CN100479640C - 实现种水同位的中耕作物免耕施肥坐水播种机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及中耕作物免耕施肥坐水播种联合作业机械。其实施的田间作业工序是：破茬开沟、施肥、种、水同时同点播施、覆土、镇压。其结构包括水箱、梁架、地轮、条带施肥装置、穴播装置、间歇灌水装置。其中穴播装置包含有同步信号发生器，间歇灌水装置包含有受信执行器，穴播排种过程中发生的同步信号传输给间歇灌水装置并控制其动作，使两者节拍相同，相位协调；并且间歇灌水装置下部的灌水管和穴播装置下部的输种管汇合成排出管，在其下端设置一个弹性活门，阻挡相位在先落下的种子使之暂驻，相位在后的间歇水流到达后冲开活门，使水和种子同时落入播种开沟器后方的动态土壤空穴中。有效保障种、水同位，真正实现穴播穴灌，节水并提高作业效率。

Description

实现种水同位的中耕作物免耕施肥坐水播种机
技术领域
本发明涉及农业机械技术领域，尤其是一种免耕施肥坐水播种联合作业机械。
背景技术
我国北方干旱、半干旱地区，十年九旱，春旱尤甚。在作物播种季节，常常由于缺少降水，土壤墒情差，造成种子难以发芽，出苗晚或缺苗断垅，甚至不出苗，严重影响农业生产。为了保证出全苗、出壮苗，农民在生产实践中摸索出一套称为坐水播种的补灌增墒农艺。其作业程序是挖穴(或开沟)、在穴(沟)内少量灌水、点种、施肥、覆土和镇压。采用此种抗旱节水农艺，可以利用溪流、河塘、集雨窖、蓄水池、浅水井等有限水源进行非充分灌溉，用水量依干旱程度为500～5000公斤/亩不等，比渠灌节水90％以上，比喷灌节水60％以上；增加土壤局部含水量，适时播种，达到苗齐、苗壮的目的，出苗率可达95％以上。据试验种植玉米在轻度干旱年可增产15％～20％，在严重干旱年可保持稳产。
目前坐水播种农艺的实施方式有人工补灌播种和机械补灌播种二类。
机械补灌播种方式是利用坐水播种机来实现，特点是水在播种位置以下，土不板结，避免蒸发，节水而利于种子发芽出苗，且比人工作业提高效率7～10倍。自1991年至今，我国已研制出多种坐水播种机，在生产实践中试验示范推广应用。典型机具如ZL02275233.1所公开的坐水免耕气吸播种施肥机，其结构包括挂接在拖拉机两侧的水箱、装有电磁阀和水量控制阀的联通管路、全悬挂于拖拉机后的梁架、依次设在梁架上的铲式开沟破茬器、施水施肥装置、气吸式播种装置、地轮、橡胶镇压轮、双圆盘覆土器。可为小四轮拖拉机配套，适于在未经耕翻的原茬地表上一次行程完成破茬、开沟、条灌水、施肥、精播玉米、大豆等作物种子、镇压及覆土等多道工序。典型机具还有西北农林科技大学机电工程学院研制的2BFS—3玉米施水肥硬茬播种机(参阅《农业机械》1998年第1期“行走式节水灌溉机具的开发与应用前景”)和中国农业大学研制的2BGM-2型穴播穴(条)灌覆膜机(参见www.uast.com.cn/zgnd/kjcg/Kjcgdetail.asp)。但现有机具仍不完善，需进一步改进，如拖拉机带水箱的行驶稳定性差，影响驾驶员的安全操作；水箱载水量少，灌水量偏小，作业中加水次数多，影响作业效率等；其中的突出问题是中耕作物穴播穴灌的种水同位难以实现。
所谓种水同位是中耕作物坐水播种作业后补灌水(或加入保水剂后形成的凝胶混合液)在纵、横方向(播种机前进方向为纵向，行距方向为横向)应集中在种子周围，以理论播种位置为中心，补灌水应集中在半径40～50mm的范围内。而深度方向要与种子同深或在种子的正下方。农艺试验证明，种水同位能充分利用补灌水，提高水分利用率，提高抗旱保苗效果。例如玉米穴播穴灌比穴播条灌可减少灌水量40％，拖拉机携带水量相同的情况下，一次加水的作业面积增加40％，因此减少加水次数，提高作业效率30％左右。但分析近年来我国研制的中耕作物坐水播种机，其田间作业工序有二种：①种床成穴、穴灌水、穴播种、覆土、镇压，例如农业部南京农业机械化研究所于2003年研制的2BFS-4型坐水施肥播种机试验样机；②种床开沟、穴灌水、穴播种、覆土、镇压，例如前述2BGM-2型穴播穴(条)灌覆膜机、ZL94231883.8公开的“棉花座水播种覆膜机”和ZL02287023.7公开的“穴施水播种机”；第一种工序容易产生播种不入穴或灌水不入穴现象，相应的作业机械结构复杂，而且，随着播种机作业速度提高，入穴难度更大；第二种工序虽然避免了对穴的难度，但穴灌水和穴播种分前后两次进行，仍容易造成种、水前后错位。
发明内容
为了解决上述问题，实现中耕作物坐水播种作业的种、水同位，本发明提出一种新的作业工序和实施该工序的新型免耕施肥坐水播种机。
具体技术方案如下：一种实现种、水同位的中耕作物免耕施肥坐水播种机，其实施的田间作业工序是：破茬开沟，施肥，种、水同时同点播施，覆土，镇压。其原理可阐述为：机械在田间作业行程中开沟器两侧翼与后方已回填土之间形成一个动态的土壤空穴，在此空穴中同时灌水并投种，就可能提高动作的精确度，避免前述两种工序的问题，保证种、水同位。再经覆土、镇压，补灌水按非饱和土壤水分运动规律向底部和种沟两侧及上部回填土渗透，形成种子周围半径40～50mm的湿润区，就可达到补灌增墒、节水增效的农艺要求。实施上述作业工序的新型免耕施肥坐水播种机，其结构包括水箱、梁架、地轮、条带施肥装置、穴播装置、间歇灌水装置。其中穴播装置包含有同步信号发生器，间歇灌水装置包含有受信执行器，穴播排种过程中发生的同步信号传输给间歇灌水装置并控制其动作，使两者节拍相同，相位协调；并且间歇灌水装置下部的灌水管和穴播装置下部的输种管以Y状汇合成排出管，在此排出管下端设置一个弹性活门，阻挡相位在先落下的种子使之暂驻，相位在后的间歇水流到达后冲开活门，使水和种子同时从同一出口落入播种开沟器后方的动态土壤空穴中。
由于采用上述技术方案，有效保障种、水同位，可实现真正意义上的中耕作物穴播穴灌，减少用水量，提高水分利用率，提高作业效率。
附图说明
以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。
实施例是由中马力拖拉机牵引的四行玉米免耕施肥坐水播种机。
图1是示意整机结构的正视图；
图2是对应于图1的俯视图；
图3是种、水同时同点播施结构示意图；
图4是穴播装置的排种器结构示意图；
图5是穴播装置的同步信号发生器结构示意图；
图6是穴播排种与间歇灌水的周期和相位对应关系图。
具体实施方式
如图1～图5所示，安全架1安装在拖拉机上；水箱2安装在安全架1的两边；整体式梁架3以三点悬挂方式与拖拉机连接并被液压升降；安装于梁架两边的地轮4作业时对地面支撑并垂直仿形，它们在作业行程中的被动旋转以链传动5驱动排肥器7。条带施肥装置安装在梁架3上，由整体肥箱6、四个外槽轮式排肥器7、四个窄形锄铲式破茬施肥开沟器8，四个双圆盘式覆土器9组成，一次行程完成四行破茬开沟、施肥、覆土作业。穴播装置有四组，每行一组，由平行四边形机构10挂接在梁架3上，作业时与镇压轮18共同作用对地面垂直仿形。安装时按种、肥分施农艺要求与施肥行错开适当距离。每组穴播装置主要由种子箱11、窝眼轮式排种器12、输种管13、排出管14及其下端的橡胶瓣弹性活门15、窄形锄铲式播种开沟器16、双圆盘式覆土器17、镇压轮18组成。每组穴播装置还包含同步信号发生器，由接近开关20和安装在排种器12转轴上且角位可按需调定的时间分度轮21组成。作业时，镇压轮18通过链传动19带动排种器12转动，间歇排种，每次排出1～2粒玉米种子，经输种管13，种子较水先到达排出管14的活门15上暂驻，等候间歇水流冲开活门，与水同时同点落入播种开沟器16后方的动态土壤空穴，一次行程完成四行开沟、播种并灌水、覆土、镇压作业。同时，接近开关20因时间分度轮21与排种器同轴旋转而发生同步脉冲信号，通过导线向间歇灌水装置传输。
间歇灌水装置也有四组，每组对应一行，主要由导水管22、排水阀23、直流牵引电磁铁24和灌水管25组成，且灌水管下端与穴播装置的输种管13以Y状汇合成排出管14，电磁铁24与拖拉机电源及穴播装置同步信号发生器的接近开关20电连接组成串联电路。作业过程中来自穴播装置的同步脉冲信号控制电磁铁24的线圈电流通断，驱动衔铁经杠杆传动使排水阀23内的锥形阀芯开启或关闭，实现间歇灌水，因此由排水阀23和电磁铁24组成为受信执行器。间歇水流由灌水管25到达排出管14下端的活门15，冲开活门并裹挟已在此等候的种子落入播种开沟器16后方的动态土壤空穴中。
图6表示了穴播排种与间歇灌水两者之间在周期和相位上的对应关系，结合图4和图5进一步说明如下：
如图4所示窝眼轮式排种器12，窝眼轮转动一圈的时间定义为排种周期TS，窝眼轮开有6个窝眼，在一个周期TS内共排种6次，窝眼均匀分布，窝眼轮转过60°角的时间定义为排种子周期t1；其中转过窝眼弧长对应30°圆心角的时间定义为排种时间t2，转过剩余30°角的时间定义为间隔时间t3；按照玉米种子的大小特性，只有当窝眼大于一半转过护种舌后排种概率最大，所以在排种时间t2内，窝眼后一半对应15°圆心角转过护种舌的时间定义为概率最大排种时间t4。如图5所示同步信号发生器，时间分度轮21与窝眼轮同轴转动一圈的时间定义为灌水周期TW，在一个周期TW内共控制间歇灌水6次，时间分度轮21每转动60°角亦即控制每次间歇灌水的时间定义为灌水子周期t5，其中转动20°角范围内使接近开关20通，控制电磁铁24将排水阀23打开灌水，定义为灌水时间t6；另外转动40°角范围内使接近开关20截断电流，控制电磁铁24将排水阀关闭不灌水，定义为灌水间歇时间t7。时间分度轮21安装在排种器12转轴上相对于窝眼轮的角位可按相位协调的需要调定，使灌水子周期开始时刻滞后于排种子周期开始时刻，其滞后时间定义为相位差t8。
由于本发明提出的技术方案和实施例具体结构，使得排种周期Ts＝灌水周期Tw；排种子周期t1＝灌水子周期t5；排种间隔时间t3>灌水时间t6；排种时间t2<灌水间歇时间t7。调整排种和灌水的相位差t8，恰好使每穴种子比每股间歇水流略先到达排出管14下端弹性活门15上并短暂驻留，等候水流冲开活门。因此两者节拍相同，相位协调，能保障种、水同时同点播施，实现种、水同位。

Claims (2)

1、一种实现种、水同位的中耕作物免耕施肥坐水播种机，其结构包括水箱、梁架、地轮、条带施肥装置、穴播装置、间歇灌水装置，其特征在于：所述的穴播装置包含同步信号发生器，该同步信号发生器由接近开关(20)和安装在排种器(12)转轴上的时间分度轮(21)组成；所述的间歇灌水装置包含受信执行器，该受信执行器由排水阀(23)和直流牵引电磁铁(24)组成；并且间歇灌水装置下部的灌水管和穴播装置下部的输种管以Y状汇合成排出管，在此排出管下端设置一个弹性活门；所述的接近开关(20)、电磁铁(24)与拖拉机电源电连接组成串联电路；所述的穴播装置内含同步信号发生器的时间分度轮(21)与6窝眼均布的窝眼轮式排种器(12)同轴转动一圈控制间歇灌水6次，亦即每转动60°角控制每次间歇灌水；其中转动20°范围内使接近开关(20)通，另外转动40°范围内使接近开关(20)截断电流，时间分度轮(21)安装在排种器(12)转轴上相对于窝眼轮的角位可以按相位协调的需要调定；穴播排种过程中发生的同步信号传输给间歇灌水装置并控制其动作，使两者节拍相同，相位协调，间歇水流和种子同时从同一出口落入播种开沟器后方的动态土壤空穴中，实施破茬开沟，施肥，种、水同时同点播施，覆土，镇压的作业工序。
2、根据权利要求1所述的一种实现种、水同位的中耕作物免耕施肥坐水播种机，其特征是：所述的排出管下端设置的弹性活门(15)可以是橡胶瓣弹性活门。
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