林悅香，尚書旗※，王東偉，宋來其，張敬國

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矮砧密植蘋果樹連續(xù)開溝定距栽植機研制

林悅香1，尚書旗1※，王東偉1，宋來其2，張敬國3

（1. 青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院，青島 266109；2. 山東農(nóng)業(yè)大學機械電子工程學院，泰安 271018； 3. 濰坊市高密中等專業(yè)學校，高密 261501）

針對現(xiàn)有果樹栽植勞動強度大、株距控制精度低的現(xiàn)狀，該文開展了基于標準化栽培模式的農(nóng)機農(nóng)藝融合技術研究，設計了矮砧密植蘋果栽植機，解決了果樹幼苗栽植作業(yè)中存在的機械化關鍵技術難題：連續(xù)寬深開溝、果苗直立栽植、株距精確控制。采用V型雙圓盤開溝器實現(xiàn)連續(xù)寬深開溝；通過人工輔助喂苗、柵桿定位裝置輔助定位、夾持輸送裝置扶苗、刮板式覆土器回土及橡膠鎮(zhèn)壓輪壓實土壤等系列環(huán)節(jié)，完成果苗直立栽植；定距栽植控制裝置通過光電傳感器感應前一棵樹苗位置后啟動下一棵樹苗夾持運行并完成栽植，實現(xiàn)了株距的精確控制。該機開溝深度為0～40 cm可調(diào)，開溝寬度為30～37 cm，作業(yè)速度為0.8～1.5 km/h。田間試驗結(jié)果表明：該機工作穩(wěn)定，栽植效果良好，平均栽植合格率為93.79%，平均栽植深度合格率為91.43%，平均株距變異系數(shù)為5.03%，栽植效率720株/h, 是人工栽植效率的36倍，滿足現(xiàn)代標準果園機械化生產(chǎn)要求。種植環(huán)節(jié)機械化的實現(xiàn)，可為后續(xù)管理環(huán)節(jié)及收獲環(huán)節(jié)的機械化提供可行性保障。

農(nóng)業(yè)機械；設計；蘋果；定距栽植；連續(xù)開溝；柵桿輔助定位

0 引 言

中國是世界最大蘋果生產(chǎn)國和消費國，蘋果種植面積、產(chǎn)量和消費量均占世界總量的40％左右[1]。蘋果苗栽植過程是蘋果生產(chǎn)的關鍵環(huán)節(jié)，對后續(xù)果園施肥、耕作、噴藥、采收等環(huán)節(jié)有著顯著影響。近30多年來，世界蘋果栽培制度發(fā)生了深刻的變化[2-3]。寬行距的矮砧密植栽培模式對蘋果生產(chǎn)全程機械化提供了有效途徑，是世界蘋果優(yōu)質(zhì)高效栽培的成功經(jīng)驗[4]。適應國情的矮砧密植蘋果栽培模式將在中國逐漸普及[5]。

中國從20世紀50年代開始進行果樹育苗移栽機械的相關研究，其研究和應用都處于初級階段，機具大多是國外產(chǎn)品的仿制品[6-10]。目前，蘋果果苗栽植主要靠人工或挖坑機等機具輔助栽植方式進行，效率低，功能單一，株距難以保證；另有平地起壟栽植機，栽植前需全面深耕土壤[11]，否則影響根系生長。隨著人工費用上漲，雇工難問題逐漸凸顯，急需解決目前高成本、低收益、不便于全程機械化作業(yè)的栽植方式問題[12-14]。

結(jié)合目前推行的蘋果建園模式，對蘋果樹苗栽植環(huán)節(jié)進行分析，開展農(nóng)機農(nóng)藝融合技術研究，設計出矮砧密植蘋果栽植機，實現(xiàn)連續(xù)開溝、定距栽植、回填與鎮(zhèn)壓一體化作業(yè)，滿足現(xiàn)代標準果園機械化栽植的要求。

1 整機結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 整機結(jié)構(gòu)

矮砧密植蘋果栽植機選用58 kW以上拖拉機為動力，采用后三點懸掛的作業(yè)方式，主要由連續(xù)開溝裝置、夾持輸送裝置、定距栽植裝置、覆土鎮(zhèn)壓裝置和其他輔助部分組成。整機結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1. 懸掛吊耳 2. 機架 3.傳動箱 4. 開溝器 5. 擋土板 6. 覆土擋板 7. 鎮(zhèn)壓輪 8. 定距栽植裝置 9. 夾持輸送裝置 10. 柵桿輔助定位裝置 11. 護欄

1.2 工作原理

機組工作時，拖拉機動力輸出軸驅(qū)動開溝器連續(xù)開溝，人工輔助喂苗，樹苗放置于擋土板底板，并通過柵桿定位裝置輔助定位。當機具前行時，安裝在車架尾部的定距栽植裝置傳感器檢測到已栽植樹苗位置信息后，則通過控制開關啟動夾持輸送裝置的氣缸動作，定位柵桿轉(zhuǎn)開，樹苗進入夾持狀態(tài)，夾持后在皮帶的帶動下向后輸送。因夾持皮帶動力由地輪等比傳送，所以皮帶輸送速度與機組前進速度相同，樹苗與地面保持相對速度為零的靜止狀態(tài)置于栽植溝內(nèi)，再由刮板式覆土器回土和鎮(zhèn)壓輪壓實完成直立栽植。定距傳感器再檢測到剛栽植的樹苗，則過程重復，保證了相鄰兩樹苗間距相等，實現(xiàn)一次性開溝、栽苗、回土、壓實。

開溝深度調(diào)整可由拖拉機液壓懸掛裝置調(diào)整；不同株距由傳感器安裝支架調(diào)整，調(diào)整感光點距離即可，操作簡單；鎮(zhèn)壓輪可進行高度和鎮(zhèn)壓力的調(diào)整。

1.3 技術參數(shù)

整機主要參數(shù)如表1所示。

表1 矮砧密植蘋果栽植機主要技術參數(shù)

1.4 蘋果栽植農(nóng)藝要求

1.4.1 栽植密度

蘋果栽植密度應與當?shù)刈匀粭l件、管理水平相適應，并滿足蘋果品種和砧木品種的生長需要[15]。矮化蘋果單株產(chǎn)量小于喬化蘋果樹，可通過增加栽植密度、提升機械作業(yè)效率等方式，獲得更高的投入產(chǎn)出比[16-17]。矮砧密植株行距一般在（0.8～1.5 m）′（3.5～4.0 m）之間，具體因不同土壤特點及品種而異。

1.4.2 栽植深度

矮砧蘋果的栽植深度不可過深，否則將接橞部分埋入土中，引起樹勢轉(zhuǎn)旺，失去矮化作用，一般要求接橞與砧木的嫁接口在地表之上5～10 cm處，嫁接口一般位于根部之上35～40 cm處，栽植后淺培土以保護砧段部分[18]，使苗木根部位于地下部分30 cm左右。

2 主要工作部件設計

2.1 連續(xù)開溝裝置的設計

開溝裝置是矮砧密植蘋果栽植機的關鍵部件，其結(jié)構(gòu)參數(shù)是否合理直接影響機具的工作阻力和作業(yè)性 能[19-21]。開溝作業(yè)中要求機具容易入土，開溝深度穩(wěn)定，開出的溝型寬度、深度尺寸能夠適應苗木根系結(jié)構(gòu)特性[22]。本機開溝裝置采用V型雙圓盤開溝器，主要由開溝傳動箱、傳動箱輸入軸座、開溝刀盤、開溝刀、擋土板等組成，如圖2所示。

1. 懸掛吊耳 2. 傳動箱輸入軸座 3. 機架 4.傳動箱 5. 擋土板 6.開溝刀盤 7. 開溝刀柄 8. 開溝刀片

1.Lifting lugs 2.Gearbox input shaft seat 3. Frame 4. Gearbox 5. Retaining plate 6. Ditching cutter 7.Ditching handle 8.Ditching blade

圖2 開溝裝置機構(gòu)簡圖

Fig.2 Structure diagram of ditching device

開溝深度可由拖拉機液壓懸掛裝置調(diào)節(jié)，最大開溝深度可達40 cm，所開溝型為梯形栽植溝，該溝型結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，開溝拋土效果較好。開溝刀盤與縱垂面的夾角為10°，開溝刀的橫向安裝距離為280 mm。見圖3。

注：L為梯形溝的側(cè)邊長，cm；B為梯形溝上部溝寬，cm；H為溝深, cm；θ為開溝傾角,（°）

開溝作業(yè)時，刀軸旋轉(zhuǎn)方向與拖拉機驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)向相反，開溝刀由溝底開始向前向上切土拋土，所遇阻力較小，消耗功率也較小。開溝刀安裝在開溝刀盤上，采用斜置軸承支撐方式，可達到較大的開溝深度。開溝刀沿開溝直徑方向等間距布置，切削力分布均勻，可減少沖擊力和振動，開溝刀通過螺栓連接固定在開溝刀盤上，操作簡單，更換方便。由于開溝刀工作過程中易磨損，開溝刀片材料選用65 Mn鋼，具有耐磨損與剛性好的優(yōu)點[23]。

開溝刀回轉(zhuǎn)直徑主要取決于開溝斷面的尺寸。由開溝深度與開溝偏角的函數(shù)關系，確定梯形溝側(cè)邊長最大406 mm（=/cos=400/cos10°）。開溝刀回轉(zhuǎn)直徑應大于梯形溝的側(cè)邊長，取開溝刀回轉(zhuǎn)直徑= 600 mm。為使土壤能夠順利拋出，開溝刀的最大線速度通常在5～12 m/s[24]。開溝刀線速度越大，拋土距離越遠越均勻，但能量消耗增加較多。由于采用V型雙圓盤開溝器，對于拋土距離要求較小，土壤外拋容易，所以選擇較小的開溝刀線速度。在拖拉機動力輸出轉(zhuǎn)速為 760 r/min時，開溝器轉(zhuǎn)速為242 r/min（開溝減速比3.14），則本機開溝器開溝刀線速度為7.6 m/s（=p×=3.1415×0.6×242=456.1 m/min=7.6 m/s）。

擋土板安裝在開溝器的后部，與開溝器配合作業(yè)，有3個作用：1）擋土前板將開溝器未完全拋出的土壤前推，推送給旋轉(zhuǎn)的開溝刀將土壤拋出，有利于保證溝型尺寸；2）擋土側(cè)板進一步壓實土壤，有效防止拋出土壤回落，保證開溝深度；3）擋土底板放置初始投放的樹苗，與柵桿相互配合起到輔助定位作用（具體尺寸見2. 3）。

2.2 夾持輸送裝置的設計

夾持輸送裝置對保障樹苗直立栽植與定距栽植有重要作用。圖4為夾持輸送裝置示意圖。

1. 驅(qū)動鏈條 2. 驅(qū)動鏈輪 3. 夾持帶輪 4. 機架縱梁 5. 夾持支撐梁 6. 氣壓缸 7. 圓柱銷 8. 夾持張緊支架 9. 夾持V型帶 10.光電傳感器

1. Drive chain 2. Driving chain wheel 3. Clamping pulley 4. Frame rails 5. Clamping support rails 6. Pneumatic cylinder 7. Cylindrical pin 8. Clamping tension bracket 9. Clamping V belt 10. Photoelectric sensors

注：為蘋果栽植的理論株距，cm；為機具前進速度，m.s-1；為夾持輸送帶相對于機架的速度, m.s-1。

Note:is the theoretical plant spacing of apples, cm;is the speed of the machine, m.s-1;is the speed of the conveyor belt relative to the rack, m.s-1.

圖4 夾持輸送裝置結(jié)構(gòu)圖

Fig.4 Structure diagram of clamping and conveying device

直立栽植的實現(xiàn)：人工輔助放入樹苗初始位置-擋土底板上，向后傾斜一定角度，并由柵桿輔助定位。蘋果樹苗在夾持輸送過程中始終處于向后傾斜的狀態(tài)，皮帶向后輸送的過程中樹苗根部由擋土底板自動下落到栽植溝內(nèi)，由擋土板式回土裝置自動回土覆蓋埋苗，樹苗離開夾持輸送裝置，鎮(zhèn)壓輪隨機組前進并壓實樹苗兩側(cè)土壤，樹苗在鎮(zhèn)壓輪作用下由向后傾斜狀態(tài)向前轉(zhuǎn)動一定角度處于直立狀態(tài)，實現(xiàn)直立栽植。

樹苗在夾持輸送時與地面之間的傾斜角度，一般在40°～45°之間，與土壤類別及濕度有關，不同土壤在栽植過程中傾角有所不同，需要田間測試以確定最佳傾角。

由于要保證皮帶的線速度與機組前進速度的一致，因此采用鎮(zhèn)壓輪驅(qū)動夾持輸送裝置的方案。動力由鎮(zhèn)壓輪經(jīng)夾持傳動箱鏈傳動傳遞到夾持換向箱，由錐齒輪實現(xiàn)換向，將動力輸出到主動鏈輪經(jīng)鏈傳動帶動從動鏈輪，最后從動鏈輪帶動同軸的皮帶輪轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)皮帶的運動，完成夾持輸送的過程。

2.3 柵桿定位裝置

柵桿輔助定位裝置可提高果樹栽植的精度，提高栽植質(zhì)量，免去了人工輔助扶苗的麻煩。柵桿輔助定位裝置由柵桿、圓柱銷、夾持罩板等組成，如圖5所示。

1. 機架縱梁 2. 圓柱銷 3. 固定螺栓 4. 柵桿 5. 夾持罩板

柵桿工作時，夾持張緊支架上的圓柱銷帶動柵桿繞夾持罩板擺動，張開狀態(tài)時柵桿橫放，樹苗斜放在柵桿上完成輔助定位；夾持狀態(tài)時柵桿轉(zhuǎn)動一定角度（約90°），樹苗被皮帶向后輸送，完成夾持放苗的過程。柵桿輔助定位指樹苗根部放置于擋土板底板，樹干傾斜放置于橫臥在輸送通道上的柵桿上定位。柵桿的高度相對于機架固定，可通過調(diào)整擋土底板的高度（0～20 cm范圍）調(diào)節(jié)樹苗傾斜放置的角度和栽植深度，以達到適應不同品種、不同栽植深度樹苗的要求。

2.4 定距栽植裝置的設計

合理密植能夠充分利用水肥資源、土地資源和光照條件，適宜的株距更有利于后續(xù)的機械化修剪等果園管理，也有利于機械輔助收獲。定距精度是衡量栽植機的重要質(zhì)量指標。本機定距栽植裝置采用傳感器自動控制技術，控制夾持輸送裝置的夾持與張開，株距控制精度顯著提高，同時可有效避免漏栽與重栽的現(xiàn)象。

定距栽植裝置主要由2部分組成，分別是夾持輸送帶與氣動控制部分，見圖4。該機構(gòu)利用氣動傳動原理，2個氣缸同步推動夾持輸送帶運動，從而帶動加持輸送機構(gòu)閉合夾持樹苗，將樹苗輸送到栽植位置。通過光電傳感器測定樹苗株距，后一顆樹苗以前一顆樹苗為參考定位，株距可根據(jù)農(nóng)藝要求在0.8~2.5 m范圍內(nèi)可調(diào)。

自動控制部分主要由光電傳感器、時間繼電器、電磁繼電器、電源等元件構(gòu)成，其主要工作過程如圖6所示：當已栽植的蘋果樹苗經(jīng)過光電傳感器瞬間或按下首株栽植按鈕后，光電傳感器發(fā)出信號使電磁閥得電，氣缸伸出，夾持機構(gòu)張緊將樹苗向后輸送，同時時間繼電器開始計時，當設定延時時間到達時，電磁閥斷電回位，氣缸回縮，夾持機構(gòu)張開，完成定距栽植過程。自動控制電路對氣壓回路的控制有2方面：一是控制夾持機構(gòu)的迅速夾持輸送；二是控制夾持機構(gòu)的夾緊時間，使樹苗輸送到夾持支撐梁上并依靠彈簧自動夾緊時回復張開狀態(tài)。

圖6 定距栽植裝置控制流程圖

2.5 覆土鎮(zhèn)壓裝置的設計

2.5.1 覆土器的設計

覆土是蘋果栽植的關鍵環(huán)節(jié)，覆土作業(yè)應達到覆土量適宜和覆土均勻的效果[25-26]。本機采用刮板式覆土器，主要作用是將開溝器拋出的土壤回填到栽植溝內(nèi)，完成覆土過程。其布置方式為左右對稱焊接在機架上，經(jīng)過分析矮砧密植模式栽植行距、苗幅寬和覆土量，覆土板長度設置為150 cm，板寬為24 cm；考慮到覆土能力，由于2板間夾角小覆土能力差，夾角大覆土能力強但易堵塞，選擇2個覆土板之間的夾角為60°，覆土板與地面的夾角為60°；根據(jù)開溝寬度、工作速度和整地條件確定覆土裝置后開口寬度為26 cm。圖7為刮板式覆土裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

1. 回填擋板 2. 機架 3. 懸掛吊耳 4. 回填擋板支架

2.5.2 鎮(zhèn)壓器的選擇

鎮(zhèn)壓裝置主要完成苗木栽植后土壤的壓實，以保證栽植苗木具有良好的拔苗力，其作業(yè)質(zhì)量對于苗木的成活率影響甚大[27]。本機采用橡膠鎮(zhèn)壓輪，根據(jù)蘋果樹苗不同品種、不同生長年份的根系結(jié)構(gòu)差異，設置可調(diào)節(jié)土壤壓實力的彈簧預緊力調(diào)整機構(gòu)，以滿足不同品種的園藝要求，提高栽植機的適應性。調(diào)整范圍根據(jù)不同土壤試驗確定。圖8為鎮(zhèn)壓器實物圖。

1. 夾持裝置 2. 傳動鏈 3. 鎮(zhèn)壓輪

鎮(zhèn)壓輪寬度的確定根據(jù)溝型的寬度、栽植樹苗的直徑綜合考慮，并留出足夠的間距保證鎮(zhèn)壓輪的通過。在相同輪重的情況下，土壤壓實面積隨著鎮(zhèn)壓輪與土壤接觸面積的變化而變化，鎮(zhèn)壓輪寬度越小，土壤的壓實面積越小，但壓實度隨著壓實面積的減小而增大[28]。根據(jù)溝寬350 mm，兩側(cè)鎮(zhèn)壓輪間距30 mm，綜合以上并考慮農(nóng)藝要求確定鎮(zhèn)壓輪的寬度是160 mm。

在相同輪重的情況下，輪徑越小，壓實效果越差；輪徑越大，壓實度越大，同時可減少作業(yè)過程中的滑移現(xiàn)象，壓實效果良好[29-30]。結(jié)合實際經(jīng)驗，鎮(zhèn)壓輪的直徑一般取300～600 mm[31-32]。同時，鎮(zhèn)壓輪作為夾持輸送部分的輸入動力，必須保證鎮(zhèn)壓輪轉(zhuǎn)動靈活和不滑移，應滿足式（1）。

式中0為鎮(zhèn)壓輪直徑，mm；為土壤對鎮(zhèn)壓輪的摩擦系數(shù)；為鎮(zhèn)壓輪所受重力及附加載荷，N；W為軸套中的摩擦力矩，N×m；W為帶動夾持輸送部件所消耗的傳動力矩，N×m。

由式（1）和鎮(zhèn)壓輪實際作業(yè)情況確定鎮(zhèn)壓輪的直徑450 mm。

3 田間試驗

3.1 試驗條件與方法

為了驗證栽植機的工作性能和栽植效果，2018年5月20日，在高密市蛟河明珠生態(tài)園對蘋果栽植機進行了田間試驗，如圖9所示。

試驗用地經(jīng)過旋耕碎土，地表平整，無大石塊、秸稈、雜草等，輕黏土，土壤含水率不大于20% ，土壤堅實度800～1000 kPa，符合栽植要求。試驗地塊長160 m，寬50 m。所選取的蘋果樹苗高度均為220 cm以上健壯樹苗，樹干直立，中間砧紅富士蘋果苗。

試驗樣機為青島農(nóng)業(yè)大學與高密益豐機械有限公司聯(lián)合研制的2PZ-1型矮砧密植蘋果栽植機，配套動力為雷沃歐豹TD1000型拖拉機。拖拉機行進速度為1.2 km/h，株距調(diào)整為1 m，作業(yè)行數(shù)為1行，開溝深度為30 cm。

圖9 田間試驗

試驗方法：共準備500棵矮化砧木，平均分3次栽植。車上2人輪流投放果蘋果苗。啟動車輛后，按下栽植按鈕，開始栽植第1株，之后定距控制傳感器感應第1棵樹苗，夾持機構(gòu)輸送第2棵樹苗并栽植。共栽植3個行程（3行），編為1、2、3號，每個行程栽植160棵。栽植完成后對每行分別進行測定，除去兩端各10株后，每行選取140株作為試驗樣本。通過人工統(tǒng)計漏栽、倒伏、傷苗的總量，計算栽植合格率；人工持秒表跟隨測量每行栽植時間，計算栽植頻率；人工測量株距、栽植深度，計算株距變異系數(shù)、栽植深度合格率。在相鄰地塊，同樣由4名人員（與栽植機人數(shù)配置相同）進行人工挖坑栽植作為對照，人工栽植參數(shù)同栽植機，取平均值。

3.2 評價指標

因目前沒有專門針對蘋果栽植機的標準，故項目鑒定專家推薦參照農(nóng)業(yè)機械推廣鑒定大綱DG37/T 010-2016 《旱地栽植機械》（該大綱適用于懸掛式及自走式旱地栽植機械的推廣鑒定，試驗方法、土壤條件皆與蘋果種植相近），另外參照LY/T 1517-1999 《植樹機試驗方法》、LY/T 1518-2012《林業(yè)機械開溝式植樹機》規(guī)定的試驗方法和指標，選取栽植頻率、栽植質(zhì)量、栽植精度對蘋果栽植機田間作業(yè)性能進行評價。

栽植頻率是單位時間內(nèi)，栽植機栽植到地里的樹苗的株數(shù)，栽植效率按式（2）計算。

式中F為栽植效率，株/min；為栽植株數(shù)，為栽植時間，s。

栽植質(zhì)量的評價內(nèi)容包括栽植合格率，影響栽植質(zhì)量的主要因素有漏栽、重栽、倒伏、傷苗、直立度等。鑒定大綱DG37/T 010-2016要求栽植合格率在90%以上。

栽植精度的主要評價內(nèi)容為株距變異系數(shù)、株距合格率和栽植深度合格率[33]。參考LY/T1518—2012《林業(yè)機械開溝式植樹機》，試驗規(guī)定的合格株距為不大于設定株距的10%。其計算為分別測定每行栽植合格樹苗的株距和栽植深度，精度指標按式（3）～式（5）計算。

式中為栽植深度合格率，%；N為栽植深度合格的總株數(shù)，株；實測株數(shù)，株。本文栽植深度30 cm±5 cm為合格。

3.3 試驗結(jié)果與分析

利用上述測定和計算方法，對栽植機栽植效率、栽植質(zhì)量與栽植精度指標進行統(tǒng)計分析，結(jié)果如表2、表3所示。

表2表明，拖拉機行進速度為1.2 km/h時，按1 m株距栽植，平均栽植效率約12株/min，即720株/h，是對照組人工栽植效率的36倍（4人合計平均每小時栽植20株）。

表3表明，栽植質(zhì)量指標中的栽植合格率為93.79%，高于標準要求值90%。株距變異系數(shù)平均為5.03%，栽植深度合格率平均值為91.43%，高于標準要求值75%。整機作業(yè)性能良好，符合矮砧密植蘋果栽植農(nóng)藝要求。

表2 栽植效率試驗結(jié)果

表3 栽植精度試驗結(jié)果

4 結(jié) 論

1）對蘋果栽植的各作業(yè)環(huán)節(jié)進行分析，采用雙圓盤開溝器實現(xiàn)連續(xù)寬深開溝，溝型整齊。采用柵桿輔助定位裝置與夾持輸送裝置實現(xiàn)果樹的直立栽植，通過定距栽植裝置保證果樹栽植株距穩(wěn)定。在機架上設置刮板式覆土器，實現(xiàn)土壤自動回填，并在機架后方設置輪式鎮(zhèn)壓器，完成土壤壓實。

2）田間試驗結(jié)果表明：蘋果栽植機性能穩(wěn)定，栽植效果良好，平均栽植合格率達到93.79%，平均栽植深度合格率達到91.43%，平均株距變異系數(shù)為5.03%，株距均勻性較好，優(yōu)勢明顯。同時，機械栽植效率是人工栽植效率的36倍。

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Design of continuous ditching and fixed distance apple planting machine for high density dwarfing orchard

Lin Yuexiang1, Shang Shuqi1※, Wang Dongwei1, Song Laiqi2, Zhang Jingguo3

(1.266109,; 2.271018,3261501,)

Aiming at the present situation of high labor intensity and low precision of plant spacing control in fruit tree planting, the agricultural machinery agronomic integration technology based on standardized cultivation mode was studied in this paper, and an apple planting machine for high density dwarfing orchard was designed, the key technical problems in mechanized planting of fruit seedlings, such as continuous wide and deep furrow opening, vertical planting of fruit seedlings and precise control of plant spacing, were solved. The apple planting machine for high density dwarfing orchard was powered by a tractor above 58 kW and used a rear three-point suspension operation mode. The structure mainly composed of continuous ditching device, clamping and conveying device, fixed-distance planting device, overburden pressing device and other auxiliary devices. The ditching device was powered by power-output shaft to drive opener ditching continuously. V-type double-disc opener was used, ditching blade was installed on ditch cutter supported by inclined bearings. Soil retaining plate was installed at the rear of the opener, front and side plates were used with the opener to ensure the grooving structure was stable. Bottom plate was used together with grid bar to assist positioning. By manually placing the seedlings and placing the rotes on the bottom plate, the tree trunk was placed obliquely on the grid bar lying on the conveying channel for initial positioning. After the sensor of the fixed-distance planting device installed at the rear of the frame detected the position information of the planted seedlings, the cylinder action of the clamping conveyor was started by controlling the switch. the positioning bar was opened, and the seedlings entered the clamping state, and then the seedlings were transmitted backward by the carrying belt. The carrying belt was powered by the ground wheel with the same rate, therefore, the speed of the carrying belt was the same as the machine working speed, and the seedlings were placed in the planting ditch statically with a zero speed relative to the ground, then the scraper-type cover pushed back the soil and the compaction wheel pressed the soil compactly, at the same time it pushed forward the seedlings to complete the upright planting. The fixed-distance sensor detected the seedlings just planted, the process was repeated, ensuring the distance between the adjacent 2 seedlings was equal, continuous ditching, vertical planting, backfilling and repressing were realized in one-time. By adjusting the height of the bottom plate (from 0 to 20 cm), the angle and depth for initial inclined positioning could be changed, so that the machine could work in different soils and for different varieties. The ditching depth of the machine was adjustable from 0 to 40 cm, the ditching width was 30~37 cm, and the working speed was 0.8-1.5 km/h. The results of field experiment showed that the average qualification rate for planting depth was 91.43%, the average planting qualification rate was 93.79%, and the variation coefficient of plant spacing was about 5.03%, average planting efficiency was about 720 plants per hour, which was 36 times more efficient than manual planting, the machine worked stably and the planting effect met the mechanized production requirements of modern standard orchard.

agricultural machinery; design; apple; fixed distance planting; continuous ditching; bar-assisted positioning

2018-07-18

2018-11-13

山東省農(nóng)機裝備研發(fā)創(chuàng)新計劃項目“蘋果生產(chǎn)全程機械化技術與裝備研發(fā)（2017YF006）”

林悅香，副教授，主要從事現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械裝備。 Email：1257149607@qq.com

尚書旗，教授，博士生導師，主要從事農(nóng)業(yè)機械化工程研究。Email：sqingnong@126.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.01.003

S233.2

A

1002-6819(2019)-01-0023-08

林悅香，尚書旗，王東偉，宋來其，張敬國. 矮砧密植蘋果樹連續(xù)開溝定距栽植機研制[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2019，35(1)：23－30. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.01.003 http://www.tcsae.org

Lin Yuexiang, Shang Shuqi, Wang Dongwei, Song Laiqi, Zhang Jingguo. Design of continuous ditching and fixed distance apple planting machine for high density dwarfing orchard[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(1): 23－30. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.01.003 http://www.tcsae.org