溫室自走式施肥播種覆膜一體機的設計與試驗

劉中正，玄冠濤，邵園園，吳彥強，王連文

(1.山東農業大學 機械與電子工程學院，山東 泰安　271018； 2.山東省園藝機械與裝備重點實驗室，山東 泰安　271018； 3.山東華興機械股份有限公司，山東 博興　256500)

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溫室自走式施肥播種覆膜一體機的設計與試驗

劉中正1,2，玄冠濤1,2，邵園園1,2，吳彥強1,2，王連文3

(1.山東農業大學 機械與電子工程學院，山東 泰安271018； 2.山東省園藝機械與裝備重點實驗室，山東 泰安271018； 3.山東華興機械股份有限公司，山東 博興256500)

摘要：針對溫室大棚內的傳統機械操作不靈活、轉彎幅度大、播種質量差、施肥深度及薄膜地面貼實度不均勻等問題，專門設計了溫室自走式施肥播種覆膜一體機。該機主要由蓄電池、鏈傳動機構、開溝器、施肥裝置、播種裝置、覆土器、鎮壓輪和覆膜機構等工作部件組成，具有良好的工作穩定性、操作靈活性和良好的適應性。試驗表明：該機的各項性能達到了精量施肥、播種及覆膜的技術要求，保證了株距、行距、施肥播種深度、覆膜寬度，促進了農機與農藝相融合。

關鍵詞：溫室； 自走式； 施肥； 播種； 覆膜

0引言

農作物施肥、播種和覆膜作業是整個設施農業發展過程中最重要的一組環節，在溫室大棚中種植不僅能使農作物大幅度增加產量，而且可使農作物避免低溫凍害。目前，國內農業施肥、播種和覆膜機械主要是露天作業，溫室大棚農作物施肥、播種和覆膜過程都采用人工撒肥、人工點播和人工覆膜的方式，出現施肥播種量、施肥播種深度及薄膜地面貼實度不均勻等問題。溫室中，少數采用機械化施肥、播種及覆膜，雖然能夠實現施肥、播種及覆膜作業，但只能保證行距，施肥播種精度低及覆膜效果差，無法實現現代設施農業精量施肥、播種及覆膜技術要求，即無法實現施肥量、播種固定數量、株距、行距、施肥播種深度及覆膜寬度等的農藝要求[1-5]?，F在溫室大棚的設備不具有一次性開溝、施肥、播種、覆土、鎮壓及覆膜等多項作業功能，增加了作業次數，破壞播種效果；工作時操作不靈活、轉彎幅度大及工作不穩定，加之溫室空氣不暢通，造成了溫室環境的污染等問題，不利于溫室大棚農作物的生長。

國外溫室大棚農作物施肥播種及覆膜機械的研究與發展起步比較早，技術比較成熟，施肥播種精度高、覆膜效果好、整體的配套性較好；但由于機器昂貴、維修困難，不適合在我國大面積推廣使用[6-8]。為此，專門設計研制出了溫室自走式施肥播種覆膜一體機。該機在溫室大棚作業時，轉彎幅度小、操作靈活、工作運行平穩，且不會產生有害氣體，可實現一次作業完成開溝、施肥、播種、覆土、鎮壓及覆膜等多項作業，提高了工作效率、降低了勞動強度；同時，保證了施肥量、播種固定數量、株距、行距、施肥播種深度及覆膜寬度技術要求。

1整機設計

1.1　機械整體結構

溫室自走式施肥播種覆膜一體機，主要由機架、蓄電池、可巡航定速器、行走輪、鏈傳動機構、施肥裝置、播種裝置、覆土器、鎮壓輪和覆膜機構等工作部件組成，如圖1所示。該機施肥播種行數為2行，選用的自動排肥器和自動排種器是窩眼式排種器，播種效果好。該機在工作時，可實現一次作業完成開溝、施肥、播種、覆土、鎮壓及覆膜等多項作業，減少了作業次數；操作簡單靈活，轉彎幅度小，施肥、覆膜寬度可控可調，滿足種植農藝要求。

1.2　工作原理

作業時，由可巡航定速器設定好前進速度，蓄電池提供動力，帶動行走輪轉動前進；開溝器破土開溝，行走輪轉動通過鏈傳動機構帶動施肥裝置中的自動排肥器和播種裝置中的自動排種器轉動，將肥料和種子落進肥溝和種溝當中，完成排肥排種；后面的覆土器對入溝的肥料和種子進行覆蓋，鎮壓輪對覆蓋后的肥料和種子進行松土鎮壓，覆膜機構對鎮壓后的肥料和種子進行覆膜，全部作業完成。

1.機架　2.開溝器　3.覆土器

1.3　主要技術參數指標

溫室自走式施肥播種覆膜一體機按照設施農業在溫室大棚農作物種植的農藝要求，確定了該機的主要性能指標，如表1所示。

表1　主要的性能指標

續表1

2主要工作機構的選用和設計

2.1　開溝器的選用

該機采用芯鏵式開溝器，如圖2所示。其優點：①入土性能好，作業穩定。工作時，先由芯鏵入土開溝,兩個側板將土壤擋在兩邊,肥料和種子由排肥管和排種管落于溝底,然后土壤由側板后部落回溝內蓋種。②芯鏵式開溝器開溝寬度可達18cm,開溝深度可達12cm，溝底平整，苗幅寬，可防止干濕土混雜，有利于保墑出苗，適于由溫室大棚使用，確保了良好的施肥播種效果。③開溝器上下左右可進行調整，滿足了不同行距和施肥深度播種深度的作業要求[9-11]。

1.鏵柄　2.芯鏵　3.側板　4.連接件　5.覆土器調位孔

2.2　施肥裝置和播種裝置的設計

該機中的施肥裝置和播種裝置是整個施肥播種作業的重要環節。由于排肥和排種的工作原理相同，因此專門設計了既可以施肥使用也可以播種使用的兩種性能裝置。為避免重復敘述，下面只敘述播種裝置，如圖3所示。

播種裝置主要由種子箱、排種器、排種管及U形連接件等組成。排種器作為播種的關鍵部件，其工作性能的好壞直接影響到播種質量。為此，排種器采用了結構簡單、播種均勻的窩眼式排種器，并對窩眼式排種器的尺寸和窩眼輪等進行改進及優化設計，使其適用于芹菜、小油菜、胡蘿卜、大白菜等作物的播種要求。窩眼式排種器由殼體、刮種片、護種板、窩眼輪及排種管等工作零件組成[12]。

播種作業過程：窩眼輪排種器的工作部件是一個水平軸旋轉的窩眼輪，窩眼輪轉動時，種子靠重力滾入型孔內，經刮種片去除多余的種子后，窩眼內的種子隨窩眼沿護種板轉到下方，靠重力下落進入排種管投入種溝，實現了播種技術要求，播種效果好。

其中，施肥播種前對排肥管和排種管通過U形連接件進行調整高低，滿足了肥料和種子同位分層施肥播種的作業要求，避免出現燒種的現象。播種前，最好對種子進行藥丸式處理，使種子粒度均勻，以便于充種[13-14]。

1.種子箱　2.刮種板　3.排種器　4.護種板

2.3　覆土器和鎮壓輪的設計

由于開溝器只能用少量濕土覆蓋肥料和種子，所以不能滿足覆土厚度的要求。為了降低肥料種子的營養和水分的流失，避免出現涼種現象，通常還需要在開溝器的后面安裝肥料種子覆土用的覆土器和壓實用的鎮壓輪，壓實土壤，使肥料種子與濕土接觸，從而保證播種質量，提高出苗率[15]。

覆土器采用刮板式覆土器，安裝在開溝器的后端，是單一的零件。調整開溝器后端的調位孔，使覆土器上下移動，能夠滿足不同肥料種子覆土厚度的農藝要求。

鎮壓輪安裝在覆土器的后面，通過軸、軸承與機架連接，鎮壓輪可通過在機架上的調位孔的調整，滿足不同肥料種子對土壤壓實的農藝要求。

2.4　覆膜機構的設計

覆膜可保持濕土里的營養和水分，維持土壤結構，防止害蟲侵害，同時保護和促進種子發芽生根，因此通過覆膜機構可提高作業效率、降低勞動強度[16]。

覆膜機構主要由機架、覆膜釋放輪組件(伸縮連桿、覆膜釋放輪連桿、覆膜釋放輪、覆膜釋放輪連接)、軋膜輪組件(伸縮連桿、軋膜輪連接架、彈簧、軋膜輪)及覆土軋盤組件(覆土軋盤連桿、覆土軋盤轉動軸、覆膜軋盤)等組成，如圖4所示。其中，覆膜釋放輪組件中的伸縮連桿可橫向350mm可調，覆膜釋放輪連桿可上下為400mm可調，滿足了對不同施肥播種行距為400mm可調、覆膜寬度為350mm可調及不同的塑料薄膜對肥料種子的覆膜要求。其中，軋膜輪組件中的伸縮連桿可橫向350mm可調，軋膜輪連接架可上下400mm可調，轉動角度為10°可調，軋膜輪的寬度為40mm，彈簧具有動態調整對地面的壓力，提高了覆膜的質量，滿足施肥播種不同行距為400mm可調、軋膜寬度為650mm可調；覆土軋盤組件中的覆土軋盤連桿上下為350mm可調且旋轉為30°可調，覆土軋盤轉動軸可橫向為300mm可調，覆土厚度為30～50mm，覆土寬度50～80mm。

覆膜作業過程：該機施肥播種后，覆膜釋放輪組件將塑料薄膜展開并覆蓋施肥播種處，機架左右兩端的軋膜輪組件對塑料薄膜兩邊進行壓緊，將塑料薄膜橫向拉緊并緊貼施肥播種的地面；然后由機架后端覆土軋盤組件對塑料薄膜兩邊進行覆土，從而完成整個的覆膜作業。

1.機架　2.覆膜釋放輪連桿　3.軋膜輪組件　4.覆土軋盤

3試驗效果

溫室自走式施肥播種覆膜一體機于2014年10月在山東農業大學實驗基地的溫室大棚內進行試驗，肥料為山東農業大學復合肥，其物理形狀為顆粒狀，蔬菜種子是大白菜，種子經過丸?；幚?。性能試驗結果如表2所示。

表2　性能實驗結果

試驗中，設定該機前進速度為1.5m/s，行數為2行，行距為400mm，株距為22mm，施肥深度為70mm，播種深度為40mm，覆膜寬度為600mm。

試驗結果表明：溫室自走式施肥播種覆膜的各項設計指標均達到了農業部規定的技術要求。

4結論

溫室自走式施肥播種覆膜一體機實現了一次完成開溝、施肥、播種、覆土、鎮壓及覆膜等多項作業，與傳統的機械化作業相比，減少了作業次數，提高了作業效率，降低了勞動力。采用蓄電池提供動力和可巡航定速器，解決了在溫室大棚作業機械對環境產出有害氣體和轉彎幅度大等問題，保證了株距、行距及深度的要求。其自動化程度提高，操作簡單，滿足了現代化農機與農藝相融合的要求，便于推廣使用，市場前景廣闊。

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Abstract ID:1003-188X(2016)08-0113-EA

Design and Test of the Self-propelled Integrated Machine for Fertilization Sowing Covering in Greenhouse

Liu Zhongzheng1,2, Xuan Guantao1,2, Shao Yuanyuan1,2, Wu Yanqiang1,2, Wang Lianwen3

(1.Mechanical and Electronic Engineering College, Shandong Agricultural University, Tai'an 271018, China; 2.Shandong Provincial Key Laboratory of Horticultural Machinery and Equipment, Tai'an 271018, China; 3.Shandong Huaxing Machinery Co.Ltd., Boxing 256500, China)

Abstract：The traditional mechanical operation inside the greenhouse with the issues of inflexibility, turning amplitude, poor quality planting, fertilizing film depth and solidity uneven ground paste and so on. Based on this , self-propelled fertilizer greenhouse seeding machine laminating machine was designed which consisted with battery, chain drive mechanism, opener, fertilizing equipment, planting equipment, casing, a repression wheels and components covered institutions work. It achieves the expected result that good job stability, operational flexibility and good adaptability. The experiments show:the performance of the aircraft reached a precision fertilization, seeding and covering the technical requirements to ensure that the spacing, line spacing, fertilization planting depth, width and film lighting area, and promote the integration of agricultural and agronomic.

Key words：greenhouse; self-propelled; fertilize; sowing; film

中圖分類號：S776.24+3

文獻標識碼：A

文章編號：1003-188X(2016)08-0113-04

作者簡介：劉中正(1987-),男，山東菏澤人，碩士研究生，(E-mail) zhouguipeng2007@126.com。通訊作者：邵園園(1980-)，女，山東濟寧人，博士后，(E-mail)xoyo111@163.com。

基金項目：山東省自然科學基金項目(BS2015NY012)；山東省高等學校科技計劃項目(J13LB09)；山東省現代農業產業技術體系創新團隊項目(sdait-02-021-09)

收稿日期：2015-07-28