果园有机肥开沟施肥覆土机的设计与试验

王向阳，毕新胜，王 剑

（石河子大学机械电气工程学院，新疆 石河子 832000）

0 引言

新疆属于典型的温带大陆性气候，早晚气温温差较大，日照时间充足，有利于水果糖分的积累和生长，适宜于大力发展林果产业。2017年，新疆林果种植面积达123.73万hm2，林果业收入占到农民人均纯收入的30%以上[1]。果园管理是果园种植业必不可少的环节，其中施肥又是果园管理中的关键作业环节[2-4]。

新疆果园普遍采用矮化密植的种植模式，种植行距约为3～5 m，由于种植行距和生产效率的限制，适用于相关的有机肥开沟施肥机较少[5]。目前，新疆果园较多采用人工施肥，尤其是固体肥料的深施需人工挖沟、施肥、填土，这样不仅费时费力，而且施肥量不易控制，易造成浪费，工作效率低，劳动强度大，严重影响和制约了果园种植业的健康稳定发展[6]。

随着新疆果园种植规模化程度的加深，研发高效的有机肥施肥机具将是果园管理机械化的一种发展趋势[7]。结合新疆主要林果作物有机肥的深施农艺要求，本文设计了一种果园有机肥开沟施肥覆土机，一次作业可以完成开沟、施肥、覆土三道工序。

1 果园开沟施肥覆土机总体结构及工作原理

1.1 整机结构设计

果园有机肥开沟施肥覆土机主要有机架、第一肥料箱、第二肥料箱、输肥机构、施肥机构、开沟覆土机构和液压控制系统，其结构如图1所示。

1.2 工作原理与技术参数

果园有机肥开沟施肥覆土机与拖拉机采用牵引式连接，该机具作业时，首先将有机肥加入到肥箱中，根据果园种植行间距、开沟深度以及施肥量的要求，调整左右开沟装置之间的距离、开沟器的开沟深度和施肥箱开口度调节板的位置以及输肥马达的转速。其次，拖拉机动力输出轴将动力通过万向联轴器传递到齿轮箱，齿轮箱带动液压泵工作，当液压泵转速平稳后，调整开沟深度调节液压缸使开沟器缓慢下降，直至到达所需要的开沟深度，并通过调整输肥马达和施肥马达的转速，实现施肥量和施肥幅宽的调节。然后，输肥马达动力经减速器传递给输肥轴，输肥轴带动刮板式输肥链条将肥箱中的肥料经输肥口输送到施肥机构上，施肥马达带动施肥带将肥料输送到开好的沟中。最后，覆土装置将开沟器挖出来的土壤回填到沟里实现覆土作业。

图1 果园有机肥开沟施肥覆土一体机结构示意

2 主要技术参数

3 关键部件的设计

3.1 施肥机构与开沟覆土机构

施肥机构与开沟覆土机构是果园有机肥开沟施肥覆土机的主要工作部件。施肥机构如图2（a）所示，在实际施肥工作过程中，施肥马达的转速由调速阀调控，可通过控制马达的转速实现单侧或双侧施肥。开沟覆土机构如图2（b）所示，设置在施肥机构的两端，开沟器的开沟深度由开沟深度调节液压缸调节，左右开沟器之间的开沟幅宽，由开沟幅宽调节液压缸调节。

图2 施肥机构与开沟覆土机构结构示意

3.2 第一肥箱

第一肥箱结构如图3所示。该肥箱内设有支撑架和刮板式输肥链条，后方设有输肥口，输肥口的开度大小由第一肥箱开口度调节液压缸控制，且该肥箱右后侧设有输肥马达，输肥马达的动力输出经齿轮减速器驱动刮板式输肥链条向输肥口输肥。根据农艺标准，不同果园对有机肥的施肥量有不同的需求，果园有机肥开沟施肥覆土机在连续作业的情况下，施肥量的大小由输肥马达的转速和输肥口的开度大小共同调节。

图3 第一肥箱结构示意

3.3 第二肥箱

第二肥箱为辅助肥箱，安装在机架后方的支撑架上，其结构如图4所示。支撑架设有4根立柱，立柱上方焊有带螺纹孔的三角铁，第二肥箱坐落在焊有三角铁的立柱上，并通过螺栓固定。第二肥箱含有左右两个下肥口，下肥口的开度由液压缸调控。第二肥箱主要施颗粒状有机肥或化肥，肥箱中的肥料依靠自身重力经下肥口掉落在施肥带上，与施肥带上的有机肥一起施向沟中。

图4 第二肥箱结构示意

4 田间试验

4.1 试验条件

2017年10月，样机在一师五团一连天山玉苹果种植基地进行田间作业试验，配套动力为雷沃欧豹554型拖拉机。

4.2 试验和数据分析

为测定该机具的性能，试验时，将开沟器开沟深度分别标定为20 cm或40 cm，拖拉机采用1 km/h和2 km/h的行驶速度分别进行100 m的开沟施肥作业，然后每隔1 m对开沟深度、施肥深度进行测量，每10组取1次平均值，并观察覆土质量、整机平衡性、施肥机构是否有堵塞等情况，其测定和分析结果如表1所示。

由试验结果可以看出，拖拉机以1 km/h或2 km/h的作业速度行驶，开沟器给定20 cm或40 cm的开沟深度时，开沟器的实测开沟深度并不是一直等于标定开沟深度，而是在标定开沟深度的附近波动。但在这些波动下，该机的开沟施肥覆土作业仍可满足正常的开沟施肥覆土需求，在作业时未发生明显侧倾，且肥箱输肥口和施肥带上未发生堵肥现象，开沟施肥后，覆土轮将开沟器挖出来的土壤回填到沟里实现覆土作业。

5 结论

根据新疆果园种植的农艺要求，本文设计了一种牵引式的果园有机肥开沟施肥覆土机。通过田间作业试验，该机的开沟和施肥深度、覆土质量达到了技术要求，对于不同果园的要求，可以通过调整开沟器的开沟深度进而达到较为理想的施肥深度。试验过程中，该机具未发生施肥堵塞现象；单侧开沟施肥时，该机具会有较小的倾斜现象，但不影响开沟和施肥质量。该机具结构简单合理，调整方便，作业性能稳定，明显提高了劳动效率且作业效果良好，能够满足新疆果园施肥的农艺要求。

表1 试验结果