草莓旋耕起垄变量施肥机的设计**

李 浩，康 敏，刘正刚，刘 燕

（1.南京农业大学工学院，江苏 南京 210095；2.江苏清淮机械有限公司，江苏 淮安 223010；3.农业农村部南京农业机械化研究所，江苏 南京 210008）

0 引言

草莓因适应性强、种植周期短、经济效益高等特点，已成为我国许多省份实现增收致富、发展现代设施农业的首选作物[1-3]。江苏省作为我国草莓种植大省，仅2018年草莓种植面积就高达1.93万hm2，总产量超过55万t，位居全国第四[4-5]，对促进生态文明建设和助力乡村振兴具有重要意义。

目前，国内草莓旋耕起垄施肥机存在自动化程度低、起垄高度低等诸多缺陷。山东青州华龙公司[6]生产的1ZKNP-125型旋耕起垄机可一次性完成旋耕、起垄、镇压作业，且装有液压偏置装置，机具作业中可左右偏移，最大偏移距离可达到30 cm；黑龙江德沃科技公司[7]生产的1DZ-180型旋耕起垄机采用双刀辊切削原理、牵引式结构形式，提高了设备对不同农作物、不同区域种植农艺要求的适应能力。但上述机具仍存在起垄高度低、无法实现变量施肥等问题。而国外对草莓旋耕起垄施肥机的研究起步较早，相关技术发展成熟，研制的机型也具有较高的作业效率。其中，意大利HORTECH公司生产[6]的旋耕起垄机，可一次性完成旋耕切土、精细碎土、精量施肥、起垄定型等多项联合作业。但其价格昂贵，难以在国内市场大面积推广。

基于以上现状，课题组设计了一种草莓旋耕起垄变量施肥机，可一次性完成松土、翻土、对位分层施肥、起高垄作业，且能根据不同农艺要求，对施肥量进行调节。经试验证明，该施肥机能够满足草莓种植的农艺需求。

1 总体结构与工作过程

1.1 总体结构

课题组设计的草莓旋耕起垄变量施肥机主要由机架、起垄装置、旋耕装置、施肥装置、传动系统，以及三点悬挂机构工作部件组成，如图1所示。

图1 草莓旋耕起垄变量施肥机结构示意图

1.2 工作过程

草莓旋耕起垄变量施肥机采用三点悬挂的方式挂接在机身上。首先，将变速箱与拖拉机外接动力源进行连接，动力经过输入轴传递给中间轴驱动输出轴上的旋耕刀，完成碎土、松土作业。然后，向肥箱体中加入肥料，肥料依靠自身重力流入到施肥盒中，在施肥轴的带动下通过排肥管流入到落肥管中，最终通过落肥管设置的上出肥口和下出肥口流入到不同层次的土壤中，从而实现对位分层施肥。此外，本装置还通过控制落肥管分叉处开口开度来实现变量施肥，通过链传动输出动力带动起垄刀轴作圆周旋转运动，将旋耕疏松后的土壤向中间挤压形成与起垄刀刀形一致的垄形，完成起垄作业。

1.3 主要技术指标

课题组设计的草莓旋耕起垄变量施肥机的主要性能指标如表1所示。

表1 主要性能指标

2 主要工作部件的设计

2.1 施肥装置

草莓旋耕起垄变量施肥机施肥装置主要由肥箱体、施肥盒、施肥轴、排肥管、落肥管、电机等组成，如图2所示。其工作过程是肥料依靠自身重力流入到施肥盒中，在施肥轴的带动下经排肥管流入到落肥管中。其中，落肥管内部结构示意图如图3所示，落肥管设置了上出肥口和下出肥口，且内部设有流量调节块，可以通过旋转流量调节块调节分叉口开度，进而根据不同的农艺种植要求实现分层变量对位施肥，提高了肥料利用率和植物吸收养分的能力[8]，还可以通过改变电机电压来实现施肥轴转速的实时调节，进而实现排肥量的调节。

图2 施肥装置结构示意图

图3 落肥管内部结构示意图

2.2 起垄装置

草莓旋耕起垄变量施肥机采用双垄双行的作业模式。其中，起垄装置如图4所示，主要由起垄刀轴、起垄刀等组成。通过链传动输出动力带动起垄刀轴作圆周旋转运动，拖拉机带动起垄装置作直线前进运动。作业过程中，起垄刀将旋耕疏松后的土壤向中间挤压形成与起垄刀刀形一致的垄形，起垄刀轴控制垄高并压实土壤保持垄台平整。起垄垄形示意图如图5所示，总体呈“梯形”形状，其中垄高约40 cm，垄宽约22 cm，垄间距约100 cm。

图4 起垄装置结构示意图

图5 起垄垄形示意图

2.3 旋耕装置

旋耕装置作为农业触土的重要部件，主要用于疏松土壤，为后期起垄和抚平做准备[9-10]。课题组设计的旋耕装置主要由旋耕刀轴和旋耕刀组成，如图6所示。为了缩短传动路径，使旋耕机构结构紧凑，将减速器的输出轴直接作为旋耕刀轴，旋耕刀对称安装在减速器两侧，这样便可以通过拖拉机动力输出轴传递动力给减速器的输入轴，动力经过输入轴再传递给中间轴，从而驱动输出轴上的旋耕刀进行松土、碎土作业。

图6 旋耕装置结构示意图

3 田间试验

草莓旋耕起垄变量施肥机经试验改进完善，于2021年4月在涟水田间进行试验。作业过程中，可以实现施肥深度和施肥量的调节，起垄质量好，不易变形和坍塌。田间试验效果如图7所示。

图7 田间试验效果图

试验结果表明，草莓旋耕起垄变量施肥机的各项指标均满足我国草莓种植的农艺要求，可变量和分层对位施肥装置更好地适应了不用品种草莓的种植要求。因此，该机的应用加快了我国草莓机械化种植技术的步伐，具有较高的社会效益和经济效益。

4 结论

1）该草莓旋耕起垄变量施肥机，可一次性完成松土、翻土、施肥、起垄等多项作业，与传统的单一机械相比，减少了作业次数，降低了劳动成本，大大提高了作业效率。

2）该草莓旋耕起垄变量施肥机，可以根据不同草莓品种的农艺需求实现分层变量对位施肥，更好地促进了植株的发育，提高了肥料的利用率。