自适应翻覆一体式豆类播种装置的设计与研究

基金项目：天津职业技术师范大学2023年大学生创新创业训练计划项目“自适应翻覆一体式豆类播种装置”（202310066033）

摘要： 本文围绕自适应翻覆一体式豆类播种装置，阐述研发背景与现状，点明问题及方向。介绍其结构、原理与创新，该装置可提升播种效率与精准度，适应多环境，但耐久性和智能化待改进，为农业现代化提供技术支持。

关键词：自适应；豆类播种装置；一体式设计；农业现代化

一、引言

豆类作物（含一年生油料作物）富含蛋白质、微量营养素、维生素、矿物质及植物纤维。这类作物不仅能够通过根瘤菌共生体系固定空气中的氮素，还能适应多种耕作制度。尽管谷物始终是能量和蛋白质的主要来源，但在许多亚洲国家豆类仍是热量、蛋白质及脂肪的重要补充来源。尤其值得注意的是豆类作物不仅能增加农户收入、丰富种植体系还能维持农田生产力——由此可见，豆类在改善营养状况方面具有不可忽视的重要意义[1]。

二、研究背景

2.1 豆类作物的重要性

豆科后茬作物增产得益于氮素供给与非氮效应（抑制病虫害、改良土壤）协同。基于此提出两个假设：一是主作物施氮肥会抑制根瘤固氮，削弱豆科前茬效应；二是由于非豆科轮作的断茬效应可提升后茬产量，作物多样化（物种、功能、时间维度）将降低豆科作物非氮前茬效应[2]。

2.2 现代农业面临的挑战

改革开放至今，我国对于“三农”问题的重视度不断提高，现代农业机械化在农业供给侧结构性改革、农业种植技术发展中发挥着重要作用，逐渐成为现代农业中不可缺少的重要技术，且具有良好的发展前景。现代农业机械化种植技术较传统技术具有显著优势，通过大力发展农业机械化可有效提高农业种植质量促进农户增产增收[3]。

三、国内外研究现状

3.1 国外研究现状

国外豆类播种装置研究起步早、技术成熟，像美国 John Deere 和荷兰 Lely 公司的播种机，可自动播种、翻土，实现高效种植。但因其体型大难以适配我国小地块。目前，仅北美地区（尤其加拿大萨斯喀彻温省）干豌豆种植面积呈增长趋势其与谷物、油料作物轮作，在资源利用、提升后茬作物产量品质和改善土壤等方面优势明显。

作为全球最主要的羽扇豆生产国，澳大利亚近十年来该作物的种植面积和产量均大幅下降。这主要归因于市场需求萎缩以及田间杂草对除草剂耐受性增强[4]。

3.2 国内研究现状

针对窝眼轮式排种器种子挤压堵塞窝孔、造成缺苗断垄问题，张宇文[5]研制新型多功能精密排种器设计推种齿并推导曲面方程组合精密与常规排种。该技术应用于蔬菜播种机可防漏播。鉴于我国部分地区蔬菜生产规模小、人工成本高，应研发小型蔬菜播种装备[6]，降低劳动强度、提高效率。

四、自适应翻覆一体式豆类播种装置设计

4.1 设计目标

研发自适应翻覆一体式豆类播种装置，集自动化播种与自动翻土功能于一体适配不同地区与作物，提升种植效率、精准度，降低劳动强度与成本提高豆类产量与质量。

4.2 结构设计

装置涵盖翻土、排肥、播种、开沟覆土镇压等模块。翻土借拖拉机动力作业；排肥可调节施肥量与间距；播种运用真空负压精准播种；开沟覆土镇压协同保障作业质量。

4.3 工作原理

拖拉机驱动装置，依次完成翻土、开沟、排肥、气吸式播种、覆土镇压全流程。

4.4 创新特色

采用一体式设计集成多功能提升自动化水平与效率适用广泛且节能环保，相比传统设备，优化种植流程、降低成本。

然而，该机型因体积庞大、重量较重，存在配套动力要求高、能耗较大、各部件协同性差等缺陷。后续研究应着重从以下方面开展：在关键环节采用新型结构、新方法及新技术以提升作业质量；降低作业能耗；探索各机构间的协同配合与互作关系；开展机理研究；并评估不同环境下的作业稳定性[7]。

五、应用前景与展望

5.1 应用前景

自适应翻覆一体式豆类播种装置具有广阔的应用前景。在我国小地块农业生产中，该装置能够提高种植效率和质量减少劳动强度增加农民收入。随着农业现代化的推进，对高效、精准农业机械的需求不断增加，该装置有望在市场上获得广泛应用推动我国农业机械化发展。

5.2 未来展望

该设计虽提升播种效率与精度，但机械部件高负荷耐久性不足，系统智能化程度低，需增强部件性能、引入先进传感与控制系统。未来应加强研发与推广，推动农业现代化。同时，我国大豆收割机割台存在仿形差、控制滞后、损失率高等问题，研究为其关键技术创新与降低损失提供重要参考[8]。

六、结论

自适应翻覆一体式豆类播种装置的研究对于推动农业现代化具有重要意义。通过对装置的设计、研究和实践，有效改善了传统豆类播种技术存在的问题，提高了种植效率和质量。然而，该装置仍需在耐久性和智能化方面进行改进。未来应持续加强技术研发，提高装置性能，以满足现代农业发展的需求，促进农业可持续发展。

七、参考文献

[1] Shanmugasundaram S. Present situation and economic importance of legumes in Asia and Pacific region[J]. Processing and utilization of legumes， 2003.

[2] Zhao J， Chen J， Beillouin D， et al. Global systematic review with meta-analysis reveals yield advantage of legume-based rotations and its drivers[J]. Nature Communications， 2022， 13（1）： 4926.

[3] 贺洪铭.农业种植技术和现代农业机械化的相关性及发展策略[J].中国农机装备，2025，（04）：52-55.

[4] Siddique K H M， Johansen C， Turner N C， et al. Innovations in agronomy for food legumes. A review[J]. Agronomy for sustainable development， 2012， 32： 45-64.

[5] 段宏兵. 几种国外小粒种子气吸式精密排种器的结构分 析[J]. 中国农机化， 2008（2）： 87-89.

[6] Yuqian Y， Yunqiang L， Haihua W， et al. Current state and development trend of precision seeding equipment for vegetable seeds in China[J]. Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2024， 45（1）： 54.

[7] Yang H， Wang Q， He J， et al. Current Status and Future Directions for Combined Tillage and Sowing Technology and Equipment[J]. Applied Sciences， 2024， 14（24）： 11707.

[8] Xiao L， Jianji W， Yan Z. Research status analysis of key technology and loss of soybean harvester header[J]. Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2024， 45.