大豆精密播种机种沟构建技术及开沟装置研究

大豆精密播种机种沟构建技术及开沟装置研究播种是农业生产的起点,是农作物生长发育和丰产丰收的基础之一。播种作业的关键环节之一是构建适宜的种床土壤结构,形成良好的种床性能,为种子萌发和幼苗生长提供良好的环境条件。种床构建技术已成为播种技术研究领域的主要方向之一,也是农机与农艺交叉融合的前沿研究领域。精密播种技术是将预定数量的合格种子播种到符合要求的土壤既定部位,由行距、粒距(株距)和播种深度组成三维空间坐标位置,以达到节约良种,保持地力,减少工时和田间出苗均匀的目的。该技术是一项涉及农机、农艺等多学科的综合性的先进技术,目前被广泛用来点播大豆、玉米、棉花等作物。影响精密播种精确性的关键环节包括:排种、投种和种床构建。优质的种床环境可减小种子触土弹跳位移,提高种子分布均匀性、播深一致性及出苗率,因此,种床环境是影响精密播种质量的一个重要因素,种沟的构建是精密播种技术得以实现的有力保障。本文对种床结构、功能及其构建技术进行分析,阐述了种床构建技术中镇压及开沟环节的重要性。通过日光温室单因素对比试验,测试了种沟镇压与未镇压以及不同种沟镇压力对种床物理特性及大豆出苗的影响,并结合土壤物理研究法,应用悬着水蒸发机制、土壤团聚体等理论对试验结果进行分析,得到了适于大豆生长的种沟镇压力范围。试验结果显示,种沟镇压对种床土壤温度、土壤含水率、土壤坚实度、大豆出苗时间、出苗率、苗高一致性及大豆根、冠部生长均有影响。种沟镇压可减小土壤温度随空气温度变化的差值,对0~50mm土层含水率影响最大,在出苗阶段该土层出现少量含水率回升现象。在0~150mm土层范围内,种沟镇压的平均含水率均大于未镇压的平均含水率,对种床土壤具有保墒的作用。种沟镇压后的土壤坚实度满足作物生长要求。在半干旱环境下,与未镇压种沟相比,镇压种沟的出苗率显著提高,平均出苗时间比未镇压种沟提前0.79天,苗高一致性比未镇压苗高一致性提高了5.34%。不同强度的种沟镇压力下平均出苗时间由短到长依次为:600<700<500N。在500~700N镇压力范围内,随着种沟镇压力的增大,播深一致性越好,出苗一致性越好,平均苗高随镇压力的增大而增大。实验结果显示,种沟镇压力为600~700N时,种床土壤物理特性及大豆出苗情况最佳。基于种床构建的研究结果,提出适合中国东北地区大豆垄上双行种植模式的种床构建方案,以回土量作为评价种床构建效果的指标。通过“V”形种沟的作用、成型机制研究及开沟器装置的动力学分析,得出影响种床构建的四个影响因素,即压力、开沟角度、开沟深度和前进速度。应用design-expert软件进行正交试验,得出开沟器重要组成部件—挤土刀的最优参数组合。各影响因子对回土量显著性影响顺序从大到小依次为:压力>开沟角度>前进速度>开沟深度。最优参数组合为压力689.66n、开沟角度40.43°、前进速度2.12m/s、开沟深度51.62mm。根据通用部件—挤土刀的研究结论,以减少种子弹跳位移,减少土壤扰动,构建优质种床为目的,设计研发了三种不同结构的具有种沟镇压、筑造沟形功能的开沟装置,分别为双v型开沟器、仿形滑刀式开沟器和滚动式v型开沟器。其中双v型开沟器挤土刀刃口曲线采用蔓叶线,试验显示,该刃口曲线可减小挤土刀入土阻力和耕作阻力,其中心压板和仿形压土板在压土的同时可起到挡土和防止杂草拥堵的作用。仿形滑刀式开沟器是一种同时具有开沟、压沟和仿形功能的滑刀式开沟器,增加滑刀刀片及仿形压土轮机构,滑刀刀片被夹持在挤土刀中间,增加开沟器通过性,仿形压土轮机构由中间压土轮和两侧压土轮组成,作用在挤土刀两侧,在压碎土块的同时,实现单独仿形,提高种床质量。滚动式v型开沟器采用滚动椎体形式的挤土刀,中间夹持缺口圆盘刀以增加开沟器的通过性,且对其材料进行优化选择。通过土槽及田间对比试验,以土壤扰动量、工作阻力、沟形效果、播深变异系数、种子横向偏移、合格粒距变异系数及土壤坚实度情况为指标对三种开沟器进行单因素全试验对比分析,在挤土刀角度和开沟深度一致的情况下,分析速度分别为1.6、1.9、2.2、2.5m/s时各指标的测试结果,得出三种开沟器的实际工作性能及对粒距均匀性的影响。结果显示,三种开沟器均有其各自特点,当作业速度≥2.2m/s时,滚动式v型开沟器土壤扰动量、牵引阻力和垂直合力最小,表现出稳定的工作状态,在田间试验中,在不同速度下开沟深度变异系数方差最小,合格粒距变异系数最小,亦可以塑造良好的种沟形状且能构建优质种床环境,更适用于大豆精密播种机高速作业的实际需要。结合双腔排种器、覆土器及仿形弹性镇压装置等,在大豆精密播种机上进行集成应用,通过整机田间试验,验证大豆精密播种机的作业性能及滚动式v型开沟器田间作业对大豆出苗的影响。田间试验作业速度为2.12m/s,精播粒距为9cm,选取4种不同粒径尺寸的种子,以漏播指数、重播指数、种子破损率、粒距合格指数及播深合格率为试验指标进行田间试验。应用t检验进行数理统计,结果显示种子破碎率为0.25%,大豆种子平均粒径的变化对本文设计的大豆播种机的平均种子破碎率影响不显著(P>0.05)。平均种子漏播指数为5.35%,重播指数为8.15%,粒距合格指数为86.5%,播深变异系数为7.04%,整机工作性能达到国家标准。通过整机试验对比了种沟镇压和未镇压的田间出苗情况,与种沟未施加载荷的地块相比,对种沟施加690N载荷的地块具