張榮成 劉天星 朱松 何彥平 仇維佑 邢全道

0 引言

玉米大豆帶狀復(fù)合種植是充分利用資源、提高土地產(chǎn)出率的集約農(nóng)業(yè)技術(shù)，也是2022年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部重點(diǎn)推廣的農(nóng)業(yè)技術(shù)之一。因玉米大豆屬不同種類(lèi)農(nóng)作物，化除及化控藥劑“相克”，目前，市場(chǎng)上還沒(méi)有成熟的玉米大豆復(fù)合種植專用植保機(jī)。部分機(jī)型對(duì)現(xiàn)有的植保機(jī)加裝了簡(jiǎn)易擋簾，但存在擋簾機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)不科學(xué)，藥劑漂移傷苗等問(wèn)題，且大多數(shù)機(jī)具為小型高地隙自走式，載藥量小，行走機(jī)構(gòu)強(qiáng)度差，過(guò)溝受沖擊機(jī)架易折斷損壞，不能滿足江蘇農(nóng)墾田塊規(guī)?；鳂I(yè)要求。本文以藥劑防漂移為出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種玉米大豆復(fù)合種植專用懸掛式噴桿噴霧機(jī)（以下簡(jiǎn)稱“專用噴霧機(jī)”）。該機(jī)采用雙泵+雙藥箱設(shè)計(jì)，可一次性完成玉米大豆兩種作物化除、化控作業(yè)，隨地仿形裝置及三段全封閉式擋簾結(jié)構(gòu)，能夠滿足玉米大豆帶狀復(fù)合種植的藥液防漂移要求。

1 總體結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)原理

江蘇農(nóng)墾采用的玉米大豆復(fù)合種植寬窄行“4+4”模式（中間為4 行大豆，兩側(cè)分別為2 行玉米）如圖1 所示。

圖1 江蘇農(nóng)墾玉米大豆復(fù)合種植寬窄行“4+4”模式

1.1 總體結(jié)構(gòu)

專用噴霧機(jī)配套80～120 馬力拖拉機(jī)，工作幅寬3.9 m，大豆行通過(guò)寬度80 cm，玉米行通過(guò)寬度130 cm。拖拉機(jī)安裝窄形橡膠輪胎，輪距為170～190 cm，確保機(jī)具行走在玉米與大豆行之間，滿足江蘇農(nóng)墾玉米大豆復(fù)合種植寬窄行“4+4”模式下噴灑除草劑及化學(xué)調(diào)控等作業(yè)。噴霧機(jī)主要由雙施藥泵、雙藥液箱、雙噴霧系統(tǒng)、防漂移噴頭、仿形地輪、三段全封閉式擋簾、懸掛式機(jī)架等組成，如圖2 所示。

圖2 專用噴霧機(jī)結(jié)構(gòu)圖

1.2 工作原理

專用噴霧機(jī)采用雙泵+雙藥箱設(shè)計(jì)，可一次性完成兩種不同作物化除、化控作業(yè)，大大提升了作業(yè)效率。安裝了防漂移噴頭（霧化粒徑為300～400μm），噴桿噴頭上下左右均可調(diào)，避免不同高度作物作業(yè)時(shí)藥液形成的扇面過(guò)度重合或藥液噴淋在擋簾上形成水流造成藥害，較大程度

上減少藥液漂移。三段全封閉式擋簾設(shè)計(jì)，確保在不同風(fēng)速及風(fēng)向情況下機(jī)具能夠滿足作業(yè)要求。前后設(shè)置兩排仿形地輪，機(jī)具與拖拉機(jī)后輪形成“扁擔(dān)式”過(guò)溝結(jié)構(gòu)，有效降低了機(jī)具的物理沖擊，還使得機(jī)具能夠隨地仿形，避免地面不平整引起的植保機(jī)姿態(tài)變化，使接觸地面的擋簾始終與地面貼合，減少藥液漂移。

1.3 主要技術(shù)參數(shù)

專用噴霧機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 專用噴霧機(jī)技術(shù)參數(shù)

2 主要結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵部件參數(shù)設(shè)計(jì)

2.1 噴霧機(jī)整機(jī)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為滿足一次性完成兩種作物同時(shí)施藥作業(yè)，結(jié)合江蘇農(nóng)墾玉米大豆復(fù)合種植寬窄行“4+4”模式，機(jī)具采用三段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。中間框架用以完成大豆施藥作業(yè)，兩側(cè)可折疊框架用以完成玉米施藥作業(yè)?？紤]大豆對(duì)藥劑的敏感性比玉米強(qiáng)，設(shè)計(jì)中間封閉框架前后端均超過(guò)兩側(cè)可折疊框架前后端，確保在不同風(fēng)速及風(fēng)向情況下有效保證封閉效果。玉米大豆帶狀復(fù)合種植專用植保機(jī)框架結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 框架結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 霧化動(dòng)力及噴霧系統(tǒng)設(shè)計(jì)

專用噴霧機(jī)動(dòng)力來(lái)源拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸，轉(zhuǎn)速選擇540 r/min，動(dòng)力傳遞路線為：拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸→萬(wàn)向節(jié)→傳動(dòng)軸→主皮帶輪→皮帶→從皮帶輪→柱塞泵。噴霧系統(tǒng)設(shè)計(jì)：通過(guò)柱塞泵利用高壓力將藥液從噴孔中壓出形成霧滴，霧滴粒徑為300～400μm，粒徑比常規(guī)噴霧粒徑大，可實(shí)現(xiàn)防漂移效果。

2.3 隨地仿形裝置設(shè)計(jì)

江蘇農(nóng)墾玉米大豆帶狀復(fù)合種植區(qū)域主要分布在淮河以北地區(qū)，該地區(qū)常年以稻麥生產(chǎn)為主，夏季雨水較多。為保障玉米大豆增產(chǎn)增收需要，該地區(qū)在田間建立了完整的排水溝系，每3.9 m 建立1 條豎溝，每30 m 建立1 條橫溝。農(nóng)機(jī)作業(yè)過(guò)程中，田間的橫溝對(duì)作業(yè)機(jī)具造成的物理沖擊較大，機(jī)具故障率相對(duì)較高。為降低橫溝對(duì)機(jī)具的物理沖擊，避免因田面平整度不夠引起機(jī)具姿態(tài)變化，從而導(dǎo)致藥液漂移，機(jī)具設(shè)置了隨地仿形地輪。仿形地輪總計(jì)4 只，分前后兩排設(shè)置。兩排地輪與拖拉機(jī)后排輪胎形成“扁擔(dān)式”過(guò)溝結(jié)構(gòu)，以降低過(guò)溝沖擊。遇到地面不平整時(shí)，機(jī)具上的兩排地輪起到支撐作用，避免機(jī)具隨拖拉機(jī)左右擺動(dòng)，確保接觸地面的擋簾始終與地面貼合，增強(qiáng)了防漂移效果。隨地仿形地輪結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 隨地仿形地輪結(jié)構(gòu)圖

2.4 藥劑封閉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

農(nóng)機(jī)作業(yè)過(guò)程中，風(fēng)速風(fēng)向隨時(shí)變化。采用全封閉式擋簾結(jié)構(gòu)，以保證機(jī)具在不同風(fēng)速及風(fēng)向情況下均能夠滿足作業(yè)要求。左右兩側(cè)擋簾上部采用固定式，透明薄膜被緊固在框架上面。通過(guò)透明薄膜可觀察噴頭噴淋狀態(tài)。左右兩側(cè)擋簾下部可調(diào)節(jié)，封閉薄膜隨重力自由下垂。薄膜內(nèi)側(cè)設(shè)置彈齒，避免薄膜向內(nèi)曲卷影響施藥。前后兩側(cè)擋簾上部采用上下可調(diào)節(jié)式結(jié)構(gòu)，滿足不同高度作物的植保作業(yè)需求。前后兩側(cè)擋簾下部采用裙擺式設(shè)計(jì)，材料用軟質(zhì)防水布條，布條寬約5～6 cm，兩兩重疊3 cm 左右。裙擺式設(shè)計(jì)既保障了擋簾的密閉性，又提高了作物的通過(guò)性。

2.5 可調(diào)噴頭設(shè)計(jì)

化除時(shí)，玉米高度約為25～30 cm，大豆高度約為15～20 cm；化控時(shí)，玉米高度約為120～130 cm，大豆約為50～70 cm。化除時(shí)，作物較矮，為保證施藥、防漂移效果，噴頭高度設(shè)置得相對(duì)較低，噴頭形成的扇面寬度較窄。化控時(shí)，作物較高，為保證機(jī)具的通過(guò)性，噴頭的高度需要設(shè)置得相對(duì)較高，噴頭形成的扇面寬度較寬。噴頭上下左右可調(diào)節(jié)，能滿足不同高度作物的植保作業(yè)需求，避免因噴頭高度、節(jié)距設(shè)置不合理造成藥液重噴、漏噴或過(guò)多藥液噴淋在封閉擋簾上等現(xiàn)象?？烧{(diào)噴頭結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

圖5 可調(diào)噴頭結(jié)構(gòu)圖

3 樣機(jī)試驗(yàn)

將設(shè)計(jì)好的樣機(jī)進(jìn)行三維虛擬裝配，依據(jù)二維圖紙進(jìn)行零部件加工。樣機(jī)如圖6 所示。

圖6 專用噴霧機(jī)樣機(jī)

3.1 試驗(yàn)條件

樣機(jī)在江蘇省農(nóng)墾農(nóng)業(yè)發(fā)展股份有限公司黃海分公司進(jìn)行了試驗(yàn)。試驗(yàn)分為模擬試驗(yàn)和實(shí)際田間試驗(yàn)兩部分。田間試驗(yàn)主要測(cè)定作業(yè)效率和植保效果，模擬試驗(yàn)主要測(cè)定藥劑有無(wú)漂移現(xiàn)象和噴霧分布均勻性。試驗(yàn)時(shí)風(fēng)速在3 級(jí)以上，分別做側(cè)風(fēng)、頂風(fēng)、順風(fēng)試驗(yàn)。按實(shí)際田間情況建立橫向排水溝系。工作壓力3 bar，車(chē)速5 km/h，噴頭離地高度30 cm。合理調(diào)節(jié)封閉框架前后擋簾、兩側(cè)擋簾高度，保證機(jī)具通過(guò)時(shí)不傷苗。

3.2 模擬試驗(yàn)

在田間按玉米大豆帶狀復(fù)合種植分布分別鋪設(shè)三塊無(wú)紡布。噴施大豆的藥箱里配制紅色藥劑，噴施玉米的藥箱里配置藍(lán)色藥劑。模擬試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖7。

圖7 模擬試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

試驗(yàn)結(jié)果：從無(wú)紡布藥液顏色分布情況來(lái)看，無(wú)藥液漂移現(xiàn)象，噴霧均勻性符合農(nóng)藝要求。

3.3 田間試驗(yàn)

提前在田間按照江蘇農(nóng)墾寬窄行“4+4”模式種植玉米和大豆，化除期對(duì)樣機(jī)進(jìn)行田間試驗(yàn)，并設(shè)置人工打藥對(duì)照。試驗(yàn)藥劑按農(nóng)藝要求配制。實(shí)際田間試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖8。

圖8 實(shí)際田間試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

試驗(yàn)結(jié)果：田間作業(yè)效率達(dá)到1.6～2 hm2/h，是人工作業(yè)效率的10 倍左右。樣機(jī)施藥后3～5 d，農(nóng)藝人員跟蹤發(fā)現(xiàn)，玉米、大豆葉片無(wú)明顯藥害現(xiàn)象。樣機(jī)植保效果、植保效率明顯優(yōu)于人工打藥對(duì)照。

4 結(jié)論

1）設(shè)計(jì)的玉米、大豆復(fù)合種植專用懸掛式噴桿噴霧機(jī)主要由折疊式機(jī)架、藥箱、柱塞泵、分水器、傳動(dòng)軸、皮帶盤(pán)、仿形地輪、全封閉擋簾等組成，結(jié)構(gòu)合理，成本較低。隨地仿形地輪設(shè)計(jì)有效降低了機(jī)具的過(guò)溝沖擊，提升了機(jī)具的工作穩(wěn)定性；同時(shí)，采用地輪設(shè)計(jì)可有效避免因地面不平整導(dǎo)致的機(jī)具的姿態(tài)變化，減少過(guò)溝時(shí)藥液分布不均勻現(xiàn)象。

2）該機(jī)采用防漂移噴頭及全封閉式結(jié)構(gòu)，兩者結(jié)合防漂移效果好。

3）采用雙泵+雙藥箱設(shè)計(jì)，可一次性完成玉米大豆兩種作物化除、化控作業(yè)，作業(yè)效率高。