宁夏葡萄园土地整平装置的设计

任文变 王凡 禹昭

摘要：本文分析了宁夏贺兰山东麓葡萄园的现状，针对目前葡萄园的种植和生产管理过程中使用的中耕设备，其只具备除草功能，除草后土地不平整，需要人工平整。为此，在中耕机的基础上设计增加了土地整平机构和覆土装置。以此来提高作业效率，保证葡萄树行间地面与株间地面之间的高度差。

Abstract： This paper analyzes the current situation of vineyards at the eastern foot of Helan Mountain in Ningxia. According to the middle tillage equipment used in the planting and production management process of vineyards， it only has the function of weeding， and the land is uneven after weeding， and it requires manual leveling.To this end， the land leveling mechanism and soil covering device were added on the basis of the middle tiller.In order to improve the operation efficiency， to ensure the height difference between the ground and the ground between the vines.

关键词：葡萄园;土地整平机构;中耕设备

Key words： vineyard;land consolidation agency;tillage equipment

中图分类号：S224.1+44                           文献标识码：A                                  文章編号：1674-957X（2022）05-0226-03

0  引言

宁夏贺兰山东麓葡萄种植区位于北纬37°43′～39°23′，在葡萄种植上具有得天独厚的优势。地理条件优越，属于中度半干旱气候，雨量稀少，日照时间长，昼夜温差大。葡萄产业发展迅速，是世界上最适宜葡萄种植和酿造高端葡萄酒的地区之一，并已在国内外得到广泛认可[1]。

葡萄种植时，为保证葡萄的高质量和产量，田间管理尤为重要。其中杂草防治是田间管理的重要环节之一。大型葡萄园多数采用拖拉机牵引中耕机进行行间除草作业。中耕能消除土壤板结，改善土壤物理性质，提高土壤通透性，改善土壤渗透性，提供良好的植物生长条件[2]。但通常除草作业后，土地不平整，需要人工平整，以平衡葡萄树行与表面之间的高度差。

我国在葡萄园田间管理和除草技术领域开展了一系列的研究，并取得了一定的成果。2018年，杜文圣等人设计了一种葡萄园自动避障除草机，可在行间和植株间除草[3]。同年，徐丽明等人也设计了一种双向作业的自动避障除草机，解决了现有篱笆式种植葡萄园和葡萄园周边不除草面积大的株间除草机作业效率低的问题;并在ADAMS中建立了除草机的虚拟样机模型，以杂草覆盖率为评价指标，设计二次回归组合试验，建立杂草覆盖率回归模型。经试验，除草作业的平均覆盖率约为90.02%[4]。双侧同时运行模式的运行效率约为单侧运行模式的两倍。2019年，新疆农垦科学院机械装备研究所何一川为葡萄园设计了避障除草机。该避障除草机与小型四轮拖拉机配套使用。犁铲可以翻土、松土、清除行间杂草;障碍铲可以清除两侧植物间的杂草，翻转植物间的表土;螺旋压路机将浅层土壤破碎掩埋杂草，完成葡萄整个行间栽培过程的除草，改善土壤通气，调节土壤水分状态[5]，促进葡萄根系生长。

然而，现有的除草技术大多是避障除草，行间除草后的整地效果不能令人满意。为此，增加土地整平机构和覆土装置，提高行间除草效率的同时，实现土地平整作业，具有非常大的意义。

1  土地整平装置的技术路线及设计内容

技术路线如图1所示。

在葡萄种植过程中，杂草控制是田间管理中的重要环节之一，大多数大型葡萄园在田间使用中耕机进行除草，拖拉机作为牵引，通过中耕机清除行间杂草。但除草后土地不平整，需要人工平整，确保行间地面与葡萄树表面的高低差。因此，为了提高行间除草的效率，确保行间地面和株间地表的高低差，研究了利用中耕机除草进行土地平整一体化的技术。主要内容如下：

①通过对宁夏贺兰山东麓葡萄园田间管理调查研究，首先明确葡萄园田间管理目前采用的方式方法以及存在的问题，根据具体问题确定设计研究的内容——葡萄园田间除草及土地整平一体化作业机理研究。②分析国内外现有中耕设备结构的优劣性以及整地技术，选择适合东麓葡萄园的中耕机进行中耕除草，在原有设备上进行改进，增加土地整平装置，以实现中耕除草整平的一体化设计研究，从而减少人力劳动。③了解葡萄园种植土地整平的要求，设计使地面整平，确保葡萄园行间地面与葡萄树根部地面高度差的土地整平装置。

2  土地整平装置的设计及功能

葡萄园中耕机中的整平装置是完成整机最后工序的直接作业部件，其主要作用是提高土壤的坚固度，压碎较大的土块使得土地更为平整。整平装置主要由2个液压缸、13个整平辊轮，1个整平辊主轴，4个整平辊连接架，2个整平支架和2个轴承座等组成，如图1所示就是由三维软件solidworks建立的葡萄园中耕机土地整平装置的三维图[6]。整平装置中的液压缸与牵引中耕机的拖拉机的液压电机相连接，从而带动整平装置在高低起伏的土地上能够顺利的完成土地平整作业，整平辊主轴配有螺旋辊压机。在作业过程中，螺旋辊压机将浅层土壤压碎，掩埋杂草，从而完成葡萄行间、株间的全过程间作、除草，进一步增加土壤通风，调节土壤水分状况，促进葡萄根系生长。整平装置的主要作用是在间作、除草后对土壤进行粉碎，压平耕作层，整平土地，使土壤疏松密实，具有良好的保墒作用。如图2所示为整平装置的结构示意图。（图3）

3  工作原理

在田间作业时，中耕机整机是通过三点悬挂装置与拖拉机后悬挂系统相连，并调整限深轮的上导螺杆，以满足不同的耕作要求。整台机器的运行是通由拖拉机的牵引带动机器向前行驶，首先在机器的运行过程中，先用松土铲将表面的土块打碎对土壤进行初步松土，其次再用除草铲将松土后出现的杂草根系进行彻底割除，避免短周期内杂草的再生，紧接着用整体框架下端的两边覆土器将沟外的土壤覆盖。土壤通过覆土装置将土壤收集到沟内葡萄藤的上端，将葡萄藤覆盖，最后通过土地整平装置对除草及松土后土壤进行粉碎，压平耕作层，整平土地，使土壤疏松密实。其整平装置中的液压缸不仅起到保护作用，还能实现压实高度的微调。

4  土地整平装置的优点及其功耗

①提高了土壤紧实度——在覆土装置将土壤收集到沟内葡萄藤的上端，将葡萄藤覆盖时及时进行碎土整平，可使土壤紧实度适宜，达到作物生长发育所需的土壤容重，同时使葡萄藤与周围湿土密接，起到提墙、保墙、供墙的作用。

②防止风蚀——除草覆土后带整平装置，可使葡萄藤上土壤更加紧实。从而避免大风对其进行侵蚀，从而对葡萄产量造成影响。

③提高土壤温度——整平装置具有防止风蚀的作用，其覆土装置在覆盖葡萄藤时深度可浅一些，深度每浅1公分 ，地温高 1℃ 。

④从一定程度上增加了种床内的水分和硝态氮含量——整平后床内毛细管数量多，可使土壤中的水分向种床内移动，同时土壤中的氮随水分进入种床内，增加了土壤中硝态氮的含量。

⑤及时整平，节省人力--位于中耕机尾部，在除草覆土完后直接进行整平，保证了土壤是湿度，且代替了人工整平，大力节省了人力资源。

功耗：整平装置主要是压实成型过程中滚动摩擦引起的功耗。可用以下公式计算：

式中：fz——整平成型轮滚动摩擦系数;

Nz——整平成型力，N。

为实现一定强度的土壤整平成型，取fz=0.08，整平碎土轮施加的成形力主要通过调节后端气缸来完成，成形力取最大压缩气缸力，Nz=1000N，代入公式可得P整平=0.12kW。由以上得到的各个工序作业过程所消耗的功耗，可得P牵引=18.532kW，考虑到功率25%储备系数一般为20～30%，选用标定动力为以25kW上的拖拉机。

5  总结

土地整平装置的设计对现有葡萄园中耕机进行了一个大的改良，其与覆土器相互配合，在中耕机除草完成后对土壤中的土块进行了粉碎处理，压平耕作层，整平土地，使土壤疏松密實，保证了一定的高度差。同时，从以前的人工整平到机械整平，从一定程度上大大减少了人力劳动及大量机械设备的引入，为人们提供了诸多方便。并且通过该装置的设计，同学们能够根据课本理论设计各类机械结构，这样不仅有利于在实操技能中将理论与实际相结合，并加以运用。而且调动了同学们的参与度，发散了创新设计思维，同时还能锻炼和提高学生的动手能力。

①利用SolidWorks三维软件建立三维模型，对葡萄园中耕机的土地整平装置进行受力分析计算，分析其是否满足中间要求。

②现场调查宁夏贺兰山东麓葡萄园田间管理的机械化作业情况，了解其土地整平的具体情况。

③查阅相关文献资料，了解机械化田间管理的各类设备工作机理及参数。结合相关理论对葡萄园土地整平进行分析，并从大量的资料中总结出规律，形成假设，并进行验证。

④对照其他机器的土地整平装置，设计一款符合葡萄园的装置。

参考文献：

[1]温海燕.宁夏贺兰山东麓葡萄酒产业的发展战略研究[J].科技经济导刊，2019：89-90.

[2]李燕.滚齿式株间除草机构的设计与仿真[D].北京林业大学，2013.

[3]张德学，张军强，李青江，等.我国葡萄全程机械化应用现状及发展展望[J].农业装备与车辆工程，2019，057（003）：17-22.

[4]于畅畅，徐丽明，王庆杰，等.篱架式栽培葡萄双边作业株间自动避障除草机设计与试验[J].农业工程学报，2019，35（05）：9-17.

[5]何义川，汤智辉，杨怀君，等.葡萄园避障除草机的设计[J]. 农机化研究，2019，41（11）：133-137.

[6]赵盼，张燕，薛峰，等.基于SolidWorks二次开发的零件三维参数化设计及装配[J].科学技术与工程，2010（07）：1674-1679.