2KF-2.0 型果園開溝液體施肥機(jī)的研制

張魯云，楊懷君，劉進(jìn)寶

（新疆農(nóng)墾科學(xué)院機(jī)械裝備研究所，新疆 石河子 832000）

0 引言

林果業(yè)不僅是新疆農(nóng)牧團(tuán)場經(jīng)濟(jì)收入的主要來源，也是新疆農(nóng)業(yè)發(fā)展的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一[1]。近年來，隨著新疆地區(qū)退耕還林、還草，向南發(fā)展，發(fā)展特色林果業(yè)等諸多產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目的實(shí)施，林果業(yè)的社會地位和經(jīng)濟(jì)效益得到顯著提升。施肥是林果產(chǎn)業(yè)中的重要工作，合理適時的施肥對果樹的生長，果品的質(zhì)量，果農(nóng)的增收具有重要意義。長期以來，我國果園施肥多以固體肥料為主，雖然也產(chǎn)生了相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)效益，但隨之也帶來了土壤污染、板結(jié)、酸化、養(yǎng)分元素失衡等諸多問題。液體肥料在運(yùn)輸、施肥過程中對環(huán)境污染較小[2]，配方方便靈活，可將各種營養(yǎng)成分均勻充分混合，易于果樹根系吸收，可以減少施肥次數(shù)，從而降低生產(chǎn)成本和勞動強(qiáng)度。但是目前我國果園的液體肥料施用基本上全靠人工完成，勞動強(qiáng)度大、浪費(fèi)嚴(yán)重、肥料使用效率低。因此，研制適合于我國果園實(shí)際情況，價格低廉、操作簡單、經(jīng)濟(jì)耐用的液體肥料施用機(jī)械，對果園產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展具有重要意義。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

2KF-2.0 型果園開溝液體施肥機(jī)是一款集開溝[3]、施肥、覆土功能為一體的新型液體施肥機(jī)械，它主要由傳動軸、開溝器、牽引裝置、肥箱、機(jī)架、行走地輪、施肥器、覆土滾輪等主要部件組成，其結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 2KF-2.0 型果園開溝液體施肥機(jī)結(jié)構(gòu)

2 工作原理

利用懸掛裝置將施肥機(jī)與拖拉機(jī)后懸掛裝置進(jìn)行連接，拖拉機(jī)通過動力輸出軸帶動開溝器旋轉(zhuǎn)開溝，液體肥料通過施肥器流入溝底，液體肥料滲入土壤到達(dá)果樹根系部位，覆土器滾輪隨之進(jìn)行覆土鎮(zhèn)壓，防止液肥揮發(fā)流失，提高肥料的利用率。

3 主要技術(shù)參數(shù)

外形尺寸（長×寬×高，mm） 4 200×2 400×1 540

4 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

4.1 機(jī)架設(shè)計(jì)

機(jī)架是承載肥料箱重量的主體裝置[4]，機(jī)架的設(shè)計(jì)尺寸直接關(guān)系到肥箱的容積和肥料的重量。為了能夠保證機(jī)具在施肥作業(yè)時平穩(wěn)行走，機(jī)架必須有足夠的強(qiáng)度和剛度，因此采用80×80 mm 矩形方管制作。機(jī)架與肥箱之間采用3mm 厚鍍鋅鐵皮條進(jìn)行連接，不僅保證了行走施肥作業(yè)時肥箱的穩(wěn)定性，而且便于拆卸維修。機(jī)體各部分配置的原則是：在便于制作維修的前提下整體簡潔緊湊，保證整個施肥機(jī)的重心在整機(jī)上方三分之一左右，以防止機(jī)具動態(tài)時液體肥料在肥箱中晃動潑濺，影響作業(yè)穩(wěn)定性。

4.2 肥箱

新疆由于遠(yuǎn)離海洋，處于亞歐大陸腹地，夏季最高溫度可達(dá)50 ℃左右，冬季最低溫度則為-40 ℃左右，而液體肥料pH 值在4.5～6.5之間。因此，肥箱不但要容量大、重量輕、耐腐蝕性強(qiáng)，而且要具有耐高溫、抗低溫的性能。PVC 材質(zhì)在同等使用條件下許多方面性能都要好于其它材質(zhì)，因此采用PVC 材質(zhì)肥箱。根據(jù)不同成分的液體肥料和使用環(huán)境，肥箱材質(zhì)也可采用鋁合金、玻璃鋼和不銹鋼。經(jīng)過計(jì)算和田間試驗(yàn)實(shí)地測量，最后確定肥箱體積為2.5 m3。

4.3 刀盤設(shè)計(jì)

圖2 旋耕刀盤

為滿足開溝施肥的要求，設(shè)計(jì)了旋轉(zhuǎn)開溝刀盤，用來安裝開溝鏟[5]，如圖2。刀盤采用10mm 厚鋼板經(jīng)過切割、車削、鉆孔等工序加工完成，刀盤直徑470 mm。一只開溝鏟用3個Φ10螺釘固定在刀盤上，一側(cè)刀盤安裝6個開溝鏟，總共安裝12只開溝鏟。因此，旋轉(zhuǎn)刀盤上均布12組Φ10.5 mm 通孔。

4.4 開溝鏟

開溝鏟是開溝器的主要工作部件，其結(jié)構(gòu)和形狀直接影響到開溝效果的好壞[6]，本機(jī)具選用圓弧彎刀形開溝鏟。開溝鏟上部為固定鏟柄，下半部分為開溝刀口，如圖3，刀口設(shè)計(jì)為圓弧形，有較好的切割土壤能力。作業(yè)時圓弧形刀刃按到傳動軸的距離由遠(yuǎn)及近依次切入土壤，有利于減小切割阻力并順利拋出切割土壤。此外，弧形刃口可以減少雜草纏繞的現(xiàn)象，適合于在雜草較多的黏性土壤中進(jìn)行開溝作業(yè)。

圖3 開溝鏟

4.5 施肥器

開溝器采用液體立式施肥方案，前部為分土裝置，后部為施肥裝置，如圖4。分土裝置防止出肥口堵塞，液體肥料通過后部施肥裝置流入開溝器所開的土槽當(dāng)中。

4.6 覆土裝置

因開溝深度可達(dá)400mm 左右，再加上液體肥料的可揮發(fā)性，因此機(jī)具后部裝有覆土器滾輪，對所施液體肥料進(jìn)行覆土掩蓋。覆土滾輪采用Φ350mm通用鑄鐵件，價格低廉，堅(jiān)固耐用，覆土效果良好。

5 試驗(yàn)測試

2020年7月，在新疆一師阿拉爾13團(tuán)7連矮化密植紅棗園對液體施肥機(jī)進(jìn)行性能試驗(yàn)測試。試驗(yàn)棗園面積約為1 hm2左右，配套動力為雷沃歐豹904 拖拉機(jī)，四輪驅(qū)動，發(fā)動機(jī)功率66.2 kW，標(biāo)準(zhǔn)牽引力21.3 kN，試驗(yàn)測試結(jié)果如表1。

表1 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明：液體施肥機(jī)在試驗(yàn)過程中沒有出現(xiàn)故障，運(yùn)行平穩(wěn)，施肥作業(yè)正常，證明該型機(jī)在理論和設(shè)計(jì)上是切實(shí)可行的[7]。根據(jù)施肥作業(yè)之后現(xiàn)場挖掘測量計(jì)算，各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)論

目前，新疆特色林果業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化程度較低[8]，雖然農(nóng)機(jī)生產(chǎn)廠家研制相關(guān)樣機(jī)種類較多，但真正用于批量生產(chǎn)的液體施肥機(jī)幾乎沒有。2KF-2.0 型果園開溝液體施肥機(jī)的研制，有效的減少了肥料浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)了液體肥料的最大化利用，對發(fā)展新疆特色林果業(yè)有著積極的推動作用。