煙草掏苗覆土機設計

摘要：烤煙膜下小苗移栽技術是一項成熟的煙草移栽技術。針對膜下小苗移栽農藝復雜和機械化技術裝備欠缺等問題開展研究，設計一種氣動掏苗覆土一體化裝置。該裝置主要由整體支撐、輪式起土、覆土、掏苗、車載空氣壓縮機、鎮壓和株距控制等部件組成，具有株距可調、掏苗覆土同步作業等技術性能特點。在研究結構及工作原理的基礎上，結合煙草田壟構造及掏苗覆土作業要求分析，確定掏苗裝置、覆土裝置、株距控制裝置等關鍵部件的結構參數和運行參數。田間試驗結果表明，該裝置在標準化田壟工作時，掏苗裝置、覆土裝置及整機完整作業率在速度為0.5 m/s時表現最佳，覆土量的最佳值為1.5 L，達到煙草種植農藝要求。根據掏苗裝置與覆土裝置株距保持的積累誤差試驗數據，繪制散點圖并進行直線擬合。通過擬合直線結果預測整機積累誤差超過5 cm時，工作次數約為1 900次，穩定行進距離約為950 m，符合使用要求。

關鍵詞：烤煙膜下移栽；掏苗裝置；覆土裝置；自動化

中圖分類號：S223.9

文獻標識碼：A

文章編號：2095-5553（2024）12-0093-08收稿日期：2023年5月11日

修回日期：2023年8月25日

*基金項目：黑龍江省煙草公司科技攻關項目（2020230003640002）；河南省煙草公司科技攻關項目（2022611027）

第一作者：趙寧，男，1981年生，河南安陽人，博士，講師；研究方向為植物栽培技術。E-mail：zhaoning521@163.com

通訊作者：任天寶，男，1981年生，河南開封人，博士，副教授，碩導；研究方向為煙草栽培技術工程化。E-mail：biochar2018@henau.edu.cn

Design of tobacco seedling pulling and soil covering integrated device

Zhao Ning¹， Huang Zequan¹， Shi Shuyang¹， Ding Pan¹， Yuan Ye²， Ren Tianbao¹

（1. Henan Agricultural University， Zhengzhou， 450002， China; 2. Mudanjiang Tobacco Research Institute of Heilongjiang Company of China National Tobacco Corporation， Harbin， 150000， China）

Abstract： The transplanting technology of small seedlings under the flue-cured tobacco film is a mature tobacco transplanting technology， but the multiple agronomic links after the tobacco seedlings transplanting make the popularization of this technology greatly reduced. In view of the bottleneck problem of popularization and lack of equipment of this technology， combined with the requirements of tobacco planting， an integrated scheme of synchronous operation of multiple agronomy and ring is designed. The device is mainly composed of the overall support device， wheeled soil lifting device， soil covering device， seedling cutting device， on-mounted air compressor device， suppression device and plant distance control device. It has the technical advantages such as adjustable plant spacing and synchronous operation of seedling cutting and soil covering. Based on the elaboration of the overall structure and working principle， combined with the analysis of tobacco ridge structure and the requirements of soil covering， the structural parameters and operating parameters of the key components of the plant， such as seedling cutting device， soil covering device and plant spacing control device were determined. The results of the field experiment showed that the performance of the device was the best at the speed of 0.5 m/s， and the best value of the soil covering amount was 1.5 L， which met the agronomic requirements of tobacco planting. According to the accumulation error test data of the plant distance between the seedling cutting device and the soil covering device， the scatter plot was drawn and the straight line was fitted. By fitting the straight line results， when the accumulation error of the whole machine exceeds 5 cm， the working times are about 1 900 times， and the shortest travel distance is about 950 m， which meets the use requirements.

Keywords： floral flue-cured tobacco membrane transplanting；seedling device; soil covering device；automatization

0 引言

我國是世界上煙草種植面積最大的國家，煙草種植成為推進農民增收的重要手段。東北產煙區西接大興安嶺，北接小興安嶺，東抵長白山，南達遼東半島和渤海灣平原，包括黑龍江、吉林、遼寧三省的大部分。在平原與山地的過渡地帶，土壤pH值為5.9～6.3，含鹽量低，土地條件較適宜種植烤煙。煙草種植是用工密集型產業，勞動強度大，需提高煙草種植機械化水平以推進煙草種植產業升級^［1］。近年來，煙草機械化研究已取得了較大進展，但其機械裝備水平與產業需求仍有較大差距。

烤煙膜下移栽技術具有保墑、保濕、抑制雜草的優勢，能夠提升煙葉品質、增加煙農收益^［2］，已經成為我國煙草主產區的移栽技術之一^［3］。膜下移栽后的煙苗，需要進行開孔、掏苗、起土、覆土等農藝工序。目前，掏苗覆土作業主要由人工完成^［4］，操作者蹲在烤煙田壟邊，捅破地膜使煙苗裸露，再用鋤頭把壟溝里的土圍到煙苗根部及四周，直至把地膜壓實。但是，人工掏苗覆土勞動強度大、效率低、成本高，特別是煙草掏苗窗口期短，人工無法短時間內完成大面積的煙田的掏苗覆土作業。工人在作業時，需長時間保持彎腰、下蹲姿勢，嚴重影響工人身體健康^［5］。此外，工人直接接觸煙苗，會增加病毒傳染給煙苗的風險。因此，為提供一種可以同時進行掏苗和覆土作業且可以調整作業株距以適應不同品種的裝置和方法，通過對關鍵裝置進行仿真分析和整機的試驗驗證，以期提高作業精度和工作效率，促進煙草質量提升。

1 整體結構與工作原理

1.1 農藝要求

東北煙區作為我國主要煙草種植地區之一，主要種植方式為井窖式^［6］。煙草種植的農藝要求煙苗在地膜下生長7～10天后，煙苗頂部距離地膜表面約2～3 cm時，應去除煙苗上方地膜使幼苗破膜生長^［7］，并在苗根周圍覆蓋一定量的土壤壓緊地膜^［8］。膜下移栽后田壟截面示意見圖1，工作完成后理想狀態見圖2。

1.2 整機結構設計

氣動式掏苗覆土一體化裝置主要由輪式起土裝置、株距控制裝置、鎮壓裝置、覆土裝置、掏苗裝置等組成，如圖3所示。采用掏苗覆土同步作業的方式，極大地提高了作業效率，同時減輕了勞動強度。其中掏苗裝置是一個邊緣鋸齒狀沖裁圓筒，安裝在一個雙行程氣缸上，通過氣缸的動作控制對地膜沖裁作業。輪式起土裝置是由起土犁、存土倉、篩網組成，起土犁安裝在兩輪外側靠近篩網處，可調節入土深度，10個存土倉均布焊接在輪內部與篩網緊貼，土壤可經過篩網進入存土倉。篩網是由金屬板材經開孔（Φ2 cm×2 cm）制成，可阻止較大土塊進入存土倉，輪的外圓表面焊接有兩排防滑抓地釘。

整機結構與性能參數如表1所示。

覆土裝置由覆土倉與倉門組成，倉門安裝在覆土倉的出口，倉門連接雙行程氣缸，可以通過上下移動控制煙苗覆土動作。鎮壓裝置是由鎮壓輪與鎮壓彈簧組成，可以完成覆土后的土壤壓實工作。車載空氣壓縮機裝置由空氣壓縮機以及雙行程氣缸組成，電磁閥可控制雙行程氣缸的動作。

1.3 整機工作原理

氣動式掏苗覆土一體化裝置開始工作前，連接后置旋轉軸使空氣壓縮機運轉，調整株距控制裝置以適應當前工作株距，調節起土犁的入土深度。作業時，輪式起土裝置深入壟間土壤，起土犁在將土壤翻覆至篩網，經過篩網篩慮過的土壤源源不斷進入存土倉。在行走地輪的帶動下存土倉內土壤靠近覆土倉的入口，當存土倉到達覆土倉入口時土壤剛好落下。掏苗裝置沖裁筒到達煙苗正上方時，株距控制裝置觸發電信號，控制沖裁氣缸下沖和提升，沖裁氣缸迅速動作以完成煙苗上方地膜沖裁作業；同時覆土倉門在氣缸的控制下打開，土壤從覆土倉落下，完成覆土工作，緊接著鎮壓輪經過覆土上方將土壤壓實保濕。循環往復，連續進行作業。氣動式掏苗覆土一體化裝置模型，如圖4所示。

2 核心裝置設計及參數確定

2.1 輪式起土裝置設計

2.1.1 輪式起土裝置結構設計

在實際掏苗覆土作業中，東北煙區土質硬，板結嚴重，導致起土質量差，易損苗，本裝置采用起土犁及篩土網協作的方式起土，提高起土量的同時破碎板結土塊。輪式起土裝置的模型構想參考了水車與起壟機的設計結構，并將二者的工作原理進行了融合。主要由起土犁、篩土網、存土倉等部件組成，起土犁的調節座可以根據作業環境調整起土犁的入土深度，如圖5所示。在結合具體農藝要求，該裝置應滿足土量可調節、土質均勻、株距準確可調等技術條件。

起土輪水平對稱安裝支撐架兩側，并且起土輪可自由旋轉。起土輪的外側連接起土犁調節座，通過調節座上的螺栓來控制起土犁的入土深度。行走地輪內設置有十個均勻分布的存土倉，存土倉外側擋板低于內側擋板且垂直圓心擋板有15°偏向覆土倉的偏角，方便土壤入倉與出倉。兩個行走地輪外側均焊接有2 cm×2 cm方形孔篩土網，用于篩選或磨碎較大土塊。為保證結構穩定，行走地輪參照自行車輪子設計成10根45號鋼制成的輻條^［8］，并焊接在行走地輪的外側為覆土管預留空間。在每個行走地輪上設計有40個對稱分布的抓地釘，防止打滑、丟轉，如圖6所示^［9］。

2.1.2 輪式起土裝置主要參數確定

起土輪的正常運行是整個煙草掏苗、覆土一體機的關鍵，為了保證行走地輪能夠穩定工作，起土輪參數設置十分重要。起土輪的直徑、寬度、材料是影響起土效果的重要參數。起土輪的主要參數，如表2所示。

根據起土輪作業環境和作業狀態進行受力分析，起土輪需要依靠抓地釘扎進土中產生抓地力為整機提供動力，并起到支撐整機的作用^［10］。在運行過程中起土輪受到整機的重力，方向向下，作用于起土輪與土壤接觸面，大小為3.839 kN；受到輪與土壤的摩擦力，取摩擦因數為0.6，方向與前進方向相反，計算可得SolidWorks摩擦力為2.303 kN。在重力與摩擦力的作用下產生應力和形變，因此起土輪需要具有較好的抗變形能力和抗壓能力。通過建立模型對其進行仿真分析，在SolidWorks Simulation分析得其所受出應力狀態。

由應力圖7可得，最大應力為1.19×10⁸ Pa，遠遠小于材料的屈服應力2.208×10⁸ Pa，因此起土輪強度滿足應用要求。

經過變形分析可得起土輪在工作時的變形圖，如圖8所示，最大形變為2.756 mm，形變程度很小，可忽略不計，所以起土輪在剛度方面滿足要求。

起土犁是主要受力零部件，在裝置運作過程中受到土壤的擠壓作用力會產生應力和變形，因此起土犁要具有較好的抗變形能力與較好的耐磨性能。為驗證起土犁設計的合理性，運用SolidWorks Simulation對起土犁進行有限元靜力學分析，模擬起土犁在工作時的變形^［11］。

起土犁工作時受土壤摩擦力f、土壤重力G、土壤總壓力N、土壤切削阻力τ、起土犁支撐架的支撐力 N′ 和拖拉機提供的牽引力 F 作用，理想情況下，總阻力中的τ可忽略，起土犁受力分析，如圖9所示。

F=G/z+GS+A/z（sinβ+μ′cosβ） （1）

z=cosα－μsinα/sinα+μcosα+cosβ－μ′sinβ/sinβ+μ′cosβ （2）

A=ρbHν²sinα/sin（α+β） （3）

式中： G ——作用于起土犁上的土壤重力；

A ——土壤的加速力；

C ——土壤內聚力；

S ——前剪切失效面的面積；

Z ——耕深系數；

α ——x方向土壤進入犁面時的夾角；

β ——y方向土壤進入犁面時的夾角；

μ′ ——土壤內摩擦因數；

μ ——土壤與金屬的摩擦因數；

ρ ——土壤密度；

b——犁面寬度；

ν——行進速度；

H——入土深度。

由式（1）～式（3）可求牽引力F，根據F可計算出土壤總壓力N和土壤摩擦力f，如式（4）和式（5）所示。

N=F/sinα+μcosβ （4）

f=μN （5）

其中，C=7.5 kPa，μ=0.5，ρ=1 350 kg/m³，由此可得f為140.7 N，N為281.5 N。將以上數據代入SolidWorkes Simulation中，結果如圖10～圖12所示，最大應力數據為5.310×10⁷ Pa， 遠小于查表得出的合金鋼的屈服強度6.204×10⁸ Pa，滿足實際作業時的使用要求。

2.2 掏苗裝置的設計

2.2.1 掏苗裝置結構設計

在實際應用中，煙苗生長至地膜下2～3 cm，掏苗裝置在作業過程中不能損傷煙苗，應具有準確率高，響應速度快等特點，根據植株生長情況設計破膜孔形狀。掏苗裝置是氣動式掏苗覆土一體化裝置的核心部件，主要由沖裁筒、雙行程氣缸、手動可調式支撐架等組成，沖裁筒下端設置為鋸齒狀更易沖破地膜，如圖13所示。

2.2.2 掏苗裝置工作原理

行走地輪與地面是滾動接觸，所以行走地輪外圓直徑即為旋轉一周所前進距離，且距離固定。多級變速器通過改變行走地輪與圓盤轉速比控制圓盤轉速，圓盤每轉一周其上的擋桿就會觸碰電磁閥一次，電磁閥會進行一次開關并控制雙行程氣缸完成上下兩個行程，同時帶動鋸齒沖頭完成沖擊、提起動作，至此完成一次掏苗作業，整機不斷前進，此過程不斷重復。掏苗裝置結構，如圖14所示。

1.沖裁筒 2.雙行程氣缸

2.2.3 主要工作參數

根據農藝要求，覆土時以煙苗根部為圓心半徑10 cm的區域都應被土壤覆蓋，所以取沖裁筒直徑D=300 mm，高H=400 mm。材料選取45號鋼。為了防止沖裁筒未工作時鋸齒狀切削刃刮傷地膜，在未沖裁時沖裁筒應提升到一定高度L₁，沖裁筒沖裁至膜下時為L₂，則雙行程氣缸有效沖程應大于L₁+L₂，且可以調節。

2.3 覆土裝置

由于煙苗移栽后一周左右需要在其根部覆土^［12］，覆土量將直接影響煙苗生長后期根系的發育進而影響煙葉產量和質量^［13］，故要求該機構能夠持續提供足夠土壤用于覆土作業且能夠準確將土覆蓋在煙苗根部。農藝學要求，在機器覆土作業時應保證煙苗仍能夠保持直立狀態；土塊覆蓋到根部時飛濺幅度要小，不能砸傷煙苗影響其生長發育。覆土作業完成后，覆蓋的土塊應有較好的壓實度。

覆土裝置的設計參考了輸水管和閘門的工作原理，覆土倉接收并儲存土倉傾卸的土塊，雙行程氣缸控制覆土閘門上升和下降，土壤在閘門上升時下落，如圖15所示。

裝置工作時，起土輪向前轉動，安裝在起土輪上的起土犁將壟間的溝壑里的土翻出，土壤被擠壓通過篩土網后進入存土倉里，存土倉隨著起土輪轉動，當轉動至2點鐘方向時，存土倉中的土壤開始向覆土管中傾倒。覆土管的作用為送土及存土，其結構呈上端較大，下口小，以利于土壤下滑和存儲。當掏苗裝置完成破膜后，株距控制系統調節覆土管倉門打開，將覆土管中儲存的土覆蓋到幼苗根部，完成覆土作業。

2.4 株距控制裝置的設計

2.4.1 株距裝置結構設計

在前進過程中，土壤中的碎石塊、麥秸稈將會導致地輪發生偏移，致使沖裁孔位置與煙苗錯位，故株距控制裝置的設計要方便調整因外力造成的株距變化。株距控制裝置是設備正常運轉的必要裝置，其控制掏苗裝置、覆土裝置的工作頻率及工作狀態。株距控制裝置主要包括多級變速器、帶銷圓盤、電磁閥、鏈輪鏈條等部件，如圖16所示。

2.4.2 株距控制裝置工作原理

作業時，可操縱多級變速器擋桿調節地輪與帶銷圓盤之間的轉動比，從而調節帶銷圓盤的轉速，圓盤的轉速決定沖裁筒和覆土閥門的工作頻率。圓盤每轉一周，擋銷將會觸碰電磁閥一次，電磁閥控制雙行程氣缸完成上下兩個行程，即完成一次掏苗和覆土作業，整機不斷前進此過程重復進行。地輪動力經鏈輪到變速箱，變速箱經過調整傳動比后輸出動力，經鏈輪到帶銷圓盤。動力傳輸如圖17所示。

2.4.3 株距控制裝置參數設計

沖裁筒及覆土閘門的工作需要根據株距不同進行調整，則帶銷圓盤的轉速因株距不同而產生變化，即總傳動比因株距的不同而變化。

i=D₁/D₂ （6）

式中：i——傳動比；

D₁——圓盤直徑；

D₂——地輪直徑。

其中，D₂=1 200 mm，D₁=240 mm，由此可得株距50 cm時，傳動比為0.13；株距55 cm時，傳動比為0.14；株距60 cm時，傳動比為0.16；株距65時，傳動比為0.17。選取起土輪與變速箱輸入軸的傳動比為1，起土輪鏈輪齒數分別為53，變速箱輸入軸的齒數為53；變速箱輸出軸與帶銷圓盤的傳動比為1，齒數為21。

采用直動式電磁閥，由車載電瓶為其提供電力輸入。工作時，上下兩個行程在收到信號后都能夠快速完成，復位時間控制在1 s以內，單位時間內換向次數控制在60次/min。在規定的工作條件下，電磁閥通電后能可靠的換向，斷電后能可靠地復位。電磁閥的氣密性要求較為嚴格，壓力損失較大的接口處要進行密閉處理，防護等級為普通型IP54。

3 試驗結果與分析

3.1 試驗方法

試驗選取掏苗成功率、相鄰掏苗中心點距離標準差、損苗率、每作業單位覆土量均值、相鄰覆土中心點距離標準差、完整作業率等作為能夠體現煙苗掏苗覆土一體化設備工作性能的測試指標。試驗結果統計與計算中規定，試驗小區在試驗地中隨機選取6條壟寬1.2 m，壟高0.3 m的標準試驗田壟為基準，6條田壟分別標記為a、b、c、d、e、f，測定區長度為300 m，每100 m在起始處設置長度為5 m的試驗準備區。以a壟為例，田壟前100 m標記為a₁，移栽株距為0.5 m，100～200 m標記為a₂，移栽株距為0.55 m，200～300 m標記為a₃，移栽株距為0.60 m，其余壟同上。作業過程中要求株距保持穩定且完整覆蓋地膜。

3.2 掏苗裝置試驗

試驗預準備：選取a、b兩條田壟作為試驗區，首先關閉煙苗掏苗覆土一體化設備的覆土裝置，并對株距控制裝置進行復位。然后啟動前置牽引機打開后置輸出軸帶動氣缸增壓至標定氣壓，移動牽引機使沖裁筒中心對準第一株煙苗且沖裁筒處于提升狀態。試驗方法：設定a、b兩壟牽引機移動速度分別為0.5 m/s和0.8 m/s且始終保持勻速。分別在牽引機到達a₁、a₂、a₃、b₁、b₂、b₃試驗區間的起始區時，停機調整株距控制裝置至對應株距，試驗完成后，關閉牽引機與設備。

1）掏苗成功率K指在各試驗區間內完整掏苗個數與全部掏苗點個數的比值。根據農藝要求，K≥90%為優秀，90%＞K≥80%為良好，80%＞K為差。人工統計各試驗區間內完整掏苗個數并記錄。掏苗成功率計算如式（7）所示。

K=R/D （7）

式中：R——完整掏苗個數；

D——全部掏苗點個數。

2）株距保持的積累誤差θ。沖裁作業完成后，在試驗區間內每隔5點選取1點為采樣點，分別測量采樣點沖裁中心與第一個沖裁點中心的距離并記錄數據。株距保持的積累誤差如式（8）所示。

θ=M_n/n-1－U （8）

式中：U——各試驗區域內煙苗移栽株距；

M_n——第n個掏苗點與第一個掏苗點的距離；

n——第n個采樣點。

3）損苗率H是各試驗區間內沖裁后植株未受損個數與全區掏苗次數的比值。根據農藝要求，5%≥H為優秀，10%≥H＞5%為良好，H＞10%為差。掏苗裝置工作完成后，人工統計各試驗區間內未受損煙苗個數并記錄數據。損苗率計算如式（9）所示。

H=1－T/Q （9）

式中：T——未受損掏苗點個數；

Q——掏苗次數。

3.3 覆土裝置試驗

預試驗：取100 mL的量杯，分次傾瀉至已掏苗完成的煙苗根部。根據種植經驗，當覆土量符合農藝要求時，停止覆土并記錄覆土量。經過反復試驗，得出覆土量在1.2～2.0 L區間內符合種植農藝要求。

試驗預準備：選取c、d兩條田壟作為試驗區，首先關閉煙苗掏苗覆土一體化設備的掏苗裝置，并對株距控制裝置進行復位。然后啟動前置牽引機打開后置輸出軸帶動氣缸增壓至標定氣壓，移動牽引機至試驗準備區內進行預先起土，使存土倉內存有一定量土壤。

試驗方法：設定c、d兩壟牽引機移動速度分別為0.5 m/s和0.8 m/s且始終保持勻速。分別在牽引機到達c₁、c₂、c₃、d₁、d₂、d₃試驗區間的起始區時，停機調整株距控制裝置至對應株距，試驗完成后，關閉牽引機與設備。

1）單個煙苗覆土量均值J是覆土裝置作業后單個煙苗覆土量平均值。根據農藝要求，J≥1.3 L為優秀，1.3 L＞J≥1.0 L為良好，J＜1.0 L為差。覆土作業完成后，每隔5個覆土點選取第1個覆土點作為采樣點，收集采樣點地膜上方土壤，并測量土壤體積。單個煙苗覆土量均值計算如式（14）所示。

J=∑n/i=1V_i/E （10）

式中：V_i——第i個采樣點覆土量；

E——采樣點個數。

2）株距保持的積累誤差δ。土作業完成后，在試驗區間內每隔5點選取第1點為采樣點，分別測量采樣點覆土中心與第一個覆土點中心的距離并記錄數據。株距保持的積累誤差如式（11）所示。

δ=G_u/u-1－F （11）

式中：G_u——第u個覆土點與第一個覆土點的距離；

F——各試驗區域內煙苗株距；

u——第u個采樣點。

3.4 完整作業率

試驗預準備：選取e、f兩條田壟作為試驗區，首先對株距控制裝置進行復位。然后啟動前置牽引機打開后置輸出軸帶動氣缸增壓至標定氣壓，移動牽引機至試驗準備區內進行預先起土，并使沖裁筒中心對準第一株煙苗且沖裁筒處于提升狀態。

試驗方法：設定e、f兩壟牽引機移動速度分別為0.5 m/s和0.8 m/s且始終保持勻速。分別在牽引機到達e₁、e₂、e₃、f₁、f₂、f₃試驗區間的起始區時，停機調整株距控制裝置至對應株距，試驗完成后，關閉牽引機與設備。

試驗數據測量：完整作業率P指各試驗區間內掏苗覆土完整作業點個數與全區掏苗覆土作業點總數的比值。根據農藝要求，P≥95%為優秀，95%＞P≥90%為良好，90%＞為差。選取試驗區域內所有掏苗覆土點，統計掏苗覆土完整作業個數并記錄數據。完整作業率計算如式（12）所示。

P=Y/Z （12）

式中：Y——完整作業個數；

Z——掏苗覆土點個數。

3.5 試驗結果

在掏苗覆土試驗中，測試不同行進速度和株距組合下的機器性能。當行進速度為0.5 m/s時，當株距從0.5 m增加到0.6 m，掏苗成功率略有下降，從95.4%降至93.2%，損苗率則相應地從3.1%上升到5.1%。同時，覆土均量也呈現遞減趨勢，從1.51 L減少到1.23 L。盡管如此，完整作業率仍然保持在較高水平，從95.4%略微下降至93.5%。當行進速度提升至0.8 m/s時，隨著株距的增加，趨勢與0.5 m/s時類似，掏苗成功率從93.8%下降到91.6%，損苗率則從4.1%上升到5.2%。覆土均量也略有減少，從1.3 L降至1.2 L。然而，完整作業率依然穩定，從95.1%略微下降至92.5%。盡管行進速度和株距的變化對掏苗成功率、損苗率、覆土均量以及完整作業率產生了一定影響，但掏苗覆土機在所有測試條件下的表現均相當出色，掏苗成功率普遍較高，損苗率得到有效控制，覆土量充足，且完整作業率穩定可靠。

如圖18所示，掏苗裝置株距保持的積累誤差擬合直線為

y₁=0.002 57x₁+0.010 15 （13）

式中：y₁——掏苗裝置株距保持的積累誤差值，cm；

x₁——持續作業次數。

如圖19所示，覆土裝置株距保持的積累誤差擬合直線為

y₂=0.002 63x₂+0.003 45 （14）

式中：y₂——覆土裝置株距保持的積累誤差值，cm；

x₂——持續作業次數。

3.6 試驗結果分析

通過對上述試驗結果進行分析，掏苗成功率、苗損率、覆土均量、完整作業率均符合設計要求，達到煙草農藝要求。其中掏苗成功率在相同行進速度時，株距增加的同時會導致掏苗成功率減小，相同株距時，速度的增加會導致掏苗成功率降低；苗損率在相同行進速度時，株距增加會提高苗損率，相同株距時，提高行進速度會增加苗損率；覆土均量在相同行進速度時，隨株距的增加覆土量逐漸減小，相同株距時，隨速度的增加覆土量會逐漸減小；完整作業率在相同行進速度時，株距增加會導致完整作業率降低，相同株距時，速度提升將會降低完成作業率。該裝置的綜合性能評定如表4所示。

4 結論

1）設計一種氣動式掏苗覆土一體機，創新設計掏苗裝置、起土裝置、覆土裝置，并將掏苗裝置與覆土裝置配合使用，實現掏苗作業與覆土作業同步進行，達到煙草種植的農藝要求。

2）氣動式煙草掏苗覆土一體機的掏苗裝置采用雙行程氣缸傳動，包括雙行程氣缸、沖裁筒、沖裁支架等裝置。雙行程氣缸閥門觸發后，迅速下沖和提升，完成一次掏苗作業，可實現邊行走邊掏苗作業。結合水車的作業原理，研發出新型起土輪。通過相關計算與仿真分析得到起土犁與行走起土輪的應力分析圖，設計的起土裝置符合設計要求。

3）株距控制裝置利用固定的起土輪周長作為依據，調節不同擋位以控制沖裁筒下沖與覆土閘門提升的位置，實現株距可調、穩定可靠的技術特點。

4）該機的完整作業率超過92.5%，作業質量和效率遠遠高于人工，能夠實現機械化代替人工作業，提高煙草機械化水平。該設計解決人工掏苗覆土，勞動投入成本大的難題。

參 考 文 獻

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