2CM-2/4型馬鈴薯播種機(jī)的研制

黃 勇，戚江濤，趙曉雪，陳紹杰

（1．石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院，新疆 石河子832000；2．石河子開(kāi)發(fā)區(qū)銳益達(dá)機(jī)械裝備有限公司）

2CM-2/4型馬鈴薯播種機(jī)的研制

黃 勇1，戚江濤1，趙曉雪1，陳紹杰2

（1．石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院，新疆 石河子832000；2．石河子開(kāi)發(fā)區(qū)銳益達(dá)機(jī)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(yīng)性強(qiáng)、產(chǎn)量高、營(yíng)養(yǎng)豐富等特點(diǎn)。加快馬鈴薯種植機(jī)械化是滿足人們對(duì)馬鈴薯需求的有效手段之一。文中針對(duì)新疆馬鈴薯作物特點(diǎn)及種植模式要求，研制了一種集開(kāi)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(jī)，解決了人工播種強(qiáng)度大、效率低及成本高的問(wèn)題。該機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、工作可靠。通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得，該機(jī)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(jì)作物。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示：截至2014年，我國(guó)馬鈴薯種植面積達(dá)500萬(wàn)hm2，占世界總種植面積的1/4，居世界首位[1]。2015年，我國(guó)已啟動(dòng)馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略，馬鈴薯主糧化開(kāi)發(fā)是促進(jìn)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要舉措，是新形勢(shì)下保障國(guó)家糧食安全、促進(jìn)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(jī)具播種，存在勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低及播種精度差等問(wèn)題，嚴(yán)重制約了我國(guó)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。馬鈴薯播種機(jī)械化已成為必然趨勢(shì)。針對(duì)馬鈴薯播種機(jī)械，國(guó)內(nèi)外相關(guān)機(jī)構(gòu)研發(fā)了一系列機(jī)型：由內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的2BSL-2型馬鈴薯播種機(jī)[3]，該機(jī)的特點(diǎn)是入土性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,對(duì)播種地塊的整地質(zhì)量要求不高，但由于采用了對(duì)稱曲面開(kāi)溝器，在開(kāi)溝過(guò)程中使下層土壤外翻，保墑性差，開(kāi)溝阻力大，不適用于高速播種。2CMFL-2型馬鈴薯播種機(jī)[4]采用鏈傳動(dòng)進(jìn)行排種，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為每4個(gè)鏈節(jié)安裝1個(gè)種勺，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)，但播種精度不高。德國(guó)GRIMME公司生產(chǎn)的VL19E馬鈴薯播種機(jī)[5]，采用芯鏵式開(kāi)溝器、圓盤(pán)起壟裝置、鏈條式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，具有傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高和播種質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。

新疆屬于溫帶大陸性氣候，氣溫變化大、日照時(shí)間長(zhǎng)、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(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的馬鈴薯播種機(jī)并不能滿足新疆馬鈴薯種植的農(nóng)藝要求，因此，針對(duì)新疆農(nóng)藝特點(diǎn)，研究設(shè)計(jì)了一種集開(kāi)溝、施肥、播種、鋪膜鋪管及起壟等為一體的馬鈴薯播種機(jī)。

1 結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)

該機(jī)主要由機(jī)架、開(kāi)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(gòu)成（圖1）。

圖1 鋪膜鋪管馬鈴薯播種機(jī)結(jié)構(gòu)示意

1.2 技術(shù)參數(shù)

掛結(jié)方式 懸掛式

配套動(dòng)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(shí)，通過(guò)播種機(jī)機(jī)架上的上下懸掛點(diǎn)將播種機(jī)與拖拉機(jī)相連，播種機(jī)地輪的轉(zhuǎn)動(dòng)由拖拉機(jī)帶動(dòng)，并通過(guò)開(kāi)溝裝置在平整好的耕地上開(kāi)出種溝，同時(shí)帶動(dòng)安裝在地輪軸上的主動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)；主動(dòng)鏈輪通過(guò)一系列的鏈傳動(dòng)帶動(dòng)施肥軸鏈輪和施肥器，完成施肥作業(yè)；播種主動(dòng)鏈輪通過(guò)鏈傳動(dòng)帶動(dòng)播種帶鏈輪和播種帶主動(dòng)軸，在播種帶轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)種薯杯轉(zhuǎn)動(dòng)至種箱底部時(shí)，馬鈴薯種薯進(jìn)入種薯杯，同時(shí)在振動(dòng)裝置作用下未進(jìn)入種薯杯的馬鈴薯種薯再次落入種箱，進(jìn)入二次取種過(guò)程，薯杯內(nèi)的種薯通過(guò)種帶落入種溝，完成播種作業(yè)；播種機(jī)前進(jìn)過(guò)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(pán)上的滴管隨拖拉機(jī)的前進(jìn)將滴管鋪設(shè)到種溝旁，完成鋪管作業(yè)；地膜經(jīng)導(dǎo)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(pán)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(jī)的前進(jìn)速度控制。

2 關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 機(jī)架的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)充分考慮機(jī)架上所設(shè)置的開(kāi)溝裝置、播種裝置、施肥裝置及鋪膜鋪管裝置等各關(guān)鍵零部件的材質(zhì)、重量等參數(shù)，在保證整機(jī)工作穩(wěn)定性、減輕整機(jī)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(jī)架。

2.2 開(kāi)溝裝置的設(shè)計(jì)

目前，常用開(kāi)溝器的形式有圓盤(pán)式、鋤鏟式、芯鏵式及靴式等[5]。圓盤(pán)式開(kāi)溝器主要有單圓盤(pán)式和雙圓盤(pán)式兩種，前者具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、入土能力強(qiáng)等特點(diǎn)，但其在開(kāi)溝過(guò)程中會(huì)使下層濕潤(rùn)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(pán)式開(kāi)溝器的缺點(diǎn)，但是存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量較大及整機(jī)功率損耗大的問(wèn)題。鋤鏟式和芯鏵式開(kāi)溝器具有易生產(chǎn)制造、價(jià)格低的特點(diǎn)，但是對(duì)整地質(zhì)量要求較高，易出現(xiàn)纏草、堵塞等問(wèn)題[6]。本設(shè)計(jì)采用靴式開(kāi)溝犁，其具有入土阻力小、產(chǎn)生振動(dòng)噪聲小、開(kāi)溝土層平整等特點(diǎn)，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(shè)計(jì)

播種裝置是馬鈴薯播種機(jī)的核心部件，播種裝置的工作性能直接關(guān)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(dòng)裝置等組成。為保證種薯順利進(jìn)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(yīng)不同規(guī)格的種薯，在單條播種帶上設(shè)置兩個(gè)交叉分布的種薯杯，在播種過(guò)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(dá)到了增產(chǎn)增收的目的。播種帶的轉(zhuǎn)動(dòng)完成種薯的播種過(guò)程，為防止播種帶在種帶通道中左右晃動(dòng)，影響播種行的直線性，采用了外凸型帶輪（圖2）帶動(dòng)播種帶轉(zhuǎn)動(dòng)。種帶通道中設(shè)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(guò)程中偏離種道。為了保證一個(gè)種薯杯中只有一個(gè)種薯，設(shè)計(jì)的凸輪機(jī)構(gòu)的振動(dòng)裝置可以將進(jìn)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(jì)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(jī)會(huì)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(zhǎng)度D=1000 m，種箱容積可通過(guò)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(gè)種薯，每個(gè)種薯重量約為50 g，計(jì)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(gè)種薯，平均每個(gè)種薯的質(zhì)量為50 g，計(jì)算得出Y≈7．50 kg/L。代入公式（1）計(jì)算得：V=21．16 L

實(shí)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(shè)計(jì)

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(shè)有篩孔，可以有效過(guò)濾肥料中的雜質(zhì)，防止阻塞排肥器；排肥器蓋設(shè)計(jì)成倒v字形，并與箱體之間形成間隙（圖4），肥料下落過(guò)程中，先由排肥器蓋分流，后經(jīng)排肥器蓋與箱體的間隙進(jìn)入排肥器，可有效防止肥料在出肥口阻塞，導(dǎo)致施肥不連續(xù)；排肥器外接設(shè)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(shè)計(jì)

針對(duì)新疆作物種植面積大的特點(diǎn)，在馬鈴薯種植過(guò)程中需要進(jìn)行鋪膜鋪管作業(yè)對(duì)土地進(jìn)行保墑，提高馬鈴薯成活率。本裝置的鋪管裝置主要由卷盤(pán)、導(dǎo)輥和滴灌帶等組成，滴灌帶卷繞在卷盤(pán)上，經(jīng)過(guò)導(dǎo)輥鋪設(shè)在地面上。鋪膜裝置主要由地膜卷、導(dǎo)膜桿、展膜輥和壓膜輥等組成。地膜經(jīng)由導(dǎo)膜桿進(jìn)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(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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

圖5 傳動(dòng)原理

3 田間試驗(yàn)

2014年春季，項(xiàng)目組成員在石河子二十里店四隊(duì)選擇原馬鈴薯種植地一塊，地長(zhǎng)約100 m，將播種株距調(diào)整為15 cm，行距調(diào)整為40 cm，機(jī)車一檔行進(jìn)，兩行播種。通過(guò)調(diào)整鏈輪的大小實(shí)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(wú)起皺現(xiàn)象。試驗(yàn)完成后測(cè)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(yǔ)

設(shè)計(jì)完成的集開(kāi)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(jī)，實(shí)現(xiàn)了馬鈴薯機(jī)械化播種作業(yè)。通過(guò)試驗(yàn)顯示：該機(jī)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(yàn)期間整機(jī)性能穩(wěn)定可靠、作業(yè)效率高、播種質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

[1]王強(qiáng)．2CMG-4型馬鈴薯播種機(jī)排肥系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[D]．內(nèi)蒙古:內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，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(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版),2015（03）:1～7．

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

[4]劉小娟，張書(shū)．2CMFL-2型馬鈴薯種植機(jī)排種器的設(shè)計(jì)研究[J]．農(nóng)業(yè)機(jī)械，2008（9）：48～49．

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

[6]趙金輝．播種機(jī)開(kāi)溝器力學(xué)性能測(cè)試裝置的研究與設(shè)計(jì)[D]．北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)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