2CMF—4型牵引式马铃薯种植机的研制

摘要：针对当前马铃薯机生产实际，在研学外国同类先进技术基础上，设计研究开发了集开沟施肥、仿形开沟、播种薯（薯块）、起垄（培土）于一体的大型4行牵引式马铃薯种植机。为更灵活方便地组织生产，通用机架为基础进行各零部件间的变换与组合，实现各种不同作业的要求。为实现播深一致及对种植深度进行精确调整控制，创新设计播种机构单体仿形装置。

关键词：马铃薯；播种；设计；单体仿形；液压离合器

中图分类号：S223.93 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）07-0044-04

马铃薯是世界第五大粮食作物，又是重要的饲料和工业原料，其适应性广、丰产性好、营养丰富、经济效益高，近年来种植面积持续增加。我国是世界最大的马铃薯生产国，2010年种植面积约520万hm2，总产量8 153万t，约占世界总产量的20%。与此同时，我国马铃薯种植机尤其是大型马铃薯种植机的需求量不断增加。在大型4行牵引式马铃薯种植机尚处在研发阶段的情况下，为提高生产效率，用户不得不花高价进口国外大型马铃薯种植机。为解决此问题，黑龙江省农业机械工程科学研究院研制了2CMF-4型牵引式马铃薯种植机，该机综合了当今世界多种先进机型的优点，性能更加可靠稳定，价格比德国、荷兰同类机型低1/3以上，竞争优势明显。该机的成功研制，对抑制欧美等跨国公司在大型牵引式马铃薯种植机上所形成的价格和技术垄断、促进我国马铃薯产业快速发展具有重要的意义。

1 2CMF-4型牵引式马铃薯种植机的总体结构

2CMF-4型牵引式马铃薯种植机（见图1）一次进地能完成开沟施肥、仿形开沟、播种、圆盘覆土等功能，与传统人工、半机械化、小型机械化种植方式相比，不仅劳动强度低，而且拉机携带机械的进地次数少，更重要的是提高了作业效率和种植精度，抢农时。该机具有结构紧凑、使用操作简单方便、运输容易、动力适应范围大、侧施底肥均匀、肥量调节范围大、使用安全可靠、生产率高、地区适应性强等诸多优点，尤其是设计独特的导种及清种机构，能最大限度地保证作业质量，株距合格率高，重种率、漏种率低。大面积生产考核和各地区实际应用表明，其适应性、可靠性及各项性能指标均超过国家标准要求，在国内同类产品中处于领先地位。

2 2CMF-4型牵引式马铃薯种植机的主要技术经济指标

整机外形尺寸：5 770 mm×3 836 mm×2 685 mm；

整机质量：3 000 kg；

作业行数：4行；

适应垄距：800 mm或900 mm；

种植器型式：舀上勺式；

种勺数量：每行38个；

施肥器型式：外槽轮式；

振动形式：直流电机（12 V蓄电池驱动）；

播种开沟器型式：带仿形轮靴鞋式开沟器

开沟深度调节范围：0～200 mm；

设计株距调节范围：121～397 mm（30种）；

设计株距调节方式：变换链轮挂轮传动组合；

配套动力：59.6 kW及以上轮式拖拉机；

适应作业速度：5 km/h（拖拉机按Ⅲ～Ⅳ挡行驶）；

作业效率：1.2～1.3 hm2/h；

排肥量：100～1 000 kg/hm2；

合格率：>80%；

重种指数：<12%；

漏种指数：<8%。

3 2CMF-4型牵引式马铃薯种植机的各部件设计

3.1 牵引架

牵引架由矩形管和钢板焊接而成，其作用为：一是与拖拉机牵引点相连接；二是通过调整牵引架和机架相连的油缸（同时配合地轮油缸）来实现整机的升起与降落，从而实现运输行走和作业。

3.2 液压系统

液压系统由液压缸、对丝、高压油管、球形截止阀、快换接头（阳）等组成。液压缸分为4种共6个，即前油缸1个、离合器油缸（见图2）1个、地轮油缸2个、种箱油缸2个。其中前油缸、离合器油缸和地轮油缸共同作用，完成整机的升起和降落，实现运输行走状态与播种作业状态的转换。前油缸为双作用油缸，需2根高压油管。离合器油缸与地轮油缸为单作用油缸。由于离合器油缸与地轮油缸的使用动作同步，即地轮升起时（地轮油缸伸出）为非作业状态，而非作业状态时离合器需要脱离开（离合器油缸伸出），所以离合器油缸与地轮油缸共用1根高压油管。离合器油缸的回位是通过2个弹簧（一个为拉伸弹簧，一个为压缩弹簧）共同作用实现的，此创新设计的液压驱动式离合器彻底解决了机械式离合器反映不灵敏、离合不充分的弊端。种箱油缸为单作用油缸，使用一根高压油管，通过控制种箱倾翻角度来实现充分充种。球形截止阀的作用是当调整好某一状态时将阀门关闭，以防止驾驶员误操作及管路自动回油。与种箱油缸连接的截止阀只有在非工作状态时才可关闭。快换接头（阳）的作用是实现管路与拖拉机快速对接。

3.3 机架

机架由机架焊合与其它附属连接座装配而成。机架焊合由矩形管、钢板和中间连接梁焊接而成，为机具的基础和骨架，在其上面安装所有的零部件，播种行距的调整也在此实现。

3.4 划印器

机具设计了手动式可越障划印器（见图3），结构简单、安装调整方便、使用可靠安全。使用时，先将划印器大臂与划印器座连接卡簧取下，将划印器整体放下。划印深度可通过变换划印刀、划印体和划印体连接臂上的孔位置进行微调。

3.5 施肥系统

施肥系统由肥箱、外槽轮式施肥盒、六方轴、传动链和导肥管组成。肥箱通过支承座固定在机架上，箱底装有尼龙材质的外槽轮式施肥盒，盒出口与滑刀开沟器顺肥管通过槊料导肥管连接，传动装置带动外槽轮转动使肥料流入肥沟内。

独创排肥轴控制装置（见图4），彻底解决了外槽轮式排肥盒施肥系统中排肥轴整体控制（微调施肥量）难、排肥轴具有侧向力（损坏排肥盒）等弊端。

3.6 播种系统

播种系统主要由播种架组成。播种架上装有上、下升运轮，安装钢制舀勺的取种带和电振动轮等主要工作部件，是整个机具的核心。种箱内的薯种通过安装在取种带上的小勺逐个连续舀取，然后随上、下升运轮的转动至取种带最高位置；小勺翻转90°后将薯种倾倒在同列安装的前一个勺外底面，前一个勺运动到取种带最低位置时，薯种从播种架槽板中脱出，落入种植沟内，从而实现薯种种植。

3.7 传动系统

传动系统的创新点为侧箱式传动，最大特点为株距调整范围广、调整极为方便。其传动原理为：与地轮通过万向传动轴驱动的主驱动轴上的链轮与中间轴里链轮连接，中间轴通过套管与主传动轴连接，主传动轴外侧链轮露在传动箱内，为播种架驱动链轮；中间轴上另一个链轮与施肥系统驱动链轮连接，驱动外槽轮施肥器；主传动轴上的链轮轮与清种轴驱动链轮连接，使播种架下种箱内的导种盘杆摆动；株距调整靠传动箱内的上下传动轴间的挂轮组合来实现。

3.8 种箱

液压式可倾翻种箱可根据播种架槽体内种薯的数量来随时操纵液压缸，从而控制种箱倾翻角度，便于及时充种。同时，能防止因冲种过多造成的种薯架空现象。

3.9 地轮系统

地轮系统（见图5）主要由地轮、地轮支臂和地轮油缸组成，支撑整机质量并提供动力，是整个种植机的动力源。在拖拉机的牵引下，地轮与地面摩擦滚动，在非工作状态时（运输及地头转弯时，地轮油缸升起，离合器脱开）起支撑、运输作用，在工作状态时（播种作业时离合器结合）起到提供动力的作用。

地轮系统中创新设计的地轮大角度传动轴与超越离合器装置组合，彻底解决了机具在变换状态（即起降）、转弯和倒退时传动、行走装置产生的差速、倒转等，使传动简单方便、安全可靠。

3.10 覆土圆盘

覆土圆盘（见图6）采用组装式结构，入土深度可调，具有弹簧限深仿形功能，圆盘角度可调，以适应不同垄距、垄形等要求，其作用是将滑刀开沟器与仿形开沟器开出的沟沿土覆回沟内盖住种薯并形成垄型。仿形圆盘覆土器与仿形开沟器的完美组合，可实现播深一致及对种植深度进行精确调整控制，达到精确播种。

3.11 导种装置

此装置包括截流、导种、清种等机构。采用舀勺式取种方式时，种粒的单一化目标，只有通过这些机构联动才能实现。截流采用橡胶板来控制供种量，导种时摆杆不断拨动种薯下移。清种时，通过分离杆拨动与电振动相结合来保证舀勺取种的单粒化。

3.12 仿形开沟器

创新设计的仿形开沟器（见图7）与播种架以平行四边形结构相连接，通过调节仿形轮支臂的锁具螺旋扣，可控制开沟深度。同时，通过连接平行四边形对角的拉簧，可使仿形轮随土壤表面的高低自动上下起落，从而保证播深一致性。开沟器后侧设有缓冲回笼板，可使每一播种行中两排种勺落下的种薯汇流到沟底，保证株距及行距的精度。

3.13 滑刀开沟器

滑刀开沟器后侧焊有2根顺肥管，其开沟及施肥位置处于薯种前方更深层，可保证播种时肥料与薯种的隔离及后期生长养分的有效供应。

4 结语

大面积田间生产作业表明，该机整机配置合理，结构紧凑，安装调整和使用方便，能适应垄播和平播，一次完成开沟施肥、仿形开沟、播种、圆盘覆土等多项作业。重点解决整机模块化组装设计及播种机构单体仿形等关键性技术问题。

性能试验和生产试验测定证明，该机田间适应性强，工作效率高，工作安全可靠；安装、调整、使用方便，播种质量好，株距均匀，播深一致；镇压紧实，抗旱保墒，苗齐苗壮。同时，由于采用新技术实现宽幅作业，减少了拖拉机进地次数，避免耕地压实，保护了耕层结构，实现了农业可持续发展，是土壤保护性耕作的理想配套机具。

参考文献

[1] 杨金砖.吕金庆.李晓明.2CMF-4型悬挂式马铃薯种植机的研究[J].农机化研究，2010（1）：127-130.

[2] 机械设计手册编委会.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2006.

[3] 杜宏伟，尚书旗，杨然冰，等.我国马铃薯机械化播种排种技术研究与分析[J].农机化研究，2011（2）：214-217.

3.6 播种系统

播种系统主要由播种架组成。播种架上装有上、下升运轮，安装钢制舀勺的取种带和电振动轮等主要工作部件，是整个机具的核心。种箱内的薯种通过安装在取种带上的小勺逐个连续舀取，然后随上、下升运轮的转动至取种带最高位置；小勺翻转90°后将薯种倾倒在同列安装的前一个勺外底面，前一个勺运动到取种带最低位置时，薯种从播种架槽板中脱出，落入种植沟内，从而实现薯种种植。

3.7 传动系统

传动系统的创新点为侧箱式传动，最大特点为株距调整范围广、调整极为方便。其传动原理为：与地轮通过万向传动轴驱动的主驱动轴上的链轮与中间轴里链轮连接，中间轴通过套管与主传动轴连接，主传动轴外侧链轮露在传动箱内，为播种架驱动链轮；中间轴上另一个链轮与施肥系统驱动链轮连接，驱动外槽轮施肥器；主传动轴上的链轮轮与清种轴驱动链轮连接，使播种架下种箱内的导种盘杆摆动；株距调整靠传动箱内的上下传动轴间的挂轮组合来实现。

3.8 种箱

液压式可倾翻种箱可根据播种架槽体内种薯的数量来随时操纵液压缸，从而控制种箱倾翻角度，便于及时充种。同时，能防止因冲种过多造成的种薯架空现象。

3.9 地轮系统

地轮系统（见图5）主要由地轮、地轮支臂和地轮油缸组成，支撑整机质量并提供动力，是整个种植机的动力源。在拖拉机的牵引下，地轮与地面摩擦滚动，在非工作状态时（运输及地头转弯时，地轮油缸升起，离合器脱开）起支撑、运输作用，在工作状态时（播种作业时离合器结合）起到提供动力的作用。

地轮系统中创新设计的地轮大角度传动轴与超越离合器装置组合，彻底解决了机具在变换状态（即起降）、转弯和倒退时传动、行走装置产生的差速、倒转等，使传动简单方便、安全可靠。

3.10 覆土圆盘

覆土圆盘（见图6）采用组装式结构，入土深度可调，具有弹簧限深仿形功能，圆盘角度可调，以适应不同垄距、垄形等要求，其作用是将滑刀开沟器与仿形开沟器开出的沟沿土覆回沟内盖住种薯并形成垄型。仿形圆盘覆土器与仿形开沟器的完美组合，可实现播深一致及对种植深度进行精确调整控制，达到精确播种。

3.11 导种装置

此装置包括截流、导种、清种等机构。采用舀勺式取种方式时，种粒的单一化目标，只有通过这些机构联动才能实现。截流采用橡胶板来控制供种量，导种时摆杆不断拨动种薯下移。清种时，通过分离杆拨动与电振动相结合来保证舀勺取种的单粒化。

3.12 仿形开沟器

创新设计的仿形开沟器（见图7）与播种架以平行四边形结构相连接，通过调节仿形轮支臂的锁具螺旋扣，可控制开沟深度。同时，通过连接平行四边形对角的拉簧，可使仿形轮随土壤表面的高低自动上下起落，从而保证播深一致性。开沟器后侧设有缓冲回笼板，可使每一播种行中两排种勺落下的种薯汇流到沟底，保证株距及行距的精度。

3.13 滑刀开沟器

滑刀开沟器后侧焊有2根顺肥管，其开沟及施肥位置处于薯种前方更深层，可保证播种时肥料与薯种的隔离及后期生长养分的有效供应。

4 结语

大面积田间生产作业表明，该机整机配置合理，结构紧凑，安装调整和使用方便，能适应垄播和平播，一次完成开沟施肥、仿形开沟、播种、圆盘覆土等多项作业。重点解决整机模块化组装设计及播种机构单体仿形等关键性技术问题。

性能试验和生产试验测定证明，该机田间适应性强，工作效率高，工作安全可靠；安装、调整、使用方便，播种质量好，株距均匀，播深一致；镇压紧实，抗旱保墒，苗齐苗壮。同时，由于采用新技术实现宽幅作业，减少了拖拉机进地次数，避免耕地压实，保护了耕层结构，实现了农业可持续发展，是土壤保护性耕作的理想配套机具。

参考文献

[1] 杨金砖.吕金庆.李晓明.2CMF-4型悬挂式马铃薯种植机的研究[J].农机化研究，2010（1）：127-130.

[2] 机械设计手册编委会.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2006.

[3] 杜宏伟，尚书旗，杨然冰，等.我国马铃薯机械化播种排种技术研究与分析[J].农机化研究，2011（2）：214-217.

3.6 播种系统

播种系统主要由播种架组成。播种架上装有上、下升运轮，安装钢制舀勺的取种带和电振动轮等主要工作部件，是整个机具的核心。种箱内的薯种通过安装在取种带上的小勺逐个连续舀取，然后随上、下升运轮的转动至取种带最高位置；小勺翻转90°后将薯种倾倒在同列安装的前一个勺外底面，前一个勺运动到取种带最低位置时，薯种从播种架槽板中脱出，落入种植沟内，从而实现薯种种植。

3.7 传动系统

传动系统的创新点为侧箱式传动，最大特点为株距调整范围广、调整极为方便。其传动原理为：与地轮通过万向传动轴驱动的主驱动轴上的链轮与中间轴里链轮连接，中间轴通过套管与主传动轴连接，主传动轴外侧链轮露在传动箱内，为播种架驱动链轮；中间轴上另一个链轮与施肥系统驱动链轮连接，驱动外槽轮施肥器；主传动轴上的链轮轮与清种轴驱动链轮连接，使播种架下种箱内的导种盘杆摆动；株距调整靠传动箱内的上下传动轴间的挂轮组合来实现。

3.8 种箱

液压式可倾翻种箱可根据播种架槽体内种薯的数量来随时操纵液压缸，从而控制种箱倾翻角度，便于及时充种。同时，能防止因冲种过多造成的种薯架空现象。

3.9 地轮系统

地轮系统（见图5）主要由地轮、地轮支臂和地轮油缸组成，支撑整机质量并提供动力，是整个种植机的动力源。在拖拉机的牵引下，地轮与地面摩擦滚动，在非工作状态时（运输及地头转弯时，地轮油缸升起，离合器脱开）起支撑、运输作用，在工作状态时（播种作业时离合器结合）起到提供动力的作用。

地轮系统中创新设计的地轮大角度传动轴与超越离合器装置组合，彻底解决了机具在变换状态（即起降）、转弯和倒退时传动、行走装置产生的差速、倒转等，使传动简单方便、安全可靠。

3.10 覆土圆盘

覆土圆盘（见图6）采用组装式结构，入土深度可调，具有弹簧限深仿形功能，圆盘角度可调，以适应不同垄距、垄形等要求，其作用是将滑刀开沟器与仿形开沟器开出的沟沿土覆回沟内盖住种薯并形成垄型。仿形圆盘覆土器与仿形开沟器的完美组合，可实现播深一致及对种植深度进行精确调整控制，达到精确播种。

3.11 导种装置

此装置包括截流、导种、清种等机构。采用舀勺式取种方式时，种粒的单一化目标，只有通过这些机构联动才能实现。截流采用橡胶板来控制供种量，导种时摆杆不断拨动种薯下移。清种时，通过分离杆拨动与电振动相结合来保证舀勺取种的单粒化。

3.12 仿形开沟器

创新设计的仿形开沟器（见图7）与播种架以平行四边形结构相连接，通过调节仿形轮支臂的锁具螺旋扣，可控制开沟深度。同时，通过连接平行四边形对角的拉簧，可使仿形轮随土壤表面的高低自动上下起落，从而保证播深一致性。开沟器后侧设有缓冲回笼板，可使每一播种行中两排种勺落下的种薯汇流到沟底，保证株距及行距的精度。

3.13 滑刀开沟器

滑刀开沟器后侧焊有2根顺肥管，其开沟及施肥位置处于薯种前方更深层，可保证播种时肥料与薯种的隔离及后期生长养分的有效供应。

4 结语

大面积田间生产作业表明，该机整机配置合理，结构紧凑，安装调整和使用方便，能适应垄播和平播，一次完成开沟施肥、仿形开沟、播种、圆盘覆土等多项作业。重点解决整机模块化组装设计及播种机构单体仿形等关键性技术问题。

性能试验和生产试验测定证明，该机田间适应性强，工作效率高，工作安全可靠；安装、调整、使用方便，播种质量好，株距均匀，播深一致；镇压紧实，抗旱保墒，苗齐苗壮。同时，由于采用新技术实现宽幅作业，减少了拖拉机进地次数，避免耕地压实，保护了耕层结构，实现了农业可持续发展，是土壤保护性耕作的理想配套机具。

参考文献

[1] 杨金砖.吕金庆.李晓明.2CMF-4型悬挂式马铃薯种植机的研究[J].农机化研究，2010（1）：127-130.

[2] 机械设计手册编委会.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2006.

[3] 杜宏伟，尚书旗，杨然冰，等.我国马铃薯机械化播种排种技术研究与分析[J].农机化研究，2011（2）：214-217.