精準智能化免耕覆秸施肥播種機關鍵技術研究

王琪玲，李宗嶺

（連云港市農機試驗推廣站，江蘇 連云港 222000）

精準農業是當今世界農業發展的新潮流，是由信息技術支持的、根據空間變異定位、定時、定量地實施一整套現代化農業操作技術與管理的系統。精準農業技術是基于信息技術、生物技術和工程裝備技術等一系列科學技術成果上發展起來的一種新型農業生產技術，由全球定位系統、農田信息采集系統、農田遙感監測系統、農田地理信息系統、農業專家系統、智能化農機具系統、環境監測系統、網絡化管理系統和培訓系統等組成，將變量播種、變量施肥、變量灌溉、變量噴藥和在線實時測產等技術集成為一體，有利于提高農業作業的效率、降低生產成本。

我國當前面臨農業資源匾乏、農田環境污染嚴重等問題，因此實施精準農業是解決我國農業由傳統農業向現代農業發展過程中所面臨的確保農產品總量、調整農業產業結構、改善農產品品質和質量、資源嚴重不足且利用率低、環境污染等問題的有效方式，實施精準農業示范和研究工作具有重要的戰略意義。隨著科學技術的發展，人們對土地資源、環境保護、能源利用等方面認識的提高，農機裝備正由單一型向多功能型轉變，由粗獷型作業向精細效益型作業轉變，由手動半自動向智能化及自動化轉變。因此，研究開發高效節能的精準智能化覆秸施肥播種機械具有十分重要的意義。

目前，由于中小型收獲機的廣泛使用，農作物秸稈無法得到有效的處理及運用，被棄置田地間，更有甚者在田間焚燒秸稈，這不僅會對環境造成巨大的污染，更存在著火災等重大安全隱患。為解決上述問題，各級政府相繼提出禁燒農作物秸稈，大力推廣秸稈粉碎還田，大大提高了秸稈利用率，減少了環境污染，對培肥地力、提高單位面積產量起到了一定的積極作用。然而，目前市場上的旋耕還田施肥播種機普遍存在著播種不均勻，智能化程度低，機具在作業期間行走困難、出現擁堵等現象，導致農作物的產量降低，農民收入也隨之減少。

為解決上述技術難題，緊跟當前農業機械裝備智能化發展趨勢，連云港市農業機械技術推廣站、江蘇大力士機械制造有限公司和江蘇海洋大學聯合提出了精準智能化免耕覆秸施肥播種機研發，該機型引入北斗測量控制技術，精確控制播種施肥量和均勻性，可一次性完成秸稈粉碎覆蓋、秸稈旋耕還田、智能化精量播種施肥、覆土鎮壓等多道作業工序，可以解決當前我國政府和農民迫切需要解決的秸稈焚燒問題，提高作物產量，促進農業可持續發展。

精準智能化免耕覆秸施肥播種機從單純追求秸稈還田及播種效果到綜合考慮秸稈分流還田、智能化精量播種施肥、覆土鎮壓等全方位全過程的功效，達到了全面提高效率，徹底解放勞動力，降低成本、增產穩產的目的。

1 研發中解決的主要問題

1.1 根據秸稈部分粉碎覆蓋還田、部分旋耕入土的

技術要求，創新設計了關鍵環節的作業部件，確定了整機的結構形式，集成創制出一種可一次完成碎秸清秸、苗床整理、智能化施肥播種、播后均勻覆秸的復式作業機。

1.2 運用北斗導航技術對作業區域和位置進行精確定位，精準控制作業行間距，解決播種不均勻，避免幼苗的擁擠，行間距大小不同，播種、施肥量憑經驗確定等問題。實現了大田等行距播種施肥；對作業面積、作業效率、播種施肥量實時檢測；同時根據作業田塊、作業成本要求等各方面進行綜合考慮智能決策給出作業參數。

1.3 與農藝相結合，解決智能化施肥播種過程的適應性和可靠性問題。重點研究解決了智能化精量播種施肥裝置，與GPS 或北斗導航系統相結合，將電機速度與整機作業速度相匹配，實現了智能調節控制播種施肥電機速度，解決播種施肥量變量精準調節，以滿足不同作業工況的播種均勻性要求，最終提高播種質量。

1.4 解決了智能播種施肥控制系統信息輸出與集成問題。對精量播種施肥控制系統進行軟硬件設計并進行集成優化，以實現對拖拉機速度傳感器的輸出信息融合集成的高效性、穩定性與可靠性。

2 精準智能化免耕覆秸施肥播種機的組成

精準智能化免耕覆秸施肥播種機主要由滅茬部分、旋耕機部分、施肥播種部分、智能控制部分、懸掛架和斷種、斷肥報警裝置等組成。

智能控制器主要由GPS/北斗天線、控制器主機、感應開關、傳感器及信號連接線組成。

衛星定位智能控制系統連接方式如圖1 所示：

圖1 衛星定位智能控制系統連接方式

工作時，精準智能化免耕覆秸施肥播種機通過三點懸掛機構與拖拉機連接，拖拉機后面輸出軸動力通過萬向節傳遞到中間傳動齒輪箱，中間傳動齒輪箱將動力分3 路分傳遞到側邊旋耕傳動裝置、側邊秸稈粉碎傳動裝置和播種施肥傳動裝置，秸稈粉碎刀軸轉速為2 500 r/min，高速旋轉帶動旋切刀切碎秸稈，旋耕刀軸旋轉帶動旋耕刀旋切碎土，被旋切的土壤與秸稈沿著旋切刀的切線方向和格柵板曲線向后拋灑; 肥箱與種子箱中的化肥與種子分別由排種、排肥智能控制裝置通過排肥器與排種器、排肥管與排種管排出，并由前端拋灑出的、旋切后的秸稈與土壤覆蓋，最后由鎮壓輪鎮壓完成作業。

主要技術指標：工作幅寬2～3 m，埋茬深度大于6 cm，播種深度3～6 cm，播種行數14 行，施肥行數7 行, 播種合格率≥75%，排種量一致性變異系數≤3.9%。

3 精準智能化免耕覆秸施肥播種機主要特點

3.1 集碎秸清秸、苗床整理、智能化施肥播種、播后均勻覆秸等多項功能于一體的復式作業體系創新，一機多用，有利于提高機具效率。

3.2 創新了秸稈粉碎分流還田裝置，提高秸稈利用率，保證播后產量。

3.3 采用電力驅動排肥排種軸，實現播種施肥作業的自動化和精準化。

3.4 基于自動控制技術，進行信息融合與系統集成控制，實現施肥播種智能化。

4 結 論

4.1 通過試驗研究和性能檢測表明，研發的精準智能化免耕覆秸施肥播種機可以和各種形式的大中型拖拉機系列配套，一次性作業完成秸稈粉碎、旋耕深埋、播種、施肥、覆土、鎮壓等多道工序，作業效果良好，且機器結構合理、緊湊、成本較低，適應范圍廣。

4.2 采用合理的刀軸排列與刀軸轉速，碎土質量更高，滅茬適應性較強，可適應稻茬高度50 cm 以下，土壤濕度小于30%情況下高質量作業。