摘要：为减少大规模播种时化肥的使用量，提高对农田的利用率，研究并设计出采用多种机构同时播种小米和绿豆的间种机械，使该两种农作物在生长过程中能够发挥出它们互利共生关系（豆科作物根瘤菌的固氮作用）的优势，减少化肥的使用，降低土壤污染，提高对土地和光的利用率。机械通过三通道同时实现小米（浅播30~50mm）和绿豆（深播50~80mm）的差异化播种。结合丝杠机构可调节228~429mm行距配置。田间试验表明在1~2km/h的作业速度下，种粒间距合格率可达95.7%，深度合格率可达94.3%。通过模块化设计兼容不同作物组合，为旱作农业区间作业机械化提供了更有价值的机械结构参考方案。

　　关键词：间种机械；多槽位播种系统；绳种；可调行距；可调深度；精确播种

　　前言

　　小米和绿豆在间作种植绿豆根部具有根瘤菌的固氮作用，可使土壤肥力得到增强，同时两种作物的不同株高对光分布状况的影响可提高光能利用率，增加小米和绿豆的亩产量。两者之间相互协调，可使生态效益和经济效益达到最优化。一项研究表明，在黄土高原地带小米和绿豆以合适的配比间作种植产量较单作种植产量有显著的提高，最高可达20.7%[1]。

　　大面积的单一作物种植无法充分利用土壤和光的剩余价值，这种生态结构由于生物群落较为简单导致其抵抗力稳定性较弱[2]，进而降低抵御病虫害的能力。施用过量的氮肥还会降低土壤的pH值，进而影响土壤微生物的生存与活动，导致土壤质量与生物多样性下降，直接影响农作物的健康与生长[3]。而绿豆根部的固氮作用恰好可以减少氮肥的使用量进而降低对土壤的破坏。

　　通过调研，目前间作种植模式并没有在我国进行大范围的应用，只有小范围的人工种植，因此间作模式的增加粮食产量、减少病虫害发生、受环境影响小的优势就无法被充分利用[4]。为了实现间作模式的机械化发展进而为提高农民收入、促进农村可持续发展做出贡献，本文依据小米和绿豆两种作物的最佳种植深度、最佳种植粒间距等研究并设计出了可调节种植行距的间种机械装置，同时具备旋耕功能。

　　1小米绿豆间种机械设计

　　本机构是一款农业机械自动化小米和绿豆间种一体机的精播装置模块，主要由：升降机构、行距调节机构、开沟覆土机构、绳种机构、自动剪线机构等组成，具体机构如图1所示。升降机构作用主要是控制播种深度，通过设计平行四连杆机构实现，该机构可控制绿豆播种深度为50~80mm，小米深度为30~50mm。该机构中间播种小米，两侧播种绿豆，并且可通过丝杆机构调节种植作物的行距（228~429mm）。

　　1.1小米种植精播机构

　　小米种子体积较小，在播种时均匀程度较难把控，不利于机械精准播种。因此采用播种绳的方式，均匀缠绕于圆盘上，播种绳盘的装卸由滑块压缩弹簧机构实现。通过乡村调研得知小米的播种深度约为30~50mm，播种间距为300mm，为了使播种绳能够到达小米种植所需的深度，将播种绳穿到直径为12mm圆管内，并将播种管向后弯折至90°,将该播种管犁沟深度设计为可调节，控制四连杆机构将弯管插入土壤并将播种绳埋入土壤，为减少土壤对该机构的阻力，设计刀片焊接在弯管前端起到犁沟作用；同时在该机构设计后置滚轮起到压实土壤的作用，保证机器行进中播种绳沿直线排在土壤内部；最后在播种绳管后方设计剪线机构通过电动推杆来实现，以便于在作业完成之后自动将播种绳剪断。

　　1.2绿豆种植精播机构

　　绿豆的播种采用快拆式旋转多槽位轮方式进行播种如图2所示，将绿豆每穴播种数设为2~3粒，每排设计出两个槽口,通过微型直流减速电机驱动多槽位轮旋转排种。绿豆在播种前升降机构下降，开沟器到达合适的深度后，车辆行进中自动开沟，绿豆通过多槽位轮精确控制经导料管播入土壤内，开沟器后设计覆土盘起覆土作用，覆土盘随之进行覆土掩埋，将绿豆埋在沟内。

       1.3辅助功能设计

　　精播装置的升降机构采用电动推杆驱动平行四杆机构控制整体升降，电动推杆承载精播装置整体机构的重量以及提供升降、开沟、播种、覆土各环节的力。

　　绿豆的种植深度为50~80mm，经多次试验测得设计的开沟器犁沟深度至70~90mm时保证种子种植深度的要求，因此设计开沟器的最大深度设置到了108mm；同时考虑车辆空载正常行驶过程中开沟器不与地面接触，升降机构抬至最高时，该机构最低端离地面的高度设置到145mm，最终设计的升降架的升降行程为150mm。四连杆简图如图3所示，推杆缩回距离约为251mm、伸出距离约为392mm，设计精播模块机构的重量约为13.5kg，经分析在90mm深度时开沟阻力约为112N，经计算分析后得知电动推杆提供的力需要大于403N，最终经核算选择推杆伸出为400mm、缩回为250mm、可提供500N的最大推力的电动推杆作为控制后部播种及覆土部分升降的电动推杆。

　　1.4验证及优化

　　本机器在农田试验后发现机器在较硬的土地工作时，升降机构装置下降时开沟器无法顺畅插入土壤内，将机器顶起；在硬度较低土壤分布不均匀的情况下，机器行进犁沟时振动严重，振动所产生的应力易损坏电动推杆；小米装置机构播种绳也无法均匀地掩埋在土壤里。

　　为了改善精播机构的播种效果，最后创新设计了一款前置式旋耕辅助装置如图4所示。该机构采用高锰钢锻造刀片，根据此材料的高韧性、高塑性和加工硬化的特性，可以有效提升刀片耐磨性与抗冲击能力，将旋耕刀片固定在旋耕轴上。旋耕的深度调节系统采用平面三连杆机构与电动推杆协同控制，通过双推杆同步驱动实现耕作深度调节。当推杆全行程伸展时，刀尖最大入土深度可达100mm，同时根据三角形稳定性特点将该机构形成三角支撑，可有效抵抗耕作反力。另外小米播种管弯角设置90°发现部分播种绳出现脱离土壤的情况，经过反复实验最终将绳种弯管的角度调整到100°最为适宜，满足功能要求。

　　2田间试验与结果分析

　　2.1试验背景

　　为了验证该机械对土壤、坡度的适应性，开展了两组试验，对比在不同土壤（沙土和黄土）、不同坡度（0°、5°、10°)中的播种效果，评估在播种时不同土壤、不同坡度对播种深度、播种粒间距合格率的影响。小米的播种深度在30~50mm之间、绿豆在50~80mm视为合格；绿豆粒间距为300mm、偏差小于10%视为合格。

　　2.2试验结果

　　经过上述试验过程测得机器播种过程不同土壤中坡度对合格率的影响如表1所示。

　　由于黄土的黏性较大，在坡度增大到10°后工作的深度合格率下降了2.9个百分点；沙土相对黄土较松散，在坡度增大到10°后深度合格率下降4%；坡度的增大对深度合格率的影响较小，播种倾角的变化导致覆土效果的下降进而导致深度合格率略微下降。

　　2.3试验结论

　　机械在黄土地区下表现最优，同时展现出对沙土及坡地的适应性。尽管在松散沙土与陡坡工况下存在合格率下降问题，但试验数据可知土壤和坡度对播种效果的影响并不是很明显。因此该试验表明机械可满足我国北方旱作区大部分的间作播种需求，为精准农业的规模化推广提供了可靠装备支撑。

　　3结语

　　本文研究设计的是一款小米—绿豆间作播种机，将传统种植模式通过该机器从调节行距、粒距、深度等方面进行精准自动化创新模式播种，为间作机械化的性能研究提供了可靠的技术方案。其结构的多元化和兼容性设计为未来精准农业的智能化提供充分的技术方向[5]。随着农业物联网、大数据分析和智能控制技术的快速发展，本机械将引入边缘计算单元，结合北斗高精度定位与视觉识别技术，实现无人化田间管理[6]。随着精准农业技术的发展，此类兼具机械创新与智能扩展能力的设备，将成为推动农业可持续发展都具有参考价值。

　参考文献：

　　[1]宫香伟,李境,马洪驰,等.黄土高原旱作区糜子-绿豆带状种植农田小气候特征与产量效应[J].应用生态学报,2018,29(10):3256-3266.

　　[2]黎静,关问文.生态系统的抵抗力稳定性与恢复力稳定性的辩证关系[J].中学生物教学,2014,(05):47-49.

　　[3]代子雯,冯翔,卢期强,等.浅析农业土壤污染来源及防治措施[J].湖北植保,2024,(03):15-18.

　　[4]王芹.农作物间作种植模式的优化研究[J].河北农机,2024,(14):102-104.

　　[5]未来农业发展六大方向[J].农村新技术,2025,(02):66.

　　[6]陈言行,李斌,裴月忠,等.物联网技术在农业生产中的应用[J].农业工程,2025,15(02):26-32.