吳佩鴻，靳 偉，赫榮彬，何 晨，劉 鑫，顧思琪，王兆北

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052）

0 引言

新疆林果業(yè)優(yōu)勢(shì)突出、區(qū)域特色鮮明、前景廣闊，其種植面積、產(chǎn)量和質(zhì)量處于全國(guó)領(lǐng)先地位[1-2]。近年來，新疆對(duì)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化，形成林果、糧食、畜牧和棉花四大農(nóng)業(yè)支柱，葡萄、蘋果、紅棗等林果業(yè)種植面積達(dá)116.7萬hm2、總產(chǎn)值高達(dá)500億元。新疆特色林果業(yè)對(duì)振興農(nóng)村經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)，具有重要意義[3-4]。

新疆密植果園的行距一般為4 m左右，矮化密植栽培模式的產(chǎn)量是常規(guī)稀植產(chǎn)量的3倍以上，但存在拖拉機(jī)的作業(yè)空間受限、與此種植模式配套機(jī)型較少、人工勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低等問題，目前新疆矮化密植果園施肥大多采用人工挖溝施肥，施肥溝的深度和施肥量不易控制、勞動(dòng)環(huán)境較差、施肥除草作業(yè)效率較低、成本費(fèi)用較高，嚴(yán)重阻礙了新疆林果業(yè)的健康、平穩(wěn)、可持續(xù)發(fā)展[5-8]。

1 結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 整體結(jié)構(gòu)

圖1 矮化密植果園挖穴施肥除草多功能機(jī)結(jié)構(gòu)

矮化密植果園挖穴施肥除草多功能機(jī)主要包括提升電機(jī)、機(jī)架、鋼絲繩、挖穴電機(jī)、平行四桿機(jī)構(gòu)、挖穴鉆頭、除草裝置、施肥裝置、行走輪、蓄電池箱、扶手、萬向輪（圖1）。利用鉛蓄電池提供動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)挖穴和提升直流電機(jī)進(jìn)行挖穴施肥、調(diào)整挖穴深度，設(shè)計(jì)了行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、挖穴除草裝置的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和提升裝置的電路系統(tǒng)。提升電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制平行四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)提升與下降的操作。采用功率消耗較小的螺旋鉆頭式挖穴裝置和立式旋耕除草裝置，滿足密植果樹挖穴施肥除草的需要。

1.2 工作原理

矮化密植果園挖穴施肥除草多功能機(jī)采用自走式，機(jī)具行走至需施肥果園中，啟動(dòng)挖穴電機(jī)驅(qū)動(dòng)挖穴鉆頭入土挖穴作業(yè)。啟動(dòng)提升電機(jī)，利用提升電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制平行四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置，從而調(diào)節(jié)挖穴深度及除草深度。挖穴作業(yè)完成后，打開施肥裝置閥門進(jìn)行施肥作業(yè)，覆土板將土壤回填至施肥穴中。將挖穴裝置換成除草裝置時(shí)，啟動(dòng)挖穴電機(jī)可進(jìn)行除草作業(yè)。在行距比較狹小的條件下，該機(jī)可以完成施肥和除草作業(yè)，具有操作靈活、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。

2 主要技術(shù)參數(shù)

矮化密植果園挖穴施肥除草多功能機(jī)進(jìn)行田間試驗(yàn)測(cè)定其技術(shù)參數(shù)，如圖2所示。除草刀在旋轉(zhuǎn)過程中保持最佳切削角度不變并且具有自磨刃功能，雜草不纏刀、消耗功率小、生產(chǎn)效率高，挖穴裝置工作時(shí)挖穴壁徑齊整，深度一致性較好，主要技術(shù)參數(shù)如下：

圖2 果園挖穴施肥除草多功能機(jī)試驗(yàn)

3 挖穴除草性能試驗(yàn)

3.1 挖穴正交試驗(yàn)及分析

2018年7月，在阿克蘇6團(tuán)天典農(nóng)機(jī)制造有限公司的試驗(yàn)地中進(jìn)行挖穴正交試驗(yàn)。通過前期研究和分析，影響挖穴快速性的主要因素為挖穴裝置的轉(zhuǎn)速和土壤性質(zhì)，因此選取挖穴裝置的轉(zhuǎn)速分別為260 r/min、280 r/min、300 r/min，土壤含水率分別為 10～14%、17～21%、23～27%，土壤堅(jiān)實(shí)度分別為小于 10 kg/cm2、11～20 kg/cm2、21～30 kg/cm2為試驗(yàn)因素，當(dāng)施肥穴深度為400 mm、直徑為300 mm時(shí)，所需要的時(shí)間為試驗(yàn)結(jié)果，挖穴試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

根據(jù)挖穴正交試驗(yàn)結(jié)果表1可得：當(dāng)挖穴裝置轉(zhuǎn)速為300 r/min、土壤含水率為10～14%、土壤堅(jiān)實(shí)度為11～20 kg/cm2時(shí)，挖穴深度為400 mm、直徑為300 mm時(shí)，所需要的時(shí)間最短，為12 s。

3.2 除草正交試驗(yàn)及分析

除草試驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)與挖穴試驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)相同，通過前期研究和分析，影響除草效果的主要因素為機(jī)具前進(jìn)速度和除草裝置轉(zhuǎn)速，因此選取機(jī)具前進(jìn)速度分別為1.0 m/s、1.2 m/s、1.4 m/s，除草裝置轉(zhuǎn)速分別為250 r/min、300 r/min、350 r/min 為試驗(yàn)因素，當(dāng)除草裝置入土深度為50 mm、除草作業(yè)幅寬為600 mm時(shí)雜草的除凈率為試驗(yàn)結(jié)果，除草試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表1 挖穴正交試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)除草正交試驗(yàn)結(jié)果表2可得：當(dāng)機(jī)具前進(jìn)速度為1.2 m/s、除草裝置轉(zhuǎn)速為300 r/min，除草裝置入土深度為500 mm、除草作業(yè)幅寬為600 mm時(shí)雜草除凈率最高，為89%。

表2 雜草除凈率正交試驗(yàn)結(jié)果

4 總結(jié)

為了滿足矮化密植果園挖穴施肥除草農(nóng)藝需求，設(shè)計(jì)了矮化密植果園挖穴施肥除草多功能機(jī)。田間試驗(yàn)結(jié)果表明，機(jī)具挖穴壁徑齊整、雜草不纏刀、靈活方便、適用性較強(qiáng)，其挖穴施肥深度和孔徑、除草效果可滿足果園機(jī)械化作業(yè)的要求。除草刀在旋轉(zhuǎn)過程中保持最佳切削角度不變并且具有自磨刃功能，消耗功率小、生產(chǎn)效率高，挖穴壁徑齊整且深度一致性較好，試驗(yàn)過程中施肥量均勻且可調(diào)節(jié)。該機(jī)具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，能夠滿足新疆林果業(yè)施肥除草生產(chǎn)的需求。