全膜面覆土式馬鈴薯播種聯合作業機設計與試驗

戴 飛 辛尚龍 趙武云 劉鳳軍 辛兵幫 馬明生

(1.甘肅農業大學工學院， 蘭州 730070； 2.酒泉市鑄隴機械制造有限責任公司， 酒泉 735000；3.甘肅省農業科學院旱地農業研究所， 蘭州 730070)

全膜面覆土式馬鈴薯播種聯合作業機設計與試驗

戴 飛1辛尚龍1趙武云1劉鳳軍2辛兵幫2馬明生3

(1.甘肅農業大學工學院， 蘭州 730070； 2.酒泉市鑄隴機械制造有限責任公司， 酒泉 735000；3.甘肅省農業科學院旱地農業研究所， 蘭州 730070)

為實現馬鈴薯大壟雙行膜上覆土自然破膜出苗機械化栽培，設計了一種可實現施肥、播種、起壟、覆膜和全膜面覆土一體化作業的全膜面覆土式馬鈴薯播種聯合作業機。對樣機關鍵部件進行了設計，確定其排肥系統、鏈勺式排種系統工作參數，同時分析了提土-膜面覆土裝置作業過程，得到滿足膜頂覆土厚度的必要作業條件。田間試驗結果表明，當作業速度為1.8～2.0 km/h時，重種指數為4.9%，漏種指數為6.6%，種植深度合格率為95.2%，種薯間距合格指數為90.1%，膜頂覆土厚度合格率為98.8%，各行排肥量一致性變異系數為6.5%，總排肥量穩定性變異系數為5.1%，試驗指標均符合國家和行業標準要求，試驗結果滿足設計和實際作業要求。

馬鈴薯； 播種； 全膜面覆土； 聯合作業機； 設計； 試驗

引言

目前，傳統大田馬鈴薯栽培有平作和壟作模式，壟作分為壟體覆膜與無膜2種，其中壟作覆膜種植為我國西北旱區馬鈴薯的主導栽培模式，主要包括先播種后覆膜、待出苗后人工放苗以及先覆膜后破膜播種2種類型[1]。前者需人工放苗，作業強度大、地膜損傷嚴重，且放苗不及時易出現高溫燒苗現象；后者需有配套的膜上播種機具，現有的手持式掘穴器播種速率低，且種床保墑效果不理想。為此，針對甘肅省馬鈴薯大壟雙行覆膜種植模式要求，相關學者提出了“馬鈴薯壟作膜上覆土自然破膜出苗栽培技術”，即馬鈴薯壟作施肥播種覆膜后，在壟體頂部地膜膜面上覆蓋一層厚度為35～45 mm的土壤，意在使馬鈴薯植株幼苗依靠覆土重力的作用自行穿破地膜完成出苗[2-3]。該農藝技術能夠避免人工二次放苗、節省勞力，可有效保證種植馬鈴薯出苗整齊和青薯率低且增產效果顯著，在甘肅省得到了大面積的推廣應用。

近年來，國內外馬鈴薯種植機械化水平在逐步提升。國外以德國 Grimme和美國 Double L等農機制造公司為代表，主要生產大中型馬鈴薯播種施肥聯合作業裝備，在自動化行(株)距控制、液壓系統供種、播種電子監測等方面技術先進，無論采用半懸掛或牽引式，均可一次完成開溝、施肥、施藥、播種和起壟覆土等作業，聯合機智能化、精量化程度高[4-5]。但受不同地域農田降水條件與作業氣候限制，國外馬鈴薯機械化種植基本無覆膜作業工序，且其體積大、價格昂貴，不適宜在我國西北旱地馬鈴薯產區應用。國內研制了一系列中小型馬鈴薯壟作種植一體機，機械化聯合工作程度較高、作業質量可靠，但由于沒有專門的膜頂覆土裝置而不符合馬鈴薯大壟雙行膜上覆土自然破膜出苗栽培種植模式要求[6-8]。目前，相關覆膜種植機、鋪膜機膜上覆土機構主要有內螺旋滾筒式和前旋耕輸土式[9-11]。其中，內螺旋滾筒式覆土機構針對膜面穴狀覆土要求，實現交叉排土與孔穴覆蓋功能；前旋耕輸土式覆土機構可滿足平鋪膜、全膜面覆土與壟體兩側膜邊覆土需求，廣泛應用于小麥全膜覆土穴播技術、玉米全膜雙壟溝播技術配套機具中，但兩者均達不到壟作模式下壟體全膜面覆土的農藝技術條件。孫偉等[12]研制出全膜覆蓋鋪膜機膜上覆土裝置，作業性能良好，但該裝置主要以馬鈴薯全膜雙壟溝播技術為依托。為此，在融合馬鈴薯大壟雙行膜上覆土自然破膜出苗栽培技術的基礎上，本文設計全膜面覆土式馬鈴薯播種聯合作業機。

1 整機結構與工作原理

1.1 結構組成

全膜面覆土式馬鈴薯播種聯合作業機主要由懸掛裝置、排肥系統、鏈勺式排種系統、壟體整形裝置、提土-膜頂覆土裝置、壟體覆膜裝置、旋耕刀組、地輪和鎮壓輪等部件組成，結構如圖1所示。

圖1 全膜面覆土式馬鈴薯播種聯合作業機結構簡圖Fig.1 Structure diagrams of combined potato planting machine for covering soil on top of full film surface1.懸掛架 2.肥箱 3.排種裝置 4.種箱 5.變速箱 6.補種座 7.提土-膜頂覆土裝置 8.鎮壓輪 9.膜側覆土圓盤 10.展膜輪 11.覆膜掛接裝置 12.起土鏟 13.旋耕刀組 14.壟體整形裝置 15.地輪 16.靴式開溝器 17.施肥開溝器

其中，排肥系統由肥箱、傾斜圓盤式施肥開溝器及外槽輪式排肥器等組成；鏈勺式排種系統由種箱、靴式開溝器及采用交叉配置的鏈勺式排種器等構成；旋耕起壟裝置主要包括旋耕刀組及壟體整形裝置；壟體覆膜裝置由覆膜掛接裝置、展膜輪及膜側覆土圓盤等組成；提土-膜面覆土裝置包括起土鏟、左右均布對稱的刮板升運帶式提土器和橫跨壟體膜頂的水平雙向螺旋覆土裝置。

1.2 傳動系統與工作原理

聯合作業機傳動系統如圖2所示，機具以三點后懸掛方式與拖拉機聯接，當拖拉機牽引機具作業時，前行地輪轉動，地輪外側鏈帶動肥箱中外槽輪式排肥器轉動進行施肥作業，其內側鏈傳動帶動種箱中兩列鏈勺式排種器運行實現取種，并結合靴式開溝器完成播種。與此同時，聯軸器Ⅰ通過變速箱將動力分別傳遞至其兩側旋耕刀組與后置提土-膜頂覆土裝置，提土-膜頂覆土裝置動力左、右半軸通過聯軸器Ⅱ聯接轉動，且分別帶動其兩側刮板升運帶式提土器順時針運轉，并在其右側鏈傳動的作用下進一步帶動水平雙向螺旋覆土裝置轉動作業。

圖2 聯合作業機傳動系統原理圖Fig.2 Schematic diagram of transmission system1.聯軸器Ⅰ 2.外槽輪式排肥器 3.地輪 4.鏈勺式排種器 5.旋耕刀軸 6.變速箱 7.動力左半軸 8.聯軸器Ⅱ 9.動力右半軸 10.水平雙向螺旋覆土裝置 11.鎮壓輥 12.膜側覆土圓盤 13.刮板升運帶式提土器 14.旋耕刀組

機具田間工作時(補種人員就位)，地輪前行帶動兩側肥箱內外槽輪式排肥器轉動，并在輸肥管、中置排肥盒及傾斜圓盤式施肥開溝器滾動前行的作用下將肥料施入大壟壟體中間部位。隨著肥料的不斷施入，種箱內鏈勺式排種器同時也在自下而上持續運行，充種區一側的鏈勺向上運動并依次舀取切塊種薯，當種勺到達最高點翻越主動輪后，種薯下落至前一種勺的勺背上，并經種勺攜帶種薯運動至投種點，薯塊下落至種溝底部，并結合靴式開溝器完成排種。與此同時，聯合作業機旋耕刀組高速旋轉，左、右旋耕刀組呈螺旋形，為減小機具重心轉矩，改善刀組旋轉時的動平衡，保持起壟壟體的直線度，刀組轉動時交替入土，旋耕刀組將土壤旋切并向后拋輸，確保有充足的疏松土壤能夠填充刮板升運帶式提土器；且左、右兩旋耕刀組之間的土壤經壟體整形裝置修復后完成起壟作業。此時，地膜在覆膜掛接裝置、展膜輪的不斷轉動作業過程中緊密附著在大壟壟體表面，并由膜側覆土圓盤將兩側膜邊轉動覆土壓實，完成壟體覆膜作業。當起土鏟掘起已旋耕土壤后，由刮板升運帶式提土器將土壤傾斜提升至橫跨壟體膜頂的水平雙向螺旋覆土裝置兩側，隨著水平雙向螺旋輸送器的不斷轉動及兩側土壤螺旋推送，通過中置溜土槽瞬時將升運土壤均勻覆撒在壟體膜面頂部，并在后置鎮壓輥的配合下完成全膜面覆土作業。

1.3 主要技術指標

全膜面覆土式馬鈴薯播種聯合作業機對應的農藝栽培模式如圖3所示。其中，大壟壟高為180～200 mm，相鄰壟體中心距為1 200 mm，壟體頂部寬度為800～850 mm(后續關鍵部件設計中統一按照800 mm計算)，其膜頂覆土厚度規定為35～45 mm(后續關鍵部件設計中統一取40 mm計算)，雙行播種深度為100～120 mm，種薯株距為400 mm，壟體中置單行施肥，施肥深度為80～100 mm。大壟壟體覆膜選用寬度為1 200 mm、厚度為0.01 mm的地膜(白/黑色)。

圖3 馬鈴薯大壟雙行膜上覆土自然破膜出苗栽培模式Fig.3 Seedlings emerge cultivation pattern of potato self-puncture with covering soil on film1.大壟壟體 2.膜頂覆土 3.中置施肥帶 4.壟溝 5.雙行播種帶

結合甘肅省馬鈴薯種植特點和動力計算結果，作業機主要技術參數如表1所示。

表1 作業機主要技術參數Tab.1 Main technical parameters of operation machine

2 關鍵部件設計

2.1 排肥系統

聯合作業機排肥系統(圖4)由兩組肥料箱和與其對應的外槽輪式排肥器、輸肥盒、排肥管、中置排肥盒、肥量調節手輪、傾斜圓盤式施肥開溝器等部件組成。

圖4 排肥系統結構簡圖Fig.4 Structure diagram of fertilizing system composition1.傾斜圓盤式施肥開溝器 2.中置排肥盒 3.輸肥盒 4.外槽輪式排肥器 5.肥量調節手輪 6.左側肥箱 7.右側肥箱

其中，根據馬鈴薯種植特點，選擇排肥系統肥箱作業幅寬B1為1 200 mm，則左、右側肥箱的總容積為[13]

(1)

其中

C=CZ+CYCZ=CY

式中C——肥箱的總容積，LL1——肥箱所裝肥料滿足的施肥距離，設定為1 000 m

B1——排肥系統工作幅寬，取1.20 m

Qmax——最大施肥率，取370 kg/hm2[14]

γ1——磷酸二銨密度，取0.80 kg/L[15]

CZ、CY——左、右側肥箱的容積

由式(1)計算得出，肥箱的總容積C=61.05 L，則CZ=CY=30.5 L。

2.2 鏈勺式排種系統

鏈勺式排種器是目前馬鈴薯播種裝置普遍應用的重要工作部件，近年來通過相關試驗研究與實際應用其作業性能已日趨完善[16-18]。聯合作業機設計選取的鏈勺式排種系統結構(圖5)由種箱、主(從)動鏈輪、滾子鏈條、鏈條張緊裝置、護種板、鏈勺式排種器和導種管等部件組成。

圖5 鏈勺式排種系統結構簡圖Fig.5 Structure diagram of chain-spoon potato metering device system1.種箱外部 2.鏈條張緊裝置 3.主動鏈輪 4.護種板 5.鏈勺式排種器 6.滾子鏈條 7.導種管 8.種箱內部

為使馬鈴薯植株田間通風透光，達到增產的目的，播種行-行間采用交叉種植，且為進一步提高鏈勺式排種器充種性能，種箱兩排滾子鏈上的鏈勺采取交叉配置設計[19]。依據圖5分析，理想狀態下，單粒播種在相同時間內落入種溝的種薯數量等于排種器排出的種薯數量，則建立方程[16]

(2)

即

(3)

式中V——聯合作業機前進速度，m/s，依據表1取0.50～0.56 m/s

v——鏈勺式排種器線速度，為保證排種質量，取最大值0.55 m/s[17]

L2——理論株距，依據大壟雙行種植農藝要求取130 mm

l1——鏈勺間距離，mm

Δt——時間，s

由式(2)、(3)計算得出，鏈勺間的距離l1為128～143 mm之間，則取平均值圓整可得l1=136 mm。

相關試驗研究表明切塊馬鈴薯種薯的休止角基本保持在30°～32°之間[16,20]。為提高排種系統充種性能，避免鏈勺式排種器取種時種箱薯塊出現休止自鎖，將導種管旁種箱底部傾角設計為38°。依照切塊種薯三軸尺寸相關研究，取鏈勺式排種器頂部直徑D=50 mm，底部直徑d=20 mm，鏈勺高度h1=18 mm[16]。

2.3 靴式開溝器

圖6 靴式開溝器結構示意圖Fig.6 Structure diagram of shoe-type furrow opener1.前刀刃 2.立柱 3.溝側翼板 4.溝底翼板 5.溝側土壤分流板 6.溝底土壤分流板

馬鈴薯大壟雙行膜上覆土自然破膜出苗栽培模式對播種的均勻、穩定性要求較高，聯合作業機除排種系統作業性能可靠外，其播種深度(100～120 mm)控制也是一個重要因素[7,21]。如圖1所示，聯合作業機播種深度主要由三點懸掛架掛接位置、種箱前置地輪與靴式開溝器入土深度共同控制。其中，靴式開溝器對播種深度一致性的影響至關重要[22]。聯合作業機選用的靴式開溝器結構如圖6所示，主要由前刀刃、立柱、翼板(包括溝側翼板和溝底翼板)和土壤分流板(包括溝側土壤分流板和溝底土壤分流板)等組成。

其中，靴式開溝器溝側翼板高度h2=245 mm，長度l=200 mm，兩溝側翼板間的距離b1=175 mm，兩溝底翼板的距離b2=70 mm；兩溝側土壤分流板的夾角α=66°，兩溝底土壤分流板的夾角β=70°；溝底翼板與溝底土壤分流板高度相同(h3=75 mm)。靴式開溝器作業時，入土深度控制在100～120 mm之間，在前刀刃的作用下其入土性能較好、開溝深度一致，且溝底平整、溝寬適度，能夠使排出種薯穩定地附著于溝底種床。

2.4 提土-膜面覆土裝置

2.4.1 結構

圖7 提土-膜面覆土裝置結構簡圖Fig.7 Structure diagram of soil elevating-covering mechanism1.起土鏟 2.刮板升運帶式提土器 3.動力左半軸 4.水平雙向螺旋覆土裝置 5.輸土罩殼 6.溜土槽 7.動力右半軸

如圖7所示，提土-膜面覆土裝置主要由起土鏟、刮板升運帶式提土器、水平雙向螺旋覆土裝置、輸土罩殼和溜土槽等部件組成。當聯合作業機作業時，該裝置動力左、右半軸在聯軸器的聯接作用下促使刮板升運帶式提土器運轉，實現將起土鏟掘起土壤傾斜提升與輸送。當土壤升運輸送至水平雙向螺旋覆土裝置兩側后，在其變向推送作用下，使得土壤順著中置溜土槽滑落，并均勻鋪撒覆蓋至大壟壟體膜頂部位。

壟體膜頂覆土厚度是影響馬鈴薯壟作膜上覆土自然破膜出苗栽培技術效應的關鍵因素之一。適宜的土壤壓力有助于馬鈴薯秧苗易破膜出土，提高其出苗率、增加作物產量[3]。當覆土厚度過大時，幼芽頂破地膜的時間較長，會造成商品薯產量下降；而覆土厚度較低時，又無足夠的土壤壓力[3,23]。因此，為保證提土-膜面覆土裝置作業過程中對膜頂覆土厚度的一致性與穩定性，需對影響其作業性能的關鍵參數(水平雙向螺旋覆土裝置轉速、刮板升運帶式提土器線速度及其結構參數)進行理論分析與計算。

圖8 膜頂覆土作業過程Fig.8 Schematic diagrams of operation process of covering soil on top of full film surface1.起土鏟 2.刮板升運帶式提土器 3.溜土槽 4.輸土罩殼 5.壟體膜頂覆土層 6.水平雙向螺旋覆土裝置

2.4.2 壟體膜頂覆土量

如圖8a所示，當聯合作業機在單位時間段內由A點至B點前行向大壟壟體膜頂覆土作業時，其壟體膜頂覆土量為

Q=γ2l2bh4

(4)

其中

l2=Vt

式中Q——壟體膜頂覆土量，kg/ht——覆膜單位時間，取1 hγ2——土壤(黃綿土)容重，取1 300 kg/m3[12]l2——單位時間內膜頂覆土長度，mb——膜頂覆土寬度，取0.80 mh4——膜頂覆土厚度，取0.04 m

由式(4)計算得出：Q=74 880 kg/h。

如圖8b所示，水平雙向螺旋覆土裝置由輸土罩殼、中置溜土槽及左右兩段等長反向的螺旋葉片組成。因此，當兩側提升土壤經輸土罩殼進入水平雙向螺旋覆土裝置后，升運土壤均向中置溜土槽螺旋推送，并向大壟壟體膜頂均勻覆蓋鋪撒。其中，左側螺旋輸(覆)土量為Q1，右側螺旋輸(覆)土量為Q2，可得

(5)

由式(5)計算得出：Q1=Q2=37 440 kg/h。

2.4.3 水平雙向螺旋覆土裝置轉速

當水平雙向螺旋覆土裝置轉速為一定值，且其兩側輸(覆)土量均滿足37 440 kg/h時，大壟壟體膜面對應的覆土厚度才會滿足相關農藝技術要求，通常在不考慮土壤軸向阻滯影響的情況下，水平雙向螺旋覆土裝置轉速為[24]

(6)

式中D1——水平雙向螺旋葉片外徑，為0.16 mS——水平雙向螺旋覆土裝置螺距，為0.10 mφ1——水平雙向螺旋覆土裝置填充系數，查表取0.5[13]

ε——傾斜輸送系數(傾斜角度0°)，為1[13]

由式(6)計算得出水平雙向螺旋覆土裝置轉速n=479 r/min。

2.4.4 刮板升運帶式提土器傾斜提升線速度

為保障提土-膜面覆土裝置有充足土壤進行膜頂覆土作業，除水平雙向螺旋覆土裝置轉速外，刮板升運帶式提土器傾斜提升線速度也是影響其作業性能的又一關鍵因素。設計的刮板升運帶式提土器傾斜角α1為45°，工作時的絕對運動由兩種運動合成，即聯合作業機前進速度V、刮板升運帶式提土器傾斜提升線速度v1，如圖9所示。

圖9 刮板升運帶式提土器作業過程Fig.9 Schematic diagrams of operation process of scraper lifting belt soil elevating mechanism1.起土鏟 2.升運帶 3.溜土槽 4.輸土罩殼 5.升運土壤 6.刮板

則刮板升運帶式提土器傾斜提升線速度為[13]

(7)

式中B2——刮板升運帶寬度，為0.21 mH——刮板高度，為0.06 mφ2——刮板升運帶式提土器填充系數(在0.75～0.97之間)，取均值為0.86[13]

k——傾斜系數，刮板升運帶式提土器傾斜角度為45°，查表取0.40[13]

由式(7)計算得出刮板升運帶式提土器傾斜提升線速度v1=1.85 m/s。

2.4.5 刮板升運帶結構參數

如圖9b所示，當土壤填充至刮板升運帶式提土器且穩定傾斜輸送時，兩刮板之間及其填充土壤形成了一個閉合的直角三角形，依據幾何關系，可得刮板間距為

(8)

式中β1——土壤(黃綿土)的內摩擦角，取28°[25]

由式(8)計算得出刮板升運帶式提土器刮板間距L3=0.194 m，在每組刮板升運帶式提土器上設置18個刮板，即升運帶長度設計值為3.30 m。

3 田間試驗與結果分析

3.1 試驗條件與材料

2016年4月，在甘肅省定西市安定區香泉鎮進行了全膜面覆土式馬鈴薯播種聯合作業機現場操作演示與田間作業性能試驗。試驗地土壤為黃綿土，含水率為16.86%，土壤容重為1 300 kg/m3，堅實度小于0.20 MPa，田面較平整、疏松且雜草較少。試驗前對聯合作業機進行調試，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44.8 mm×36.6 mm×23.9 mm的切塊種薯，通過掛接板將提土-膜面覆土裝置起土鏟傾角調整為15°，在覆膜掛接裝置上安裝(白/黑色)地膜(0.01 mm)，并將膜側覆土圓盤傾角調整至35°。

3.2 試驗方法

按照聯合作業機預期實現的設計功能，結合GB/T 25417—2010《馬鈴薯種植機 技術條件》和NY/T 1415—2007《馬鈴薯種植機質量評價技術規范》規定的試驗方法進行田間作業性能試驗(圖10)，聯合動力選取常林沭河SH404型輪式拖拉機，標定功率為29.4 kW，作業機前進速度為1.8～2.0 km/h。試驗選取種植深度合格率、重種指數、漏種指數、種薯間距合格指數、膜頂覆土厚度合格率、總排肥量穩定性變異系數、各行排肥量一致性變異系數作為能夠體現聯合作業機工作性能的測試指標；同時考察聯合作業機排肥系統、鏈勺式排種系統、旋耕起壟裝置、壟體覆膜裝置及提土-膜面覆土裝置的工作運轉情況。其中，膜頂覆土厚度合格率測定用鋼卷尺以人工測量的作業方式，獲取各測區內膜頂覆土厚度達到35～45 mm合格樣本占總抽取樣本數量的平均百分比；其余指標全部依照文獻[26]規定的具體計算方法，測定各項作業性能指標。

圖10 聯合機田間作業性能試驗Fig.10 Field performance test of combined machine

試驗結果統計與計算中規定試驗小區以單一壟體寬度(800 mm)為基準，試驗準備區長度為5 m，測定區長度為20 m，試驗小區在試驗地中隨機選取，馬鈴薯施肥播種起壟覆膜全膜面覆土試驗重復10次，試驗結果取試驗測定指標的平均值。

3.3 試驗結果與分析

全膜面覆土式馬鈴薯播種聯合作業機田間試驗結果如表2所示。

由試驗結果可得，全膜面覆土式馬鈴薯播種聯合作業機試驗指標均達到國家標準要求。

試驗過程中發現，當聯合作業機前進速度保持在1.8～2.0 km/h時，其各組成系統的作業性能較高且相對穩定。當前進速度進一步提高時，鏈勺式排種器線速度增大，種薯在排種系統主動鏈輪處所受的轉動慣性力過大，會出現被甩出種勺無法進入導種管的現象，最終造成漏播；同時，靴式開溝器翼板和土壤分流板與種床土壤互作時間縮短，播種開溝深度一致性受到擾動，致使種植深度合格率降低。若田間土地不平整、土壤堅實度較高時，則會影響旋耕土壤進入提土-膜面覆土裝置的及時性與準確性，導致壟體膜頂覆土厚度不一致，土壤結塊覆蓋，因此，需要適當調整作業機前進速度，確保旋耕刀組與田間土壤的充分作用時間，以獲取高質量的切削土壤。

表2 田間試驗結果Tab.2 Results of field experiment %

4 結論

(1)通過融合馬鈴薯大壟雙行膜上覆土自然破膜出苗栽培技術，確定了樣機傳動系統，并對其排肥系統、鏈勺式排種系統及提土-膜面覆土裝置重要作業部件進行選型與設計，完成其關鍵參數分析計算，設計了全膜面覆土式馬鈴薯播種聯合作業機。

(2)聯合作業機采用的排肥系統能夠將兩側肥箱內的肥料準確施入壟體中間部位，鏈勺式排種系統將切塊薯投送至壟體施肥帶兩側并確保種薯的合理間距，二者相互配合作業，可有效避免施肥燒種現象；通過滿足壟體膜頂覆土厚度要求條件的分析，確保了提土-膜面覆土裝置能夠準確、可靠實現“提土-覆土”動態工作過程，最大限度保證了膜頂覆土作業。

(3)田間試驗表明，全膜面覆土式馬鈴薯播種聯合作業機工作后其重種指數為4.9%，漏種指數為6.6%，種植深度合格率為95.2%，種薯間距合格指數為90.1%，膜頂覆土厚度合格率為98.8%，各行排肥量一致性變異系數為6.5%，總排肥量穩定性變異系數為5.1%，田間性能試驗指標均達到國家和行業標準要求，試驗結果滿足設計要求，能夠實現馬鈴薯施肥、播種、起壟、覆膜、全膜面覆土的一體化作業。

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7 李明金，許春林，李連豪，等. 2CM-4型馬鈴薯播種施肥聯合作業機的研制[J]. 黑龍江八一農墾大學學報，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)

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9 趙立軍，何堤，周福君. 2BF-1400 型水稻覆膜播種機覆土機構參數優化與試驗[J/OL]. 農業工程學報，2015，31(8)：21-26. http:∥www.tcsae.org/nygcxb/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20150804&flag=1. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2015.08.004. ZHAO Lijun, HE Di, ZHOU Fujun. Parameter optimization and test on soil-covering mechanism of 2BF-1400 rice mulching film seeder machine [J/OL]. Transactions of the CSAE, 2015, 31(8):21-26. (in Chinese)

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11 戴飛，趙武云，馬明義，等. 雙壟耕作施肥噴藥覆膜機工作參數優化[J/OL]. 農業機械學報，2016，47(1)：83-90.http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20160112&flag=1. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2016.01.012. DAI Fei, ZHAO Wuyun, MA Mingyi, et al. Parameters optimization of operation machine for tillage-fertilization and spraying-filming on double ridges [J/OL]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery,2016,47(1):83-90. (in Chinese)

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13 中國農業機械化科學研究院. 農業機械設計手冊(下冊)[M]. 北京：中國農業科學技術出版社，2007.

14 石小紅，田豐，張永成，等. 不同施肥量和密度對馬鈴薯葉片葉綠素含量的影響[J]. 青海大學學報:自然科學版，2009，27(6)：56-60. SHI Xiaohong, TIAN Feng, ZHANG Yongcheng, et al. Effects of different fertilizing dosage and density on chlorophyll content of potato leaves [J]. Journal of Qinghai University:Nature Science,2009,27(6): 56-60. (in Chinese)

15 高雄，郝磊. 2CMG-4型馬鈴薯播種機排肥試驗研究[J]. 農機化研究，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)

16 呂金慶，楊穎，李紫輝，等. 舀勺式馬鈴薯播種機排種器的設計與試驗[J/OL]. 農業工程學報，2016，32(16)：17-25.http:∥www.tcsae.org/nygcxb/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20161603&flag=1. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.16.003. Lü Jinqing, YANG Ying, LI Zihui, et al. Design and experiment of cup-belt type potato seed-metering device [J/OL]. Transactions of the CSAE, 2016, 32(16):17-25. (in Chinese)

17 孫偉，王關平，吳建民. 勺鏈式馬鈴薯排種器漏播檢測與補種系統的設計與試驗[J/OL]. 農業工程學報，2016，32(11)：8-15. http:∥www.tcsae.org/nygcxb/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20161102&flag=1. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.11.002. SUN Wei, WANG Guanping, WU Jianmin. Design and experiment on loss sowing testing and compensation system of spoon-chain potato metering device [J/OL]. Transactions of the CSAE, 2016, 32(11):8-15. (in Chinese)18 KHALID A, AL-GAADI K A. Performance evaluation of a cup-belt potato planter at different operation conditions and tuber shapes [J]. American-Eurasian Journal of Agricultural & Environmental Sciences, 2011, 10(5):821-828.

19 政東紅，陳偉，杜文亮，等. 勺式排種技術及其排種均勻性的研究分析[J]. 農機化研究，2016，38(7)：106-109. ZHENG Donghong, CHEN Wei, DU Wenliang, et al. The study and analysis of cup seed sowing technology and uniformity [J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2016, 38(7): 106-109. (in Chinese)

20 王澤明. 舀勺式馬鈴薯播種機排種器的設計與試驗研究[D]. 哈爾濱：東北農業大學，2015.

21 王徐建，宋建農，劉彩玲，等. 甘草傾斜移栽開溝器的設計與試驗[J/OL]. 農業工程學報，2016，32(13)：16-23. http:∥www.tcsae.org/nygcxb/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20161303&flag=1. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.13.003. WANG Xujian, SONG Jiannong, LIU Cailing, et al. Design and experiment on licorice tilt transplanting furrow opener [J/OL]. Transactions of the CSAE, 2016, 32(13):16-23. (in Chinese)

22 岳群，蔣金琳，戰長齡，等. 小型多功能馬鈴薯種植機的設計與試驗[J]. 農機化研究，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)

23 陳強，韓文賀，王國紅，等. 春馬鈴薯膜上覆土技術的應用研究[J]. 農學學報，2015，5(1)：1-4. CHEN Qiang, HAN Wenhe, WANG Guohong, et al. Application research of covering soil over membrane technology of spring potato cultivation [J]. Journal of Agriculture, 2015, 5(1): 1-4. (in Chinese)

24 徐余偉. 橡膠工業螺旋輸送機設計參數的選擇和確定[J]. 橡塑技術與裝備，2008，34(10)：52-58. XU Yuwei. The choice and decision of design parameters for screw conveyor for rubber industry [J]. China Rubber/Plastics Technology and Equipment, 2008, 34(10): 52-58. (in Chinese)

25 李強，劉國彬，許明祥，等. 黃土丘陵區撂荒地土壤抗沖性及相關理化性質[J/OL]. 農業工程學報，2013，29(10)：153-159. http:∥www.tcsae.org/nygcxb/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20131021&flag=1. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.10.021. LI Qiang, LIU Guobin, XU Mingxiang, et al. Soil anti-scouribility and its related physical properties on abandoned land in the Hilly Loess Plateau [J/OL]. Transactions of the CSAE, 2013, 29(10):153-159. (in Chinese)

26 GB/T 6242—2006 種植機械 馬鈴薯種植機 試驗方法[S]. 2006.

Design and Experiment of Combined Potato Planting Machine for Covering Soil on Top of Full Film Surface

DAI Fei1XIN Shanglong1ZHAO Wuyun1LIU Fengjun2XIN Bingbang2MA Mingsheng3

(1.SchoolofEngineering,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China2.JiuquanZhulongMachineryManufacturingCo.,Ltd.,Jiuquan735000,China3.InstituteofDrylandAgriculture,GansuAcademyofAgriculturalSciences,Lanzhou730070,China)

Aiming at enhancing the mechanization level of potato cultivation, promoting the development of potato industry, and further integration agronomic requirement of seedlings emerge cultivation pattern of potato self-puncture with covering soil on the film, a combined potato planting machine was designed, which synchronously realized institutional operation, such as fertilization, seeding, ridging, film mulching and covering soil on the top of full film surface. Based on the prototype, key parts were designed and selected, and the structure and operation parameters of fertilizing system and chain-spoon potato metering device were determined. The operation process of covering soil on the top of full film surface was analyzed, and the necessary work conditions to make sure that the covering soil thickness on the top of full film surface were obtained by analysis and calculation. For the relevant work performance test of prototype, the field experimental results showed that under the condition of operation speed of 1.8～2.0 km/h, the multiple index was 4.9%, the missing index was 6.6%, the qualification rate of planting depth was 95.2%, the potato distance qualified index was 90.1%, the qualification rate of covering soil on the top of full film surface was 98.8%, the variation coefficient of fertilizer consumption consistency for each row was 6.5%, and the variation coefficient of fertilizer consumption stability for the total row was 5.1%, which were up to the relevant work quality evaluation specification requirements, and also the experimental results met the design requirements of combined operation machine. The research results provided an important reference for the plastic film mulching cultivation pattern of root-tuber crop combined machine development.

potato; planting; covering soil on top of full film surface; combined machine; design; experiment

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.03.009

2016-07-28

2016-08-22

農業部公益性行業科研專項(201503105)和甘肅省科技重大專項計劃項目(143NKDF016)

戴飛(1987—)，男，講師，主要從事北方旱區作物生產裝備工程研究，E-mail: daifei@gsau.edu.cn

趙武云(1966—)，男，教授，博士生導師，主要從事旱區農業工程技術與裝備研究，E-mail: zhaowy@gsau.edu.cn

S223.2

A

1000-1298(2017)03-0076-08