矮化密植果园挖穴施肥除草多功能机的研制

吴佩鸿，靳 伟，赫荣彬，何 晨，刘 鑫，顾思琪，王兆北

（新疆农业大学机电工程学院，新疆 乌鲁木齐 830052）

0 引言

新疆林果业优势突出、区域特色鲜明、前景广阔，其种植面积、产量和质量处于全国领先地位[1-2]。近年来，新疆对农业产业结构进行调整与优化，形成林果、粮食、畜牧和棉花四大农业支柱，葡萄、苹果、红枣等林果业种植面积达116.7万hm2、总产值高达500亿元。新疆特色林果业对振兴农村经济、推动农业现代化建设，具有重要意义[3-4]。

新疆密植果园的行距一般为4 m左右，矮化密植栽培模式的产量是常规稀植产量的3倍以上，但存在拖拉机的作业空间受限、与此种植模式配套机型较少、人工劳动强度大、效率低等问题，目前新疆矮化密植果园施肥大多采用人工挖沟施肥，施肥沟的深度和施肥量不易控制、劳动环境较差、施肥除草作业效率较低、成本费用较高，严重阻碍了新疆林果业的健康、平稳、可持续发展[5-8]。

1 结构及工作原理

1.1 整体结构

图1 矮化密植果园挖穴施肥除草多功能机结构

矮化密植果园挖穴施肥除草多功能机主要包括提升电机、机架、钢丝绳、挖穴电机、平行四杆机构、挖穴钻头、除草装置、施肥装置、行走轮、蓄电池箱、扶手、万向轮（图1）。利用铅蓄电池提供动力，驱动挖穴和提升直流电机进行挖穴施肥、调整挖穴深度，设计了行走驱动系统、挖穴除草装置的驱动系统和提升装置的电路系统。提升电机的正反转控制平行四杆机构的运动，实现提升与下降的操作。采用功率消耗较小的螺旋钻头式挖穴装置和立式旋耕除草装置，满足密植果树挖穴施肥除草的需要。

1.2 工作原理

矮化密植果园挖穴施肥除草多功能机采用自走式，机具行走至需施肥果园中，启动挖穴电机驱动挖穴钻头入土挖穴作业。启动提升电机，利用提升电机的正反转控制平行四杆机构的运动位置，从而调节挖穴深度及除草深度。挖穴作业完成后，打开施肥装置阀门进行施肥作业，覆土板将土壤回填至施肥穴中。将挖穴装置换成除草装置时，启动挖穴电机可进行除草作业。在行距比较狭小的条件下，该机可以完成施肥和除草作业，具有操作灵活、结构简单、重量轻等优点。

2 主要技术参数

矮化密植果园挖穴施肥除草多功能机进行田间试验测定其技术参数，如图2所示。除草刀在旋转过程中保持最佳切削角度不变并且具有自磨刃功能，杂草不缠刀、消耗功率小、生产效率高，挖穴装置工作时挖穴壁径齐整，深度一致性较好，主要技术参数如下：

图2 果园挖穴施肥除草多功能机试验

3 挖穴除草性能试验

3.1 挖穴正交试验及分析

2018年7月，在阿克苏6团天典农机制造有限公司的试验地中进行挖穴正交试验。通过前期研究和分析，影响挖穴快速性的主要因素为挖穴装置的转速和土壤性质，因此选取挖穴装置的转速分别为260 r/min、280 r/min、300 r/min，土壤含水率分别为 10～14%、17～21%、23～27%，土壤坚实度分别为小于 10 kg/cm2、11～20 kg/cm2、21～30 kg/cm2为试验因素，当施肥穴深度为400 mm、直径为300 mm时，所需要的时间为试验结果，挖穴试验结果如表1所示。

根据挖穴正交试验结果表1可得：当挖穴装置转速为300 r/min、土壤含水率为10～14%、土壤坚实度为11～20 kg/cm2时，挖穴深度为400 mm、直径为300 mm时，所需要的时间最短，为12 s。

3.2 除草正交试验及分析

除草试验时间、地点与挖穴试验时间、地点相同，通过前期研究和分析，影响除草效果的主要因素为机具前进速度和除草装置转速，因此选取机具前进速度分别为1.0 m/s、1.2 m/s、1.4 m/s，除草装置转速分别为250 r/min、300 r/min、350 r/min 为试验因素，当除草装置入土深度为50 mm、除草作业幅宽为600 mm时杂草的除净率为试验结果，除草试验结果如表2所示。

表1 挖穴正交试验结果

根据除草正交试验结果表2可得：当机具前进速度为1.2 m/s、除草装置转速为300 r/min，除草装置入土深度为500 mm、除草作业幅宽为600 mm时杂草除净率最高，为89%。

表2 杂草除净率正交试验结果

4 总结

为了满足矮化密植果园挖穴施肥除草农艺需求，设计了矮化密植果园挖穴施肥除草多功能机。田间试验结果表明，机具挖穴壁径齐整、杂草不缠刀、灵活方便、适用性较强，其挖穴施肥深度和孔径、除草效果可满足果园机械化作业的要求。除草刀在旋转过程中保持最佳切削角度不变并且具有自磨刃功能，消耗功率小、生产效率高，挖穴壁径齐整且深度一致性较好，试验过程中施肥量均匀且可调节。该机具结构简单、工作可靠，能够满足新疆林果业施肥除草生产的需求。