1KF-40型葡萄有机肥深施机的研制

蒙贺伟，李亚萍，坎　杂，李成松，田绪顺，赵毅兵

(1.石河子大学 机械电气工程学院，新疆 石河子　832000；2.石河子开发区石大锐拓机械装备有限公司，新疆 石河子　832000)



1KF-40型葡萄有机肥深施机的研制

蒙贺伟1，李亚萍1，坎杂1，李成松1，田绪顺2，赵毅兵2

(1.石河子大学 机械电气工程学院，新疆 石河子832000；2.石河子开发区石大锐拓机械装备有限公司，新疆 石河子832000)

摘要：针对新疆兵团葡萄产业发展所面临的问题，通过分析对比国内外葡萄有机肥深施技术与装备的特点，综合考虑新疆葡萄种植模式及葡萄有机肥深施农艺要求，完成了1KF-40型有机肥深施机的研制，解决了人工深施有机肥存在的劳动强度大、效率低等问题，实现了葡萄有机肥深施的机械化作业。田间作业结果表明：装备工作平稳、性能可靠、生产率高、施肥均匀，开沟深度达410mm，开沟宽度280mm，覆土厚度240mm，施肥量1 241kg/hm2，生产率3.7 hm2/h，符合葡萄有机肥深施机械化作业要求。

关键词：葡萄；有机肥；深施机械

0引言

新疆独特的光热和水土等自然环境非常适宜葡萄的种植，生产的葡萄具有品质好、单产高、营养丰富等特点，已逐渐成为我国优质葡萄主产区，葡萄产业的快速发展也为葡萄生产全程机械化的发展提供了条件[1-2]。

在葡萄种植过程中，施肥是影响葡萄产量和品质的重要因素，合理施用肥料可增加葡萄产量40%～60%，而且能提高果园的土壤肥力和环境效益。目前，施肥的种类主要有无机肥和有机肥。随着全球环保意识的增强，国际市场已越来越关注绿色无污染有机食品的生产问题，而施用有机肥作为一项重要的措施，已在进行绿色或有机食品生产中得到大力推广使用[3-5]。

葡萄有机肥的施用主要包括基肥、追肥及根外施肥作业。其中，基肥是葡萄周年生产中最重要的施肥措施，一般以秋施为宜，具有施肥量大、周期短等突出特征，其施肥量达75m3/hm2方以上。因此，葡萄施加有机肥机械需要满足大施肥量、深开沟、高生产率等要求。

目前，葡萄深施有机肥作业主要依靠人工，存在劳动强度大、作业效率低等诸多问题。为此，国内相关单位围绕葡萄有机肥深施技术装备开展了一系列研究：吉林农业大学施继红[6]针对农家肥研究了撒施机；张睿等[7]研究了链条输送式变量施肥抛撒机；克拉玛依五五机械制造有限责任公司研制了2SF-18型离心式液压撒肥机，其肥料箱容积为2m3,撒肥盘转速1 200～2 000r/min，工作幅宽4～11m3[8]；北京市农机鉴定推广站[9]研制了撒施机械；刘丽敏等[10]针对大棚果园深施肥的要求，研制了1KF-20型大棚果园开沟深施肥机等。以上装备虽然在一定程度上解决了有机肥深施的问题，但相关机具及研究在可靠性、作业效率、作业能耗等方面存在各自的弊端。

为此，通过设计与优化，在综合考虑新疆葡萄种植模式及葡萄有机肥深施农艺要求的基础上，完成了1KF-40型有机肥深施机的研制，解决了人工深施有机肥存在的劳动强度大、效率低等问题，实现了葡萄有机肥深施的机械化作业。

1结构及工作原理

1.1结构构成

1KF-40型有机肥深施机主要由三点悬挂、机架、变速箱总成、刀盘总成、导流罩总成、肥箱总成、排肥机构、下肥口总成、行走轮总成、限深油缸及刮土板总成等部分组成，如图1所示，装备三维造型图如图2所示，主要技术参数如表1所示。

1.2技术原理

1KF-40型开沟施肥机与拖拉机采用三点悬挂装置挂接，且油缸的进出油口通过快速接头与拖拉机液压输出接通。工作前，先将肥箱中加入适量的农家肥，并将拖拉机正对将要开沟施肥的作业行调整好；调节拖拉机液压操作手柄，将开沟施肥机刀盘底部距地约10cm，打开肥量调节板调整至合适位置，并将其锁紧。

启动拖拉机，将挡位挂至爬行挡；启动后轴输出，通过万向轴带动开沟机变速箱，并使得刀盘旋转；待刀盘转动平稳后，操作拖拉机液压操作手柄，平稳地缩短液压油缸，使刀盘入地，直至达到所需要的开沟深度(需要开到最大深度时，将油缸完全缩放到底)为止；保持该深度和刀盘转速不变，操作拖拉机平稳前行，此时刀盘开出一个约25cm宽、深度一定的矩形深沟，土通过导流罩排向沟边远离刀盘的一侧，同时肥料通过下肥口落至沟底；而后排出的土经过挂土板的挤压作用，又回填至开出的沟槽中。如此可一次性完成开沟、施肥及覆土等作业。

作业完毕时，停止拖拉机前行，操作拖拉机液压操作手柄，伸长油缸，将刀盘从沟内提出；停止拖拉机后轴输出，停止刀盘；待刀盘完全停止后，关闭肥量调节板，完成整个作业过程。

1.三点悬挂　2.导流罩总成　3.机架　4.刀盘总成　5.开沟刀

图2　三维造型图

项目单位参数值外形尺寸(长×宽×高)mm2980×1880×1750配套动力kW504及以上动力拖拉机

续表1

2关键部件结构设计

2.1刀盘总成

刀具总成主要由刀盘、开沟刀A、开沟刀B、开沟刀C组成，每种刀各5把，依次间隔均匀布局，即A-B-C-A-B-C-…，如图2所示。使用过程中，根据开沟宽度要求，通过调整刀盘两个侧面的安装位置实现对开沟宽度的调整，开沟刀的刃口沿机具前进方向布置。

设计完成的刀盘总成通过3种刀依次间隔布局，使得每把刀具每次作用的面积变小，减少了阻力和冲击载荷，提高了刀具寿命，降低了整机功耗。刀盘开沟刀排列示意如图3所示。

图3　刀盘开沟刀排列示意图

2.2排肥机构

施肥机排肥机构主要由5齿搅拌轴、4齿搅拌轴和搅龙总成组成，如图4所示。

工作时，拖拉机通过动力输出轴、经链传动等将动力由变速箱总成的齿轮箱输入，先带动两组搅拌齿轴，再带动搅龙总成。其整体布局为上下布局，两根搅拌轴是水平布置；搅拌轴主要是将大块肥料进行搅拌粉碎，同时将混合肥搅拌均匀，防止出现结拱和拥堵现象。搅龙总成将肥料推送至排肥口，排送至开出的沟槽中。

排肥机构主要工作部件为螺旋搅龙，决定了有机肥的投料速度，其主要结构及性能参数有螺旋直径D、内径d、螺距S及螺旋轴转速等。

1)螺旋直径。

(1)

式中Q—输送能力；

K—物料特性系数；

ψ—填充系数；

C—倾角系数。

计算圆整后，螺旋叶片的直径圆整为200mm。

2)螺旋轴内径。

d=(0.2～0.35)D

(2)

由D=200 mm，得出d=40mm。

3)螺旋轴转速。螺旋轴转速主要影响有机肥输送速度,螺旋轴转速快，有机肥排肥能力就高。

V=G/Q

(3)

式中V—螺旋轴转速;

G—每转下肥量,即每节距肥料质量；

Q—施肥效率。

经计算，转速V=33.75 r/min。

4)螺旋节距。

料槽内肥料的横截面面积F为

(4)

式中D—螺旋叶片直径；

ψ—物料填充系数；

C—倾角系数。

1个节距内的肥料的质量G为

G=F·S·ρ

(5)

(6)

式中G—1个节距内的物料的质量；

F—螺旋横截面面积；

S—节距；

ρ—物料松散密度。

该螺旋输送装置最大的生产率为5t/h，螺旋轴的最大转速为33.75r/min，由式(4)～式(6)计算可得：S=160mm。

2.3变速箱总成

变速箱总成主要由齿轮减速箱总成、锥齿轮箱总成及链轮箱总成等组成。减速箱主要分为两部分，分别为开沟装置和排肥机构进行减速。变速箱三维造型图如图5所示。

工作时，拖拉机动力由输入轴输入至变速箱总成的锥齿轮箱总成部分，减速增扭并改变传动方向后，传向两个方向。传向链轮箱部分经过链轮传动的减速增扭将动力传递给开沟机刀盘总成；另一方向经过齿轮减速箱的减速增扭，传递至肥箱的排肥机构，带动搅龙和搅拌齿工作。

A.齿轮箱总成　B.锥齿轮箱总成　C.链轮箱总成

3生产试验与结果分析

3.1试验条件

2015年4月，在新疆生产建设兵团农八师，委托新疆生产建设兵团农业机械检验测试中心，依据有机肥深施机试验方法，对装备进行了测试。装备测试作业现场如图6所示。

图6　田间测试

试验田块试验条件如表2所示。

表2　试验条件

3.2试验结果

试验过程中，装备工作平稳、性能可靠、生产率高、施肥均匀，测得主要作业性能指标如表3所示。据测算，每台施肥机每天按作业6h计算，每天可作业20hm2左右。按每年作业期1个月计算，每年可作业600hm2，极大地缓解了团场劳动力紧缺及施肥作业成本高等问题。

表3　试验结果

4结论

1)依据新疆葡萄种植模式及有机肥深施要求，完成了1KF-40型有机肥深施机的研制，解决了人工深施有机肥存在的劳动强度大、效率低等问题，实现了葡萄有机肥深施的机械化作业；

2)试验结果表明：装备工作平稳、性能可靠、生产率高、施肥均匀，开沟深度达410mm，开沟宽度280mm，覆土厚度240mm，施肥量1 241kg/hm2，生产率3.7hm2/h，符合葡萄有机肥深施机械化作业要求。

参考文献：

[1]蒲胜海,张计峰,丁峰,等.新疆葡萄产业发展现状及研究动态[J].北方园艺,2013(3):200-203.

[2]赵中华.新疆葡萄生产机械应用现状及发展方向[J].农业技术与装备,2008(4):33-34.

[3]吴世磊.有机肥和化肥配施对夏黑葡萄生长与品质的影响研究[D].雅安：四川农业大学,2013.

[4]郭洁,孙权,张晓娟,等.生物有机肥对酿酒葡萄生长、养分吸收及产量品质的影响[J].河南农业科学，2012,41(12):76-80.

[5]周兴.不同有机肥对酿酒葡萄生长及果实品质的影响[D].银川：宁夏大学,2013.

[6]施继红.农家肥撒施机工作部件的试验研究[D] .长春：吉林农业大学，2002．

[7]张睿,王秀,赵春江,等.链条输送式变量施肥抛撒机的设计与试验[J].农业工程学报，2012，28(6)：20-25．

[8]任素芬.2SF-18型离心式液压施肥机[J].新疆农机化，2005(3)：33-34．

[9]张艳红,秦贵,秦国成,等.2F-5000 型链耙刮板式大肥量有机肥撒施机设计[J].农业机械，2011(21)：74-76．

[10]张加清,刘丽敏,陈长卿,等.大棚果园开沟深施肥机的设计研究[J].农机化研究,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

文章编号：1003-188X(2016)06-0155-04

中图分类号：S224.22

文献标识码：A

作者简介：蒙贺伟(1982-)，男，新疆伊犁人，副教授，硕士， (E-mail)mhw_mac@126.com。通讯作者：李亚萍(1980-)，女，黑龙江虎林人，讲师，硕士，(E-mail)lyp_mac@shzu.edu.cn。

基金项目：新疆生产建设兵团工业科技计划项目(2013BA009)；石河子大学重大科技攻关计划项目(gxjs2012-zdgg04)

收稿日期：2015-05-14