王向陽(yáng)，畢新勝，王 劍

（石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院，新疆 石河子 832000）

0 引言

新疆屬于典型的溫帶大陸性氣候，早晚氣溫溫差較大，日照時(shí)間充足，有利于水果糖分的積累和生長(zhǎng)，適宜于大力發(fā)展林果產(chǎn)業(yè)。2017年，新疆林果種植面積達(dá)123.73萬(wàn)hm2，林果業(yè)收入占到農(nóng)民人均純收入的30%以上[1]。果園管理是果園種植業(yè)必不可少的環(huán)節(jié)，其中施肥又是果園管理中的關(guān)鍵作業(yè)環(huán)節(jié)[2-4]。

新疆果園普遍采用矮化密植的種植模式，種植行距約為3～5 m，由于種植行距和生產(chǎn)效率的限制，適用于相關(guān)的有機(jī)肥開(kāi)溝施肥機(jī)較少[5]。目前，新疆果園較多采用人工施肥，尤其是固體肥料的深施需人工挖溝、施肥、填土，這樣不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且施肥量不易控制，易造成浪費(fèi)，工作效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，嚴(yán)重影響和制約了果園種植業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展[6]。

隨著新疆果園種植規(guī)模化程度的加深，研發(fā)高效的有機(jī)肥施肥機(jī)具將是果園管理機(jī)械化的一種發(fā)展趨勢(shì)[7]。結(jié)合新疆主要林果作物有機(jī)肥的深施農(nóng)藝要求，本文設(shè)計(jì)了一種果園有機(jī)肥開(kāi)溝施肥覆土機(jī)，一次作業(yè)可以完成開(kāi)溝、施肥、覆土三道工序。

1 果園開(kāi)溝施肥覆土機(jī)總體結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

果園有機(jī)肥開(kāi)溝施肥覆土機(jī)主要有機(jī)架、第一肥料箱、第二肥料箱、輸肥機(jī)構(gòu)、施肥機(jī)構(gòu)、開(kāi)溝覆土機(jī)構(gòu)和液壓控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 工作原理與技術(shù)參數(shù)

果園有機(jī)肥開(kāi)溝施肥覆土機(jī)與拖拉機(jī)采用牽引式連接，該機(jī)具作業(yè)時(shí)，首先將有機(jī)肥加入到肥箱中，根據(jù)果園種植行間距、開(kāi)溝深度以及施肥量的要求，調(diào)整左右開(kāi)溝裝置之間的距離、開(kāi)溝器的開(kāi)溝深度和施肥箱開(kāi)口度調(diào)節(jié)板的位置以及輸肥馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。其次，拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸將動(dòng)力通過(guò)萬(wàn)向聯(lián)軸器傳遞到齒輪箱，齒輪箱帶動(dòng)液壓泵工作，當(dāng)液壓泵轉(zhuǎn)速平穩(wěn)后，調(diào)整開(kāi)溝深度調(diào)節(jié)液壓缸使開(kāi)溝器緩慢下降，直至到達(dá)所需要的開(kāi)溝深度，并通過(guò)調(diào)整輸肥馬達(dá)和施肥馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)施肥量和施肥幅寬的調(diào)節(jié)。然后，輸肥馬達(dá)動(dòng)力經(jīng)減速器傳遞給輸肥軸，輸肥軸帶動(dòng)刮板式輸肥鏈條將肥箱中的肥料經(jīng)輸肥口輸送到施肥機(jī)構(gòu)上，施肥馬達(dá)帶動(dòng)施肥帶將肥料輸送到開(kāi)好的溝中。最后，覆土裝置將開(kāi)溝器挖出來(lái)的土壤回填到溝里實(shí)現(xiàn)覆土作業(yè)。

圖1 果園有機(jī)肥開(kāi)溝施肥覆土一體機(jī)結(jié)構(gòu)示意

2 主要技術(shù)參數(shù)

3 關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)

3.1 施肥機(jī)構(gòu)與開(kāi)溝覆土機(jī)構(gòu)

施肥機(jī)構(gòu)與開(kāi)溝覆土機(jī)構(gòu)是果園有機(jī)肥開(kāi)溝施肥覆土機(jī)的主要工作部件。施肥機(jī)構(gòu)如圖2（a）所示，在實(shí)際施肥工作過(guò)程中，施肥馬達(dá)的轉(zhuǎn)速由調(diào)速閥調(diào)控，可通過(guò)控制馬達(dá)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)單側(cè)或雙側(cè)施肥。開(kāi)溝覆土機(jī)構(gòu)如圖2（b）所示，設(shè)置在施肥機(jī)構(gòu)的兩端，開(kāi)溝器的開(kāi)溝深度由開(kāi)溝深度調(diào)節(jié)液壓缸調(diào)節(jié)，左右開(kāi)溝器之間的開(kāi)溝幅寬，由開(kāi)溝幅寬調(diào)節(jié)液壓缸調(diào)節(jié)。

圖2 施肥機(jī)構(gòu)與開(kāi)溝覆土機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意

3.2 第一肥箱

第一肥箱結(jié)構(gòu)如圖3所示。該肥箱內(nèi)設(shè)有支撐架和刮板式輸肥鏈條，后方設(shè)有輸肥口，輸肥口的開(kāi)度大小由第一肥箱開(kāi)口度調(diào)節(jié)液壓缸控制，且該肥箱右后側(cè)設(shè)有輸肥馬達(dá)，輸肥馬達(dá)的動(dòng)力輸出經(jīng)齒輪減速器驅(qū)動(dòng)刮板式輸肥鏈條向輸肥口輸肥。根據(jù)農(nóng)藝標(biāo)準(zhǔn)，不同果園對(duì)有機(jī)肥的施肥量有不同的需求，果園有機(jī)肥開(kāi)溝施肥覆土機(jī)在連續(xù)作業(yè)的情況下，施肥量的大小由輸肥馬達(dá)的轉(zhuǎn)速和輸肥口的開(kāi)度大小共同調(diào)節(jié)。

圖3 第一肥箱結(jié)構(gòu)示意

3.3 第二肥箱

第二肥箱為輔助肥箱，安裝在機(jī)架后方的支撐架上，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。支撐架設(shè)有4根立柱，立柱上方焊有帶螺紋孔的三角鐵，第二肥箱坐落在焊有三角鐵的立柱上，并通過(guò)螺栓固定。第二肥箱含有左右兩個(gè)下肥口，下肥口的開(kāi)度由液壓缸調(diào)控。第二肥箱主要施顆粒狀有機(jī)肥或化肥，肥箱中的肥料依靠自身重力經(jīng)下肥口掉落在施肥帶上，與施肥帶上的有機(jī)肥一起施向溝中。

圖4 第二肥箱結(jié)構(gòu)示意

4 田間試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)條件

2017年10月，樣機(jī)在一師五團(tuán)一連天山玉蘋果種植基地進(jìn)行田間作業(yè)試驗(yàn)，配套動(dòng)力為雷沃歐豹554型拖拉機(jī)。

4.2 試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析

為測(cè)定該機(jī)具的性能，試驗(yàn)時(shí)，將開(kāi)溝器開(kāi)溝深度分別標(biāo)定為20 cm或40 cm，拖拉機(jī)采用1 km/h和2 km/h的行駛速度分別進(jìn)行100 m的開(kāi)溝施肥作業(yè)，然后每隔1 m對(duì)開(kāi)溝深度、施肥深度進(jìn)行測(cè)量，每10組取1次平均值，并觀察覆土質(zhì)量、整機(jī)平衡性、施肥機(jī)構(gòu)是否有堵塞等情況，其測(cè)定和分析結(jié)果如表1所示。

由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，拖拉機(jī)以1 km/h或2 km/h的作業(yè)速度行駛，開(kāi)溝器給定20 cm或40 cm的開(kāi)溝深度時(shí)，開(kāi)溝器的實(shí)測(cè)開(kāi)溝深度并不是一直等于標(biāo)定開(kāi)溝深度，而是在標(biāo)定開(kāi)溝深度的附近波動(dòng)。但在這些波動(dòng)下，該機(jī)的開(kāi)溝施肥覆土作業(yè)仍可滿足正常的開(kāi)溝施肥覆土需求，在作業(yè)時(shí)未發(fā)生明顯側(cè)傾，且肥箱輸肥口和施肥帶上未發(fā)生堵肥現(xiàn)象，開(kāi)溝施肥后，覆土輪將開(kāi)溝器挖出來(lái)的土壤回填到溝里實(shí)現(xiàn)覆土作業(yè)。

5 結(jié)論

根據(jù)新疆果園種植的農(nóng)藝要求，本文設(shè)計(jì)了一種牽引式的果園有機(jī)肥開(kāi)溝施肥覆土機(jī)。通過(guò)田間作業(yè)試驗(yàn)，該機(jī)的開(kāi)溝和施肥深度、覆土質(zhì)量達(dá)到了技術(shù)要求，對(duì)于不同果園的要求，可以通過(guò)調(diào)整開(kāi)溝器的開(kāi)溝深度進(jìn)而達(dá)到較為理想的施肥深度。試驗(yàn)過(guò)程中，該機(jī)具未發(fā)生施肥堵塞現(xiàn)象；單側(cè)開(kāi)溝施肥時(shí)，該機(jī)具會(huì)有較小的傾斜現(xiàn)象，但不影響開(kāi)溝和施肥質(zhì)量。該機(jī)具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，調(diào)整方便，作業(yè)性能穩(wěn)定，明顯提高了勞動(dòng)效率且作業(yè)效果良好，能夠滿足新疆果園施肥的農(nóng)藝要求。

表1 試驗(yàn)結(jié)果