溫室自走式施肥播種覆膜一體機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

劉中正，玄冠濤，邵園園，吳彥強(qiáng)，王連文

(1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)械與電子工程學(xué)院，山東 泰安　271018； 2.山東省園藝機(jī)械與裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 泰安　271018； 3.山東華興機(jī)械股份有限公司，山東 博興　256500)

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溫室自走式施肥播種覆膜一體機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

劉中正1,2，玄冠濤1,2，邵園園1,2，吳彥強(qiáng)1,2，王連文3

(1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)械與電子工程學(xué)院，山東 泰安271018； 2.山東省園藝機(jī)械與裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 泰安271018； 3.山東華興機(jī)械股份有限公司，山東 博興256500)

摘要：針對(duì)溫室大棚內(nèi)的傳統(tǒng)機(jī)械操作不靈活、轉(zhuǎn)彎幅度大、播種質(zhì)量差、施肥深度及薄膜地面貼實(shí)度不均勻等問題，專門設(shè)計(jì)了溫室自走式施肥播種覆膜一體機(jī)。該機(jī)主要由蓄電池、鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、開溝器、施肥裝置、播種裝置、覆土器、鎮(zhèn)壓輪和覆膜機(jī)構(gòu)等工作部件組成，具有良好的工作穩(wěn)定性、操作靈活性和良好的適應(yīng)性。試驗(yàn)表明：該機(jī)的各項(xiàng)性能達(dá)到了精量施肥、播種及覆膜的技術(shù)要求，保證了株距、行距、施肥播種深度、覆膜寬度，促進(jìn)了農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝相融合。

關(guān)鍵詞：溫室； 自走式； 施肥； 播種； 覆膜

0引言

農(nóng)作物施肥、播種和覆膜作業(yè)是整個(gè)設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中最重要的一組環(huán)節(jié)，在溫室大棚中種植不僅能使農(nóng)作物大幅度增加產(chǎn)量，而且可使農(nóng)作物避免低溫凍害。目前，國內(nèi)農(nóng)業(yè)施肥、播種和覆膜機(jī)械主要是露天作業(yè)，溫室大棚農(nóng)作物施肥、播種和覆膜過程都采用人工撒肥、人工點(diǎn)播和人工覆膜的方式，出現(xiàn)施肥播種量、施肥播種深度及薄膜地面貼實(shí)度不均勻等問題。溫室中，少數(shù)采用機(jī)械化施肥、播種及覆膜，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)施肥、播種及覆膜作業(yè)，但只能保證行距，施肥播種精度低及覆膜效果差，無法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)精量施肥、播種及覆膜技術(shù)要求，即無法實(shí)現(xiàn)施肥量、播種固定數(shù)量、株距、行距、施肥播種深度及覆膜寬度等的農(nóng)藝要求[1-5]?，F(xiàn)在溫室大棚的設(shè)備不具有一次性開溝、施肥、播種、覆土、鎮(zhèn)壓及覆膜等多項(xiàng)作業(yè)功能，增加了作業(yè)次數(shù)，破壞播種效果；工作時(shí)操作不靈活、轉(zhuǎn)彎幅度大及工作不穩(wěn)定，加之溫室空氣不暢通，造成了溫室環(huán)境的污染等問題，不利于溫室大棚農(nóng)作物的生長。

國外溫室大棚農(nóng)作物施肥播種及覆膜機(jī)械的研究與發(fā)展起步比較早，技術(shù)比較成熟，施肥播種精度高、覆膜效果好、整體的配套性較好；但由于機(jī)器昂貴、維修困難，不適合在我國大面積推廣使用[6-8]。為此，專門設(shè)計(jì)研制出了溫室自走式施肥播種覆膜一體機(jī)。該機(jī)在溫室大棚作業(yè)時(shí)，轉(zhuǎn)彎幅度小、操作靈活、工作運(yùn)行平穩(wěn)，且不會(huì)產(chǎn)生有害氣體，可實(shí)現(xiàn)一次作業(yè)完成開溝、施肥、播種、覆土、鎮(zhèn)壓及覆膜等多項(xiàng)作業(yè)，提高了工作效率、降低了勞動(dòng)強(qiáng)度；同時(shí)，保證了施肥量、播種固定數(shù)量、株距、行距、施肥播種深度及覆膜寬度技術(shù)要求。

1整機(jī)設(shè)計(jì)

1.1　機(jī)械整體結(jié)構(gòu)

溫室自走式施肥播種覆膜一體機(jī)，主要由機(jī)架、蓄電池、可巡航定速器、行走輪、鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、施肥裝置、播種裝置、覆土器、鎮(zhèn)壓輪和覆膜機(jī)構(gòu)等工作部件組成，如圖1所示。該機(jī)施肥播種行數(shù)為2行，選用的自動(dòng)排肥器和自動(dòng)排種器是窩眼式排種器，播種效果好。該機(jī)在工作時(shí)，可實(shí)現(xiàn)一次作業(yè)完成開溝、施肥、播種、覆土、鎮(zhèn)壓及覆膜等多項(xiàng)作業(yè)，減少了作業(yè)次數(shù)；操作簡(jiǎn)單靈活，轉(zhuǎn)彎幅度小，施肥、覆膜寬度可控可調(diào)，滿足種植農(nóng)藝要求。

1.2　工作原理

作業(yè)時(shí)，由可巡航定速器設(shè)定好前進(jìn)速度，蓄電池提供動(dòng)力，帶動(dòng)行走輪轉(zhuǎn)動(dòng)前進(jìn)；開溝器破土開溝，行走輪轉(zhuǎn)動(dòng)通過鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)施肥裝置中的自動(dòng)排肥器和播種裝置中的自動(dòng)排種器轉(zhuǎn)動(dòng)，將肥料和種子落進(jìn)肥溝和種溝當(dāng)中，完成排肥排種；后面的覆土器對(duì)入溝的肥料和種子進(jìn)行覆蓋，鎮(zhèn)壓輪對(duì)覆蓋后的肥料和種子進(jìn)行松土鎮(zhèn)壓，覆膜機(jī)構(gòu)對(duì)鎮(zhèn)壓后的肥料和種子進(jìn)行覆膜，全部作業(yè)完成。

1.機(jī)架　2.開溝器　3.覆土器

1.3　主要技術(shù)參數(shù)指標(biāo)

溫室自走式施肥播種覆膜一體機(jī)按照設(shè)施農(nóng)業(yè)在溫室大棚農(nóng)作物種植的農(nóng)藝要求，確定了該機(jī)的主要性能指標(biāo)，如表1所示。

表1　主要的性能指標(biāo)

續(xù)表1

2主要工作機(jī)構(gòu)的選用和設(shè)計(jì)

2.1　開溝器的選用

該機(jī)采用芯鏵式開溝器，如圖2所示。其優(yōu)點(diǎn)：①入土性能好，作業(yè)穩(wěn)定。工作時(shí)，先由芯鏵入土開溝,兩個(gè)側(cè)板將土壤擋在兩邊,肥料和種子由排肥管和排種管落于溝底,然后土壤由側(cè)板后部落回溝內(nèi)蓋種。②芯鏵式開溝器開溝寬度可達(dá)18cm,開溝深度可達(dá)12cm，溝底平整，苗幅寬，可防止干濕土混雜，有利于保墑出苗，適于由溫室大棚使用，確保了良好的施肥播種效果。③開溝器上下左右可進(jìn)行調(diào)整，滿足了不同行距和施肥深度播種深度的作業(yè)要求[9-11]。

1.鏵柄　2.芯鏵　3.側(cè)板　4.連接件　5.覆土器調(diào)位孔

2.2　施肥裝置和播種裝置的設(shè)計(jì)

該機(jī)中的施肥裝置和播種裝置是整個(gè)施肥播種作業(yè)的重要環(huán)節(jié)。由于排肥和排種的工作原理相同，因此專門設(shè)計(jì)了既可以施肥使用也可以播種使用的兩種性能裝置。為避免重復(fù)敘述，下面只敘述播種裝置，如圖3所示。

播種裝置主要由種子箱、排種器、排種管及U形連接件等組成。排種器作為播種的關(guān)鍵部件，其工作性能的好壞直接影響到播種質(zhì)量。為此，排種器采用了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、播種均勻的窩眼式排種器，并對(duì)窩眼式排種器的尺寸和窩眼輪等進(jìn)行改進(jìn)及優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其適用于芹菜、小油菜、胡蘿卜、大白菜等作物的播種要求。窩眼式排種器由殼體、刮種片、護(hù)種板、窩眼輪及排種管等工作零件組成[12]。

播種作業(yè)過程：窩眼輪排種器的工作部件是一個(gè)水平軸旋轉(zhuǎn)的窩眼輪，窩眼輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，種子靠重力滾入型孔內(nèi)，經(jīng)刮種片去除多余的種子后，窩眼內(nèi)的種子隨窩眼沿護(hù)種板轉(zhuǎn)到下方，靠重力下落進(jìn)入排種管投入種溝，實(shí)現(xiàn)了播種技術(shù)要求，播種效果好。

其中，施肥播種前對(duì)排肥管和排種管通過U形連接件進(jìn)行調(diào)整高低，滿足了肥料和種子同位分層施肥播種的作業(yè)要求，避免出現(xiàn)燒種的現(xiàn)象。播種前，最好對(duì)種子進(jìn)行藥丸式處理，使種子粒度均勻，以便于充種[13-14]。

1.種子箱　2.刮種板　3.排種器　4.護(hù)種板

2.3　覆土器和鎮(zhèn)壓輪的設(shè)計(jì)

由于開溝器只能用少量濕土覆蓋肥料和種子，所以不能滿足覆土厚度的要求。為了降低肥料種子的營養(yǎng)和水分的流失，避免出現(xiàn)涼種現(xiàn)象，通常還需要在開溝器的后面安裝肥料種子覆土用的覆土器和壓實(shí)用的鎮(zhèn)壓輪，壓實(shí)土壤，使肥料種子與濕土接觸，從而保證播種質(zhì)量，提高出苗率[15]。

覆土器采用刮板式覆土器，安裝在開溝器的后端，是單一的零件。調(diào)整開溝器后端的調(diào)位孔，使覆土器上下移動(dòng)，能夠滿足不同肥料種子覆土厚度的農(nóng)藝要求。

鎮(zhèn)壓輪安裝在覆土器的后面，通過軸、軸承與機(jī)架連接，鎮(zhèn)壓輪可通過在機(jī)架上的調(diào)位孔的調(diào)整，滿足不同肥料種子對(duì)土壤壓實(shí)的農(nóng)藝要求。

2.4　覆膜機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

覆膜可保持濕土里的營養(yǎng)和水分，維持土壤結(jié)構(gòu)，防止害蟲侵害，同時(shí)保護(hù)和促進(jìn)種子發(fā)芽生根，因此通過覆膜機(jī)構(gòu)可提高作業(yè)效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度[16]。

覆膜機(jī)構(gòu)主要由機(jī)架、覆膜釋放輪組件(伸縮連桿、覆膜釋放輪連桿、覆膜釋放輪、覆膜釋放輪連接)、軋膜輪組件(伸縮連桿、軋膜輪連接架、彈簧、軋膜輪)及覆土軋盤組件(覆土軋盤連桿、覆土軋盤轉(zhuǎn)動(dòng)軸、覆膜軋盤)等組成，如圖4所示。其中，覆膜釋放輪組件中的伸縮連桿可橫向350mm可調(diào)，覆膜釋放輪連桿可上下為400mm可調(diào)，滿足了對(duì)不同施肥播種行距為400mm可調(diào)、覆膜寬度為350mm可調(diào)及不同的塑料薄膜對(duì)肥料種子的覆膜要求。其中，軋膜輪組件中的伸縮連桿可橫向350mm可調(diào)，軋膜輪連接架可上下400mm可調(diào)，轉(zhuǎn)動(dòng)角度為10°可調(diào)，軋膜輪的寬度為40mm，彈簧具有動(dòng)態(tài)調(diào)整對(duì)地面的壓力，提高了覆膜的質(zhì)量，滿足施肥播種不同行距為400mm可調(diào)、軋膜寬度為650mm可調(diào)；覆土軋盤組件中的覆土軋盤連桿上下為350mm可調(diào)且旋轉(zhuǎn)為30°可調(diào)，覆土軋盤轉(zhuǎn)動(dòng)軸可橫向?yàn)?00mm可調(diào)，覆土厚度為30～50mm，覆土寬度50～80mm。

覆膜作業(yè)過程：該機(jī)施肥播種后，覆膜釋放輪組件將塑料薄膜展開并覆蓋施肥播種處，機(jī)架左右兩端的軋膜輪組件對(duì)塑料薄膜兩邊進(jìn)行壓緊，將塑料薄膜橫向拉緊并緊貼施肥播種的地面；然后由機(jī)架后端覆土軋盤組件對(duì)塑料薄膜兩邊進(jìn)行覆土，從而完成整個(gè)的覆膜作業(yè)。

1.機(jī)架　2.覆膜釋放輪連桿　3.軋膜輪組件　4.覆土軋盤

3試驗(yàn)效果

溫室自走式施肥播種覆膜一體機(jī)于2014年10月在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)基地的溫室大棚內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)，肥料為山東農(nóng)業(yè)大學(xué)復(fù)合肥，其物理形狀為顆粒狀，蔬菜種子是大白菜，種子經(jīng)過丸粒化處理。性能試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2　性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)中，設(shè)定該機(jī)前進(jìn)速度為1.5m/s，行數(shù)為2行，行距為400mm，株距為22mm，施肥深度為70mm，播種深度為40mm，覆膜寬度為600mm。

試驗(yàn)結(jié)果表明：溫室自走式施肥播種覆膜的各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)均達(dá)到了農(nóng)業(yè)部規(guī)定的技術(shù)要求。

4結(jié)論

溫室自走式施肥播種覆膜一體機(jī)實(shí)現(xiàn)了一次完成開溝、施肥、播種、覆土、鎮(zhèn)壓及覆膜等多項(xiàng)作業(yè)，與傳統(tǒng)的機(jī)械化作業(yè)相比，減少了作業(yè)次數(shù)，提高了作業(yè)效率，降低了勞動(dòng)力。采用蓄電池提供動(dòng)力和可巡航定速器，解決了在溫室大棚作業(yè)機(jī)械對(duì)環(huán)境產(chǎn)出有害氣體和轉(zhuǎn)彎幅度大等問題，保證了株距、行距及深度的要求。其自動(dòng)化程度提高，操作簡(jiǎn)單，滿足了現(xiàn)代化農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝相融合的要求，便于推廣使用，市場(chǎng)前景廣闊。

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Abstract ID:1003-188X(2016)08-0113-EA

Design and Test of the Self-propelled Integrated Machine for Fertilization Sowing Covering in Greenhouse

Liu Zhongzheng1,2, Xuan Guantao1,2, Shao Yuanyuan1,2, Wu Yanqiang1,2, Wang Lianwen3

(1.Mechanical and Electronic Engineering College, Shandong Agricultural University, Tai'an 271018, China; 2.Shandong Provincial Key Laboratory of Horticultural Machinery and Equipment, Tai'an 271018, China; 3.Shandong Huaxing Machinery Co.Ltd., Boxing 256500, China)

Abstract：The traditional mechanical operation inside the greenhouse with the issues of inflexibility, turning amplitude, poor quality planting, fertilizing film depth and solidity uneven ground paste and so on. Based on this , self-propelled fertilizer greenhouse seeding machine laminating machine was designed which consisted with battery, chain drive mechanism, opener, fertilizing equipment, planting equipment, casing, a repression wheels and components covered institutions work. It achieves the expected result that good job stability, operational flexibility and good adaptability. The experiments show:the performance of the aircraft reached a precision fertilization, seeding and covering the technical requirements to ensure that the spacing, line spacing, fertilization planting depth, width and film lighting area, and promote the integration of agricultural and agronomic.

Key words：greenhouse; self-propelled; fertilize; sowing; film

中圖分類號(hào)：S776.24+3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-188X(2016)08-0113-04

作者簡(jiǎn)介：劉中正(1987-),男，山東菏澤人，碩士研究生，(E-mail) zhouguipeng2007@126.com。通訊作者：邵園園(1980-)，女，山東濟(jì)寧人，博士后，(E-mail)xoyo111@163.com。

基金項(xiàng)目：山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(BS2015NY012)；山東省高等學(xué)?？萍加?jì)劃項(xiàng)目(J13LB09)；山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(sdait-02-021-09)

收稿日期：2015-07-28