葡萄開溝施肥機的設(shè)計與試驗

顏利民 劉洋 李亞雄 李斌 王濤

摘要 新疆葡萄種植采用矮、密的種植模式，一些地區(qū)葡萄使用搭棚種植的方法，這就要求施肥機和牽引驅(qū)動拖拉機必須適應(yīng)在狹小的空間下作業(yè)的條件。針對這一農(nóng)藝要求，研制了一種集開溝與施肥一體的葡萄施肥機具，該機具由功率為40.4 kW的拖拉機牽引。通過田間生產(chǎn)性試驗證明，開溝施肥深度和施肥量可以調(diào)整，在最大開溝深度為40 cm時，作業(yè)速度可以達到30 m/min，作業(yè)時肥箱撒肥口和施肥鏟未發(fā)生堵塞現(xiàn)象，開溝施肥后，覆土擋板將溝兩側(cè)的土壤推擠成均勻的土壟，作業(yè)性能穩(wěn)定，可提高勞動效率，滿足葡萄種植生產(chǎn)需要。

關(guān)鍵詞 葡萄；開溝；施肥機

中圖分類號 S222.5 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）34-355-03

新疆是我國最早種植葡萄的地區(qū)，已成為我國最重要的鮮食葡萄、釀酒葡萄的生產(chǎn)和供應(yīng)基地，對推動我國葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有舉足輕重的作用。葡萄在栽培的過程中施肥是重要環(huán)節(jié)，目前，新疆葡萄種植普遍采用滴灌技術(shù)，可以將肥料溶解在水中進行滴施，但是在春季葡萄上架和秋季葡萄收獲前期，需要對葡萄施有機肥料，這些有機肥料不能溶解在水中，必須進行開溝或挖坑施肥[1-3]。由于新疆葡萄種植采用矮、密的種植模式，一些地區(qū)葡萄使用搭棚種植的方法，這就要求施肥機和牽引驅(qū)動拖拉機必須在狹小的空間下作業(yè)，而國外的葡萄種植模式與新疆不同，葡萄施肥機械需要用體積較大的大功率拖拉機牽引驅(qū)動，工作效率很高，但很難進入矮、密和搭棚種植的葡萄地中，且價格昂貴，不能在新疆地區(qū)進行推廣應(yīng)用[4-7]。

目前新疆葡萄種植機械施肥主要使用開溝機進行開溝，然后由人工進行撒肥入溝和埋溝，這種方法雖然比人工施肥提高了勞動效率，但是工作量依然很大，耗時耗力。為此，筆者研制了一種集開溝與施肥一體的葡萄施肥機具，該機具由功率為40.4 kW的拖拉機牽引，可以滿足新疆葡萄搭棚種植施肥的農(nóng)藝要求。

1 葡萄施肥的農(nóng)藝要求

新疆葡萄種植行距為3.0～3.5 m，每行長度50.0～70.0 m，單位面積種植4 200～4 500株/hm2，搭棚種植棚高1.7～2.0 m。施肥分為基肥和追肥，基肥一般在春季和秋季施入土壤，采用樹盤撒肥法或溝施法，溝施時一般在距葡萄根莖0.5～0.8 m處開挖深0.3～0.4 m的溝，將肥料填入溝內(nèi)，埋溝填平。葡萄追肥分為土壤追肥和根外追肥，定植當(dāng)年土壤追肥5次，每次間隔10～15 d，交替在植株側(cè)面距根莖0.2～0.3 m處挖10 cm深溝施肥，進入結(jié)果期的葡萄一年土壤追肥3次，分別在開花前、漿果生長初期和成熟前1個月，在植株不同側(cè)面距根莖0.4～0.5 m處挖0.4 m深的溝施肥[8]。這就要求機械開溝施肥時，一次作業(yè)可以施肥50.0～70.0 m，開溝距根部最小距離0.2 m，最大開溝施肥深度0.4 m，開溝深度可以根據(jù)要求進行調(diào)整。

2 整機結(jié)構(gòu)和工作原理

2.1 整機結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù) 葡萄開溝施肥機整機結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要有傳動箱、開溝刀盤、施肥鏟、覆土板、肥箱、驅(qū)動滾筒等部分組成，主要技術(shù)參數(shù)見表1。

注：1.開溝刀盤；2.施肥鏟；3.覆土擋板；4.驅(qū)動滾筒；5.調(diào)位拉桿；6.肥箱；7.刀盤護罩；8.機架；9.擋土板。

圖1 開溝施肥機結(jié)構(gòu)示意

2.2 工作原理 該機作業(yè)時由拖拉機后三點懸掛牽引，由拖拉機動力輸出軸提供動力，通過傳動齒輪箱驅(qū)動開溝刀盤轉(zhuǎn)動，傳動齒輪箱的傳動原理如圖2所示[9]。開溝刀盤在轉(zhuǎn)

動的同時，拖拉機后三點懸掛將開溝施肥機落下，開溝刀盤在地面挖溝，直到驅(qū)動滾筒接觸到地面，開溝刀盤開溝達到最大深度。開溝的同時，肥箱中的肥料通過施肥鏟落入溝底，然后覆土板將溝兩側(cè)的土壤推入溝中；在開溝施肥的同時，驅(qū)動滾筒通過鏈條傳動驅(qū)動肥箱中的螺旋轉(zhuǎn)動，將肥料向肥箱一側(cè)的撒肥口推動，使肥料從撒肥口進入施肥鏟中，保證肥料不斷地從施肥鏟落入溝底[10]。

開溝刀盤的轉(zhuǎn)動方向為沿著機具前進方向逆時針轉(zhuǎn)動，將土壤向拖拉機方向甩出，開溝的同時起到清溝的作用，在開溝刀盤的前方和兩側(cè)設(shè)置有擋土板，以防止由刀盤甩出的土塊飛濺傷人；當(dāng)需要調(diào)整開溝深度時，可以調(diào)節(jié)驅(qū)動滾筒上的調(diào)位拉桿，改變調(diào)位滾筒相對開溝刀盤的高度，實現(xiàn)開溝深度調(diào)整；可以通過調(diào)整固定在肥箱撒肥口下端的插板來控制施肥量。

3 葡萄開溝施肥機關(guān)鍵部件的設(shè)計

3.1 開溝刀盤 開溝刀盤主要有刀軸、刀盤、彎刀和軸承座組成，如圖3所示。刀軸與傳動齒輪箱傳動軸之間用花鍵連接，刀盤與刀軸之間由法蘭盤連接緊固，在刀盤的兩面邊緣上交錯均布著16把彎刀，刀盤最大直徑1 000 mm，兩側(cè)刀片最大寬度140 mm，在刀盤內(nèi)部每面沿直徑方向固定著2把彎刀，內(nèi)部2把彎刀的最大回轉(zhuǎn)直徑為550 mm，彎刀使用市場上常見的旋耕機刀片，固定彎刀的刀座固接在刀盤上。工作時，刀盤邊緣上的彎刀切土，并將土壤向溝外拋出，為了防止甩出的土壤飛濺，并使刀盤后側(cè)的覆土擋板有足量的土壤推入溝中，在刀盤前方和兩側(cè)機架上安裝著由帆布或硬質(zhì)塑料制成的擋土板；刀盤內(nèi)部的彎刀將溝兩側(cè)的回土流不斷甩出，減少施肥前土壤回流溝底量，避免影響施肥深度。

注：1.軸；2.刀盤；3.彎刀；4.法蘭盤。

圖3 開溝刀盤結(jié)構(gòu)示意

3.2 施肥鏟 施肥鏟的作用是將肥料施入溝底，在施肥的過程中，將溝底的回流土壤清離，保證施肥深度，同時要減小施肥鏟與土壤的阻力，為此將施肥鏟設(shè)計成靴式結(jié)構(gòu)。在施肥鏟清離溝底土壤并施肥的過程中，開溝刀盤拋出的土壤在刀盤護罩的導(dǎo)向作用下，會有大量土壤拋撒到施肥鏟上，同時溝底回流土壤與施肥鏟接觸，增加了施肥鏟的清溝阻力，為了減小阻力，將施肥鏟設(shè)計成截面為等腰三角形結(jié)構(gòu)，使土壤沿著施肥鏟向后傾斜的側(cè)面向兩側(cè)分開，起到減小阻力的作用；施肥鏟下方排肥口傾斜，以防止土壤堵塞排肥口；為了避免地面的不平整導(dǎo)致施肥鏟最下端接觸溝底硬土壤增大拖拉機牽引阻力和使施肥鏟變形，施肥鏟最下端比開溝刀盤的最下端高2 cm。施肥鏟的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

注：1.側(cè)面板；2.加強板；3.固定板。

圖4 施肥鏟結(jié)構(gòu)示意

3.3 驅(qū)動滾筒 驅(qū)動滾筒支撐整機重量，通過鏈條傳動，驅(qū)動肥箱內(nèi)傳動螺旋轉(zhuǎn)動向撒肥口輸送肥量的同時，可以通過調(diào)整驅(qū)動滾筒上調(diào)位拉桿的位置，改變驅(qū)動滾筒相對機架的高度，起到調(diào)節(jié)施肥深度的作用。因為開溝刀盤和施肥鏟側(cè)置，使得機具在作業(yè)過程中不平衡，為了保證機具的穩(wěn)定性，在結(jié)構(gòu)尺寸允許的情況下，應(yīng)使驅(qū)動滾筒的寬度盡量大，此機具將驅(qū)動滾筒布置在機架后方中間位置，滾筒寬40 cm。通過調(diào)整調(diào)位拉桿的位置，機具可開溝深度為25、31、35和42 cm。驅(qū)動滾筒的結(jié)構(gòu)如圖5所示。

注：1.調(diào)位拉桿；2.傳動鏈輪；3.軸承；4.滾筒；5.抓片。

圖5 驅(qū)動滾筒結(jié)構(gòu)示意

3.4 肥箱撒肥口防漏機構(gòu) 因為開溝刀盤側(cè)置，每次開溝施肥一整行，為了在每行葡萄的同一側(cè)施肥，機具必須要回到開始施肥的地頭再進行施肥，這時肥箱中余下的肥料會從撒肥口經(jīng)施肥鏟落在地面上，造成浪費。為此，在肥箱撒肥口處設(shè)置防漏機構(gòu)，如圖1和圖6所示。固定在肥箱兩側(cè)的凹板與傳動螺旋上的撥片可以形成封閉面，減少肥料從傳動螺旋上方漏出?？梢酝ㄟ^調(diào)整撒肥口下端的插板來改變排肥口的開度，實現(xiàn)施肥量的調(diào)整[11]。

注：1.肥箱板；2.右側(cè)凹板；3.肥箱固定板；4.撥片；5.撒肥口；6.插板；7左側(cè)凹版；8.螺旋軸。

圖6 肥箱撒肥口處截面

4 田間試驗

4.1 試驗條件 2014年7月，樣機在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第八師145團場葡萄種植基地進行了田間生產(chǎn)試驗。該葡萄地面積1.33 hm2，已種植4年，行距3.0 m，株距1.0 m，采用搭棚種植，棚高1.7 m，每行長度50.0 m，作業(yè)前15 d未進行滴灌澆水，土壤干燥、堅實，地面較平整，雜草較少。對葡萄地施以顆粒狀有機肥料，肥料顆粒直徑4 mm。要求在距葡萄根莖0.5 m處挖0.4 m深的溝施肥，每行施肥35～40 g。開溝施肥機用配套動力為40.4 kW的雷沃歐豹554型拖拉機懸掛牽引，拖拉機無駕駛棚，拖拉機高1.6 m，后輪輪距1.12 m，拖拉機動力輸出軸轉(zhuǎn)速為540 r/min。

4.2 試驗和數(shù)據(jù)分析 為測定該機的性能，主要對不同作業(yè)速度下，開溝深度、開溝寬度、施肥深度、覆土起壟寬度和高度進行測量。測量時，采用不同作業(yè)速度工作一整行，在一整行每間隔5.0 m測量一次，共測量5次，取平均值，其測定和分析結(jié)果如表2所示。

表2 試驗測定結(jié)果

作業(yè)速度m/min開溝深度cm開溝寬度cm施肥深度cm起壟寬度cm起壟高度cm

2041.415.241.046.510.0

2541.315.040.544.39.5

3040.715.439.845.711.0

3538.715.638.144.210.0

由試驗結(jié)果可以看出，作業(yè)速度小于30 m/min時，開溝深度大于40 cm；當(dāng)作業(yè)速度為35 m/min時，開溝深度小于40 cm，分析原因是開溝刀盤受開溝阻力影響，將開溝刀盤向上頂起，造成開溝深度減小，同時地面平整程度對開溝深度有一定影響；開溝刀盤在開溝的同時，拋出的土壤回流到溝底，使施肥深度小于開溝深度；起壟寬度和高度受機具作業(yè)速度影響較小；整機在作業(yè)時未發(fā)生傾斜；開溝刀盤拋出的土壤在擋土板的遮擋下，未發(fā)生飛濺；肥箱撒肥口和施肥鏟未發(fā)生堵塞現(xiàn)象，作業(yè)完一整行回到地頭再作業(yè)的過程中，有少量肥料從肥箱中漏出；開溝施肥后，覆土擋板將溝兩側(cè)的土壤推擠成均勻的土壟。

5 結(jié)語

根據(jù)新疆葡萄種植的農(nóng)藝要求，研究設(shè)計了一種可以由中小功率拖拉機牽引作業(yè)，集開溝與施肥一體的葡萄開溝施肥機具。

通過田間生產(chǎn)性試驗證明，機具的作業(yè)性能達到了葡萄施肥的要求，開溝施肥深度和施肥量可以調(diào)整，在最大開溝深度為40 cm時，作業(yè)速度可以達到30 m/min，作業(yè)性能穩(wěn)定，明顯提高了勞動效率，滿足了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要。

43卷34期 顏利民等 葡萄開溝施肥機的設(shè)計與試驗

參考文獻

[1] 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.

[2] 胡志超，田立佳，彭寶良，等.國內(nèi)外葡萄生產(chǎn)機械化的研究與應(yīng)用[J].新疆農(nóng)機化，2010（4）：48-49.

[3] 胡志超，王海鷗，胡良龍，等.美國葡萄生產(chǎn)機械化[J].中國農(nóng)機化，2005（6）：105-107.

[4] 汪官健，趙衛(wèi)林，吳永林，等.多功能果樹開溝施肥機的研制[J].新疆農(nóng)機化，2011（6）：26-27.

[5] 申屠留芳，楊剛，孫星釗.葡萄園專用開溝施肥機的設(shè)計[J].農(nóng)機化研究，2012（11）：87-89.

[6] 吳愛兵，朱德文，陳永生，等.螺桿式有機肥施肥機的研制與試驗[J].中國農(nóng)機化學(xué)報，2013，34（6）：174-176.

[7] 劉軍，董永尚.1KF500果園開溝施肥機的研制[J].新疆農(nóng)機化，2010（4）：15-16.

[8] 張建成，鄭葉輝，張連正.葡萄施肥技術(shù)[J].中國農(nóng)技推廣，2005（5）：38-39.

[9] 陳志，華國柱，李樹君.農(nóng)業(yè)機械設(shè)計手冊（上冊）[M].北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2007.

[10] 李亞雄.開溝施肥機：中國，ZL201320628736.4[P].2014-03-12.

[11] 劉洋.肥箱撒肥口防漏機構(gòu)：中國，ZL201320690311.6[P].2014-04-02.