2CMF—4型牽引式馬鈴薯種植機的研制

摘要：針對當前馬鈴薯機生產實際，在研學外國同類先進技術基礎上，設計研究開發了集開溝施肥、仿形開溝、播種薯（薯塊）、起壟（培土）于一體的大型4行牽引式馬鈴薯種植機。為更靈活方便地組織生產，通用機架為基礎進行各零部件間的變換與組合，實現各種不同作業的要求。為實現播深一致及對種植深度進行精確調整控制，創新設計播種機構單體仿形裝置。

關鍵詞：馬鈴薯；播種；設計；單體仿形；液壓離合器

中圖分類號：S223.93 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）07-0044-04

馬鈴薯是世界第五大糧食作物，又是重要的飼料和工業原料，其適應性廣、豐產性好、營養豐富、經濟效益高，近年來種植面積持續增加。我國是世界最大的馬鈴薯生產國，2010年種植面積約520萬hm2，總產量8 153萬t，約占世界總產量的20%。與此同時，我國馬鈴薯種植機尤其是大型馬鈴薯種植機的需求量不斷增加。在大型4行牽引式馬鈴薯種植機尚處在研發階段的情況下，為提高生產效率，用戶不得不花高價進口國外大型馬鈴薯種植機。為解決此問題，黑龍江省農業機械工程科學研究院研制了2CMF-4型牽引式馬鈴薯種植機，該機綜合了當今世界多種先進機型的優點，性能更加可靠穩定，價格比德國、荷蘭同類機型低1/3以上，競爭優勢明顯。該機的成功研制，對抑制歐美等跨國公司在大型牽引式馬鈴薯種植機上所形成的價格和技術壟斷、促進我國馬鈴薯產業快速發展具有重要的意義。

1 2CMF-4型牽引式馬鈴薯種植機的總體結構

2CMF-4型牽引式馬鈴薯種植機（見圖1）一次進地能完成開溝施肥、仿形開溝、播種、圓盤覆土等功能，與傳統人工、半機械化、小型機械化種植方式相比，不僅勞動強度低，而且拉機攜帶機械的進地次數少，更重要的是提高了作業效率和種植精度，搶農時。該機具有結構緊湊、使用操作簡單方便、運輸容易、動力適應范圍大、側施底肥均勻、肥量調節范圍大、使用安全可靠、生產率高、地區適應性強等諸多優點，尤其是設計獨特的導種及清種機構，能最大限度地保證作業質量，株距合格率高，重種率、漏種率低。大面積生產考核和各地區實際應用表明，其適應性、可靠性及各項性能指標均超過國家標準要求，在國內同類產品中處于領先地位。

2 2CMF-4型牽引式馬鈴薯種植機的主要技術經濟指標

整機外形尺寸：5 770 mm×3 836 mm×2 685 mm；

整機質量：3 000 kg；

作業行數：4行；

適應壟距：800 mm或900 mm；

種植器型式：舀上勺式；

種勺數量：每行38個；

施肥器型式：外槽輪式；

振動形式：直流電機（12 V蓄電池驅動）；

播種開溝器型式：帶仿形輪靴鞋式開溝器

開溝深度調節范圍：0～200 mm；

設計株距調節范圍：121～397 mm（30種）；

設計株距調節方式：變換鏈輪掛輪傳動組合；

配套動力：59.6 kW及以上輪式拖拉機；

適應作業速度：5 km/h（拖拉機按Ⅲ～Ⅳ擋行駛）；

作業效率：1.2～1.3 hm2/h；

排肥量：100～1 000 kg/hm2；

合格率：>80%；

重種指數：<12%；

漏種指數：<8%。

3 2CMF-4型牽引式馬鈴薯種植機的各部件設計

3.1 牽引架

牽引架由矩形管和鋼板焊接而成，其作用為：一是與拖拉機牽引點相連接；二是通過調整牽引架和機架相連的油缸（同時配合地輪油缸）來實現整機的升起與降落，從而實現運輸行走和作業。

3.2 液壓系統

液壓系統由液壓缸、對絲、高壓油管、球形截止閥、快換接頭（陽）等組成。液壓缸分為4種共6個，即前油缸1個、離合器油缸（見圖2）1個、地輪油缸2個、種箱油缸2個。其中前油缸、離合器油缸和地輪油缸共同作用，完成整機的升起和降落，實現運輸行走狀態與播種作業狀態的轉換。前油缸為雙作用油缸，需2根高壓油管。離合器油缸與地輪油缸為單作用油缸。由于離合器油缸與地輪油缸的使用動作同步，即地輪升起時（地輪油缸伸出）為非作業狀態，而非作業狀態時離合器需要脫離開（離合器油缸伸出），所以離合器油缸與地輪油缸共用1根高壓油管。離合器油缸的回位是通過2個彈簧（一個為拉伸彈簧，一個為壓縮彈簧）共同作用實現的，此創新設計的液壓驅動式離合器徹底解決了機械式離合器反映不靈敏、離合不充分的弊端。種箱油缸為單作用油缸，使用一根高壓油管，通過控制種箱傾翻角度來實現充分充種。球形截止閥的作用是當調整好某一狀態時將閥門關閉，以防止駕駛員誤操作及管路自動回油。與種箱油缸連接的截止閥只有在非工作狀態時才可關閉。快換接頭（陽）的作用是實現管路與拖拉機快速對接。

3.3 機架

機架由機架焊合與其它附屬連接座裝配而成。機架焊合由矩形管、鋼板和中間連接梁焊接而成，為機具的基礎和骨架，在其上面安裝所有的零部件，播種行距的調整也在此實現。

3.4 劃印器

機具設計了手動式可越障劃印器（見圖3），結構簡單、安裝調整方便、使用可靠安全。使用時，先將劃印器大臂與劃印器座連接卡簧取下，將劃印器整體放下。劃印深度可通過變換劃印刀、劃印體和劃印體連接臂上的孔位置進行微調。

3.5 施肥系統

施肥系統由肥箱、外槽輪式施肥盒、六方軸、傳動鏈和導肥管組成。肥箱通過支承座固定在機架上，箱底裝有尼龍材質的外槽輪式施肥盒，盒出口與滑刀開溝器順肥管通過槊料導肥管連接，傳動裝置帶動外槽輪轉動使肥料流入肥溝內。

獨創排肥軸控制裝置（見圖4），徹底解決了外槽輪式排肥盒施肥系統中排肥軸整體控制（微調施肥量）難、排肥軸具有側向力（損壞排肥盒）等弊端。

3.6 播種系統

播種系統主要由播種架組成。播種架上裝有上、下升運輪，安裝鋼制舀勺的取種帶和電振動輪等主要工作部件，是整個機具的核心。種箱內的薯種通過安裝在取種帶上的小勺逐個連續舀取，然后隨上、下升運輪的轉動至取種帶最高位置；小勺翻轉90°后將薯種傾倒在同列安裝的前一個勺外底面，前一個勺運動到取種帶最低位置時，薯種從播種架槽板中脫出，落入種植溝內，從而實現薯種種植。

3.7 傳動系統

傳動系統的創新點為側箱式傳動，最大特點為株距調整范圍廣、調整極為方便。其傳動原理為：與地輪通過萬向傳動軸驅動的主驅動軸上的鏈輪與中間軸里鏈輪連接，中間軸通過套管與主傳動軸連接，主傳動軸外側鏈輪露在傳動箱內，為播種架驅動鏈輪；中間軸上另一個鏈輪與施肥系統驅動鏈輪連接，驅動外槽輪施肥器；主傳動軸上的鏈輪輪與清種軸驅動鏈輪連接，使播種架下種箱內的導種盤桿擺動；株距調整靠傳動箱內的上下傳動軸間的掛輪組合來實現。

3.8 種箱

液壓式可傾翻種箱可根據播種架槽體內種薯的數量來隨時操縱液壓缸，從而控制種箱傾翻角度，便于及時充種。同時，能防止因沖種過多造成的種薯架空現象。

3.9 地輪系統

地輪系統（見圖5）主要由地輪、地輪支臂和地輪油缸組成，支撐整機質量并提供動力，是整個種植機的動力源。在拖拉機的牽引下，地輪與地面摩擦滾動，在非工作狀態時（運輸及地頭轉彎時，地輪油缸升起，離合器脫開）起支撐、運輸作用，在工作狀態時（播種作業時離合器結合）起到提供動力的作用。

地輪系統中創新設計的地輪大角度傳動軸與超越離合器裝置組合，徹底解決了機具在變換狀態（即起降）、轉彎和倒退時傳動、行走裝置產生的差速、倒轉等，使傳動簡單方便、安全可靠。

3.10 覆土圓盤

覆土圓盤（見圖6）采用組裝式結構，入土深度可調，具有彈簧限深仿形功能，圓盤角度可調，以適應不同壟距、壟形等要求，其作用是將滑刀開溝器與仿形開溝器開出的溝沿土覆回溝內蓋住種薯并形成壟型。仿形圓盤覆土器與仿形開溝器的完美組合，可實現播深一致及對種植深度進行精確調整控制，達到精確播種。

3.11 導種裝置

此裝置包括截流、導種、清種等機構。采用舀勺式取種方式時，種粒的單一化目標，只有通過這些機構聯動才能實現。截流采用橡膠板來控制供種量，導種時擺桿不斷撥動種薯下移。清種時，通過分離桿撥動與電振動相結合來保證舀勺取種的單粒化。

3.12 仿形開溝器

創新設計的仿形開溝器（見圖7）與播種架以平行四邊形結構相連接，通過調節仿形輪支臂的鎖具螺旋扣，可控制開溝深度。同時，通過連接平行四邊形對角的拉簧，可使仿形輪隨土壤表面的高低自動上下起落，從而保證播深一致性。開溝器后側設有緩沖回籠板，可使每一播種行中兩排種勺落下的種薯匯流到溝底，保證株距及行距的精度。

3.13 滑刀開溝器

滑刀開溝器后側焊有2根順肥管，其開溝及施肥位置處于薯種前方更深層，可保證播種時肥料與薯種的隔離及后期生長養分的有效供應。

4 結語

大面積田間生產作業表明，該機整機配置合理，結構緊湊，安裝調整和使用方便，能適應壟播和平播，一次完成開溝施肥、仿形開溝、播種、圓盤覆土等多項作業。重點解決整機模塊化組裝設計及播種機構單體仿形等關鍵性技術問題。

性能試驗和生產試驗測定證明，該機田間適應性強，工作效率高，工作安全可靠；安裝、調整、使用方便，播種質量好，株距均勻，播深一致；鎮壓緊實，抗旱保墑，苗齊苗壯。同時，由于采用新技術實現寬幅作業，減少了拖拉機進地次數，避免耕地壓實，保護了耕層結構，實現了農業可持續發展，是土壤保護性耕作的理想配套機具。

參考文獻

[1] 楊金磚.呂金慶.李曉明.2CMF-4型懸掛式馬鈴薯種植機的研究[J].農機化研究，2010（1）：127-130.

[2] 機械設計手冊編委會.機械設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2006.

[3] 杜宏偉，尚書旗，楊然冰，等.我國馬鈴薯機械化播種排種技術研究與分析[J].農機化研究，2011（2）：214-217.

3.6 播種系統

播種系統主要由播種架組成。播種架上裝有上、下升運輪，安裝鋼制舀勺的取種帶和電振動輪等主要工作部件，是整個機具的核心。種箱內的薯種通過安裝在取種帶上的小勺逐個連續舀取，然后隨上、下升運輪的轉動至取種帶最高位置；小勺翻轉90°后將薯種傾倒在同列安裝的前一個勺外底面，前一個勺運動到取種帶最低位置時，薯種從播種架槽板中脫出，落入種植溝內，從而實現薯種種植。

3.7 傳動系統

傳動系統的創新點為側箱式傳動，最大特點為株距調整范圍廣、調整極為方便。其傳動原理為：與地輪通過萬向傳動軸驅動的主驅動軸上的鏈輪與中間軸里鏈輪連接，中間軸通過套管與主傳動軸連接，主傳動軸外側鏈輪露在傳動箱內，為播種架驅動鏈輪；中間軸上另一個鏈輪與施肥系統驅動鏈輪連接，驅動外槽輪施肥器；主傳動軸上的鏈輪輪與清種軸驅動鏈輪連接，使播種架下種箱內的導種盤桿擺動；株距調整靠傳動箱內的上下傳動軸間的掛輪組合來實現。

3.8 種箱

液壓式可傾翻種箱可根據播種架槽體內種薯的數量來隨時操縱液壓缸，從而控制種箱傾翻角度，便于及時充種。同時，能防止因沖種過多造成的種薯架空現象。

3.9 地輪系統

地輪系統（見圖5）主要由地輪、地輪支臂和地輪油缸組成，支撐整機質量并提供動力，是整個種植機的動力源。在拖拉機的牽引下，地輪與地面摩擦滾動，在非工作狀態時（運輸及地頭轉彎時，地輪油缸升起，離合器脫開）起支撐、運輸作用，在工作狀態時（播種作業時離合器結合）起到提供動力的作用。

地輪系統中創新設計的地輪大角度傳動軸與超越離合器裝置組合，徹底解決了機具在變換狀態（即起降）、轉彎和倒退時傳動、行走裝置產生的差速、倒轉等，使傳動簡單方便、安全可靠。

3.10 覆土圓盤

覆土圓盤（見圖6）采用組裝式結構，入土深度可調，具有彈簧限深仿形功能，圓盤角度可調，以適應不同壟距、壟形等要求，其作用是將滑刀開溝器與仿形開溝器開出的溝沿土覆回溝內蓋住種薯并形成壟型。仿形圓盤覆土器與仿形開溝器的完美組合，可實現播深一致及對種植深度進行精確調整控制，達到精確播種。

3.11 導種裝置

此裝置包括截流、導種、清種等機構。采用舀勺式取種方式時，種粒的單一化目標，只有通過這些機構聯動才能實現。截流采用橡膠板來控制供種量，導種時擺桿不斷撥動種薯下移。清種時，通過分離桿撥動與電振動相結合來保證舀勺取種的單粒化。

3.12 仿形開溝器

創新設計的仿形開溝器（見圖7）與播種架以平行四邊形結構相連接，通過調節仿形輪支臂的鎖具螺旋扣，可控制開溝深度。同時，通過連接平行四邊形對角的拉簧，可使仿形輪隨土壤表面的高低自動上下起落，從而保證播深一致性。開溝器后側設有緩沖回籠板，可使每一播種行中兩排種勺落下的種薯匯流到溝底，保證株距及行距的精度。

3.13 滑刀開溝器

滑刀開溝器后側焊有2根順肥管，其開溝及施肥位置處于薯種前方更深層，可保證播種時肥料與薯種的隔離及后期生長養分的有效供應。

4 結語

大面積田間生產作業表明，該機整機配置合理，結構緊湊，安裝調整和使用方便，能適應壟播和平播，一次完成開溝施肥、仿形開溝、播種、圓盤覆土等多項作業。重點解決整機模塊化組裝設計及播種機構單體仿形等關鍵性技術問題。

性能試驗和生產試驗測定證明，該機田間適應性強，工作效率高，工作安全可靠；安裝、調整、使用方便，播種質量好，株距均勻，播深一致；鎮壓緊實，抗旱保墑，苗齊苗壯。同時，由于采用新技術實現寬幅作業，減少了拖拉機進地次數，避免耕地壓實，保護了耕層結構，實現了農業可持續發展，是土壤保護性耕作的理想配套機具。

參考文獻

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[3] 杜宏偉，尚書旗，楊然冰，等.我國馬鈴薯機械化播種排種技術研究與分析[J].農機化研究，2011（2）：214-217.

3.6 播種系統

播種系統主要由播種架組成。播種架上裝有上、下升運輪，安裝鋼制舀勺的取種帶和電振動輪等主要工作部件，是整個機具的核心。種箱內的薯種通過安裝在取種帶上的小勺逐個連續舀取，然后隨上、下升運輪的轉動至取種帶最高位置；小勺翻轉90°后將薯種傾倒在同列安裝的前一個勺外底面，前一個勺運動到取種帶最低位置時，薯種從播種架槽板中脫出，落入種植溝內，從而實現薯種種植。

3.7 傳動系統

傳動系統的創新點為側箱式傳動，最大特點為株距調整范圍廣、調整極為方便。其傳動原理為：與地輪通過萬向傳動軸驅動的主驅動軸上的鏈輪與中間軸里鏈輪連接，中間軸通過套管與主傳動軸連接，主傳動軸外側鏈輪露在傳動箱內，為播種架驅動鏈輪；中間軸上另一個鏈輪與施肥系統驅動鏈輪連接，驅動外槽輪施肥器；主傳動軸上的鏈輪輪與清種軸驅動鏈輪連接，使播種架下種箱內的導種盤桿擺動；株距調整靠傳動箱內的上下傳動軸間的掛輪組合來實現。

3.8 種箱

液壓式可傾翻種箱可根據播種架槽體內種薯的數量來隨時操縱液壓缸，從而控制種箱傾翻角度，便于及時充種。同時，能防止因沖種過多造成的種薯架空現象。

3.9 地輪系統

地輪系統（見圖5）主要由地輪、地輪支臂和地輪油缸組成，支撐整機質量并提供動力，是整個種植機的動力源。在拖拉機的牽引下，地輪與地面摩擦滾動，在非工作狀態時（運輸及地頭轉彎時，地輪油缸升起，離合器脫開）起支撐、運輸作用，在工作狀態時（播種作業時離合器結合）起到提供動力的作用。

地輪系統中創新設計的地輪大角度傳動軸與超越離合器裝置組合，徹底解決了機具在變換狀態（即起降）、轉彎和倒退時傳動、行走裝置產生的差速、倒轉等，使傳動簡單方便、安全可靠。

3.10 覆土圓盤

覆土圓盤（見圖6）采用組裝式結構，入土深度可調，具有彈簧限深仿形功能，圓盤角度可調，以適應不同壟距、壟形等要求，其作用是將滑刀開溝器與仿形開溝器開出的溝沿土覆回溝內蓋住種薯并形成壟型。仿形圓盤覆土器與仿形開溝器的完美組合，可實現播深一致及對種植深度進行精確調整控制，達到精確播種。

3.11 導種裝置

此裝置包括截流、導種、清種等機構。采用舀勺式取種方式時，種粒的單一化目標，只有通過這些機構聯動才能實現。截流采用橡膠板來控制供種量，導種時擺桿不斷撥動種薯下移。清種時，通過分離桿撥動與電振動相結合來保證舀勺取種的單粒化。

3.12 仿形開溝器

創新設計的仿形開溝器（見圖7）與播種架以平行四邊形結構相連接，通過調節仿形輪支臂的鎖具螺旋扣，可控制開溝深度。同時，通過連接平行四邊形對角的拉簧，可使仿形輪隨土壤表面的高低自動上下起落，從而保證播深一致性。開溝器后側設有緩沖回籠板，可使每一播種行中兩排種勺落下的種薯匯流到溝底，保證株距及行距的精度。

3.13 滑刀開溝器

滑刀開溝器后側焊有2根順肥管，其開溝及施肥位置處于薯種前方更深層，可保證播種時肥料與薯種的隔離及后期生長養分的有效供應。

4 結語

大面積田間生產作業表明，該機整機配置合理，結構緊湊，安裝調整和使用方便，能適應壟播和平播，一次完成開溝施肥、仿形開溝、播種、圓盤覆土等多項作業。重點解決整機模塊化組裝設計及播種機構單體仿形等關鍵性技術問題。

性能試驗和生產試驗測定證明，該機田間適應性強，工作效率高，工作安全可靠；安裝、調整、使用方便，播種質量好，株距均勻，播深一致；鎮壓緊實，抗旱保墑，苗齊苗壯。同時，由于采用新技術實現寬幅作業，減少了拖拉機進地次數，避免耕地壓實，保護了耕層結構，實現了農業可持續發展，是土壤保護性耕作的理想配套機具。

參考文獻

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[2] 機械設計手冊編委會.機械設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2006.

[3] 杜宏偉，尚書旗，楊然冰，等.我國馬鈴薯機械化播種排種技術研究與分析[J].農機化研究，2011（2）：214-217.