摘要：通过对所设计的大豆玉米复合种植播种机械的设计计算、参数校核、作业分析，该播种机满足播种作业和农艺技术要求。

　　关键词：大豆；玉米；播种机械；设计；计算

　　1背景

　　近年来，我国大豆供给量持续下降，从国外进口量在不断增加，预计未来几年供需矛盾会更加突出。大豆玉米复合种植可以提高土地利用率，增加粮食产量，保护生态环境。大豆可以固氮，增肥地力，降低土地的施氮量。玉米具有边行优势。大豆玉米复合种植可以实现保证玉米不减产、多收一季豆的目标，而实现这一目标需要有相应的播种机械。欧美发达国家对播种机械的研究应用比较早，播种机械技术发展较为成熟。20世纪70年代，德国贝克公司研制了气吹式播种机，英国研究了阻尼排种盘，在播种的精准度上欧洲国家要比美国高，并开展了针对种子破碎率问题的研究，提出了零速投种理论。目前，世界上几大播种机制造公司在播种机械不同技术领域的研究各有领先，如意大利马斯奇奥公司在动力投种、电驱排种、圆盘开沟、小籽粒播种等方面极具优势；美国满胜公司在通用性、适应性、高效率等方面走全面开花的技术路线；美国约翰迪尔公司在大豆种植的精密播种、点调节上具有优势；德国雷肯公司注重大面积、规模化种植作业；美国凯斯公司在应用液压折叠机架、过载保护装置、液压马达驱动等方面具有优势。以上几大播种机制造公司在精准、变量、高效、高度智能化、组配式联合作业、经久耐用、先进制造工艺、卫星定位系统等方向上不断有新突破。

　　我国于1998年成立播种协会，确立了精密播种的概念，开启了精密播种技术的研究。现在精密排种器结构原理、部件结构型式、仿形限深机构技术、传动变速结构、风机传动系统可靠性、化肥排施技术等方面的研究与国外发达国家存在差距。吉林康达公司的2BMZF-2型免耕播种机、河北农哈哈公司的2BYQF-8型气吸式精量播种机、中机美诺公司的6119型免耕播种机在国内各具优势。我国播种机械的机械化、自动化、智能化研究已经处在了一个变革的过程中，大豆玉米播种机械的研究已经开启了一个新的征程。

　　2设计方案

　　根据大豆玉米带状复合种植的技术要求，结合山西省实际情况，围绕大豆玉米之间行距、大豆大豆之间行距、玉米玉米之间行距，山西省农艺技术研究团队提出了大豆玉米“2+2”模式、“2+3”模式、“2+4”模式、“2+5”模式、“2+6”模式、“4+4”模式、“4+5”模式、“4+6”模式等8种模式。山西省现保有的大中小型拖拉机基本可以满足以上8种模式的配套动力需求。

　　设计一种与大功率轮式拖拉机（73.5～132.3 kW）配套的大豆玉米复合种植智能播种机械，播种模式为大豆玉米“4+6”，播种玉米4行、大豆6行，作业速度为7～8 km/h，大豆与大豆之间行距为30 cm，大豆与玉米之间行距为70 cm，玉米与玉米之间行距为40 cm，大豆株距为5～20 cm（可调）,玉米株距为10～40 cm（可调），大豆播种深度为3 cm，玉米播种深度为5 cm，整机作业幅宽为360 cm，大豆、玉米种子破损率不大于0.5%，大豆粒距合格率不小于75%，玉米粒距合格率不小于80%，大豆重播率不大于20%，玉米重播率不大于15%，大豆漏播率不大于9%，玉米漏播率不大于7%，大豆玉米各行排肥量一致性变异系数不大于13%。

　　大豆玉米复合种植智能播种机械由播种单体、施肥系统、悬挂架、风机、行走轮、智能电控系统组成。播种单体由开沟装置、排种装置、种箱、镇压装置、仿形装置、限深轮装置组成，开沟装置采用双圆盘开沟器，钝角式滑切开沟能实现开沟作业省力、创造舒适种床、入土性能稳定的效果。排种装置采用气吸式排种器，由电机驱动并通过PLC控制器实现播种精度高、重播率低、漏播率低。镇压装置满足山西省大豆、玉米种植农艺技术对镇压强度的不同要求，实现不同要求下镇压力可调节。仿形装置满足大豆播深3 cm、玉米播深5 cm的不同播种深度，以适应在大豆、玉米同步作业中仿形量的变化。限深轮装置由限深轮及其播深调节机构组成，以控制播种深度。施肥系统由肥箱、双圆盘施肥开沟器、肥管、电驱动排肥盒组成，肥箱分大豆用肥料部分、玉米用肥料部分，根据施肥要求，大豆用肥箱体积与玉米用肥箱体积比为1∶3.5，双圆盘施肥开沟器与机架连接部分为弹性材料，肥管布置倾斜角度需保证肥料快速从肥箱落入施肥开沟器内，电驱动排肥盒通过PLC控制器实现施肥量精确。悬挂架由大梁、三点悬挂部件组成，大梁为方形管型材，长度为4.4 m，三点悬挂部件符合农业轮式拖拉机后置式三点悬挂装置国家标准。风机为负压风机，风压在7～9 kPa，为气吸式排种器提供负压。行走轮为橡胶轮胎，支撑该播种机械进行田间作业。智能电控系统由PLC控制器、作业速度传感器、卫星导航系统组成，为大豆玉米复合种植播种机提供智能化控制。

　　3计算校核

　　3.1牵引阻力计算

　　大豆玉米复合种植智能播种机械的牵引阻力包括滚动阻力、入土部分阻力，滚动阻力是2个行走轮、20个限深轮、10个V型镇压轮的阻力之和，计算方法是轴承内圈与轴的摩擦力和土壤上滚动阻力之和。土壤阻力是10个排种双圆盘开沟器和10个排肥双圆盘开沟器的阻力之和。通过与土壤相对运动的摩擦力和使土壤变形、位移的牵引阻力计算得到，影响因素有幅宽、重量、材质、加工精度等，土壤性质、湿度、地面状态、作业速度等（通常作业比阻适合5 km/h以下的速度，轻质土壤上每增加1 km/h，作业比阻增加1.5%～3%）。作业比阻指被牵引的作业机械单位幅宽的牵引阻力，其表达式为k＝F/B（式中F为牵引阻力，B为工作幅宽）。土壤比阻指土壤粘重程度的指标参数，常用单位土壤断面的牵引阻力表示。

　　我国测定的犁耕比阻值，轻质土壤类型的土壤比阻为3～5N/cm2，中等土壤的土壤比阻为5～8 N/cm2，黏重土壤的土壤比阻为8～13 N/cm2。

　　3.2动力配套计算

　　大豆玉米复合种植智能播种机械的配套动力是指拖拉机发动机功率与该播种机所需功率的配套。播种作业所需功率包括拖拉机克服自身的滚动阻力所需功率、牵引力功率（一般为发动机额定功率的75%）、风机所需功率、10%～20%的储备。根据所需作业功率的计算进行配套拖拉机选型，拖拉机发动机额定功率要大于所需功率，拖拉机选型后要经过实际测量，获得配套拖拉机的悬挂参数和后轮胎参数，同时根据选型拖拉机后轮的中心距离和后轮的宽度，校核拖拉机后轮是否压到播种行上。

　　3.3拖拉机提升能力校核

　　大豆玉米复合种植智能播种机械提升能力校核先要初定播种机结构重量和重心位置，然后进行拖拉机提升能力校核。根据拖拉机悬挂参数、播种机重心位置、播种机重量，用图解法求得作用在拖拉机下拉杆悬挂轴上的垂直负荷。机组在作业状态时，播种机重心离拖拉机最远，力臂最大。机组在运输状态时，下拉杆悬挂轴上的垂直负荷最大。播种机在工作位置和提升位置时，油缸活塞杆所需推力均需小于额定提升力。

　　3.4纵向稳定性校核

　　大豆玉米复合种植智能播种机械后悬挂降低了拖拉机的纵向稳定性，尤其是运输状态最为危险。为了保证运输时拖拉机的稳定性和操作性，必须验算拖拉机的纵向稳定性储备系数符合不小于0.4的条件。

　　3.5最大爬坡角时前轮载荷校核

　　拖拉机后悬挂大豆玉米复合种植智能播种机械在最大坡度角上时，拖拉机前轴载荷的数值不应小于拖拉机不带播种机时前轴静载荷的20%，机组的爬坡能力应该满足农村道路10°~15°坡度上的行驶要求。

　　3.6提升作业质量分析

　　大豆玉米复合种植智能播种机械作业时，在纵垂面和水平面的瞬时回转中心，都应该位于播种机前方的合理优化区域内，可保持播深、播宽的稳定，达到良好的直线行驶性和驾驶操控性。

　　4结论

　　“4+6”大豆玉米复合种植智能播种机械的设计通过牵引阻力计算、动力配套计算、拖拉机提升能力校核、机组纵向稳定性校核、机组在最大爬坡角时前轮载荷校核、提升作业质量分析，满足不同条件下大豆玉米复合播种作业时，对于作物行距、播种深度、覆土压力等主要农艺参数要求。

       参考文献：

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