深耕起壟理墑一體化微耕機(jī)的研究與應(yīng)用

萬 磊，普艷武，楊正權(quán)，胡衛(wèi)宗，張芬芬，溫麗娜，徐 云

（1.云南省煙草公司昆明市公司尋甸分公司 昆明 650051；2.昆明市尋甸縣七星鎮(zhèn) 昆明650000；3.農(nóng)業(yè)部云南煙草生物學(xué)及加工科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站 昆明 650205）

深耕起壟理墑一體化微耕機(jī)的研究與應(yīng)用

萬 磊1，普艷武2，楊正權(quán)1，胡衛(wèi)宗1，張芬芬1，溫麗娜3，徐 云3

（1.云南省煙草公司昆明市公司尋甸分公司 昆明 650051；2.昆明市尋甸縣七星鎮(zhèn) 昆明650000；3.農(nóng)業(yè)部云南煙草生物學(xué)及加工科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站 昆明 650205）

針對云南山地?zé)焻^(qū)煙地不規(guī)整，整地理墑困難、人力投入大、大型機(jī)械操作成本高的實(shí)際情況，在現(xiàn)有微耕機(jī)的基礎(chǔ)上，改進(jìn)并設(shè)計了一種可單人操作，集深耕、旋耕和起壟理墑于一體的農(nóng)用微耕機(jī)具，經(jīng)應(yīng)用測試，可以滿足云南山地?zé)煾魃疃?0 cm、理墑高度30 cm的栽培要求，該一體化微耕機(jī)整地理墑效益高，成本低，操作簡單、安全，特別適合云南山地?zé)焻^(qū)推廣應(yīng)用。

一體化；微耕機(jī)；研究；應(yīng)用

整地理墑是烤煙種植過程中的重要基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，理墑質(zhì)量的高低影響煙苗移栽后的成活率和壯株率［1］。在云南山地?zé)焻^(qū)，由于受地理?xiàng)l件限制，大型機(jī)耕起壟機(jī)械適用性低，運(yùn)行成本高［2］，整地理墑工作需要煙農(nóng)投入大量的人力及資金成本。實(shí)行小型機(jī)械化作業(yè)，有效降低山地?zé)熣乩韷劦娜肆Τ杀?，是?shí)現(xiàn)山地?zé)煖p工降本的有效途徑。目前使用的小型微耕機(jī)具，深耕、旋耕、理墑環(huán)節(jié)分離，使用效果差，耕地深度達(dá)不到要求，不利于煙草根系生長及養(yǎng)分吸收［5］，且工序繁瑣［3-4］，無法實(shí)現(xiàn)深耕、起壟、理墑一體化，煙農(nóng)通常需要重復(fù)作業(yè)，增加了整地理墑成本［6］。因此，如何提高整地理墑效率，優(yōu)化機(jī)耕工序，使資金得到更有效的利用，達(dá)到減工降本的目的，已經(jīng)成為山地?zé)焻^(qū)煙農(nóng)亟待解決的問題。

筆者通過借鑒國內(nèi)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合云南山地?zé)煹母魈攸c(diǎn)，研究設(shè)計了一種集深耕、旋耕、起壟功能于一體的微耕機(jī)，該機(jī)整地理墑效益高，成本低，操作簡單、安全，特別適合云南山地?zé)焻^(qū)推廣應(yīng)用。

1 結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 結(jié) 構(gòu)

深耕起壟一體化微耕機(jī)主要由深耕器、旋耕器、起壟器、小犁、開溝器、連接杠桿、發(fā)動機(jī)和空氣濾清器等組成。如圖1所示。

圖1 深耕起壟一體化微耕機(jī)主要部件設(shè)計示意圖

1.2 工作原理

該微耕機(jī)集成農(nóng)機(jī)裝置，裝有深耕刀片、旋耕刀片、起壟刀片、小犁和開溝器，采用柴油發(fā)動機(jī)提供動力。工作時，發(fā)動機(jī)通過連接杠桿帶動各種刀片運(yùn)行，通過螺旋式刀片帶動微耕機(jī)前進(jìn) ，旋耕刀片和起壟刀片組合工作碎垡土壤，改善土壤通性及物理結(jié)構(gòu)。此外，微耕機(jī)前部的三角小犁能夠有效地減少機(jī)耕前進(jìn)過程中的阻力；后部的開溝器能夠最大化去除溝壑內(nèi)殘留的淤土，完成理墑起籠，實(shí)現(xiàn)了深耕、旋耕、理墑和起籠的一體化作業(yè)；起籠調(diào)節(jié)桿能根據(jù)不同作物或品種的需求，調(diào)整壟距，0.8～1.5 m之間；平衡桿能確保墑面平整，無明顯波幅震動。

2 動力選擇與關(guān)鍵部件設(shè)計

2.1 微耕機(jī)的動力

該微耕機(jī)動力從目前市場上的柴油微耕機(jī)系列中選擇，發(fā)動機(jī)必須滿足熄火次數(shù)少和安全系數(shù)高兩個要求，正常作業(yè)時平均熄火次數(shù)最多為每0.67 hm2熄火1次。動力太小，整地理墑時易出現(xiàn)熄火；反之動力過大，作業(yè)人員難以操控，安全系數(shù)低。因此發(fā)動機(jī)必須具備合適的規(guī)格和馬力［7］。通過實(shí)地測試，配備8.83 kW發(fā)動機(jī)時耕作0.67 hm2煙地出現(xiàn)2次熄火，配備10.30 kW發(fā)動機(jī)時耕作0.67 hm2煙地未出現(xiàn)熄火，而11.77 kW發(fā)動機(jī)動力過大，作業(yè)人員難以操控，安全系數(shù)低。因此，采用10.30 kW的發(fā)動機(jī)較為適宜。

2.2 深耕器刀片

深耕器刀片是整地的重要部件，主要用于控制耕地深度和寬度，將深層土壤進(jìn)行翻耕晾曬，可有效減少土傳病蟲害的侵染幾率，而合理的刀片數(shù)量和長度能有效加深土壤耕作深度及寬度。根據(jù)云南山地?zé)焻^(qū)烤煙生產(chǎn)的實(shí)際要求，一般需要耕地深度≥30 cm，單邊耕地寬度應(yīng)達(dá)到60 cm，才能較好地滿足烤煙的種植要求，因此，需要對市場上的深耕器單邊長度40 cm、刀片旋耕半徑15 cm 、刀片數(shù)32片的規(guī)格進(jìn)行改進(jìn)。經(jīng)過多次實(shí)地測試，確定深耕器單邊長度增加至55 cm、刀片旋耕半徑增加至17 cm，刀片間距由10 cm縮短至5 cm，總刀片數(shù)調(diào)整為24片，刀片形狀由扁平片狀改為弧形圓柱狀，刀頭形狀改為三角形。這樣的改進(jìn)組合能夠較好滿足深耕30 cm、單邊耕地寬度60 cm的要求。2種深耕器的比較如下圖2所示。

圖2 2種深耕器比較圖

2.3 起壟器刀片和深耕起壟組合器

起壟器刀片是理墑的主要部件，主要作用是起壟理墑。起壟理墑質(zhì)量是創(chuàng)造良好土壤環(huán)境、促進(jìn)煙株根系生長的重要基礎(chǔ)。根據(jù)山地烤煙理墑起壟高度應(yīng)達(dá)到30 cm、壟間距應(yīng)達(dá)到120 cm的要求，起壟器刀片需要將原來的起壟半徑15 cm增加至17 cm，以便增加起壟的高度。與此同時，將設(shè)計的深耕器刀片與起壟器組合在一起，形成了深耕起壟組合器，一次性作業(yè)就可完成深耕與起壟，且同步后的煙墑基本滿足30 cm的高度要求，旋耕后的煙田無較大土垡。深耕起壟組合器如圖3所示。

2.4 開溝器

圖3 深耕起壟組合器

開溝器是理墑的重要部件，其主要作用是確保煙壟溝直、溝底平、壟土細(xì)碎，壟型飽滿且平整，并可根據(jù)不同烤煙品種的種植需要調(diào)整壟距，起壟后壟間溝壑無明顯殘留淤土，壟間距在1～1.2 m之間，壟面墑面平整。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，將開溝器設(shè)計為溝心分土器、壟距調(diào)整器和墑面平整器三個部分。溝心分土器的功能是將深耕起壟組合器工作時的底土均勻分至兩邊煙墑，使兩邊墑土厚實(shí)，兩墑之間的壟溝深而平，避免壟溝積水；壟距調(diào)整器的功能是通過調(diào)節(jié)兩片調(diào)節(jié)桿的夾角大小相應(yīng)地改變兩墑的間距，以滿足不同烤煙品種種植對墑距的要求；墑面平整器的功能是在理墑過程中刮平墑面土壤，使墑面平整厚實(shí)。開溝器設(shè)計如下圖4所示。

圖4 開溝器

2.5 減阻小犁

在微型發(fā)動機(jī)動力前進(jìn)中，由于發(fā)動機(jī)頭下有一個軋包，因此在前進(jìn)過程中會產(chǎn)生一定的阻力影響前進(jìn)速度。為此，特別設(shè)計一個減阻小犁安裝在發(fā)動機(jī)頭下方，小犁為梭形，高19 cm、低寬9 cm。經(jīng)過測試，安裝小犁后，前進(jìn)阻力大大減少，前進(jìn)速度明顯提升。減阻小犁設(shè)計如圖5所示。

圖5 減阻小犁設(shè)計

2.6 空氣濾清器

微耕機(jī)原有空氣濾清器的進(jìn)氣口比較低，作業(yè)時大量灰塵進(jìn)入，常常導(dǎo)致微耕機(jī)停頓、熄火。為此，將空氣濾清器的高度增高至40 cm，同時添加一層空氣濾清網(wǎng)。由于增加了高度，進(jìn)灰量減少，同時空氣濾清網(wǎng)又起到過濾灰塵的作用，因此在作業(yè)過程中，機(jī)器工作穩(wěn)定，作業(yè)效率明顯提高。

3 集成組裝與整機(jī)測試

將各個部件進(jìn)行組裝，形成集深耕、旋耕、開溝起壟、整地理墑所有工序于一體的微耕機(jī)具。實(shí)地操作測試表明，該一體化微耕機(jī)深耕旋耕深度好、開溝直、起壟的墑高及土壤飽滿度好，其耕地、整地、開溝、理墑質(zhì)量能夠滿足烤煙種植的標(biāo)準(zhǔn)要求，在云南山地?zé)煼N植區(qū)具有很高的推廣應(yīng)用價值。一體化微耕機(jī)整機(jī)如圖6所示。

3.1 測試時間和地點(diǎn)

2015年6月5～15日，在尋甸縣煙草科技試驗(yàn)基地試驗(yàn)田中進(jìn)行實(shí)地測試。微耕機(jī)由當(dāng)?shù)責(zé)熮r(nóng)操作，數(shù)據(jù)由基地科技人員觀察記錄。

3.2 耕地深度、理墑高度測試

在試驗(yàn)基地重復(fù)10次的操作測試，一體化微耕機(jī)的耕地深度及理墑高度均達(dá)到了設(shè)計要求。測試結(jié)果見表1。

圖6 一體化微耕機(jī)組合圖

表1 一體化微耕機(jī)整地理墑耕作深度及墑高

由表1可知，使用本設(shè)計一體化微耕機(jī)進(jìn)行深耕、整地、理墑作業(yè)，耕地深度可達(dá)32～35 cm，墑高達(dá)到28～32 cm，且深耕后的煙田無較大土垡，完全滿足煙葉種植的標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3 耕作效率測試

在試驗(yàn)基地26 013 m2煙地中的應(yīng)用測試，應(yīng)用一體化微耕機(jī)開展耕地理墑，取得了顯著的效益。測試結(jié)果見表2，其中成本包含人工和燃料成本。

表2 一體化微耕機(jī)作業(yè)效率

由表2可知，一體化微耕機(jī)完成667 m2煙田的深耕、理墑、起壟作業(yè)用時35 m in，耗油1.8 L，合計人力和物資成本約105.90元，比改進(jìn)前的199.80元降低93.90元/667 m2，合計節(jié)約成本3 662.1元，效益顯著。以試驗(yàn)地區(qū)尋甸縣山地?zé)煼N植面積10萬畝計算，如果60%的煙田推廣應(yīng)用一體化微耕機(jī)開展耕地理墑，將節(jié)約成本563.40萬元，效益十分明顯。

4 結(jié)論與討論

對現(xiàn)有微耕機(jī)動力、深耕器刀片、起壟器刀片、起壟器刀片與深耕器刀片組合、開溝器、減阻小犁的選擇設(shè)計及空氣濾清器的改進(jìn)，組裝形成了集深耕、參考文獻(xiàn)：

起壟、整地理墑為一體的微耕機(jī)，實(shí)現(xiàn)了耕地理墑的一體化操作，提高了工作效率，節(jié)約了耕地理墑成本，提高了煙草公司對煙農(nóng)整地理墑補(bǔ)貼經(jīng)費(fèi)在煙草合作社的綜合利用率，降低了煙農(nóng)的勞動強(qiáng)度，應(yīng)用效益明顯，推廣應(yīng)用前景良好。然而，該一體化微耕機(jī)的配置、改進(jìn)和設(shè)計主要以實(shí)際操作測試結(jié)果為依據(jù)，沒有對其進(jìn)行動力學(xué)原理及動力學(xué)數(shù)據(jù)的測試今后要進(jìn)一步優(yōu)化配置，進(jìn)一步減少煙農(nóng)的勞動力投入，降低煙葉生產(chǎn)成本，有效提升煙農(nóng)烤煙種植的收益。

［1］ 劉國順. 煙草栽培學(xué)［M］. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2003.

［2］ 王志琴，任樹梅，王 龍，等. 我國烤煙生產(chǎn)機(jī)械化現(xiàn)狀調(diào)查分析［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械，2014，4（5）：111-113.

［3］ 閆國琦，張鐵民，徐相華，等. 我國微耕機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，（25）：422-424.

［4］ 張柯柯，盧劍鋒，張富貴. 微耕機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計和動力學(xué)分析［J］. 農(nóng)機(jī)化研究，2012，4（4）：58-62.

［5］ 李 卓. 煙田小型深耕機(jī)設(shè)計與研究［D］. 重慶：西南大學(xué)，2013.

［6］ 陳寶森. 煙葉生產(chǎn)成本與煙農(nóng)增收研究——基于涼山州、阜新市的實(shí)證分析［D］. 雅安：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

［7］ 薛 冰，馬衛(wèi)東. 煙田挖坑施肥機(jī)的試制與試驗(yàn)研究［J］. 農(nóng)機(jī)化研究，2014，（3）：163-164.

（責(zé)任編輯：賀 藝）

Developm ent and Application of Micro-Cultivator with Ploughing-Ridging-Moisture Managem ent Integration

WAN Lei1，PU Yan-wu2，YANG Zheng-quan1，HU Wei-zong1，ZHANG Fen-fen1，WEN Li-na3，XU Yun3
（1. Yunnan Tobacco Companies， Kunming Branch， Xundian Branch， Kunming 650051， PRC； 2. Qixing Town of Xundian County of Kunming，Kunm ing 650000， PRC； 3. Observation Experimental Station of Tobacco Biological Characteristics and Processing Science in Yunnan ，Ministry of Agriculture ， Kunming 650205， PRC）

According to irregular tobacco planting feld， the diff culties of soil moisture management， too much input of manpower and high cost of large machinery operation， based on the existing Micro tillage machine，an agricultural Micro tillage machine was im proved and designed for deep tillage， rotary tillage and ridging and moisture， through app lication testing， can satisfy the cultivation requirements of Yunnan mountain tobaccotilling depth 30 cm and 30 cm in height， the integration micro tillage machine was high eff ciency in soil moisture management， low cost， simple operation and safe， especially suitable for the popularization and application in Yunnan mountain areas.

integration； Micro tillage machine； research； application

S222

A

1006-060X（2016）09-0024-03

10.16498/j.cnki.hnnykx.2016.09.008

2016-06-12

深圳中煙尋甸羊街基地單元建設(shè)及云南省煙草公司項(xiàng)目聯(lián)合資助（2014YN19）

萬 磊（1976-），男，云南昆明市人，助理農(nóng)藝師，研究方向?yàn)闊煵菰耘嗯c管理。

徐 云