棉花免地膜精量播种机关键技术研究

河北农业大学机电工程学院 刘江涛 李珊珊 李涛

目前，在国外，棉花播种机技术已经比较成熟，大多采用精密播种，除有整地、覆土、镇压、施肥、洒药等装置外，还将新技术应用于排种器，保证了排种精确度，减少了漏播率、重播率及种子破碎率。棉花播种机已经应用了电子监视装置，光电传感器对种子、肥料进行监测，并对种子粒数、排肥量、施肥管是否通畅，排种管是否通畅进行检测检查，发生堵塞时通过光信号与声信号进行报警，保证播种精度。例如，意大利马斯奇奥的棉花播种机装配有播种、施肥激光监控系统，驾驶室内的显示器可清楚地显示播种、施肥情况，同时配备有排种器自动清理装置，保证了播种时种子数量。

近几年，我国棉花联合作业播种机发展较快，主要进行播种施肥联合作业，如耕作播种联合作业机、施肥覆膜穴播联合作业机、施水播种联合作业机等。山东德农农业机械制造有限责任公司生产的棉花深松施肥覆膜播种机采用三点悬挂，深松施肥、播种机构采用仿形连接，确保播深一致，深松施肥减少了棉花追肥环节，采用转勺式排种器，穴距均匀，保证了粒数一致；
河北华勤机械股份有限公司生产的棉花覆膜播种机，仿形效果好，播种深度控制一致，株距可调节，播种后，出苗率、成活率高。

综上所述，目前，棉花精量播种机发展趋势主要体现在：复式作业、智能化信息化精量播种，但国内外棉花精量播种机播种仍需铺膜，没有很好地解决棉花铺膜播种造成的白色污染问题，棉花免地膜精量播种将成为未来发展的趋势。

该机由棉花秸秆粉碎装置、施肥装置、旋耕装置、精量播种装置、碎秸秆抛送装置、北斗精准导航与智能监控装置等组成，如图1所示。棉花秸秆粉碎装置安装在播种机前端，旋耕装置置于棉花秸秆粉碎装置后方，碎秸秆抛送装置位于旋耕装置上方，施肥装置固定在机架上；
精量播种装置通过U型管卡安装于后方。施肥电机安装于肥箱的一侧，播种电机独立安装在精量播种装置，编码器安装于地轮轴一端与北斗精准导航系统协同测量机具速度。

图1 整机结构图

表1 整机主要技术参数表

2.1 气吸式棉花排种器

该排种器由排种器外壳、气吸孔、气吸垫片、气吸排种盘、压盘、种仓等组成，如图2所示。投种距离地面较近，可有效地避免杂草堵塞投中口，造成漏播现象。工作时，负压风机抽吸气室内空气形成负压，随着排种盘转动，利用负压将棉花种子吸到排种盘；
棉花种子随排种盘转到无负压区，棉花种子因自重落下，完成整个投种作业。

图2 气吸式棉花排种器

气吸式棉花排种器转速与拖拉机速度、气吸排种盘孔数、棉花播种株距相关，转速计算公式如下：

式中：n—排种器转速（r/min）

v—拖拉机速度（m/s）

z—气吸排种盘孔数（个）

d—株距（m）

考虑到棉花秸秆需要粉碎、土地需要旋耕平整，拖拉机速度最高不超过7 km/h；
同时，避免气吸式棉花排种器充种不充分，从而导致漏播。气吸排种盘孔数为18、棉花播种最小株距设定为16cm、气吸式棉花排种器最高转速为40.5r/min。

2.2 北斗精准导航与智能监控系统

工作前，提前设置施肥量、播种行距、行距修正、肥量修正等参数。工作时，北斗精准导航与智能监控系统由拖拉机自带蓄电池提供电能，地轮上的编码器测速触发运行，自动模式状态下，优先北斗精准导航测速，北斗导航信号弱时，自动切换到地轮编码器测速。系统启动后，MCU控制单元对GNSS模块工作模式进行配置，并读取GNSS模块定位状态、速度信息，将速度信息实时反馈给MCU控制单元，经逻辑判断后，获取播种、施肥驱动电机转速，控制器驱动电机精量施肥、播种，机具速度变化时，控制器实时驱动电机精量施肥、播种。该系统可实现株距设定、肥量设定、行距修正、肥量修正、播种亩数统计、系统自检、播种速度显示、报警指示等功能，电压、驱动电机运行状态、速度反馈信号等不正常时通过语音报警及时提示，系统硬件构成如图3所示、北斗精准导航与智能监控系统界面如图4所示。

图3 系统硬件构成

图4 北斗精准导航与智能监控系统界面

3.1 棉花播种条件

棉花播种、发芽、出苗对温度、土壤水分要求较高，棉花种子发芽温度为10～12℃，适宜温度为25～30℃，出苗最低温度15℃，最适宜温度18～22℃，在正常温度范围内，温度越高，发芽越快；
土壤水分为田间持水量的70%左右时发芽率高。棉花种子内富含蛋白质和脂肪，氧气充足的情况下，呼吸作用强，不可溶性物质转化为可溶性物质快，供棉花种子发芽、出苗需要。

3.2 棉花播种出苗效果

河北地区棉花播种时间一般在4月中旬，碎棉花秸秆替代塑料薄膜覆盖增温保墒地温为20℃左右，田间持水量约为68%左右，碎棉花秸秆有效地降低了土壤坚实度，透气性好，有利于空气交换，棉花种子发芽出苗快。同时，棉花播种单粒率大于95%、粒距合格率大于93.5%、播深合格率大93%、接行偏差小于±2cm，便于棉花后期管理、机采作业。碎棉花秸秆替代塑料薄膜覆盖增温保墒播种出苗效果如图5所示。

图5 播种出苗效果

设计了气吸式棉花排种器，对北斗精准导航与智能监控技术进行了研究，播种出苗效果表明：棉花播种单粒率、粒距合格率、播深合格率、接行偏差符合设计要求，碎棉花秸秆替代塑料薄膜覆盖增温保墒满足棉花发芽、出苗农艺要求。