玉米大豆帶狀復合種植專用植保機研制與試驗

張榮成 劉天星 朱松 何彥平 仇維佑 邢全道

0 引言

玉米大豆帶狀復合種植是充分利用資源、提高土地產出率的集約農業技術，也是2022年農業農村部重點推廣的農業技術之一。因玉米大豆屬不同種類農作物，化除及化控藥劑“相克”，目前，市場上還沒有成熟的玉米大豆復合種植專用植保機。部分機型對現有的植保機加裝了簡易擋簾，但存在擋簾機構設計不科學，藥劑漂移傷苗等問題，且大多數機具為小型高地隙自走式，載藥量小，行走機構強度差，過溝受沖擊機架易折斷損壞，不能滿足江蘇農墾田塊規?；鳂I要求。本文以藥劑防漂移為出發點和落腳點，設計了一種玉米大豆復合種植專用懸掛式噴桿噴霧機（以下簡稱“專用噴霧機”）。該機采用雙泵+雙藥箱設計，可一次性完成玉米大豆兩種作物化除、化控作業，隨地仿形裝置及三段全封閉式擋簾結構，能夠滿足玉米大豆帶狀復合種植的藥液防漂移要求。

1 總體結構與設計原理

江蘇農墾采用的玉米大豆復合種植寬窄行“4+4”模式（中間為4 行大豆，兩側分別為2 行玉米）如圖1 所示。

圖1 江蘇農墾玉米大豆復合種植寬窄行“4+4”模式

1.1 總體結構

專用噴霧機配套80～120 馬力拖拉機，工作幅寬3.9 m，大豆行通過寬度80 cm，玉米行通過寬度130 cm。拖拉機安裝窄形橡膠輪胎，輪距為170～190 cm，確保機具行走在玉米與大豆行之間，滿足江蘇農墾玉米大豆復合種植寬窄行“4+4”模式下噴灑除草劑及化學調控等作業。噴霧機主要由雙施藥泵、雙藥液箱、雙噴霧系統、防漂移噴頭、仿形地輪、三段全封閉式擋簾、懸掛式機架等組成，如圖2 所示。

圖2 專用噴霧機結構圖

1.2 工作原理

專用噴霧機采用雙泵+雙藥箱設計，可一次性完成兩種不同作物化除、化控作業，大大提升了作業效率。安裝了防漂移噴頭（霧化粒徑為300～400μm），噴桿噴頭上下左右均可調，避免不同高度作物作業時藥液形成的扇面過度重合或藥液噴淋在擋簾上形成水流造成藥害，較大程度

上減少藥液漂移。三段全封閉式擋簾設計，確保在不同風速及風向情況下機具能夠滿足作業要求。前后設置兩排仿形地輪，機具與拖拉機后輪形成“扁擔式”過溝結構，有效降低了機具的物理沖擊，還使得機具能夠隨地仿形，避免地面不平整引起的植保機姿態變化，使接觸地面的擋簾始終與地面貼合，減少藥液漂移。

1.3 主要技術參數

專用噴霧機的主要技術參數見表1。

表1 專用噴霧機技術參數

2 主要結構及關鍵部件參數設計

2.1 噴霧機整機框架結構設計

為滿足一次性完成兩種作物同時施藥作業，結合江蘇農墾玉米大豆復合種植寬窄行“4+4”模式，機具采用三段結構設計。中間框架用以完成大豆施藥作業，兩側可折疊框架用以完成玉米施藥作業?？紤]大豆對藥劑的敏感性比玉米強，設計中間封閉框架前后端均超過兩側可折疊框架前后端，確保在不同風速及風向情況下有效保證封閉效果。玉米大豆帶狀復合種植專用植保機框架結構如圖3 所示。

圖3 框架結構示意圖

2.2 霧化動力及噴霧系統設計

專用噴霧機動力來源拖拉機動力輸出軸，轉速選擇540 r/min，動力傳遞路線為：拖拉機動力輸出軸→萬向節→傳動軸→主皮帶輪→皮帶→從皮帶輪→柱塞泵。噴霧系統設計：通過柱塞泵利用高壓力將藥液從噴孔中壓出形成霧滴，霧滴粒徑為300～400μm，粒徑比常規噴霧粒徑大，可實現防漂移效果。

2.3 隨地仿形裝置設計

江蘇農墾玉米大豆帶狀復合種植區域主要分布在淮河以北地區，該地區常年以稻麥生產為主，夏季雨水較多。為保障玉米大豆增產增收需要，該地區在田間建立了完整的排水溝系，每3.9 m 建立1 條豎溝，每30 m 建立1 條橫溝。農機作業過程中，田間的橫溝對作業機具造成的物理沖擊較大，機具故障率相對較高。為降低橫溝對機具的物理沖擊，避免因田面平整度不夠引起機具姿態變化，從而導致藥液漂移，機具設置了隨地仿形地輪。仿形地輪總計4 只，分前后兩排設置。兩排地輪與拖拉機后排輪胎形成“扁擔式”過溝結構，以降低過溝沖擊。遇到地面不平整時，機具上的兩排地輪起到支撐作用，避免機具隨拖拉機左右擺動，確保接觸地面的擋簾始終與地面貼合，增強了防漂移效果。隨地仿形地輪結構如圖4 所示。

圖4 隨地仿形地輪結構圖

2.4 藥劑封閉結構設計

農機作業過程中，風速風向隨時變化。采用全封閉式擋簾結構，以保證機具在不同風速及風向情況下均能夠滿足作業要求。左右兩側擋簾上部采用固定式，透明薄膜被緊固在框架上面。通過透明薄膜可觀察噴頭噴淋狀態。左右兩側擋簾下部可調節，封閉薄膜隨重力自由下垂。薄膜內側設置彈齒，避免薄膜向內曲卷影響施藥。前后兩側擋簾上部采用上下可調節式結構，滿足不同高度作物的植保作業需求。前后兩側擋簾下部采用裙擺式設計，材料用軟質防水布條，布條寬約5～6 cm，兩兩重疊3 cm 左右。裙擺式設計既保障了擋簾的密閉性，又提高了作物的通過性。

2.5 可調噴頭設計

化除時，玉米高度約為25～30 cm，大豆高度約為15～20 cm；化控時，玉米高度約為120～130 cm，大豆約為50～70 cm?；龝r，作物較矮，為保證施藥、防漂移效果，噴頭高度設置得相對較低，噴頭形成的扇面寬度較窄?；貢r，作物較高，為保證機具的通過性，噴頭的高度需要設置得相對較高，噴頭形成的扇面寬度較寬。噴頭上下左右可調節，能滿足不同高度作物的植保作業需求，避免因噴頭高度、節距設置不合理造成藥液重噴、漏噴或過多藥液噴淋在封閉擋簾上等現象?？烧{噴頭結構如圖5 所示。

圖5 可調噴頭結構圖

3 樣機試驗

將設計好的樣機進行三維虛擬裝配，依據二維圖紙進行零部件加工。樣機如圖6 所示。

圖6 專用噴霧機樣機

3.1 試驗條件

樣機在江蘇省農墾農業發展股份有限公司黃海分公司進行了試驗。試驗分為模擬試驗和實際田間試驗兩部分。田間試驗主要測定作業效率和植保效果，模擬試驗主要測定藥劑有無漂移現象和噴霧分布均勻性。試驗時風速在3 級以上，分別做側風、頂風、順風試驗。按實際田間情況建立橫向排水溝系。工作壓力3 bar，車速5 km/h，噴頭離地高度30 cm。合理調節封閉框架前后擋簾、兩側擋簾高度，保證機具通過時不傷苗。

3.2 模擬試驗

在田間按玉米大豆帶狀復合種植分布分別鋪設三塊無紡布。噴施大豆的藥箱里配制紅色藥劑，噴施玉米的藥箱里配置藍色藥劑。模擬試驗現場見圖7。

圖7 模擬試驗現場

試驗結果：從無紡布藥液顏色分布情況來看，無藥液漂移現象，噴霧均勻性符合農藝要求。

3.3 田間試驗

提前在田間按照江蘇農墾寬窄行“4+4”模式種植玉米和大豆，化除期對樣機進行田間試驗，并設置人工打藥對照。試驗藥劑按農藝要求配制。實際田間試驗現場見圖8。

圖8 實際田間試驗現場

試驗結果：田間作業效率達到1.6～2 hm2/h，是人工作業效率的10 倍左右。樣機施藥后3～5 d，農藝人員跟蹤發現，玉米、大豆葉片無明顯藥害現象。樣機植保效果、植保效率明顯優于人工打藥對照。

4 結論

1）設計的玉米、大豆復合種植專用懸掛式噴桿噴霧機主要由折疊式機架、藥箱、柱塞泵、分水器、傳動軸、皮帶盤、仿形地輪、全封閉擋簾等組成，結構合理，成本較低。隨地仿形地輪設計有效降低了機具的過溝沖擊，提升了機具的工作穩定性；同時，采用地輪設計可有效避免因地面不平整導致的機具的姿態變化，減少過溝時藥液分布不均勻現象。

2）該機采用防漂移噴頭及全封閉式結構，兩者結合防漂移效果好。

3）采用雙泵+雙藥箱設計，可一次性完成玉米大豆兩種作物化除、化控作業，作業效率高。