寧夏葡萄園土地整平裝置的設計

任文變 王凡 禹昭

摘要：本文分析了寧夏賀蘭山東麓葡萄園的現狀，針對目前葡萄園的種植和生產管理過程中使用的中耕設備，其只具備除草功能，除草后土地不平整，需要人工平整。為此，在中耕機的基礎上設計增加了土地整平機構和覆土裝置。以此來提高作業效率，保證葡萄樹行間地面與株間地面之間的高度差。

Abstract： This paper analyzes the current situation of vineyards at the eastern foot of Helan Mountain in Ningxia. According to the middle tillage equipment used in the planting and production management process of vineyards， it only has the function of weeding， and the land is uneven after weeding， and it requires manual leveling.To this end， the land leveling mechanism and soil covering device were added on the basis of the middle tiller.In order to improve the operation efficiency， to ensure the height difference between the ground and the ground between the vines.

關鍵詞：葡萄園;土地整平機構;中耕設備

Key words： vineyard;land consolidation agency;tillage equipment

中圖分類號：S224.1+44 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）05-0226-03

0 ?引言

寧夏賀蘭山東麓葡萄種植區位于北緯37°43′～39°23′，在葡萄種植上具有得天獨厚的優勢。地理條件優越，屬于中度半干旱氣候，雨量稀少，日照時間長，晝夜溫差大。葡萄產業發展迅速，是世界上最適宜葡萄種植和釀造高端葡萄酒的地區之一，并已在國內外得到廣泛認可[1]。

葡萄種植時，為保證葡萄的高質量和產量，田間管理尤為重要。其中雜草防治是田間管理的重要環節之一。大型葡萄園多數采用拖拉機牽引中耕機進行行間除草作業。中耕能消除土壤板結，改善土壤物理性質，提高土壤通透性，改善土壤滲透性，提供良好的植物生長條件[2]。但通常除草作業后，土地不平整，需要人工平整，以平衡葡萄樹行與表面之間的高度差。

我國在葡萄園田間管理和除草技術領域開展了一系列的研究，并取得了一定的成果。2018年，杜文圣等人設計了一種葡萄園自動避障除草機，可在行間和植株間除草[3]。同年，徐麗明等人也設計了一種雙向作業的自動避障除草機，解決了現有籬笆式種植葡萄園和葡萄園周邊不除草面積大的株間除草機作業效率低的問題;并在ADAMS中建立了除草機的虛擬樣機模型，以雜草覆蓋率為評價指標，設計二次回歸組合試驗，建立雜草覆蓋率回歸模型。經試驗，除草作業的平均覆蓋率約為90.02%[4]。雙側同時運行模式的運行效率約為單側運行模式的兩倍。2019年，新疆農墾科學院機械裝備研究所何一川為葡萄園設計了避障除草機。該避障除草機與小型四輪拖拉機配套使用。犁鏟可以翻土、松土、清除行間雜草;障礙鏟可以清除兩側植物間的雜草，翻轉植物間的表土;螺旋壓路機將淺層土壤破碎掩埋雜草，完成葡萄整個行間栽培過程的除草，改善土壤通氣，調節土壤水分狀態[5]，促進葡萄根系生長。

然而，現有的除草技術大多是避障除草，行間除草后的整地效果不能令人滿意。為此，增加土地整平機構和覆土裝置，提高行間除草效率的同時，實現土地平整作業，具有非常大的意義。

1 ?土地整平裝置的技術路線及設計內容

技術路線如圖1所示。

在葡萄種植過程中，雜草控制是田間管理中的重要環節之一，大多數大型葡萄園在田間使用中耕機進行除草，拖拉機作為牽引，通過中耕機清除行間雜草。但除草后土地不平整，需要人工平整，確保行間地面與葡萄樹表面的高低差。因此，為了提高行間除草的效率，確保行間地面和株間地表的高低差，研究了利用中耕機除草進行土地平整一體化的技術。主要內容如下：

①通過對寧夏賀蘭山東麓葡萄園田間管理調查研究，首先明確葡萄園田間管理目前采用的方式方法以及存在的問題，根據具體問題確定設計研究的內容——葡萄園田間除草及土地整平一體化作業機理研究。②分析國內外現有中耕設備結構的優劣性以及整地技術，選擇適合東麓葡萄園的中耕機進行中耕除草，在原有設備上進行改進，增加土地整平裝置，以實現中耕除草整平的一體化設計研究，從而減少人力勞動。③了解葡萄園種植土地整平的要求，設計使地面整平，確保葡萄園行間地面與葡萄樹根部地面高度差的土地整平裝置。

2 ?土地整平裝置的設計及功能

葡萄園中耕機中的整平裝置是完成整機最后工序的直接作業部件，其主要作用是提高土壤的堅固度，壓碎較大的土塊使得土地更為平整。整平裝置主要由2個液壓缸、13個整平輥輪，1個整平輥主軸，4個整平輥連接架，2個整平支架和2個軸承座等組成，如圖1所示就是由三維軟件solidworks建立的葡萄園中耕機土地整平裝置的三維圖[6]。整平裝置中的液壓缸與牽引中耕機的拖拉機的液壓電機相連接，從而帶動整平裝置在高低起伏的土地上能夠順利的完成土地平整作業，整平輥主軸配有螺旋輥壓機。在作業過程中，螺旋輥壓機將淺層土壤壓碎，掩埋雜草，從而完成葡萄行間、株間的全過程間作、除草，進一步增加土壤通風，調節土壤水分狀況，促進葡萄根系生長。整平裝置的主要作用是在間作、除草后對土壤進行粉碎，壓平耕作層，整平土地，使土壤疏松密實，具有良好的保墑作用。如圖2所示為整平裝置的結構示意圖。（圖3）

3 ?工作原理

在田間作業時，中耕機整機是通過三點懸掛裝置與拖拉機后懸掛系統相連，并調整限深輪的上導螺桿，以滿足不同的耕作要求。整臺機器的運行是通由拖拉機的牽引帶動機器向前行駛，首先在機器的運行過程中，先用松土鏟將表面的土塊打碎對土壤進行初步松土，其次再用除草鏟將松土后出現的雜草根系進行徹底割除，避免短周期內雜草的再生，緊接著用整體框架下端的兩邊覆土器將溝外的土壤覆蓋。土壤通過覆土裝置將土壤收集到溝內葡萄藤的上端，將葡萄藤覆蓋，最后通過土地整平裝置對除草及松土后土壤進行粉碎，壓平耕作層，整平土地，使土壤疏松密實。其整平裝置中的液壓缸不僅起到保護作用，還能實現壓實高度的微調。

4 ?土地整平裝置的優點及其功耗

①提高了土壤緊實度——在覆土裝置將土壤收集到溝內葡萄藤的上端，將葡萄藤覆蓋時及時進行碎土整平，可使土壤緊實度適宜，達到作物生長發育所需的土壤容重，同時使葡萄藤與周圍濕土密接，起到提墻、保墻、供墻的作用。

②防止風蝕——除草覆土后帶整平裝置，可使葡萄藤上土壤更加緊實。從而避免大風對其進行侵蝕，從而對葡萄產量造成影響。

③提高土壤溫度——整平裝置具有防止風蝕的作用，其覆土裝置在覆蓋葡萄藤時深度可淺一些，深度每淺1公分 ，地溫高 1℃ 。

④從一定程度上增加了種床內的水分和硝態氮含量——整平后床內毛細管數量多，可使土壤中的水分向種床內移動，同時土壤中的氮隨水分進入種床內，增加了土壤中硝態氮的含量。

⑤及時整平，節省人力--位于中耕機尾部，在除草覆土完后直接進行整平，保證了土壤是濕度，且代替了人工整平，大力節省了人力資源。

功耗：整平裝置主要是壓實成型過程中滾動摩擦引起的功耗。可用以下公式計算：

式中：fz——整平成型輪滾動摩擦系數;

Nz——整平成型力，N。

為實現一定強度的土壤整平成型，取fz=0.08，整平碎土輪施加的成形力主要通過調節后端氣缸來完成，成形力取最大壓縮氣缸力，Nz=1000N，代入公式可得P整平=0.12kW。由以上得到的各個工序作業過程所消耗的功耗，可得P牽引=18.532kW，考慮到功率25%儲備系數一般為20～30%，選用標定動力為以25kW上的拖拉機。

5 ?總結

土地整平裝置的設計對現有葡萄園中耕機進行了一個大的改良，其與覆土器相互配合，在中耕機除草完成后對土壤中的土塊進行了粉碎處理，壓平耕作層，整平土地，使土壤疏松密實，保證了一定的高度差。同時，從以前的人工整平到機械整平，從一定程度上大大減少了人力勞動及大量機械設備的引入，為人們提供了諸多方便。并且通過該裝置的設計，同學們能夠根據課本理論設計各類機械結構，這樣不僅有利于在實操技能中將理論與實際相結合，并加以運用。而且調動了同學們的參與度，發散了創新設計思維，同時還能鍛煉和提高學生的動手能力。

①利用SolidWorks三維軟件建立三維模型，對葡萄園中耕機的土地整平裝置進行受力分析計算，分析其是否滿足中間要求。

②現場調查寧夏賀蘭山東麓葡萄園田間管理的機械化作業情況，了解其土地整平的具體情況。

③查閱相關文獻資料，了解機械化田間管理的各類設備工作機理及參數。結合相關理論對葡萄園土地整平進行分析，并從大量的資料中總結出規律，形成假設，并進行驗證。

④對照其他機器的土地整平裝置，設計一款符合葡萄園的裝置。

參考文獻：

[1]溫海燕.寧夏賀蘭山東麓葡萄酒產業的發展戰略研究[J].科技經濟導刊，2019：89-90.

[2]李燕.滾齒式株間除草機構的設計與仿真[D].北京林業大學，2013.

[3]張德學，張軍強，李青江，等.我國葡萄全程機械化應用現狀及發展展望[J].農業裝備與車輛工程，2019，057（003）：17-22.

[4]于暢暢，徐麗明，王慶杰，等.籬架式栽培葡萄雙邊作業株間自動避障除草機設計與試驗[J].農業工程學報，2019，35（05）：9-17.

[5]何義川，湯智輝，楊懷君，等.葡萄園避障除草機的設計[J]. 農機化研究，2019，41（11）：133-137.

[6]趙盼，張燕，薛峰，等.基于SolidWorks二次開發的零件三維參數化設計及裝配[J].科學技術與工程，2010（07）：1674-1679.