2PZ-4000型蘋果多功能栽植機設(shè)計與試驗

高光明,宮玉敏,張義勝,周 慧,劉 琦

(淄博市農(nóng)業(yè)機械研究所，山東 淄博 255086)

蘋果矮砧集約栽培模式便于實現(xiàn)蘋果果園的機械化作業(yè)和管理，是蘋果生產(chǎn)先進(jìn)國家普遍采用的栽培模式[1-2]，也是我國現(xiàn)代蘋果栽培的主要方向[3]。這種蘋果栽培模式正在我國山東、陜西、河北等省的一些地區(qū)進(jìn)行試驗和推廣，并得到了長足發(fā)展[1，4]。采用這種蘋果栽培模式的果園建園時，在農(nóng)藝方面，對蘋果栽植的行距、株距及起壟形狀等指標(biāo)都有一定的要求[1，3，5-6]，一些試驗和推廣地區(qū)在參考《蘋果矮砧集約栽培模式技術(shù)規(guī)范》[2]的基礎(chǔ)上，還初步形成制定了具體的栽培技術(shù)規(guī)范(或規(guī)程)[3,5]。目前，適應(yīng)蘋果矮砧集約栽培模式所需新農(nóng)藝要求的蘋果栽植機具研發(fā)工作正在展開進(jìn)行，產(chǎn)生了一些相關(guān)機具[7]，但見諸文獻(xiàn)報道的功能齊全的相關(guān)栽植機具很少。本文在對蘋果矮砧集約栽培模式及其相關(guān)技術(shù)進(jìn)行調(diào)研的基礎(chǔ)上，針對這種栽培模式所需的新農(nóng)藝要求，設(shè)計一種2PZ-4000型蘋果多功能栽植機，并進(jìn)行田間試驗。

1 總體方案

1.1 實現(xiàn)的功能

1)起壟栽植。常規(guī)的開溝式植樹機是由開溝器開出一條深溝，然后將苗木置于溝中覆土，再通過鎮(zhèn)壓輪鎮(zhèn)壓，完成整個栽植過程[8]。2PZ-4000型蘋果多功能栽植機則不同，能完成蘋果果苗的起壟栽植作業(yè)。由于是起壟栽植，機具不需要開溝器。果苗植入時，植入位置在機具起壟壟頭前方，覆土前，果苗的根系在田間地平面上方，靠隨后跟進(jìn)的起壟犁鏵轉(zhuǎn)移提升的壟土覆土。機具栽植作業(yè)效果圖如圖1所示。

圖1 蘋果多功能栽植機作業(yè)效果圖Fig.1 Working effects of the multifunctional apple planting machine

2)定株距栽植。2PZ-4000型蘋果多功能栽植機可以保證栽植株距的一致性，實現(xiàn)定株距栽植。針對不同地區(qū)、不同果園，對栽植株距要求不一樣的需求，2PZ-4000型蘋果多功能栽植機可以在3種設(shè)計株距下作業(yè)，切換方便。

3)同步施水(水肥)。機具可以實現(xiàn)在栽植過程中向果苗根系同步施水(水肥)功能。這對于在干旱地區(qū)保證栽植后果苗的成活尤為重要。

4)鎮(zhèn)壓功能。機具配置鎮(zhèn)壓輪，對栽植后的覆土進(jìn)行鎮(zhèn)壓，以利于保墑。

1.2 總體結(jié)構(gòu)與工作原理

2PZ-4000型蘋果多功能栽植機總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。機具以88.3 kW以上拖拉機為動力，總體采用懸掛式結(jié)構(gòu)布局，通過3個懸掛點與拖拉機懸掛裝置連接在一起。機具作業(yè)時，人工喂入果苗，機具前進(jìn)一個株距時，定株距機構(gòu)動作，開啟果苗植入窗口，果苗在人工扶持下到達(dá)植入位置。此時，前V型鏵犁組呈橫向?qū)ΨQ布置的兩個鏵犁，把兩側(cè)的土壤翻起，覆蓋在果苗根系上，完成覆土和部分起壟工作。在果苗植入過程中，施水(水肥)機構(gòu)向果苗根系施加水(水肥)，完成施水(水肥)工作。

起壟分兩次完成。在第一次部分起壟完成后，剩余的部分由配置在機具后面的后V型鏵犁組完成。起壟完畢后，由安裝在機具后面的鎮(zhèn)壓輪鎮(zhèn)壓。

1.拖拉機；2.施水(水肥)機構(gòu)總成；3.果苗；4.機架總成； 5.鎮(zhèn)壓機構(gòu)總成；6.作業(yè)平臺總成；7.后V型鏵犁組總成；8.前V型鏵犁組總成；9.定株距機構(gòu)總成；10.限深機構(gòu)總成；11.螺旋扣；12.土壤層圖2 蘋果多功能栽植機總體結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure sketches of the multifunctional apple planting machine

1.3 主要技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)蘋果矮砧集約栽培模式所需新農(nóng)藝要求，設(shè)定的2PZ-4000型蘋果多功能栽植機主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 蘋果多功能栽植機主要技術(shù)指標(biāo)

2 主要機構(gòu)設(shè)計要點

2.1 起壟機構(gòu)

國內(nèi)常見的起壟機具主要有開溝式起壟、旋耕式起壟兩種形式。這兩種起壟形式主要適應(yīng)于地瓜、花生、土豆、烤煙、蔬菜等大田作物的小壟距起壟要求[9]，對于圖1所示的大壟寬、大壟距的起壟則不適應(yīng)。蘋果多功能栽植機起壟機構(gòu)設(shè)計的重點在于大土方量的有效轉(zhuǎn)移和提升。

如圖1所示，起壟時，需要把地平線以下、兩個土壟之間一定深度的取土層土壤轉(zhuǎn)移提升，形成地平線以上的壟層。他們之間的關(guān)系如下：

(B'-B)h=(H-h)B-(H-h)cotα

(1)

G=B'-BhS'ρ

(2)

式中：B′為行距(m)；B為壟寬(m)；h為取土深度(m);H為壟高(m)；α為土壤安息角(°),α按黏土(小塊)取值50°；G為每畝果園起壟所轉(zhuǎn)移提升土方量(t)；S′為每畝果園面積折合起壟長度，S'=667/B′(m)；ρ為土壤容重(t/m3), 通常耕作層土壤容重為1～1.3t/m3[10]，取ρ=1.2t/m3。

根據(jù)2PZ-4000型蘋果多功能栽植機的設(shè)計指標(biāo),我們?nèi)′=4 m，B=1.2 m，H=0.3 m，計算得出h=0.08 m，G=44.8 t。起壟的最大土壤提升高度為0.3 m。

起壟機構(gòu)通過對8件鏵犁的組合來實現(xiàn)大土方量的轉(zhuǎn)移和提升。鏵式犁國家標(biāo)準(zhǔn)中，單個鏵犁工作幅寬在20～50 cm區(qū)間，各自對應(yīng)著不同的最大耕深，可以實現(xiàn)土方量小范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)移和提升。為充分利用單個鏵犁的優(yōu)勢，起壟機構(gòu)把8件鏵犁組合成前、后兩個V型鏵犁組(見圖2)，通過分層次轉(zhuǎn)移和提升土層、分次起壟的方式來實現(xiàn)土方量大范圍的轉(zhuǎn)移和提升。起壟分兩次完成：

(1)第一次部分起壟，在果苗植入時完成，第一次起壟示意圖如圖3所示。

圖3 第一次起壟示意圖Fig.3 Sketch of the first ridging

機具作業(yè)時，呈對稱分布的兩個鏵犁組成的前V型鏵犁組，把圖3中A區(qū)域所示土壤，翻轉(zhuǎn)到果苗兩側(cè)的B區(qū)域，在完成果苗覆土的同時，形成壟形的中心部分。兩個鏵犁翻轉(zhuǎn)的土壤交匯時，相互碰撞約束，達(dá)到抬高壟面的目的。

(2)第二次部分起壟，由呈對稱分布的6個鏵犁組成的后V型鏵犁組跟進(jìn)完成。第二次起壟示意圖如圖4所示。

圖4 第二次起壟示意圖Fig.4 Sketch of the second ridging

機具在完成第一次部分起壟后，果苗已經(jīng)植入。隨后，后V型鏵犁組，把圖4中C區(qū)域的土壤順序翻轉(zhuǎn)到D區(qū)域，完成整體起壟工作。在這個過程中，組成后V型鏵犁組的單個鏵犁，由外至內(nèi)，轉(zhuǎn)移和提升的土層厚度分層次依次遞增。 當(dāng)C區(qū)域的土壤到達(dá)后V型鏵犁組內(nèi)側(cè)鏵犁的犁壁前方翻轉(zhuǎn)時，如果不存在第一次部分起壟形成的土壟，翻轉(zhuǎn)的土壤會部分落入該區(qū)域，致使第二次起壟區(qū)域土量減少，達(dá)不到起壟高度；如果選用的內(nèi)側(cè)鏵犁的耕深不足，也就是其犁壁高度不足，翻轉(zhuǎn)后的土壤在失去速度堆積后，會回落到犁壁的后面，導(dǎo)致二次起壟土量不足，影響起壟高度。利用內(nèi)側(cè)鏵犁的耕深和第一次起壟形成的土壟約束抬高壟面，可以保證起壟的高度。

對于單個鏵犁來說，K=1.27是翻轉(zhuǎn)土垡垡塊穩(wěn)定與否的臨界值，對于寬幅犁一般取K=1.3～3。K值小，利于竄垡[10]。機具起壟壟距為4 m，選用耕幅寬的鏵犁可以減少鏵犁的個數(shù)，減少機具的復(fù)雜程度。但是，為了保證鎮(zhèn)壓后的壟高達(dá)到300 mm的設(shè)計要求，又需要鏵犁在保證耕深至少達(dá)到300 mm的基礎(chǔ)上，有一定的竄垡功能，以補償鎮(zhèn)壓后土壤回落造成的壟高損失。為此，綜合權(quán)衡后，選用的鏵犁耕幅為400 mm、耕深為300 mm，K=1.33。

2.2 限深機構(gòu)

由于栽植田地土壤質(zhì)地硬度的變化及地表的起伏不可避免，所以蘋果多功能栽植機需要通過配置限深機構(gòu)，配合拖拉機的力調(diào)節(jié)來實現(xiàn)對耕深和耕深穩(wěn)定性的控制。限深機構(gòu)如圖5所示。

1.調(diào)節(jié)手輪；2.限深輪；3.調(diào)節(jié)裝置；4.限位塊圖5 限深機構(gòu)側(cè)視圖Fig.5 Side view of depth-control mechanism

限深機構(gòu)通過在限深輪左右成對布置的調(diào)節(jié)裝置調(diào)整限深輪的壓力，除了輔助控制耕深和耕深穩(wěn)定性外，還為定株距機構(gòu)提供必要的動力和定株距傳動鏈尺寸基準(zhǔn)。

2.3 定株距機構(gòu)

定株距機構(gòu)平面展開示意圖如圖6所示。定株距機構(gòu)由限深輪做動力，通過主動鏈輪、鏈條、被動鏈輪，帶動扇形齒輪轉(zhuǎn)動。扇形齒輪與全齒齒輪嚙合時，通過軸Ⅲ帶動果苗放置翻板實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)。扇形齒輪齒數(shù)Z扇為全齒齒輪齒數(shù)Z全的1/4，扇形齒輪旋轉(zhuǎn)一周，可使果苗放置翻板翻轉(zhuǎn)一次，翻轉(zhuǎn)角度為90°。在同軸布置的彈簧拉桿組件約束下，果苗放置翻板初始位置處于水平狀態(tài)，翻轉(zhuǎn)時，預(yù)先放置在果苗放置翻板上的果苗，在人工扶持下進(jìn)入預(yù)定的植入位置。果苗植入后，果苗放置翻板在彈簧拉桿組件彈簧的作用下復(fù)位，完成一個果苗定株距植入流程。

1.限深輪；2.軸Ⅰ；3.扇形齒輪Z扇；4.軸Ⅱ；5.全齒齒輪 6.彈簧拉桿組件；7.果苗放置翻板；8.軸Ⅲ；9.被動鏈輪1,2,3；10.鏈條；11.主動鏈輪圖6 定株距機構(gòu)平面展開示意圖Fig.6 Sketch of definite plant spacing mechanism

株距的大小通過限深輪—主動鏈輪—被動鏈輪—軸Ⅱ構(gòu)成的傳動鏈來保證。即，當(dāng)限深輪前進(jìn)一個株距時，需要被動鏈輪正好旋轉(zhuǎn)一周，從而帶動果苗放置翻板翻轉(zhuǎn)一次。限深輪前進(jìn)時，與土壤有一定的滑移，限深輪轉(zhuǎn)動一周前進(jìn)的距離是其周長與滑移系數(shù)的乘積，即

(3)

式中:n1為 軸Ⅰ的轉(zhuǎn)速(r/min)；n2為軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速(r/min)；S為株距(mm)；K為滑移系數(shù)；L為限深輪周長(mm)；Z被為被動鏈輪齒數(shù)；Z主為主動鏈輪齒數(shù)。

由(3)式可知，在選定限深輪后，株距S由Z被、Z主和K決定。蘋果多功能栽植機設(shè)計有3種株距，對應(yīng)這3種株距，軸Ⅱ上面布置了Z被1、Z被2、Z被33件被動鏈輪。主動鏈輪可以在軸Ⅰ上滑動，并可以在對應(yīng)3件被動鏈輪的位置分別準(zhǔn)確定位固定。對客戶的不同株距要求，重新組合不同齒數(shù)的主動鏈輪Z主和被動鏈輪Z被可以方便實現(xiàn)。

在軸Ⅱ—扇形齒輪—全齒齒輪—果苗放置翻板構(gòu)成的傳動鏈中，扇形齒輪和全齒齒輪的具體齒數(shù)大小對株距雖然沒有影響，但是扇形齒輪對應(yīng)其自身的假想全齒齒輪的齒數(shù)會影響機具前進(jìn)一個株距時間內(nèi)果苗放置翻板翻轉(zhuǎn)90°所用時間，即

(4)

(5)

式中：t為翻板翻轉(zhuǎn)90°所需時間(s)；T為機具前進(jìn)一個株距時間(s)；Z扇為扇形齒輪齒數(shù)；Z假想齒輪為扇形齒輪對應(yīng)其自身的假想全齒齒輪的齒數(shù)；Z全為全齒齒輪齒數(shù)。

整理后得

(6)

由(6)式可知，當(dāng)Z全確定后，Z假想全齒取值越大，則λ值越小，越有利于果苗株距的一致性。實際上，果苗植入時，其下落與翻板翻轉(zhuǎn)動作同步進(jìn)行，翻板翻轉(zhuǎn)時，對果苗根系的約束作用很小，過小的λ取值，意義不大。

實際設(shè)計中，考慮到兼顧齒輪的磨損均勻、空間布置等因素，確定Z全=27、Z假想全齒=69、Z扇=7，齒輪模數(shù)m=1.5 mm。實際翻板翻轉(zhuǎn)角度為93°，t=0.1T。經(jīng)試驗驗證，這些取值是合理的，既不影響單株栽植質(zhì)量，又可以保證對株距的一致性要求。

2.4 施水(水肥)機構(gòu)

施水(水肥)功能是機具的輔助功能.施水(水肥)量大小通過手動調(diào)節(jié)管路上閥門的開合度來實現(xiàn)。

2.5 總體結(jié)構(gòu)布局的設(shè)計

蘋果多功能栽植機集成的功能很多，其總體布局設(shè)計是關(guān)鍵。

2.5.1 確定機具布置基準(zhǔn)點

以果苗植入點為機具布置的基準(zhǔn)點即P點，如圖7所示。機具零部件的布置以盡量使P點靠近機具3個懸掛點構(gòu)成的豎直懸掛平面為原則，這樣就可以在滿足拖拉機懸掛裝置提升力要求的前提下，放寬對零部件重量的限制，保證各零部件所需的強度和剛度要求。

圖7 前、后V型鏵犁組平面布置示意圖Fig.7 Plane sketch of double V-type mouldboard plow group

實際設(shè)計中，通過以下幾個步驟，依次漸進(jìn)確定P點在機具總體結(jié)構(gòu)布局中的位置。

(1)確定起壟機構(gòu)前、后V型鏵犁組的結(jié)構(gòu)布局。對鏵犁組來說，相鄰犁體的橫向間距和縱向間距是重要參數(shù)[10]，對鏵犁組的尺寸、重心位置、機組性能影響較大。參照《GB/T 14225-2008 鏵式犁》中的相關(guān)規(guī)定，首先確定圖7所示前、后V型鏵犁組的主要布局參數(shù)：b、L、α、β、B和D。這6個參數(shù)決定了前、后V型鏵犁組之間形成的空間大小，不僅影響著起壟質(zhì)量，還影響著第二次起壟土壤在前、后V型鏵犁組之間的轉(zhuǎn)移與提升是否順暢。

(2)確定起壟機構(gòu)前V型鏵犁組與P點的相對位置。P點選擇在前、后V型鏵犁組的中心線O-O上，其與前V型鏵犁組兩個鏵犁犁刃的距離D前(見圖7)應(yīng)滿足對果苗根系的及時覆土要求。D前過大，會使覆土不及時，易造成覆土后果苗傾斜；D前過小，會使果苗根系落在部分覆土上，影響栽植深度。前V型鏵犁組的兩個鏵犁通過連接板用螺栓分別固定在主機架兩側(cè)的縱梁上(見圖2)。為保證通過試驗作業(yè)得到合理的D前值，主機架縱梁上固定連接板的相應(yīng)螺栓孔分別對應(yīng)著325 mm、375 mm、425 mm 3個D前取值，開有3個位置供鏵犁前后移動調(diào)整。田間試驗中，分別對這3個D前取值進(jìn)行了試驗確認(rèn)，其中D前=375 mm時覆土效果較好。

(3)根據(jù)所選鏵犁的高度，確定主機架的水平高度。然后，根據(jù)果苗放置翻板翻轉(zhuǎn)所需的高度要求，確定P點與主機架的相對高度位置。

(4)確定P點與定株距機構(gòu)、限深機構(gòu)的相對位置。以P點為基準(zhǔn)，沿O-O線(見圖7)向機組前進(jìn)方向依次布置定株距機構(gòu)和限深機構(gòu)。為縮短機組的縱向尺寸，定株距機構(gòu)中的軸Ⅱ、軸Ⅲ(見圖6)在同一豎直平面內(nèi)呈上下布置。

(5)布置機具3個懸掛點，使其盡量靠近P點，從而初步確定P點在機具總體結(jié)構(gòu)布局中的位置。

(6)校核修正，最終確定P點位置。主要通過校核影響前、后V型鏵犁組作業(yè)性能的鏵犁入土角γ，以及影響機具運輸通過性的運輸間隙h和后通過角ε這3個參數(shù)來修正初步確定的P點位置。校核修正后，前、后置鏵犁入土角γ分別為4°、2°，h、ε分別為290 mm、16°。

2.5.2 水箱位置

水箱布置在限深機構(gòu)上方，使機具重心前移。

2.5.3 機架總成的布置

機架總成(見圖2)主要由主機架和固定后V型鏵犁組的兩個側(cè)梁組成，其主體布置是在確定P點位置過程中逐漸確定的。設(shè)計時以P點為主要關(guān)注點，優(yōu)先考慮植入工位布局的合理性，同時兼顧適應(yīng)V型鏵犁組的連接固定和受力情況。

蘋果多功能栽植機作業(yè)幅寬大，為提高運輸通過性，主機架與固定后V型鏵犁組的側(cè)梁之間，后端采用鉸接，前端用KUUH-M42-760/1025型螺旋扣連接在一起。機具運輸時，可以把兩側(cè)梁收起(見圖2)。收起后的運輸幅寬相比作業(yè)幅寬減少750 mm。

主機架俯視簡圖如圖8所示。主機架承受的主要拉力來自起壟機構(gòu)鏵犁組。后V型鏵犁組受到的阻力通過側(cè)梁，一個作用點位于主機架的縱梁與主橫梁連接處，一個作用點位于主機架的縱梁后端，致使每個縱梁從與副橫梁連接處O點開始，成了受力的懸臂梁。另外，前V型鏵犁組布置在主機架的縱梁上，使縱梁受力負(fù)擔(dān)更重。為改善這一情況，避免作業(yè)時縱梁變形超標(biāo)，在縱梁和副橫梁之間增加長梯形加強筋。由于加強筋的作用，縱梁選用120×

1.主橫梁;2.副橫梁;3.筋板; 4.縱梁圖8 主機架俯視簡圖Fig.8 Overhead view of the main frame

100×8的矩形管制作。經(jīng)試驗驗證，主機架縱梁末端變形量在1 mm之內(nèi)。

3 動力匹配

蘋果多功能栽植機匹配的拖拉機牽引力主要用于克服V型鏵犁組、限深輪以及鎮(zhèn)壓輪所受到的阻力。

對于V型鏵犁組，所需牽引阻力為

(7)

式中:Pt為牽引阻力(N)；k為犁耕阻比(N/cm2)；a為耕深(cm)；b為耕幅(cm)，b=40 cm；ηt為牽引力利用系數(shù)，一般取0.8～0.95；n為鏵犁個數(shù)。

為適應(yīng)4 m的栽植行距指標(biāo)，2PZ-4000型蘋果多功能栽植機作業(yè)幅寬略小于4 m，計算取土深度為8.6 cm。作業(yè)時，前V型鏵犁組的耕深為8.6 cm，后V型鏵犁組外側(cè)鏵犁耕深為8.6 cm，中間側(cè)為2×8.6 cm，內(nèi)側(cè)為3×8.6 cm，依次增加。k取中等土壤最大值6 N/cm2，ηt取中間值0.90，則V型鏵犁組所需牽引阻力為

8.6×2+3×8.6×2)=32 106.7(N)

對于限深輪以及鎮(zhèn)壓輪，牽引阻力為[7]

F=KG

(8)

式中：F為牽引阻力(N)；K為輪子滾動阻力系數(shù)，K最大取值0.4；G為輪子承載重量(N)。

由于限深機構(gòu)所起的高度調(diào)節(jié)作用是控制V型鏵犁組耕深的輔助手段，一般配套的限深輪反力不大于3 000 N，限深輪承載重量取最大值3 000 N，鎮(zhèn)壓輪重量按500 N計算，K取最大值0.4，計算得出限深輪及鎮(zhèn)壓輪的牽引阻力F=1 400 N。Pt和F相加，得出機具總牽引阻力為33 506.7 N。

4 田間試驗

4.1 試驗條件

田間試驗圖如圖9所示。田間試驗地點在淄博市桓臺縣新城鎮(zhèn)韓家村。試驗地南北長150 m，東西寬24 m，為上季大田玉米收獲后翻耕的土地，地勢平坦。受試驗地面積的限制，為達(dá)到試驗大綱規(guī)定的樣機試驗面積，每次在全試驗地試驗作業(yè)完成后，人工移除栽植的試驗果苗，利用試驗機具與旋耕

(a)作業(yè)圖 (b)作業(yè)效果圖圖9 田間試驗圖Fig.9 Photos of the field experiment

機配合整平栽植壟，再進(jìn)行下一次試驗作業(yè)。相對前次試驗田地條件，再次試驗田地土壤更加松軟。試制的樣機掛載在東方紅-LX1504型拖拉機上，于2017年10月24日至31日，在試驗地進(jìn)行了田間試驗。

4.2 試驗方法

對于蘋果多功能栽植機，目前還沒有相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)。田間試驗是在參照GB 5667-85《農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)試驗方法》、GB/T 6973-2005《單粒(精密)播種機試驗方法》、JB/T 10291-2013《旱地栽植機械》、DB11/T 654-2009《起壟機作業(yè)質(zhì)量》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。

田間試驗重點對作業(yè)后果苗株距、栽植深度、栽植傾斜度、起壟形狀等影響機具主要性能的栽植參數(shù)進(jìn)行檢測，并驗證機具的作業(yè)可靠性。進(jìn)行檢測時，每個作業(yè)班次檢測的作業(yè)往返行程不少于3次，每個行程在檢測區(qū)域(不包括試驗地兩端10 m的預(yù)備區(qū))隨機取5個檢測樣點。

4.3 試驗結(jié)果與分析

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)得出的2PZ-4000型蘋果多功能栽植機田間試驗結(jié)果見表2。

表2 田間試驗結(jié)果

(1)關(guān)于壟形。從試驗情況看，前、后V型鏵犁組的主要布局參數(shù)取值是合理的，起壟質(zhì)量良好。壟形一致性參照DB11/T 654-2009《起壟機作業(yè)質(zhì)量》中公式(3)、(4)、(5)計算，為93.8%，達(dá)到了設(shè)計要求。

(2)關(guān)于栽植合格率。栽植合格率的計算參照《旱地栽植機械》中公式(7)進(jìn)行。計算時，對果苗栽植合格株的判定，以符合設(shè)計栽植深度150～250 mm和不倒伏為主要依據(jù)。栽植合格率為92.4%，達(dá)到了設(shè)計要求。

(3)關(guān)于株距變異系數(shù)。株距變異系數(shù)的計算參照《旱地栽植機械》中公式(11)、(12)、(13)進(jìn)行。在3種設(shè)計株距試驗條件下，株距變異系數(shù)都大大優(yōu)于20%的設(shè)計指標(biāo)。

(4)滑移率對株距的影響。定株距機構(gòu)采用限深輪作動力，對于這樣的地輪驅(qū)動，地輪行走時對土壤的滑移率為[11]

(9)

式中：Ks為滑移率；L為地輪周長；Lp為地輪轉(zhuǎn)動一周實際所走的距離。

結(jié)合式(3)，式(9)可轉(zhuǎn)化為

(10)

土壤狀態(tài)不同，滑移率不同?；坡室话阍?%～20%，最高可達(dá)40%[12]，變化范圍較大。定株距機構(gòu)設(shè)計時，為消除滑移對實際株距的一定影響，在根據(jù)公式(3)設(shè)計各零部件參數(shù)時，取滑移系數(shù)K=1.1，即按滑移率Ks=9.1%進(jìn)行設(shè)計。Z主、Z被1、Z被2、Z被3的取值分別為33、28、21、17。選用7.00-12輪胎，外周長為2 135 mm。對應(yīng)的預(yù)期株距分別為1210 mm、1 495 mm、1 993 mm。

株距與滑移率對應(yīng)表見表3。由表3可知，實際平均株距較設(shè)計株距指標(biāo)有一定的偏差。

表3 株距與滑移率對應(yīng)表Tab.3 Corresponding table of plant spacing and slippage rate

實際滑移率與設(shè)計時選定的滑移率不一致，是引起平均株距偏離設(shè)計株距的主要原因。機具作業(yè)要適應(yīng)不同的田地，面臨不同的土壤條件，滑移率會不盡相同，即使在同一塊田地，滑移率也會有變化。

從定株距機構(gòu)的設(shè)計原理來看，在傳動鏈上增加一個對應(yīng)不同滑移率輸出的多級變速箱，可以控制株距偏移量的大小，但會增加定株距機構(gòu)的復(fù)雜程度。簡單的辦法是給定株距機構(gòu)配備多個不同齒數(shù)的主動鏈輪，每個主動鏈輪匹配不同滑移率，在不同的作業(yè)田地，根據(jù)開始栽植一定株數(shù)后測算出的實際滑移率，再更換合適齒數(shù)的主動鏈輪作業(yè)，以控制株距偏移量。這一辦法會增加機具作業(yè)輔助時間。

機具試驗中，除了必要的調(diào)整，沒有發(fā)生故障，運行可靠，作業(yè)穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)期的試驗?zāi)繕?biāo)。

5 結(jié)論

(1)設(shè)計了一種適應(yīng)蘋果矮砧集約栽培模式所需新農(nóng)藝要求的蘋果多功能栽植機。

(2)蘋果多功能栽植機的起壟機構(gòu)，采用前、后雙V型鏵犁組分兩次起壟的方式轉(zhuǎn)移和提升土壤，完成起壟。果苗植入和施水(水肥)在第一次起壟時同步完成。

(3)蘋果多功能栽植機通過定株距機構(gòu)保證蘋果果苗栽植株距的一致性。設(shè)計時，滑移率的取值與實際滑移率的差異，會造成栽植株距偏離設(shè)計株距。

(4)試驗表明，設(shè)計的蘋果多功能栽植機，可以實現(xiàn)蘋果果苗的壟上定株距栽植作業(yè)，可以兼具同步施水(水肥)和鎮(zhèn)壓功能，機具作業(yè)穩(wěn)定可靠，滿足新農(nóng)藝對栽植機具的要求。