張 園，鄧怡國(guó)，2*，韋麗嬌，2，張志揚(yáng)，張 龍

（1.中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所，湛江 524091；2.農(nóng)業(yè)部熱帶作物機(jī)械質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心，湛江 524091；3.中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所，儋州 571737；4.湛江市麻章區(qū)倉龍農(nóng)業(yè)技術(shù)服務(wù)中心，湛江 524088）

橡膠園開溝施肥機(jī)的研制與試驗(yàn)分析

張 園1，鄧怡國(guó)1，2*，韋麗嬌1，2，張志揚(yáng)3，張 龍4

（1.中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所，湛江 524091；2.農(nóng)業(yè)部熱帶作物機(jī)械質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心，湛江 524091；3.中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所，儋州 571737；4.湛江市麻章區(qū)倉龍農(nóng)業(yè)技術(shù)服務(wù)中心，湛江 524088）

在橡膠園田間施肥管理農(nóng)藝中，主要采用挖機(jī)開溝、人工輔助的模式進(jìn)行，大部分工作由人工配合操作，技術(shù)提升空間較大?；谝陨犀F(xiàn)狀，研制了一種橡膠園開溝施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)。本文詳細(xì)介紹了其工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：主要由開溝系統(tǒng)和施肥系統(tǒng)兩個(gè)功能模塊組成，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，易操作。經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)：機(jī)具匹配66.18 kW（90馬力）拖拉機(jī)，開溝深度可達(dá)40 cm，作業(yè)幅寬35～45 cm，生產(chǎn)率1.23 hm2/h，油耗3.1 kg/hm2，施肥均勻度90%以上，覆蓋率可達(dá)98%，可有效提高生產(chǎn)效率和降低成本。

橡膠園，開溝，施肥，試制，試驗(yàn)

0 引言

施肥是橡膠樹速生、高產(chǎn)的重要措施，對(duì)于開割橡膠樹，每年需進(jìn)行施肥1～2次。停割后，一般工藝是按先挖壓青溝，再進(jìn)行壓青和撒肥，然后覆土的模式進(jìn)行，一般按3 750～4 500 kg/hm2（250～300 kg/畝）施肥；在開割期間，需要按750 kg/hm2（50 kg/畝）施追肥。目前，膠園基本使用專用有機(jī)肥，以粉狀為主，也有顆粒狀的。我國(guó)膠園管理機(jī)械化程度還處于較低的水平，膠園開溝、施肥仍以手工作業(yè)為主，勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、成本高。在地勢(shì)較為平坦的橡膠園，基本可采用挖掘機(jī)或鏵氏犁進(jìn)行作業(yè)，人工輔助施肥，在一定程度上提高了勞動(dòng)效率。但挖掘機(jī)在作業(yè)過程中，由于機(jī)具笨重，對(duì)橡膠樹根系損傷較為較重，也嚴(yán)重壓實(shí)了土壤，影響橡膠樹生長(zhǎng)和膠乳產(chǎn)量。利用鏵氏犁開溝雖能提高工效，但緩解作業(yè)環(huán)節(jié)及效率有限，對(duì)于天然橡膠種植業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益促進(jìn)作用還不明顯[1-2]。

基于此，針對(duì)膠園開溝、施肥作業(yè)實(shí)際需求，我們?cè)趪?guó)內(nèi)外現(xiàn)有開溝犁和施肥機(jī)的基礎(chǔ)上，開展膠園開溝施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)械研究，研制一種以替代人工勞動(dòng)為目的的開溝施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)，以實(shí)現(xiàn)橡膠園田間管理農(nóng)藝需求。該機(jī)可一次性完成開溝和施肥作業(yè)工序，適用于地勢(shì)較平坦的膠園作業(yè)，初步實(shí)現(xiàn)膠園開溝施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)械化，提高生產(chǎn)效

率，降低生產(chǎn)成本，為促進(jìn)天然橡膠產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

1 工作原理與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1 工作原理

當(dāng)拖拉機(jī)前進(jìn)時(shí)，開溝犁入土開溝，同時(shí)，拖拉機(jī)動(dòng)力經(jīng)輸出軸、萬向傳動(dòng)總成傳至變速箱錐齒輪軸，通過一對(duì)錐齒輪減速并改變方向，再通過拉桿傳動(dòng)軸傳至蝸輪蝸桿變速器減速，同時(shí)驅(qū)動(dòng)排肥裝置中圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著肥斗中的肥料不斷地?fù)硐驁A盤，下滑至圓盤邊緣上，轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤與固定于機(jī)架上的刮板作用，將混合的肥料沿刮板上升并側(cè)向偏移沿圓盤邊緣下落至下肥漏斗，經(jīng)下肥管掉落開溝犁開好的溝中，伴隨著犁體的弧形結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自覆蓋，從而完成開溝、施肥和培土等作業(yè)工序[3-4]。

1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

膠園開溝施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)按照結(jié)構(gòu)組合、性能綜合、功能聯(lián)合的技術(shù)思路進(jìn)行設(shè)計(jì)，三點(diǎn)后懸掛結(jié)構(gòu)，包括機(jī)架、懸掛系統(tǒng)、開溝犁、排肥裝置、萬向傳動(dòng)軸等，其中排肥裝置包括蝸輪蝸桿變速器、主傳動(dòng)軸、肥料箱、圓盤、刮板、下肥料漏斗、連接傳動(dòng)軸、排肥管和連接架等。整機(jī)能一次性完成橡膠園開溝、施肥、培土等聯(lián)合作業(yè)。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 橡膠園開溝施肥機(jī)結(jié)構(gòu)圖Figure.1 The structure diagram of ditching fertilizer apparatus in rubber

排肥裝置可根據(jù)需要調(diào)整活動(dòng)板與肥料筒的間隙來調(diào)整施肥量，以達(dá)到按需施肥的目的。

開溝犁由主架和培土板等組成，可通過其后邊的螺栓來調(diào)節(jié)培土板的寬度，以達(dá)到不同開溝深度和寬度的目的。

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 開溝犁的設(shè)計(jì)

開溝犁按照橡膠園深施肥農(nóng)藝技術(shù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)（見圖2），能將肥料集中輸送到所需深度的土壤中。其主要由犁柱、邊板、松土犁尖等組成，調(diào)整排肥管前后位置即可調(diào)節(jié)施肥深度。

開溝犁入土角度和尺寸越大，對(duì)土壤擠壓作用增大，開溝松土阻力也隨之增大，導(dǎo)致入土性能下降。為同時(shí)滿足幅寬和深度的作業(yè)要求，犁體采用深松犁的改進(jìn)結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行加固處理。經(jīng)試驗(yàn)證明，入土性能良好，開溝犁松土后，部分土壤在勢(shì)能作用下流回溝中以覆蓋肥料。在其后邊安裝施肥管，

開溝犁的作業(yè)幅寬有效保證了在施肥深度的前提下迅速覆土的要求。工作狀態(tài)見圖3。

圖2 開溝犁結(jié)構(gòu)圖Figure.2 Structure of ditch plow

圖3 開溝犁工作效果圖Figure.3 Working results of ditching plow

2.2 切盤的設(shè)計(jì)

圖4 切盤結(jié)構(gòu)圖Figure.4 A structure chart of a cutting plate

橡膠園粗放管理的實(shí)際現(xiàn)狀導(dǎo)致田間雜草較多，在開溝犁前端設(shè)計(jì)切盤結(jié)構(gòu)，可有效避免開溝犁堵塞。切盤為雙刃內(nèi)凹結(jié)構(gòu)，可通過套桿上定位孔，調(diào)整與入土齒的水平間隙距離，以保證切盤以地表為支點(diǎn)切草，隨著入土齒的深入，土面提升，切削力加大，見圖4。同時(shí)撥草桿尾部與切盤內(nèi)凹面接觸，實(shí)現(xiàn)撥離雜草的作用[5]。

2.3 排肥裝置的設(shè)計(jì)

排肥裝置在施肥機(jī)中是一個(gè)極其重要的結(jié)構(gòu)。外槽輪式、轉(zhuǎn)盤式等排肥裝置在排粉狀及潮濕的化肥時(shí)，易出現(xiàn)架空和斷條等現(xiàn)象，且易被肥料粘附而堵塞，排肥能力降低，因此，為適應(yīng)南方潮濕天氣及粉狀顆粒狀混合化肥條件，本機(jī)采用刮板式排肥裝置，可顯著緩解此問題。刮板式排肥裝置安裝在蝸輪蝸桿減速器輸出軸上,組成肥料箱的一部分。排肥器結(jié)構(gòu)見圖5和6。

1.圓筒體；2.圓盤；3.下肥料漏斗；4.刮板；5.連接傳動(dòng)軸；6.導(dǎo)混肥結(jié)構(gòu)

排肥過程如下：轉(zhuǎn)盤在驅(qū)動(dòng)力作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，肥料依靠重力自行由肥料箱下滑進(jìn)入轉(zhuǎn)盤，并在離心力作用下進(jìn)入排肥位置（圓盤邊緣）。由于轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，使肥料沿刮板上升并側(cè)向偏移，迫使肥料離開刮板經(jīng)排肥管落入已開好溝的土壤中[6-9]。期間，事先調(diào)整刮板的上下左右角度，即可控制施肥量的大小。

3 試驗(yàn)與分析

圖6 排肥結(jié)構(gòu)實(shí)物圖Figure.6 Fertilization structure of physical map

圖7 橡膠開溝施肥機(jī)田間試驗(yàn)圖Figure.7 Field Test Chart of Rubber Ditching Fertilizer

3.1 試驗(yàn)與測(cè)試

2016年7月22日，農(nóng)業(yè)部熱帶作物機(jī)械質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心在中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了性能檢測(cè)試驗(yàn)，見圖7。試驗(yàn)地為緩坡地，坡度小于15°，面積1.5 hm2；橡膠種植行距為6 m；橡膠密度為450～525株/hm2（30～35株/畝），肥料含水率為4.3%，土壤含水率為14.3%。機(jī)具匹配66.18 kW（90馬力）拖拉機(jī)，液壓動(dòng)力輸出，主要測(cè)試結(jié)果見表1。

項(xiàng)目純工作小時(shí)生產(chǎn)率/hm2·h-1作業(yè)小時(shí)生產(chǎn)率/hm2·h-1單位面積燃油消耗量/㎏·hm-2單位面積施肥量/㎏·hm-2開溝深度/cm開溝深度穩(wěn)定性/%施肥均勻度/%肥料覆蓋率/%施肥斷條率/%測(cè)試結(jié)果1.63 1.23 3.1 1 220 42 88.9 90.3 98.0 0.1

3.2 結(jié)果分析

施肥質(zhì)量：對(duì)于粉末磷肥、鉀肥和粒狀復(fù)合肥等混合肥料，排肥裝置工作較可靠，沒有斷條，施肥均勻度為90.3%，主要和肥料的性狀有關(guān)，試驗(yàn)時(shí)由于肥料較細(xì)，有一定的沾性，影響了排肥均勻度，但明顯優(yōu)于螺旋式排肥施肥機(jī)及手工作業(yè)。

開溝質(zhì)量：開溝平均深度為42 cm，穩(wěn)定性系數(shù)相應(yīng)達(dá)到88.9%，說明其穩(wěn)定性較好，能滿足橡膠園施肥農(nóng)藝的要求。

肥料覆蓋質(zhì)量：肥料覆蓋率為98.0%，說明其穩(wěn)定性非常好，能滿足農(nóng)藝的要求，可使橡膠苗有效吸收肥料，從而可促進(jìn)提高橡膠的生長(zhǎng)質(zhì)量。

生產(chǎn)率：純工作小時(shí)生產(chǎn)率為1.63 hm2/h，作業(yè)小時(shí)生產(chǎn)率為1.23 hm2/h。從試驗(yàn)情況來看，生產(chǎn)率大小主要與橡膠園地勢(shì)情況、種植行距、操作人員、地塊大小等有關(guān)。如地勢(shì)平坦、行距統(tǒng)一、地塊大，操作人員熟練，則生產(chǎn)率高，反之則低。

燃油消耗量、施肥量：機(jī)具燃油消耗量較低，為3.1 kg/hm2。單位面積施肥量可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整，按需施肥，以保證單位面積的有效用量和合理性。

4 結(jié)論

橡膠園開溝施肥機(jī)按照結(jié)構(gòu)組合、功能聯(lián)合的模式，實(shí)現(xiàn)了橡膠園田間管理開溝、施肥農(nóng)藝同步進(jìn)行。機(jī)具匹配66.18 kW（90馬力）拖拉機(jī)，開溝深度可達(dá)40 cm，作業(yè)幅寬35～45 cm，生產(chǎn)率1.23 hm2/h，油耗3.1 kg/hm2，施肥均勻度90%以上，覆蓋率可達(dá)98%，可有效提高生產(chǎn)效率和降低成本，達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。

基于橡膠園田間管理粗放模式的現(xiàn)狀及受地形限制，以及操作機(jī)手對(duì)于機(jī)具貼地程度的不同，整機(jī)在施肥均勻性及斷條率指標(biāo)所表現(xiàn)的作業(yè)質(zhì)量依

然受到較大波動(dòng)；同時(shí)，不同橡膠樹品種及地況，要求施肥工作過程中施撒有精量控制的要求，在今后的進(jìn)一步研發(fā)過程中，對(duì)于農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合及自動(dòng)化控制技術(shù)方面有較大可提升空間。

[1]張園，鄧怡國(guó)，韋麗嬌，等.橡膠園田間管理機(jī)械化發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)分析[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，55（12）：2993-2996.

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Development and Experimental Analysis of Ditching Fertilizer Application in Rubber

ZHANG Yuan1,DENG Yi-guo1，2*,WEI Li-jiao1，2,ZHANG Zhi-yang3,ZHANG Long4
（1.Tropical Agricultural Machinery Research Institute,Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences,
Zhanjiang 524091,China; 2.The Center of Quality Supervision and Testing for Tropical Agriculture Machinerye,Zhanjiang 524091,China; 3.Rubber Research Institute,Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences,Danzhou 571737,China; 4.The Center of CangLong Agricultural Technology Service for Zhanjiang City,Guang Dong Zhanjiang 524088,China）

In the field of fertilization management of rubber plantation in the agronomy,the main use of fertilization is digging machine ditching,artificial auxiliary mode,and most of the work done by the artificial match, relative to the technology itself has a lot of room for improvement.In view of these circumstances,this paper developed a rubber plantation ditching fertilizer joint operating equipment,detailed description of the working principle and structure characteristics of the machine,the machine mainly by the ditching system and fertilization system composed of two functional modules,the structure is relatively simple,Easy to operate.After testing and actual testing:when the machine matched the 90 horsepower tractor,ditch depth can reach 40cm,operating width of 35-45 cm,productivity of 1.23 hm2/h,fuel consumption 3.1 Kg/hm2,fertilization uniformity of 90% Coverage can reach 98%,can effectively improve production efficiency and reduce costs.

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海南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（20165204）；湛江市科技計(jì)劃項(xiàng)目（2015A03023）；中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資助（1630022015023）

張園（1984-），男，陜西西安人，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)闊釒мr(nóng)業(yè)裝備與工程。廣東省湛江市麻章區(qū)湖秀路3號(hào)，524091。E-mail：zhang198414@126.com

鄧怡國(guó)（1978-），男，湖南衡陽人，碩士，副研究員，主要研究方向?yàn)闊釒мr(nóng)產(chǎn)品加工裝備與工程。廣東省湛江市麻章區(qū)湖秀路3號(hào)，524091。E-mail：dyg7810@21cn.com