石林榕 楊小平 趙武云 孫 偉 李榮斌 孫步功

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院， 蘭州 730070； 2.酒泉市鑄隴機(jī)械制造有限責(zé)任公司， 酒泉 735000)

0 引言

甘肅省為馬鈴薯重要的主產(chǎn)區(qū)，種植面積逐年增加，但機(jī)械化作業(yè)水平較低[1-3]。壟作覆膜種植為甘肅的主要栽培模式，尤其寬壟雙行鋪膜種植機(jī)應(yīng)用廣泛，效益較高[4]。

國(guó)外沒(méi)有針對(duì)地膜覆蓋技術(shù)的馬鈴薯播種機(jī)，且現(xiàn)有機(jī)型價(jià)格昂貴、維修耗時(shí)長(zhǎng)[5]；國(guó)內(nèi)學(xué)者根據(jù)不同地域馬鈴薯種植農(nóng)藝研制出1220B型寬壟雙行馬鈴薯聯(lián)合作業(yè)機(jī)[6]、2CM-4型馬鈴薯播種施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)[7]、2CM-2型馬鈴薯播種機(jī)[8]、2CMG-4 型馬鈴薯播種施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)[9]、小型多功能馬鈴薯種植機(jī)[10]等，以上研究表明馬鈴薯寬壟種植模式較傳統(tǒng)種植模式優(yōu)勢(shì)明顯。

針對(duì)甘肅省地膜覆蓋大壟雙行種植農(nóng)藝模式，本文設(shè)計(jì)拋揚(yáng)式膜際覆土馬鈴薯播種聯(lián)合作業(yè)機(jī)。依據(jù)連桿原理確定仿形架的開(kāi)溝器安裝尺寸；研究種勺結(jié)構(gòu)對(duì)取種率的影響；借助EDEM軟件進(jìn)行鏈勺不同最大直徑、深度條件下對(duì)單種合格指數(shù)、漏播指數(shù)和重播指數(shù)影響的研究，并優(yōu)選出取種性能較優(yōu)的鏈勺尺寸，以期為甘肅省壟作地膜覆蓋馬鈴薯種植提供針對(duì)性較強(qiáng)的機(jī)型。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

如圖1所示，拋揚(yáng)式膜際覆土馬鈴薯播種聯(lián)合作業(yè)機(jī)主要由主架、仿形架、旋耕裝置、排肥裝置、排種裝置、尾架、拋揚(yáng)式覆土裝置等組成。其中，排種主要由鏈勺式排種裝置等完成；覆膜過(guò)程主要由膜架、壓膜桿等完成；膜際覆土主要由拋揚(yáng)式覆土裝置、覆土鏟等完成。整機(jī)以三點(diǎn)懸掛方式與拖拉機(jī)聯(lián)接。

圖1 拋揚(yáng)式膜際覆土馬鈴薯播種聯(lián)合作業(yè)機(jī)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagrams of throwing and covering soil on film edge of potato combine seeder1.懸掛架 2.主架 3.旋耕裝置 4.起壟犁 5.仿形架 6.壟體整形板 7.開(kāi)溝器 8.地輪 9.膜架 10.壓膜桿 11.拋揚(yáng)式覆土裝置 12.覆土鏟 13.尾架 14.液壓油缸 15.升降架 16.鏈勺式排種裝置 17.排肥裝置 18.鋪管架 19.減速箱

1.2 機(jī)械種植農(nóng)藝

拋揚(yáng)式膜際覆土馬鈴薯播種聯(lián)合作業(yè)機(jī)機(jī)械化播種農(nóng)藝作業(yè)過(guò)程如圖2所示。甘肅省河西走廊馬鈴薯種植農(nóng)藝為：壟寬700 mm，壟高280 mm，壟距1 200 mm，種植行距400 mm，根據(jù)當(dāng)?shù)赝临|(zhì)和降雨量，播種深度范圍為80～140 mm；膜際覆土量范圍為30～50 mm。馬鈴薯機(jī)械化播種具體作業(yè)過(guò)程如圖2a所示:先由旋耕裝置的旋耕刀片將地面分為相間的層土區(qū)和碎土區(qū)，其中1號(hào)層土區(qū)用于支撐壟型，2號(hào)碎土區(qū)用于投放種薯，3號(hào)碎土區(qū)用于起壟。圖2b為排肥裝置在中間層土區(qū)施基肥、起壟犁起壟、壟體整形板優(yōu)化壟型、排種開(kāi)溝器開(kāi)溝和排種、覆膜，同時(shí)，3號(hào)碎土區(qū)保留一部分碎土用于膜際覆土；如圖2c所示，對(duì)地膜覆蓋壟型進(jìn)行膜際覆土。

圖2 馬鈴薯播種聯(lián)合作業(yè)機(jī)農(nóng)藝作業(yè)過(guò)程Fig.2 Agronomic processes of potato combine seeder1.層土 2.碎土 3.壟溝第1層碎土 4.馬鈴薯 5.地膜 6.基肥 7.壟溝第2層碎土 8.膜際覆土

1.3 工作原理

圖3 馬鈴薯播種聯(lián)合作業(yè)機(jī)運(yùn)動(dòng)傳遞過(guò)程Fig.3 Movement process of potato combine seeder1.三點(diǎn)懸掛架 2.動(dòng)力輸入軸 3.變速箱 4.旋耕刀軸 5.地輪 6.排肥輪軸 7.勺鏈排種器動(dòng)力輸入軸 8.勺鏈排種器傳動(dòng)軸 9.液壓馬達(dá) 10.動(dòng)力傳遞軸 11.拋揚(yáng)葉輪軸 12.液壓缸

如圖1～3所示，作業(yè)時(shí)，拖拉機(jī)牽引整機(jī)以一定的速度前行。同時(shí)拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸通過(guò)變速箱將動(dòng)力傳遞至旋耕刀軸，在旋耕裝置作用下將地分為層土區(qū)和碎土區(qū)，如圖2a所示；安裝在仿形架上的地輪在土壤摩擦力作用下旋轉(zhuǎn)，分別帶動(dòng)排肥裝置和鏈勺式排種裝置，排肥過(guò)程稍前于起壟過(guò)程，并施基肥于層土B區(qū)，其后起壟犁起壟和壟體整形板整型；同時(shí)，兩套鏈勺式排種裝置將馬鈴薯通過(guò)排種開(kāi)溝器按一定株距交叉投放于碎土區(qū)。播種地膜在壓膜架的作用下鋪放于壟面，此時(shí)，層土區(qū)A、C兩側(cè)碎土區(qū)還存在一定量的碎土，如圖2b所示；拖拉機(jī)液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)，帶動(dòng)拋揚(yáng)式覆土裝置進(jìn)行二次碎土和覆土作業(yè)，如圖2c所示。

1.4 主要技術(shù)指標(biāo)

拋揚(yáng)式膜際覆土馬鈴薯播種聯(lián)合作業(yè)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 機(jī)架

2.1.1機(jī)架組成

傳統(tǒng)馬鈴薯聯(lián)合作業(yè)機(jī)機(jī)架屬于一體[11-12]，馬

表1 馬鈴薯播種聯(lián)合作業(yè)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)Tab.1 Main technical parameters of potato combine seeder

鈴薯播深一致性較差；由于機(jī)體較長(zhǎng)，運(yùn)輸過(guò)程中容易發(fā)生側(cè)翻。為避免以上問(wèn)題出現(xiàn)，本文設(shè)計(jì)的機(jī)架主要由主架、仿形架和尾架等組成(圖4)。主架用于安裝旋耕裝置，通過(guò)三點(diǎn)懸掛機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)作業(yè)深度。仿形架用于安裝排肥裝置和播種裝置，與主架通過(guò)鉸接連接，仿形能保證馬鈴薯播深一致性；尾架用于安裝拋揚(yáng)式覆土裝置，與仿形架鉸接，可通過(guò)液壓油缸作用升降覆土裝置，方便運(yùn)輸。

圖4 機(jī)架結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Structure diagrams of frame1.主架 2.仿形架 3.尾架 4.液壓油缸 5.頂架 6.壓簧

2.1.2地輪安裝尺寸確定

開(kāi)溝器與地輪在與土壤發(fā)生接觸的過(guò)程中保持穩(wěn)定，根據(jù)連桿原理分析可將仿形架仿形過(guò)程簡(jiǎn)化為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，開(kāi)溝器受到的土壤及自身重力扭矩與土壤對(duì)地輪向上的扭矩平衡。

對(duì)圖5b分析可知，矢量方程為

lOC=lOA+lAC

(1)

lOD=lOB+lBD

(2)

由式(1)、(2)可知A、C、D點(diǎn)坐標(biāo)為

(3)

(4)

(5)

式中l(wèi)3——開(kāi)溝器與鉸接點(diǎn)O間的安裝距離，mm

R——地輪半徑，mm

l1——桿1長(zhǎng)度，mm

α——桿1與x軸正向間的角度，(°)

β——桿2與x軸正向間的角度，(°)

θ——桿1與桿3間的夾角，(°)

由圖5b分析可知，桿2與水平線間的角度β始終為270°，因此式(4)可簡(jiǎn)化為

(6)

為了使地輪與開(kāi)溝器仿形量同步，C、D點(diǎn)y方向速度應(yīng)相等，可得

l1cosα=l3cos(α-θ)

(7)

由式(7)可知，開(kāi)溝器與地輪水平方向離O點(diǎn)安裝長(zhǎng)度應(yīng)相等，但地輪隨地面起伏與O點(diǎn)水平距離時(shí)刻發(fā)生變化，本機(jī)將開(kāi)溝器安裝于地輪軸上來(lái)解決該問(wèn)題。已知h2=90 mm、R=375 mm，根據(jù)馬鈴薯機(jī)械化種植農(nóng)藝要求，種植深度按110 mm計(jì)算可得開(kāi)溝器安裝高度為h1=295 mm，輪軸與O點(diǎn)的距離應(yīng)大于地輪半徑，通過(guò)直角三角形邊長(zhǎng)公式計(jì)算可知l1>364 mm，最終取l1為400 mm。

2.2 鏈勺式排種裝置

2.2.1排種裝置結(jié)構(gòu)

鏈勺式排種器是目前馬鈴薯播種機(jī)應(yīng)用較廣泛的作業(yè)部件。聯(lián)合作業(yè)機(jī)選取的鏈勺式排種裝置結(jié)構(gòu)由種箱、鏈輪、鏈、張緊調(diào)節(jié)桿、防落板、鏈勺和導(dǎo)種管等組成，如圖6a所示。馬鈴薯種薯鏈勺式排種裝置使用鏈條帶動(dòng)取種勺從種箱中舀取種薯，鏈條回轉(zhuǎn)將種薯運(yùn)至開(kāi)溝器處進(jìn)行排種。為便于觀察，減少仿真時(shí)間，刪除與排種過(guò)程無(wú)關(guān)的部件，應(yīng)用Solidworks軟件對(duì)馬鈴薯種薯排種裝置簡(jiǎn)圖進(jìn)行建模，以.mesh格式導(dǎo)入EDEM軟件，仿真簡(jiǎn)圖如圖6b所示。

圖6 鏈勺式排種裝置Fig.6 Structure diagrams of chain-spoon potato metering device1.種箱 2.傳動(dòng)張緊彈簧 3.鏈輪 4.防落板 5.鏈勺 6.鏈7.導(dǎo)種管 8.安裝座 9.張緊調(diào)節(jié)桿

2.2.2種勺尺寸優(yōu)化確定

鏈勺式排種裝置的取種性能直接影響馬鈴薯播種機(jī)的播種質(zhì)量，種勺基本尺寸對(duì)鏈勺式排種裝置的取種率有重要影響[13]。種勺直徑取決于種薯長(zhǎng)度，深度取決于種薯厚度，為了增加充種穩(wěn)定性，種勺深度小于種薯厚度的0.5倍[14-15]，選取“新大坪”整薯200個(gè)，長(zhǎng)、寬、厚統(tǒng)計(jì)平均值范圍為64.5～89.5 mm、74～53.5 mm、42.5～63 mm。通過(guò)對(duì)馬鈴薯統(tǒng)計(jì)長(zhǎng)和厚區(qū)間取平均，鏈勺上開(kāi)口直徑D、深度H初值分別設(shè)為77、26.5 mm。鏈勺基本尺寸如圖7所示。為了優(yōu)選鏈勺基本尺寸，借助EDEM軟件進(jìn)行鏈勺不同最大直徑D、深度H條件下對(duì)單種合格指數(shù)、漏播指數(shù)和重播指數(shù)影響的研究，并以單種合格指數(shù)為重點(diǎn)考察指標(biāo)，兼顧漏播指數(shù)和重播指數(shù)，優(yōu)選出種勺結(jié)構(gòu)參數(shù)。

圖7 鏈勺基本尺寸Fig.7 Basic sizes of spoons

2.2.2.1種薯模型

挑選球形、橢球形和不規(guī)則形3種類型統(tǒng)計(jì)平均值接近的種薯分別進(jìn)行建模。具體建模過(guò)程為：將種薯沿最大輪廓切開(kāi)，將切面與白紙貼合，用鉛筆

將輪廓描出；再將馬鈴薯沿寬度方向切片，根據(jù)馬鈴薯切片方向曲率確定切片厚度，曲率決定切片薄厚，切片厚度基本范圍為10～20 mm，并將每片輪廓描出，將全部馬鈴薯切片的輪廓線自頂向下的順序?qū)隨olidworks，采用放樣命令進(jìn)行馬鈴薯建模，將馬鈴薯三維模型以.mesh格式導(dǎo)入EDEM軟件中對(duì)馬鈴薯模型進(jìn)行顆粒填充，馬鈴薯離散元模型如圖8所示。馬鈴薯填充顆粒信息如表2所示。

圖8 馬鈴薯離散元模型Fig.8 Discrete element model of potato

表2 馬鈴薯填充顆粒信息Tab.2 Information of potato filling particles

2.2.2.2仿真過(guò)程

種薯仿真所需參數(shù)如表3所示。

表3 種薯基本力學(xué)和接觸力學(xué)參數(shù)Tab.3 Physical and contact parameters of potato

仿真模型所選相關(guān)參數(shù)最大程度與實(shí)際條件保持一致，根據(jù)前進(jìn)速度0.69 m/s和河西馬鈴薯種植穴距130 mm，鏈勺間距為113 mm，參考文獻(xiàn)[13]可得

v1=vl/L

(8)

式中v——整機(jī)前進(jìn)速度，m/s

v1——鏈條線速度，m/s

L——理論粒距，mm

l——種勺間距，mm

圖9 排種仿真過(guò)程Fig.9 Process of chain-spoon potato metering device system

經(jīng)過(guò)計(jì)算取種勺的運(yùn)動(dòng)速度為0.6 m/s，有效生成種薯310粒，仿真時(shí)間為168 s，其中0.7 s用于生成馬鈴薯種薯群。仿真時(shí)間步對(duì)仿真影響較大，若時(shí)間步過(guò)大，仿真可能發(fā)散；若時(shí)間步過(guò)小，會(huì)增加計(jì)算時(shí)間[17]，通過(guò)EDEM軟件自帶功能自動(dòng)估算時(shí)間步為1.11×10-4s。馬鈴薯種薯排種仿真過(guò)程如圖9所示。隨著升運(yùn)鏈回轉(zhuǎn)，種薯受到取種勺向上的推力和相鄰種薯的摩擦阻力，種薯被取種勺分離出種群，繼續(xù)隨升運(yùn)鏈旋轉(zhuǎn)至排種口，完成一個(gè)周期的排種任務(wù)。

由仿真過(guò)程發(fā)現(xiàn)，薯群較厚時(shí)，種薯模型漏播率較小，重播率較大；仿真進(jìn)行到后半程時(shí)，排種過(guò)程漏播率增大，重播率減小。

2.2.2.3試驗(yàn)方案與結(jié)果

種薯仿真試驗(yàn)方案及結(jié)果如表4所示。仿真試驗(yàn)方差分析結(jié)果見(jiàn)表5。

由表5可知，種勺最大直徑對(duì)單粒合格指數(shù)、漏播指數(shù)和重播指數(shù)影響極顯著(P<0.01)，種勺深度對(duì)漏播指數(shù)影響顯著(0.01

表4 仿真試驗(yàn)方案與結(jié)果Tab.4 Results and scheme of simulation experiment

表5 方差分析Tab.5 Variance analysis

注：*表示顯著(P<0.05)；** 表示極顯著(P<0.01)。

2.3 拋揚(yáng)式膜際覆土裝置

2.3.1結(jié)構(gòu)

如圖10所示，拋揚(yáng)式覆土裝置主要由起土鏟、拋揚(yáng)葉輪、碎土板和覆土整形犁等組成。當(dāng)聯(lián)合作業(yè)機(jī)作業(yè)時(shí)，拖拉機(jī)液壓系統(tǒng)通過(guò)油管接通液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)拋揚(yáng)葉輪旋轉(zhuǎn)，使起土鏟鏟起土壤向后上拋揚(yáng)，土壤與碎土板碰撞細(xì)碎后落至地膜際邊，再經(jīng)過(guò)覆土整形板刮勻覆土。

地膜覆土質(zhì)量是影響地膜覆蓋馬鈴薯種植的關(guān)鍵因素之一[18]。覆膜土壤細(xì)碎程度和覆土量影響土壟溫度，覆土質(zhì)量較差極易被風(fēng)雨破壞，進(jìn)而影響馬鈴薯出苗率和產(chǎn)量。為了保證拋揚(yáng)式覆土裝置在作業(yè)過(guò)程中對(duì)地膜覆土的一致性和穩(wěn)定性，需對(duì)影響其作業(yè)質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)(拋揚(yáng)葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)、轉(zhuǎn)速)進(jìn)行理論計(jì)算和分析。

圖10 拋揚(yáng)式膜際覆土裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.10 Structure diagram of throwing and covering soil on film edge of potato combine seeder1.外側(cè)板 2.起土鏟 3.拋揚(yáng)葉輪 4.內(nèi)側(cè)板 5.覆土整形板6.傳動(dòng)軸 7.傳動(dòng)防護(hù)罩Ⅰ 8.液壓馬達(dá) 9.支架 10.碎土板11.傳動(dòng)防護(hù)罩Ⅱ

2.3.2膜際覆土量

圖11 膜際覆土作業(yè)過(guò)程Fig.11 Operation process with covering soil on film edge1.起土鏟 2.拋揚(yáng)葉輪 3.固定架 4.碎土板 5.壟頂 6.壟溝 7.壟溝土 8.覆膜土

圖11為覆土作業(yè)過(guò)程：起土鏟將土壤鏟起，土壤經(jīng)拋揚(yáng)葉輪離心力作用拋至碎土板，細(xì)碎后在內(nèi)側(cè)板和外側(cè)板的導(dǎo)向下落到地膜際邊，進(jìn)行鎮(zhèn)壓，單側(cè)鏟起的土量應(yīng)與單側(cè)膜際覆土量相當(dāng)。如圖11所示，當(dāng)聯(lián)合作業(yè)機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)由A點(diǎn)至A′點(diǎn)時(shí)，地膜兩側(cè)覆土量為

Q=2γΔtvS

(9)

其中

式中Q——地膜兩側(cè)覆土量，kg/h

Δt——單位覆土?xí)r間，h

γ——沙壤土容重，取1 300 kg/m3

S——起土鏟有效橫截面積，本文取6.668×10-3m2

w——起土鏟有效寬度，取0.24 m

r——起土鏟鏟形有效半徑，取0.20 m

由式(9)計(jì)算出Q=43 064.60 kg/h，又因整機(jī)前進(jìn)速度為0.69 m/s，經(jīng)過(guò)計(jì)算可知整機(jī)行走0.5 m單邊覆土量為5.98 kg，滿足膜際邊覆土要求。

圖12 拋揚(yáng)葉輪運(yùn)動(dòng)分析Fig.12 Kinematic analysis of impeller

2.3.3拋揚(yáng)葉輪的轉(zhuǎn)速

如圖12所示，拋揚(yáng)葉輪作業(yè)時(shí)，拋揚(yáng)葉輪一邊繞軸旋轉(zhuǎn)，一邊隨牽引機(jī)直線前行。拋揚(yáng)葉輪葉片上一點(diǎn)的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡是一條由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)合成的擺線。牽引速度和拋揚(yáng)葉輪旋轉(zhuǎn)角速度不同，對(duì)拋揚(yáng)葉輪覆土性能產(chǎn)生不同的影響。細(xì)碎后的土壤在重力作用下落至膜際對(duì)地膜進(jìn)行壓實(shí)。葉輪將單位時(shí)間鏟起的土壤細(xì)碎后拋向碎土板，這一過(guò)程葉輪轉(zhuǎn)速、葉片大小、葉片傾角均對(duì)覆土過(guò)程有影響。葉片半徑R1處某一點(diǎn)坐標(biāo)為

(10)

式中R1——拋揚(yáng)葉輪葉片端點(diǎn)的最大回轉(zhuǎn)半徑，m

ω——葉輪回轉(zhuǎn)角速度，rad/s

t——時(shí)間，s

h3——起土鏟后端距溝底的高度，m

(11)

v>ω(h3-R1)

(12)

整機(jī)前進(jìn)速度為0.69 m/s，設(shè)計(jì)R1為230 mm，h3為70 mm。由式(12)可得ω<4.31 rad/s。為提高碎土性能，需提高ω，最終確定葉輪回轉(zhuǎn)角速度為4 rad/s。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 試驗(yàn)條件與材料

2017年4月，在甘肅省酒泉市鑄隴機(jī)械制造有限責(zé)任公司試驗(yàn)田進(jìn)行了拋揚(yáng)式膜際覆土馬鈴薯播種聯(lián)合作業(yè)機(jī)田間作業(yè)性能試驗(yàn)。試驗(yàn)地土壤為沙壤土，田面較平整。試驗(yàn)前對(duì)聯(lián)合作業(yè)機(jī)進(jìn)行調(diào)試，在肥箱中加入磷酸二銨固體顆?；?，在種箱中添加平均三軸尺寸為77 mm×64 mm×53 mm的整塊種薯，種薯含水率為63.5%，表皮帶少量土粉。覆膜掛接架安裝(黑色)聚乙烯地膜(0.01 mm)，可采用地膜回收機(jī)收集。鏈勺式排種裝置的鏈勺最大直徑為77 mm，深度為25.5 mm。測(cè)定試驗(yàn)指標(biāo)前需將試驗(yàn)后的地塊劃分為10個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)為長(zhǎng)度20 m的單壟。

3.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)動(dòng)力采用東方紅MF554型拖拉機(jī)，標(biāo)定功率為40.45 kW，作業(yè)機(jī)前進(jìn)速度為0.69 m/s。依據(jù)NY/T 1415—2007《馬鈴薯種植機(jī)質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》測(cè)定合格指數(shù)、漏種指數(shù)、重播指數(shù)、種植深度合格率和種薯間距合格指數(shù)[19-20]，覆土傾角作為能夠體現(xiàn)聯(lián)合作業(yè)機(jī)工作性能的測(cè)試指標(biāo)；重點(diǎn)對(duì)旋耕裝置、鏈勺式排種裝置和拋揚(yáng)式測(cè)覆土裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行檢驗(yàn)。膜際覆土量和土量?jī)A角分別用精度1 mm鋼板尺和角度尺測(cè)量，對(duì)每個(gè)小區(qū)按5 m距離分別測(cè)取膜際覆土傾角。拋揚(yáng)式膜際覆土馬鈴薯播種聯(lián)合作業(yè)機(jī)田間試驗(yàn)如圖13所示。

圖13 田間試驗(yàn)Fig.13 Field test

3.3 結(jié)果分析

拋揚(yáng)式膜際覆土馬鈴薯播種聯(lián)合作業(yè)機(jī)田間試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。由試驗(yàn)結(jié)果可得，拋揚(yáng)式膜際覆土馬鈴薯播種聯(lián)合作業(yè)機(jī)試驗(yàn)指標(biāo)均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。試驗(yàn)中整機(jī)傳動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠，旋耕裝置

能將土壤分離為3個(gè)交替區(qū)(層土區(qū)和碎土區(qū))。鏈勺式排種裝置取種流暢、排種精確。拋揚(yáng)式覆土裝置傳動(dòng)比合理，葉輪能將起土鏟鏟起土壤拋出，未發(fā)現(xiàn)起土鏟后端出現(xiàn)壅土現(xiàn)象，葉輪轉(zhuǎn)速能將土壤細(xì)碎，能將地膜兩邊覆蓋緊實(shí)，覆土角度合理。與傳統(tǒng)馬鈴薯聯(lián)合作業(yè)播種機(jī)播深合格率相比提升了4.87%[18]。

表6 田間試驗(yàn)結(jié)果Tab.6 Results of field test

4 結(jié)論

(1)設(shè)計(jì)的馬鈴薯播種聯(lián)合作業(yè)機(jī)采用分段機(jī)架，播深合格率指標(biāo)優(yōu)于傳統(tǒng)播種機(jī)。依據(jù)離散元法優(yōu)選出取種效果較好的鏈勺尺寸。計(jì)算出拋揚(yáng)式膜際覆土裝置核心部件的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)，提高了地膜際邊覆土質(zhì)量。

(2)田間試驗(yàn)表明，拋揚(yáng)式膜際覆土馬鈴薯播種聯(lián)合作業(yè)機(jī)播種合格指數(shù)為88.6%，漏種指數(shù)為5.3%，重播指數(shù)為6.1%，種植深度合格率為90.4%，種薯間距合格指數(shù)為89.4%，覆土傾角為65.3°，田間性能試驗(yàn)指標(biāo)均達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，能夠完成旋耕、施肥、馬鈴薯播種、起壟、覆膜、膜際覆土一體化作業(yè)。

1 賈晶霞，楊德秋，李建東，等.馬鈴薯栽培農(nóng)藝與機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)調(diào)研綜述[J]．農(nóng)機(jī)化研究，2010，32(11)：1-6．

JIA Jingxia, YANG Deqiu, LI Jiandong, et al. Investigation summary about potato planting agriculture and mechanical production technique[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2010, 32(11): 1-6.(in Chinese)

2 謝奎忠，陸立銀，胡新元，等．干旱半干旱地區(qū)適宜馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略新品種篩選試驗(yàn)[J]. 中國(guó)種業(yè)，2017(9)：48-50．

3 王澤明．舀勺式馬鈴薯播種機(jī)排種器的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究[D]．哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2015.

4 牛若超. 馬鈴薯大壟雙行栽培示范[J]. 中國(guó)馬鈴薯，2010，24(2)：84-85．

NIU Ruochao. Cultivation demonstration of potato wide ridge with double-row[J]. Chinese Potato Journal, 2010, 24(2): 84-85．(in Chinese)

5 劉全威，吳建民，王蒂，等．馬鈴薯播種機(jī)的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展[J]．農(nóng)機(jī)化研究，2013，35(6)：238-241．

LIU Quanwei, WU Jianmin, WANG Di, et al. Current status and progess of the potato seeder[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2013, 35(6): 238-241.(in Chinese)

6 高波，王昕瑋，李洋，等. 1220B型寬壟雙行馬鈴薯聯(lián)合作業(yè)機(jī)的研制[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，2013，35(3)：121-125．

GAO Bo, WANG Xinwei, LI Yang, et al. Development of 1220B-type double-wide ridge combine potato planter[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2013, 35(3): 121-125.(in Chinese)

7 李明金，許春林，李連豪，等．2CM-4型馬鈴薯播種施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)的研制[J]．黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，24(1)：14-16．

LI Mingjin, XU Chunlin, LI Lianhao, et al. Research and development of 2CM-4 sowing and fertilization combined machine for potato[J]. Journal of Heilongjiang Bayi Agricultural University, 2012, 24(1): 14-16.(in Chinese)

8 高明全，張旭東，劉維佳，等．2CM-2型馬鈴薯播種機(jī)關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)[J]．沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，43(2)：237-240.

GAO Mingquan, ZHANG Xudong, LIU Weijia, et al. Design on the critical parts of 2CM-2 type potato planter[J]. Journal of Shenyang Agricultural University, 2012, 43(2): 237-240.(in Chinese)

9 高雄，郝磊．2CMG-4型馬鈴薯播種機(jī)排肥試驗(yàn)研究[J]．農(nóng)機(jī)化研究，2016，38(4)：205-208．

GAO Xiong, HAO Lei. Study on fertilizer experiment of 2CMG-4 type potato planter[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2016, 38(4): 205-208.(in Chinese)

10 岳群，蔣金琳，戰(zhàn)長(zhǎng)齡，等．小型多功能馬鈴薯種植機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]．農(nóng)機(jī)化研究，2015，37(10)：128-131．

YUE Qun, JIANG Jinlin, ZHAN Changling, et al. Design and test of multifunctional small potato planting machine[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2015, 37(10): 128-131.(in Chinese)

11 李成松，馮玉磊，坎雜，等. 單行懸掛式馬鈴薯施肥種植機(jī)的研制[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41(6)：369-371.

12 段青天，盛國(guó)成. 2CM-1型馬鈴薯種植機(jī)的研究與設(shè)計(jì)[J]. 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2016，37(2)：39-42.

DUAN Qingtian, SHENG Guocheng. Research and design of 2CM-1 type potato planting machine[J]. Journal of Chinese Agricultural Mechanization, 2016, 37(2): 39-42.(in Chinese)

13 呂金慶，楊穎，李紫輝，等. 舀勺式馬鈴薯播種機(jī)排種器的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2016，32(16)：17-25.

Lü Jinqing, YANG Ying, LI Zihui, et al. Design and experiment of cup-belt type potato seed-metering device[J]. Transactions of the CSAE, 2016, 32(16): 17-25.(in Chinese)

14 張波屏. 現(xiàn)代種植機(jī)械工程[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997：298-319.

15 張一峰. 馬鈴薯旋耕起壟播種機(jī)的設(shè)計(jì)研究[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械，2014(11)：138-140.

16 馮斌，孫偉，石林榕，等. 收獲期馬鈴薯塊莖碰撞恢復(fù)系數(shù)測(cè)定與影響因素分析[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2017，33(13)：50-57.

FENG Bin, SUN Wei, SHI Linrong, et al. Determination of restitution coefficient of potato tubers collision in harvest and analysis of its influence factors[J]. Transactions of the CSAE, 2017, 33(13): 50-57.(in Chinese)

17 ?？?，周利明，苑嚴(yán)偉，等. 勺鏈?zhǔn)今R鈴薯排種器自補(bǔ)種系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J/OL]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2016，47(增刊)：76-83. http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?flag=1&file_no=2016s012&journal_id=jcsam.DOI:10.6041/j.issn.1000-1298.2016.S0.012.

NIU Kang, ZHOU Liming, YUAN Yanwei,et al.Design and experiment on automatic compensation system of spoon-chain potato metering device[J/OL]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2016, 47(Supp.): 76-83.(in Chinese)

18 孫偉，劉小龍，張華，等. 馬鈴薯施肥播種起壟全膜覆蓋種行覆土一體機(jī)設(shè)計(jì)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2017，33(20)：14-22.

SUN Wei, LIU Xiaolong, ZHANG Hua, et al. Design of potato casing soil planter in all-in-one machine combined with fertilizing, sowing, ridging, complete film mulching and planting line covering[J]. Transactions of the CSAE, 2017, 33(20): 14-22.(in Chinese)

19 王希英，唐漢，王金武，等. 雙列交錯(cuò)勺帶式馬鈴薯精量排種器優(yōu)化設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J/OL]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2016，47(11)：82-90. http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?flag=1&file_no=20161111&journal_id=jcsam.DOI：10.6041/j.issn.1000-1298.2016.11.011.

WANG Xiying, TANG Han, WANG Jinwu, et al. Optimized design and experiment on double-row cross spoon-belt potato precision seed metering device[J/OL]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2016, 47(11): 82-90.(in Chinese)

20 楊然兵，楊紅光，尚書(shū)旗，等. 撥輥推送式馬鈴薯收獲機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J/OL]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2016，47(7)：119-126. http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?flag=1&file_no=20160717&journal_id=jcsam.DOI:10.6041/j.issn.1000-1298.2016.07.017.

YANG Ranbing, YANG Hongguang, SHANG Shuqi, et al. Design and test of poking roller shoving type potato harvester[J/OL]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2016, 47(7): 119-126.(in Chinese)