井灌区小麦玉米轮作机械化农艺体系构建

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井灌区小麦玉米轮作机械化农艺体系构建

0 引言

农业机械化是指运用先进适用的农业机械装备农业,改善农业生产经营条件,不断提高农业的生

产技术水平和经济效益、生态效益的过程[1].农业机械化水平是农业现代化的衡量标准[2],农艺

水平是农业现代化的重要保障,农业现代化离不开农机与农艺的有机融合.

农机农艺融合的实质是现代工程技术和现代农艺( 生物) 技术的融合,其采用现代工程技术改变

传统的生产技术.农机农艺融合要按照因地制宜、经济有效、促进发展的原则,实现优势互补、

互促共进.农机技术要为农业的增产增收、高效优质、低耗安全服务,农艺技术( 育种、栽培、土

肥、植保、灌溉等) 的研发则要优先考虑机械化生产实施的可行性[3].农机农艺有机融合的关键

不是农机适应农艺的问题,也不是农艺适应农机作业要求的问题,而是把农机农艺的研究放到整

个现代化农业生产的全周期中去考虑,统筹优化农业生产的各个环节,在全程机械化的背景下设

计农艺规格和农机装备基本规格,从而实现全局最优.

工业生产中有工艺过程,每个环节叫作机制工艺; 农业生产中也有工艺过程,与工业生产相比较,

应叫作农艺过程,相应地每个由机械来完成的环节应当叫作机械化农艺.整个机械化生产过程包

含的相互关联的所有机械化农艺构成一个体系,称之为机械化农艺体系.研究或组织实施农业机

械化,一定要有体系的概念,要把每一个机械化农艺环节都作为整个体系的有机组成部分,要特别

重视前后环节的必然联系和它们的相互影响,不能只管一个或几个环节.

那么,实现全局最优的技术路线是什么呢? 古人云: "自古不谋万世者,不足谋一时; 不谋全局者,不

足谋一域"( 清,陈澹然《寤言二迁都建藩议》) .山东理工大学国家"十二五"项目课题组和山东省

玉米产业体系创新团队在研究玉米免耕播种机和玉米联合收获机关键装备时发现: 在黄淮海小

麦玉米轮作区,解决农机农艺有机融合问题绝不只是玉米机械化生产的问题,它与小麦如何种

植、灌溉和收获关联度极高.

例如,井灌区小麦畦子宽度是玉米播种机设计的关键基础参数.因此,必须把农业生产机械化放在

一个具有完整周期的生产体系中去研究,而不能就事论事地研究一个环节的机械化.为此,需要用

系统工程的方法,构建机械化生产体系,在体系的框架下研究农机农艺结合的问题,逐步实现有机

结合.例如,小麦玉米轮作机械化生产体系、小麦花生轮作机械化生产体系、棉花小麦"玉米两年

三作"机械化生产体系等都需要在全程机械化的背景下统筹优化,构建各自的机械化农艺体系,从

而更好地促进全程机械化关键装备的研发.

根据小麦玉米一年两熟轮作区保护性耕作条件下的全程机械化生产,构建了"井灌区小麦玉米保

护性轮作机械化生产体系",主要机械化生产环节为: → →玉米秸秆还田小麦深松免耕施肥播种小

→ → → → → →麦追肥小麦灌溉小麦病虫害防治小麦联合收获小麦干燥与仓储玉米免耕施肥播种

→ → → →玉米追肥玉米灌溉玉米病虫害防治玉米联合收获玉米干燥与仓储.影响这个体系的共性

技术是什么? 不是机器,是农艺.更具体地说是种植规格-小麦种植畦子宽度、播种行数、苗带宽

度、深松方式、玉米种植畦埂保留、畦内玉米播种行数等.决定种植规格中的关键参数畦子宽度

的决定性因素是什么.不是农艺,而是拖拉机的轮距.这是农机与农艺的内在联系.因此,设计了一个

既符合农学要求又符合机械化作业要求的小麦玉米机械化保护性轮作基本种植规格, 如图1所

示.这是一个适合大马力拖拉机机械化作业的基本规格,非常有利于小麦、玉米播种和联合收获

机械化,对本体系各环节机械装备的研制与生产提出了明确的农艺参数要求.同时,在淄博市傅家

镇的4. 7hm2 试验田进行了试验,取得了满意的效果.

山东属于黄淮海井灌区,是我国主要的产粮地区之一.山东的主要种植模式是小麦玉米轮作一年

两熟和小麦棉花一年两熟轮作制度.在山东井灌区建立小麦玉米和小麦棉花轮作机械化农艺体

系,不仅能够实行标准化播种、标准化管理、标准化收获,节省人力、物力以及财力,而且还有利

于农业现代化的快速发展.

机械化农艺体系中,不仅要有适应机械化作业的标准种植体系,还需要适用于本体系各作业环节

的农业机械装备.2BYM-12 型折叠式动力防堵智能免耕玉米精量免耕播种机、2BYFJ-4 灭茬型

智能免耕玉米精量播种机、2BMFS-A1/A2 型玉米精量免耕施肥播种机、4YZFP-4 横辊摘穗式

轻型玉米收获机、2BSMF-8 小麦深松免耕播种机等都是根据井灌区小麦玉米轮作机械化农艺体

系研制出来的相应机具.本文旨在建立井灌区小麦玉米轮作机械化农艺体系,并基于全程农机化

对关键装备研发过程中的基本结构性能参数进行研究.

1 井灌区小麦玉米轮作机械化农艺体系

1. 1 机械化农艺体系采用的耕作方法

采用保护性耕作方法和机械化作业进行作物轮作,称之为机械化保护性轮作.在黄淮海一年两熟

区,有小麦玉米轮作、小麦水稻轮作、小麦花生轮作等,最近出现了小麦棉花轮作,都需要机械化

保护性轮作.

1. 2 保护性耕作的特点和作用

保护性耕作是用作物秸秆残茬覆盖地表,最低限度地耕作,采用化学和生物方法控制杂草和病虫

害的一种耕作技术.它的主要特点是秸秆覆盖、免耕播种、深松少翻、化学除草.实施保护性耕

作能够提高土壤有机质含量、保持水土、保护土壤生物多样性、逐步减少化肥用量,促进农业可

持续发展.

1. 3 小麦玉米机械化保护性轮作的特殊性

1) 作业环节多,时间要求紧迫.小麦玉米轮作是在三夏、三秋的换茬季节,既要抢收,又要抢种.

2) 秸秆量大,处理难,免耕播种难. 小麦玉米轮作的每季秸秆量大约为9 000 ~12 000kg/hm²[5],造成

小麦玉米的播种困难.

3) 采用畦作,畦宽规格繁多.井灌区的小麦玉米轮作的种植模式多为畦作,为了方便农民作业,畦宽

很小,对机械化作业限制最大.

4) 有深松要求.小麦播前深松和玉米行间深松的技术要求高,能耗大.

5) 畦内种植要求特殊.保留畦埂,畦内小麦、玉米行数和行距要系统考虑拖拉机轮距,播种机、秸

秆还田机、田间作业机宽度及收获机轮距等行走机器要系统考虑.

1. 4 机械化保护性轮作面临三大关键技术问题

1) 作业环节多.机械化农艺体系需要考虑的主要环节: 玉米秸秆还田、小麦播前深松、小麦免耕

施肥播种、小麦追肥、小麦联合收获、小麦干燥与仓储; 玉米免耕施肥播种、玉米追肥、玉米

施农药、玉米联合收获、玉米干燥与仓储.

2) 统一种植规格的要素.畦宽、行数、行距、苗带宽、深松行距等都是标准化种植体系中种植

规格需要考虑的因素.

3) 关键装备和核心技术问题.井灌区小畦种植要求苛刻,要保证畦内作业不破坏畦埂,必须系统考

虑畦宽,畦内小麦、玉米行数和行距,小麦苗带宽度,拖拉机轮距,播种机、秸秆还田机、田间作业

机宽度,收获机轮距及深松行距等.同时,在此基础上设计相应的小麦免耕深松施肥播种机、玉米

免耕施肥播种机、玉米联合收获机( 可收获玉米秸秆的) 、干燥与仓储技术与装备等.

1. 5 机械化农艺体系的种植规格

构建机械化农艺体系,在体系的柜架下研究农机与农艺的结合,逐步实现有机结合是农机农艺结

合的内在要求.针对本课题所研究的小麦玉米轮作机械化农艺体系,设计了一个既符合农学要求

又符合机械化作业要求的小麦玉米机械化保护性轮作基本种植规格: 畦子宽度2 400mm, 垄背宽

300mm, 播种 8 行小麦, 行距280mm, 苗带宽度120 ~140 mm, 小麦播种行间深松、深松行距

560mm; 对深松铲实行两排分布、四三布置, 第1 年深松 4 行, 第2 年深松另外 3 行, 第3年可不

深松; 播种 4 行玉米, 行距600mm,为防涝,不深松.

标准化种植的优点: ①规格定型是制定农机设计和生产标准的基础; ②规格定型有利于拖拉机

的选型配备; ③种植规格设计必须考虑的基本因素.井灌区小畦种植要求最苛刻,要保证畦内作业

不破坏畦埂,必须系统考虑畦宽,畦内小麦、玉米行数和行距,小麦苗带宽度,拖拉机轮距,播种机、

秸秆还田机、田间作业机宽度,收获机轮距及深松行距.

这是一个适合大马力拖拉机机械化作业的基本规格,非常有利于井灌区小麦、玉米轮作的播种和

联合收获机械化.对本体系各环节机械装备的研制与生产提出了明确的农艺参数要求,以下农业

装备就是适应上述作业体系而研发的.

2 玉米播种机械关键装备

小麦玉米一年两作轮作区玉米免耕播种时地表秸秆覆盖量大、播种时容易产生堵塞,并且现有的

玉米免耕播种机动力消耗高、缺少播种监测功能.目前,播种机的监测功能主要集中在种肥箱容

量、漏播和重播上.采用勺盘式排种器的播种机由于勺盘距地面很低,光电传感器一方面工作不

可靠,另一方面也很难监测刮土板间土壤的堵塞问题,影响了监测效果.目前,常见播种机的播种、

排肥分别需要两个开沟器进行作业.施肥开沟器安装在播种开沟器之前,造成在免耕播种机上播

种、排肥两个开沟器间隔很近,不仅动力消耗高,增加了播种机的材料消耗和生产成本,而且容易

产生秸秆以及杂草的拥堵,严重影响播种质量.另外,现有的动力防堵装置只将开沟器立柱上的秸

秆打散拨下,旋刀的设计未考虑对小麦根茬的粉碎处理,因此当开沟器正对小麦根茬时,播种和施

肥的覆土效果较差,对播种质量造成了一定的影响. 结合小麦玉米轮作机械化农艺体系 2. 4m 畦

宽和600mm 行距, 设计出了以 2. 4m 为基本规格尺寸的4种玉米播种机械.

2. 1 2BYM-12 型智能免耕玉米精量播种机

2BYM-12 型折叠式动力防堵智能免耕玉米精量播种机整机方案如图2 所示.其结构主要有划行

器部分、左侧播种单元、前拉杆、机架折叠液压装置、中间播种单元、悬挂装置、农药喷洒装

置、右侧播种单元和划行器等.

针对玉米免耕播种机在秸秆覆盖量较大的情况下开沟器易被拥堵的技术难题,对开沟器的防拥堵

技术进行多方案设计,每台样机采用采用不同的防拥堵和开沟方式.通过试验防拥堵效果对比,在

秸秆覆盖量较大的情况下三段离合式动力防堵装置具有良好的防拥堵效果,解决了玉米免耕播种

机开沟器的防拥堵技术.

2. 1. 1 三段离合式动力防堵装置

通过对夏玉米播种机市场调查和播种现场跟踪实地考察,在小麦秸秆覆盖量较大( 干基含水率>0.

6kg / m2) 、秸秆长度较长( >22cm) 、秸秆抛撒不均匀时,播种机开沟犁极易造成秸秆拥堵现象,

影响播种机的正常工作.为解决夏玉米区小麦收获后机械播种过程中出现的秸秆拥堵现象、适合

播种机液压折叠时的动力自动分离与结合需要、提高播种机的适应性和可靠性, 本文设计了3 段

离合式动力防堵装置, 如图3 所示.

该装置具有动力防堵功能和灭茬功能,可以实现折叠时两侧防堵单元自动分离、工作时自动结合

的功能.每段动力防堵装置包括安装在机架上的两轴承座板、经轴承安装在两轴承座板之间的旋

刀轴和固定安装在旋刀轴上的多组旋刀及牙嵌式离合器.旋刀组数与种肥开沟器数量等同,每个

种肥开沟器的立柱前端均设有一组旋刀, 每组旋刀包括呈 180°对称安装的旋刀. 改型后的 2BYM-

12 型折叠式智能免耕玉米精量播种机,样机播种质量稳定,完善了播种机的整机性能,提高了播种

机的适应性和可靠性.

2. 1. 2 应用领域

2BYM-12 型折叠式智能免耕玉米精量播种机适用于黄淮海小麦玉米轮作区小麦收获后玉米机

械化免耕播种,也可用于大豆免耕播种及其他地区相似农艺条件下的玉米机械化免耕播种.该机

整机宽度7. 2m, 适合 73. 5kW 以上大马力拖拉机配套作业,尤其适合种粮大户、家庭农场等规模

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摘要：

井灌区小麦玉米轮作机械化农艺体系构建0引言农业机械化是指运用先进适用的农业机械装备农业,改善农业生产经营条件,不断提高农业的生产技术水平和经济效益、生态效益的过程[1].农业机械化水平是农业现代化的衡量标准[2],农艺水平是农业现代化的重要保障,农业现代化离不开农机与农艺的有机融合.农机农艺融合的实质是现代工程技术和现代农艺(生物)技术的融合,其采用现代工程技术改变传统的生产技术.农机农艺融合要按照因地制宜、经济有效、促进发展的原则,实现优势互补、互促共进.农机技术要为农业的增产增收、高效优质、低耗安全服务,农艺技术(育种、栽培、土肥、植保、灌溉等)的研发则要优先考虑机械化生产实施的可行性[3...

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