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设施大棚深耕松土施肥机研究试验

2022-02-12郭玉林刘志良梁学强

天津农林科技 2022年1期
关键词:松土天津市设施

郭玉林,王 帅,冯 磊,李 琳,刘志良,梁学强

(天津市农业发展服务中心,天津 300061)

设施农业生产方式灵活,集约化、标准化、规模化程度高,在农业和农村经济发展、乡村振兴中发挥着越来越重要的作用。近年来,天津市设施农业实现了快速发展,但由于设施农业独特的生产环境,大型农机具无法进入,机械化作业程度普遍偏低,种植环节大多依赖人工作业,劳动强度大,工作效率低。同时,连年浅耕导致土壤耕层只有12~15 cm左右,土壤板结退化严重,厚硬的犁底层阻碍了土壤上下水气的贯通,土壤毛细管被破坏,土壤养分输送能力降低,影响植株对水、肥、气、热的吸利利用。目前,现有的大田作业深松机不适宜在设施内进行耕整作业,微耕机也不能满足设施内深耕作业的要求,而土壤深松作业可以破除犁底层,疏松土壤,抑制土传病害的发生,有效提高土壤的透水、透气性能。

天津市设施农业以种植反季节果蔬为主,经济附加值较高,一般都需要施用大量有机肥,以改善土壤的理化性质和生物活性,促进作物根系生长发育。2020年天津市实施了商品有机肥补助工作,促进有机肥资源化利用,推进有机肥产业和种养业协调发展,提升耕地质量,保护生态环境。因此,急需研制与设施农业生产配套的深耕松土施肥机,解决设施农业长期耕层浅、土壤板结、施肥效率低与利用率低等问题。

1 天津市设施农业发展现状

截至2018年末,天津市常住人口达到1 557万人,随着居民消费水平的提升,对设施农产品的需求不断增加,促使天津市设施农业产业迅速发展。目前,天津市设施农业总面积35 388.23万m2,其中连栋温室1 316.11万m2,日光温室18 759.5万m2,塑料大棚15 312.63万m2(农业部农业机械化管理司2016年统计数据)。

2 设计思路

按照天津市温室大棚的结构特点,研究试制深耕松土施肥机,实现设施内的深耕、松土、施肥联合作业,减少拖拉机进地次数,提高作业效率。设计思路是在深耕机的基础上增加排肥、施肥装置,完善结构布置,机具总体结构包括深耕部分和施肥构造2个部分(图1和图2)。

图1 撒肥机俯视图

图2 撒肥机侧视图

2.1 深耕部分

在深耕机的基础上,将圆梁形式改为框架形式,使之能与施肥构造部分配合;将原来的深耕机刀轴刀库数量改变,增加深耕刀数量,使深耕机在运转过程中更加平稳。该深耕刀为非标准件,在设计时借鉴犁“撕裂”土壤的原理,改进设计深耕刀,刀轴回转半径305 mm。具有3个特点:(1)刀体加宽加厚,材料选择锰钢,表面进行沾油淬火处理,增加刀本身的刚性和韧性,刀头选择箭形铲状,使土壤能够受到切削、弯曲等多重作用。(2)深耕刀保持一定的曲线和切土角,以便减少作业过程中缠连草和作物根茬。(3)刀座加长并且在刀座口增加加强圈,防止刀座因受力过大而损毁。

为使深耕机在作业时避免漏耕和堵塞,同时还要达到一定的耕深,合理安排深耕刀数量与排列方式。深耕刀在刀轴上的配置有2个特点:(1)在一个回转平面内只安装一把刀,以便减小作业阻力所带来的功率损失;(2)深耕刀在刀轴上按照螺旋状单头排列安装的形式,每把深耕刀之间都存在一定的相位角,刀轴每转过一个相等的角度,都有相应的深耕刀入土,保证深耕机在工作时的稳定性和刀轴的负荷均匀。

2.2 施肥构造部分

分为驱动、肥箱、控制3个部分。(1)驱动部分,为避免消耗拖拉机动力,将施肥构造部分驱动与深耕机驱动分开,用拖拉机电瓶电源带动电机驱动肥箱肥盒转动;(2)肥箱部分,肥箱侧板采用4 mm厚不锈钢板,主体、出肥口采用2 mm厚不锈钢板,避免肥箱被肥料腐蚀。出肥口设置在深耕机前梁部分,在深耕之前施肥,使有机肥与土壤均匀深层次混合;(3)控制部分,采用行程开关控制,将行程开关安放在托板支架部位,在深耕机运转下地之后,托板上扬,托板支杆转动,行程开关闭合形成回路完整,电机转动,肥箱施肥;深耕机停止运转抬起,托板下落,托板支杆转动,行程开关断开,回路断开,电机停止运行,肥箱停止施肥。此设计将肥箱和深耕机控制结合,由深耕机控制肥箱,无需人工控制肥箱,避免肥料浪费或施肥不到位。

3 作业试验

样机试制后,开展了机具作业速度、施肥量、作业深度、施肥均匀性的生产性能测试。

由表1可以看出,研制的机具在作业I档带动施肥机具作业时,作业速度稳定,符合深耕及施肥的要求。

表1 实际作业速度测定

由表2可以看出,深耕松土施肥机在其排肥装置最大间隙工作时,符合并且超过其最大排肥量300 kg·h-1的要求,使用者可以根据排肥量的不同,来调节排肥装置的间隙。

表2 深耕松土施肥机施肥量测定

由表3可以看出,深耕机可以达到28 cm的耕深,打破厚实的犁底层,真正达到了物理方式改良土壤结构的效果,土壤碎土率和耕后平整度也达到了旋耕作业标准。

表3 深耕松土施肥机作业深度测试

图3 机具作业现场

由于在实际作业中肥料会与土壤混合,无法观察均匀度,所以选择在路面测试并且旋耕刀停止工作,选择的是含水率为30%的粉状微生物菌肥。通过测试可以看出该机具排肥均匀,如图4所示。

图4 排肥均匀度

4 设备定型参数

4.1 定型参数

经生产验证后,研制的大棚深耕松土施肥机具参数见表4。即配套动力需要40~55马力拖拉机,重要300 kg,施肥宽度140 cm,肥料箱容量450 L,深耕深度≥28 cm,作业速度2.2~2.4 km·h-1。

表4 机具性能参数

5 结论与讨论

通过试验,研制开发的深耕松土施肥机能一次性完成施肥、深耕、整地复式作业,连续作业性能稳定,各项指标参数达到设计要求。该机具的使用对提高设施农业机械化作业效率、防止肥料流失,降低作业成本,节本增效具有积极的促进作用。根据土壤情况,作业时科学考虑拖拉机性能和深耕松土施肥机作业效率,尽量选用工作I档位。科学合理匹配人工填料,以达到效率最大化。

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