李武德，曾伯勝

（1.廣西包裝食品塑料機械產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測站，廣西 南寧530007；2.廣西農(nóng)業(yè)機械研究院有限公司，廣西 南寧530007）

0 引言

我國是水果生產(chǎn)大國，水果種植面積和水果產(chǎn)量均居世界首位[1]。近幾年，隨著國家脫貧攻堅規(guī)劃和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實施，我區(qū)農(nóng)村經(jīng)濟作物的種植規(guī)模迅速發(fā)展，水果產(chǎn)業(yè)成為農(nóng)民的首選發(fā)展項目，果樹種植面積迅速擴張，隨之而來的是果樹田間管理問題突出。果樹施肥是一項較為關(guān)鍵的園藝作業(yè)環(huán)節(jié)素[2]，是保證果樹良好生長和果實豐收保證，施肥是影響果實產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素[3]。根據(jù)果樹各物候期的需肥特點，全年宜分花期、花候、花芽分化期前、果實生產(chǎn)期4次補給肥料，目前市場上缺少可靠高效的施肥開溝機，果園開溝主要依靠人工作業(yè)，勞動強度大、工作效率低[4]，對于大面積種植的果園，在短時間內(nèi)靠人工挖溝、挖坑完成，困難非常大，且隨著農(nóng)村青壯年勞力的短缺和勞動力成本的不斷提高，作業(yè)成本巨大。目前，國內(nèi)果園作業(yè)機具功能單一或適應(yīng)性差，無法滿足果園大規(guī)模機械化開溝施肥作業(yè)和短時間內(nèi)完成的農(nóng)藝需求。針對這一現(xiàn)狀，筆者通過走訪調(diào)研，大、中規(guī)模果樹種植戶普遍采用的“條狀溝施”施肥方式，即在果樹行邊沿樹冠下方開溝施肥，具有能實現(xiàn)高效、快速完成施肥的特點。因此，筆者設(shè)計、試制了一種變距雙行開溝機并投入大型果場使用，效果良好。

1 設(shè)計依據(jù)

（1）柑橙果樹種植行距7 m，株距3 m。

（2）開溝施肥采用條狀溝施，即在樹冠垂直投影的外緣，與樹行同方向挖條形溝。

（3）為提高作業(yè)效率和充分利用拖拉機的有效功率，采用雙行同時開溝。

（4）果樹有于年份不同，品種及長勢差異，行距間樹冠的距離有所不同，采用雙行開溝部件距離應(yīng)可調(diào)，以適應(yīng)不同地塊作業(yè)。

（5）樹種、土質(zhì)、管理水平等，根系深淺不一，應(yīng)設(shè)置深度調(diào)節(jié)裝置，保證開溝深度在根系深度范圍內(nèi)。

2 主要技術(shù)方案及結(jié)構(gòu)原理

果園變距雙行開溝機由懸掛式機架、左右液壓油缸、左右四連桿機構(gòu)、左右鏵式開溝犁等組成（如圖1）。左右鏵式開溝犁通過左右四連桿機構(gòu)與懸掛式機架連接，左右液壓油缸用于調(diào)節(jié)左右鏵式開溝犁的距離，在調(diào)節(jié)不同距離時，左右鏵式開溝犁始終與前進方向一致。

圖1 果園變距雙行開溝機結(jié)構(gòu)組成

果園變距雙行開溝機懸掛于輪式拖拉機上，拖拉機可在兩行果樹之間行走，機手可根據(jù)果樹行距及果樹大小情況通過調(diào)節(jié)液壓油缸的伸出長度調(diào)整連桿機構(gòu)的角度，從而改變左右鏵式開溝犁的距離，開溝的深淺可通過調(diào)節(jié)限深裝置來實現(xiàn)，調(diào)整好開溝距離和深度后，即可進行開溝作業(yè)。

3 主要技術(shù)參數(shù)

果園變距雙行開溝機的主要技術(shù)參數(shù)詳見表1。

表1 果園變距雙行開溝機主要技術(shù)參數(shù)

4 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.1 懸掛式機架及變距機構(gòu)

果園變距雙行開溝機與拖拉機懸掛系統(tǒng)連接的機架為標(biāo)準(zhǔn)三點懸掛式機架，機架左右設(shè)計兩個連桿連接口，連桿機構(gòu)活動連接于機架兩側(cè)，左右鏵式開溝犁固定于左右連桿機構(gòu)外端連桿上，連桿機構(gòu)的角度可以在一定范圍內(nèi)擺動，液壓油缸與連桿機構(gòu)活動連接，通過改變液壓油缸伸出長度可調(diào)整連桿機構(gòu)的角度。

左右液壓油缸的進出油口與拖拉機的液壓輸出進出口連接，在拖拉機上可通過操作液壓控制閥，實現(xiàn)左右液壓油缸伸縮，從而改變左右連桿機構(gòu)的角度，使得固定在左右連桿機構(gòu)外端連桿的左右鏵式開溝犁之間的距離變化。液壓油缸活塞桿伸出到最大行程時，左右鏵式開溝犁之間的距離為最大值，反之為最小，左右鏵式開溝犁之間的距離設(shè)計值為2 600～4 200 mm，在該范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)到任意距離。采用平行四邊形的四連桿機構(gòu)能保證鏵式開溝犁在變距過程中，犁尖方向始終不變，犁鏵方向角不變，保證鏵式開溝犁的開溝、翻土碎土性能優(yōu)良。

4.2 液壓油缸的主要參數(shù)設(shè)計

4.2.1 油缸行程的設(shè)計

根據(jù)果園變距雙行開溝機的設(shè)計要求及技術(shù)方案，左右鏵式開溝犁之間的距離設(shè)計值為2 600～4 200 mm，可得支撐油缸的長度為1 090～1 665 mm，即油缸行程為575 mm。

4.2.2 油缸受力分析

根據(jù)果園變距雙行開溝機的設(shè)計要求及技術(shù)方案，可形成機構(gòu)受力簡圖，果園變距雙行開溝機右側(cè)受力簡圖如圖2所示。

圖2 果園變距雙行開溝機機構(gòu)受力簡圖

連桿DC可繞D轉(zhuǎn)動，鏵式開溝犁作用力加載于C點，液壓油缸AB支座為A點，與連桿連接于B點，連桿DC與液壓油缸AB夾角為α，從受力簡圖可知，為了保證果園變距雙行開溝犁正常工作，其油缸支撐力應(yīng)滿足：

式中：F—液壓油缸支撐力；

Fa—鏵式開溝犁的開溝作用力；

L1—液壓油缸支撐點至活動點D的距離；

L2—鏵式開溝犁的作用力受力點至活動點D的距離。

本果園變距雙行開溝機配套動力為約翰迪爾1204A輪式拖拉機，最大牽引力為39 kN，液壓系統(tǒng)輸出壓力最大為16 MPa/cm2。根據(jù)圖2，鏵式開溝犁所受阻力應(yīng)與拖拉機牽引力相等，即右側(cè)鏵式開溝犁受力應(yīng)等于拖拉機牽引力的一半（即19.5 kN）。根據(jù)式（2）計算液壓油缸支撐力F：

根據(jù)設(shè)計圖知：L1=550 mm，L2=1 135 mm，α =33.4°，由式（3）可得液壓油缸支撐力F≥73 165 N。4.2.3油缸缸徑計算

開溝犁配套約翰迪爾1204 A輪式拖拉機液壓系統(tǒng)輸出額定壓力為16 MPa/cm2，在實際工作中，為保證液壓系統(tǒng)工作可靠和安全，設(shè)定液壓油缸工作壓力為10 MPa/cm2，安全系數(shù)取2.5，液壓油缸參數(shù)應(yīng)滿足下式：

式中：F—液壓油缸支撐力；

p—液壓油缸工作壓力；

d—液壓油缸缸筒內(nèi)徑。

根據(jù)式（4），可得p≥ 76 mm。根據(jù)液壓油缸缸筒內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)尺寸，選著液壓油缸內(nèi)徑為80 mm。

5 試驗及應(yīng)用

果園變距雙行開溝機試制成功后，已投放在利添生物科技發(fā)展（合浦）有限公司位于廣西北海市烏家鎮(zhèn)的7萬畝柑橘果業(yè)基地實地應(yīng)用，如圖3和圖4所示。

圖3 果園變距雙行開溝機作業(yè)

圖4 完成施肥覆土作業(yè)后效果圖

配套約翰迪爾1204A輪式拖拉機進行作業(yè)，柑橘種植行距7 m、株距3 m，作業(yè)地行間樹冠距離約3.8 m。根據(jù)柑橘施肥農(nóng)藝要求，雙行開溝距離設(shè)置為3.9 m，經(jīng)測定，開溝深度平均值312 mm，作業(yè)平均速度6.54 km/h，即純工作時間作業(yè)效率可達4.5 hm2/h，平均油耗1.8 L/hm2。開溝作業(yè)滿足柑橘施肥的農(nóng)藝要求，獲得柑橘種植業(yè)主的好評。

6 作業(yè)效益分析

利添生物科技發(fā)展（合浦）有限公司為亞洲果業(yè)控股有限公司在中國大陸的附屬機構(gòu)，擁有廣西合浦、江西信豐、湖南永州3大柑橘種植基地，廣西合浦的果業(yè)基地位于廣西北海市合浦縣烏家鎮(zhèn)，種植區(qū)面積約7萬畝（4 667 hm2），以往苦于無適用于大面積作業(yè)的開溝施肥機械，需要雇傭人工進行分段開溝、施肥作業(yè)，每株果樹的開溝作業(yè)成本為0.75元，每人每天可為約200株果樹挖溝，而且還常常難以請到作業(yè)工人，不能保證按時完成開溝施肥作業(yè)。

使用果園變距雙行開溝機進行開溝作業(yè)，經(jīng)測定，每天作業(yè)8 h，可開溝30 hm2，約完成14 400株果樹的開溝作業(yè)。雇傭約翰迪爾1204 A拖拉機的成本為 600元/天，油耗（8 h）64.8 L，按 7元/L 計，折合453.6元，每天開溝總成本1 053.6元，每株果樹開溝費用為0.07元，每株果樹節(jié)約費用0.68元。

在利添生物科技發(fā)展（合浦）有限公司廣西合浦的果業(yè)基地，使用三臺果園變距雙行開溝可在50個工作日完成全部4 667 hm2柑橘果樹的開溝作業(yè)，一臺機相當(dāng)于100個勞動力的開溝作業(yè)量，節(jié)約作業(yè)成本約150萬元，有效降低了作業(yè)成本，解決了以往開溝施肥滯后，影響果樹生長的問題。使用果園變距雙行開溝機，既能將肥料施入深層土壤中，又有利于肥料效果的有效發(fā)揮，還能使挖溝部位的土壤疏松有利果樹生長和水果產(chǎn)量提高。

7 結(jié)論與展望

果園變距雙行開溝機的研制及使用表明，其開溝距離調(diào)整簡便，開溝深度及寬度穩(wěn)定，作業(yè)效率高，對促進大、中型果樹種植園開溝施肥作業(yè)機械化、降低作業(yè)成本具有重大意義。

本設(shè)計的果園變距雙行開溝機還可以方便地作如下拓展：

（1）在果園變距雙行開溝機上進一步配置肥料箱及施肥裝置，可實現(xiàn)開溝、施肥聯(lián)合作業(yè)。

（2）在鏵式開溝犁后方設(shè)計配置覆土裝置，在開溝、施肥后能將翻出泥土回填，實現(xiàn)開溝、施肥、覆土一體化聯(lián)合作業(yè)。

（3）鏵式開溝犁犁尖處容易磨損，進一步考慮加裝一個尖套使用，提高耐磨性，更換便捷。