深施型變量式鉆洞—液料施肥機(jī)的研制

王遠(yuǎn)+鄭宇+郭小艷+劉飛

摘要：山地、丘陵地區(qū)種植的旱地農(nóng)作物（特別是烤煙）在中期追施液肥時(shí)，一般需2人協(xié)同作業(yè)，一人先在植株地里鉆1個(gè)土洞，另一人再把液肥施于其內(nèi)，這種作業(yè)方式存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率不高等弊端。大型農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備（特別是以農(nóng)用拖拉機(jī)為動(dòng)力的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備）受山地、丘陵地區(qū)地形的條件限制而不宜應(yīng)用。因此，本研究設(shè)計(jì)開發(fā)了一種以小型汽油機(jī)為動(dòng)力，集鉆土洞與可調(diào)節(jié)施肥量的深施液肥于一體的背負(fù)式小型農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備，旨在減輕在山地、丘陵地區(qū)給旱地農(nóng)作物中期追施液肥時(shí)的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高追肥作業(yè)效率，同時(shí)也為這類設(shè)備的后續(xù)設(shè)計(jì)研發(fā)提供一定的理論指導(dǎo)與技術(shù)借鑒。

關(guān)鍵詞：旱地農(nóng)作物；協(xié)同作業(yè)；勞動(dòng)強(qiáng)度；背負(fù)式；液料施肥機(jī)；鉆土洞；深施肥

中圖分類號(hào)： S224.21文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2017）04-0177-02

在我國山地、丘陵地區(qū)多以種植旱地農(nóng)作物為主，例如云貴多數(shù)地區(qū)都以烤煙、辣椒和玉米等為主要的經(jīng)濟(jì)作物。這些經(jīng)濟(jì)作物多需中期追肥，因?yàn)橐悍示哂形湛臁⒎€(wěn)定性好、抗逆性強(qiáng)、使作物增產(chǎn)效果顯著等優(yōu)點(diǎn)[1-2]，因此追肥多施液肥，即把多種固態(tài)肥料先溶解于水后，再施于植株根部。對山地、丘陵地區(qū)種植在斜坡上的旱地農(nóng)作物進(jìn)行施液肥時(shí)，肥水易沿著斜坡下流，所以施肥前須先在植株地的上方鉆出1個(gè)土洞，再把液肥施于其內(nèi)，以減少肥水流失[3]。現(xiàn)云南山地的作業(yè)方式為2人協(xié)同進(jìn)行，一人在前用木棍或鐵棍于地里撬出1個(gè)土洞，另一人用瓢把提桶里的肥水澆灌于土洞內(nèi)，這種作業(yè)效率低，且在坡度較大的斜地里無法放置盛液肥的桶。液肥在加拿大、荷蘭、英國及美國等發(fā)達(dá)國家已占據(jù)較大比例[4-6]，他們研制了多種穴施及條施的液料施肥機(jī)具[7-8]，以及國內(nèi)現(xiàn)有的液料施肥機(jī)，如深施型液態(tài)施肥機(jī)[9-10]、凱斯“愛國者”液體施肥機(jī)、液體注肥器[11]、液肥變量施肥機(jī)[12]，水肥一體化自動(dòng)精準(zhǔn)灌溉施肥技術(shù)[13]、帶擠壓泵的施液肥機(jī)[14]等都不能先在植株地里鉆出1個(gè)土洞，再把液肥施于其內(nèi)。另外，山地、丘陵地區(qū)的地形復(fù)雜，溝谷交錯(cuò)，少成片平地，極不利于大型農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備[15-16]，特別是以農(nóng)用拖拉機(jī)為動(dòng)力的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用。綜上所述，本研究針對山地、丘陵地區(qū)旱地農(nóng)作物種植的中期追施液肥作業(yè)中存在的不足和大型農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備受地形限制而不宜應(yīng)用的弊端，設(shè)計(jì)開發(fā)一種以小型汽油機(jī)為動(dòng)力、集鉆土洞與可調(diào)節(jié)施肥量的深施液肥于一體的背負(fù)式小型農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備，旨在減輕在山地、丘陵地區(qū)給旱地農(nóng)作物中期追施液肥的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高追肥作業(yè)效率。

1總體結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1總體結(jié)構(gòu)

深施型變量式鉆洞-液料施肥機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，該施肥機(jī)由液料箱、可調(diào)式取液肥裝置和鉆土洞裝置等三大部分組成。其中，可調(diào)式取液肥裝置由進(jìn)/出料管、進(jìn)/出料單向閥、定料筒和柱塞桿等組成。進(jìn)料管的上端連接于液料箱，下端內(nèi)置單向進(jìn)料閥后連接于定料筒。出料管的上端內(nèi)置單向出料閥后連接于定料筒，下端伸入護(hù)泥罩，靠近鉆頭外緣，以確保所施液肥能輕噴到鉆頭上，并沿鉆頭流下并流入所鉆土洞內(nèi)。定料筒內(nèi)安裝柱塞桿、頂桿彈簧及調(diào)節(jié)螺栓，并固定于連接板上。鉆土洞部分由小型汽油機(jī)、彈性聯(lián)軸器、動(dòng)力套、軸承、鉆頭和護(hù)泥罩等組成。鉆頭通過螺紋與動(dòng)力套旋合，動(dòng)力套內(nèi)置小型汽油機(jī)自帶的彈性聯(lián)軸器實(shí)現(xiàn)動(dòng)力輸出，鉆頭外裝配護(hù)泥罩以防止鉆土洞時(shí)泥土飛濺?？烧{(diào)式取液肥裝置和鉆土洞裝置都裝配在連接板上，此外連接板上還安裝了手提桿。為減輕質(zhì)量，整機(jī)的大部分金屬零部件采用2024鋁合金制成，不帶液料箱部分的外形尺寸（L×W×H）為 450 mm×160 mm×1 000 mm，總質(zhì)量約8 kg。液料箱外形尺寸（L×W×H）為300 mm×200 mm×400 mm，容積約22.5 L，追肥量為0.2～0.25 L/株，1次裝料能追肥90～100株。

1.2工作原理

圖1所示的位置為施液肥狀態(tài)，定料筒內(nèi)的一部分液肥已施出。施肥前啟動(dòng)汽油機(jī)，把液料箱背于后背，手持手提桿，把施肥機(jī)的鉆頭置于植株上方靠近植株約100 mm處，此時(shí)護(hù)泥罩在頂罩彈簧的作用下緊緊頂靠于地面。同時(shí)，用腳踩柱塞桿，使柱塞桿下端緊靠調(diào)節(jié)螺栓頂面，柱塞桿下移過程中，單向進(jìn)料閥打開，料液進(jìn)入到定料筒。柱塞桿頂緊螺旋后，繼續(xù)向下用力踩柱塞桿，同時(shí)扳動(dòng)油門開關(guān)，汽油機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速升高，彈性聯(lián)軸器張開與動(dòng)力套結(jié)合并把動(dòng)力傳遞給鉆頭，鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)并鉆入土內(nèi)，形成1個(gè)直徑約60 mm、深約 50 mm 的土洞。隨后松開油門開關(guān)，汽油機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速降低，彈性聯(lián)軸器內(nèi)縮，與動(dòng)力套脫離結(jié)合，汽油機(jī)空轉(zhuǎn)，鉆頭停止轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)，提起施肥機(jī)使鉆頭退到地面以上，腳松開柱塞桿，柱塞在頂桿彈簧的作用下向上移動(dòng)，此時(shí)單向出料閥打開，定料筒內(nèi)的料液經(jīng)由出料閥進(jìn)入出料管后輕噴到鉆頭上，沿著鉆頭流下進(jìn)入所鉆土洞內(nèi)。在坡度作用下，土洞內(nèi)所施料液向靠近植株的根部滲透，從而有利于植株根須吸收料液，這在防止料液流失的同時(shí)提高了料液利用率。當(dāng)一次施肥完成后，汽油機(jī)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)下，把整個(gè)施肥機(jī)移至下一株待施肥植株的上方，進(jìn)行先鉆土洞后施肥的相同作業(yè)。

2主要零部件的設(shè)計(jì)

2.1可調(diào)式取液肥裝置

可調(diào)式取液肥裝置在施肥作業(yè)中起著定量取液肥的作用，也是液料箱內(nèi)的料液施于所鉆土洞的一個(gè)中轉(zhuǎn)站，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由定料筒、柱塞桿和調(diào)節(jié)螺栓等組成。按照量取液肥的可變?nèi)莘e為0.15～0.35 L之間設(shè)計(jì)定料筒的主要結(jié)構(gòu)尺寸，同時(shí)考慮連接板寬度，取定料筒的內(nèi)徑d為 80 mm，柱塞桿小徑d取8 mm。當(dāng)量取液肥的體積在0.15～0.35 L之間時(shí)，柱塞桿端面與定料筒頂面之間的距離約在30.2～70.4 mm之間。考慮彈簧壓縮至最短長度時(shí)，彈簧絲各圈所占據(jù)的高度，定料筒的深度取150 mm。當(dāng)量取0.15 L的液肥時(shí)，調(diào)節(jié)螺桿旋入定料筒內(nèi)111.8 mm（柱塞桿底部厚度8 mm）；當(dāng)量取0.35 L液肥時(shí)，調(diào)節(jié)螺桿旋入定料筒內(nèi)716 mm，所以調(diào)節(jié)螺栓長度取135 mm，并在連接板的外側(cè)面旋合2個(gè)螺母，以防止調(diào)節(jié)好后的螺栓松動(dòng)。

2.2護(hù)泥罩

護(hù)泥罩在作業(yè)中所起的作用主要包括：其一防止鉆土洞時(shí)鉆頭鉆削所攪起泥土的飛濺；其二固定出料管伸入其內(nèi)的一段與鉆頭間的相對位置，以確保所施液肥能沿著鉆頭流下

進(jìn)入所鉆土洞內(nèi)，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。護(hù)泥罩頂部的孔為鉆頭轉(zhuǎn)軸的通過孔，孔周邊平面是護(hù)泥罩頂靠在鉆頭轉(zhuǎn)軸軸肩上的支持面，所以孔與鉆頭轉(zhuǎn)軸之間單面留0.5 mm的間隙，軸肩支撐面寬度為20 mm。護(hù)泥罩右側(cè)面的孔為出料管伸入其內(nèi)的通過孔，也是出料管與鉆頭相對位置的固定孔，出料管緊緊塞入該孔后，確定好伸入端的長度，即可固定兩者間的相對位置。護(hù)泥罩底部采用外翻邊形式，以加大護(hù)泥罩與地面的支撐面積。

2.3鉆頭

鉆土洞所用鉆頭為地鉆鉆頭，結(jié)構(gòu)如圖4所示，一端配有定位中心鉆，另一端加工的螺紋與小型汽油機(jī)輸送的動(dòng)力軸旋合連接，護(hù)泥罩支撐圓盤通過焊接方式與鉆頭轉(zhuǎn)軸焊合。鉆頭的外徑為60 mm，帶螺旋切削刃的長度為75 mm，比實(shí)際鉆土洞深度長25 mm，這有利于所鉆土屑的排出。

3小結(jié)

深施型變量式鉆洞-液料施肥機(jī)把山地、丘陵地區(qū)旱地農(nóng)作物種植過程中的中期追液肥作業(yè)中的先鉆土洞、后施液肥2步作業(yè)工序結(jié)合在一起。施液肥前，能在所設(shè)計(jì)施液肥容量范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)施肥量，實(shí)現(xiàn)精量施肥，且施在土洞內(nèi)的液肥不易流失，有利于其流向植株根須附近，從而提高肥料的利用率。同時(shí)，所研制的農(nóng)機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)輕巧、新穎、操作安全方便。經(jīng)實(shí)地施肥試驗(yàn)，該農(nóng)機(jī)設(shè)備能滿足山地、丘陵地區(qū)的

旱地農(nóng)作物，特別是烤煙種植中的中期追液肥作業(yè)要求，在很大程度上簡化了勞作流程，減輕了勞作者的工作強(qiáng)度，這也為旱地農(nóng)作物中期追液肥設(shè)備的設(shè)計(jì)與研發(fā)提供了一定的理論指導(dǎo)與技術(shù)借鑒。

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