橡胶园开沟施肥机的研制与试验分析

张 园，邓怡国，2*，韦丽娇，2，张志扬，张 龙

（1.中国热带农业科学院农业机械研究所，湛江 524091；2.农业部热带作物机械质量监督检验测试中心，湛江 524091；3.中国热带农业科学院橡胶研究所，儋州 571737；4.湛江市麻章区仓龙农业技术服务中心，湛江 524088）

橡胶园开沟施肥机的研制与试验分析

张 园1，邓怡国1，2*，韦丽娇1，2，张志扬3，张 龙4

（1.中国热带农业科学院农业机械研究所，湛江 524091；2.农业部热带作物机械质量监督检验测试中心，湛江 524091；3.中国热带农业科学院橡胶研究所，儋州 571737；4.湛江市麻章区仓龙农业技术服务中心，湛江 524088）

在橡胶园田间施肥管理农艺中，主要采用挖机开沟、人工辅助的模式进行，大部分工作由人工配合操作，技术提升空间较大。基于以上现状，研制了一种橡胶园开沟施肥联合作业机。本文详细介绍了其工作原理和结构特点：主要由开沟系统和施肥系统两个功能模块组成，结构相对简单，易操作。经试验检测：机具匹配66.18 kW（90马力）拖拉机，开沟深度可达40 cm，作业幅宽35～45 cm，生产率1.23 hm2/h，油耗3.1 kg/hm2，施肥均匀度90%以上，覆盖率可达98%，可有效提高生产效率和降低成本。

橡胶园，开沟，施肥，试制，试验

0 引言

施肥是橡胶树速生、高产的重要措施，对于开割橡胶树，每年需进行施肥1～2次。停割后，一般工艺是按先挖压青沟，再进行压青和撒肥，然后覆土的模式进行，一般按3 750～4 500 kg/hm2（250～300 kg/亩）施肥；在开割期间，需要按750 kg/hm2（50 kg/亩）施追肥。目前，胶园基本使用专用有机肥，以粉状为主，也有颗粒状的。我国胶园管理机械化程度还处于较低的水平，胶园开沟、施肥仍以手工作业为主，劳动强度大、效率低、成本高。在地势较为平坦的橡胶园，基本可采用挖掘机或铧氏犁进行作业，人工辅助施肥，在一定程度上提高了劳动效率。但挖掘机在作业过程中，由于机具笨重，对橡胶树根系损伤较为较重，也严重压实了土壤，影响橡胶树生长和胶乳产量。利用铧氏犁开沟虽能提高工效，但缓解作业环节及效率有限，对于天然橡胶种植业的经济效益促进作用还不明显[1-2]。

基于此，针对胶园开沟、施肥作业实际需求，我们在国内外现有开沟犁和施肥机的基础上，开展胶园开沟施肥联合作业机械研究，研制一种以替代人工劳动为目的的开沟施肥联合作业机，以实现橡胶园田间管理农艺需求。该机可一次性完成开沟和施肥作业工序，适用于地势较平坦的胶园作业，初步实现胶园开沟施肥联合作业机械化，提高生产效

率，降低生产成本，为促进天然橡胶产业可持续发展做出贡献。

1 工作原理与结构特点

1.1 工作原理

当拖拉机前进时，开沟犁入土开沟，同时，拖拉机动力经输出轴、万向传动总成传至变速箱锥齿轮轴，通过一对锥齿轮减速并改变方向，再通过拉杆传动轴传至蜗轮蜗杆变速器减速，同时驱动排肥装置中圆盘转动，随着肥斗中的肥料不断地拥向圆盘，下滑至圆盘边缘上，转动的圆盘与固定于机架上的刮板作用，将混合的肥料沿刮板上升并侧向偏移沿圆盘边缘下落至下肥漏斗，经下肥管掉落开沟犁开好的沟中，伴随着犁体的弧形结构实现自覆盖，从而完成开沟、施肥和培土等作业工序[3-4]。

1.2 结构特点

胶园开沟施肥联合作业机按照结构组合、性能综合、功能联合的技术思路进行设计，三点后悬挂结构，包括机架、悬挂系统、开沟犁、排肥装置、万向传动轴等，其中排肥装置包括蜗轮蜗杆变速器、主传动轴、肥料箱、圆盘、刮板、下肥料漏斗、连接传动轴、排肥管和连接架等。整机能一次性完成橡胶园开沟、施肥、培土等联合作业。结构如图1所示。

图1 橡胶园开沟施肥机结构图Figure.1 The structure diagram of ditching fertilizer apparatus in rubber

排肥装置可根据需要调整活动板与肥料筒的间隙来调整施肥量，以达到按需施肥的目的。

开沟犁由主架和培土板等组成，可通过其后边的螺栓来调节培土板的宽度，以达到不同开沟深度和宽度的目的。

2 关键部件设计

2.1 开沟犁的设计

开沟犁按照橡胶园深施肥农艺技术要求进行设计（见图2），能将肥料集中输送到所需深度的土壤中。其主要由犁柱、边板、松土犁尖等组成，调整排肥管前后位置即可调节施肥深度。

开沟犁入土角度和尺寸越大，对土壤挤压作用增大，开沟松土阻力也随之增大，导致入土性能下降。为同时满足幅宽和深度的作业要求，犁体采用深松犁的改进结构，并进行加固处理。经试验证明，入土性能良好，开沟犁松土后，部分土壤在势能作用下流回沟中以覆盖肥料。在其后边安装施肥管，

开沟犁的作业幅宽有效保证了在施肥深度的前提下迅速覆土的要求。工作状态见图3。

图2 开沟犁结构图Figure.2 Structure of ditch plow

图3 开沟犁工作效果图Figure.3 Working results of ditching plow

2.2 切盘的设计

图4 切盘结构图Figure.4 A structure chart of a cutting plate

橡胶园粗放管理的实际现状导致田间杂草较多，在开沟犁前端设计切盘结构，可有效避免开沟犁堵塞。切盘为双刃内凹结构，可通过套杆上定位孔，调整与入土齿的水平间隙距离，以保证切盘以地表为支点切草，随着入土齿的深入，土面提升，切削力加大，见图4。同时拨草杆尾部与切盘内凹面接触，实现拨离杂草的作用[5]。

2.3 排肥装置的设计

排肥装置在施肥机中是一个极其重要的结构。外槽轮式、转盘式等排肥装置在排粉状及潮湿的化肥时，易出现架空和断条等现象，且易被肥料粘附而堵塞，排肥能力降低，因此，为适应南方潮湿天气及粉状颗粒状混合化肥条件，本机采用刮板式排肥装置，可显著缓解此问题。刮板式排肥装置安装在蜗轮蜗杆减速器输出轴上,组成肥料箱的一部分。排肥器结构见图5和6。

1.圆筒体；2.圆盘；3.下肥料漏斗；4.刮板；5.连接传动轴；6.导混肥结构

排肥过程如下：转盘在驱动力作用下转动，肥料依靠重力自行由肥料箱下滑进入转盘，并在离心力作用下进入排肥位置（圆盘边缘）。由于转盘转动，使肥料沿刮板上升并侧向偏移，迫使肥料离开刮板经排肥管落入已开好沟的土壤中[6-9]。期间，事先调整刮板的上下左右角度，即可控制施肥量的大小。

3 试验与分析

图6 排肥结构实物图Figure.6 Fertilization structure of physical map

图7 橡胶开沟施肥机田间试验图Figure.7 Field Test Chart of Rubber Ditching Fertilizer

3.1 试验与测试

2016年7月22日，农业部热带作物机械质量监督检验测试中心在中国热带农业科学院橡胶研究所试验农场对样机进行了性能检测试验，见图7。试验地为缓坡地，坡度小于15°，面积1.5 hm2；橡胶种植行距为6 m；橡胶密度为450～525株/hm2（30～35株/亩），肥料含水率为4.3%，土壤含水率为14.3%。机具匹配66.18 kW（90马力）拖拉机，液压动力输出，主要测试结果见表1。

项目纯工作小时生产率/hm2·h-1作业小时生产率/hm2·h-1单位面积燃油消耗量/㎏·hm-2单位面积施肥量/㎏·hm-2开沟深度/cm开沟深度稳定性/%施肥均匀度/%肥料覆盖率/%施肥断条率/%测试结果1.63 1.23 3.1 1 220 42 88.9 90.3 98.0 0.1

3.2 结果分析

施肥质量：对于粉末磷肥、钾肥和粒状复合肥等混合肥料，排肥装置工作较可靠，没有断条，施肥均匀度为90.3%，主要和肥料的性状有关，试验时由于肥料较细，有一定的沾性，影响了排肥均匀度，但明显优于螺旋式排肥施肥机及手工作业。

开沟质量：开沟平均深度为42 cm，稳定性系数相应达到88.9%，说明其稳定性较好，能满足橡胶园施肥农艺的要求。

肥料覆盖质量：肥料覆盖率为98.0%，说明其稳定性非常好，能满足农艺的要求，可使橡胶苗有效吸收肥料，从而可促进提高橡胶的生长质量。

生产率：纯工作小时生产率为1.63 hm2/h，作业小时生产率为1.23 hm2/h。从试验情况来看，生产率大小主要与橡胶园地势情况、种植行距、操作人员、地块大小等有关。如地势平坦、行距统一、地块大，操作人员熟练，则生产率高，反之则低。

燃油消耗量、施肥量：机具燃油消耗量较低，为3.1 kg/hm2。单位面积施肥量可根据实际需要进行调整，按需施肥，以保证单位面积的有效用量和合理性。

4 结论

橡胶园开沟施肥机按照结构组合、功能联合的模式，实现了橡胶园田间管理开沟、施肥农艺同步进行。机具匹配66.18 kW（90马力）拖拉机，开沟深度可达40 cm，作业幅宽35～45 cm，生产率1.23 hm2/h，油耗3.1 kg/hm2，施肥均匀度90%以上，覆盖率可达98%，可有效提高生产效率和降低成本，达到预期的设计要求。

基于橡胶园田间管理粗放模式的现状及受地形限制，以及操作机手对于机具贴地程度的不同，整机在施肥均匀性及断条率指标所表现的作业质量依

然受到较大波动；同时，不同橡胶树品种及地况，要求施肥工作过程中施撒有精量控制的要求，在今后的进一步研发过程中，对于农机农艺融合及自动化控制技术方面有较大可提升空间。

[1]张园，邓怡国，韦丽娇，等.橡胶园田间管理机械化发展现状与趋势分析[J].湖北农业科学，2016，55（12）：2993-2996.

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Development and Experimental Analysis of Ditching Fertilizer Application in Rubber

ZHANG Yuan1,DENG Yi-guo1，2*,WEI Li-jiao1，2,ZHANG Zhi-yang3,ZHANG Long4
（1.Tropical Agricultural Machinery Research Institute,Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences,
Zhanjiang 524091,China; 2.The Center of Quality Supervision and Testing for Tropical Agriculture Machinerye,Zhanjiang 524091,China; 3.Rubber Research Institute,Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences,Danzhou 571737,China; 4.The Center of CangLong Agricultural Technology Service for Zhanjiang City,Guang Dong Zhanjiang 524088,China）

In the field of fertilization management of rubber plantation in the agronomy,the main use of fertilization is digging machine ditching,artificial auxiliary mode,and most of the work done by the artificial match, relative to the technology itself has a lot of room for improvement.In view of these circumstances,this paper developed a rubber plantation ditching fertilizer joint operating equipment,detailed description of the working principle and structure characteristics of the machine,the machine mainly by the ditching system and fertilization system composed of two functional modules,the structure is relatively simple,Easy to operate.After testing and actual testing:when the machine matched the 90 horsepower tractor,ditch depth can reach 40cm,operating width of 35-45 cm,productivity of 1.23 hm2/h,fuel consumption 3.1 Kg/hm2,fertilization uniformity of 90% Coverage can reach 98%,can effectively improve production efficiency and reduce costs.

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海南省自然科学基金项目（20165204）；湛江市科技计划项目（2015A03023）；中国热带农业科学院橡胶研究所基本科研业务费专项资助（1630022015023）

张园（1984-），男，陕西西安人，硕士，工程师，主要研究方向为热带农业装备与工程。广东省湛江市麻章区湖秀路3号，524091。E-mail：zhang198414@126.com

邓怡国（1978-），男，湖南衡阳人，硕士，副研究员，主要研究方向为热带农产品加工装备与工程。广东省湛江市麻章区湖秀路3号，524091。E-mail：dyg7810@21cn.com