李 慧 ，何騰飛 ，劉 虎 ，史 嵩 ,2，周紀磊 ，劉學串 ，汪寶卿

（1. 山東省農業(yè)機械科學研究院，濟南 250100；2. 農業(yè)農村部黃淮海現代農業(yè)裝備重點實驗室，濟南 250100；3. 山東省農業(yè)科學院，濟南 250100）

0 引言

中國甘薯種植面積和出口量均居世界首位[1]，具有區(qū)域廣、跨度大等特點。針對不同作業(yè)場景，農藝專家們探索了多種甘薯種植生產模式[2]。丘陵山地甘薯生產量占全國總量的62.8%[3]，甘薯覆膜壟作栽培是北方薯區(qū)丘陵山地區(qū)域的主要種植模式，具有增加土壤有效積溫，改善膜內土壤結構與墑情等作用，可顯著提高甘薯產量[4-5]，有利于緩解人口增加與糧食短缺的矛盾[6-7]。甘薯裸苗（薯苗）膜上扦插是覆膜壟作栽培模式的重要環(huán)節(jié)，需要滿足莖蔓種植、淺栽、多埋節(jié)等復雜農藝要求。目前中國丘陵山地薯苗膜上扦插主要依靠人工作業(yè)，勞動強度大、效率低，各穴種植姿態(tài)一致性差[8]。丘陵山地甘薯移栽機短缺是提升甘薯生產機械化水平的短板和卡點[9]。

目前旱地作物覆膜栽培生產方式主要用于膜上播種或移栽。其中膜上播種包括花生[10]、棉花[11]、馬鈴薯[12]、小麥[13]、玉米[14]等多種作物，主要通過研究速度補償機構、凸輪與曲柄組合機構、平行四桿機構等控制鴨嘴成穴器，使其減弱入土-出土播種期間的水平移動，從而緩解撕膜、挑膜、錯位等現象導致的漏播問題。意大利FORIGO 公司[15]和侯守印等[16]通過膜上側向開穴解決覆膜播種時膜孔尺寸大、形狀不規(guī)則、播種質量差等問題。膜上移栽則主要通過機械裝置剪切、擠壓等動作，實現壟體膜上開穴、膜下土壤運移和回填，以滿足移栽苗位姿需求[17]。許春林等[18]設計了步行式水稻缽苗膜上開孔移栽機構，實現了水稻缽苗膜上栽植，在秸稈纖維地膜和塑料地膜上其開孔刀開出的膜孔寬度和長度皆滿足設計需求。LIU 等[19]和金鑫等[20]分別采用五連桿機構和滑塊機構控制鴨嘴栽植器動作，解決膜上移栽穴口大、直立度低、穴口地膜破損等問題。YANG 等[21]指出在相同種植頻率下，吊杯式移栽機采用錐形杯的破膜大小、地膜破損程度和成孔性能均優(yōu)于多邊形杯。胡飛等[22]采用復合曲柄搖桿配合鴨嘴栽植器實現蔬菜膜上雙行栽植。韓長杰等[23]開展了半自動壓縮基質型西瓜缽苗移栽機的成穴器參數優(yōu)化研究，發(fā)現成穴深度是影響穴口上部縱長的主要因素。

上述研究主要針對缽苗膜上直立栽種，而甘薯膜上移栽需要采用裸苗進行淺栽、多埋節(jié)種植，以增加產量[24]?，F有機具主要有荷蘭MICHIGAN 和意大利CHECCHI&MAGLI 公司生產的MT 移栽機和OTMA 移栽機[25-27]、胡良龍等[28]設計的甘薯裸苗復式栽植機。這些機器主要用于無覆膜壟體的甘薯移栽，通過開溝投苗覆土方式種植裸苗。針對甘薯膜上移栽模式，朱斌彬等[29]進行了指夾式栽植機構的運動軌跡理論分析。PAN 等[30]研制了用于大田作業(yè)的甘薯膜上多行復式移栽機，可實現薯苗膜上船底形栽插姿態(tài)。日本井關農機株式會社[31]則研發(fā)了PVH 型帶夾送苗式手扶移栽機，通過棘輪棘爪控制送苗裝置跟隨植苗部件運動，可實現精準間歇送苗，但采用棘輪棘爪也限制了作業(yè)速度的提升。LIU 等[32]設計了一種履帶式甘薯移植機，該機器可以完成水平、垂直等多種栽植軌跡并進行自動補苗作業(yè)，由于采用電力驅動，連續(xù)作業(yè)時間有限。上述研究主要以膜上栽種姿態(tài)為設計目標，忽略了破膜孔尺寸的問題，會影響保溫保墑效果[33]。

針對北方丘陵山地甘薯膜上機械化移栽這一產業(yè)難題，本文基于PVH1 系列蔬菜移栽機傳動及行走系統(tǒng)，根據丘陵山地甘薯膜上扦插農藝需求，設計了丘陵山地仿形扦插甘薯移栽機，重點研究并聯(lián)傳動式薯苗栽植單元結構參數和工作參數等，并對不同速度下整機的薯苗穴內形態(tài)、栽植質量等性能進行田間試驗。

1 丘陵山地仿形扦插甘薯移栽機結構及工作原理

1.1 作業(yè)農藝需求及難點分析

北方薯苗人工膜上扦插常采用斜插、船底形插和水平插等方式，以實現“淺栽、多埋節(jié)”的復雜農藝需求[34]。其中船底形插法具備水平插法入土節(jié)位多和斜插法抗旱力強、易發(fā)根的優(yōu)點，結薯多而大小均勻，因此本研究中選定船底形插法為機具的實現目標。采用此法扦插時，適用壯苗（棚內拔苗、根部較直、節(jié)間長度短）密植，苗長25～35 cm 左右，苗粗5 mm 左右，入土4～5 節(jié)，露出覆膜壟體1～2 節(jié)，將頭尾翹起如船底形，埋入膜下5～10 cm 深，薯苗扦插角為30°～60°。根據薯苗品種不同，則船底扦插埋入土下薯節(jié)長度約為10～20 cm。同時，根據土壤肥力及品種特性不同，移栽株距多為18～30 cm。

薯苗膜上扦插的難點在于，保證船底形態(tài)的同時，減少對地膜的破壞。而丘陵山地膜上扦插，由于地勢不平、壟體不均勻等問題，其機械化生產還需具備整機調平和壟面仿形等功能，以滿足扦插深度。

針對甘薯膜上船底形插農藝需求，構建圖1 所示坐標系，機械扦插時，扦插軌跡E（x，y）沿移栽入土方向依次經過破膜入土點H，船栽苗最深點M，船栽苗最遠點N和出土點Q，并存在如下幾何關系：

圖1 薯苗機械化船底形插模型Fig.1 Mechanical transplanting model of sweet potato seedlings with boat-bottom placement

式中Z1為膜下薯苗長度，mm；Z2為破膜穴口長度，mm；xH為破膜入土點H的橫坐標，mm；yH為點H的縱坐標mm；xM為點M的橫坐標，mm；yM為點M的縱坐標，mm；xN為點N的橫坐標，mm；yN為點N的縱坐標，mm。

1.2 整機結構及工作原理

丘陵山地仿形扦插甘薯移栽機由手扶式底盤、行走裝置、送苗裝置、植苗裝置、壟面仿形系統(tǒng)、動力并聯(lián)傳動系統(tǒng)等組成（圖2）。

圖2 丘陵山地仿形扦插甘薯移栽機Fig.2 Profiling transplanter for sweet potato in hilly and mountainous region

丘陵山地薯苗扦插覆膜壟體壟高為25～30 cm，壟距為80～90 cm。壟體左右側受丘陵山地坡度影響存在偏差。丘陵山地仿形扦插甘薯移栽機作業(yè)時，先根據壟面坡度通過手扶式底盤進行整機左右調平，保證植苗裝置位于壟面中央，同時根據壟面高度，調整壟面仿形系統(tǒng)仿形裝置位置，保證扦插深度。隨后動力經發(fā)動機底盤經過并聯(lián)傳動系統(tǒng)分別傳至行走裝置、送苗裝置和植苗裝置。送苗裝置和植苗裝置配合，實現薯苗扦插。整機參數如表1 所示。

表1 丘陵山地仿形扦插甘薯移栽機主要參數Table 1 Main parameters of sweet potato seedlings profiling transplanter for hilly and mountainous region

2 關鍵部件設計

2.1 薯苗栽植單元

2.1.1 植苗裝置

植苗裝置采用指夾模擬人手進行薯苗扦插，是實現船底形插的關鍵，由植苗桿件及夾苗組件構成（圖3），其中植苗桿件由機架、曲柄、連桿、搖桿等組成，夾苗組件由驅動凸輪、夾指、導軌等組成，并通過旋轉軸和支架安裝在連桿上，從而隨連桿運動。植苗裝置作業(yè)時，通過曲柄逆時針旋轉，帶動連桿及其上夾苗組件沿船底形栽苗軌跡運動入土，夾苗組件在經過最近點R時，夾指I 和夾指II 在驅動凸輪作用下閉合取苗，隨后運移經過H、M、N等點。在經過N點時，夾指張開放苗，隨后繼續(xù)運移經過Q點出土。其中夾指I 和夾指II 可繞安裝在支架上的旋轉軸轉動，實現剪刀式開合。當兩夾指與驅動凸輪高點配合時指夾張嘴，與凸輪機構低點配合時指夾閉合。同時，指夾開合過程有導軌和彈簧約束，保證其在垂直于連桿方向上的穩(wěn)定運動，不發(fā)生空間上的偏移。

圖3 植苗裝置結構及工作原理示意圖Fig.3 Structure and working principle diagram of planting mechanism

構建與甘薯膜上船底形插農藝相同的坐標系XOY如圖4 所示。根據解析法[35]，確定連桿上E點運動軌跡即植苗軌跡E(x，y)為

圖4 植苗裝置機構簡圖Fig.4 Schematic diagram of planting mechanism

式中xA為點A橫坐標，mm；yA為點A縱坐標，mm。A點與坐標系O點重合，則xA=0，yA=0。

由于夾指在導軌上平行于連桿BC運動，則θ=0°。假定曲柄長度l1已知，則決策變量為l2、l3、l4、l5和φ0，根據曲柄搖桿成立條件[35]可得約束條件如下：

植苗裝置進行船底形插時，夾苗指軌跡E(x，y)應形成不重合的回路，以防止因機構擾動而影響已放置薯苗的位姿；軌跡E(x，y)不能過扁，即縱向高度|yM-yP|與橫向長度|xN-xR|相差不能過大，以同時滿足扦插入土深度與取苗扦插位置；植苗夾指關聯(lián)尺寸l5不宜過長；具有船形弧線?；诖?，以四連桿機構分析圖譜[36]為基礎，初步選定滿足上述要求的l1:l2:l3:l4:l5為1:2.0:2.0:2.5:3.5 等多組軌跡，并對各比例取并集（式（4）），在此并集內求解可實現膜下船底形扦插姿態(tài)的最優(yōu)解。

曲柄長度l1=100 mm，為尋求滿足扦插農藝需求的較優(yōu)解，根據式（2），可得扦插軌跡E(x，y)關于曲柄旋轉角度φ的一階導數為

取苗點為指夾扦插軌跡最近點R，否則植苗裝置與供苗裝置發(fā)生干涉，且在入土前完成取苗，則植苗裝置夾苗組件長度應大于連桿，搖桿鉸接點C軌跡不能觸碰地面，約束條件如下：

根據式（5），當植苗軌跡橫坐標Ex導數為0 時，可得扦插最遠點N、扦插最近點R的坐標及極坐標參數。當植苗軌跡縱坐標Ey導數為0 時，可得扦插最上點P、扦插最深點M的坐標及極坐標參數。已知yM后，結合農藝需求的栽插深度h，可得扦插入土點H、出土點Q的坐標及極坐標參數。

根據四連桿圖譜軌跡，確定桿件l2～l5的求解區(qū)間，結合曲柄搖桿基本條件（式（3））和實際工作需求（式（6）），根據農藝指標，進行決策變量求解。求得植苗裝置結構參數對靜軌跡的影響規(guī)律如圖5 所示。由圖5 分析可知，l2影響扦插軌跡的整體形狀，l4影響扦插軌跡包圍區(qū)域，并與扦插姿態(tài)和穴口長度直接相關，l3和l5也對扦插軌跡存在一定影響。

圖5 結構參數對扦插軌跡的影響Fig.5 Effects of structural parameters on transplanting trajectory

針對扦插形態(tài)指標的重要性，確定本試驗權重分配集P1=[0.1 0.45 0.35 0.1]，即栽深h、膜下薯苗長度Z1、扦插夾角η、穴口尺寸Z2的權重分別為0.1、0.45、0.35、0.1。通過建立指標隸屬度模型（式（7）），構成模糊關系矩陣Rr（式（8））。由模糊矩陣Rr與權重P確定模糊綜合評價值集W（式（9））。

式中rij為指標Yi第j個決策變量解對應的指標值獲得的隸屬度值；Yij為指標Yi第j個決策變量解對應的指標值；Yimax為指標Yi的最優(yōu)值；Yimin為指標Yi的最差值。

最終根據模糊綜合評價得分W，確定各桿長度為l2=2.0l1，l3=2.0l1，l4=2.5l1，l5=2.75l1，φ0=0°。此 時，薯苗栽植后與地面夾角η為55°，栽植深度h=65 mm，膜下薯苗長度Z1=195 mm，穴口長度Z2=80 mm，滿足北方膜上船底形插的農藝需求。

2.1.2 薯苗栽植單元送苗機構

植苗裝置曲柄旋轉中心A與坐標系O點重合，則在薯苗栽植單元中坐標系XOY如圖6 所示。由于φ0=0°，則X軸平行機架AD且與機具前行方向相反。薯苗栽植單元由植苗裝置和送苗裝置組成，通過并聯(lián)傳動系統(tǒng)相互配合，實現薯苗膜上扦插。送苗裝置由擺苗板、夾苗刷、送苗支架、傳動裝置等組成，為實現植苗裝置可靠夾持薯苗，送苗裝置應在R點處為植苗裝置供苗，植苗裝置每運動1 圈，送苗裝置剛好在供苗點供苗1 株。

圖6 薯苗栽植單元Fig.6 Planting unit of sweet potato seedlings

送苗裝置與植苗裝置的相對位置是保證在R點供苗的前提，夾苗刷夾持苗株后，應滿足以下關系：

為保證夾苗指與送苗裝置不干涉，則有

式中l(wèi)Z為植苗裝置夾指寬度，mm。

且為保證薯苗與指夾的接觸，薯苗擺放后，其伸出板刷尾部的長度應滿足：

式中XL為薯苗擺放后其伸出板刷尾部的長度，mm。且|ld-lZ/2|越小，夾苗越靠近根部，越容易成功。因此，根據連桿參數設計，最終確定ld=lZ/2=10 mm，h1=267 mm，h2=141 mm，XL≥20 mm。

假設植苗裝置轉速為n1（r/min），送苗裝置轉速為n2（r/min），夾苗刷安裝間距為Z1個鏈齒節(jié)距，送苗裝置所用鏈輪齒數為Z2，要求植苗裝置每運動一圈，剛好下一夾苗刷到達R點為植苗裝置供苗，則有：

2.2 并聯(lián)傳動系統(tǒng)

株距是甘薯種植的重要農藝參數，根據甘薯移栽農藝需求，對于鮮食薯和工業(yè)薯，移栽株距約為18～30 cm 不等。自走式甘薯移栽機株距及行進速度為

式中dz為移栽株距，m；d輪為地輪直徑，m；Π 為植苗裝置曲柄轉速n1與地輪轉速n地的比值；v為機器前進速度，m/min。其中，根據機具底盤特性可知d輪=500 mm，工作時機器前進速度v=0.6～0.75 km/h，可通過增加油門實現變速。當移栽株距為18～30 cm 時，Π為5.2～8.7。

根據上述參數及PVH1 蔬菜移栽機動力底盤傳動特點設計并聯(lián)傳動系統(tǒng)如圖7 所示。其中動力經發(fā)動機到達第I 級減速箱，并由此傳給地輪，驅動其工作。隨后傳遞給手動變速箱、橫向減速箱，并傳給左側側邊齒輪箱傳動系統(tǒng)、鏈傳動II、驅動植苗裝置，同時傳給萬向傳動軸、鏈傳動I 并驅動送苗裝置。通過可調速齒輪箱調節(jié)，傳動比變化范圍為5.5～7.8，移栽株距調節(jié)范圍約為20～28 cm。

圖7 并聯(lián)傳動系統(tǒng)Fig.7 Parallel transmission system

2.3 壟面仿形系統(tǒng)

壟面仿形系統(tǒng)主要由液壓缸、可調節(jié)流閥、液壓控制閥、仿形裝置、溢流閥、齒輪泵等組成（圖8）。

圖8 壟面仿形系統(tǒng)Fig.8 Ridge surface profiling system

仿形裝置位于薯苗栽植單元前方，作業(yè)時仿形裝置與壟面實時緊密貼合。隨著機具前行作業(yè)，丘陵山區(qū)壟面起伏，仿形裝置隨之高低變化，拉動液壓控制閥閥芯操作桿，進而帶動控制閥動作。薯苗栽植單元機架與底盤鉸接，液壓缸推桿與薯苗栽植單元分布在機架鉸接點兩側。如圖8 所示，根據杠桿原理，系統(tǒng)液壓缸隨著控制閥動作實時伸縮，帶動鉸接點另一側的薯苗栽植單元以5.8 倍距離升降，實現仿形。

壟面仿形系統(tǒng)采用油泵馬達總成式齒輪泵為液壓系統(tǒng)動力源，型號為VOITH-IPVP-3，為壓力補償控制式變量泵，在1 500 r/min 額定轉速下的流量為7.8 L/min，系統(tǒng)額定工作壓力為33 MPa。

薯苗扦插時，在液壓缸的作用下，薯苗栽植單元在壟面的上下運動由液壓缸支撐，則有：

式中FT為液壓缸推力，N；DT為活塞直徑，mm；P1為液壓缸最大液壓壓力，取33 MPa；mT為栽植單體質量，kg；g為重力加速度，取9.8 N/kg。其中栽植單元質量為55 kg，則仿形系統(tǒng)液壓缸推力在540 N 以上，DT≥4.6 mm。結合系統(tǒng)壓力，初步選定液壓缸型號為YUKEN Mini 型液壓缸。

根據薯苗栽植單元關鍵參數與結構設計，仿形裝置觸地點與植苗裝置最低點在X軸方向水平距離為400 mm，自走底盤可實現的最大作業(yè)速度為0.75 km/h，則液壓缸必須在1.92 s 內實現植苗裝置到達壟面凸起或凹陷處。液壓缸提升速度為

式中VL為液壓缸提升速度，m/min；QL為液壓缸額定流量，取7.8 L/min；ZL為液壓缸數量，取1；dT為活塞桿直徑，取20 mm。取活塞直徑DT為40 mm，計算得VL為8.3 m/min。根據扦插深度，假定仿形量為100 mm，則液壓缸對應仿形行程為17.2 mm，提升時間為0.12 s，滿足仿形速度要求。

3 室內取苗試驗

田間種植的薯苗品種不同，其形態(tài)特征各異。為驗證薯苗栽植單元對不同薯苗的取苗效果，根據《甘薯機械化生產技術規(guī)范》（DB37/T 3 355-2018），選用5 種黃淮海地區(qū)常用的基部較直立的甘薯拔苗（長25～35 cm）進行室內取苗試驗。所選薯苗品種包括：濟薯26（即板栗薯）、龍薯9 號、煙薯25、普薯32（即西瓜紅）、紫薯新引1 號（即紫羅蘭）（圖9）。

圖9 栽植單元室內取苗試驗Fig.9 Indoor test of sweet potato seedlings taking by using planting unit

室內取苗試驗時，在40～50 r/min 植苗速度下，給送苗裝置供給上述5 種薯苗，檢驗栽植單元植苗裝置取苗成功率，每種薯苗分別連續(xù)供苗300 株，取苗過程通過高速攝像系統(tǒng)（Photron FASTCAM MiniUX50 型）進行拍攝記錄，拍攝速度為250 幀/s。室內試驗結果表明（表2），在40、50 r/min 植苗速度下，5 種薯苗的取苗成功率均不低于99%，滿足移栽需求。

表2 室內取苗試驗結果Table 2 The results of indoor test of taking sweet potato seedlings

同時，針對未被成功取到的苗株，通過調取高速錄像進行分析發(fā)現，基部薯苗葉片數較多，且苗株葉片較長時，植苗裝置已成功夾取基部并沿船底形軌跡運移薯苗，但長葉片仍被夾苗刷夾持，導致薯苗葉片掛在夾苗刷上；薯苗篩選時未排查特別彎曲的植株個體，導致其基部偏離取苗點較遠，不在夾指夾取范圍內。綜上可知，取苗效果與苗株特性有關，保證薯苗基部的直立度在夾指張開后的取苗范圍內是取苗成功的關鍵。根據植苗裝置參數及室內試驗結果可得，R點上下約15 mm 以內，左右約20 cm 以內時，指夾取苗成功率高。

4 田間試驗

4.1 試驗條件

2022 年5 月初，在山東省濟寧市泗水縣圣水峪鎮(zhèn)進行丘陵山地仿形扦插甘薯移栽機的田間試驗（圖10）。試驗根據《甘薯機械化生產技術規(guī)范》（DB37/T 3 355-2018）和《旱地栽植機械》標準（JB/T10291-2013），采用長280～320 mm，莖粗約4 mm 的薯苗進行作業(yè)，作業(yè)品種為濟薯26（鮮食型甘薯品種）。

圖10 丘陵山地仿形扦插甘薯移栽機田間試驗Fig.10 Field test of profiling transplanter for sweet potato in hilly and mountainous area

4.2 作業(yè)參數正交試驗

4.2.1 試驗方法

根據覆膜栽培實際需求和當地土壤肥力情況，設定扦插株距24 cm，以作業(yè)速度XV、薯苗基部特征XT、薯苗伸出夾苗刷長度XL為因子進行三因素三水平（表3）田間移栽正交試驗。

表3 田間正交試驗因素及水平Table 3 Factors and levels of field orthogonal test

根據當地春薯種植初期保溫及作物生長期抑制雜草生長的需求，選用0.01 mm 黑膜進行覆膜，共9 組試驗。每組試驗分別移栽200 m，試驗后每組選取60 m 長度，測量種植成功的每穴薯苗平均長度Y1、栽深合格率Y2和漏苗率Y3。移栽一周后，待薯苗生根，以壟面為基準線，剖開土壤縱截面，測量甘薯的種植深度，并以薯苗與壟面交匯點為基點，扯出薯苗，測量膜下薯苗長度等參數。統(tǒng)計漏苗率、株距變異系數、栽深合格率等移栽質量評價指標，計算方法如下：

式中Lk為膜下薯苗長度，mm；nk為扦插成功的薯苗株數；Nh為栽植深度合格的薯苗總株數；n為測定的總株數；NLZ為漏栽薯苗株數；N′為測試長度內的理論扦插株數。

4.2.2 作業(yè)參數試驗結果及分析

丘陵山地仿形扦插甘薯移栽機膜上扦插正交試驗田間試驗結果見表4。分析可知，平均膜下薯苗長度Y1為216.9 mm，平均栽深合格率Y2為97.3%，平均漏苗率Y3為4.1%，滿足薯苗膜下淺栽、多埋節(jié)的農藝需求。

表4 田間試驗方案與結果Table 4 Field test scheme and results

對田間試驗結果進行多因素方差分析（表5），結果表明，各因素對膜下薯苗平均長度Y1的影響大小順序為薯苗伸出長度XL、作業(yè)速度XV、薯苗基部形態(tài)XT，對栽深合格率Y2的影響大小順序為薯苗伸出長度XL、作業(yè)速度XV和薯苗基部形態(tài)XT，對漏苗率Y3的影響大小順序為作業(yè)速度XV、薯苗基部形態(tài)XT、薯苗伸出長度XL。其中，作業(yè)速度和基部特征對漏苗率影響顯著，這主要是因為薯苗基部形態(tài)直接影響了薯苗夾持段是否經過取苗點，同時作業(yè)速度過快，會影響人工擺苗質量，使得薯苗不在夾指取苗范圍內。同時，薯苗伸出長度對膜下薯苗長度影響顯著，這主要是因為薯苗伸出長度多，則夾指取苗入土后，多伸出的薯苗全部入土，且薯苗伸出長度三個水平皆大于等于設計值，因此膜下薯苗長度在不同水平下大于等于理論設計值。

表5 多因素方差分析結果Table 5 Results of multivariate analysis of variance

4.2.3 最優(yōu)作業(yè)參數求解

為分析作業(yè)速度、薯苗基部特征和伸出長度對丘陵山地仿形扦插甘薯移栽機膜上扦插作業(yè)質量的綜合影響效果，應用模糊綜合評價法對正交試驗結果進行優(yōu)化求解（式（9）），找出最佳參數組合。根據田間試驗栽植性能指標的重要性，確定本試驗權重分配集P2=[0.30 0.15 0.55]，即每穴薯苗平均埋節(jié)數Y1、栽深合格率Y2和漏苗率Y3的權重分別為0.35、0.15、0.5。由模糊矩陣（式（7）～（8））與權重分配集P2確定模糊綜合評價，評價結果見表6。

表6 模糊綜合評價結果Table 6 Results of fuzzy comprehensive evaluation

將各因素按綜合評分進行極差分析，求得作業(yè)速度XV、薯苗基部特征XT、薯苗伸出夾苗刷長度XL等因子在權重P2下的不同水平下的試驗結果綜合得分總值及各因素對綜合得分影響優(yōu)劣的極差值，分析結果表明（見表7）。影響薯苗栽植指標綜合評分的主次因素為：薯苗伸出夾苗刷長度XL、薯苗基部特征XT、作業(yè)速度XV，最優(yōu)工作參數組合為作業(yè)速度XV為水平S、薯苗基部特征XT為水平S、薯苗伸出夾苗刷長度XL為水平U時，即作業(yè)速度0.5 km/h，薯苗基部形態(tài)優(yōu)，薯苗伸出長度60 mm 時，作業(yè)漏苗率、株距穩(wěn)定性及栽深合格率等移栽質量較好。

表7 模糊綜合評價結果極差分析Table 7 Range analysis of fuzzy comprehensive evaluation results

4.3 扦插結果驗證

在最佳參數組合下進行田間驗證試驗。連續(xù)作業(yè)1 333 m2，隨機選取3 段60 m 長度，如圖11 所示，測量薯苗扦插深度、膜下薯苗長度、破膜穴口長度、薯苗扦插角和漏苗率。

圖11 扦插結果檢測Fig.11 Detection of transplanting results

最終測量結果表明，平均薯苗扦插深度為73.6 mm，膜下薯苗平均長度為205.4 mm，平均穴口長度為76.5 mm，薯苗栽植后與地面平均夾角為53.8°，滿足北方膜上船底形插的農藝需求，且與理論設計值相近。同時，扦插株距變異系數為8.9%，栽深合格率為93.7%，漏苗率為3.5%，扦插效果好。

5 結論

1）針對北方薯區(qū)丘陵山地甘薯膜上機械化移栽這一產業(yè)難題，設計了丘陵山地仿形扦插甘薯移栽機，重點研究了薯苗栽植單元、并聯(lián)傳動系統(tǒng)、壟面仿形系統(tǒng)等關鍵部件參數：以栽深、膜下薯苗長度、扦插夾角、穴口尺寸的最優(yōu)綜合得分為目標，確定各桿長度關系為1:2.0:2.0:2.5:2.75；根據空間配合需求，確定了送苗裝置與植苗裝置的相對位置和傳動參數；根據農藝株距需求和底盤特征，確定傳動比為5.2～8.7。

2）對丘陵山地仿形扦插甘薯移栽機薯苗栽植單元進行室內取苗試驗，結果表明在40～50 r/min 植苗速度下，栽植單元對黃淮海地區(qū)常用薯苗品種取苗效果較好，取苗成功率皆在99%以上，滿足田間作業(yè)需求。

3）以作業(yè)速度、薯苗基部形態(tài)、薯苗伸出板刷長度為影響因素，薯苗平均埋節(jié)數Y1、栽深合格率Y2和漏苗率Y3為指標，進行田間移栽正交試驗，結果表明，影響薯苗栽植指標綜合評分的主次因素為：薯苗伸出夾苗刷長度、薯苗基部特征、作業(yè)速度，最優(yōu)參數組合為作業(yè)速度0.5 km/h，薯苗基部形態(tài)優(yōu)，薯苗伸出長度60 mm。驗證試驗結果表明，最優(yōu)參數組合下，平均薯苗扦插深度為73.6 mm，膜下薯苗平均長度為205.4 mm，平均穴口長度為76.5 mm，薯苗栽植后與地面平均夾角為53.8°，扦插株距變異系數為8.9%，栽深合格率為93.7%，漏苗率為3.5%，扦插效果良好，滿足北方膜上船底形插的農藝需求。