橡膠園開溝施肥機的研制與試驗分析

張 園，鄧怡國，2*，韋麗嬌，2，張志揚，張 龍

（1.中國熱帶農業(yè)科學院農業(yè)機械研究所，湛江 524091；2.農業(yè)部熱帶作物機械質量監(jiān)督檢驗測試中心，湛江 524091；3.中國熱帶農業(yè)科學院橡膠研究所，儋州 571737；4.湛江市麻章區(qū)倉龍農業(yè)技術服務中心，湛江 524088）

橡膠園開溝施肥機的研制與試驗分析

張 園1，鄧怡國1，2*，韋麗嬌1，2，張志揚3，張 龍4

（1.中國熱帶農業(yè)科學院農業(yè)機械研究所，湛江 524091；2.農業(yè)部熱帶作物機械質量監(jiān)督檢驗測試中心，湛江 524091；3.中國熱帶農業(yè)科學院橡膠研究所，儋州 571737；4.湛江市麻章區(qū)倉龍農業(yè)技術服務中心，湛江 524088）

在橡膠園田間施肥管理農藝中，主要采用挖機開溝、人工輔助的模式進行，大部分工作由人工配合操作，技術提升空間較大?；谝陨犀F狀，研制了一種橡膠園開溝施肥聯合作業(yè)機。本文詳細介紹了其工作原理和結構特點：主要由開溝系統和施肥系統兩個功能模塊組成，結構相對簡單，易操作。經試驗檢測：機具匹配66.18 kW（90馬力）拖拉機，開溝深度可達40 cm，作業(yè)幅寬35～45 cm，生產率1.23 hm2/h，油耗3.1 kg/hm2，施肥均勻度90%以上，覆蓋率可達98%，可有效提高生產效率和降低成本。

橡膠園，開溝，施肥，試制，試驗

0 引言

施肥是橡膠樹速生、高產的重要措施，對于開割橡膠樹，每年需進行施肥1～2次。停割后，一般工藝是按先挖壓青溝，再進行壓青和撒肥，然后覆土的模式進行，一般按3 750～4 500 kg/hm2（250～300 kg/畝）施肥；在開割期間，需要按750 kg/hm2（50 kg/畝）施追肥。目前，膠園基本使用專用有機肥，以粉狀為主，也有顆粒狀的。我國膠園管理機械化程度還處于較低的水平，膠園開溝、施肥仍以手工作業(yè)為主，勞動強度大、效率低、成本高。在地勢較為平坦的橡膠園，基本可采用挖掘機或鏵氏犁進行作業(yè)，人工輔助施肥，在一定程度上提高了勞動效率。但挖掘機在作業(yè)過程中，由于機具笨重，對橡膠樹根系損傷較為較重，也嚴重壓實了土壤，影響橡膠樹生長和膠乳產量。利用鏵氏犁開溝雖能提高工效，但緩解作業(yè)環(huán)節(jié)及效率有限，對于天然橡膠種植業(yè)的經濟效益促進作用還不明顯[1-2]。

基于此，針對膠園開溝、施肥作業(yè)實際需求，我們在國內外現有開溝犁和施肥機的基礎上，開展膠園開溝施肥聯合作業(yè)機械研究，研制一種以替代人工勞動為目的的開溝施肥聯合作業(yè)機，以實現橡膠園田間管理農藝需求。該機可一次性完成開溝和施肥作業(yè)工序，適用于地勢較平坦的膠園作業(yè)，初步實現膠園開溝施肥聯合作業(yè)機械化，提高生產效

率，降低生產成本，為促進天然橡膠產業(yè)可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。

1 工作原理與結構特點

1.1 工作原理

當拖拉機前進時，開溝犁入土開溝，同時，拖拉機動力經輸出軸、萬向傳動總成傳至變速箱錐齒輪軸，通過一對錐齒輪減速并改變方向，再通過拉桿傳動軸傳至蝸輪蝸桿變速器減速，同時驅動排肥裝置中圓盤轉動，隨著肥斗中的肥料不斷地擁向圓盤，下滑至圓盤邊緣上，轉動的圓盤與固定于機架上的刮板作用，將混合的肥料沿刮板上升并側向偏移沿圓盤邊緣下落至下肥漏斗，經下肥管掉落開溝犁開好的溝中，伴隨著犁體的弧形結構實現自覆蓋，從而完成開溝、施肥和培土等作業(yè)工序[3-4]。

1.2 結構特點

膠園開溝施肥聯合作業(yè)機按照結構組合、性能綜合、功能聯合的技術思路進行設計，三點后懸掛結構，包括機架、懸掛系統、開溝犁、排肥裝置、萬向傳動軸等，其中排肥裝置包括蝸輪蝸桿變速器、主傳動軸、肥料箱、圓盤、刮板、下肥料漏斗、連接傳動軸、排肥管和連接架等。整機能一次性完成橡膠園開溝、施肥、培土等聯合作業(yè)。結構如圖1所示。

圖1 橡膠園開溝施肥機結構圖Figure.1 The structure diagram of ditching fertilizer apparatus in rubber

排肥裝置可根據需要調整活動板與肥料筒的間隙來調整施肥量，以達到按需施肥的目的。

開溝犁由主架和培土板等組成，可通過其后邊的螺栓來調節(jié)培土板的寬度，以達到不同開溝深度和寬度的目的。

2 關鍵部件設計

2.1 開溝犁的設計

開溝犁按照橡膠園深施肥農藝技術要求進行設計（見圖2），能將肥料集中輸送到所需深度的土壤中。其主要由犁柱、邊板、松土犁尖等組成，調整排肥管前后位置即可調節(jié)施肥深度。

開溝犁入土角度和尺寸越大，對土壤擠壓作用增大，開溝松土阻力也隨之增大，導致入土性能下降。為同時滿足幅寬和深度的作業(yè)要求，犁體采用深松犁的改進結構，并進行加固處理。經試驗證明，入土性能良好，開溝犁松土后，部分土壤在勢能作用下流回溝中以覆蓋肥料。在其后邊安裝施肥管，

開溝犁的作業(yè)幅寬有效保證了在施肥深度的前提下迅速覆土的要求。工作狀態(tài)見圖3。

圖2 開溝犁結構圖Figure.2 Structure of ditch plow

圖3 開溝犁工作效果圖Figure.3 Working results of ditching plow

2.2 切盤的設計

圖4 切盤結構圖Figure.4 A structure chart of a cutting plate

橡膠園粗放管理的實際現狀導致田間雜草較多，在開溝犁前端設計切盤結構，可有效避免開溝犁堵塞。切盤為雙刃內凹結構，可通過套桿上定位孔，調整與入土齒的水平間隙距離，以保證切盤以地表為支點切草，隨著入土齒的深入，土面提升，切削力加大，見圖4。同時撥草桿尾部與切盤內凹面接觸，實現撥離雜草的作用[5]。

2.3 排肥裝置的設計

排肥裝置在施肥機中是一個極其重要的結構。外槽輪式、轉盤式等排肥裝置在排粉狀及潮濕的化肥時，易出現架空和斷條等現象，且易被肥料粘附而堵塞，排肥能力降低，因此，為適應南方潮濕天氣及粉狀顆粒狀混合化肥條件，本機采用刮板式排肥裝置，可顯著緩解此問題。刮板式排肥裝置安裝在蝸輪蝸桿減速器輸出軸上,組成肥料箱的一部分。排肥器結構見圖5和6。

1.圓筒體；2.圓盤；3.下肥料漏斗；4.刮板；5.連接傳動軸；6.導混肥結構

排肥過程如下：轉盤在驅動力作用下轉動，肥料依靠重力自行由肥料箱下滑進入轉盤，并在離心力作用下進入排肥位置（圓盤邊緣）。由于轉盤轉動，使肥料沿刮板上升并側向偏移，迫使肥料離開刮板經排肥管落入已開好溝的土壤中[6-9]。期間，事先調整刮板的上下左右角度，即可控制施肥量的大小。

3 試驗與分析

圖6 排肥結構實物圖Figure.6 Fertilization structure of physical map

圖7 橡膠開溝施肥機田間試驗圖Figure.7 Field Test Chart of Rubber Ditching Fertilizer

3.1 試驗與測試

2016年7月22日，農業(yè)部熱帶作物機械質量監(jiān)督檢驗測試中心在中國熱帶農業(yè)科學院橡膠研究所試驗農場對樣機進行了性能檢測試驗，見圖7。試驗地為緩坡地，坡度小于15°，面積1.5 hm2；橡膠種植行距為6 m；橡膠密度為450～525株/hm2（30～35株/畝），肥料含水率為4.3%，土壤含水率為14.3%。機具匹配66.18 kW（90馬力）拖拉機，液壓動力輸出，主要測試結果見表1。

項目純工作小時生產率/hm2·h-1作業(yè)小時生產率/hm2·h-1單位面積燃油消耗量/㎏·hm-2單位面積施肥量/㎏·hm-2開溝深度/cm開溝深度穩(wěn)定性/%施肥均勻度/%肥料覆蓋率/%施肥斷條率/%測試結果1.63 1.23 3.1 1 220 42 88.9 90.3 98.0 0.1

3.2 結果分析

施肥質量：對于粉末磷肥、鉀肥和粒狀復合肥等混合肥料，排肥裝置工作較可靠，沒有斷條，施肥均勻度為90.3%，主要和肥料的性狀有關，試驗時由于肥料較細，有一定的沾性，影響了排肥均勻度，但明顯優(yōu)于螺旋式排肥施肥機及手工作業(yè)。

開溝質量：開溝平均深度為42 cm，穩(wěn)定性系數相應達到88.9%，說明其穩(wěn)定性較好，能滿足橡膠園施肥農藝的要求。

肥料覆蓋質量：肥料覆蓋率為98.0%，說明其穩(wěn)定性非常好，能滿足農藝的要求，可使橡膠苗有效吸收肥料，從而可促進提高橡膠的生長質量。

生產率：純工作小時生產率為1.63 hm2/h，作業(yè)小時生產率為1.23 hm2/h。從試驗情況來看，生產率大小主要與橡膠園地勢情況、種植行距、操作人員、地塊大小等有關。如地勢平坦、行距統一、地塊大，操作人員熟練，則生產率高，反之則低。

燃油消耗量、施肥量：機具燃油消耗量較低，為3.1 kg/hm2。單位面積施肥量可根據實際需要進行調整，按需施肥，以保證單位面積的有效用量和合理性。

4 結論

橡膠園開溝施肥機按照結構組合、功能聯合的模式，實現了橡膠園田間管理開溝、施肥農藝同步進行。機具匹配66.18 kW（90馬力）拖拉機，開溝深度可達40 cm，作業(yè)幅寬35～45 cm，生產率1.23 hm2/h，油耗3.1 kg/hm2，施肥均勻度90%以上，覆蓋率可達98%，可有效提高生產效率和降低成本，達到預期的設計要求。

基于橡膠園田間管理粗放模式的現狀及受地形限制，以及操作機手對于機具貼地程度的不同，整機在施肥均勻性及斷條率指標所表現的作業(yè)質量依

然受到較大波動；同時，不同橡膠樹品種及地況，要求施肥工作過程中施撒有精量控制的要求，在今后的進一步研發(fā)過程中，對于農機農藝融合及自動化控制技術方面有較大可提升空間。

[1]張園，鄧怡國，韋麗嬌，等.橡膠園田間管理機械化發(fā)展現狀與趨勢分析[J].湖北農業(yè)科學，2016，55（12）：2993-2996.

[2]何義川，湯智輝，孟祥金，等.2FK-40型果園開溝施肥機的設計與試驗[J].農機化研究，2015（12）：201-204.

[3]董學虎，盧敬明，李明，等.3ZSP-2型中型多功能甘蔗施肥培土機的結構設計[J].廣東農業(yè)科學，2013（15）：180-182.

[4]孟長伊，李廣宇，郝宇佳，等.一種多功能深松施肥機的設計與田間試驗效果[J].山東農業(yè)科學，2014，46（12）：79-83.

[5]張園，鄧怡國，韋麗嬌，等.橡膠園開溝機具的試制與試驗[J].安徽農業(yè)科學，2015，43（26）：364-365，372.

[6]左興健，武廣偉，付衛(wèi)強，等.風送式水稻側深精準施肥裝置的設計與試驗[J].農業(yè)工程學報，2016，32（3）：14-21.

[7]雷明成，安世才，孟養(yǎng)榮，等.1FMJ-1000型殘膜撿拾機的設計與試驗[J].中國農機化學報，2014，35（1）：166-169.

[8]陳黎卿，陳玉，鄭媛媛，等.微型電動施肥機的設計與試驗[J].機械設計，2013，30（8）：78-82.

[9]顏利民，劉洋，李亞雄，等.葡萄開溝施肥機的設計與試驗[J].安徽農業(yè)科學，2015，43（34）：355-357.

Development and Experimental Analysis of Ditching Fertilizer Application in Rubber

ZHANG Yuan1,DENG Yi-guo1，2*,WEI Li-jiao1，2,ZHANG Zhi-yang3,ZHANG Long4
（1.Tropical Agricultural Machinery Research Institute,Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences,
Zhanjiang 524091,China; 2.The Center of Quality Supervision and Testing for Tropical Agriculture Machinerye,Zhanjiang 524091,China; 3.Rubber Research Institute,Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences,Danzhou 571737,China; 4.The Center of CangLong Agricultural Technology Service for Zhanjiang City,Guang Dong Zhanjiang 524088,China）

In the field of fertilization management of rubber plantation in the agronomy,the main use of fertilization is digging machine ditching,artificial auxiliary mode,and most of the work done by the artificial match, relative to the technology itself has a lot of room for improvement.In view of these circumstances,this paper developed a rubber plantation ditching fertilizer joint operating equipment,detailed description of the working principle and structure characteristics of the machine,the machine mainly by the ditching system and fertilization system composed of two functional modules,the structure is relatively simple,Easy to operate.After testing and actual testing:when the machine matched the 90 horsepower tractor,ditch depth can reach 40cm,operating width of 35-45 cm,productivity of 1.23 hm2/h,fuel consumption 3.1 Kg/hm2,fertilization uniformity of 90% Coverage can reach 98%,can effectively improve production efficiency and reduce costs.

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海南省自然科學基金項目（20165204）；湛江市科技計劃項目（2015A03023）；中國熱帶農業(yè)科學院橡膠研究所基本科研業(yè)務費專項資助（1630022015023）

張園（1984-），男，陜西西安人，碩士，工程師，主要研究方向為熱帶農業(yè)裝備與工程。廣東省湛江市麻章區(qū)湖秀路3號，524091。E-mail：zhang198414@126.com

鄧怡國（1978-），男，湖南衡陽人，碩士，副研究員，主要研究方向為熱帶農產品加工裝備與工程。廣東省湛江市麻章區(qū)湖秀路3號，524091。E-mail：dyg7810@21cn.com