玉米大豆帶狀復(fù)合種植專用中耕施肥機(jī)研制與試驗(yàn)

馮衛(wèi)東，仇維佑，朱 松，劉天星，張榮成，邢全道

（1.江蘇省農(nóng)墾農(nóng)業(yè)發(fā)展股份有限公司臨海分公司，江蘇 鹽城 224000；2.江蘇省農(nóng)墾農(nóng)業(yè)發(fā)展股份有限公司現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院，江蘇 南京 210000；3.江蘇省農(nóng)墾農(nóng)業(yè)發(fā)展股份有限公司黃海分公司，江蘇 鹽城 224000；4. 江蘇省農(nóng)墾農(nóng)業(yè)發(fā)展股份有限公司淮海分公司，江蘇 鹽城 224000）

0 引 言

玉米大豆復(fù)合種植模式可實(shí)現(xiàn)“玉米不減產(chǎn)，增收一季豆”[1-2]，是解決糧食危機(jī)的有效措施，為高質(zhì)量完成農(nóng)業(yè)農(nóng)村部玉米大豆帶狀復(fù)合種植推廣項(xiàng)目，綜合考慮江蘇農(nóng)墾土壤、氣候與規(guī)?；⒔M織化及機(jī)械化現(xiàn)狀，江蘇省農(nóng)墾農(nóng)業(yè)發(fā)展股份有限公司最終選擇“4+4”寬窄行開溝騎畦種植模式為玉米大豆帶狀復(fù)合機(jī)械化種植主推模式。肥料對(duì)于玉米大豆大田生產(chǎn)的作用至關(guān)重要，但目前市場上現(xiàn)有的中耕施肥機(jī)多用于玉米專業(yè)使用，其結(jié)構(gòu)不適宜玉米大豆帶狀復(fù)合種植模式作業(yè)[3-5]；而且對(duì)江蘇農(nóng)墾黏性板茬土壤與雨水較多的環(huán)境作業(yè)適應(yīng)性較差，機(jī)具易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形。不同模式玉米跟大豆行間距不一致，雜草較多，需進(jìn)行除草和松土作業(yè),對(duì)機(jī)具的附加功能提出了新需求，現(xiàn)有中耕施肥機(jī)具容易傷苗[6]；玉米后期施“拐子肥”時(shí)，高度較高，目前市面上的常規(guī)機(jī)具無法根據(jù)作物高度調(diào)整施肥機(jī)具，而施肥腿將施肥溝內(nèi)的秸稈勾起造成堵塞。本文針對(duì)上述問題設(shè)計(jì)研制一種新型的玉米大豆專用中耕施肥機(jī)，解決玉米大豆復(fù)合種植施肥問題，增加玉米大豆產(chǎn)量，節(jié)本增效。

1 總體結(jié)構(gòu)與工作原理

江蘇省農(nóng)墾農(nóng)業(yè)發(fā)展股份有限公司采用的玉米大豆復(fù)合種植模式為“4+4”模式，中間為4 行大豆，兩側(cè)分別為2 行玉米，整個(gè)畦面寬為3.9 m。根據(jù)種植模式來進(jìn)行專用中耕施肥機(jī)的整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要包括機(jī)架、肥箱、上料機(jī)構(gòu)、除草機(jī)構(gòu)、施肥機(jī)構(gòu)以及動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，肥箱通過軟管與施肥機(jī)構(gòu)相連，具體三維結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。此結(jié)構(gòu)能夠有效解決玉米大豆復(fù)合種植過程中作物除草和施肥問題，結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，不僅能夠提高肥料利用率，還能降低人工成本。

圖1 專用中耕施肥機(jī)結(jié)構(gòu)圖

該機(jī)具配套動(dòng)力為58.8 kW 窄輪拖拉機(jī)，在大豆玉米施肥除草期間進(jìn)行作業(yè)，拖拉機(jī)車輪路徑為玉米大豆行，將肥料施于行間，有利于作物充分吸收肥料。

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)分析

2.1 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中耕施肥機(jī)懸掛機(jī)架由主支架與連接主支架兩側(cè)的側(cè)翼支架組成，其中玉米肥箱、添肥機(jī)構(gòu)、除草機(jī)構(gòu)以及施肥機(jī)構(gòu)安裝于側(cè)翼支架上，側(cè)翼支架框架采用加高設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了機(jī)具的通過性，保證高度在1.5 m 以上作物的施肥效果，滿足玉米各生長階段施肥需求；機(jī)架下方安裝仿形地輪，有效地穩(wěn)定施肥深度，同時(shí)降低過溝沖擊，還可以傳遞動(dòng)力；在仿形地輪后方增設(shè)刀架附加除草和松土的新功能，整體框架示意圖如圖2 所示。

圖2 機(jī)架結(jié)構(gòu)

2.2 施肥機(jī)構(gòu)與除草機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

施肥機(jī)構(gòu)與除草機(jī)構(gòu)作為中耕施肥機(jī)的核心部件，直接影響玉米大豆最終的產(chǎn)量與效益。該機(jī)具采用圓盤式施肥方式，施肥腿結(jié)構(gòu)簡單，入土性能強(qiáng)，可以根據(jù)施肥深度進(jìn)行上下調(diào)節(jié)，圓切盤設(shè)置在施肥腿前方，可將雜草切斷，避免施肥腿堵塞，有效解決秸稈堵塞問題。玉米大豆行間增設(shè)除草機(jī)構(gòu)，除草機(jī)構(gòu)由中耕鏟、支撐架以及割刀組成，采用刀架式結(jié)構(gòu)進(jìn)行除草滿足新的需求，刀架為兩組，通過支撐框架固定于機(jī)架上，每個(gè)刀架對(duì)應(yīng)設(shè)置在中耕施肥仿形地輪行進(jìn)方向的后側(cè)，每個(gè)刀架主要由正對(duì)于仿形地輪后側(cè)的三對(duì)鏟刀組成，除草機(jī)構(gòu)也可根據(jù)田間實(shí)際情況進(jìn)行上下調(diào)節(jié)。具體結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 施肥機(jī)構(gòu)與除草機(jī)構(gòu)

2.3 上料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

為方便添加肥料，該機(jī)具設(shè)計(jì)一種自動(dòng)添肥上料機(jī)構(gòu)，不需要人工，極大地提高了工作效率。上料機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)動(dòng)梁、推桿以及添肥簸，轉(zhuǎn)動(dòng)梁的一端鉸接于側(cè)翼支架并通過推桿驅(qū)動(dòng)繞鉸接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，另一端可轉(zhuǎn)動(dòng)地與添肥簸連接，添肥簸的底端設(shè)有轉(zhuǎn)動(dòng)支架，轉(zhuǎn)動(dòng)梁上設(shè)有轉(zhuǎn)動(dòng)支座，轉(zhuǎn)動(dòng)支座與轉(zhuǎn)動(dòng)支架設(shè)有相適配的通孔，通過穿接固定銷實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)支架與轉(zhuǎn)動(dòng)支座的固接，轉(zhuǎn)動(dòng)支座由平行設(shè)置的兩扇形支撐板組成，通孔開設(shè)于兩扇形板上。轉(zhuǎn)動(dòng)支座通過一端連接套管的短梁連接于轉(zhuǎn)動(dòng)梁上，兩扇形支撐板固定于短梁上，套管上旋接有調(diào)節(jié)螺母，短梁通過套管可滑動(dòng)地連接于轉(zhuǎn)動(dòng)梁上，結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。

圖4 上料機(jī)構(gòu)示意圖

3 樣機(jī)試驗(yàn)研究與大田作業(yè)推廣

將設(shè)計(jì)好的樣機(jī)進(jìn)行三維虛擬裝配，接著依據(jù)二維圖紙進(jìn)行零部件的加工，玉米大豆帶狀復(fù)合種植專用中耕施肥機(jī)樣機(jī)如圖5 所示。

圖5 中耕施肥機(jī)樣機(jī)

圖6 實(shí)際田間試驗(yàn)

田間試驗(yàn)主要測試中耕施肥機(jī)的工作性能，評(píng)估機(jī)具施肥效果是否符合玉米大豆復(fù)合作業(yè)中耕作業(yè)農(nóng)機(jī)、農(nóng)藝要求，試驗(yàn)之前在田間按照農(nóng)墾模式種植玉米和大豆，然后進(jìn)行施肥效果的穩(wěn)定性試驗(yàn)，機(jī)具配套窄輪拖拉機(jī)，進(jìn)行施肥深度與實(shí)際施肥量的測定，將實(shí)際施肥量與預(yù)計(jì)施肥量進(jìn)行比較，得出比值（表1），結(jié)果顯示中耕施肥機(jī)在作業(yè)過程中施肥量穩(wěn)定，施肥深度波動(dòng)不大，施肥量均穩(wěn)定在90%以上，符合中耕施肥作業(yè)要求。

表1 施肥結(jié)果參數(shù)

機(jī)具進(jìn)行批量生產(chǎn)后用于大田作業(yè)，如圖7所示，其效果顯著，崗埠分公司玉米產(chǎn)量每667 m2達(dá)700 kg，該機(jī)具適用于玉米大豆“4+4”復(fù)合種植模式，降低了人工成本，玉米大豆增產(chǎn)增效，提高了效益。

圖7 大田作業(yè)效果圖

4 結(jié)論及建議

4.1 結(jié)論

（1）該中耕施肥機(jī)由機(jī)架、肥箱、上料機(jī)構(gòu)、除草機(jī)構(gòu)、施肥機(jī)構(gòu)以及動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)組成，采用兩側(cè)高地隙玉米施肥機(jī)構(gòu)，適應(yīng)玉米高度1.5 m 以上，中間為跨大豆行中耕防草機(jī)構(gòu)，與窄輪拖拉機(jī)配套跨大豆行走作業(yè)，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)玉米與大豆的中耕施肥作業(yè)，不需要高地隙自走式拖拉機(jī)，行走通過性與可靠性高；玉米施肥機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)采用上下自動(dòng)伸展仿形靴式開溝器配套破茬圓盤刀，可以滿足玉米行間穩(wěn)定深度施肥，且不易堵泥草，結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定可靠。

（2）田間試驗(yàn)以及大面積作業(yè)效果表明，該機(jī)具可提高工作效率，節(jié)省人工成本，增產(chǎn)增效；中耕施肥機(jī)在工作過程中施肥量穩(wěn)定，施肥深度波動(dòng)穩(wěn)定，施肥量均穩(wěn)定在90%以上，符合中耕施肥作業(yè)要求。

4.2 建議

由于玉米大豆“4+4”帶狀復(fù)合種植模式是新模式，在中耕施肥機(jī)的設(shè)計(jì)試制中也存在著一些問題，接下來要進(jìn)一步改進(jìn)，供有關(guān)玉米大豆復(fù)合種植單位參考，主要有以下幾點(diǎn)：

（1）改進(jìn)玉米行中間錯(cuò)位反向雙圓盤覆土裝置，結(jié)合苗側(cè)雙肥管撒肥，將土覆于苗側(cè)并覆蓋肥料，解決中間開溝施肥距苗太遠(yuǎn)、苗期施肥不足問題。

（2）重新設(shè)計(jì)玉米大豆寬行機(jī)械中耕除草機(jī)構(gòu)，更換成旋耕除草裝置，提高寬行除草效果。

（3）考慮大豆對(duì)肥料的需求沒有玉米高，所以在實(shí)際樣機(jī)試制時(shí)并沒有增加大豆施肥箱，接下來增加大豆排肥箱，解決大豆追肥問題，并增加施肥堵塞電子報(bào)警機(jī)構(gòu)。