2CM-2/4型马铃薯播种机的研制

黄 勇，戚江涛，赵晓雪，陈绍杰

（1．石河子大学机械电气工程学院，新疆 石河子832000；2．石河子开发区锐益达机械装备有限公司）

2CM-2/4型马铃薯播种机的研制

黄 勇1，戚江涛1，赵晓雪1，陈绍杰2

（1．石河子大学机械电气工程学院，新疆 石河子832000；2．石河子开发区锐益达机械装备有限公司）

目前，马铃薯已成为为世界第四大粮食作物之一，其具有适应性强、产量高、营养丰富等特点。加快马铃薯种植机械化是满足人们对马铃薯需求的有效手段之一。文中针对新疆马铃薯作物特点及种植模式要求，研制了一种集开沟、施肥、播种、铺膜铺管及起垄作业为一体的马铃薯播种机，解决了人工播种强度大、效率低及成本高的问题。该机结构简单、性能稳定、工作可靠。通过试验测得，该机播种深度≥15 cm；重播率≤10%；漏播率≤5%；生产率≥0.67 hm2/h。

马铃薯；施肥；播种；铺膜

0 引言

马铃薯不仅是一种被广泛种植的粮食作物，而且还是一种为农户增产增收的经济作物。据相关数据显示：截至2014年，我国马铃薯种植面积达500万hm2，占世界总种植面积的1/4，居世界首位[1]。2015年，我国已启动马铃薯主粮化战略，马铃薯主粮化开发是促进农业结构调整的重要举措，是新形势下保障国家粮食安全、促进农民持续增收的积极探索[2]。目前，马铃薯播种作业方法仍为传统的人力播种或半机具播种，存在劳动强度大，效率低及播种精度差等问题，严重制约了我国马铃薯产业的快速发展。马铃薯播种机械化已成为必然趋势。针对马铃薯播种机械，国内外相关机构研发了一系列机型：由内蒙古农业大学研制的2BSL-2型马铃薯播种机[3]，该机的特点是入土性好，结构简单,对播种地块的整地质量要求不高，但由于采用了对称曲面开沟器，在开沟过程中使下层土壤外翻，保墒性差，开沟阻力大，不适用于高速播种。2CMFL-2型马铃薯播种机[4]采用链传动进行排种，结构设计为每4个链节安装1个种勺，具有结构简单，经济性好等优点，但播种精度不高。德国GRIMME公司生产的VL19E马铃薯播种机[5]，采用芯铧式开沟器、圆盘起垄装置、链条式传动机构，具有传动平稳、结构紧凑、可靠性高和播种质量好等优点。

新疆属于温带大陆性气候，气温变化大、日照时间长、降水量少，为了保证土壤的温度和湿度，必须采用铺膜铺管的方式种植马铃薯，又考虑到铺膜后覆土镇压工作，而国内外现有的马铃薯播种机并不能满足新疆马铃薯种植的农艺要求，因此，针对新疆农艺特点，研究设计了一种集开沟、施肥、播种、铺膜铺管及起垄等为一体的马铃薯播种机。

1 结构及工作原理

1.1 结构

该机主要由机架、开沟装置、施肥装置、播种装置、起垄装置、铺膜铺管装置等部分构成（图1）。

图1 铺膜铺管马铃薯播种机结构示意

1.2 技术参数

挂结方式 悬挂式

配套动力（kW） 66

播种行数（行） 2

生产率（hm2/h） ≥0．67

重种率（%） ≤10

漏播率（%） ≤5

行距（cm） 30～50

株距（cm） 15～20cm

播种深度（cm） ≥15

1.3 工作原理

工作时，通过播种机机架上的上下悬挂点将播种机与拖拉机相连，播种机地轮的转动由拖拉机带动，并通过开沟装置在平整好的耕地上开出种沟，同时带动安装在地轮轴上的主动链轮转动；主动链轮通过一系列的链传动带动施肥轴链轮和施肥器，完成施肥作业；播种主动链轮通过链传动带动播种带链轮和播种带主动轴，在播种带转动过程中，当种薯杯转动至种箱底部时，马铃薯种薯进入种薯杯，同时在振动装置作用下未进入种薯杯的马铃薯种薯再次落入种箱，进入二次取种过程，薯杯内的种薯通过种带落入种沟，完成播种作业；播种机前进过程中，起垄犁将种沟两侧的土覆盖到种沟上，完成起垄作业；卷盘上的滴管随拖拉机的前进将滴管铺设到种沟旁，完成铺管作业；地膜经导膜杆、展膜辊平整后，并经压膜轮使地膜贴紧地面，完成铺膜工作；后经覆土盘将地膜两侧镇压，完成覆土作业，播种的株距由播种机的前进速度控制。

2 关键部件结构设计

2.1 机架的设计

本设计充分考虑机架上所设置的开沟装置、播种装置、施肥装置及铺膜铺管装置等各关键零部件的材质、重量等参数，在保证整机工作稳定性、减轻整机重量、降低工作损耗的前提下，选用80 mm×80 mm ×5 mm的矩形方钢焊接机架。

2.2 开沟装置的设计

目前，常用开沟器的形式有圆盘式、锄铲式、芯铧式及靴式等[5]。圆盘式开沟器主要有单圆盘式和双圆盘式两种，前者具有结构简单、入土能力强等特点，但其在开沟过程中会使下层湿润土壤上翻，不利于土壤保墒，从而降低种子发芽率；后者虽然克服了单圆盘式开沟器的缺点，但是存在结构复杂、质量较大及整机功率损耗大的问题。锄铲式和芯铧式开沟器具有易生产制造、价格低的特点，但是对整地质量要求较高，易出现缠草、堵塞等问题[6]。本设计采用靴式开沟犁，其具有入土阻力小、产生振动噪声小、开沟土层平整等特点，有利于土壤保墒，能够有效保证播种质量。

2.3 播种装置的设计

播种装置是马铃薯播种机的核心部件，播种装置的工作性能直接关系到马铃薯的产量和质量。其主要由种箱、播种带、种薯杯、种带通道、除杂装置及振动装置等组成。为保证种薯顺利进入播种带的种薯杯中，种箱的箱壁与水平面的夹角必须大于种薯的自然休止角（种薯的休止角一般为24°～34°），这里选取30°。种薯杯为可拆卸式，能够适应不同规格的种薯，在单条播种带上设置两个交叉分布的种薯杯，在播种过程中采用两条播种带并列排布方式，从而形成双三角形排列种植模式，在节水环境下提高了土地利用率，达到了增产增收的目的。播种带的转动完成种薯的播种过程，为防止播种带在种带通道中左右晃动，影响播种行的直线性，采用了外凸型带轮（图2）带动播种带转动。种带通道中设置的倒“V”形隔板可有效防止交叉分布的两条种薯杯中的种薯在下落过程中偏离种道。为了保证一个种薯杯中只有一个种薯，设计的凸轮机构的振动装置可以将进入种勺的多余薯块抖落，从而降低重播率。

图2 外凸型带轮

2.4 种箱的容积计算

种箱必须要有足够的容积，才能满足播种要求。一般情况下，播种机会在地头加种。影响种箱容积的因素主要有：株距、地块往返行程以及地块幅宽等，为了保证播种质量，种箱一般留有10%的播种余量，首先假定地块长度D=1000 m，种箱容积可通过公式1确定：

式中 L—地块往返行程的距离，取L=2000 m；B—工作幅宽，取B=1100 mm；Nmax—单位面积最大播种量，kg/hm2；播种株距为100 mm，在100 m内需要约850个种薯，每个种薯重量约为50 g，计算得出Nmax≈43．75 kg；Y—种子的单位容积质量，kg/L，单位容积内可以容纳130个种薯，平均每个种薯的质量为50 g，计算得出Y≈7．50 kg/L。代入公式（1）计算得：V=21．16 L

实际种箱的容积一般比理论数据略大，因此取V=30 L。

2.5 施肥装置的设计

施肥装置主要由盖板、排肥器盖、排肥器、施肥轴等部件组成（图3）。其中盖板上设有筛孔，可以有效过滤肥料中的杂质，防止阻塞排肥器；排肥器盖设计成倒v字形，并与箱体之间形成间隙（图4），肥料下落过程中，先由排肥器盖分流，后经排肥器盖与箱体的间隙进入排肥器，可有效防止肥料在出肥口阻塞，导致施肥不连续；排肥器外接设在箱体底部的排肥管，将肥料均匀播撒在种沟中，完成施肥作业。

图3 施肥装置

图4 排肥器盖

2.6 铺膜铺管装置的设计

针对新疆作物种植面积大的特点，在马铃薯种植过程中需要进行铺膜铺管作业对土地进行保墒，提高马铃薯成活率。本装置的铺管装置主要由卷盘、导辊和滴灌带等组成，滴灌带卷绕在卷盘上，经过导辊铺设在地面上。铺膜装置主要由地膜卷、导膜杆、展膜辊和压膜辊等组成。地膜经由导膜杆进入展膜辊，展膜辊将地膜压紧在地面，并将滴灌带覆盖，完成铺膜铺管作业。

2.7 传动系统的设计

机械装置的各关键部件之间配合程度的好坏取决于传动系统工作的准确性及稳定性。传动系统的动力传输布局是否合理是减少整机工作损耗，提高工作部件可靠性的关键。本装置所设计的传动系统（图5）采用链轮链条传动方式，其动力源是地轮，地轮在转动过程中驱动主动轮转动，主动轮将动力分配给播种带主动轮和肥箱主动轮，从而实现播种作业和施肥作业。通过调整链轮的大小实现播种量和施肥量的有效配合。

图5 传动原理

3 田间试验

2014年春季，项目组成员在石河子二十里店四队选择原马铃薯种植地一块，地长约100 m，将播种株距调整为15 cm，行距调整为40 cm，机车一档行进，两行播种。通过调整链轮的大小实现了播种量和施肥量的有效配合。展膜辊工作可靠，地膜无起皱现象。试验完成后测定总株数为1 330株，播种深度为17 cm，其中空穴为54株，空穴率为4．06%，重播为97株，重播率为7．29%。

4 结束语

设计完成的集开沟、施肥、播种、铺膜铺管及起垄等为一体的2CM-2/4马铃薯播种机，实现了马铃薯机械化播种作业。通过试验显示：该机生产率≥0．67 hm2/h；播种深度≥15 cm；重播率≤10%；漏播率≤5%。在试验期间整机性能稳定可靠、作业效率高、播种质量达到设计要求。

[1]王强．2CMG-4型马铃薯播种机排肥系统的设计研究[D]．内蒙古:内蒙古农业大学，2014．

[2]卢肖平．马铃薯主粮化战略的意义、瓶颈与政策建议[J]．华中农业大学学报(社会科学版),2015（03）:1～7．

[3]赵满全，窦卫国，赵士杰，等．2BSL-2型马铃薯起垄播种机的研制[J]．内蒙古农业大学学报，2001，22（1）：101～104．

[4]刘小娟，张书．2CMFL-2型马铃薯种植机排种器的设计研究[J]．农业机械，2008（9）：48～49．

[5]刘继平．德国VL19E型双行马铃薯播种机试验研究[J]．试验研究，2006（5）：39．

[6]赵金辉．播种机开沟器力学性能测试装置的研究与设计[D]．北京：中国农业机械化科学研究院，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