2FPG-40型葡萄開溝施肥機(jī)的研制

郭新剛，李亞雄，劉洋，王濤，李斌（.新疆科神農(nóng)業(yè)裝備科技開發(fā)股份有限公司，新疆石河子83000；.新疆農(nóng)墾科學(xué)院機(jī)械裝備研究所）

2FPG-40型葡萄開溝施肥機(jī)的研制

郭新剛1，李亞雄2，劉洋2，王濤2，李斌2
（1.新疆科神農(nóng)業(yè)裝備科技開發(fā)股份有限公司，新疆石河子832000；2.新疆農(nóng)墾科學(xué)院機(jī)械裝備研究所）

施肥是葡萄種植過(guò)程的重要環(huán)節(jié)，針對(duì)新疆葡萄搭棚種植的模式，利用盤刀開溝方法，設(shè)計(jì)了開溝、施肥和覆土埋溝一次完成的葡萄開溝施肥機(jī)具，施肥深度可以根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)整，開溝刀盤側(cè)置，可以滿足開溝施肥與葡萄根莖之間距離較小的要求。通過(guò)田間試驗(yàn)表明，機(jī)具可以與40.4kW的拖拉機(jī)配套行走在搭棚種植的葡萄地中施肥作業(yè)，在作業(yè)速度為30m/min時(shí)，施肥深度40cm，施肥裝置無(wú)堵塞現(xiàn)象，覆土起壟均勻，達(dá)到了葡萄種植結(jié)果期的施肥要求。

葡萄；2FPG-40型施肥機(jī)；開溝；施肥

新疆是我國(guó)葡萄種植的主要地區(qū)，葡萄種植普遍采用矮、密的種植模式，行距為3.0～3.5m，種植株數(shù)280～300株/667m2，一些地區(qū)葡萄種植采用搭棚種植的方法，棚高1.7～2.0m。在施肥環(huán)節(jié)，普遍采用滴灌技術(shù)，將肥料溶解在水中進(jìn)行滴灌施肥，但是在春季葡萄上架、秋季收獲前期或入冬埋藤時(shí)，需要對(duì)葡萄施有機(jī)肥，這些有機(jī)肥不能溶解在水中進(jìn)行滴施，必須采用開溝或挖坑施肥的方法。不同生長(zhǎng)期的葡萄開溝或挖坑施肥的深度不同，定制當(dāng)年的葡萄在距葡萄根莖20～30cm處挖10cm深進(jìn)行施肥，進(jìn)入結(jié)果期的葡萄一般在距葡萄根莖50cm處挖40cm深進(jìn)行施肥[1-3]。

葡萄搭棚種植使得體積較大的大馬力拖拉機(jī)不能進(jìn)入葡萄地中，只有40.4kW以內(nèi)的拖拉機(jī)在去掉駕駛棚后可以行使在葡萄地中。因此，在研制葡萄施肥機(jī)具時(shí)，必須同時(shí)兼顧施肥機(jī)具配套拖拉機(jī)動(dòng)力、距根莖距離和深度。為此，新疆農(nóng)墾科學(xué)院機(jī)械裝備研究所利用盤刀側(cè)置開溝方法研制了2FPG-40型開溝施肥機(jī)，該施肥機(jī)集刀盤開溝、施肥鏟撒肥入溝和溝上覆土起壟于一體，開溝深度和施肥量可以調(diào)整，滿足了葡萄種植施肥的農(nóng)藝要求。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理

2FPG-40型葡萄開溝施肥機(jī)主要由傳動(dòng)齒輪箱、機(jī)架、開溝刀盤、施肥鏟、覆土擋板、驅(qū)動(dòng)調(diào)位滾筒、肥箱、傳動(dòng)螺旋等組成，整機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2FPG-40型葡萄開溝施肥機(jī)由拖拉機(jī)后三點(diǎn)懸掛牽引，拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸與傳動(dòng)齒輪箱之間由萬(wàn)向傳動(dòng)軸連接，經(jīng)過(guò)齒輪箱內(nèi)1對(duì)錐齒輪改變傳動(dòng)方向和1對(duì)直齒輪減速，將動(dòng)力傳動(dòng)到開溝刀盤，傳動(dòng)齒輪箱傳動(dòng)原理如圖2所示。作業(yè)時(shí)，機(jī)具在懸起狀態(tài)下由拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸驅(qū)動(dòng)開溝刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)，開溝刀盤在機(jī)具前進(jìn)方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，機(jī)具被放下的同時(shí)向前行走，直到驅(qū)動(dòng)調(diào)位滾筒與地面接觸，達(dá)到最大開溝深度；驅(qū)動(dòng)調(diào)位滾筒與地面接觸后開始轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)鏈條傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)肥箱內(nèi)的傳動(dòng)螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)，將肥箱中的肥料向施肥鏟上方的排肥口推動(dòng)，使肥料不斷的從排肥口落入施肥鏟，施入溝底；最后固定在施肥鏟后方的覆土擋板將溝兩側(cè)的土壤推入溝中，并形成土壟，完成開溝施肥[4]。可以通過(guò)調(diào)整驅(qū)動(dòng)調(diào)位滾筒上的調(diào)位拉桿的位置，改變滾筒相對(duì)刀盤的高度來(lái)改變開溝深度；通過(guò)調(diào)整固定在肥箱排肥口下端插板的位置，改變排肥口的開度，來(lái)調(diào)整施肥量[5]。

圖1 2FPG-40型葡萄開溝施肥機(jī)結(jié)構(gòu)

圖2 傳動(dòng)齒輪箱傳動(dòng)原理示意圖

2 主要技術(shù)參數(shù)

外形尺寸（長(zhǎng)、寬、高，mm）2100×1700×1200

整機(jī)重量（kg）750

配套拖拉機(jī)功率（kW）40.4

肥箱容積（m3）0.4

作業(yè)幅寬（mm）1700

開溝行數(shù)（行）1

開溝深度（cm）25～42

開溝寬度（cm）15

作業(yè)速度（m/min）＜30

動(dòng)力輸出軸轉(zhuǎn)速（r/min）540

刀盤轉(zhuǎn)速（r/min）250～300

3 關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇

3.1 開溝刀盤的結(jié)構(gòu)參數(shù)

開溝刀盤的結(jié)構(gòu)尺寸直接影響著開溝深度和整機(jī)性能，開溝刀盤在將土壤拋出的同時(shí)會(huì)有土壤回流入溝內(nèi)，造成施肥深度小于開溝深度，為了減少土壤回流量，在開溝刀盤每側(cè)的內(nèi)部安裝2把刀片，將回流的土壤不斷的再次甩出溝內(nèi)，同時(shí)刀盤的回轉(zhuǎn)半徑大于最大施肥深度2cm，使最大開溝深度大于最大施肥深度。開溝刀盤每側(cè)均勻安裝開溝刀片18把，兩側(cè)刀片交錯(cuò)布置，以提高刀盤的受力強(qiáng)度，為了提高機(jī)具零件的通用型，刀片選用市面上常見(jiàn)的旋耕機(jī)刀片。

3.2 施肥鏟的結(jié)構(gòu)參數(shù)

在施肥前，施肥鏟將溝底的松散土壤清理開，然后將肥料撒入溝中。為了避免地面不平整造成的施肥鏟與溝底和溝兩側(cè)硬質(zhì)土壤接觸，增大拖拉機(jī)牽引阻力，施肥鏟最下端比開溝深度高2.0cm，施肥鏟下端入溝部分的寬度比開溝寬度小1.5cm。為了避免施肥鏟下端在施肥時(shí)發(fā)生堵塞，施肥鏟下端設(shè)計(jì)成傾斜結(jié)構(gòu)[6]。

3.3 驅(qū)動(dòng)調(diào)位滾筒的結(jié)構(gòu)參數(shù)

驅(qū)動(dòng)調(diào)位滾筒起到支撐整機(jī)重量和向肥箱內(nèi)傳動(dòng)螺旋提供動(dòng)力的作用。因?yàn)殚_溝刀盤側(cè)置，同時(shí)傳動(dòng)螺旋將肥箱中的肥料向施肥鏟一側(cè)推動(dòng)，機(jī)具重心向施肥鏟和開溝刀盤一側(cè)偏移，造成機(jī)具不平衡，作業(yè)時(shí)會(huì)發(fā)生傾斜。為了減少傾斜的發(fā)生，將驅(qū)動(dòng)調(diào)位滾筒放在機(jī)具中間位置對(duì)稱布置，在結(jié)構(gòu)允許的情況下，驅(qū)動(dòng)調(diào)位滾筒的寬度盡可能的取較大，該機(jī)驅(qū)動(dòng)調(diào)位滾筒寬度為40cm。為了滿足不同施肥深度的要求，可以調(diào)整調(diào)位拉桿的位置改變滾筒相對(duì)刀盤的高度，可開溝深度為25cm、31cm、35cm和42cm。

4 田間試驗(yàn)

2014年7月，樣機(jī)在八師一四五團(tuán)葡萄種植基地進(jìn)行田間作業(yè)試驗(yàn)，試驗(yàn)用配套動(dòng)力為雷沃歐豹554型拖拉機(jī)，拖拉機(jī)去掉駕駛棚。

4.1 試驗(yàn)基本情況

葡萄地種植4年，已進(jìn)入結(jié)果期，行距3m，株距1m，采用搭棚種植，棚高1.7m，每行長(zhǎng)50m，土壤干燥，地面平整，雜草較少。對(duì)葡萄施以氮、鉀肥，肥料呈顆粒狀，要求在距葡萄根莖50cm處40cm深施肥，每行施肥35～40kg。

試驗(yàn)時(shí)，采用不同的行駛速度進(jìn)行作業(yè)，對(duì)開溝深度、施肥深度進(jìn)行測(cè)量，并觀察覆土質(zhì)量，以及整機(jī)平衡性、施肥系統(tǒng)是否有堵塞和土壤拋出飛濺情況。

4.2 試驗(yàn)結(jié)果

表1 不同作業(yè)速度下開溝和施肥深度測(cè)試結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著作業(yè)速度的提高，開溝深度變淺，當(dāng)作業(yè)速度為30m/min時(shí)，開溝深度40.7cm，施肥深度39.8cm，能滿足施肥要求；當(dāng)作業(yè)速度為35m/min時(shí)，開溝深度38.7cm，施肥深度38.1cm（表1），達(dá)不到施肥深度要求。施肥深度小于開溝深度是因?yàn)殚_溝刀盤在將土壤拋出后，開溝刀盤周圍的擋土板將拋出的土壤擋住落在溝兩側(cè)，形成回土流，在施肥鏟未施肥前已落入溝中，同時(shí)開溝刀盤拋出的土壤沿著刀盤護(hù)罩內(nèi)部甩向施肥鏟，一部分土壤在肥料未落下前先落入溝底，造成施肥深度小于開溝深度。因此，機(jī)具在要求施肥深度為40cm時(shí)，最大作業(yè)速度是30m/min。覆土擋板將溝兩側(cè)的土壤推入溝中，并形成較為一致的土壟，土壟形狀不受作業(yè)速度的影響。整機(jī)較為平穩(wěn)，未發(fā)生明顯的傾斜，傾斜的原因是隨著肥箱中肥料不斷施入溝中，機(jī)具重量減輕，側(cè)置的開溝刀盤為克服土壤阻力，將機(jī)具一側(cè)頂起，造成機(jī)具發(fā)生傾斜。肥箱排肥口和施肥鏟未發(fā)生堵塞現(xiàn)象。開溝刀盤周圍的擋土板將刀盤拋出的土壤擋住，未發(fā)生遠(yuǎn)距離拋灑飛濺。

5 分析評(píng)價(jià)

（1）機(jī)具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。開溝刀盤側(cè)置，刀盤可以與牽引拖拉機(jī)后輪對(duì)齊，這樣就可以使刀盤接近葡萄根莖，滿足開溝與葡萄根莖小距離的要求；施肥鏟采用靴式結(jié)構(gòu)，在清理溝底松散土壤和施肥的同時(shí)，減小了施肥鏟與土壤的接觸阻力；驅(qū)動(dòng)調(diào)位滾筒作為整機(jī)重量的支撐部件，較寬的尺寸增大了滾筒與地面的接觸面，提高了機(jī)具的平衡穩(wěn)定性；驅(qū)動(dòng)調(diào)位滾筒通過(guò)鏈條傳動(dòng)向肥箱內(nèi)傳動(dòng)螺旋提供動(dòng)力，傳動(dòng)螺旋將肥料推向排肥口，保證肥料不斷的從排肥口落入施肥鏟中，簡(jiǎn)化了傳動(dòng)結(jié)構(gòu)；機(jī)具可以與40.4kW的拖拉機(jī)配套作業(yè)，滿足了新疆葡萄的種植模式要求。（2）作業(yè)性能。通過(guò)田間作業(yè)試驗(yàn)，該機(jī)的開溝和施肥深度、覆土質(zhì)量達(dá)到了技術(shù)要求，對(duì)于不同土壤的葡萄地，可以通過(guò)調(diào)整作業(yè)速度和開溝刀盤轉(zhuǎn)速達(dá)到較理想的施肥深度。（3）使用可靠性。試驗(yàn)過(guò)程中，機(jī)具未發(fā)生施肥堵塞現(xiàn)象；受開溝刀盤側(cè)置的影響，機(jī)具在肥箱中肥料較少的情況下發(fā)生較小的傾斜現(xiàn)象，但未影響開溝和施肥質(zhì)量；傳動(dòng)齒輪箱未發(fā)生故障，開溝刀盤上刀片未發(fā)生變形。（4）應(yīng)用前景。目前，新疆僅釀酒葡萄種植面積超過(guò)4萬(wàn)hm2，位居全國(guó)第1，葡萄種植面積逐年擴(kuò)大。隨著葡萄種植面積的擴(kuò)大，勞動(dòng)力成本的提高，葡萄種植機(jī)械化水平將不斷提升，同時(shí)，對(duì)2FPG-40型葡萄開溝施肥機(jī)稍加改進(jìn)，即可用于紅棗、蘋果、梨種植的施肥，因此，葡萄開溝施肥機(jī)具有廣闊的應(yīng)用前景。

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[3]成池芳，董新平.新疆石河子產(chǎn)區(qū)釀酒葡萄種植生態(tài)條件分析[J].中外葡萄與葡萄酒，2009（7）：78-79.

[4]李亞雄.開溝施肥機(jī)[P].中國(guó)：ZL201320628736.4，2014-03-12.

[5]陳志，華國(guó)柱，李樹君.農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（上冊(cè)）[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2007.

[6]劉洋.一種適用于開溝施肥機(jī)的排肥裝置[P].中國(guó)：ZL201420362285.9，2014-11-12.

2015—03—23