河北农业大学机电工程学院 霍倩 赵树朋 宋佳旭 马志凯 王磊

前言

在我国，平原和丘陵地形是农业种植的主要地形[1]。我国的丘陵面积占国土面积的三分之二，耕地面积占全国耕地总面积的31.52%，丘陵的粮食产出占全国的35.5%，可以看出丘陵地区农业的重要地位。但是丘陵山区省份农业综合机械化占有率不足50%[2]。

丘陵山区地形崎岖复杂，耕地多以散田小地块为主，大型农业机械运输不方便，转向不灵活，无法实现农业工作；小型山地农业机械研究较为落后，品种稀少，导致大多数省份的丘陵山区农作业的机械化程度低，人工成本大，工作效率低[3]。

根据对北方山区地形的考察，山区丘陵耕地以种植粮棉经济作物为主，其播种土地经过旋耕后，地表平坦，播种环境较为良好。但山区运输地形多以坡路、石路为主，其局限性导致大型机械设备无法进场，小型机械设备需要依靠人力辅助来运输与工作，人工辅助工作不仅播种效率低，播种精度也无法保证。

因此，研制适合我国的小型山地播种机，保证播种机在丘陵山区复杂环境灵活运输[4]，在播种工作中提高播种效率，降低播种成本，迫在眉睫。本研究对于丘陵山区小地块的农业工作具有指导效果，为提高农业机械在丘陵山区运输与作业提供参考，促进了丘陵山区农业机械的发展。

1 小型播种机的国外发展现状

国外对于小型播种机械的研究设计起步较早，并取得了较大成果。1954年，奥地利Wintersteiger公司生产的小型播种机[5]，标志着小型播种机的发展逐步成熟。1955年，EgilΦyjord团队，发明了锥体格盘式排种装置，并先后设计了与园艺拖拉机配合使用的四行、六行、十行小型条播机。EgilΦyjord小型条播机的问世，成为世界小型播种机发展史的里程碑[6]。

20世纪70年代，为了适应种子的不同结构差异性和各种播种方式，提高播种精度与效率，科研人员改进了EgilΦyjord的排种装置，设计出锥体皮带式、锥体离心式排种装置[7]，增加了小型播种机械的多样性。

20世纪80年代，Wintersteiger公司研制出气吸组合式小型精密播种机[8]，该机型可以实现单粒播种。

20世纪90年代，计算机技术迅速发展，小型播种机也进入了信息时代。仍以Wintersteiger公司为引领的研制中心，将播种定位控制器（GSC），GPS定位技术与排种监控技术相结合，研发出排种检测、数据记录功能[9]，减少人工操作，增加播种精度，提高作业效率。

21世纪以来，许多发达国家高度重视农业智能化发展，对其播种精确度、智能化程度有了更高的要求。国外许多播种机生产公司与科研机构都相继研发。Plotseed系列播种机，可以利用不同的分种模块，在小区域耕田内进行多排播种，也可以装配不同的构件，实现不同地形环境的多功能操作。Monoseed系列小区单粒播种机，配备自动供种系统，实现均匀无混杂单粒精播。

2 小型播种机的国内发展现状

根据作业环境与作业要求的分析，小型播种机更适合于丘陵山区的播种作业，国内外针对小型播种机进行不断研究，并取得了突破性进展。

改革开放初期，我国引进Seedmatic株行条播机、Plotspider自走式小型精播机、EgilΦyjord小型条播机等小型播种机27台，中国农业科学院从奥地利Win-tersteiger公司引进小型播种机和收割机48台。由于外国机械操作复杂，我国技术受限等原因，产品只作为科研单位的研究，并没有普及和使用，这延缓了我国小地区播种机的发展。

20世纪80年代，我国的小型播种机理论与设计研发有了新的进展，由我国研发的机型有：ZXJB-4型小型精密播种机、NKXB-1.4小型条播机、2XB-10型小型播种机等。这些小型播种机的生产与研发，标志着我国小区播种机的发展迅速。

2003年，黑龙江省农垦总局红兴隆农管局科研所研制开发了XBJ-150系列小型播种机（如图1所示）。该有免耕播种和排肥的功能，播种均匀性和播量一致性较好。2009年，东北农业大学研制了小型播种机2BZXJ-1手扶式小型育种精密播种机[10（]如图2所示），该播种机结构简单，行动性高，更适合在山地作业，但是由于是单行播种机，没有驱动平台，所以需要靠人工引导播种。

图1 XBJ-150小型播种机

图2 2BZXJ-1手扶式小型播种机

我国的科研机构和农机公司自主研发了2BFM系列山地免耕施肥播种机（如图3所示），集开沟、播种、施肥、覆土、镇压于一体，可一次性完成联合作业。该机器先由圆盘刀切割植物秸秆、开槽，随后双圆盘开沟器开沟、松土，排种器、施肥器将种子、肥料撒播入沟内，之后由覆土装置将土壤收拢覆盖种子，最后镇压轮进一步覆土和压平。该播种机可以减少动土量，保证土壤结构，为我国农业保护性耕作的发展奠定了基础。

图3 2BFM型山地免耕施肥播种机机构图

进入21世纪以后，自动化、智能化产品风靡全球，我国的科研人员从中汲取国外先进理念和科学手法，不断总结与探索适应我国地形的科学经验，提出许多“智能农机”的新思想、新理念。2011年，沈阳农业大学刘曙光设计了一种自动供种、排种机械系统[11]。该系统利用电磁装置驱动方式，与电控电机相结合，设计一套电磁感应控制电机工作的排种系统，可以自动完成不断续播种的工作。

我国的农业机械厂，结合早期播种机的工作结构和原理，因地制宜地研制生产了适合山地运输工作的播种机械，如图4所示的手扶式单履带播种多功能机，小巧轻便，功能强大，方便运输，但是需要人工辅助操作，有较大的播种误差。如图5所示的山地履带多功能机，有良好的越野能力，但其结构复杂，底盘笨重坚硬，在山地作业对播种精度影响较大。

图4 手扶式单履带播种多功能机

图5 山地履带多功能机

现如今，我国科研人员对小型播种机和山地播种机的研发取得了很大进展，但是世界自动化智能化技术发展迅猛，我国较先进国家还有差距。播种机数量稀少、产品结构单一化、人工辅助程度大，导致目前的小型播种机械还远不能满足现代农业发展需求。

3 结语

国外小型播种机发展迅速，自动化程度高，功能强大，但是操作复杂、价格昂贵、引进成本高。而国内研究发展较为缓慢，人工辅助操作环节较多；在行驶底盘结构的设计中，国内外偏重于设计轮式底盘，虽然结构轻小，但丘陵山地的运输行驶较为困难；在排种机构的设计中，国内外对精准播种都进行了智能化研究，使播种精度显著提高，但经济性较差，无法在国内普及。因此，我们需要研制一种通过性好、播种精度高且操作简单、经济成本低、控制性能优越的小型山地播种机。