配套手扶拖拉機(jī)小型甘蔗破壟施肥機(jī)的研制與應(yīng)用

許樹寧等

摘 要 介紹了配套手扶拖拉機(jī)使用的小型甘蔗破壟施肥機(jī)的基本組成、主要部件設(shè)計(jì)、工作原理及技術(shù)參數(shù)，其配套手扶拖拉機(jī)使用可一次性完成宿根蔗破壟、施肥作業(yè)。經(jīng)性能指標(biāo)測(cè)定，結(jié)果表明：該機(jī)破壟深度150-200 mm；肥料箱裝肥50 kg/次，排肥順暢，施肥土壤覆蓋率85 %以上；生產(chǎn)率0.12-0.14 hm2/h，燃油消耗量為6.6 L/hm2，是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，作業(yè)質(zhì)量好、效率高、成本低的多功能作業(yè)小型甘蔗機(jī)具，具有較好的推廣應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞 甘蔗 ；破壟 ；施肥 ；結(jié)構(gòu) ；技術(shù)參數(shù)

中圖分類號(hào) S232

Abstract Introduced the basic composition， component design， working principle and main technical parameters of small cane ridge breaking fertilizing machine. The machine with walking tractor which can complete the walking tractor， ratoon cane ridge breaking， fertilizing disposable. Measured by the performance index， the results show that the machine in ridge depth of 150-200 mm； Fertilizer containing weight 50 kg/time， fat smoothly， fertilizing soil rate is above 85 %； 0.12- 0.14 hm2/h productivity， fuel consumption of 6.6 L/hm2， the machine is a kind of simple and compact structure， assignment of good quality， high efficiency， low cost of small sugar cane machine which has good application prospects.

Key words sugarcane ； ridge breaking ； fertilization ； structure ； technical parameters

中國(guó)為世界第三大蔗糖生產(chǎn)國(guó)，年甘蔗種植面積約170萬(wàn)hm2，宿根蔗面積約占植蔗總面積的60 %-70 %，一般甘蔗新植1 a，留宿根2-3 a，因此，發(fā)展宿根蔗栽培在蔗糖生產(chǎn)中具有重要意義[1-6]。宿根蔗地由于連作，土壤板結(jié)硬實(shí)，不利于地下芽的萌發(fā)出土，嚴(yán)重影響宿根發(fā)株，所以砍收后要盡早破壟松蔸[7]。破壟松蔸能讓蔗蔸（頭）充分裸露出表土，曬壟則使蔗頭更好地接觸陽(yáng)光，有效提高低位芽周圍的土溫和蔗蔸溫度，增強(qiáng)蔗蔸的呼吸作用和酶活性，促進(jìn)蔗芽及根系早生快發(fā)，尤其是低位芽發(fā)株，增加發(fā)株數(shù)[8-9]。另外，破壟松蔸還有利于增施肥料，從而提高產(chǎn)量。

目前，在甘蔗種植生產(chǎn)中，宿根蔗地破壟主要是人、畜作業(yè)，施肥為人工作業(yè)，作業(yè)效率低，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。而少數(shù)大、中型拖拉機(jī)機(jī)械破壟及施肥作業(yè)也只適用于較大面積的地塊，對(duì)于普遍面積較小的蔗地、蔗區(qū)，雖然擁有大量的手扶拖拉機(jī)，卻沒(méi)有配套破壟、施肥作業(yè)機(jī)具。針對(duì)此類問(wèn)題，研制了一種配套手扶拖拉機(jī)的小型甘蔗破壟施肥機(jī)，該機(jī)在2013年度獲得國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局授權(quán)實(shí)用新型專利2項(xiàng)，機(jī)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，適用于面積較小的蔗地破壟、施肥作業(yè)。

1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)組成

小型甘蔗破壟施肥機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1A、B所示，主要由手扶拖拉機(jī)、錐齒傳動(dòng)輪、蝸輪減速器、鏈輪、傳動(dòng)鏈、肥料箱、排肥器、犂架、升降犁液壓油缸、液壓油箱、尾輪液壓油缸、液壓油管、轉(zhuǎn)向雙尾輪、雙路液壓控制閥、破壟犁、固定夾板、液壓油泵、輸肥導(dǎo)向管、平行雙連桿、拉桿、連接軸等部分組成。

1.2 主要部件設(shè)計(jì)

1.2.1 破壟設(shè)施

宿根蔗破壟是將蔗壟兩側(cè)泥土犁翻入壟溝內(nèi)，以便后續(xù)施基肥和松蔸作業(yè)。本機(jī)破壟設(shè)施主要由破壟犁、固定夾板、犁架、拉桿、平行雙連桿、液壓油缸等部件構(gòu)成。

（1）破壟犁：左、右各1把，兩犁犁向向外。破壟犁尺寸越大，對(duì)土壤擠壓作用增大，破壟入土阻力也隨之增大，導(dǎo)致入土性能差，本機(jī)設(shè)計(jì)破壟梨尺寸寬度15 cm，實(shí)踐證明入土性能良好[10]。破壟犁可根據(jù)農(nóng)藝破壟寬度要求通過(guò)固定夾板、螺栓分別固定安裝于犂架左、右。

（2）拉桿：拉桿為左右2條，可通過(guò)拉桿中間螺母調(diào)節(jié)拉桿的伸縮和調(diào)整犁頭入土的傾斜度。拉桿一頭與破壟犁柱中間前面位置連接，另一端頭與手扶拖拉機(jī)半軸固定端蓋上固定螺栓連接。

（3）平行雙連桿：平行雙連桿端頭與手扶拖拉機(jī)牽引框連接，另一端與犂架連接。下拉桿中間設(shè)有可調(diào)長(zhǎng)短螺套，調(diào)節(jié)破壟犁耕深淺。

（4）升降液壓油缸：采用液壓方式升降犁具。在破壟犁柱中間后面位置連接升降犁液壓油缸，升降犁液壓油缸另端連在手扶拖拉機(jī)尾輪立柱夾板上。

1.2.2 施肥裝置

施肥裝置主要由施肥箱、排肥動(dòng)力與動(dòng)力傳遞等部件構(gòu)成。

（1）施肥箱：施肥箱分為左、右各1個(gè)，肥料箱下套裝排肥器，排肥器下接彎向破壟犁后的輸肥導(dǎo)向管。

①肥料箱：肥料箱容積過(guò)大、盛肥多，肥料在自身重量和機(jī)車行走顛簸下容易壓實(shí)、結(jié)塊和產(chǎn)生架空，同時(shí)也增加拖拉機(jī)的負(fù)荷；肥料箱容積過(guò)小，裝肥少，增加加肥次數(shù)，工作效率降低，故要盡可能將盛肥箱容積設(shè)計(jì)適中[11]。該機(jī)設(shè)計(jì)盛肥箱2個(gè)，安裝在手扶拖拉機(jī)手把座組合件的左右，若兩箱裝滿肥料（復(fù)合肥顆粒）重量約50 kg，即一次裝滿肥料可施甘蔗0.07-0.08 hm2，有利于提高生產(chǎn)效率。

②排肥器：排肥器安裝在肥料箱的下方，它是施肥機(jī)中一個(gè)極其重要的部件，設(shè)計(jì)的好壞將直接影響施肥質(zhì)量和正常排肥。本機(jī)排肥器設(shè)計(jì)成外槽輪式排肥器，由外槽輪、槽輪套、排肥盒、軸承、轉(zhuǎn)動(dòng)軸及阻塞擋圈組成。槽輪直徑70 mm，槽葉6張，槽深25 mm，槽輪工作長(zhǎng)度60 mm。槽輪固定在傳動(dòng)軸上，與槽輪套占據(jù)排肥盒內(nèi)一定的位置，隨軸的轉(zhuǎn)動(dòng)即可排肥。槽輪套可改變槽輪在排肥盒內(nèi)的工作長(zhǎng)度，當(dāng)槽輪套移出排種盒，使得工作長(zhǎng)度變大，反之則變小，以此調(diào)節(jié)排肥量。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，充滿在槽輪凹槽內(nèi)的肥料隨槽輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，在輪齒推動(dòng)下被強(qiáng)制從排肥口排出[12-14]。

③輸肥導(dǎo)向管：輸肥導(dǎo)向管是將肥箱中的肥料從排肥口輸送到破壟后的壟溝內(nèi)，從農(nóng)藝程序來(lái)說(shuō)是先破壟后施肥，因此，輸肥導(dǎo)向管一頭與肥箱的排肥口連接，另一頭固定在破壟犁的后端。

（2）排肥動(dòng)力與動(dòng)力傳遞：排肥器工作動(dòng)力的選擇，是保證和提高排肥工作性能的基本條件，對(duì)排肥器排肥量的穩(wěn)定性有著重要影響[11]。目前，旱地施肥機(jī)具的動(dòng)力來(lái)源有地輪輪軸驅(qū)動(dòng)和動(dòng)力輸出軸驅(qū)動(dòng)，該機(jī)采用拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸驅(qū)動(dòng)。

①傳動(dòng)軸：傳動(dòng)軸由液壓油泵框左側(cè)伸出，由拖拉機(jī)齒輪箱驅(qū)動(dòng)，軸頭裝有錐齒傳動(dòng)輪。

②蝸輪減速器：蝸輪減速器下連接板螺栓固定在手扶拖拉機(jī)拖卡連接框下，兩肥料箱共用1個(gè)，主要作用是降低拖拉機(jī)輸出傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速。蝸輪減速器動(dòng)力輸入軸頭安裝錐齒傳動(dòng)輪，動(dòng)力輸出軸頭裝鏈輪。

③鏈條與鏈輪：蝸輪減速器輸出軸和兩排肥器中間傳動(dòng)軸上裝有鏈輪，鏈條通過(guò)這2個(gè)鏈輪將蝸輪減速器輸出的動(dòng)力傳送到排肥器上。

④離合器：離合器主要作用是分離和接合排肥器的動(dòng)力，采用牙嵌式離合器，套裝在肥料箱的傳動(dòng)軸上，通過(guò)拉桿與安裝在手扶拖拉機(jī)縱梁上的拉桿連接。

動(dòng)力傳動(dòng)過(guò)程是由蝸輪減速器輸入軸通過(guò)一對(duì)錐齒傳動(dòng)輪與手扶拖拉機(jī)齒輪箱后左輸出傳動(dòng)軸連接，經(jīng)蝸輪減速器變速后的動(dòng)力，由輸出軸上的鏈輪通過(guò)鏈條與兩排肥器傳動(dòng)軸上的鏈輪連接，再通過(guò)離合器操縱排肥槽輪的轉(zhuǎn)動(dòng)或不動(dòng)，從而決定肥料的排放。

1.2.3 轉(zhuǎn)向雙尾輪

該機(jī)將原手扶拖拉機(jī)的單尾輪改換為雙尾輪行走機(jī)構(gòu)，可避免單尾輪在壟上作業(yè)壓壞蔗蔸，再就尾輪容易滑向壟底走偏，甚至造成翻車，更適用于有壟作物的跨壟行走作業(yè)使用，同時(shí)，采用升降油缸代替人力螺桿升降尾輪，還可減輕機(jī)手的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。該機(jī)雙尾輪行走結(jié)構(gòu)主要由手扶拖拉機(jī)縱梁、升降油缸套筒、連接卡、升降油缸、左右平衡拉彈簧、連接銷、卡槽、限位塊、尾輪中梁、左、右尾輪橫架、尾輪組成。詳見(jiàn)圖2。

（1）升降油缸：升降油缸套筒是套在升降油缸外面，穿過(guò)手扶拖拉機(jī)的縱梁，擰緊連接卡螺栓固定在縱梁上，升降油缸端頭為單耳環(huán)。

（2）尾輪中梁：在尾輪中梁中間焊接有卡槽，卡槽開(kāi)有連接銷孔，在卡槽旁邊適當(dāng)位置上焊接有限位塊；中梁的左、右外端頭開(kāi)有尾輪橫架連接孔；其左、右適當(dāng)位置上邊后側(cè)焊有踏板，端頭開(kāi)有左右平衡拉彈簧孔。

（3）尾輪橫架：尾輪橫架主要是起到支撐尾輪及與尾輪中梁連接的作用，左、右各由一塊面板、兩塊向下凹形豎板組成。兩塊向下凹形豎板分別焊接在面板的一端下方，凹形豎板下端開(kāi)有開(kāi)邊孔；橫架頂端焊接有與中梁連接的連接板，在連接板的適當(dāng)位置上開(kāi)有連接長(zhǎng)孔。

（4）平衡拉彈簧：平衡拉彈簧左、右各一條，彈簧的一端連接左、右尾輪橫架的彈簧孔，另一端則連在扶拖拉機(jī)縱梁下連接彈簧孔上。

1.2.4 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)主要由液壓油泵、雙路液壓控制閥、液壓油箱及液壓油管組成。

（1）液壓油泵：液壓油泵與手扶拖拉機(jī)齒輪箱后右輸出軸連接；

（2）雙路液壓控制閥：雙路液壓控制閥焊接在手扶拖拉機(jī)縱梁的右邊；

（3）液壓油箱：液壓油箱安裝在手扶拖拉機(jī)縱梁的左邊，油箱上設(shè)2個(gè)回油孔、下設(shè)1個(gè)出油口；

（4）液壓油管：液壓油管有6條，按照液壓程序原理，第1條由液壓油泵進(jìn)油口連接油箱出口，第2條由液壓油泵出油口連接雙路液壓控制閥進(jìn)油口，第3條由雙路液壓控制閥泄油口連接液壓油箱1回油口，第4條由雙路液壓控制閥1出油口連接升降犁液壓油缸，第5條由雙路液壓控制閥2出油口連接尾輪液壓油缸，第6條由雙路液壓控制閥回油口連接液壓油箱2回油口。

1.3 工作原理

工作時(shí)，甘蔗破壟施肥機(jī)在蔗地對(duì)好壟，把手扶拖拉機(jī)后驅(qū)動(dòng)檔掛上后，手扶拖拉機(jī)齒輪箱后右輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)液壓油泵工作后，操縱雙路液壓控制閥手柄，控制升降犁液壓油缸、尾輪液壓油缸升降，按農(nóng)藝要求調(diào)整破壟犁破壟作業(yè)深度；同時(shí)，手扶拖拉機(jī)齒輪箱后左輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)錐齒傳動(dòng)輪，驅(qū)動(dòng)蝸輪減速器、鏈輪、傳動(dòng)鏈、鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)離合器手柄及拉桿操控左、右排肥器轉(zhuǎn)動(dòng)排出肥料；根據(jù)農(nóng)藝要求調(diào)整好施肥器出肥料量后，這時(shí)掛手扶拖拉機(jī)工作前進(jìn)檔，手扶拖拉機(jī)向前行走，拖動(dòng)破壟犁前進(jìn)破壟，肥料箱肥料經(jīng)施肥器定量排出肥料流經(jīng)施肥導(dǎo)向管施入破壟后的溝里；人坐在手扶拖拉機(jī)坐橙上，雙腳踏在轉(zhuǎn)向雙尾輪左右轉(zhuǎn)向踏板上，雙手握手扶拖拉機(jī)手把，或操縱雙路液壓控制閥手柄，控制破壟施肥機(jī)前進(jìn)、轉(zhuǎn)向、調(diào)整破壟深度、提升破壟犁，進(jìn)行破壟、施肥作業(yè)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)地點(diǎn)在廣西農(nóng)科院甘蔗研究所內(nèi)，耕地土壤質(zhì)地粘重，地勢(shì)平整，蔗茬為1 a宿根，試驗(yàn)時(shí)土壤含水量25.9 %。主要技術(shù)參數(shù)和性能指標(biāo)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。

2.2 結(jié)果分析

2.2.1 破壟質(zhì)量

試驗(yàn)地蔗壟較直，機(jī)手操作較熟練，機(jī)具隨手扶拖拉機(jī)的行走，可同時(shí)在宿根蔗蔗壟兩側(cè)犁翻壟土，深度150-200 mm，未見(jiàn)蔗頭、蔗苗損傷情況。

2.2.2 施肥質(zhì)量

試驗(yàn)用肥料為干燥顆粒狀復(fù)合肥，肥料箱裝肥50 kg/次，施肥過(guò)程無(wú)架空斷壟現(xiàn)象，施肥均勻性比人工作業(yè)大大提高。施肥量可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整，肥料土壤覆蓋率85 %以上。

2.2.3 作業(yè)速度

破壟施肥作業(yè)時(shí)，手扶拖拉機(jī)前進(jìn)速度快Ⅰ檔行走1.0 km/h以上，在行距1.2 m的情況下，純工作生產(chǎn)率0.12-0.14 hm2/h。

2.2.4 燃油消耗

單位面積燃油消耗量為6.6 L/hm2。

3 討論與結(jié)論

（1）該甘蔗破壟施肥機(jī)可一次性完成宿根蔗地破壟、施肥作業(yè)，也可以根據(jù)農(nóng)藝要求有選擇地單獨(dú)破壟、施肥作業(yè)；

（2）雙尾輪跨壟作業(yè)，可避免單尾輪行走在壟上容易壓壞蔗頭或新發(fā)的蔗芽的弊病；

（3）與一些大、中型拖拉機(jī)牽引式的破壟、施肥相比，其機(jī)型小，具有良好的地頭掉轉(zhuǎn)特性，非常適合丘陵蔗地、地塊小的耕作環(huán)境；

（4）與手扶拖拉機(jī)其它機(jī)具相配套，起到一機(jī)多用的效果，進(jìn)一步提高手扶拖拉機(jī)的利用率。

該機(jī)配套在手扶拖拉機(jī)上對(duì)甘蔗生產(chǎn)中宿根蔗地進(jìn)行破壟、施肥作業(yè)，是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，作業(yè)質(zhì)量好、效率高、成本低的多功能作業(yè)的小型甘蔗機(jī)具，具有較好的推廣應(yīng)用前景。

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