2FPG-40型葡萄開溝施肥機的研制

郭新剛，李亞雄，劉洋，王濤，李斌（.新疆科神農業裝備科技開發股份有限公司，新疆石河子83000；.新疆農墾科學院機械裝備研究所）

2FPG-40型葡萄開溝施肥機的研制

郭新剛1，李亞雄2，劉洋2，王濤2，李斌2
（1.新疆科神農業裝備科技開發股份有限公司，新疆石河子832000；2.新疆農墾科學院機械裝備研究所）

施肥是葡萄種植過程的重要環節，針對新疆葡萄搭棚種植的模式，利用盤刀開溝方法，設計了開溝、施肥和覆土埋溝一次完成的葡萄開溝施肥機具，施肥深度可以根據要求進行調整，開溝刀盤側置，可以滿足開溝施肥與葡萄根莖之間距離較小的要求。通過田間試驗表明，機具可以與40.4kW的拖拉機配套行走在搭棚種植的葡萄地中施肥作業，在作業速度為30m/min時，施肥深度40cm，施肥裝置無堵塞現象，覆土起壟均勻，達到了葡萄種植結果期的施肥要求。

葡萄；2FPG-40型施肥機；開溝；施肥

新疆是我國葡萄種植的主要地區，葡萄種植普遍采用矮、密的種植模式，行距為3.0～3.5m，種植株數280～300株/667m2，一些地區葡萄種植采用搭棚種植的方法，棚高1.7～2.0m。在施肥環節，普遍采用滴灌技術，將肥料溶解在水中進行滴灌施肥，但是在春季葡萄上架、秋季收獲前期或入冬埋藤時，需要對葡萄施有機肥，這些有機肥不能溶解在水中進行滴施，必須采用開溝或挖坑施肥的方法。不同生長期的葡萄開溝或挖坑施肥的深度不同，定制當年的葡萄在距葡萄根莖20～30cm處挖10cm深進行施肥，進入結果期的葡萄一般在距葡萄根莖50cm處挖40cm深進行施肥[1-3]。

葡萄搭棚種植使得體積較大的大馬力拖拉機不能進入葡萄地中，只有40.4kW以內的拖拉機在去掉駕駛棚后可以行使在葡萄地中。因此，在研制葡萄施肥機具時，必須同時兼顧施肥機具配套拖拉機動力、距根莖距離和深度。為此，新疆農墾科學院機械裝備研究所利用盤刀側置開溝方法研制了2FPG-40型開溝施肥機，該施肥機集刀盤開溝、施肥鏟撒肥入溝和溝上覆土起壟于一體，開溝深度和施肥量可以調整，滿足了葡萄種植施肥的農藝要求。

1 整機結構和工作原理

2FPG-40型葡萄開溝施肥機主要由傳動齒輪箱、機架、開溝刀盤、施肥鏟、覆土擋板、驅動調位滾筒、肥箱、傳動螺旋等組成，整機結構如圖1所示。

2FPG-40型葡萄開溝施肥機由拖拉機后三點懸掛牽引，拖拉機動力輸出軸與傳動齒輪箱之間由萬向傳動軸連接，經過齒輪箱內1對錐齒輪改變傳動方向和1對直齒輪減速，將動力傳動到開溝刀盤，傳動齒輪箱傳動原理如圖2所示。作業時，機具在懸起狀態下由拖拉機動力輸出軸驅動開溝刀盤轉動，開溝刀盤在機具前進方向逆時針旋轉，機具被放下的同時向前行走，直到驅動調位滾筒與地面接觸，達到最大開溝深度；驅動調位滾筒與地面接觸后開始轉動，通過鏈條傳動驅動肥箱內的傳動螺旋轉動，將肥箱中的肥料向施肥鏟上方的排肥口推動，使肥料不斷的從排肥口落入施肥鏟，施入溝底；最后固定在施肥鏟后方的覆土擋板將溝兩側的土壤推入溝中，并形成土壟，完成開溝施肥[4]。可以通過調整驅動調位滾筒上的調位拉桿的位置，改變滾筒相對刀盤的高度來改變開溝深度；通過調整固定在肥箱排肥口下端插板的位置，改變排肥口的開度，來調整施肥量[5]。

圖1 2FPG-40型葡萄開溝施肥機結構

圖2 傳動齒輪箱傳動原理示意圖

2 主要技術參數

外形尺寸（長、寬、高，mm）2100×1700×1200

整機重量（kg）750

配套拖拉機功率（kW）40.4

肥箱容積（m3）0.4

作業幅寬（mm）1700

開溝行數（行）1

開溝深度（cm）25～42

開溝寬度（cm）15

作業速度（m/min）＜30

動力輸出軸轉速（r/min）540

刀盤轉速（r/min）250～300

3 關鍵部件結構參數的選擇

3.1 開溝刀盤的結構參數

開溝刀盤的結構尺寸直接影響著開溝深度和整機性能，開溝刀盤在將土壤拋出的同時會有土壤回流入溝內，造成施肥深度小于開溝深度，為了減少土壤回流量，在開溝刀盤每側的內部安裝2把刀片，將回流的土壤不斷的再次甩出溝內，同時刀盤的回轉半徑大于最大施肥深度2cm，使最大開溝深度大于最大施肥深度。開溝刀盤每側均勻安裝開溝刀片18把，兩側刀片交錯布置，以提高刀盤的受力強度，為了提高機具零件的通用型，刀片選用市面上常見的旋耕機刀片。

3.2 施肥鏟的結構參數

在施肥前，施肥鏟將溝底的松散土壤清理開，然后將肥料撒入溝中。為了避免地面不平整造成的施肥鏟與溝底和溝兩側硬質土壤接觸，增大拖拉機牽引阻力，施肥鏟最下端比開溝深度高2.0cm，施肥鏟下端入溝部分的寬度比開溝寬度小1.5cm。為了避免施肥鏟下端在施肥時發生堵塞，施肥鏟下端設計成傾斜結構[6]。

3.3 驅動調位滾筒的結構參數

驅動調位滾筒起到支撐整機重量和向肥箱內傳動螺旋提供動力的作用。因為開溝刀盤側置，同時傳動螺旋將肥箱中的肥料向施肥鏟一側推動，機具重心向施肥鏟和開溝刀盤一側偏移，造成機具不平衡，作業時會發生傾斜。為了減少傾斜的發生，將驅動調位滾筒放在機具中間位置對稱布置，在結構允許的情況下，驅動調位滾筒的寬度盡可能的取較大，該機驅動調位滾筒寬度為40cm。為了滿足不同施肥深度的要求，可以調整調位拉桿的位置改變滾筒相對刀盤的高度，可開溝深度為25cm、31cm、35cm和42cm。

4 田間試驗

2014年7月，樣機在八師一四五團葡萄種植基地進行田間作業試驗，試驗用配套動力為雷沃歐豹554型拖拉機，拖拉機去掉駕駛棚。

4.1 試驗基本情況

葡萄地種植4年，已進入結果期，行距3m，株距1m，采用搭棚種植，棚高1.7m，每行長50m，土壤干燥，地面平整，雜草較少。對葡萄施以氮、鉀肥，肥料呈顆粒狀，要求在距葡萄根莖50cm處40cm深施肥，每行施肥35～40kg。

試驗時，采用不同的行駛速度進行作業，對開溝深度、施肥深度進行測量，并觀察覆土質量，以及整機平衡性、施肥系統是否有堵塞和土壤拋出飛濺情況。

4.2 試驗結果

表1 不同作業速度下開溝和施肥深度測試結果

試驗結果表明，隨著作業速度的提高，開溝深度變淺，當作業速度為30m/min時，開溝深度40.7cm，施肥深度39.8cm，能滿足施肥要求；當作業速度為35m/min時，開溝深度38.7cm，施肥深度38.1cm（表1），達不到施肥深度要求。施肥深度小于開溝深度是因為開溝刀盤在將土壤拋出后，開溝刀盤周圍的擋土板將拋出的土壤擋住落在溝兩側，形成回土流，在施肥鏟未施肥前已落入溝中，同時開溝刀盤拋出的土壤沿著刀盤護罩內部甩向施肥鏟，一部分土壤在肥料未落下前先落入溝底，造成施肥深度小于開溝深度。因此，機具在要求施肥深度為40cm時，最大作業速度是30m/min。覆土擋板將溝兩側的土壤推入溝中，并形成較為一致的土壟，土壟形狀不受作業速度的影響。整機較為平穩，未發生明顯的傾斜，傾斜的原因是隨著肥箱中肥料不斷施入溝中，機具重量減輕，側置的開溝刀盤為克服土壤阻力，將機具一側頂起，造成機具發生傾斜。肥箱排肥口和施肥鏟未發生堵塞現象。開溝刀盤周圍的擋土板將刀盤拋出的土壤擋住，未發生遠距離拋灑飛濺。

5 分析評價

（1）機具結構特點。開溝刀盤側置，刀盤可以與牽引拖拉機后輪對齊，這樣就可以使刀盤接近葡萄根莖，滿足開溝與葡萄根莖小距離的要求；施肥鏟采用靴式結構，在清理溝底松散土壤和施肥的同時，減小了施肥鏟與土壤的接觸阻力；驅動調位滾筒作為整機重量的支撐部件，較寬的尺寸增大了滾筒與地面的接觸面，提高了機具的平衡穩定性；驅動調位滾筒通過鏈條傳動向肥箱內傳動螺旋提供動力，傳動螺旋將肥料推向排肥口，保證肥料不斷的從排肥口落入施肥鏟中，簡化了傳動結構；機具可以與40.4kW的拖拉機配套作業，滿足了新疆葡萄的種植模式要求。（2）作業性能。通過田間作業試驗，該機的開溝和施肥深度、覆土質量達到了技術要求，對于不同土壤的葡萄地，可以通過調整作業速度和開溝刀盤轉速達到較理想的施肥深度。（3）使用可靠性。試驗過程中，機具未發生施肥堵塞現象；受開溝刀盤側置的影響，機具在肥箱中肥料較少的情況下發生較小的傾斜現象，但未影響開溝和施肥質量；傳動齒輪箱未發生故障，開溝刀盤上刀片未發生變形。（4）應用前景。目前，新疆僅釀酒葡萄種植面積超過4萬hm2，位居全國第1，葡萄種植面積逐年擴大。隨著葡萄種植面積的擴大，勞動力成本的提高，葡萄種植機械化水平將不斷提升，同時，對2FPG-40型葡萄開溝施肥機稍加改進，即可用于紅棗、蘋果、梨種植的施肥，因此，葡萄開溝施肥機具有廣闊的應用前景。

[1]張建成，鄭葉輝，張連正.葡萄施肥技術[J].中國農技推廣，2005（5）：38-39.

[2]劉啟春.葡萄施肥與病蟲害防治技術[J].現代農業科技，2013（15）：124-125.

[3]成池芳，董新平.新疆石河子產區釀酒葡萄種植生態條件分析[J].中外葡萄與葡萄酒，2009（7）：78-79.

[4]李亞雄.開溝施肥機[P].中國：ZL201320628736.4，2014-03-12.

[5]陳志，華國柱，李樹君.農業機械設計手冊（上冊）[M].北京：中國農業科學技術出版社，2007.

[6]劉洋.一種適用于開溝施肥機的排肥裝置[P].中國：ZL201420362285.9，2014-11-12.

2015—03—23