黃 勇，戚江濤，趙曉雪，陳紹杰

（1．石河子大學機械電氣工程學院，新疆 石河子832000；2．石河子開發(fā)區(qū)銳益達機械裝備有限公司）

2CM-2/4型馬鈴薯播種機的研制

黃 勇1，戚江濤1，趙曉雪1，陳紹杰2

（1．石河子大學機械電氣工程學院，新疆 石河子832000；2．石河子開發(fā)區(qū)銳益達機械裝備有限公司）

目前，馬鈴薯已成為為世界第四大糧食作物之一，其具有適應性強、產(chǎn)量高、營養(yǎng)豐富等特點。加快馬鈴薯種植機械化是滿足人們對馬鈴薯需求的有效手段之一。文中針對新疆馬鈴薯作物特點及種植模式要求，研制了一種集開溝、施肥、播種、鋪膜鋪管及起壟作業(yè)為一體的馬鈴薯播種機，解決了人工播種強度大、效率低及成本高的問題。該機結(jié)構簡單、性能穩(wěn)定、工作可靠。通過試驗測得，該機播種深度≥15 cm；重播率≤10%；漏播率≤5%；生產(chǎn)率≥0.67 hm2/h。

馬鈴薯；施肥；播種；鋪膜

0 引言

馬鈴薯不僅是一種被廣泛種植的糧食作物，而且還是一種為農(nóng)戶增產(chǎn)增收的經(jīng)濟作物。據(jù)相關數(shù)據(jù)顯示：截至2014年，我國馬鈴薯種植面積達500萬hm2，占世界總種植面積的1/4，居世界首位[1]。2015年，我國已啟動馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略，馬鈴薯主糧化開發(fā)是促進農(nóng)業(yè)結(jié)構調(diào)整的重要舉措，是新形勢下保障國家糧食安全、促進農(nóng)民持續(xù)增收的積極探索[2]。目前，馬鈴薯播種作業(yè)方法仍為傳統(tǒng)的人力播種或半機具播種，存在勞動強度大，效率低及播種精度差等問題，嚴重制約了我國馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。馬鈴薯播種機械化已成為必然趨勢。針對馬鈴薯播種機械，國內(nèi)外相關機構研發(fā)了一系列機型：由內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學研制的2BSL-2型馬鈴薯播種機[3]，該機的特點是入土性好，結(jié)構簡單,對播種地塊的整地質(zhì)量要求不高，但由于采用了對稱曲面開溝器，在開溝過程中使下層土壤外翻，保墑性差，開溝阻力大，不適用于高速播種。2CMFL-2型馬鈴薯播種機[4]采用鏈傳動進行排種，結(jié)構設計為每4個鏈節(jié)安裝1個種勺，具有結(jié)構簡單，經(jīng)濟性好等優(yōu)點，但播種精度不高。德國GRIMME公司生產(chǎn)的VL19E馬鈴薯播種機[5]，采用芯鏵式開溝器、圓盤起壟裝置、鏈條式傳動機構，具有傳動平穩(wěn)、結(jié)構緊湊、可靠性高和播種質(zhì)量好等優(yōu)點。

新疆屬于溫帶大陸性氣候，氣溫變化大、日照時間長、降水量少，為了保證土壤的溫度和濕度，必須采用鋪膜鋪管的方式種植馬鈴薯，又考慮到鋪膜后覆土鎮(zhèn)壓工作，而國內(nèi)外現(xiàn)有的馬鈴薯播種機并不能滿足新疆馬鈴薯種植的農(nóng)藝要求，因此，針對新疆農(nóng)藝特點，研究設計了一種集開溝、施肥、播種、鋪膜鋪管及起壟等為一體的馬鈴薯播種機。

1 結(jié)構及工作原理

1.1 結(jié)構

該機主要由機架、開溝裝置、施肥裝置、播種裝置、起壟裝置、鋪膜鋪管裝置等部分構成（圖1）。

圖1 鋪膜鋪管馬鈴薯播種機結(jié)構示意

1.2 技術參數(shù)

掛結(jié)方式 懸掛式

配套動力（kW） 66

播種行數(shù)（行） 2

生產(chǎn)率（hm2/h） ≥0．67

重種率（%） ≤10

漏播率（%） ≤5

行距（cm） 30～50

株距（cm） 15～20cm

播種深度（cm） ≥15

1.3 工作原理

工作時，通過播種機機架上的上下懸掛點將播種機與拖拉機相連，播種機地輪的轉(zhuǎn)動由拖拉機帶動，并通過開溝裝置在平整好的耕地上開出種溝，同時帶動安裝在地輪軸上的主動鏈輪轉(zhuǎn)動；主動鏈輪通過一系列的鏈傳動帶動施肥軸鏈輪和施肥器，完成施肥作業(yè)；播種主動鏈輪通過鏈傳動帶動播種帶鏈輪和播種帶主動軸，在播種帶轉(zhuǎn)動過程中，當種薯杯轉(zhuǎn)動至種箱底部時，馬鈴薯種薯進入種薯杯，同時在振動裝置作用下未進入種薯杯的馬鈴薯種薯再次落入種箱，進入二次取種過程，薯杯內(nèi)的種薯通過種帶落入種溝，完成播種作業(yè)；播種機前進過程中，起壟犁將種溝兩側(cè)的土覆蓋到種溝上，完成起壟作業(yè)；卷盤上的滴管隨拖拉機的前進將滴管鋪設到種溝旁，完成鋪管作業(yè)；地膜經(jīng)導膜桿、展膜輥平整后，并經(jīng)壓膜輪使地膜貼緊地面，完成鋪膜工作；后經(jīng)覆土盤將地膜兩側(cè)鎮(zhèn)壓，完成覆土作業(yè)，播種的株距由播種機的前進速度控制。

2 關鍵部件結(jié)構設計

2.1 機架的設計

本設計充分考慮機架上所設置的開溝裝置、播種裝置、施肥裝置及鋪膜鋪管裝置等各關鍵零部件的材質(zhì)、重量等參數(shù)，在保證整機工作穩(wěn)定性、減輕整機重量、降低工作損耗的前提下，選用80 mm×80 mm ×5 mm的矩形方鋼焊接機架。

2.2 開溝裝置的設計

目前，常用開溝器的形式有圓盤式、鋤鏟式、芯鏵式及靴式等[5]。圓盤式開溝器主要有單圓盤式和雙圓盤式兩種，前者具有結(jié)構簡單、入土能力強等特點，但其在開溝過程中會使下層濕潤土壤上翻，不利于土壤保墑，從而降低種子發(fā)芽率；后者雖然克服了單圓盤式開溝器的缺點，但是存在結(jié)構復雜、質(zhì)量較大及整機功率損耗大的問題。鋤鏟式和芯鏵式開溝器具有易生產(chǎn)制造、價格低的特點，但是對整地質(zhì)量要求較高，易出現(xiàn)纏草、堵塞等問題[6]。本設計采用靴式開溝犁，其具有入土阻力小、產(chǎn)生振動噪聲小、開溝土層平整等特點，有利于土壤保墑，能夠有效保證播種質(zhì)量。

2.3 播種裝置的設計

播種裝置是馬鈴薯播種機的核心部件，播種裝置的工作性能直接關系到馬鈴薯的產(chǎn)量和質(zhì)量。其主要由種箱、播種帶、種薯杯、種帶通道、除雜裝置及振動裝置等組成。為保證種薯順利進入播種帶的種薯杯中，種箱的箱壁與水平面的夾角必須大于種薯的自然休止角（種薯的休止角一般為24°～34°），這里選取30°。種薯杯為可拆卸式，能夠適應不同規(guī)格的種薯，在單條播種帶上設置兩個交叉分布的種薯杯，在播種過程中采用兩條播種帶并列排布方式，從而形成雙三角形排列種植模式，在節(jié)水環(huán)境下提高了土地利用率，達到了增產(chǎn)增收的目的。播種帶的轉(zhuǎn)動完成種薯的播種過程，為防止播種帶在種帶通道中左右晃動，影響播種行的直線性，采用了外凸型帶輪（圖2）帶動播種帶轉(zhuǎn)動。種帶通道中設置的倒“V”形隔板可有效防止交叉分布的兩條種薯杯中的種薯在下落過程中偏離種道。為了保證一個種薯杯中只有一個種薯，設計的凸輪機構的振動裝置可以將進入種勺的多余薯塊抖落，從而降低重播率。

圖2 外凸型帶輪

2.4 種箱的容積計算

種箱必須要有足夠的容積，才能滿足播種要求。一般情況下，播種機會在地頭加種。影響種箱容積的因素主要有：株距、地塊往返行程以及地塊幅寬等，為了保證播種質(zhì)量，種箱一般留有10%的播種余量，首先假定地塊長度D=1000 m，種箱容積可通過公式1確定：

式中 L—地塊往返行程的距離，取L=2000 m；B—工作幅寬，取B=1100 mm；Nmax—單位面積最大播種量，kg/hm2；播種株距為100 mm，在100 m內(nèi)需要約850個種薯，每個種薯重量約為50 g，計算得出Nmax≈43．75 kg；Y—種子的單位容積質(zhì)量，kg/L，單位容積內(nèi)可以容納130個種薯，平均每個種薯的質(zhì)量為50 g，計算得出Y≈7．50 kg/L。代入公式（1）計算得：V=21．16 L

實際種箱的容積一般比理論數(shù)據(jù)略大，因此取V=30 L。

2.5 施肥裝置的設計

施肥裝置主要由蓋板、排肥器蓋、排肥器、施肥軸等部件組成（圖3）。其中蓋板上設有篩孔，可以有效過濾肥料中的雜質(zhì)，防止阻塞排肥器；排肥器蓋設計成倒v字形，并與箱體之間形成間隙（圖4），肥料下落過程中，先由排肥器蓋分流，后經(jīng)排肥器蓋與箱體的間隙進入排肥器，可有效防止肥料在出肥口阻塞，導致施肥不連續(xù)；排肥器外接設在箱體底部的排肥管，將肥料均勻播撒在種溝中，完成施肥作業(yè)。

圖3 施肥裝置

圖4 排肥器蓋

2.6 鋪膜鋪管裝置的設計

針對新疆作物種植面積大的特點，在馬鈴薯種植過程中需要進行鋪膜鋪管作業(yè)對土地進行保墑，提高馬鈴薯成活率。本裝置的鋪管裝置主要由卷盤、導輥和滴灌帶等組成，滴灌帶卷繞在卷盤上，經(jīng)過導輥鋪設在地面上。鋪膜裝置主要由地膜卷、導膜桿、展膜輥和壓膜輥等組成。地膜經(jīng)由導膜桿進入展膜輥，展膜輥將地膜壓緊在地面，并將滴灌帶覆蓋，完成鋪膜鋪管作業(yè)。

2.7 傳動系統(tǒng)的設計

機械裝置的各關鍵部件之間配合程度的好壞取決于傳動系統(tǒng)工作的準確性及穩(wěn)定性。傳動系統(tǒng)的動力傳輸布局是否合理是減少整機工作損耗，提高工作部件可靠性的關鍵。本裝置所設計的傳動系統(tǒng)（圖5）采用鏈輪鏈條傳動方式，其動力源是地輪，地輪在轉(zhuǎn)動過程中驅(qū)動主動輪轉(zhuǎn)動，主動輪將動力分配給播種帶主動輪和肥箱主動輪，從而實現(xiàn)播種作業(yè)和施肥作業(yè)。通過調(diào)整鏈輪的大小實現(xiàn)播種量和施肥量的有效配合。

圖5 傳動原理

3 田間試驗

2014年春季，項目組成員在石河子二十里店四隊選擇原馬鈴薯種植地一塊，地長約100 m，將播種株距調(diào)整為15 cm，行距調(diào)整為40 cm，機車一檔行進，兩行播種。通過調(diào)整鏈輪的大小實現(xiàn)了播種量和施肥量的有效配合。展膜輥工作可靠，地膜無起皺現(xiàn)象。試驗完成后測定總株數(shù)為1 330株，播種深度為17 cm，其中空穴為54株，空穴率為4．06%，重播為97株，重播率為7．29%。

4 結(jié)束語

設計完成的集開溝、施肥、播種、鋪膜鋪管及起壟等為一體的2CM-2/4馬鈴薯播種機，實現(xiàn)了馬鈴薯機械化播種作業(yè)。通過試驗顯示：該機生產(chǎn)率≥0．67 hm2/h；播種深度≥15 cm；重播率≤10%；漏播率≤5%。在試驗期間整機性能穩(wěn)定可靠、作業(yè)效率高、播種質(zhì)量達到設計要求。

[1]王強．2CMG-4型馬鈴薯播種機排肥系統(tǒng)的設計研究[D]．內(nèi)蒙古:內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學，2014．

[2]盧肖平．馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略的意義、瓶頸與政策建議[J]．華中農(nóng)業(yè)大學學報(社會科學版),2015（03）:1～7．

[3]趙滿全，竇衛(wèi)國，趙士杰，等．2BSL-2型馬鈴薯起壟播種機的研制[J]．內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學學報，2001，22（1）：101～104．

[4]劉小娟，張書．2CMFL-2型馬鈴薯種植機排種器的設計研究[J]．農(nóng)業(yè)機械，2008（9）：48～49．

[5]劉繼平．德國VL19E型雙行馬鈴薯播種機試驗研究[J]．試驗研究，2006（5）：39．

[6]趙金輝．播種機開溝器力學性能測試裝置的研究與設計[D]．北京：中國農(nóng)業(yè)機械化科學研究院，2014．

The Development of 2CM-2/4 potato planter

Huang Yong1;Qi Jiang-tao1;Zhao Xiao-xue1;Chen Shao-jie2
(1．College of Mechanical and Electronical Engineering,Shihezi University，Shihezi 832000 China；2．Shihezi Development Zone Ruiyida Machinery and Equipment Co．,LTD)

Potato hasbecome one of the fourth largest cropsof world at present,it ischaracterized by strong adaptability,high yield,nutrient-rich,etc.Therefore,accelerate the mechanization of potato growing isone of the effective means to meet people's demand for potato.According to the features of the potato and planting patterns in Xinjiang,developed a set of ditching, fertilizing,planting,laying pipe laying and ridging as one of the potato planter,solve the problem of manual sowing intensity, low efficiency,high cost and so on.The machine has the advantages of simple structure,reliable performance,ect.The results showed that,planting depth≥15cm;replay rate≤10%;leakage rate≤5%;productivity≥0.67hm2/h.

Potato;Fertilize;Planter;Filming

10．13620/j．cnki．issn1007-7782．2015．05．006

S223．26

A

1007-7782（2015）05-0018-04

2015-10-26