草莓旋耕起壟變量施肥機的設計**

李 浩，康 敏，劉正剛，劉 燕

（1.南京農業大學工學院，江蘇 南京 210095；2.江蘇清淮機械有限公司，江蘇 淮安 223010；3.農業農村部南京農業機械化研究所，江蘇 南京 210008）

0 引言

草莓因適應性強、種植周期短、經濟效益高等特點，已成為我國許多省份實現增收致富、發展現代設施農業的首選作物[1-3]。江蘇省作為我國草莓種植大省，僅2018年草莓種植面積就高達1.93萬hm2，總產量超過55萬t，位居全國第四[4-5]，對促進生態文明建設和助力鄉村振興具有重要意義。

目前，國內草莓旋耕起壟施肥機存在自動化程度低、起壟高度低等諸多缺陷。山東青州華龍公司[6]生產的1ZKNP-125型旋耕起壟機可一次性完成旋耕、起壟、鎮壓作業，且裝有液壓偏置裝置，機具作業中可左右偏移，最大偏移距離可達到30 cm；黑龍江德沃科技公司[7]生產的1DZ-180型旋耕起壟機采用雙刀輥切削原理、牽引式結構形式，提高了設備對不同農作物、不同區域種植農藝要求的適應能力。但上述機具仍存在起壟高度低、無法實現變量施肥等問題。而國外對草莓旋耕起壟施肥機的研究起步較早，相關技術發展成熟，研制的機型也具有較高的作業效率。其中，意大利HORTECH公司生產[6]的旋耕起壟機，可一次性完成旋耕切土、精細碎土、精量施肥、起壟定型等多項聯合作業。但其價格昂貴，難以在國內市場大面積推廣。

基于以上現狀，課題組設計了一種草莓旋耕起壟變量施肥機，可一次性完成松土、翻土、對位分層施肥、起高壟作業，且能根據不同農藝要求，對施肥量進行調節。經試驗證明，該施肥機能夠滿足草莓種植的農藝需求。

1 總體結構與工作過程

1.1 總體結構

課題組設計的草莓旋耕起壟變量施肥機主要由機架、起壟裝置、旋耕裝置、施肥裝置、傳動系統，以及三點懸掛機構工作部件組成，如圖1所示。

圖1 草莓旋耕起壟變量施肥機結構示意圖

1.2 工作過程

草莓旋耕起壟變量施肥機采用三點懸掛的方式掛接在機身上。首先，將變速箱與拖拉機外接動力源進行連接，動力經過輸入軸傳遞給中間軸驅動輸出軸上的旋耕刀，完成碎土、松土作業。然后，向肥箱體中加入肥料，肥料依靠自身重力流入到施肥盒中，在施肥軸的帶動下通過排肥管流入到落肥管中，最終通過落肥管設置的上出肥口和下出肥口流入到不同層次的土壤中，從而實現對位分層施肥。此外，本裝置還通過控制落肥管分叉處開口開度來實現變量施肥，通過鏈傳動輸出動力帶動起壟刀軸作圓周旋轉運動，將旋耕疏松后的土壤向中間擠壓形成與起壟刀刀形一致的壟形，完成起壟作業。

1.3 主要技術指標

課題組設計的草莓旋耕起壟變量施肥機的主要性能指標如表1所示。

表1 主要性能指標

2 主要工作部件的設計

2.1 施肥裝置

草莓旋耕起壟變量施肥機施肥裝置主要由肥箱體、施肥盒、施肥軸、排肥管、落肥管、電機等組成，如圖2所示。其工作過程是肥料依靠自身重力流入到施肥盒中，在施肥軸的帶動下經排肥管流入到落肥管中。其中，落肥管內部結構示意圖如圖3所示，落肥管設置了上出肥口和下出肥口，且內部設有流量調節塊，可以通過旋轉流量調節塊調節分叉口開度，進而根據不同的農藝種植要求實現分層變量對位施肥，提高了肥料利用率和植物吸收養分的能力[8]，還可以通過改變電機電壓來實現施肥軸轉速的實時調節，進而實現排肥量的調節。

圖2 施肥裝置結構示意圖

圖3 落肥管內部結構示意圖

2.2 起壟裝置

草莓旋耕起壟變量施肥機采用雙壟雙行的作業模式。其中，起壟裝置如圖4所示，主要由起壟刀軸、起壟刀等組成。通過鏈傳動輸出動力帶動起壟刀軸作圓周旋轉運動，拖拉機帶動起壟裝置作直線前進運動。作業過程中，起壟刀將旋耕疏松后的土壤向中間擠壓形成與起壟刀刀形一致的壟形，起壟刀軸控制壟高并壓實土壤保持壟臺平整。起壟壟形示意圖如圖5所示，總體呈“梯形”形狀，其中壟高約40 cm，壟寬約22 cm，壟間距約100 cm。

圖4 起壟裝置結構示意圖

圖5 起壟壟形示意圖

2.3 旋耕裝置

旋耕裝置作為農業觸土的重要部件，主要用于疏松土壤，為后期起壟和撫平做準備[9-10]。課題組設計的旋耕裝置主要由旋耕刀軸和旋耕刀組成，如圖6所示。為了縮短傳動路徑，使旋耕機構結構緊湊，將減速器的輸出軸直接作為旋耕刀軸，旋耕刀對稱安裝在減速器兩側，這樣便可以通過拖拉機動力輸出軸傳遞動力給減速器的輸入軸，動力經過輸入軸再傳遞給中間軸，從而驅動輸出軸上的旋耕刀進行松土、碎土作業。

圖6 旋耕裝置結構示意圖

3 田間試驗

草莓旋耕起壟變量施肥機經試驗改進完善，于2021年4月在漣水田間進行試驗。作業過程中，可以實現施肥深度和施肥量的調節，起壟質量好，不易變形和坍塌。田間試驗效果如圖7所示。

圖7 田間試驗效果圖

試驗結果表明，草莓旋耕起壟變量施肥機的各項指標均滿足我國草莓種植的農藝要求，可變量和分層對位施肥裝置更好地適應了不用品種草莓的種植要求。因此，該機的應用加快了我國草莓機械化種植技術的步伐，具有較高的社會效益和經濟效益。

4 結論

1）該草莓旋耕起壟變量施肥機，可一次性完成松土、翻土、施肥、起壟等多項作業，與傳統的單一機械相比，減少了作業次數，降低了勞動成本，大大提高了作業效率。

2）該草莓旋耕起壟變量施肥機，可以根據不同草莓品種的農藝需求實現分層變量對位施肥，更好地促進了植株的發育，提高了肥料的利用率。