姚金霞程方平庹洪章熊昌國(guó),2易文裕,2謝祖琪,2/四川省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究設(shè)計(jì)院　2農(nóng)業(yè)部丘陵山地農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

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輕簡(jiǎn)型茶園耕作機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究

姚金霞1程方平1庹洪章1熊昌國(guó)1,2易文裕1,2謝祖琪1,2
/1四川省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究設(shè)計(jì)院2農(nóng)業(yè)部丘陵山地農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

目前，四川省茶園總面積已超過(guò)23.92萬(wàn)hm2，居全國(guó)第二，產(chǎn)值居全國(guó)第四，其中家庭型茶園達(dá)到90%以上。在茶園機(jī)械化管理方面，家庭型茶園多在修剪環(huán)節(jié)使用機(jī)械，幾乎不機(jī)耕或僅有少量旋耕機(jī)作業(yè)，導(dǎo)致茶園土層板結(jié)嚴(yán)重，影響茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)，甚至影響到茶葉出口。究其原因主要是市場(chǎng)上的農(nóng)田耕作機(jī)動(dòng)力不足、寬度偏大和淺旋耕作，無(wú)法滿足家庭型茶園的深松耕作需求。因此，課題組以四川省洪雅縣、雅安名山區(qū)和峨眉山市三大產(chǎn)茶大縣的茶園規(guī)格：大行距1.5～2.0 m，小行距約0.3 m，茶樹枝間距不小于0.7 m的茶園為前提條件，研發(fā)了輕簡(jiǎn)型茶園耕作機(jī)，通過(guò)洪雅縣和雅安名山區(qū)等茶園的試驗(yàn)，證明輕簡(jiǎn)型茶園耕作機(jī)性能良好、工作穩(wěn)定，完全滿足家庭型茶園的深耕需求。

1結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1研究?jī)?nèi)容

本輕簡(jiǎn)型茶園耕作機(jī)著重從茶園作業(yè)機(jī)械的總動(dòng)力、驅(qū)動(dòng)力和工作阻力等三方面匹配性開展研究，進(jìn)行機(jī)器設(shè)計(jì)，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證。

1.2結(jié)構(gòu)組成

本機(jī)的結(jié)構(gòu)主要是根據(jù)茶園耕作的技術(shù)需求來(lái)確定的。整機(jī)由主機(jī)架、動(dòng)力裝置、操作扶手把、驅(qū)動(dòng)輪、牽引架、調(diào)節(jié)螺栓、犁柱裝置、深松鏵座、深松鏟、深松立刃刀、工作限深底板、入土工作穩(wěn)定裝置等組成。整機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.3工作原理

本機(jī)在茶園前進(jìn)作業(yè)過(guò)程中，根據(jù)茶園土壤板結(jié)的不同情況，可通過(guò)調(diào)節(jié)犁柱裝置的角度，保證達(dá)到耕作深度；入土工作穩(wěn)定裝置可增強(qiáng)機(jī)器驅(qū)動(dòng)附著力和保證有足夠入土力矩，確保耕作深度不變淺，限深底板的使用將支承達(dá)設(shè)定耕深時(shí)多余入土力矩的壓力，確保耕作深度不變深，保證了深松作業(yè)深度的穩(wěn)定性；深松立刃刀可有效將深松作業(yè)上層土塊向兩側(cè)快速分離，減少了工作阻力。本機(jī)器具有耕作深度可控，工作平穩(wěn)，操作簡(jiǎn)易等特點(diǎn)，適合家庭型茶園的耕作作業(yè)。

圖1　輕簡(jiǎn)型茶園耕作機(jī)結(jié)構(gòu)圖

2主要部件的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

2.1總動(dòng)力選擇

根據(jù)四川省3大名優(yōu)綠茶大縣——洪雅縣、雅安市名山區(qū)和峨眉山市的茶園規(guī)格(大行距1.5～2 m，小行距約0.3 m，茶樹枝間距不小于0.7 m的茶園)，以機(jī)器總寬度不大于0.7 m和動(dòng)力較大為原則，篩選出機(jī)型參數(shù)：機(jī)器寬度0.65 m、長(zhǎng)度1.77 m、高度1.04 m；功率6.3 kW。

2.2耕作部件設(shè)計(jì)

針對(duì)現(xiàn)有家庭型茶園表層土壤比較板結(jié)、不宜旋耕作業(yè)的情況，確定采用深松耕作；設(shè)計(jì)制造不同寬度結(jié)構(gòu)、不同作業(yè)阻力的2種深松鏟—1#、2#，研究耕作阻力與總動(dòng)力的匹配性。1#、2#深松鏟的寬度分別是7 cm和10 cm。

2.3驅(qū)動(dòng)輪設(shè)計(jì)

在總動(dòng)力足夠，以耕深小于20 cm和耕深大于20 cm的深松作業(yè)分檔；設(shè)計(jì)制造不同齒數(shù)、齒寬和齒高結(jié)構(gòu)，不同驅(qū)動(dòng)力的2種驅(qū)動(dòng)輪，研究總動(dòng)力、驅(qū)動(dòng)力和工作阻力的匹配性。驅(qū)動(dòng)輪參數(shù)見表1。

2.4試驗(yàn)條件

試驗(yàn)分別于2014年6月和8月在名山區(qū)前進(jìn)鄉(xiāng)六坪村和洪雅縣余坪鎮(zhèn)回龍村的兩個(gè)家庭型茶園進(jìn)行。試驗(yàn)點(diǎn)茶園及土壤情況見表2。

2.5試驗(yàn)結(jié)果(見表3)

試驗(yàn)過(guò)程中，茶園耕作機(jī)總動(dòng)力足夠，其配置1#驅(qū)動(dòng)輪、1#深松鏟和2#深松鏟均可在作業(yè)深度小于20 cm狀態(tài)下平穩(wěn)工作，其平均耕作深度符合安徽省地方標(biāo)準(zhǔn)DB34/T 530-2005《茶園管理機(jī)械化技術(shù)規(guī)程》的要求；當(dāng)作業(yè)深度大于20 cm時(shí)，驅(qū)動(dòng)力不足，1#驅(qū)動(dòng)輪明顯打滑，為此課題組改進(jìn)設(shè)計(jì)制造了不同齒數(shù)、齒寬、齒高以增大驅(qū)動(dòng)力的2#驅(qū)動(dòng)輪，計(jì)劃2015年進(jìn)行新一輪的茶園耕作機(jī)試驗(yàn)。

表1　驅(qū)動(dòng)輪參數(shù)

表2　茶園及土壤情況

3　結(jié)論

3.1茶園耕深小于20 cm的作業(yè)

表3　茶園試驗(yàn)結(jié)果

茶園耕作機(jī)采用1#驅(qū)動(dòng)輪，在相同檔位下耕作，耕深18 cm左右，在茶園土壤緊實(shí)度相差不大條件下，以耕作速度和作業(yè)效率為衡量指標(biāo)，1#深松鏟的茶園耕作機(jī)優(yōu)于2#深松鏟的茶園耕作機(jī)；以松土寬度為衡量指標(biāo)，2#深松鏟的茶園耕作機(jī)優(yōu)于1#深松鏟的茶園耕作機(jī)。

3.2茶園耕深大于20 cm的作業(yè)

在茶園土壤緊實(shí)度相差不大的條件下，茶園耕作機(jī)在相同檔位作業(yè)，采用1#驅(qū)動(dòng)輪和1#、2#深松鏟適用于小于20 cm的耕深要求。若采用優(yōu)化改進(jìn)的2#驅(qū)動(dòng)輪替代1#驅(qū)動(dòng)輪可能會(huì)實(shí)現(xiàn)大于20 cm的耕深，但需通過(guò)下一步試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。