何興村　張魯云　鄭炫

摘要：針對葡萄等林果有機肥、廄肥的施用播撒，研制了一種實用施肥機械，系統(tǒng)介紹了整機結構及工作原理。樣機進行了多輪實地測試，并對機具的運行情況和施肥作業(yè)效果進行了分析對比。田間試驗測試結果表明，排肥穩(wěn)定性變異系數(shù)小于3.5%，施肥深度變異系數(shù)小于10.5%，開溝深度37 cm，培土高度合格率達到100%，各項指標均達到設計要求。該型施肥機具有工作效率高、穩(wěn)定性好、故障率低等諸多優(yōu)點，是一種適合于大規(guī)模推廣、性能優(yōu)良的有機肥料撒施作業(yè)機械。

關鍵詞：肥料撒施；葡萄；性能試驗；對比分析

中圖分類號：S224.22 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）20-3932-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.20.034

Abstract： For grape and other agriculture fields， application of organic and manure fertilizer，developed a practical fertilizing machine，described the whole structure and working principle systematically. The experimental prototype have carried out several tests on the field，the operation of the machine and the effect of fertilization were analyzed and compared. The field test showed that the coefficient of variation in fertilization was less 3.5%，the coefficient of variation in fertilization depth was less 10.5%，trenching depth was 37 cm，the height of bank up with earth reached 100%，the indicators achieved the design requirments. Experiment proved that this type fertilizer applicator has many advantages，such as high efficiency，good stability，low failure rates and so on，the organic fertilizer application machinery is suitable for large-scale promotion and excellent performance.

Key words： fertilizer applicator； grape； performance test； comparative analysis

根據農業(yè)部全國農業(yè)技術推廣服務中心的統(tǒng)計數(shù)據[1]，有機肥在肥料總投入量中的比例為1949年99.9%、1965年80.7%、1980年47.1%、1990年37.4%?！?004年中國環(huán)境狀況公報》顯示，截至2003年，全國有機肥施用量僅占施肥總量的1/4左右，并且逐年下降。大量濫施化肥，致使植株根系能自由生長的土層變淺[2]，生物質活性和保墑、保肥能力降低，天然形成的良好土體結構遭到破壞，生成堅硬的犁底層，土壤質量下降。而撒施有機肥料，可以改善土體結構，提高土壤蓄水保墑力，增強農作物品質，又減少了禽畜糞便、作物秸稈等農業(yè)廢棄物對環(huán)境造成的污染。

新疆地處東經73°40′～96°18′，北緯34°25′～48°10′，與美國加利福尼亞州、法國波爾多地區(qū)處于同一緯度，并稱為世界葡萄的三大天堂種植區(qū)。新疆生產的葡萄品相好、單產高、營養(yǎng)豐富[3]，病蟲害少且較少使用農藥化肥，純天然無污染，具有其他葡萄產區(qū)無可媲美的天然優(yōu)勢。2015年新疆生產建設兵團葡萄總產量為86.72萬t[4]，同比增長39%，生產葡萄原酒24萬t，葡萄酒加工業(yè)產值17億元，同比增長38%，占新疆生產建設兵團農產品加工業(yè)總產值的2.38%。

對葡萄施用有機肥和廄肥，可大大改善葡萄的色相、口感等品質，達到綠色環(huán)保食品標準，提高產品的市場競爭力?？茖W合理施用肥料不僅可增產40%～60%[5]，而且可提高土壤肥力和優(yōu)化植物自然生長環(huán)境。目前，新疆特色林果業(yè)生產環(huán)節(jié)中施肥機械化水平較低，傳統(tǒng)的人力挖掘施肥方式已經遠遠滿足不了新疆葡萄產業(yè)快速發(fā)展的需求，研制一種結構簡單、價格低廉、性能穩(wěn)定、深施有機肥的施肥機械，成為新疆生產建設兵團葡萄種植業(yè)發(fā)展的當務之急。新疆農墾科學院機械裝備研究所與石河子迪生科技有限公司，針對新疆兵團葡萄種植業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，聯(lián)合研制開發(fā)成功2F-2.0型液壓翻轉葡萄施肥機。該型機經過數(shù)次田間試驗改進，已經小批量生產，取得了良好的經濟、社會效益。

1 整機結構與工作原理

1.1 整機結構[6]

目前常用的開溝方式有靴式、鏈刀式、圓盤刀式等，自2014年起，對以上3種開溝方式做了試驗樣機并進行了多次實地測試，如圖1～圖3所示。

經實地試驗測試比較分析，3種開溝方式分別有以下優(yōu)缺點，結果如表1所示。

為滿足不同土壤類型、種植模式、用戶需求，3種開溝裝置經過數(shù)次試驗比較分析，權衡利弊，樣機分為鏈刀式施肥機和靴式施肥機兩種形式如圖4、圖5所示，兩種施肥機在試驗過程中運行平穩(wěn)，工作正常，證明了設計理論的可靠性。

1.2 工作原理[7]endprint

施肥機與拖拉機半懸掛連接，拖拉機動力輸出軸驅動齒輪箱，帶動傳動軸與開溝器轉動，開始開溝。同時，主動力軸通過傳動機構和離合器帶動絞龍旋轉，推動肥料出肥，肥料通過肥箱側面的出肥槽孔排入溝底，隨后覆土裝置進行覆土。

1.3 設計目標

2F-2.0型液壓翻轉葡萄施肥機與45 kW拖拉機配套使用，肥箱載肥量1.5 t，能夠一次性完成開溝、施肥、覆土作業(yè)。該型機既能施農家肥、化肥，又可施復合肥料，有效提高肥料利用率，可廣泛應用于葡萄、果園、苗圃、設施農業(yè)的肥料撒施作業(yè)。

2 關鍵部件的設計

2.1 機架設計

機架是承載肥料重量的主體裝置，機架的設計尺寸直接關系到肥箱的容積和肥料的重量。為了能夠保證機具在施肥作業(yè)時平穩(wěn)行走，機架必須有足夠的強度和剛度。機架與肥箱采用螺釘連接，便于拆卸維修。機體各部分配置的原則是[8]：在便于制作維修的前提下整體簡潔緊湊，保證整個施肥機的重心在整機上方1/3左右。

2.2 肥箱

肥箱體積大小的確定[9]，應與耕地面積和肥料排放量相適應，體積過小影響工作效率，過大則會增加拖拉機牽引阻力并影響施肥機行走穩(wěn)定性。此外[10，11]，還應考慮地形、坡度、肥料顆粒形狀和流動性等各種因素，因此肥箱體積由下式計算所得：

2.3 靴式開溝器[12]

實地試驗中靴式開溝器不易入土，牽引阻力較大，不太適用于農家肥，更適用于復合肥料的播施。制造工藝簡單、造價低廉，可根據實際情況確定開溝器尺寸大小，適用于松軟的沙質土壤。最終確定：鏟面升角α=30°，鏟尖張角γ=40°，翻土角β=50°，入土隙角ε=7°～9°。

2.4 鏈刀式開溝器

鏈刀式開溝器主要由機架、傳動帶、鏈刀等部件組成，對不同的土壤有較強的適應性。實地試驗中鏈刀式開溝器切削土壤速度快，是圓盤刀的3倍以上，工作效率高，可與一般普通拖拉機的行進速度匹配。但機械結構復雜，制造成本較高，行走速度由以下因素決定：

2.5 傳動裝置

傳動系統(tǒng)主要由行走輪、齒輪箱、離合器、鏈輪、鏈條、傳動軸等組成，排肥器的轉速與施肥機前進速度同步，保證排肥量均勻，運轉速度穩(wěn)定，實現(xiàn)即走即施（行走地輪轉動即開始肥料撒施作業(yè)）。

2.6 施肥裝置

施肥系統(tǒng)由肥箱、絞龍、排肥控制器、排肥孔、施肥管、四連桿機構等組成，通過控制排肥裝置排出可控定量的肥料。

3 試驗驗證

3.1 試驗材料

試驗材料采用經堆肥發(fā)酵30 d左右的腐熟禽類糞便，顆粒直徑為2.0～60.0 mm，含水量小于70%。

3.2 試驗場地與設備

機具性能數(shù)據測試試驗于2014年6月，在新疆石河子地區(qū)149團面積為33 hm2葡萄園中進行。屬于典型的溫帶大陸性半干旱地區(qū)，年平均氣溫為6.5°～7.5°，年平均降水量約為147 mm，土質為黏性沙壤土，含水率為6.85%，干物質容積密度為1.5～1.8 g/cm3。配套動力為雷沃604拖拉機，四輪驅動，發(fā)動機功率44.1 kW，標準牽引力12.0 kN，最大提升力8.9 kN。

3.3 試驗數(shù)據計算

變異系數(shù)是衡量施肥機作業(yè)性能的重要指標[13]，可用來觀察變量波動的幅度大小。變異系數(shù)越小的施肥機械，其施肥的均勻度越好，精度越高；反之，變異系數(shù)越大的其施肥均勻性越差，精度越低。

3.4 施肥機性能試驗

試驗依據國家標準GB/T20346.1-2006《施肥機械的試驗方法》、GB/5667-2008《農業(yè)機械生產試驗方法》并結合實際情況確定試驗指標[14]：排肥穩(wěn)定性變異系數(shù)、施肥深度變異系數(shù)、開溝深度、培土高度合格率，田間實地測試現(xiàn)場如圖6所示，測試結果如表2所示。

3.5 試驗結果

兩種形式的施肥機樣機在試驗過程中未出現(xiàn)大的故障，施肥作業(yè)正常，表明該型機在理論和設計上是切實可行的[15]。但在大面積工作中可靠性的問題就逐漸暴露出來了，60%的故障是由于焊接缺陷造成的；40%的故障是因為所選用的軸承座結構材質強度問題造成的。針對鏈式開溝機可靠性差的問題，著重在結構設計方面、焊接質量和采用材料等方面進行優(yōu)化設計，在整機結構設計上，理論與實際相結合，做到科學合理，逐步減少故障。

施肥機樣機于2014年分別在新疆石河子石總場果蔬公司五站、一四九團和下野地試驗站進行過多次試驗[16]，根據新疆葡萄種植業(yè)實際情況采取合理化建議措施，對樣機結構進行了多次改進，進行了六輪樣機試制和試驗，最終各項指數(shù)都達到了原設計標準。最后機具定型為“2F-2.0型液壓翻轉葡萄施肥機”，其中，“2F”為施肥機械類別代號，“2.0”為作業(yè)幅寬2 m。

4 結論

目前，新疆地區(qū)特色林果業(yè)生產機械化程度較低[17]，尚沒有比較成熟實用的深施廄肥的施肥機械。雖然農機生產廠家研制相關樣機種類較多，但真正用于批量生產的產品幾乎沒有。現(xiàn)有葡萄施肥機主要存在著肥箱容積小、負荷重、下肥困難、下肥量不足、動力適應性差等系列問題，不能滿足農業(yè)技術要求。針對現(xiàn)有葡萄施肥機存在的問題，研制出一種能夠一次完成葡萄深施廄肥中的開溝、施肥、覆土工作。該施肥機與拖拉機半懸掛配套作業(yè)，肥箱帶有液壓翻轉裝置，強制肥料流動下肥，可有效防止肥料架空。該型機既能施復合肥和化肥，又能施農家肥，有效提高肥料利用率，減少養(yǎng)分散失和環(huán)境污染，同時，能夠避免空行程，提高效率，大大減輕果農的勞動強度。2015年新疆地區(qū)各類葡萄種植面積已達15萬hm2[18]，一臺施肥機一個工作季可作業(yè)33 hm2，全疆需要葡萄施肥機4 500臺左右，推廣應用前景十分廣闊。

參考文獻：

[1] 劉希峰，孫士明，錢曉輝，等.有機肥撒施機的種類與性能分析[J].農機化研究，2016，38（6）：259-263.endprint