0 引言

在世界蔬菜贸易市场，番茄贸易量居第三位。中国是全球最重要的番茄制品生产国，而新疆的番茄生产能力占到全国的 92%，因此番茄在新疆农业生产中具有重要战略地位。

新疆地处亚欧大陆腹地，无霜期短、早春自然灾害频发，一定程度上制约了番茄种植区域和规模的进一步扩大。覆膜移栽有利于提高地温、保持土壤水分，使作物避开恶劣的气候条件，提高农产品的产量和质量，因此成为新疆番茄种植发展的主要方式。

现阶段国内的穴苗移栽主要有两种方式:裸地开沟移栽和膜上打孔移栽。裸地移栽作业工艺简单、效率高，应用范围广，但不能够满足干旱半干旱地区的移栽要求。膜上打孔移栽具有保温保水的优点，能够满足干旱半干旱地区的移栽要求;但机具移栽作业工艺复杂、移栽效率低，且膜上覆土后秧苗根部覆土不实，影响作物的生长。

基于上述分析，提出基于膜上开沟栽植的新思路，将开沟移栽与覆膜移栽有机结合，创新设计了基于膜上开沟方式的穴苗移栽机，为膜上高效移栽机具的研发提供了一定参考。

1 整机方案的设计

1． 1 作业工艺路线的设计

工艺路线包括平地碎土工序、铺设滴灌带工序、铺膜工序、压槽工序、槽内覆土工序、分膜工序、膜上开沟工序、投苗工序、回土工序，以及镇压工序，如图 1所示。

该工艺路线不同于传统膜上打孔移栽工艺路线的地方在于增设了压槽工序、槽内覆土工序、分膜工序、膜上开沟工序，有机地整合了膜上移栽保墒保肥优点与开沟移栽效率高的优点。

1． 2 整机结构

整机结构如图2 所示。

该机主要由平土框、镇压辊、铺膜框架、膜边开沟圆盘、展膜辊、膜边覆土圆盘、压槽轮、进土圆盘、沟槽覆土滚筒、膜上开沟栽植器、回土镇压轮、座椅、苗盘架、膜卷架，以及滴灌管架等部件组成。其中，压槽轮设置在铺设滴灌管与铺设地膜之后、覆土滚筒之前，其横截面形状为半圆形。沟槽覆土滚筒设置在压槽轮之后，其特征为从左侧面看去其内部设有里边端向左、外边端向右的逆时针旋向的导向板，其两侧设置有进土圆盘，保证沟槽覆土的质量;膜上开沟栽植器设置在沟槽覆土滚筒的后面，在覆土后的沟槽内实施分膜开沟栽植工作;在膜上开沟栽植器的后面设置了回土镇压轮。

1． 3 工作原理

工作时，农用拖拉机对机架进行牵引，带动平土框对地面进行平整，滴灌管随之铺下;然后由膜边开沟圆盘开出膜边沟槽;地膜卷在展膜辊的压力下绕卷轴旋转，地膜随之被铺下，在膜边覆土圆盘的作用下膜边被覆土固定;压槽轮在铺好的地膜之上进行碾压，压出与自身截面形状一致的沟槽;进土圆盘将土壤送到沟槽覆土滚筒的入口处，滚筒内部的导向板利用其特定旋向将土壤输送到滚筒的出土口，沟槽被覆土;膜上开沟栽植器进入到覆土之后的沟槽内，由其划膜圆盘对地膜实施划切，分膜圆盘进行开沟，将土壤拨出沟槽，形成苗沟;秧苗由人工投入导苗筒，再经导苗筒导向落入苗沟;最后由回土镇压轮将土壤拨回沟槽并镇压。至此，完成一个工作循环。

2 关键部件的结构及参数设计

基于膜上开沟方式的穴苗移栽机相比于传统膜上打孔移栽机在功能上增加了分膜开沟。因此，其在结构上较传统移栽机增设了压槽装置、沟槽覆土装置及分膜开沟栽植器。

2． 1 压槽装置的设计

2． 1． 1 压槽装置的结构设计

如图3 所示，压槽装置主要由压槽轮及轮轴组成，压槽轮的截面形状为半圆形。压槽装置主要部分是压槽轮，压槽轮通过轴承连接在轮轴上，轮轴连接在机架上，轮轴离地高度上下可调;通过整机重力将压槽轮作用于地膜上压出沟槽。

2． 1． 2 压槽装置主要参数设计

根据裸地开沟栽植的技术要求，开沟的平均深度为40 ～70mm，宽度为 50mm 左右，鸭嘴式膜上打穴移栽机要求鸭嘴入土深度为 50mm。因此，将压槽轮的截面半径定为 60mm，预留出 10mm 的余量使后续分膜开沟工序更方便。轮毂的厚度定为 20mm，使轮子径向距离达到 80mm，保证了开沟的深度。根据铺膜机质量评价技术规范 NY/T 1552 －2007 规定覆土厚度≥4cm 为合格，此设计满足了膜边覆土的要求。

2． 2 沟槽覆土滚筒的设计

2． 2． 1 沟槽覆土滚筒的结构设计

沟槽覆土滚筒如图 4 所示。其主要由导流板、沟槽宽度调节板、连接杆及壳体组成。在滚筒的入口处设有均布的导流板，能够将进土圆盘送进的土壤输送到覆土口。覆土口设有沟槽宽度调节板，通过连接杆连接在滚筒上，可在滚筒中心轴方向移动，根据沟槽位置可进行调节，保证了覆土准确率。

2． 2． 2 沟槽覆土装置主要参数设计

导流板起到输送、导流进入土壤的作用，覆土质量的好坏与导流板有着直接的关系，导流效果的好坏主要与导流板旋向及均布个数有关。根据土壤由外向内输送，旋向定为从左端看去导流板里边端向左、外边端向右。经物理试验得出，当圆周均布导流板个数为6 时，导流效果较好。沟槽宽度调节板距中间壳体的距离设置为 60mm，其左右移动的预留量均为30mm，能够适应压槽轮的直径变更范围为 30 ～90mm。

2． 3 膜上开沟栽植器的设计

2． 3． 1 膜上开沟栽植器的结构设计

膜上开沟栽植器是由不等直径双圆盘分膜开沟器与导苗筒组成的栽植总成，如图 5 所示。栽植器由导苗筒、划膜圆盘、开沟圆盘、板架体组成。板架体为总成的基体，由上罩盖与下方的中间轴构成，上罩盖后方连接导苗筒，中间轴左右两端分别通过轴承连接划膜圆盘与开沟圆盘。

其中，划膜圆盘周边开有用于划膜的刀刃，开沟圆盘侧视图为圆弧状。划膜圆盘与开沟圆盘之间存在夹角，其值的大小决定了所开沟槽的宽度。划膜圆盘与开沟圆盘的不等直径设计是为了确保划膜圆盘能够深入到土壤下划开地膜，同时分膜圆盘能够彻底分开两侧地膜及土壤。导苗筒上端为进苗口、往后倾斜，下端为出苗口、往前倾斜，插入两圆盘之间，主要起到对秧苗进行导向的作用。

2． 3． 2 膜上开沟栽植器主要参数设计

2． 3． 2． 1 划膜圆盘主要参数设计

根据新疆地膜拉伸负荷为2．8N，纵向断裂伸长率为250%，设计如图 6 所示的划膜圆盘。其直径为350mm，材料选用合金钢，中间设有一圆孔用来连接轴承;孔周围设有 4 个螺纹孔，用来连接紧固圆盘增加划膜圆盘的强度;周边开有长度为15 ～25mm 的刀刃，用来入土、划膜。划膜圆盘作用力由机架的重力来提供，远大于地膜的拉伸负荷，能够顺利分开地膜。

2． 3． 2． 2 开沟圆盘主要参数设计

开沟圆盘主要作用是推出分开后的地膜与土壤，形成苗沟，如图 7 所示。其侧视图设计为圆弧状，使开出苗沟的侧面为斜坡，能与秧苗基质的倒棱台形状更为贴合，改善了秧苗的直立度。圆盘直径定为300mm，为划膜圆盘在半径上预留 25mm 的向下切入量，保证了分膜、开沟的实施。两圆盘之间的夹角决定了开沟宽度，根据开沟宽度为 50mm、开沟圆盘直径300mm，计算出两圆盘夹角约为 10°。

2． 3． 2． 3 导苗筒主要参数设计

导苗筒的作用是将秧苗输送到苗沟，秧苗在导苗筒内的运动为非强制性的，因此将其设计为金属薄板卷制的筒状体。根据秧苗钵体的最大面尺寸为 4mm× 4mm，将其直径定为 6mm。根据移栽钵苗苗龄为 35～ 40 天、株高 15 ～ 16mm，将导苗管的底端离地高度设置为18mm。导苗管的安装倾角为68° ～80°。

3 结论

1) 基于膜上开沟方式的穴苗移栽机结构简单、方案合理，有机地整合了裸地沟栽与膜上移栽的工艺，实现膜上开沟栽植，为膜上开沟种植提供了一种新思路。

2) 提出了分膜栽植器的独特结构，设计了不等直径的开沟圆盘与分膜圆盘，使得秧苗在覆土之下的两段膜之间进行栽植，并可以回土镇压，克服了膜上打孔移栽后覆土不实的问题，为膜上高效移栽的相关研究提供了参考。

参考文献（略）