深耕起垄理墒一体化微耕机的研究与应用

万 磊，普艳武，杨正权，胡卫宗，张芬芬，温丽娜，徐 云

（1.云南省烟草公司昆明市公司寻甸分公司 昆明 650051；2.昆明市寻甸县七星镇 昆明650000；3.农业部云南烟草生物学及加工科学观测实验站 昆明 650205）

深耕起垄理墒一体化微耕机的研究与应用

万 磊1，普艳武2，杨正权1，胡卫宗1，张芬芬1，温丽娜3，徐 云3

（1.云南省烟草公司昆明市公司寻甸分公司 昆明 650051；2.昆明市寻甸县七星镇 昆明650000；3.农业部云南烟草生物学及加工科学观测实验站 昆明 650205）

针对云南山地烟区烟地不规整，整地理墒困难、人力投入大、大型机械操作成本高的实际情况，在现有微耕机的基础上，改进并设计了一种可单人操作，集深耕、旋耕和起垄理墒于一体的农用微耕机具，经应用测试，可以满足云南山地烟耕作深度30 cm、理墒高度30 cm的栽培要求，该一体化微耕机整地理墒效益高，成本低，操作简单、安全，特别适合云南山地烟区推广应用。

一体化；微耕机；研究；应用

整地理墒是烤烟种植过程中的重要基础环节，理墒质量的高低影响烟苗移栽后的成活率和壮株率［1］。在云南山地烟区，由于受地理条件限制，大型机耕起垄机械适用性低，运行成本高［2］，整地理墒工作需要烟农投入大量的人力及资金成本。实行小型机械化作业，有效降低山地烟整地理墒的人力成本，是实现山地烟减工降本的有效途径。目前使用的小型微耕机具，深耕、旋耕、理墒环节分离，使用效果差，耕地深度达不到要求，不利于烟草根系生长及养分吸收［5］，且工序繁琐［3-4］，无法实现深耕、起垄、理墒一体化，烟农通常需要重复作业，增加了整地理墒成本［6］。因此，如何提高整地理墒效率，优化机耕工序，使资金得到更有效的利用，达到减工降本的目的，已经成为山地烟区烟农亟待解决的问题。

笔者通过借鉴国内先进经验，结合云南山地烟的耕作特点，研究设计了一种集深耕、旋耕、起垄功能于一体的微耕机，该机整地理墒效益高，成本低，操作简单、安全，特别适合云南山地烟区推广应用。

1 结构与工作原理

1.1 结 构

深耕起垄一体化微耕机主要由深耕器、旋耕器、起垄器、小犁、开沟器、连接杠杆、发动机和空气滤清器等组成。如图1所示。

图1 深耕起垄一体化微耕机主要部件设计示意图

1.2 工作原理

该微耕机集成农机装置，装有深耕刀片、旋耕刀片、起垄刀片、小犁和开沟器，采用柴油发动机提供动力。工作时，发动机通过连接杠杆带动各种刀片运行，通过螺旋式刀片带动微耕机前进 ，旋耕刀片和起垄刀片组合工作碎垡土壤，改善土壤通性及物理结构。此外，微耕机前部的三角小犁能够有效地减少机耕前进过程中的阻力；后部的开沟器能够最大化去除沟壑内残留的淤土，完成理墒起笼，实现了深耕、旋耕、理墒和起笼的一体化作业；起笼调节杆能根据不同作物或品种的需求，调整垄距，0.8～1.5 m之间；平衡杆能确保墒面平整，无明显波幅震动。

2 动力选择与关键部件设计

2.1 微耕机的动力

该微耕机动力从目前市场上的柴油微耕机系列中选择，发动机必须满足熄火次数少和安全系数高两个要求，正常作业时平均熄火次数最多为每0.67 hm2熄火1次。动力太小，整地理墒时易出现熄火；反之动力过大，作业人员难以操控，安全系数低。因此发动机必须具备合适的规格和马力［7］。通过实地测试，配备8.83 kW发动机时耕作0.67 hm2烟地出现2次熄火，配备10.30 kW发动机时耕作0.67 hm2烟地未出现熄火，而11.77 kW发动机动力过大，作业人员难以操控，安全系数低。因此，采用10.30 kW的发动机较为适宜。

2.2 深耕器刀片

深耕器刀片是整地的重要部件，主要用于控制耕地深度和宽度，将深层土壤进行翻耕晾晒，可有效减少土传病虫害的侵染几率，而合理的刀片数量和长度能有效加深土壤耕作深度及宽度。根据云南山地烟区烤烟生产的实际要求，一般需要耕地深度≥30 cm，单边耕地宽度应达到60 cm，才能较好地满足烤烟的种植要求，因此，需要对市场上的深耕器单边长度40 cm、刀片旋耕半径15 cm 、刀片数32片的规格进行改进。经过多次实地测试，确定深耕器单边长度增加至55 cm、刀片旋耕半径增加至17 cm，刀片间距由10 cm缩短至5 cm，总刀片数调整为24片，刀片形状由扁平片状改为弧形圆柱状，刀头形状改为三角形。这样的改进组合能够较好满足深耕30 cm、单边耕地宽度60 cm的要求。2种深耕器的比较如下图2所示。

图2 2种深耕器比较图

2.3 起垄器刀片和深耕起垄组合器

起垄器刀片是理墒的主要部件，主要作用是起垄理墒。起垄理墒质量是创造良好土壤环境、促进烟株根系生长的重要基础。根据山地烤烟理墒起垄高度应达到30 cm、垄间距应达到120 cm的要求，起垄器刀片需要将原来的起垄半径15 cm增加至17 cm，以便增加起垄的高度。与此同时，将设计的深耕器刀片与起垄器组合在一起，形成了深耕起垄组合器，一次性作业就可完成深耕与起垄，且同步后的烟墒基本满足30 cm的高度要求，旋耕后的烟田无较大土垡。深耕起垄组合器如图3所示。

2.4 开沟器

图3 深耕起垄组合器

开沟器是理墒的重要部件，其主要作用是确保烟垄沟直、沟底平、垄土细碎，垄型饱满且平整，并可根据不同烤烟品种的种植需要调整垄距，起垄后垄间沟壑无明显残留淤土，垄间距在1～1.2 m之间，垄面墒面平整。为了实现这一目标，将开沟器设计为沟心分土器、垄距调整器和墒面平整器三个部分。沟心分土器的功能是将深耕起垄组合器工作时的底土均匀分至两边烟墒，使两边墒土厚实，两墒之间的垄沟深而平，避免垄沟积水；垄距调整器的功能是通过调节两片调节杆的夹角大小相应地改变两墒的间距，以满足不同烤烟品种种植对墒距的要求；墒面平整器的功能是在理墒过程中刮平墒面土壤，使墒面平整厚实。开沟器设计如下图4所示。

图4 开沟器

2.5 减阻小犁

在微型发动机动力前进中，由于发动机头下有一个轧包，因此在前进过程中会产生一定的阻力影响前进速度。为此，特别设计一个减阻小犁安装在发动机头下方，小犁为梭形，高19 cm、低宽9 cm。经过测试，安装小犁后，前进阻力大大减少，前进速度明显提升。减阻小犁设计如图5所示。

图5 减阻小犁设计

2.6 空气滤清器

微耕机原有空气滤清器的进气口比较低，作业时大量灰尘进入，常常导致微耕机停顿、熄火。为此，将空气滤清器的高度增高至40 cm，同时添加一层空气滤清网。由于增加了高度，进灰量减少，同时空气滤清网又起到过滤灰尘的作用，因此在作业过程中，机器工作稳定，作业效率明显提高。

3 集成组装与整机测试

将各个部件进行组装，形成集深耕、旋耕、开沟起垄、整地理墒所有工序于一体的微耕机具。实地操作测试表明，该一体化微耕机深耕旋耕深度好、开沟直、起垄的墒高及土壤饱满度好，其耕地、整地、开沟、理墒质量能够满足烤烟种植的标准要求，在云南山地烟种植区具有很高的推广应用价值。一体化微耕机整机如图6所示。

3.1 测试时间和地点

2015年6月5～15日，在寻甸县烟草科技试验基地试验田中进行实地测试。微耕机由当地烟农操作，数据由基地科技人员观察记录。

3.2 耕地深度、理墒高度测试

在试验基地重复10次的操作测试，一体化微耕机的耕地深度及理墒高度均达到了设计要求。测试结果见表1。

图6 一体化微耕机组合图

表1 一体化微耕机整地理墒耕作深度及墒高

由表1可知，使用本设计一体化微耕机进行深耕、整地、理墒作业，耕地深度可达32～35 cm，墒高达到28～32 cm，且深耕后的烟田无较大土垡，完全满足烟叶种植的标准要求。

3.3 耕作效率测试

在试验基地26 013 m2烟地中的应用测试，应用一体化微耕机开展耕地理墒，取得了显著的效益。测试结果见表2，其中成本包含人工和燃料成本。

表2 一体化微耕机作业效率

由表2可知，一体化微耕机完成667 m2烟田的深耕、理墒、起垄作业用时35 m in，耗油1.8 L，合计人力和物资成本约105.90元，比改进前的199.80元降低93.90元/667 m2，合计节约成本3 662.1元，效益显著。以试验地区寻甸县山地烟种植面积10万亩计算，如果60%的烟田推广应用一体化微耕机开展耕地理墒，将节约成本563.40万元，效益十分明显。

4 结论与讨论

对现有微耕机动力、深耕器刀片、起垄器刀片、起垄器刀片与深耕器刀片组合、开沟器、减阻小犁的选择设计及空气滤清器的改进，组装形成了集深耕、参考文献：

起垄、整地理墒为一体的微耕机，实现了耕地理墒的一体化操作，提高了工作效率，节约了耕地理墒成本，提高了烟草公司对烟农整地理墒补贴经费在烟草合作社的综合利用率，降低了烟农的劳动强度，应用效益明显，推广应用前景良好。然而，该一体化微耕机的配置、改进和设计主要以实际操作测试结果为依据，没有对其进行动力学原理及动力学数据的测试今后要进一步优化配置，进一步减少烟农的劳动力投入，降低烟叶生产成本，有效提升烟农烤烟种植的收益。

［1］ 刘国顺. 烟草栽培学［M］. 北京：中国农业出版社，2003.

［2］ 王志琴，任树梅，王 龙，等. 我国烤烟生产机械化现状调查分析［J］.农业机械，2014，4（5）：111-113.

［3］ 闫国琦，张铁民，徐相华，等. 我国微耕机技术现状与发展趋势［J］.安徽农业科学，2008，（25）：422-424.

［4］ 张柯柯，卢剑锋，张富贵. 微耕机的结构设计和动力学分析［J］. 农机化研究，2012，4（4）：58-62.

［5］ 李 卓. 烟田小型深耕机设计与研究［D］. 重庆：西南大学，2013.

［6］ 陈宝森. 烟叶生产成本与烟农增收研究——基于凉山州、阜新市的实证分析［D］. 雅安：四川农业大学，2012.

［7］ 薛 冰，马卫东. 烟田挖坑施肥机的试制与试验研究［J］. 农机化研究，2014，（3）：163-164.

（责任编辑：贺 艺）

Developm ent and Application of Micro-Cultivator with Ploughing-Ridging-Moisture Managem ent Integration

WAN Lei1，PU Yan-wu2，YANG Zheng-quan1，HU Wei-zong1，ZHANG Fen-fen1，WEN Li-na3，XU Yun3
（1. Yunnan Tobacco Companies， Kunming Branch， Xundian Branch， Kunming 650051， PRC； 2. Qixing Town of Xundian County of Kunming，Kunm ing 650000， PRC； 3. Observation Experimental Station of Tobacco Biological Characteristics and Processing Science in Yunnan ，Ministry of Agriculture ， Kunming 650205， PRC）

According to irregular tobacco planting feld， the diff culties of soil moisture management， too much input of manpower and high cost of large machinery operation， based on the existing Micro tillage machine，an agricultural Micro tillage machine was im proved and designed for deep tillage， rotary tillage and ridging and moisture， through app lication testing， can satisfy the cultivation requirements of Yunnan mountain tobaccotilling depth 30 cm and 30 cm in height， the integration micro tillage machine was high eff ciency in soil moisture management， low cost， simple operation and safe， especially suitable for the popularization and application in Yunnan mountain areas.

integration； Micro tillage machine； research； application

S222

A

1006-060X（2016）09-0024-03

10.16498/j.cnki.hnnykx.2016.09.008

2016-06-12

深圳中烟寻甸羊街基地单元建设及云南省烟草公司项目联合资助（2014YN19）

万 磊（1976-），男，云南昆明市人，助理农艺师，研究方向为烟草栽培与管理。

徐 云