輕簡(jiǎn)型馬鈴薯中耕機(jī)的研制與實(shí)驗(yàn)

□劉小譚 任丹華 鄧佳 周彥君/.四川省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究設(shè)計(jì)院.四川省農(nóng)機(jī)化技術(shù)推廣總站

四川丘區(qū)馬鈴薯種植區(qū)地塊小、土壤黏重，長(zhǎng)期缺乏先進(jìn)實(shí)用的中耕技術(shù)及機(jī)具，導(dǎo)致壟高較低、降墑慢，不僅限制了馬鈴薯膨大，還易出現(xiàn)青頭和病害腐爛等問題。為解決此類問題，適應(yīng)四川馬鈴薯種植“雙行壟作，壟距1 m”的農(nóng)藝要求，四川省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究設(shè)計(jì)院研制了一種輕簡(jiǎn)型馬鈴薯中耕機(jī)。該機(jī)具主要由懸掛機(jī)構(gòu)、機(jī)架、耕深調(diào)整機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和培土機(jī)構(gòu)等部分組成，配套動(dòng)力為2 9.4 k W的拖拉機(jī)，機(jī)組前進(jìn)速度為0.56～0.8 3m/s，作業(yè)效率大于等于0.2 7h m2/h，培土后壟高150～2 50m m，滿足四川丘區(qū)馬鈴薯生產(chǎn)的實(shí)際要求，研究結(jié)果可為馬鈴薯中耕機(jī)械的研究和開發(fā)提供借鑒。

馬鈴薯是我國(guó)第五大糧食作物，也是四川重要的糧菜兼用作物，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，種植面積大、分布廣，種植面積在666.67 hm2以上的縣有150多個(gè)。鮮薯上市時(shí)間長(zhǎng)，分為春、秋、冬作。經(jīng)測(cè)算，一季馬鈴薯的產(chǎn)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)一季小春作物甚至大春作物的產(chǎn)值。馬鈴薯已成為關(guān)系糧食安全和老少邊窮地區(qū)農(nóng)民脫貧致富的重要糧食作物。近年來(lái)，四川省各級(jí)黨政和農(nóng)業(yè)部門狠抓馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展，取得了明顯的成效，2015年，播種面積達(dá)79.72萬(wàn)hm2，總產(chǎn)量達(dá)1 538萬(wàn)t，實(shí)現(xiàn)了種植面積全國(guó)第一、總產(chǎn)全國(guó)第一。

馬鈴薯生長(zhǎng)中期的中耕培土環(huán)節(jié)是馬鈴薯增產(chǎn)增收的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)可以調(diào)節(jié)土壤水分，土壤濕度較小時(shí)，具有保墑防旱作用，土壤濕度過(guò)大時(shí)，具有降墑的作用；可以增加土壤的通氣性，提高地表溫度；可以提高土壤肥力，消滅病蟲草害，為馬鈴薯根莖膨大創(chuàng)造條件，從而達(dá)到馬鈴薯增產(chǎn)增收的目的。但由于受地形、土壤、氣候和種植模式的限制，四川馬鈴薯機(jī)械化生產(chǎn)一直處于落后狀態(tài)，由于缺乏先進(jìn)實(shí)用的中耕技術(shù)及機(jī)具，導(dǎo)致馬鈴薯種植壟高較低、降墑慢，馬鈴薯易出現(xiàn)青頭和病害腐爛等問題。此外，中耕環(huán)節(jié)勞動(dòng)強(qiáng)度大、費(fèi)工、費(fèi)時(shí)，隨著農(nóng)村年輕勞動(dòng)力的大量輸出，中耕作業(yè)單靠人力幾乎不可能完成。因此，研發(fā)適合四川丘區(qū)馬鈴薯種植農(nóng)藝要求的中耕機(jī)具，并進(jìn)行試驗(yàn)示范推廣十分必要。

為適應(yīng)四川丘區(qū)馬鈴薯種植“雙行壟作，壟距1 m”的農(nóng)藝要求，四川省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究設(shè)計(jì)院研制了一種輕簡(jiǎn)型馬鈴薯中耕機(jī)，該機(jī)能促進(jìn)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝有效結(jié)合，推動(dòng)了馬鈴薯生產(chǎn)全程機(jī)械化，從而實(shí)現(xiàn)了四川馬鈴薯生產(chǎn)減工、降本、提質(zhì)、增效，達(dá)到了高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的目標(biāo)。

1 輕簡(jiǎn)型馬鈴薯中耕機(jī)的整體結(jié)構(gòu)、工作原理和主要參數(shù)

1.1 整體結(jié)構(gòu)

輕簡(jiǎn)型馬鈴薯中耕機(jī)主要為四川丘區(qū)的馬鈴薯中耕環(huán)節(jié)而設(shè)計(jì)，該機(jī)的主要結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由懸掛機(jī)構(gòu)、機(jī)架、傳動(dòng)箱、調(diào)整桿、地輪、擋土件、刮土清理件、萬(wàn)向連軸器、培土刀和犁刀組成。

輕簡(jiǎn)型馬鈴薯中耕機(jī)可由窄輪距拖拉機(jī)懸掛，配備動(dòng)力源為29.4 kW，能在降低故障率的同時(shí)提高整機(jī)的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)單壟雙溝培土模式，提高培土松土的效率和生產(chǎn)效率，從而提高馬鈴薯的產(chǎn)量。

1.2 工作原理

輕簡(jiǎn)型馬鈴薯中耕機(jī)，可通過(guò)懸掛機(jī)構(gòu)與拖拉機(jī)連接，在拖拉機(jī)前進(jìn)的過(guò)程中，帶動(dòng)地輪前進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)犁刀對(duì)土壤的松土作業(yè)；拖拉機(jī)通過(guò)傳動(dòng)箱運(yùn)作，帶動(dòng)培土刀運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)培土作業(yè)；培土刀將土壤飛揚(yáng)起來(lái)從而撞擊擋土件，同時(shí)，改變土壤的運(yùn)動(dòng)軌跡，使土壤能很好地覆蓋在壟上；再利用刮土清理件可以使溝底平整，從而實(shí)現(xiàn)單壟的雙溝培土。該機(jī)具具有故障率低、穩(wěn)定性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，適于四川丘區(qū)馬鈴薯種植“雙行壟作，壟距1 m”的農(nóng)藝要求，生產(chǎn)效率高。

1.3 主要參數(shù)

馬鈴薯農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的松土、除草、培土等環(huán)節(jié)主要由中耕機(jī)完成，現(xiàn)有的中耕機(jī)以犁式為主，結(jié)構(gòu)單一、碎土率低，遇土壤粘重，容易形成大土垡，影響馬鈴薯產(chǎn)量。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有中耕設(shè)備的調(diào)研和對(duì)其適應(yīng)性及中耕前、后農(nóng)藝環(huán)節(jié)的銜接研究，研發(fā)了適合四川丘區(qū)的輕簡(jiǎn)型馬鈴薯中耕機(jī)，其主要參數(shù)詳見表1。

圖1 輕簡(jiǎn)型馬鈴薯中耕機(jī)結(jié)構(gòu)圖

2 輕簡(jiǎn)型馬鈴薯中耕機(jī)主要部件

2.1 機(jī)架

機(jī)架是輕簡(jiǎn)型馬鈴薯中耕機(jī)的支撐部件，需要保證強(qiáng)度，該部件承載馬鈴薯中耕機(jī)的重量、力矩、負(fù)載和動(dòng)力。當(dāng)輕簡(jiǎn)型馬鈴薯中耕機(jī)工作時(shí)，需要機(jī)架的結(jié)構(gòu)相對(duì)固定，便于其余部件保持正常的空間位置關(guān)系，不會(huì)產(chǎn)生空間位移，確保該機(jī)具能夠穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn)，延長(zhǎng)機(jī)具的壽命，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的目標(biāo)。該機(jī)架由槽鋼與鋼板焊接而成，結(jié)構(gòu)如圖2所示。其結(jié)構(gòu)緊湊、制造容易，具有較高的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)方便。該輕簡(jiǎn)型馬鈴薯中耕機(jī)的限深系統(tǒng)由地輪、輪軸伸縮調(diào)整桿組成。輪軸伸縮調(diào)整桿的一端與機(jī)架連接，另一端與地輪連接，調(diào)整桿可調(diào)整地輪以及培土刀組與地面的距離，從而可以根據(jù)壟臺(tái)高度和培土深度進(jìn)行調(diào)整。

2.2 傳動(dòng)系統(tǒng)

輕簡(jiǎn)型馬鈴薯中耕機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、功率消耗少、動(dòng)力分配合理的特點(diǎn)，可使培土刀、犁刀和地輪獲得合理的速度，保證各部件工作協(xié)調(diào)，從而確保輕簡(jiǎn)型馬鈴薯中耕機(jī)具備準(zhǔn)確的傳動(dòng)比和較高的傳動(dòng)效率，滿足馬鈴薯種植對(duì)松土、除草、培土等環(huán)節(jié)的要求。該機(jī)具有3個(gè)傳動(dòng)箱，分別為1個(gè)中傳動(dòng)箱和2個(gè)側(cè)傳動(dòng)箱。中傳動(dòng)箱設(shè)有一對(duì)錐齒輪，側(cè)傳動(dòng)箱設(shè)有5個(gè)圓柱齒輪，采用閉式全齒輪傳動(dòng)，提高了設(shè)備的可靠性。箱體與機(jī)架連接，培土刀固定在刀盤上，刀盤聯(lián)接在側(cè)傳動(dòng)箱末端齒輪軸上。中傳動(dòng)箱與側(cè)傳動(dòng)箱通過(guò)萬(wàn)向聯(lián)軸器連接，可降低側(cè)傳動(dòng)箱的安裝位置精度要求，減少傳動(dòng)箱軸承故障的概率，避免傳動(dòng)過(guò)程中部件的損壞。當(dāng)輕簡(jiǎn)型馬鈴薯中耕機(jī)工作時(shí)，動(dòng)力從拖拉機(jī)輸出后，經(jīng)過(guò)萬(wàn)向聯(lián)軸器傳遞給中傳動(dòng)箱，再經(jīng)過(guò)萬(wàn)向聯(lián)軸器傳遞給2個(gè)側(cè)傳動(dòng)箱，帶動(dòng)培土刀運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)行培土。

表1 輕簡(jiǎn)型馬鈴薯中耕機(jī)的主要參數(shù)

圖2 輕簡(jiǎn)型馬鈴薯中耕機(jī)機(jī)架結(jié)構(gòu)圖

2.3 培土機(jī)構(gòu)

輕簡(jiǎn)型馬鈴薯中耕機(jī)的培土機(jī)構(gòu)包括開溝培土刀組、犁刀和擋土板。開溝培土刀組由兩個(gè)裝設(shè)多把培土刀的刀盤組成，刀盤對(duì)稱安裝于側(cè)傳動(dòng)箱兩側(cè)。兩個(gè)刀盤之間形成空腔，犁刀設(shè)置于空腔內(nèi)、兩個(gè)刀盤之間并與側(cè)傳動(dòng)箱連接，馬鈴薯中耕機(jī)培土作業(yè)時(shí)，犁刀可先將土壤犁松，然后土壤在培土刀的作用下對(duì)壟上的馬鈴薯進(jìn)行培土，有利于提高馬鈴薯中耕機(jī)的培土效率。培土機(jī)構(gòu)見圖3。

3 中耕試驗(yàn)

輕簡(jiǎn)型馬鈴薯中耕機(jī)在四川省不同區(qū)域進(jìn)行了田間試驗(yàn)，試驗(yàn)方法參照《DB62/T 1713-2008馬鈴薯中耕施肥機(jī)地方標(biāo)準(zhǔn)》，在不同土壤類型及土壤含水量的地塊中進(jìn)行試驗(yàn)；試驗(yàn)地總面積為3 hm2，作業(yè)速度為2～3 km/h；配套拖拉機(jī)為WT-404。其主要進(jìn)行了馬鈴薯中耕機(jī)效果測(cè)試，采用了不覆土半程試驗(yàn)，進(jìn)行了株距的測(cè)定和覆土全程并在出苗后株距的測(cè)定?？紤]到土壤比阻不同的問題，實(shí)驗(yàn)采用了平均起壟高度試驗(yàn)處理，中耕環(huán)節(jié)實(shí)際平均培土后壟高157 mm，作業(yè)效率0.3 hm2/h，適應(yīng)壟距為1 000 mm，耕作后無(wú)明顯大土垡。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)圖見圖4。

圖3 輕簡(jiǎn)型馬鈴薯中耕機(jī)培土機(jī)構(gòu)

4 結(jié)論

輕簡(jiǎn)型馬鈴薯中耕機(jī)設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性強(qiáng)、方便實(shí)用，針對(duì)四川“雙行壟作，壟距1 m”的農(nóng)藝要求，重點(diǎn)解決了缺乏先進(jìn)適用的中耕技術(shù)及機(jī)具的問題。通過(guò)優(yōu)化、改進(jìn)配置，為“雙行壟作，壟距1 m”的農(nóng)藝要求提供了適宜的動(dòng)力機(jī)械；通過(guò)高壟犁鏵式中耕和動(dòng)力中耕提高了中耕培土質(zhì)量，減少了青頭和病害腐爛的發(fā)生率，提高了產(chǎn)量，利于后期收獲，為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)在我國(guó)西南地區(qū)的推廣使用提供了技術(shù)保障。

針對(duì)四川馬鈴薯種植區(qū)地塊小，大部分專合社規(guī)模較小、投入有限且機(jī)具利用率不高等現(xiàn)狀，研發(fā)出適合四川的輕簡(jiǎn)型馬鈴薯種植機(jī)械關(guān)鍵技術(shù)，尤其是配套輪式拖拉機(jī)的中耕技術(shù)及機(jī)具，適于四川大部分專合組織和家庭農(nóng)場(chǎng)應(yīng)用，能夠有效推進(jìn)四川馬鈴薯機(jī)械化生產(chǎn)。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了輕簡(jiǎn)型馬鈴薯中耕機(jī)的實(shí)用性、可靠性與便捷性，該機(jī)能夠降低農(nóng)民勞動(dòng)強(qiáng)度，增加農(nóng)民經(jīng)濟(jì)收入，提高四川丘區(qū)馬鈴薯生產(chǎn)水平，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

圖4 輕簡(jiǎn)型馬鈴薯中耕機(jī)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)