多功能果园田间管理机设计与试验

分类：论文范文 发表时间：2020-04-23 09:13

　　摘要:针对现有果园机械化水平较低、缺少集成式设备问题，依据果园农艺要求设计了一种多功能果园田间管理机。该机器为自走履带式有级变速，装配有大块有机肥宽深开沟器、粉状与粒状无机肥开沟施肥回填一体装置等，以完成果园的开沟和施肥等多环节的机械作业。通过快换装置实现开沟和施肥等功能的简便拆卸更换，以保障多功能管理机作业的可操作性和可靠性。经过田间试验，测知管理机能够完成35cm宽、0～40cm深的开沟，施肥深度可达到35cm，作业速度为350～2000m/h，机身高度90cm，长度270cm。由于机型矮小，转弯半径最小1．8m，行走灵活，因此既可用于现代宽行矮砧密植果园，又可用于传统乔化果园。

　　关键词:果园;管理机;多功能;开沟;施肥

　　0引言

　　我国农作物的栽培面积接近1．4亿hm2，其中果树栽种面积约占6%，果树种植面积和水果产量已经跃居世界第一。果树栽培面积和产量排在前列的有广东、山东和河北等省份，大宗果树种类主要是苹果、柑橘和梨［1］。现在我国农业产业化发展比较迅速，而果树又是一种经济效益较高的作物，这就要求果园生产需要高度机械化，特别是管理环节多样，亟需一种集多功能于一身的果园管理机来满足大型果园机械化生产［2－4］。本机依据不同果园的土壤差异和不同品种果树的栽植方式差异，为解决果园中肥料深施等多过程集成作业中存在的机械化关键技术难题［5］，设计了斜置支撑与V型双圆盘组合升降式开沟机构及颗粒与粉状肥料定向兼施、块状有机肥开沟深施等关键部件，集定向开沟施肥自动回填、单独宽深开沟等多功能于一体，弥补了业内的空缺。

　　1整机方案设计与工作原理

　　1．1总体方案设计

　　自走式多功能管理机主要包括动力装置、施肥装置、开沟装置、传动装置和行走装置等，依靠机械传动及液压系统实现整机的各种动作，如图1所示。1)选择4缸柴油机为整机主要动力源，辅以液压装置完成机具的升降作业功能。2)施肥装置:设计绞龙排肥器强制推进施肥，通过改变绞龙排肥器的转速和排肥器进肥口的大小控制施肥量，以解决传统的外槽轮式排肥器对粉状肥料无法正常施肥的技术难题［19－21］。

　　1．2动力选型计算

　　1．2．1牵引功率计算行走装置所需牵引功率应满足以下要求，即P行=F驱v3600η1η2(1)式中P行—行走装置所需牵引功率(kW);F驱—行走机构所需驱动力(kN);v—行走速度(km/h);η1—传动机构效率;η2—行走装置效率。行走时，装置会受到内部阻力和外部阻力，外部阻力F1可以用机器的重力G和外部滚动系数乘积表示，即F1=Gf1(2)其中，f1取决于工作环境，工作环境为果园和田间(多为黄土和黏土)，则f1=0．07。

　　1．2．2开沟施肥装置功率计算根据设计任务要求，工作场合为农田和果园，开沟施肥装置功率P为［25］P开沟=1×10－5Kλ·h·v·B(6)其中，Kλ为开沟比阻(N/cm2)。Kλ=KgK1K2K3K4(7)式中Kg—土壤坚实度(N/cm2);K1—沟深修正系数;K2—土壤含水率修正系数;K3—枝干落叶植被修正系数;K4—作业方式修正系数［25］;h—开沟深度(mm);v—前进速度(m/s);B—开沟宽度(mm)。根据实际要求，h=350mm，v=0．42m/s，B=250mm;农业机械手册Kg=120N/cm2，K1=1．0，K2=0．95，K3=1．2，K4=0．48。将数值带入公式，则P开沟=24．1kW。

　　2开沟模块的设计

　　现在果园机械难以实现块状有机肥的深施，开发单独开沟装置(见图2)，以便实现宽深开沟，施用大块有机肥，提高果品产量。

　　开沟装置主要由齿轮箱、刀盘组成，通过齿轮箱传动，并通过输出轴带动开沟刀盘转动，开沟刀盘上的刀具随着刀盘转动，各个刀片依次切割土壤。由于刀具有一定的弧度，使得被切割土壤抛至沟的两侧，达到开沟的目的。开沟装置采用斜置支撑从而实现V形转动，实现可以用较小的刀盘直径开出更宽更深的沟槽。

　　2．1刀具设计

　　由于斜置支撑的存在，开沟装置可以实现V形转动，无需较大的刀具弯角便可实现将沟内挖出的土抛至沟的两侧，防止其回填。根据GB/T699－1999技术条件，应选用65Mn钢以达到开沟的强度等要求，切削刃须进行淬火处理，刃口曲线形状误差不大于3mm，满足设计要求。

　　2．2斜置支撑设计

　　通过斜置支撑(见图3)，实现开沟装置V形转动。在斜置支撑上套有轴承，实现刀盘和刀具绕斜置支撑转动，使得刀具可以做V形转动，用较小的直径便实现宽深开沟，达到要求的开沟深度和宽度。

　　3开沟施肥回填装置设计

　　3．1刀具设计

　　与单独开沟刀具不同，开沟施肥回填装置刀具采用弯刀［26］，可以实现切土同时进行回填的功能，保证装置的有效性。因此，刀具采用65Mn钢以达到开沟的强度等要求，切削刃须进行淬火处理，刃口曲线形状误差不能大于3mm，满足要求。

　　3．2施肥装置设计

　　施肥装置(见图4)可以实现颗粒与粉状肥兼施，通过绞龙装置强制推进排肥，解决了传统的外槽轮排肥器对粉状肥料无法正常排肥的技术难题，满足了现代果园的工作要求，并且可以通过调节绞龙装置的转速和改变上方进肥口的大小来控制排肥量，满足不同树龄果树需肥量不同的作业需要。

　　4行走装置设计

　　由于作业环境存在较狭小情况，选择履带式行走装置(见图5)，可以实现最小1．8m半径转弯，可以很好解决传统果园农机无法入园作业问题。行走装置的动力来源于固定在输出轴的驱动轮上，装卡在履带中的孔隙，带动履带转动。机体的质量要压在支重轮上，支重轮起承重作用;导向轮承担导向作用，防止履带松动和跑偏。

　　5结论

　　通过实测数据得知，所设计样机能够达到设计标准要求。由于采用履带行走，可以用于现代宽行矮砧密植果园，又可用于传统乔化果园。本设计将果树生产管理多环节所需机械作业过程集合到一台机器上，提高了果园机械化水平更提高了作业效率，降低管理成本。样机实现了可以通用于粉状肥料和颗粒肥料排出，解决了槽轮排肥机构无法很好地将粉状肥料排出的问题。通过更换开沟刀具，可以实现大块有机肥宽深开沟问题，提高了肥料利用率，减少了人力的使用。

　　参考文献:

　　［1］赵瑞艳，李爱民．我国果树生产的现状及发展趋势［J］．北方园艺，2002(5):12－13．

　　［2］刘向晖，刘俊峰，李建平，等．圆盘式果园开沟机刀盘作业模态分析［J］．农机化研究，2016，38(6):102－105，115．

　　［3］李彦平．果园主要机械及其应用［J］．山西果树，2017(5):28－29，31．

　　［4］孟祥金，沈从举，汤智辉，等．果园作业机械的现状与发展［J］．农机化研究，2012，34(1):238－241．

　　［5］韩大勇，吕钊钦，崔方方，等．新型果树施肥机的设计［J］．农机化研究，2010，32(12):65－68．

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