1KF-40型葡萄有機肥深施機的研制

蒙賀偉，李亞萍，坎　雜，李成松，田緒順，趙毅兵

(1.石河子大學 機械電氣工程學院，新疆 石河子　832000；2.石河子開發區石大銳拓機械裝備有限公司，新疆 石河子　832000)

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1KF-40型葡萄有機肥深施機的研制

蒙賀偉1，李亞萍1，坎雜1，李成松1，田緒順2，趙毅兵2

(1.石河子大學 機械電氣工程學院，新疆 石河子832000；2.石河子開發區石大銳拓機械裝備有限公司，新疆 石河子832000)

摘要：針對新疆兵團葡萄產業發展所面臨的問題，通過分析對比國內外葡萄有機肥深施技術與裝備的特點，綜合考慮新疆葡萄種植模式及葡萄有機肥深施農藝要求，完成了1KF-40型有機肥深施機的研制，解決了人工深施有機肥存在的勞動強度大、效率低等問題，實現了葡萄有機肥深施的機械化作業。田間作業結果表明：裝備工作平穩、性能可靠、生產率高、施肥均勻，開溝深度達410mm，開溝寬度280mm，覆土厚度240mm，施肥量1 241kg/hm2，生產率3.7 hm2/h，符合葡萄有機肥深施機械化作業要求。

關鍵詞：葡萄；有機肥；深施機械

0引言

新疆獨特的光熱和水土等自然環境非常適宜葡萄的種植，生產的葡萄具有品質好、單產高、營養豐富等特點，已逐漸成為我國優質葡萄主產區，葡萄產業的快速發展也為葡萄生產全程機械化的發展提供了條件[1-2]。

在葡萄種植過程中，施肥是影響葡萄產量和品質的重要因素，合理施用肥料可增加葡萄產量40%～60%，而且能提高果園的土壤肥力和環境效益。目前，施肥的種類主要有無機肥和有機肥。隨著全球環保意識的增強，國際市場已越來越關注綠色無污染有機食品的生產問題，而施用有機肥作為一項重要的措施，已在進行綠色或有機食品生產中得到大力推廣使用[3-5]。

葡萄有機肥的施用主要包括基肥、追肥及根外施肥作業。其中，基肥是葡萄周年生產中最重要的施肥措施，一般以秋施為宜，具有施肥量大、周期短等突出特征，其施肥量達75m3/hm2方以上。因此，葡萄施加有機肥機械需要滿足大施肥量、深開溝、高生產率等要求。

目前，葡萄深施有機肥作業主要依靠人工，存在勞動強度大、作業效率低等諸多問題。為此，國內相關單位圍繞葡萄有機肥深施技術裝備開展了一系列研究：吉林農業大學施繼紅[6]針對農家肥研究了撒施機；張睿等[7]研究了鏈條輸送式變量施肥拋撒機；克拉瑪依五五機械制造有限責任公司研制了2SF-18型離心式液壓撒肥機，其肥料箱容積為2m3,撒肥盤轉速1 200～2 000r/min，工作幅寬4～11m3[8]；北京市農機鑒定推廣站[9]研制了撒施機械；劉麗敏等[10]針對大棚果園深施肥的要求，研制了1KF-20型大棚果園開溝深施肥機等。以上裝備雖然在一定程度上解決了有機肥深施的問題，但相關機具及研究在可靠性、作業效率、作業能耗等方面存在各自的弊端。

為此，通過設計與優化，在綜合考慮新疆葡萄種植模式及葡萄有機肥深施農藝要求的基礎上，完成了1KF-40型有機肥深施機的研制，解決了人工深施有機肥存在的勞動強度大、效率低等問題，實現了葡萄有機肥深施的機械化作業。

1結構及工作原理

1.1結構構成

1KF-40型有機肥深施機主要由三點懸掛、機架、變速箱總成、刀盤總成、導流罩總成、肥箱總成、排肥機構、下肥口總成、行走輪總成、限深油缸及刮土板總成等部分組成，如圖1所示，裝備三維造型圖如圖2所示，主要技術參數如表1所示。

1.2技術原理

1KF-40型開溝施肥機與拖拉機采用三點懸掛裝置掛接，且油缸的進出油口通過快速接頭與拖拉機液壓輸出接通。工作前，先將肥箱中加入適量的農家肥，并將拖拉機正對將要開溝施肥的作業行調整好；調節拖拉機液壓操作手柄，將開溝施肥機刀盤底部距地約10cm，打開肥量調節板調整至合適位置，并將其鎖緊。

啟動拖拉機，將擋位掛至爬行擋；啟動后軸輸出，通過萬向軸帶動開溝機變速箱，并使得刀盤旋轉；待刀盤轉動平穩后，操作拖拉機液壓操作手柄，平穩地縮短液壓油缸，使刀盤入地，直至達到所需要的開溝深度(需要開到最大深度時，將油缸完全縮放到底)為止；保持該深度和刀盤轉速不變，操作拖拉機平穩前行，此時刀盤開出一個約25cm寬、深度一定的矩形深溝，土通過導流罩排向溝邊遠離刀盤的一側，同時肥料通過下肥口落至溝底；而后排出的土經過掛土板的擠壓作用，又回填至開出的溝槽中。如此可一次性完成開溝、施肥及覆土等作業。

作業完畢時，停止拖拉機前行，操作拖拉機液壓操作手柄，伸長油缸，將刀盤從溝內提出；停止拖拉機后軸輸出，停止刀盤；待刀盤完全停止后，關閉肥量調節板，完成整個作業過程。

1.三點懸掛　2.導流罩總成　3.機架　4.刀盤總成　5.開溝刀

圖2　三維造型圖

項目單位參數值外形尺寸(長×寬×高)mm2980×1880×1750配套動力kW504及以上動力拖拉機

續表1

2關鍵部件結構設計

2.1刀盤總成

刀具總成主要由刀盤、開溝刀A、開溝刀B、開溝刀C組成，每種刀各5把，依次間隔均勻布局，即A-B-C-A-B-C-…，如圖2所示。使用過程中，根據開溝寬度要求，通過調整刀盤兩個側面的安裝位置實現對開溝寬度的調整，開溝刀的刃口沿機具前進方向布置。

設計完成的刀盤總成通過3種刀依次間隔布局，使得每把刀具每次作用的面積變小，減少了阻力和沖擊載荷，提高了刀具壽命，降低了整機功耗。刀盤開溝刀排列示意如圖3所示。

圖3　刀盤開溝刀排列示意圖

2.2排肥機構

施肥機排肥機構主要由5齒攪拌軸、4齒攪拌軸和攪龍總成組成，如圖4所示。

工作時，拖拉機通過動力輸出軸、經鏈傳動等將動力由變速箱總成的齒輪箱輸入，先帶動兩組攪拌齒軸，再帶動攪龍總成。其整體布局為上下布局，兩根攪拌軸是水平布置；攪拌軸主要是將大塊肥料進行攪拌粉碎，同時將混合肥攪拌均勻，防止出現結拱和擁堵現象。攪龍總成將肥料推送至排肥口，排送至開出的溝槽中。

排肥機構主要工作部件為螺旋攪龍，決定了有機肥的投料速度，其主要結構及性能參數有螺旋直徑D、內徑d、螺距S及螺旋軸轉速等。

1)螺旋直徑。

(1)

式中Q—輸送能力；

K—物料特性系數；

ψ—填充系數；

C—傾角系數。

計算圓整后，螺旋葉片的直徑圓整為200mm。

2)螺旋軸內徑。

d=(0.2～0.35)D

(2)

由D=200 mm，得出d=40mm。

3)螺旋軸轉速。螺旋軸轉速主要影響有機肥輸送速度,螺旋軸轉速快，有機肥排肥能力就高。

V=G/Q

(3)

式中V—螺旋軸轉速;

G—每轉下肥量,即每節距肥料質量；

Q—施肥效率。

經計算，轉速V=33.75 r/min。

4)螺旋節距。

料槽內肥料的橫截面面積F為

(4)

式中D—螺旋葉片直徑；

ψ—物料填充系數；

C—傾角系數。

1個節距內的肥料的質量G為

G=F·S·ρ

(5)

(6)

式中G—1個節距內的物料的質量；

F—螺旋橫截面面積；

S—節距；

ρ—物料松散密度。

該螺旋輸送裝置最大的生產率為5t/h，螺旋軸的最大轉速為33.75r/min，由式(4)～式(6)計算可得：S=160mm。

2.3變速箱總成

變速箱總成主要由齒輪減速箱總成、錐齒輪箱總成及鏈輪箱總成等組成。減速箱主要分為兩部分，分別為開溝裝置和排肥機構進行減速。變速箱三維造型圖如圖5所示。

工作時，拖拉機動力由輸入軸輸入至變速箱總成的錐齒輪箱總成部分，減速增扭并改變傳動方向后，傳向兩個方向。傳向鏈輪箱部分經過鏈輪傳動的減速增扭將動力傳遞給開溝機刀盤總成；另一方向經過齒輪減速箱的減速增扭，傳遞至肥箱的排肥機構，帶動攪龍和攪拌齒工作。

A.齒輪箱總成　B.錐齒輪箱總成　C.鏈輪箱總成

3生產試驗與結果分析

3.1試驗條件

2015年4月，在新疆生產建設兵團農八師，委托新疆生產建設兵團農業機械檢驗測試中心，依據有機肥深施機試驗方法，對裝備進行了測試。裝備測試作業現場如圖6所示。

圖6　田間測試

試驗田塊試驗條件如表2所示。

表2　試驗條件

3.2試驗結果

試驗過程中，裝備工作平穩、性能可靠、生產率高、施肥均勻，測得主要作業性能指標如表3所示。據測算，每臺施肥機每天按作業6h計算，每天可作業20hm2左右。按每年作業期1個月計算，每年可作業600hm2，極大地緩解了團場勞動力緊缺及施肥作業成本高等問題。

表3　試驗結果

4結論

1)依據新疆葡萄種植模式及有機肥深施要求，完成了1KF-40型有機肥深施機的研制，解決了人工深施有機肥存在的勞動強度大、效率低等問題，實現了葡萄有機肥深施的機械化作業；

2)試驗結果表明：裝備工作平穩、性能可靠、生產率高、施肥均勻，開溝深度達410mm，開溝寬度280mm，覆土厚度240mm，施肥量1 241kg/hm2，生產率3.7hm2/h，符合葡萄有機肥深施機械化作業要求。

參考文獻：

[1]蒲勝海,張計峰,丁峰,等.新疆葡萄產業發展現狀及研究動態[J].北方園藝,2013(3):200-203.

[2]趙中華.新疆葡萄生產機械應用現狀及發展方向[J].農業技術與裝備,2008(4):33-34.

[3]吳世磊.有機肥和化肥配施對夏黑葡萄生長與品質的影響研究[D].雅安：四川農業大學,2013.

[4]郭潔,孫權,張曉娟,等.生物有機肥對釀酒葡萄生長、養分吸收及產量品質的影響[J].河南農業科學，2012,41(12):76-80.

[5]周興.不同有機肥對釀酒葡萄生長及果實品質的影響[D].銀川：寧夏大學,2013.

[6]施繼紅.農家肥撒施機工作部件的試驗研究[D] .長春：吉林農業大學，2002．

[7]張睿,王秀,趙春江,等.鏈條輸送式變量施肥拋撒機的設計與試驗[J].農業工程學報，2012，28(6)：20-25．

[8]任素芬.2SF-18型離心式液壓施肥機[J].新疆農機化，2005(3)：33-34．

[9]張艷紅,秦貴,秦國成,等.2F-5000 型鏈耙刮板式大肥量有機肥撒施機設計[J].農業機械，2011(21)：74-76．

[10]張加清,劉麗敏,陳長卿,等.大棚果園開溝深施肥機的設計研究[J].農機化研究,2012,34(3):119-122.

Abstract ID:1003-188X(2016)06-0155-EA

Development of 1KF-40 Grape Organic Fertilizer Deep Applicator

Meng Hewei1, Li Yaping1, Kan Za1, Li Chengsong1, Tian Xushun2, Zhao Yibing2

(1.College of Mechanical and Electronical Engineering,Shihezi University,Shihezi 832000,China;2. ShiDa RuiTuo Machinery﹠ Equipment Co.Ltd., Shihezi 832000, China)

Abstract：Facing Xinjiang grape industry development Problem,through comparative analysis of domestic and foreign grape organic fertilizer deep application technology and equipment characteristics,considering the Xinjiang grape planting pattern and agronomic requirements of grape organic fertilizer deep application,completed the development of 1KF-40 type organic fertilizer deep applicator,this equipment avoid the situation that big labor strength,low efficiency in deep application of organic fertilizer,realized the mechanization of grape organic fertilizer deep application.The test results show that: the equipment has the following characteristics,such as stable work, reliable performance,high productivity,uniform fertilization,ditching depth is 410mm,the opening width is 280mm,the thickness of covering soil is 240mm, fertilizer1 241kg/hm2,productivity is 3.7hm2/h,consistent with the requirements of grape organic fertilizer deep application of mechanized.

Key words：grape； organic fertilizer； deep applicator

文章編號：1003-188X(2016)06-0155-04

中圖分類號：S224.22

文獻標識碼：A

作者簡介：蒙賀偉(1982-)，男，新疆伊犁人，副教授，碩士， (E-mail)mhw_mac@126.com。通訊作者：李亞萍(1980-)，女，黑龍江虎林人，講師，碩士，(E-mail)lyp_mac@shzu.edu.cn。

基金項目：新疆生產建設兵團工業科技計劃項目(2013BA009)；石河子大學重大科技攻關計劃項目(gxjs2012-zdgg04)

收稿日期：2015-05-14