蒙賀偉，李亞萍，坎　雜，李成松，田緒順，趙毅兵

(1.石河子大學(xué) 機(jī)械電氣工程學(xué)院，新疆 石河子　832000；2.石河子開發(fā)區(qū)石大銳拓機(jī)械裝備有限公司，新疆 石河子　832000)

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1KF-40型葡萄有機(jī)肥深施機(jī)的研制

蒙賀偉1，李亞萍1，坎雜1，李成松1，田緒順2，趙毅兵2

(1.石河子大學(xué) 機(jī)械電氣工程學(xué)院，新疆 石河子832000；2.石河子開發(fā)區(qū)石大銳拓機(jī)械裝備有限公司，新疆 石河子832000)

摘要：針對新疆兵團(tuán)葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展所面臨的問題，通過分析對比國內(nèi)外葡萄有機(jī)肥深施技術(shù)與裝備的特點(diǎn)，綜合考慮新疆葡萄種植模式及葡萄有機(jī)肥深施農(nóng)藝要求，完成了1KF-40型有機(jī)肥深施機(jī)的研制，解決了人工深施有機(jī)肥存在的勞動強(qiáng)度大、效率低等問題，實(shí)現(xiàn)了葡萄有機(jī)肥深施的機(jī)械化作業(yè)。田間作業(yè)結(jié)果表明：裝備工作平穩(wěn)、性能可靠、生產(chǎn)率高、施肥均勻，開溝深度達(dá)410mm，開溝寬度280mm，覆土厚度240mm，施肥量1 241kg/hm2，生產(chǎn)率3.7 hm2/h，符合葡萄有機(jī)肥深施機(jī)械化作業(yè)要求。

關(guān)鍵詞：葡萄；有機(jī)肥；深施機(jī)械

0引言

新疆獨(dú)特的光熱和水土等自然環(huán)境非常適宜葡萄的種植，生產(chǎn)的葡萄具有品質(zhì)好、單產(chǎn)高、營養(yǎng)豐富等特點(diǎn)，已逐漸成為我國優(yōu)質(zhì)葡萄主產(chǎn)區(qū)，葡萄產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展也為葡萄生產(chǎn)全程機(jī)械化的發(fā)展提供了條件[1-2]。

在葡萄種植過程中，施肥是影響葡萄產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素，合理施用肥料可增加葡萄產(chǎn)量40%～60%，而且能提高果園的土壤肥力和環(huán)境效益。目前，施肥的種類主要有無機(jī)肥和有機(jī)肥。隨著全球環(huán)保意識的增強(qiáng)，國際市場已越來越關(guān)注綠色無污染有機(jī)食品的生產(chǎn)問題，而施用有機(jī)肥作為一項(xiàng)重要的措施，已在進(jìn)行綠色或有機(jī)食品生產(chǎn)中得到大力推廣使用[3-5]。

葡萄有機(jī)肥的施用主要包括基肥、追肥及根外施肥作業(yè)。其中，基肥是葡萄周年生產(chǎn)中最重要的施肥措施，一般以秋施為宜，具有施肥量大、周期短等突出特征，其施肥量達(dá)75m3/hm2方以上。因此，葡萄施加有機(jī)肥機(jī)械需要滿足大施肥量、深開溝、高生產(chǎn)率等要求。

目前，葡萄深施有機(jī)肥作業(yè)主要依靠人工，存在勞動強(qiáng)度大、作業(yè)效率低等諸多問題。為此，國內(nèi)相關(guān)單位圍繞葡萄有機(jī)肥深施技術(shù)裝備開展了一系列研究：吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)施繼紅[6]針對農(nóng)家肥研究了撒施機(jī)；張睿等[7]研究了鏈條輸送式變量施肥拋撒機(jī)；克拉瑪依五五機(jī)械制造有限責(zé)任公司研制了2SF-18型離心式液壓撒肥機(jī)，其肥料箱容積為2m3,撒肥盤轉(zhuǎn)速1 200～2 000r/min，工作幅寬4～11m3[8]；北京市農(nóng)機(jī)鑒定推廣站[9]研制了撒施機(jī)械；劉麗敏等[10]針對大棚果園深施肥的要求，研制了1KF-20型大棚果園開溝深施肥機(jī)等。以上裝備雖然在一定程度上解決了有機(jī)肥深施的問題，但相關(guān)機(jī)具及研究在可靠性、作業(yè)效率、作業(yè)能耗等方面存在各自的弊端。

為此，通過設(shè)計(jì)與優(yōu)化，在綜合考慮新疆葡萄種植模式及葡萄有機(jī)肥深施農(nóng)藝要求的基礎(chǔ)上，完成了1KF-40型有機(jī)肥深施機(jī)的研制，解決了人工深施有機(jī)肥存在的勞動強(qiáng)度大、效率低等問題，實(shí)現(xiàn)了葡萄有機(jī)肥深施的機(jī)械化作業(yè)。

1結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1結(jié)構(gòu)構(gòu)成

1KF-40型有機(jī)肥深施機(jī)主要由三點(diǎn)懸掛、機(jī)架、變速箱總成、刀盤總成、導(dǎo)流罩總成、肥箱總成、排肥機(jī)構(gòu)、下肥口總成、行走輪總成、限深油缸及刮土板總成等部分組成，如圖1所示，裝備三維造型圖如圖2所示，主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

1.2技術(shù)原理

1KF-40型開溝施肥機(jī)與拖拉機(jī)采用三點(diǎn)懸掛裝置掛接，且油缸的進(jìn)出油口通過快速接頭與拖拉機(jī)液壓輸出接通。工作前，先將肥箱中加入適量的農(nóng)家肥，并將拖拉機(jī)正對將要開溝施肥的作業(yè)行調(diào)整好；調(diào)節(jié)拖拉機(jī)液壓操作手柄，將開溝施肥機(jī)刀盤底部距地約10cm，打開肥量調(diào)節(jié)板調(diào)整至合適位置，并將其鎖緊。

啟動拖拉機(jī)，將擋位掛至爬行擋；啟動后軸輸出，通過萬向軸帶動開溝機(jī)變速箱，并使得刀盤旋轉(zhuǎn)；待刀盤轉(zhuǎn)動平穩(wěn)后，操作拖拉機(jī)液壓操作手柄，平穩(wěn)地縮短液壓油缸，使刀盤入地，直至達(dá)到所需要的開溝深度(需要開到最大深度時，將油缸完全縮放到底)為止；保持該深度和刀盤轉(zhuǎn)速不變，操作拖拉機(jī)平穩(wěn)前行，此時刀盤開出一個約25cm寬、深度一定的矩形深溝，土通過導(dǎo)流罩排向溝邊遠(yuǎn)離刀盤的一側(cè)，同時肥料通過下肥口落至溝底；而后排出的土經(jīng)過掛土板的擠壓作用，又回填至開出的溝槽中。如此可一次性完成開溝、施肥及覆土等作業(yè)。

作業(yè)完畢時，停止拖拉機(jī)前行，操作拖拉機(jī)液壓操作手柄，伸長油缸，將刀盤從溝內(nèi)提出；停止拖拉機(jī)后軸輸出，停止刀盤；待刀盤完全停止后，關(guān)閉肥量調(diào)節(jié)板，完成整個作業(yè)過程。

1.三點(diǎn)懸掛　2.導(dǎo)流罩總成　3.機(jī)架　4.刀盤總成　5.開溝刀

圖2　三維造型圖

項(xiàng)目單位參數(shù)值外形尺寸(長×寬×高)mm2980×1880×1750配套動力kW504及以上動力拖拉機(jī)

續(xù)表1

2關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1刀盤總成

刀具總成主要由刀盤、開溝刀A、開溝刀B、開溝刀C組成，每種刀各5把，依次間隔均勻布局，即A-B-C-A-B-C-…，如圖2所示。使用過程中，根據(jù)開溝寬度要求，通過調(diào)整刀盤兩個側(cè)面的安裝位置實(shí)現(xiàn)對開溝寬度的調(diào)整，開溝刀的刃口沿機(jī)具前進(jìn)方向布置。

設(shè)計(jì)完成的刀盤總成通過3種刀依次間隔布局，使得每把刀具每次作用的面積變小，減少了阻力和沖擊載荷，提高了刀具壽命，降低了整機(jī)功耗。刀盤開溝刀排列示意如圖3所示。

圖3　刀盤開溝刀排列示意圖

2.2排肥機(jī)構(gòu)

施肥機(jī)排肥機(jī)構(gòu)主要由5齒攪拌軸、4齒攪拌軸和攪龍總成組成，如圖4所示。

工作時，拖拉機(jī)通過動力輸出軸、經(jīng)鏈傳動等將動力由變速箱總成的齒輪箱輸入，先帶動兩組攪拌齒軸，再帶動攪龍總成。其整體布局為上下布局，兩根攪拌軸是水平布置；攪拌軸主要是將大塊肥料進(jìn)行攪拌粉碎，同時將混合肥攪拌均勻，防止出現(xiàn)結(jié)拱和擁堵現(xiàn)象。攪龍總成將肥料推送至排肥口，排送至開出的溝槽中。

排肥機(jī)構(gòu)主要工作部件為螺旋攪龍，決定了有機(jī)肥的投料速度，其主要結(jié)構(gòu)及性能參數(shù)有螺旋直徑D、內(nèi)徑d、螺距S及螺旋軸轉(zhuǎn)速等。

1)螺旋直徑。

(1)

式中Q—輸送能力；

K—物料特性系數(shù)；

ψ—填充系數(shù)；

C—傾角系數(shù)。

計(jì)算圓整后，螺旋葉片的直徑圓整為200mm。

2)螺旋軸內(nèi)徑。

d=(0.2～0.35)D

(2)

由D=200 mm，得出d=40mm。

3)螺旋軸轉(zhuǎn)速。螺旋軸轉(zhuǎn)速主要影響有機(jī)肥輸送速度,螺旋軸轉(zhuǎn)速快，有機(jī)肥排肥能力就高。

V=G/Q

(3)

式中V—螺旋軸轉(zhuǎn)速;

G—每轉(zhuǎn)下肥量,即每節(jié)距肥料質(zhì)量；

Q—施肥效率。

經(jīng)計(jì)算，轉(zhuǎn)速V=33.75 r/min。

4)螺旋節(jié)距。

料槽內(nèi)肥料的橫截面面積F為

(4)

式中D—螺旋葉片直徑；

ψ—物料填充系數(shù)；

C—傾角系數(shù)。

1個節(jié)距內(nèi)的肥料的質(zhì)量G為

G=F·S·ρ

(5)

(6)

式中G—1個節(jié)距內(nèi)的物料的質(zhì)量；

F—螺旋橫截面面積；

S—節(jié)距；

ρ—物料松散密度。

該螺旋輸送裝置最大的生產(chǎn)率為5t/h，螺旋軸的最大轉(zhuǎn)速為33.75r/min，由式(4)～式(6)計(jì)算可得：S=160mm。

2.3變速箱總成

變速箱總成主要由齒輪減速箱總成、錐齒輪箱總成及鏈輪箱總成等組成。減速箱主要分為兩部分，分別為開溝裝置和排肥機(jī)構(gòu)進(jìn)行減速。變速箱三維造型圖如圖5所示。

工作時，拖拉機(jī)動力由輸入軸輸入至變速箱總成的錐齒輪箱總成部分，減速增扭并改變傳動方向后，傳向兩個方向。傳向鏈輪箱部分經(jīng)過鏈輪傳動的減速增扭將動力傳遞給開溝機(jī)刀盤總成；另一方向經(jīng)過齒輪減速箱的減速增扭，傳遞至肥箱的排肥機(jī)構(gòu)，帶動攪龍和攪拌齒工作。

A.齒輪箱總成　B.錐齒輪箱總成　C.鏈輪箱總成

3生產(chǎn)試驗(yàn)與結(jié)果分析

3.1試驗(yàn)條件

2015年4月，在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)八師，委托新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)業(yè)機(jī)械檢驗(yàn)測試中心，依據(jù)有機(jī)肥深施機(jī)試驗(yàn)方法，對裝備進(jìn)行了測試。裝備測試作業(yè)現(xiàn)場如圖6所示。

圖6　田間測試

試驗(yàn)田塊試驗(yàn)條件如表2所示。

表2　試驗(yàn)條件

3.2試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)過程中，裝備工作平穩(wěn)、性能可靠、生產(chǎn)率高、施肥均勻，測得主要作業(yè)性能指標(biāo)如表3所示。據(jù)測算，每臺施肥機(jī)每天按作業(yè)6h計(jì)算，每天可作業(yè)20hm2左右。按每年作業(yè)期1個月計(jì)算，每年可作業(yè)600hm2，極大地緩解了團(tuán)場勞動力緊缺及施肥作業(yè)成本高等問題。

表3　試驗(yàn)結(jié)果

4結(jié)論

1)依據(jù)新疆葡萄種植模式及有機(jī)肥深施要求，完成了1KF-40型有機(jī)肥深施機(jī)的研制，解決了人工深施有機(jī)肥存在的勞動強(qiáng)度大、效率低等問題，實(shí)現(xiàn)了葡萄有機(jī)肥深施的機(jī)械化作業(yè)；

2)試驗(yàn)結(jié)果表明：裝備工作平穩(wěn)、性能可靠、生產(chǎn)率高、施肥均勻，開溝深度達(dá)410mm，開溝寬度280mm，覆土厚度240mm，施肥量1 241kg/hm2，生產(chǎn)率3.7hm2/h，符合葡萄有機(jī)肥深施機(jī)械化作業(yè)要求。

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Abstract ID:1003-188X(2016)06-0155-EA

Development of 1KF-40 Grape Organic Fertilizer Deep Applicator

Meng Hewei1, Li Yaping1, Kan Za1, Li Chengsong1, Tian Xushun2, Zhao Yibing2

(1.College of Mechanical and Electronical Engineering,Shihezi University,Shihezi 832000,China;2. ShiDa RuiTuo Machinery﹠ Equipment Co.Ltd., Shihezi 832000, China)

Abstract：Facing Xinjiang grape industry development Problem,through comparative analysis of domestic and foreign grape organic fertilizer deep application technology and equipment characteristics,considering the Xinjiang grape planting pattern and agronomic requirements of grape organic fertilizer deep application,completed the development of 1KF-40 type organic fertilizer deep applicator,this equipment avoid the situation that big labor strength,low efficiency in deep application of organic fertilizer,realized the mechanization of grape organic fertilizer deep application.The test results show that: the equipment has the following characteristics,such as stable work, reliable performance,high productivity,uniform fertilization,ditching depth is 410mm,the opening width is 280mm,the thickness of covering soil is 240mm, fertilizer1 241kg/hm2,productivity is 3.7hm2/h,consistent with the requirements of grape organic fertilizer deep application of mechanized.

Key words：grape； organic fertilizer； deep applicator

文章編號：1003-188X(2016)06-0155-04

中圖分類號：S224.22

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

作者簡介：蒙賀偉(1982-)，男，新疆伊犁人，副教授，碩士， (E-mail)mhw_mac@126.com。通訊作者：李亞萍(1980-)，女，黑龍江虎林人，講師，碩士，(E-mail)lyp_mac@shzu.edu.cn。

基金項(xiàng)目：新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)工業(yè)科技計(jì)劃項(xiàng)目(2013BA009)；石河子大學(xué)重大科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目(gxjs2012-zdgg04)

收稿日期：2015-05-14