旱塘瓜開溝施肥覆膜覆土復(fù)式作業(yè)機設(shè)計與試驗

劉德江,龔 艷，王 果，繆友誼，陳 曉，張 曉，盧鑫羽

(農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所，江蘇 南京 210014)

甘肅河西地區(qū)是我國西瓜、甜瓜的優(yōu)勢主產(chǎn)區(qū)，盛產(chǎn)西瓜、哈密瓜、白蘭瓜等優(yōu)質(zhì)西甜瓜。由于河西地區(qū)為大陸沙漠干旱型氣候，降水量小、蒸發(fā)量大，為了節(jié)約水資源以及確保瓜的品質(zhì)，該地區(qū)露地西、甜瓜通常采用壟作、溝灌的旱塘種植模式，即對瓜田開溝起壟(塘)，種瓜于壟頂邊緣，結(jié)瓜于壟頂中部，溝底灌溉時，既可確保根系充分吸收水分，又可避免瓜果淹水而腐爛。為了集水保墑，需在壟溝及壟頂邊緣覆蓋整張的塑料地膜，并在壟溝底部的地膜上打孔覆土，使得溝中的灌溉水或蓄集的雨水通過膜孔滲入到膜下并向西甜瓜根系周圍的土壤擴散，以此避免土壤中水分的蒸發(fā)，此為河西地區(qū)獨有的壟膜溝灌種植技術(shù)。此前種植過程中起壟(塘)的具體步驟為：起壟(塘)前先采用旋耕機進行耕地、整地，按1.8～2.4 m的間距預(yù)劃灌溉溝的中心線，通過人工將基肥均勻條施在灌溉溝中心線兩側(cè)50 cm的地表處，施肥后沿灌溉溝中心線用鏵式犁開溝器開溝起壟(塘)，將基肥掩埋于從壟(塘)溝中新翻出的土壤下。覆膜的具體步驟為：用耱或耙將壟沿刮平，用幅寬140 cm的地膜覆蓋壟溝及壟頂邊緣的種植帶，然后在壟溝底部的地膜上每隔10 cm打一孔，孔徑為φ2 cm，最后在壟溝底部覆土。目前的種植過程除用鏵式犁開溝器機械化開溝外，播種前刮平壟沿、覆膜、地膜上打孔以及覆土都需要大量人工作業(yè)。而現(xiàn)有技術(shù)裝備均為在平地上覆膜或是起壟后在壟上覆膜，均不符合河西旱塘瓜的種植農(nóng)藝要求[1-7]。

為此，本研究針對旱塘瓜種植模式下勞動強度大、機械化程度低、化肥深施難度大等問題，按照性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單的技術(shù)思路和總體方案，研制了與中小型拖拉機配套的旱塘瓜開溝施肥覆膜覆土復(fù)式作業(yè)機。

1 整機結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)與參數(shù)

根據(jù)旱塘瓜壟膜溝灌的種植模式，為一次性達到完成化肥深施、開溝(灌溉溝)、溝沿鎮(zhèn)壓、溝底覆膜及打孔、膜上覆土等旱塘瓜整地起塘全流程的機械化作業(yè)，研制旱塘瓜開溝施肥覆膜覆土復(fù)式作業(yè)機，該機主要由機架、三點懸掛機構(gòu)、傳動機構(gòu)、開溝起壟機構(gòu)、施肥機構(gòu)、覆膜機構(gòu)等組成，整機二維圖如圖1，三維圖如圖2所示。

1.限深輪; 2.施肥管; 3.施肥箱; 4.施肥地輪; 5.圓盤式開溝器; 6.溝沿成形機構(gòu); 7.溝沿鎮(zhèn)壓機構(gòu); 8.掛膜架; 9.壓膜管；10.后機架調(diào)節(jié)桿; 11.輸土機構(gòu); 12.溝底壓膜輪; 13.壟上壓膜輪; 14.膜邊覆土機構(gòu); 15.壟面鎮(zhèn)壓輥; 16.變速箱; 17.開溝施肥犁1.Depth-limit wheel; 2.Fertilizer tube; 3.Fertilizer box; 4.Disc opener; 6. Groove edge forming mechanism; 7. Ditch edge suppression mechanism;8. Film hanger; 9. Film pressing tube; 10. Rear frame adjustment rod; 11. Soil transport mechanism; 12. Film pressing wheel at the bottom of the ditch;13. Film pressing wheel on ridge; 14. Film edge covering mechanism; 15. Ridge surface pressure roller; 16. Gearbox; 17. Ditching and fertilizing plow圖1 旱塘瓜開溝施肥覆膜覆土復(fù)式作業(yè)機二維總裝圖Fig.1 Two-dimensional assembly drawing of the compound machine for covering soil andapplying fertilizer in ridge-furrow planting of melon

圖2 旱塘瓜開溝施肥覆膜覆土復(fù)式作業(yè)機三維裝配圖Fig.2 Three-dimensional assembly drawing of the compound machine for covering soil withfertilizer and mulching in ridge-furrow planting of melon

該機具的機架頂部設(shè)有三點懸掛機構(gòu)和傳動機構(gòu)，機架底部設(shè)有開溝起壟機構(gòu)，開溝起壟機構(gòu)包括刀軸以及設(shè)于刀軸兩端的銑拋刀盤；后機架上設(shè)有溝底覆土機構(gòu)，溝底覆土機構(gòu)包括溝底覆土滑板以及兩個分別設(shè)于所述銑拋刀盤頂部的上集土罩，上集土罩后側(cè)為出土口，出土口處鉸接有出土口調(diào)節(jié)板，溝底覆土滑板為上寬下窄的梯形槽狀結(jié)構(gòu)，溝底覆土滑板頂端與上集土罩的出土口相連、頂端中部設(shè)有延伸至底端的“Λ”型分土板，機架最后面帶有鎮(zhèn)壓輥，負責將溝沿壓實；后機架通過懸掛架與覆膜機構(gòu)相連，覆膜機構(gòu)所覆地膜位于所述溝底覆土滑板下側(cè)，懸掛架中部牽引連接有壓膜打孔機構(gòu)，壓膜打孔機構(gòu)沿覆膜機構(gòu)所覆地膜表面的中部行走。

整機主要技術(shù)參數(shù)如表 1 所示。

1.2 工作原理

該機具能一次性完成開溝、施肥、覆膜、覆土等工序，按照旱塘瓜施肥與種植農(nóng)藝要求，該機具能滿足施肥深度10～15 cm，施肥量2.7～4.1 kg·hm-2，精量可調(diào)；溝底覆膜農(nóng)膜無損傷，且與溝底、溝壁貼合，可起到增溫保墑和抑制雜草生長的作用。

工作時，開溝施肥覆膜機與配套的四輪拖拉機懸掛連接，施肥溝開溝時，開溝犁在拖拉機的帶動下先開出2條施肥溝，隨著機具的前地輪隨拖拉機前進滾動前行，通過和輪轂連接的鏈輪和傳動鏈帶動施肥箱里的排肥機構(gòu)運動，從而將肥料排進施肥管，均勻播撒在溝沿兩側(cè)10～15 cm深度處，完成施肥；灌溉溝在開溝鏟和雙圓盤開溝器的作用下，開出上寬45～50 cm、下寬25 cm左右、深度30 cm的溝，雙圓盤式開溝器科學利用開溝器銑拋盤高速旋轉(zhuǎn)運動對土垡的切削及升土、拋土作用，將拋土直接輸送至溝底與溝沿；覆膜覆土裝置中懸掛在掛膜架上的地膜滾筒也隨之滾動，隨著機具的前進將地膜覆下，在開溝器拋出土的重力作用下將地膜壓下與溝底貼合，分土裝置將拋出的土引導(dǎo)至溝沿，將地膜壓牢與溝沿貼合，隨后的鎮(zhèn)壓輥將溝沿的土壓實，完成覆膜覆土，整個過程即為壟膜溝灌旱塘瓜種植模式，種植模式圖如圖3所示。使得溝中的灌溉水或蓄集的雨水通過膜孔滲入到膜下并向西、甜瓜根系周圍的土壤擴散，以此避免土壤中水份的蒸發(fā)。

表1 旱塘瓜復(fù)式作業(yè)機主要技術(shù)參數(shù)表

2 關(guān)鍵部件設(shè)計與分析

旱塘瓜開溝施肥覆膜覆土復(fù)式作業(yè)機可實現(xiàn)一個拖拉機手、一個作業(yè)流程即可完成化肥深施、開溝(灌溉溝)、溝沿鎮(zhèn)壓、溝底覆膜及打孔、膜上覆土等旱塘瓜整地起塘全流程的機械化作業(yè)。整機主要由機架、三點懸掛機構(gòu)、傳動機構(gòu)、開溝起壟機構(gòu)、施肥機構(gòu)、覆膜機構(gòu)等部分組成。

2.1 開溝裝置

開溝裝置是該機具的主要工作部件之一，包括開溝犁(施肥溝)、開溝鏟，雙圓盤式開溝器，其結(jié)構(gòu)如圖4～6所示。在實際作業(yè)時，可以根據(jù)開溝寬度及深度的不同要求，更換不同開溝刀或在原有開溝刀的安裝位置附加1個刀座，即可實現(xiàn)不同溝尺寸的便捷式調(diào)節(jié)；雙圓盤式開溝刀盤上左右開溝刀交錯排列減少了開溝阻力，同時科學利用雙圓盤式開溝器銑拋盤高速旋轉(zhuǎn)運動對土垡的切削及升土、拋土作用，將拋土直接輸送至溝底與溝沿，其中切削線速度為10.5 m·s-1，刀盤轉(zhuǎn)速為220 r·min-1[8-11]。

該復(fù)式作業(yè)機開溝施肥、覆膜覆土的過程中，絕大部分功率消耗都在旋耕刀組開溝過程中。為確保復(fù)式作業(yè)機配套動力合理，需要對旋耕刀組功率消耗進行校核計算

P=0.1Kξv1bh

(1)

b=2b1+b2

(2)

式中,P為旋耕刀組功率(kW);Kξ為旋耕比阻，取6.5 N·cm-2[12]；v1為機具前進速度，依據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)雙壟耕作施肥噴藥覆膜機工作參數(shù)優(yōu)化結(jié)果，取速度為0.5 m·s-1；b為旋耕刀組開溝寬度(m)；h為開溝深度，取30 cm;b1為灌溉溝的上寬，依據(jù)旱塘瓜種植農(nóng)藝栽培模式要求，取50 cm;b2為灌溉溝的下寬，依據(jù)旱塘瓜種植農(nóng)藝栽培模式要求，取25 cm。

由上式計算得出：b=1.25 m，P=12.19 kW，滿足拖拉機40 kW的動力要求。

開溝犁(施肥溝)采用靴犁式設(shè)計，入土角大于90°，工作阻力較大，但在附加力的作用下能切入土壤，完成開溝，肥料通過施肥器進入排肥管，再通過開溝犁的進肥口進入土壤里，此種開溝犁開出的溝深一致，有利于作物生長過程中均勻吸收養(yǎng)分[11-15]。

開溝鏟采用翼鏟式設(shè)計，由側(cè)板、安裝板、加強板及刀片組成，工作時土壤在鏟前凸起，鏟的刀片擠壓土壤從而開溝，開溝器離開后土壤回落兩側(cè)，工作阻力較小[16]。

雙圓盤式開溝器有2個邊緣鋒利的傾斜圓盤，刃口交于一點，并形成一個夾角，開溝作業(yè)時兩圓盤沿中間軸轉(zhuǎn)動，靠開溝刀鋒利的刃口將土壤切開使土壤沿傾斜圓盤兩邊移動，并通過輸土盤將土直接輸送至溝底與溝沿。雙圓盤式開溝器開溝整齊，開出的溝寬度較小[16-17]。

圖3 旱塘瓜種植模式Fig.3 Pattern of ridge-furrow planting of melon

1.進肥口；2.開溝犁片1. Inlet of fertilizer;2. Ditching blade圖4 開溝犁(施肥溝)Fig.4 Furrow plough

1.開溝鏟側(cè)板；2.安裝板；3.開溝鏟加強板；4.開溝鏟刀片1. Ditching shovel side plate; 2. Mounting plate;3. Ditching shovel strengthening plate;4. Ditching shovel blade圖5 開溝鏟Fig.5 Trenching shovel

1.前開溝刀；2.后開溝刀；3.開溝刀盤；4.傳動軸；5.傳動箱1. Front ditching knife; 2. Back ditching knife;3. Grooving knife cutter head; 4. Transmission shaft;5. Transmission case圖6 雙圓盤式開溝器Fig.6 Double disc type opener

2.2 施肥裝置

施肥裝置主要由施肥箱、排肥管、攪拌軸、調(diào)節(jié)肥量把手等組成，其結(jié)構(gòu)如圖7所示。施肥作業(yè)時，機具前進帶動限深地輪的轉(zhuǎn)動，從而帶動地輪鏈輪同時轉(zhuǎn)動，地輪鏈輪再通過鏈傳動帶動肥料箱中的攪拌軸將肥料連續(xù)均勻地輸送到排肥管中，實現(xiàn)施肥作業(yè)。根據(jù)旱塘瓜種植農(nóng)藝要求，施肥量在2.7～4.1 kg·hm-2可調(diào)，施肥深度在10～15 cm，施肥裝置簡圖如圖7所示。

根據(jù)生產(chǎn)率計算公式可知：

Q=vg/L

(3)

式中，Q為生產(chǎn)率；v為機具前進速度(0.5 m·s-1)；g為單株平均施肥量(9.5 kg·株-1)；L為開溝施肥機前進距離(1 m)。

攪拌軸轉(zhuǎn)速為：

n=Q/(47D2γΦ)

式中，D為攪拌軸直徑(0.2 m)；γ為物料的容重(0.7 t·m-3)；Φ為充滿系數(shù)(0.8)。

將Q代入攪拌軸轉(zhuǎn)速公式得n=vg/L(47D2γΦ),計算得出攪拌軸轉(zhuǎn)速n=45 r·min-1。

2.3 導(dǎo)土裝置

導(dǎo)土裝置結(jié)構(gòu)如圖8所示，主要由上導(dǎo)土板、下導(dǎo)土板、導(dǎo)土分流拉桿、鉸鏈、蝶形鎖緊螺母等組成。當作業(yè)機前進時，帶動開溝器銑拋盤高速旋轉(zhuǎn)，高速旋轉(zhuǎn)運動的刀盤刀片對土垡產(chǎn)生切削及升土、拋土作用，將拋土直接輸送至導(dǎo)土裝置上，通過導(dǎo)土板將土引導(dǎo)至溝底與溝沿，對地膜起到壓緊作用。

該導(dǎo)土裝置采用溝底溝沿分流落土的方式，溝沿落土位置可根據(jù)實際情況進行適當調(diào)節(jié)，通過下導(dǎo)土板伸縮可實現(xiàn)調(diào)節(jié)。作業(yè)過程中，要確保落入溝底以及溝沿的土適量，不能太多也不能太少，溝沿

1.調(diào)節(jié)肥量把手；2.施肥箱；3.攪拌軸；4.排肥管1. Adjust handle for the fertilizer amount; 2. Fertilizer box;3. Mixing shaft; 4. Fertilizer discharge pipe圖7 施肥裝置Fig.7 The structure of fertilizer application

的土要足夠壓住地膜邊緣，溝底的土要能保證將地膜壓下去與溝底貼合，溝底導(dǎo)土口寬度為160 mm，溝沿導(dǎo)土口寬度為200 mm，下導(dǎo)土板可調(diào)伸縮距離為250 mm。

機具作業(yè)過程中溝底壓膜及溝沿壓膜都需要輸入一定量的土，輸土量計算公式如下：

M=M1+M2+M3

(5)

式中，M為總輸土量(kg)；M1為左側(cè)壓膜導(dǎo)土量(kg)；M2為右側(cè)壓膜導(dǎo)土量(kg)；M3為溝底壓膜導(dǎo)土量(kg)。

由機具導(dǎo)土結(jié)構(gòu)可知，左右輸土量對稱相等，則有

M1=M2=rH1B1h

(6)

M3=rH1B2h

(7)

式中，r為土壤容重(沙土)，取1 300 kg·m-3；H1為種植施肥溝間隔距離(1 900 mm)；B1為膜邊覆土寬度(44.6 mm)；B2為溝底覆土寬度(80 mm)；h為覆土厚度(25 mm)。

計算得出M1=M2=2.755 kg，M3=4.94 kg，從而總的覆土量M=10.448 kg。

2.4 溝型滾輪裝置

溝型滾輪裝置由滾輪架橫桿，上、下滾輪，上、下滾輪拉桿等組成，上、下滾輪的外形尺寸由種植溝截面以及地膜寬度而定，上滾輪主要擠壓溝沿上平面，下滾輪主要擠壓溝側(cè)面，以此來穩(wěn)固溝型。上滾輪直徑為115 mm，長度為300 mm，下滾輪直徑也為115 mm，長度為150 mm。溝型滾輪的安裝高度根據(jù)實際開溝深度決定，但需使上滾輪的下邊緣低于開溝鏟的底部位置。溝型滾輪裝置三維圖如圖9所示。

1.上導(dǎo)土板；2.導(dǎo)土板分流拉桿；3.蝶形鎖緊螺母；4.下導(dǎo)土板；5.鉸鏈；6.溝底導(dǎo)土出口1. Upper soil guide plate; 2. Soil guide plate diversion rod;3. Butterfly lock nut; 4. Lower soil guide plate; 5. Hinge;6. Soil guide outlet at the bottom of the trench圖8 導(dǎo)土裝置Fig.8 Soil guide device

2.5 覆膜覆土裝置

覆膜裝置主要由掛膜架、展膜架、機架、溝底以及溝沿壓膜輪、覆土盤等組成，如圖10所示。掛膜架是地膜在機具上的安裝支架，掛膜架滾輪長度由所覆地膜寬度決定，此處采用地膜寬度為1 200 mm，所以掛膜架上滾輪長度1 400 mm。溝底壓膜輪可保證膜和溝底貼合良好，展膜架上掛的展膜輥可使地膜適當展開，溝沿壓膜輪確保地膜平整鋪展在溝沿，覆土盤的作用是掛起地表少量的土壤，將覆在溝沿部分的地膜壓緊。該部分設(shè)計的覆土盤覆土角度、高度，以及其他部件的安裝位置均是可調(diào)的，方便在作業(yè)過程中適時調(diào)整。

2.6 鎮(zhèn)壓輥部件

鎮(zhèn)壓輥由鎮(zhèn)壓輥安裝支架、鎮(zhèn)壓輥等組成，鎮(zhèn)壓輥的作用是使得落在溝沿上的土更加緊實地壓住溝沿上的地膜，根據(jù)實際需要鎮(zhèn)壓輥直徑為300 mm，鎮(zhèn)壓輥長度為520 mm。鎮(zhèn)壓輥部件圖如圖11所示。

1.滾輪架橫桿；2.滾輪架連接梁；3.上滾輪；4.下滾輪架；5.下滾輪1. Roller rack cross bar; 2. Roller rack connecting beam;3. Upper roller; 4. Lower roller frame; 5. Lower roller圖9 溝型滾輪裝置Fig.9 Groove roller device

1.覆膜裝置機架；2.展膜輥掛架；3.溝底壓膜輪；4.掛膜架；5.溝沿壓膜輪；6.覆土盤1. Laminating device frame; 2. Film spreading roller hanger;3. Ditch bottom film pressing wheel; 4. Film hanger;5. Ditch edge pressing film wheel; 6. Soil covering plate圖10 覆膜覆土裝置Fig.10 Film-covered soil-covering device

2.7 機架設(shè)計

機架是使各個零件連接成一個整體的重要部件，懸掛式機具的機架是將這個整體與動力機械連接的關(guān)鍵組成。機架設(shè)計的過程中不僅要考慮本身的連接功能，還應(yīng)根據(jù)具體作業(yè)環(huán)境和開溝覆膜機的性能要求考慮以下幾個方面：(1)機架設(shè)計主要應(yīng)保證剛度、強度及穩(wěn)定性要求；(2)機架結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)盡量簡單并且合理，便于與動力機械結(jié)合及其他零部件的拆裝；(3)機架設(shè)計應(yīng)預(yù)留調(diào)整零部件的安裝空間，如螺紋孔等，當開溝尺寸發(fā)生變化時，零部件應(yīng)能較好變換位置；(4)機架的耐腐蝕性和抗震性應(yīng)該較好。本文中的機具機架主要由方鋼焊接而成，前機架呈箱體式結(jié)構(gòu)，后機架呈框架式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，方便開溝器、施肥器、覆膜覆土裝置、地輪、鎮(zhèn)壓輥等零部件的安裝。前機架三維圖如圖12所示，后機架三維圖如圖13所示。

1.鎮(zhèn)壓輥連接板；2.鎮(zhèn)壓輥安裝支架；3.鎮(zhèn)壓輥1. Pressure roller connecting plate;2. Pressure roller mounting bracket; 3. Pressure roller圖11 鎮(zhèn)壓輥部件Fig.11 Roller components

圖12 前機架Fig.12 Front rack

3 田間試驗與結(jié)果分析

3.1 試驗條件與材料

2019年3月，在甘肅省張掖市高臺縣旱塘瓜種植試驗基地進行了旱塘瓜開溝施肥覆膜覆土復(fù)式作業(yè)機的田間作業(yè)性能試驗。試驗地土壤為沙土，土壤含水率為9.9%～15.3%，取樣深度為5～40 cm對應(yīng)土壤硬度為17～368 MPa。試驗時田間較平整，土壤疏松，無作物與雜草。進行試驗前，對復(fù)式作業(yè)機進行調(diào)試。如圖14所示，在施肥箱中倒入顆?；?，通過施肥量調(diào)節(jié)把手將施肥調(diào)整至4.1 kg·hm-2，在覆膜裝置的掛膜架上安裝地膜，地膜厚度為0.03 mm，并將地膜拉至展膜輥下鋪在預(yù)先挖好的溝里并在膜邊緣蓋上土，機具動力源配套拖拉機動力為40 kW約翰迪爾3B-554型輪式拖拉機，試驗時速度為0.5 m·s-1。機具現(xiàn)場作業(yè)效果圖如圖14所示。

3.2 試驗方法

按照JB/T-7732-2006鋪膜機標準、JB/T8401.1-2007旋耕施肥機作業(yè)標準、JB/T11908-2014農(nóng)用圓盤開溝機的要求[18-20]，計算旱塘瓜開溝施肥覆膜覆土復(fù)式作業(yè)機田間作業(yè)后的以下幾項指標：采光面機械破損程度、膜邊覆土厚度和寬度及合格率、地膜縱向拉伸率、開溝深度、排肥穩(wěn)定性變異系數(shù)等[13]。

圖13 后機架Fig.13 Rear frame

圖14 現(xiàn)場作業(yè)效果Fig.14 Field operation demonstration

采光面機械破損程度展開度的測定方法[13]為：以1.2 m(地膜寬度)×5 m(測試區(qū)域長度)的面積為1個測試小區(qū)，在小區(qū)各個測試點處用鋼尺進行人工測量以得到各測試區(qū)內(nèi)的采光面地膜上所有機械破損部位的邊長或者縫長(當Sc≤50 mm·s-2復(fù)式作業(yè)機性能符合要求)，以2個小區(qū)的測定平均值為測試結(jié)果。采光面地膜機械破損程度計算公式如下：

(8)

式中，Sc為采光面地膜機械破損程度(mm·m-2);li為測試區(qū)內(nèi)第i個機械破損部位的邊長或者縫長(mm);n為測試區(qū)內(nèi)出現(xiàn)機械破損部位的個數(shù)；l為測試區(qū)長度(m);b為測區(qū)內(nèi)采光面地膜寬度平均值(m)。

膜邊覆土厚度和寬度的測試方法[14-19]如下：在測試小區(qū)內(nèi)，測試膜邊覆土寬度和厚度(標準規(guī)定：膜邊覆土寬度≥35 mm，膜邊覆土厚度≥25 mm)，按下式分別計算膜邊覆土寬度和厚度的合格率：

(9)

式中,θ為膜邊覆土寬度或膜邊覆土厚度合格率；G為小區(qū)內(nèi)各性能指標分別測定的總數(shù)量(個)；g為膜孔全覆土數(shù)量(個)。

地膜縱向拉伸率測試方法：在測試小區(qū)內(nèi)，鋪膜后，測量地膜的縱向程度增量與地膜原寬度之比即為地膜縱向拉伸率：

(10)

式中：b表示鋪膜后地膜的縱向增量(m)；b0表示地膜原長度，本文中地膜寬度為1.2 m。

開溝深度測試方法[14]為：測量2個作業(yè)行程，每個作業(yè)行程長度不小于30 m，沿行程方向等間距測4處開溝的深度，共測8處，測試前先清除溝底及拋灑在溝旁邊的土塊，用深度測量儀測試溝底距離地平面的距離，作為該測試點的開溝深度，按下式計算得出平均開溝深度：

(11)

式中,h表示平均開溝深度(cm)；hi表示第i個測試點的開溝深度值(cm)；N表示測試小區(qū)內(nèi)選定的測量點個數(shù)，N=n=8。

排肥穩(wěn)定性測試，測試方法為先計算出施肥量，再根據(jù)實際施肥量計算出排肥穩(wěn)定性變異系數(shù)[14]。施肥量計算如下：

(12)

式中，Q表示實際排肥量(kg·hm-2)；q表示地輪旋轉(zhuǎn)n轉(zhuǎn)所測定的排肥口排肥量的平均值(kg)；D表示地輪直徑(m)；a表示平均行距(m)；M表示試驗機具的作業(yè)行數(shù)。

排肥穩(wěn)定性變異系數(shù)測試，試驗時，肥箱內(nèi)的肥料應(yīng)加入不少于箱內(nèi)容量的一半，并設(shè)置不低于30 m的作業(yè)測試區(qū)[14-15]，按下式計算：

(13)

(14)

(15)

式中，xi表示每次總的排肥量(g)；x表示每次總排肥量的平均值(g)；S表示總排肥量穩(wěn)定性的標準差(g)；V表示總排肥量穩(wěn)定性的變異系數(shù)(%)；n為總的測定次數(shù)。

3.3 試驗結(jié)果與分析

旱塘瓜開溝施肥覆膜覆土復(fù)式作業(yè)機田間試驗結(jié)果如表2所示，由試驗結(jié)果可知，試驗各項性能指標均達到相關(guān)標準要求。

表2 田間試驗結(jié)果

試驗時，當?shù)貕K平整且土質(zhì)疏松的時候，作業(yè)機平穩(wěn)前行，樣機各關(guān)鍵部件性能穩(wěn)定時，作業(yè)效果質(zhì)量都是最佳的。若田間地塊不平整或者前進速度不穩(wěn)定，會引起對地膜的過分拉扯和施肥量的不穩(wěn)定，從而造成覆蓋的地膜與溝底溝沿貼合不緊實而出現(xiàn)壟溝地膜架空，施肥深度達不到10～15 cm，施肥量不均勻。當土壤硬度或者土壤含水率過大時，粘滯的土壤則會影響到圓盤開溝器拋土量以及覆土裝置輸土部件的輸土量，導(dǎo)致溝沿膜邊壓土量不足，溝底輸土量過少也會造成地膜與溝底貼合不實。因而在作業(yè)時，應(yīng)首先把地塊整平，然后將急劇作業(yè)行進速度控制穩(wěn)定，以此確保開溝刀組與田間實際狀況最佳時作業(yè)，以獲取最高質(zhì)量的作業(yè)效果。

機具性能試驗表明，機具各項性能指標均達標，開溝深度32.5 cm滿足旱塘瓜種植農(nóng)藝要求，膜邊覆土厚度27.3 mm,膜邊覆土寬度44.6 mm,合格率分別達到了96.1%和95.6%，地膜縱向拉伸率92.3%，排肥均勻性系數(shù)5.6%，均已達到標準要求。

4 結(jié) 論

1)針對旱塘瓜壟膜溝灌種植模式下化肥利用率低，化肥深施、開溝覆膜等減肥增效農(nóng)藝技術(shù)缺乏配套機械化裝備的現(xiàn)狀，研發(fā)了旱塘瓜開溝施肥覆膜覆土復(fù)式作業(yè)機，對樣機的開溝裝置、施肥裝置、覆膜覆土部件、鎮(zhèn)壓裝置等關(guān)鍵部件進行了設(shè)計與選型，并根據(jù)相關(guān)作業(yè)質(zhì)量要求完成了對部分關(guān)鍵部件的參數(shù)設(shè)計與分析；

2)該機具結(jié)構(gòu)緊湊、調(diào)試方便，一個作業(yè)流程即可完成化肥深施、開30 cm灌溉溝、溝沿鎮(zhèn)壓、溝底覆膜及打孔、膜上覆土等旱塘瓜整地起塘全流程的機械化作業(yè)，減少機具進地次數(shù)、提高作業(yè)效率和質(zhì)量、減輕勞動強度，作業(yè)效率是人工的10倍以上，符合旱塘瓜壟膜溝灌的農(nóng)藝種植要求。

3)經(jīng)過田間性能試驗驗證，采光面機械破損程度為41.6 mm·m-2，膜邊覆土厚度27.3 mm，膜邊覆土寬度44.6 mm，膜邊覆土厚度合格率96.1%，膜邊覆土寬度合格率95.6%，地膜縱向拉伸率92.3%，排肥均勻性變異系數(shù)5.6%，開溝深度32.5 cm。試驗結(jié)果表明相關(guān)性能指標均已達到國家標準以及農(nóng)藝要求，能夠?qū)崿F(xiàn)旱塘瓜開溝施肥覆膜覆土機械化作業(yè)，適宜推廣應(yīng)用。