顏利民 劉洋 李亞雄 李斌 王濤

摘要 新疆葡萄種植采用矮、密的種植模式，一些地區(qū)葡萄使用搭棚種植的方法，這就要求施肥機(jī)和牽引驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)必須適應(yīng)在狹小的空間下作業(yè)的條件。針對這一農(nóng)藝要求，研制了一種集開溝與施肥一體的葡萄施肥機(jī)具，該機(jī)具由功率為40.4 kW的拖拉機(jī)牽引。通過田間生產(chǎn)性試驗(yàn)證明，開溝施肥深度和施肥量可以調(diào)整，在最大開溝深度為40 cm時(shí)，作業(yè)速度可以達(dá)到30 m/min，作業(yè)時(shí)肥箱撒肥口和施肥鏟未發(fā)生堵塞現(xiàn)象，開溝施肥后，覆土擋板將溝兩側(cè)的土壤推擠成均勻的土壟，作業(yè)性能穩(wěn)定，可提高勞動(dòng)效率，滿足葡萄種植生產(chǎn)需要。

關(guān)鍵詞 葡萄；開溝；施肥機(jī)

中圖分類號 S222.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）34-355-03

新疆是我國最早種植葡萄的地區(qū)，已成為我國最重要的鮮食葡萄、釀酒葡萄的生產(chǎn)和供應(yīng)基地，對推動(dòng)我國葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有舉足輕重的作用。葡萄在栽培的過程中施肥是重要環(huán)節(jié)，目前，新疆葡萄種植普遍采用滴灌技術(shù)，可以將肥料溶解在水中進(jìn)行滴施，但是在春季葡萄上架和秋季葡萄收獲前期，需要對葡萄施有機(jī)肥料，這些有機(jī)肥料不能溶解在水中，必須進(jìn)行開溝或挖坑施肥[1-3]。由于新疆葡萄種植采用矮、密的種植模式，一些地區(qū)葡萄使用搭棚種植的方法，這就要求施肥機(jī)和牽引驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)必須在狹小的空間下作業(yè)，而國外的葡萄種植模式與新疆不同，葡萄施肥機(jī)械需要用體積較大的大功率拖拉機(jī)牽引驅(qū)動(dòng)，工作效率很高，但很難進(jìn)入矮、密和搭棚種植的葡萄地中，且價(jià)格昂貴，不能在新疆地區(qū)進(jìn)行推廣應(yīng)用[4-7]。

目前新疆葡萄種植機(jī)械施肥主要使用開溝機(jī)進(jìn)行開溝，然后由人工進(jìn)行撒肥入溝和埋溝，這種方法雖然比人工施肥提高了勞動(dòng)效率，但是工作量依然很大，耗時(shí)耗力。為此，筆者研制了一種集開溝與施肥一體的葡萄施肥機(jī)具，該機(jī)具由功率為40.4 kW的拖拉機(jī)牽引，可以滿足新疆葡萄搭棚種植施肥的農(nóng)藝要求。

1 葡萄施肥的農(nóng)藝要求

新疆葡萄種植行距為3.0～3.5 m，每行長度50.0～70.0 m，單位面積種植4 200～4 500株/hm2，搭棚種植棚高1.7～2.0 m。施肥分為基肥和追肥，基肥一般在春季和秋季施入土壤，采用樹盤撒肥法或溝施法，溝施時(shí)一般在距葡萄根莖0.5～0.8 m處開挖深0.3～0.4 m的溝，將肥料填入溝內(nèi)，埋溝填平。葡萄追肥分為土壤追肥和根外追肥，定植當(dāng)年土壤追肥5次，每次間隔10～15 d，交替在植株側(cè)面距根莖0.2～0.3 m處挖10 cm深溝施肥，進(jìn)入結(jié)果期的葡萄一年土壤追肥3次，分別在開花前、漿果生長初期和成熟前1個(gè)月，在植株不同側(cè)面距根莖0.4～0.5 m處挖0.4 m深的溝施肥[8]。這就要求機(jī)械開溝施肥時(shí)，一次作業(yè)可以施肥50.0～70.0 m，開溝距根部最小距離0.2 m，最大開溝施肥深度0.4 m，開溝深度可以根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)整。

2 整機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理

2.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù) 葡萄開溝施肥機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要有傳動(dòng)箱、開溝刀盤、施肥鏟、覆土板、肥箱、驅(qū)動(dòng)滾筒等部分組成，主要技術(shù)參數(shù)見表1。

注：1.開溝刀盤；2.施肥鏟；3.覆土擋板；4.驅(qū)動(dòng)滾筒；5.調(diào)位拉桿；6.肥箱；7.刀盤護(hù)罩；8.機(jī)架；9.擋土板。

圖1 開溝施肥機(jī)結(jié)構(gòu)示意

2.2 工作原理 該機(jī)作業(yè)時(shí)由拖拉機(jī)后三點(diǎn)懸掛牽引，由拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸提供動(dòng)力，通過傳動(dòng)齒輪箱驅(qū)動(dòng)開溝刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)齒輪箱的傳動(dòng)原理如圖2所示[9]。開溝刀盤在轉(zhuǎn)

動(dòng)的同時(shí)，拖拉機(jī)后三點(diǎn)懸掛將開溝施肥機(jī)落下，開溝刀盤在地面挖溝，直到驅(qū)動(dòng)滾筒接觸到地面，開溝刀盤開溝達(dá)到最大深度。開溝的同時(shí)，肥箱中的肥料通過施肥鏟落入溝底，然后覆土板將溝兩側(cè)的土壤推入溝中；在開溝施肥的同時(shí)，驅(qū)動(dòng)滾筒通過鏈條傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)肥箱中的螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)，將肥料向肥箱一側(cè)的撒肥口推動(dòng)，使肥料從撒肥口進(jìn)入施肥鏟中，保證肥料不斷地從施肥鏟落入溝底[10]。

開溝刀盤的轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)檠刂鴻C(jī)具前進(jìn)方向逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，將土壤向拖拉機(jī)方向甩出，開溝的同時(shí)起到清溝的作用，在開溝刀盤的前方和兩側(cè)設(shè)置有擋土板，以防止由刀盤甩出的土塊飛濺傷人；當(dāng)需要調(diào)整開溝深度時(shí)，可以調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)滾筒上的調(diào)位拉桿，改變調(diào)位滾筒相對開溝刀盤的高度，實(shí)現(xiàn)開溝深度調(diào)整；可以通過調(diào)整固定在肥箱撒肥口下端的插板來控制施肥量。

3 葡萄開溝施肥機(jī)關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)

3.1 開溝刀盤 開溝刀盤主要有刀軸、刀盤、彎刀和軸承座組成，如圖3所示。刀軸與傳動(dòng)齒輪箱傳動(dòng)軸之間用花鍵連接，刀盤與刀軸之間由法蘭盤連接緊固，在刀盤的兩面邊緣上交錯(cuò)均布著16把彎刀，刀盤最大直徑1 000 mm，兩側(cè)刀片最大寬度140 mm，在刀盤內(nèi)部每面沿直徑方向固定著2把彎刀，內(nèi)部2把彎刀的最大回轉(zhuǎn)直徑為550 mm，彎刀使用市場上常見的旋耕機(jī)刀片，固定彎刀的刀座固接在刀盤上。工作時(shí)，刀盤邊緣上的彎刀切土，并將土壤向溝外拋出，為了防止甩出的土壤飛濺，并使刀盤后側(cè)的覆土擋板有足量的土壤推入溝中，在刀盤前方和兩側(cè)機(jī)架上安裝著由帆布或硬質(zhì)塑料制成的擋土板；刀盤內(nèi)部的彎刀將溝兩側(cè)的回土流不斷甩出，減少施肥前土壤回流溝底量，避免影響施肥深度。

注：1.軸；2.刀盤；3.彎刀；4.法蘭盤。

圖3 開溝刀盤結(jié)構(gòu)示意

3.2 施肥鏟 施肥鏟的作用是將肥料施入溝底，在施肥的過程中，將溝底的回流土壤清離，保證施肥深度，同時(shí)要減小施肥鏟與土壤的阻力，為此將施肥鏟設(shè)計(jì)成靴式結(jié)構(gòu)。在施肥鏟清離溝底土壤并施肥的過程中，開溝刀盤拋出的土壤在刀盤護(hù)罩的導(dǎo)向作用下，會有大量土壤拋撒到施肥鏟上，同時(shí)溝底回流土壤與施肥鏟接觸，增加了施肥鏟的清溝阻力，為了減小阻力，將施肥鏟設(shè)計(jì)成截面為等腰三角形結(jié)構(gòu)，使土壤沿著施肥鏟向后傾斜的側(cè)面向兩側(cè)分開，起到減小阻力的作用；施肥鏟下方排肥口傾斜，以防止土壤堵塞排肥口；為了避免地面的不平整導(dǎo)致施肥鏟最下端接觸溝底硬土壤增大拖拉機(jī)牽引阻力和使施肥鏟變形，施肥鏟最下端比開溝刀盤的最下端高2 cm。施肥鏟的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

注：1.側(cè)面板；2.加強(qiáng)板；3.固定板。

圖4 施肥鏟結(jié)構(gòu)示意

3.3 驅(qū)動(dòng)滾筒 驅(qū)動(dòng)滾筒支撐整機(jī)重量，通過鏈條傳動(dòng)，驅(qū)動(dòng)肥箱內(nèi)傳動(dòng)螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)向撒肥口輸送肥量的同時(shí)，可以通過調(diào)整驅(qū)動(dòng)滾筒上調(diào)位拉桿的位置，改變驅(qū)動(dòng)滾筒相對機(jī)架的高度，起到調(diào)節(jié)施肥深度的作用。因?yàn)殚_溝刀盤和施肥鏟側(cè)置，使得機(jī)具在作業(yè)過程中不平衡，為了保證機(jī)具的穩(wěn)定性，在結(jié)構(gòu)尺寸允許的情況下，應(yīng)使驅(qū)動(dòng)滾筒的寬度盡量大，此機(jī)具將驅(qū)動(dòng)滾筒布置在機(jī)架后方中間位置，滾筒寬40 cm。通過調(diào)整調(diào)位拉桿的位置，機(jī)具可開溝深度為25、31、35和42 cm。驅(qū)動(dòng)滾筒的結(jié)構(gòu)如圖5所示。

注：1.調(diào)位拉桿；2.傳動(dòng)鏈輪；3.軸承；4.滾筒；5.抓片。

圖5 驅(qū)動(dòng)滾筒結(jié)構(gòu)示意

3.4 肥箱撒肥口防漏機(jī)構(gòu) 因?yàn)殚_溝刀盤側(cè)置，每次開溝施肥一整行，為了在每行葡萄的同一側(cè)施肥，機(jī)具必須要回到開始施肥的地頭再進(jìn)行施肥，這時(shí)肥箱中余下的肥料會從撒肥口經(jīng)施肥鏟落在地面上，造成浪費(fèi)。為此，在肥箱撒肥口處設(shè)置防漏機(jī)構(gòu)，如圖1和圖6所示。固定在肥箱兩側(cè)的凹板與傳動(dòng)螺旋上的撥片可以形成封閉面，減少肥料從傳動(dòng)螺旋上方漏出。可以通過調(diào)整撒肥口下端的插板來改變排肥口的開度，實(shí)現(xiàn)施肥量的調(diào)整[11]。

注：1.肥箱板；2.右側(cè)凹板；3.肥箱固定板；4.撥片；5.撒肥口；6.插板；7左側(cè)凹版；8.螺旋軸。

圖6 肥箱撒肥口處截面

4 田間試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)條件 2014年7月，樣機(jī)在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第八師145團(tuán)場葡萄種植基地進(jìn)行了田間生產(chǎn)試驗(yàn)。該葡萄地面積1.33 hm2，已種植4年，行距3.0 m，株距1.0 m，采用搭棚種植，棚高1.7 m，每行長度50.0 m，作業(yè)前15 d未進(jìn)行滴灌澆水，土壤干燥、堅(jiān)實(shí)，地面較平整，雜草較少。對葡萄地施以顆粒狀有機(jī)肥料，肥料顆粒直徑4 mm。要求在距葡萄根莖0.5 m處挖0.4 m深的溝施肥，每行施肥35～40 g。開溝施肥機(jī)用配套動(dòng)力為40.4 kW的雷沃歐豹554型拖拉機(jī)懸掛牽引，拖拉機(jī)無駕駛棚，拖拉機(jī)高1.6 m，后輪輪距1.12 m，拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸轉(zhuǎn)速為540 r/min。

4.2 試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析 為測定該機(jī)的性能，主要對不同作業(yè)速度下，開溝深度、開溝寬度、施肥深度、覆土起壟寬度和高度進(jìn)行測量。測量時(shí)，采用不同作業(yè)速度工作一整行，在一整行每間隔5.0 m測量一次，共測量5次，取平均值，其測定和分析結(jié)果如表2所示。

表2 試驗(yàn)測定結(jié)果

作業(yè)速度m/min開溝深度cm開溝寬度cm施肥深度cm起壟寬度cm起壟高度cm

2041.415.241.046.510.0

2541.315.040.544.39.5

3040.715.439.845.711.0

3538.715.638.144.210.0

由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，作業(yè)速度小于30 m/min時(shí)，開溝深度大于40 cm；當(dāng)作業(yè)速度為35 m/min時(shí)，開溝深度小于40 cm，分析原因是開溝刀盤受開溝阻力影響，將開溝刀盤向上頂起，造成開溝深度減小，同時(shí)地面平整程度對開溝深度有一定影響；開溝刀盤在開溝的同時(shí)，拋出的土壤回流到溝底，使施肥深度小于開溝深度；起壟寬度和高度受機(jī)具作業(yè)速度影響較??；整機(jī)在作業(yè)時(shí)未發(fā)生傾斜；開溝刀盤拋出的土壤在擋土板的遮擋下，未發(fā)生飛濺；肥箱撒肥口和施肥鏟未發(fā)生堵塞現(xiàn)象，作業(yè)完一整行回到地頭再作業(yè)的過程中，有少量肥料從肥箱中漏出；開溝施肥后，覆土擋板將溝兩側(cè)的土壤推擠成均勻的土壟。

5 結(jié)語

根據(jù)新疆葡萄種植的農(nóng)藝要求，研究設(shè)計(jì)了一種可以由中小功率拖拉機(jī)牽引作業(yè)，集開溝與施肥一體的葡萄開溝施肥機(jī)具。

通過田間生產(chǎn)性試驗(yàn)證明，機(jī)具的作業(yè)性能達(dá)到了葡萄施肥的要求，開溝施肥深度和施肥量可以調(diào)整，在最大開溝深度為40 cm時(shí)，作業(yè)速度可以達(dá)到30 m/min，作業(yè)性能穩(wěn)定，明顯提高了勞動(dòng)效率，滿足了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要。

43卷34期 顏利民等 葡萄開溝施肥機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

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