草莓旋耕起壟變量施肥機的設(shè)計**

李 浩，康 敏，劉正剛，劉 燕

（1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，江蘇 南京 210095；2.江蘇清淮機械有限公司，江蘇 淮安 223010；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所，江蘇 南京 210008）

0 引言

草莓因適應(yīng)性強、種植周期短、經(jīng)濟效益高等特點，已成為我國許多省份實現(xiàn)增收致富、發(fā)展現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)的首選作物[1-3]。江蘇省作為我國草莓種植大省，僅2018年草莓種植面積就高達1.93萬hm2，總產(chǎn)量超過55萬t，位居全國第四[4-5]，對促進生態(tài)文明建設(shè)和助力鄉(xiāng)村振興具有重要意義。

目前，國內(nèi)草莓旋耕起壟施肥機存在自動化程度低、起壟高度低等諸多缺陷。山東青州華龍公司[6]生產(chǎn)的1ZKNP-125型旋耕起壟機可一次性完成旋耕、起壟、鎮(zhèn)壓作業(yè)，且裝有液壓偏置裝置，機具作業(yè)中可左右偏移，最大偏移距離可達到30 cm；黑龍江德沃科技公司[7]生產(chǎn)的1DZ-180型旋耕起壟機采用雙刀輥切削原理、牽引式結(jié)構(gòu)形式，提高了設(shè)備對不同農(nóng)作物、不同區(qū)域種植農(nóng)藝要求的適應(yīng)能力。但上述機具仍存在起壟高度低、無法實現(xiàn)變量施肥等問題。而國外對草莓旋耕起壟施肥機的研究起步較早，相關(guān)技術(shù)發(fā)展成熟，研制的機型也具有較高的作業(yè)效率。其中，意大利HORTECH公司生產(chǎn)[6]的旋耕起壟機，可一次性完成旋耕切土、精細(xì)碎土、精量施肥、起壟定型等多項聯(lián)合作業(yè)。但其價格昂貴，難以在國內(nèi)市場大面積推廣。

基于以上現(xiàn)狀，課題組設(shè)計了一種草莓旋耕起壟變量施肥機，可一次性完成松土、翻土、對位分層施肥、起高壟作業(yè)，且能根據(jù)不同農(nóng)藝要求，對施肥量進行調(diào)節(jié)。經(jīng)試驗證明，該施肥機能夠滿足草莓種植的農(nóng)藝需求。

1 總體結(jié)構(gòu)與工作過程

1.1 總體結(jié)構(gòu)

課題組設(shè)計的草莓旋耕起壟變量施肥機主要由機架、起壟裝置、旋耕裝置、施肥裝置、傳動系統(tǒng)，以及三點懸掛機構(gòu)工作部件組成，如圖1所示。

圖1 草莓旋耕起壟變量施肥機結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 工作過程

草莓旋耕起壟變量施肥機采用三點懸掛的方式掛接在機身上。首先，將變速箱與拖拉機外接動力源進行連接，動力經(jīng)過輸入軸傳遞給中間軸驅(qū)動輸出軸上的旋耕刀，完成碎土、松土作業(yè)。然后，向肥箱體中加入肥料，肥料依靠自身重力流入到施肥盒中，在施肥軸的帶動下通過排肥管流入到落肥管中，最終通過落肥管設(shè)置的上出肥口和下出肥口流入到不同層次的土壤中，從而實現(xiàn)對位分層施肥。此外，本裝置還通過控制落肥管分叉處開口開度來實現(xiàn)變量施肥，通過鏈傳動輸出動力帶動起壟刀軸作圓周旋轉(zhuǎn)運動，將旋耕疏松后的土壤向中間擠壓形成與起壟刀刀形一致的壟形，完成起壟作業(yè)。

1.3 主要技術(shù)指標(biāo)

課題組設(shè)計的草莓旋耕起壟變量施肥機的主要性能指標(biāo)如表1所示。

表1 主要性能指標(biāo)

2 主要工作部件的設(shè)計

2.1 施肥裝置

草莓旋耕起壟變量施肥機施肥裝置主要由肥箱體、施肥盒、施肥軸、排肥管、落肥管、電機等組成，如圖2所示。其工作過程是肥料依靠自身重力流入到施肥盒中，在施肥軸的帶動下經(jīng)排肥管流入到落肥管中。其中，落肥管內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，落肥管設(shè)置了上出肥口和下出肥口，且內(nèi)部設(shè)有流量調(diào)節(jié)塊，可以通過旋轉(zhuǎn)流量調(diào)節(jié)塊調(diào)節(jié)分叉口開度，進而根據(jù)不同的農(nóng)藝種植要求實現(xiàn)分層變量對位施肥，提高了肥料利用率和植物吸收養(yǎng)分的能力[8]，還可以通過改變電機電壓來實現(xiàn)施肥軸轉(zhuǎn)速的實時調(diào)節(jié)，進而實現(xiàn)排肥量的調(diào)節(jié)。

圖2 施肥裝置結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 落肥管內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 起壟裝置

草莓旋耕起壟變量施肥機采用雙壟雙行的作業(yè)模式。其中，起壟裝置如圖4所示，主要由起壟刀軸、起壟刀等組成。通過鏈傳動輸出動力帶動起壟刀軸作圓周旋轉(zhuǎn)運動，拖拉機帶動起壟裝置作直線前進運動。作業(yè)過程中，起壟刀將旋耕疏松后的土壤向中間擠壓形成與起壟刀刀形一致的壟形，起壟刀軸控制壟高并壓實土壤保持壟臺平整。起壟壟形示意圖如圖5所示，總體呈“梯形”形狀，其中壟高約40 cm，壟寬約22 cm，壟間距約100 cm。

圖4 起壟裝置結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 起壟壟形示意圖

2.3 旋耕裝置

旋耕裝置作為農(nóng)業(yè)觸土的重要部件，主要用于疏松土壤，為后期起壟和撫平做準(zhǔn)備[9-10]。課題組設(shè)計的旋耕裝置主要由旋耕刀軸和旋耕刀組成，如圖6所示。為了縮短傳動路徑，使旋耕機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，將減速器的輸出軸直接作為旋耕刀軸，旋耕刀對稱安裝在減速器兩側(cè)，這樣便可以通過拖拉機動力輸出軸傳遞動力給減速器的輸入軸，動力經(jīng)過輸入軸再傳遞給中間軸，從而驅(qū)動輸出軸上的旋耕刀進行松土、碎土作業(yè)。

圖6 旋耕裝置結(jié)構(gòu)示意圖

3 田間試驗

草莓旋耕起壟變量施肥機經(jīng)試驗改進完善，于2021年4月在漣水田間進行試驗。作業(yè)過程中，可以實現(xiàn)施肥深度和施肥量的調(diào)節(jié)，起壟質(zhì)量好，不易變形和坍塌。田間試驗效果如圖7所示。

圖7 田間試驗效果圖

試驗結(jié)果表明，草莓旋耕起壟變量施肥機的各項指標(biāo)均滿足我國草莓種植的農(nóng)藝要求，可變量和分層對位施肥裝置更好地適應(yīng)了不用品種草莓的種植要求。因此，該機的應(yīng)用加快了我國草莓機械化種植技術(shù)的步伐，具有較高的社會效益和經(jīng)濟效益。

4 結(jié)論

1）該草莓旋耕起壟變量施肥機，可一次性完成松土、翻土、施肥、起壟等多項作業(yè)，與傳統(tǒng)的單一機械相比，減少了作業(yè)次數(shù)，降低了勞動成本，大大提高了作業(yè)效率。

2）該草莓旋耕起壟變量施肥機，可以根據(jù)不同草莓品種的農(nóng)藝需求實現(xiàn)分層變量對位施肥，更好地促進了植株的發(fā)育，提高了肥料的利用率。