轻简型马铃薯中耕机的研制与实验

□刘小谭 任丹华 邓佳 周彦君/.四川省农业机械研究设计院.四川省农机化技术推广总站

四川丘区马铃薯种植区地块小、土壤黏重，长期缺乏先进实用的中耕技术及机具，导致垄高较低、降墒慢，不仅限制了马铃薯膨大，还易出现青头和病害腐烂等问题。为解决此类问题，适应四川马铃薯种植“双行垄作，垄距1 m”的农艺要求，四川省农业机械研究设计院研制了一种轻简型马铃薯中耕机。该机具主要由悬挂机构、机架、耕深调整机构、传动机构和培土机构等部分组成，配套动力为2 9.4 k W的拖拉机，机组前进速度为0.56～0.8 3m/s，作业效率大于等于0.2 7h m2/h，培土后垄高150～2 50m m，满足四川丘区马铃薯生产的实际要求，研究结果可为马铃薯中耕机械的研究和开发提供借鉴。

马铃薯是我国第五大粮食作物，也是四川重要的粮菜兼用作物，具有较高的经济价值，种植面积大、分布广，种植面积在666.67 hm2以上的县有150多个。鲜薯上市时间长，分为春、秋、冬作。经测算，一季马铃薯的产值远远超过一季小春作物甚至大春作物的产值。马铃薯已成为关系粮食安全和老少边穷地区农民脱贫致富的重要粮食作物。近年来，四川省各级党政和农业部门狠抓马铃薯产业发展，取得了明显的成效，2015年，播种面积达79.72万hm2，总产量达1 538万t，实现了种植面积全国第一、总产全国第一。

马铃薯生长中期的中耕培土环节是马铃薯增产增收的关键环节，该环节可以调节土壤水分，土壤湿度较小时，具有保墒防旱作用，土壤湿度过大时，具有降墒的作用；可以增加土壤的通气性，提高地表温度；可以提高土壤肥力，消灭病虫草害，为马铃薯根茎膨大创造条件，从而达到马铃薯增产增收的目的。但由于受地形、土壤、气候和种植模式的限制，四川马铃薯机械化生产一直处于落后状态，由于缺乏先进实用的中耕技术及机具，导致马铃薯种植垄高较低、降墒慢，马铃薯易出现青头和病害腐烂等问题。此外，中耕环节劳动强度大、费工、费时，随着农村年轻劳动力的大量输出，中耕作业单靠人力几乎不可能完成。因此，研发适合四川丘区马铃薯种植农艺要求的中耕机具，并进行试验示范推广十分必要。

为适应四川丘区马铃薯种植“双行垄作，垄距1 m”的农艺要求，四川省农业机械研究设计院研制了一种轻简型马铃薯中耕机，该机能促进农机农艺有效结合，推动了马铃薯生产全程机械化，从而实现了四川马铃薯生产减工、降本、提质、增效，达到了高产、稳产的目标。

1 轻简型马铃薯中耕机的整体结构、工作原理和主要参数

1.1 整体结构

轻简型马铃薯中耕机主要为四川丘区的马铃薯中耕环节而设计，该机的主要结构如图1所示，主要由悬挂机构、机架、传动箱、调整杆、地轮、挡土件、刮土清理件、万向连轴器、培土刀和犁刀组成。

轻简型马铃薯中耕机可由窄轮距拖拉机悬挂，配备动力源为29.4 kW，能在降低故障率的同时提高整机的稳定性，实现单垄双沟培土模式，提高培土松土的效率和生产效率，从而提高马铃薯的产量。

1.2 工作原理

轻简型马铃薯中耕机，可通过悬挂机构与拖拉机连接，在拖拉机前进的过程中，带动地轮前进，从而实现犁刀对土壤的松土作业；拖拉机通过传动箱运作，带动培土刀运动，从而实现培土作业；培土刀将土壤飞扬起来从而撞击挡土件，同时，改变土壤的运动轨迹，使土壤能很好地覆盖在垄上；再利用刮土清理件可以使沟底平整，从而实现单垄的双沟培土。该机具具有故障率低、稳定性高、结构简单的优点，适于四川丘区马铃薯种植“双行垄作，垄距1 m”的农艺要求，生产效率高。

1.3 主要参数

马铃薯农业生产过程中的松土、除草、培土等环节主要由中耕机完成，现有的中耕机以犁式为主，结构单一、碎土率低，遇土壤粘重，容易形成大土垡，影响马铃薯产量。通过对现有中耕设备的调研和对其适应性及中耕前、后农艺环节的衔接研究，研发了适合四川丘区的轻简型马铃薯中耕机，其主要参数详见表1。

图1 轻简型马铃薯中耕机结构图

2 轻简型马铃薯中耕机主要部件

2.1 机架

机架是轻简型马铃薯中耕机的支撑部件，需要保证强度，该部件承载马铃薯中耕机的重量、力矩、负载和动力。当轻简型马铃薯中耕机工作时，需要机架的结构相对固定，便于其余部件保持正常的空间位置关系，不会产生空间位移，确保该机具能够稳定地运转，延长机具的寿命，实现设计的目标。该机架由槽钢与钢板焊接而成，结构如图2所示。其结构紧凑、制造容易，具有较高的稳定性，调节方便。该轻简型马铃薯中耕机的限深系统由地轮、轮轴伸缩调整杆组成。轮轴伸缩调整杆的一端与机架连接，另一端与地轮连接，调整杆可调整地轮以及培土刀组与地面的距离，从而可以根据垄台高度和培土深度进行调整。

2.2 传动系统

轻简型马铃薯中耕机的传动系统具有结构紧凑、功率消耗少、动力分配合理的特点，可使培土刀、犁刀和地轮获得合理的速度，保证各部件工作协调，从而确保轻简型马铃薯中耕机具备准确的传动比和较高的传动效率，满足马铃薯种植对松土、除草、培土等环节的要求。该机具有3个传动箱，分别为1个中传动箱和2个侧传动箱。中传动箱设有一对锥齿轮，侧传动箱设有5个圆柱齿轮，采用闭式全齿轮传动，提高了设备的可靠性。箱体与机架连接，培土刀固定在刀盘上，刀盘联接在侧传动箱末端齿轮轴上。中传动箱与侧传动箱通过万向联轴器连接，可降低侧传动箱的安装位置精度要求，减少传动箱轴承故障的概率，避免传动过程中部件的损坏。当轻简型马铃薯中耕机工作时，动力从拖拉机输出后，经过万向联轴器传递给中传动箱，再经过万向联轴器传递给2个侧传动箱，带动培土刀运转，进行培土。

表1 轻简型马铃薯中耕机的主要参数

图2 轻简型马铃薯中耕机机架结构图

2.3 培土机构

轻简型马铃薯中耕机的培土机构包括开沟培土刀组、犁刀和挡土板。开沟培土刀组由两个装设多把培土刀的刀盘组成，刀盘对称安装于侧传动箱两侧。两个刀盘之间形成空腔，犁刀设置于空腔内、两个刀盘之间并与侧传动箱连接，马铃薯中耕机培土作业时，犁刀可先将土壤犁松，然后土壤在培土刀的作用下对垄上的马铃薯进行培土，有利于提高马铃薯中耕机的培土效率。培土机构见图3。

3 中耕试验

轻简型马铃薯中耕机在四川省不同区域进行了田间试验，试验方法参照《DB62/T 1713-2008马铃薯中耕施肥机地方标准》，在不同土壤类型及土壤含水量的地块中进行试验；试验地总面积为3 hm2，作业速度为2～3 km/h；配套拖拉机为WT-404。其主要进行了马铃薯中耕机效果测试，采用了不覆土半程试验，进行了株距的测定和覆土全程并在出苗后株距的测定。考虑到土壤比阻不同的问题，实验采用了平均起垄高度试验处理，中耕环节实际平均培土后垄高157 mm，作业效率0.3 hm2/h，适应垄距为1 000 mm，耕作后无明显大土垡。现场试验图见图4。

图3 轻简型马铃薯中耕机培土机构

4 结论

轻简型马铃薯中耕机设计合理、结构紧凑、稳定性强、方便实用，针对四川“双行垄作，垄距1 m”的农艺要求，重点解决了缺乏先进适用的中耕技术及机具的问题。通过优化、改进配置，为“双行垄作，垄距1 m”的农艺要求提供了适宜的动力机械；通过高垄犁铧式中耕和动力中耕提高了中耕培土质量，减少了青头和病害腐烂的发生率，提高了产量，利于后期收获，为精准农业在我国西南地区的推广使用提供了技术保障。

针对四川马铃薯种植区地块小，大部分专合社规模较小、投入有限且机具利用率不高等现状，研发出适合四川的轻简型马铃薯种植机械关键技术，尤其是配套轮式拖拉机的中耕技术及机具，适于四川大部分专合组织和家庭农场应用，能够有效推进四川马铃薯机械化生产。

通过现场实验，验证了轻简型马铃薯中耕机的实用性、可靠性与便捷性，该机能够降低农民劳动强度，增加农民经济收入，提高四川丘区马铃薯生产水平，具有良好的社会效益和经济效益。

图4 轻简型马铃薯中耕机试验现场