矮化密植果園挖穴施肥除草多功能機的研制

吳佩鴻，靳 偉，赫榮彬，何 晨，劉 鑫，顧思琪，王兆北

（新疆農業大學機電工程學院，新疆 烏魯木齊 830052）

0 引言

新疆林果業優勢突出、區域特色鮮明、前景廣闊，其種植面積、產量和質量處于全國領先地位[1-2]。近年來，新疆對農業產業結構進行調整與優化，形成林果、糧食、畜牧和棉花四大農業支柱，葡萄、蘋果、紅棗等林果業種植面積達116.7萬hm2、總產值高達500億元。新疆特色林果業對振興農村經濟、推動農業現代化建設，具有重要意義[3-4]。

新疆密植果園的行距一般為4 m左右，矮化密植栽培模式的產量是常規稀植產量的3倍以上，但存在拖拉機的作業空間受限、與此種植模式配套機型較少、人工勞動強度大、效率低等問題，目前新疆矮化密植果園施肥大多采用人工挖溝施肥，施肥溝的深度和施肥量不易控制、勞動環境較差、施肥除草作業效率較低、成本費用較高，嚴重阻礙了新疆林果業的健康、平穩、可持續發展[5-8]。

1 結構及工作原理

1.1 整體結構

圖1 矮化密植果園挖穴施肥除草多功能機結構

矮化密植果園挖穴施肥除草多功能機主要包括提升電機、機架、鋼絲繩、挖穴電機、平行四桿機構、挖穴鉆頭、除草裝置、施肥裝置、行走輪、蓄電池箱、扶手、萬向輪（圖1）。利用鉛蓄電池提供動力，驅動挖穴和提升直流電機進行挖穴施肥、調整挖穴深度，設計了行走驅動系統、挖穴除草裝置的驅動系統和提升裝置的電路系統。提升電機的正反轉控制平行四桿機構的運動，實現提升與下降的操作。采用功率消耗較小的螺旋鉆頭式挖穴裝置和立式旋耕除草裝置，滿足密植果樹挖穴施肥除草的需要。

1.2 工作原理

矮化密植果園挖穴施肥除草多功能機采用自走式，機具行走至需施肥果園中，啟動挖穴電機驅動挖穴鉆頭入土挖穴作業。啟動提升電機，利用提升電機的正反轉控制平行四桿機構的運動位置，從而調節挖穴深度及除草深度。挖穴作業完成后，打開施肥裝置閥門進行施肥作業，覆土板將土壤回填至施肥穴中。將挖穴裝置換成除草裝置時，啟動挖穴電機可進行除草作業。在行距比較狹小的條件下，該機可以完成施肥和除草作業，具有操作靈活、結構簡單、重量輕等優點。

2 主要技術參數

矮化密植果園挖穴施肥除草多功能機進行田間試驗測定其技術參數，如圖2所示。除草刀在旋轉過程中保持最佳切削角度不變并且具有自磨刃功能，雜草不纏刀、消耗功率小、生產效率高，挖穴裝置工作時挖穴壁徑齊整，深度一致性較好，主要技術參數如下：

圖2 果園挖穴施肥除草多功能機試驗

3 挖穴除草性能試驗

3.1 挖穴正交試驗及分析

2018年7月，在阿克蘇6團天典農機制造有限公司的試驗地中進行挖穴正交試驗。通過前期研究和分析，影響挖穴快速性的主要因素為挖穴裝置的轉速和土壤性質，因此選取挖穴裝置的轉速分別為260 r/min、280 r/min、300 r/min，土壤含水率分別為 10～14%、17～21%、23～27%，土壤堅實度分別為小于 10 kg/cm2、11～20 kg/cm2、21～30 kg/cm2為試驗因素，當施肥穴深度為400 mm、直徑為300 mm時，所需要的時間為試驗結果，挖穴試驗結果如表1所示。

根據挖穴正交試驗結果表1可得：當挖穴裝置轉速為300 r/min、土壤含水率為10～14%、土壤堅實度為11～20 kg/cm2時，挖穴深度為400 mm、直徑為300 mm時，所需要的時間最短，為12 s。

3.2 除草正交試驗及分析

除草試驗時間、地點與挖穴試驗時間、地點相同，通過前期研究和分析，影響除草效果的主要因素為機具前進速度和除草裝置轉速，因此選取機具前進速度分別為1.0 m/s、1.2 m/s、1.4 m/s，除草裝置轉速分別為250 r/min、300 r/min、350 r/min 為試驗因素，當除草裝置入土深度為50 mm、除草作業幅寬為600 mm時雜草的除凈率為試驗結果，除草試驗結果如表2所示。

表1 挖穴正交試驗結果

根據除草正交試驗結果表2可得：當機具前進速度為1.2 m/s、除草裝置轉速為300 r/min，除草裝置入土深度為500 mm、除草作業幅寬為600 mm時雜草除凈率最高，為89%。

表2 雜草除凈率正交試驗結果

4 總結

為了滿足矮化密植果園挖穴施肥除草農藝需求，設計了矮化密植果園挖穴施肥除草多功能機。田間試驗結果表明，機具挖穴壁徑齊整、雜草不纏刀、靈活方便、適用性較強，其挖穴施肥深度和孔徑、除草效果可滿足果園機械化作業的要求。除草刀在旋轉過程中保持最佳切削角度不變并且具有自磨刃功能，消耗功率小、生產效率高，挖穴壁徑齊整且深度一致性較好，試驗過程中施肥量均勻且可調節。該機具結構簡單、工作可靠，能夠滿足新疆林果業施肥除草生產的需求。