] 刘立晶,刘忠军,杨学军,等.气流输送式小麦免耕播种机设计和试验[J].农业机械学报,2011(2):54-57.

[7] 赵金英,李祎明,李建东,等.2BMQJ6型气吸式玉米免耕播种机的研制[J].农机化研究,2011,33(7):81-84.

[8] 夏连明.玉米精量播种机关键部件研究[D].哈尔滨：东北农业大学,2011.

[9] 杨薇,李建东,王飞,等.2BMJ-4型玉米免耕精密播种机播种单体设计[J].农业工程,2015(1):56-58.

[10] 刘立晶,杨学军,李长荣,等.2BMG-24型小麦免耕播种机设计[J].农业机械学报,2009(10):39-43.

[11] 宋国平. 2BMS-2型双行免耕施肥精量播种机的研究与设计[J].农业开发与装备,2012(6):79-80，95.

The Design of 2BJM-12 Air-Suction Type No-tillage Precision Planter

Li Ruia， Yi Shujuana， Zhao Binb， Li Yifeib， Yang Liua

(a.College of Engineering; b.College of Information and Technology, Heilongjiang Bayi Agricultural University， Daqing 163319, China)

With the popularization and application of conservation tillage technology,the small no-till planter has failed to meet the requirement of development of conservation tillage and people’s needs with the increasing material and cultural speed.Recently,the machine is existing the problems such as single function ,no-till planter seeding issue.To solve these problems,we designed 2BJM-12 no-till of suction type precision seeder.This article mainly introduces the over design of the machine,main technical parameter and the key components.The machine uses wheel transmission mode of operation,has all characteristics of no-till,high speed,precision seeding,and the machine could broken stubble breaking soil and deep side fertillizing, precise seeding,suppression of the work on only one step, it is good enough for the development of the conservation-tillage technology.

planter; air-suction type; no-tillage; conservation tillage

2016-10-20

“十二五”国家科技支撑计划项目(2014BAD06B04);黑龙江八一农垦大学研究生创新科研项目(YJSCX2016-Y34)

李 芮(1992-)，女，河北邯郸人，硕士研究生，(E-mail)aclevercrab@sina.com。

衣淑娟(1965-)，女，山东栖霞人，教授，博士生导师，(E-mail)yishujuan_2005@126.com。

S223.2+5

A

1003-188X(2017)12-0063-05