玉米大豆带状复合种植专用中耕施肥机研制与试验

冯卫东，仇维佑，朱 松，刘天星，张荣成，邢全道

（1.江苏省农垦农业发展股份有限公司临海分公司，江苏 盐城 224000；2.江苏省农垦农业发展股份有限公司现代农业研究院，江苏 南京 210000；3.江苏省农垦农业发展股份有限公司黄海分公司，江苏 盐城 224000；4. 江苏省农垦农业发展股份有限公司淮海分公司，江苏 盐城 224000）

0 引 言

玉米大豆复合种植模式可实现“玉米不减产，增收一季豆”[1-2]，是解决粮食危机的有效措施，为高质量完成农业农村部玉米大豆带状复合种植推广项目，综合考虑江苏农垦土壤、气候与规模化、组织化及机械化现状，江苏省农垦农业发展股份有限公司最终选择“4+4”宽窄行开沟骑畦种植模式为玉米大豆带状复合机械化种植主推模式。肥料对于玉米大豆大田生产的作用至关重要，但目前市场上现有的中耕施肥机多用于玉米专业使用，其结构不适宜玉米大豆带状复合种植模式作业[3-5]；而且对江苏农垦黏性板茬土壤与雨水较多的环境作业适应性较差，机具易产生结构变形。不同模式玉米跟大豆行间距不一致，杂草较多，需进行除草和松土作业,对机具的附加功能提出了新需求，现有中耕施肥机具容易伤苗[6]；玉米后期施“拐子肥”时，高度较高，目前市面上的常规机具无法根据作物高度调整施肥机具，而施肥腿将施肥沟内的秸秆勾起造成堵塞。本文针对上述问题设计研制一种新型的玉米大豆专用中耕施肥机，解决玉米大豆复合种植施肥问题，增加玉米大豆产量，节本增效。

1 总体结构与工作原理

江苏省农垦农业发展股份有限公司采用的玉米大豆复合种植模式为“4+4”模式，中间为4 行大豆，两侧分别为2 行玉米，整个畦面宽为3.9 m。根据种植模式来进行专用中耕施肥机的整机结构设计，主要包括机架、肥箱、上料机构、除草机构、施肥机构以及动力传动系统，肥箱通过软管与施肥机构相连，具体三维结构图如图1 所示。此结构能够有效解决玉米大豆复合种植过程中作物除草和施肥问题，结构简单，造价低，不仅能够提高肥料利用率，还能降低人工成本。

图1 专用中耕施肥机结构图

该机具配套动力为58.8 kW 窄轮拖拉机，在大豆玉米施肥除草期间进行作业，拖拉机车轮路径为玉米大豆行，将肥料施于行间，有利于作物充分吸收肥料。

2 关键部件设计分析

2.1 框架结构设计

中耕施肥机悬挂机架由主支架与连接主支架两侧的侧翼支架组成，其中玉米肥箱、添肥机构、除草机构以及施肥机构安装于侧翼支架上，侧翼支架框架采用加高设计，增强了机具的通过性，保证高度在1.5 m 以上作物的施肥效果，满足玉米各生长阶段施肥需求；机架下方安装仿形地轮，有效地稳定施肥深度，同时降低过沟冲击，还可以传递动力；在仿形地轮后方增设刀架附加除草和松土的新功能，整体框架示意图如图2 所示。

图2 机架结构

2.2 施肥机构与除草机构设计

施肥机构与除草机构作为中耕施肥机的核心部件，直接影响玉米大豆最终的产量与效益。该机具采用圆盘式施肥方式，施肥腿结构简单，入土性能强，可以根据施肥深度进行上下调节，圆切盘设置在施肥腿前方，可将杂草切断，避免施肥腿堵塞，有效解决秸秆堵塞问题。玉米大豆行间增设除草机构，除草机构由中耕铲、支撑架以及割刀组成，采用刀架式结构进行除草满足新的需求，刀架为两组，通过支撑框架固定于机架上，每个刀架对应设置在中耕施肥仿形地轮行进方向的后侧，每个刀架主要由正对于仿形地轮后侧的三对铲刀组成，除草机构也可根据田间实际情况进行上下调节。具体结构如图3 所示。

图3 施肥机构与除草机构

2.3 上料机构设计

为方便添加肥料，该机具设计一种自动添肥上料机构，不需要人工，极大地提高了工作效率。上料机构包括转动梁、推杆以及添肥簸，转动梁的一端铰接于侧翼支架并通过推杆驱动绕铰接点转动，另一端可转动地与添肥簸连接，添肥簸的底端设有转动支架，转动梁上设有转动支座，转动支座与转动支架设有相适配的通孔，通过穿接固定销实现转动支架与转动支座的固接，转动支座由平行设置的两扇形支撑板组成，通孔开设于两扇形板上。转动支座通过一端连接套管的短梁连接于转动梁上，两扇形支撑板固定于短梁上，套管上旋接有调节螺母，短梁通过套管可滑动地连接于转动梁上，结构示意图如图4所示。

图4 上料机构示意图

3 样机试验研究与大田作业推广

将设计好的样机进行三维虚拟装配，接着依据二维图纸进行零部件的加工，玉米大豆带状复合种植专用中耕施肥机样机如图5 所示。

图5 中耕施肥机样机

图6 实际田间试验

田间试验主要测试中耕施肥机的工作性能，评估机具施肥效果是否符合玉米大豆复合作业中耕作业农机、农艺要求，试验之前在田间按照农垦模式种植玉米和大豆，然后进行施肥效果的稳定性试验，机具配套窄轮拖拉机，进行施肥深度与实际施肥量的测定，将实际施肥量与预计施肥量进行比较，得出比值（表1），结果显示中耕施肥机在作业过程中施肥量稳定，施肥深度波动不大，施肥量均稳定在90%以上，符合中耕施肥作业要求。

表1 施肥结果参数

机具进行批量生产后用于大田作业，如图7所示，其效果显著，岗埠分公司玉米产量每667 m2达700 kg，该机具适用于玉米大豆“4+4”复合种植模式，降低了人工成本，玉米大豆增产增效，提高了效益。

图7 大田作业效果图

4 结论及建议

4.1 结论

（1）该中耕施肥机由机架、肥箱、上料机构、除草机构、施肥机构以及动力传动系统组成，采用两侧高地隙玉米施肥机构，适应玉米高度1.5 m 以上，中间为跨大豆行中耕防草机构，与窄轮拖拉机配套跨大豆行走作业，可同时实现玉米与大豆的中耕施肥作业，不需要高地隙自走式拖拉机，行走通过性与可靠性高；玉米施肥机构设计采用上下自动伸展仿形靴式开沟器配套破茬圆盘刀，可以满足玉米行间稳定深度施肥，且不易堵泥草，结构简单，稳定可靠。

（2）田间试验以及大面积作业效果表明，该机具可提高工作效率，节省人工成本，增产增效；中耕施肥机在工作过程中施肥量稳定，施肥深度波动稳定，施肥量均稳定在90%以上，符合中耕施肥作业要求。

4.2 建议

由于玉米大豆“4+4”带状复合种植模式是新模式，在中耕施肥机的设计试制中也存在着一些问题，接下来要进一步改进，供有关玉米大豆复合种植单位参考，主要有以下几点：

（1）改进玉米行中间错位反向双圆盘覆土装置，结合苗侧双肥管撒肥，将土覆于苗侧并覆盖肥料，解决中间开沟施肥距苗太远、苗期施肥不足问题。

（2）重新设计玉米大豆宽行机械中耕除草机构，更换成旋耕除草装置，提高宽行除草效果。

（3）考虑大豆对肥料的需求没有玉米高，所以在实际样机试制时并没有增加大豆施肥箱，接下来增加大豆排肥箱，解决大豆追肥问题，并增加施肥堵塞电子报警机构。