設施蔬菜內(nèi)嵌基質(zhì)式栽培方式壟溝成型機設計

李珊珊，弋景剛，馮曉慧，孔德剛，劉江濤，袁永偉

（河北農(nóng)業(yè)大學，河北 保定 071001）

當前，農(nóng)村勞動力不斷向非農(nóng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，導致農(nóng)事工作勞動力短缺、成本高、效率低。據(jù)統(tǒng)計，近10年我國設施蔬菜生產(chǎn)成本年均漲幅超過10%，而這其中60%左右為人工成本。設施蔬菜生產(chǎn)機械化是降低人工成本、解決勞動力短缺的關鍵因素。在棚室種植中，氮素和磷素是影響作物品質(zhì)、產(chǎn)量的重要因素，農(nóng)田普遍存在過量使用氮、磷肥的現(xiàn)象。而溫室大棚的密閉環(huán)境導致大量硝態(tài)氮富集在土壤中，但作物對其吸收量較低，導致土壤中形成磷累積，造成土壤鹽漬化、養(yǎng)分不平衡、連作障礙，致使蔬菜品質(zhì)、產(chǎn)量下降。

內(nèi)嵌基質(zhì)的栽培模式可以有效解決上述問題。我國在內(nèi)嵌基質(zhì)式栽培模式下的壟溝成型機研究工作相對較少，根據(jù)當前設施開溝起壟機存在的問題，針對內(nèi)嵌基質(zhì)式番茄栽培，設計一種內(nèi)嵌基質(zhì)式壟溝成型機，實現(xiàn)番茄栽培機械化。

1 整機結(jié)構(gòu)及工作原理

壟溝成型機主要由拖拉機提供動力，機具采用三點懸掛式通過花鍵軸和萬向節(jié)與拖拉機相連，整機主要由開溝裝置、起壟鎮(zhèn)壓裝置、液壓增壓機構(gòu)、機架、懸掛架、變速箱等部分組成。其中開溝裝置安裝在機架底部的前端，中部裝有溝槽整形裝置，起壟鎮(zhèn)壓裝置安裝在機架后端，其后設有壟整形裝置，變速箱通過螺栓連接到機架底座上，變速箱側(cè)面輸出軸與起壟鎮(zhèn)壓裝置輸入軸采用鏈傳動相連，起壟鎮(zhèn)壓裝置通過鉸鏈與后面機架相連，液壓增壓機構(gòu)調(diào)整起壟高度與土壤壓實度。具體結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 整機結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Whole machine structure diagram

作業(yè)前對整機縱向水平方向和橫向水平方向進行適當調(diào)節(jié)，以滿足棚室番茄相關農(nóng)藝要求；同時，手動調(diào)整起壟鎮(zhèn)壓裝置內(nèi)外支撐架安裝位置，改變?nèi)~片張開角度以達到預設壟形尺寸大小。作業(yè)中，由拖拉機提供的動能通過萬向聯(lián)軸器傳輸?shù)阶兯傧?，通過齒輪傳動將動能由變速箱傳送到開溝裝置，開溝刀盤一方面隨整機做等速直線運動，一方面做旋轉(zhuǎn)運動切下土壤，并將土壤拋向開溝器整形曲面細碎土壤，細碎后土壤落回地表完成開溝整形；同時，通過鏈傳動將變速箱輸出動能傳送到起壟鎮(zhèn)壓裝置，一方面隨整機做等速直線運動，一方面帶動起壟鎮(zhèn)壓裝置做回轉(zhuǎn)運動，鎮(zhèn)壓輥用于夯實平整所起田壟的壟頂，后側(cè)的壟整形裝置保證壟壁不倒塌。起壟鎮(zhèn)壓整形機架通過液壓伸縮桿與機架相連，采用液壓伸縮桿調(diào)整起壟高度和田壟壓實度。工作原理示意圖見圖2。

圖2 工作原理圖Fig.2 Schematic diagram

壟溝成型機主要技術參數(shù)見表1。

表1 壟溝成型機主要技術參數(shù)Tab.1 Main technical parametersof furrow molding machine

2 關鍵部件設計及分析

2.1 開溝裝置設計

開溝裝置是旋耕、起壟一體機的關鍵組成部分，主要由開溝刀、開溝刀盤和溝槽整形板3部分組成，集開溝、翻地、碎土于一體?；疽笫牵洪_溝深度250 mm，開溝寬度200 mm?；窘Y(jié)構(gòu)見圖3。采用圓盤式開溝器，同時開溝圓盤后裝有溝槽整形板，以將開溝后的土壤向兩側(cè)擠壓成型。

圖3 開溝裝置結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Structure diagram of ditching device

開溝時，整機由拖拉機牽引前進，通過拖拉機控制系統(tǒng)控制開溝深度，調(diào)節(jié)好開溝深度后，開溝刀盤帶動開溝刀切削入土并將土拋起，溝槽整形板將拋起的土壤推向兩側(cè)，將溝槽整形平整，完成開溝作業(yè)。

2.2 起壟鎮(zhèn)壓裝置設計

該裝置主要由鎮(zhèn)壓葉片、鎮(zhèn)壓輥、傳動軸、葉片內(nèi)外支撐架、固定螺帽和支撐架連接部件等組成，其中鎮(zhèn)壓輥φ180 mm，起壟圓盤最大回轉(zhuǎn)φ800 mm，鎮(zhèn)壓寬度可調(diào)。根據(jù)番茄內(nèi)嵌基質(zhì)栽培對起壟壟形與密實度要求，設計圓盤式錐形鎮(zhèn)壓裝置。采用可變錐角結(jié)構(gòu)，由8片獨立均布的扇形葉片組成，葉片用傘狀骨架支撐。基本結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 起壟鎮(zhèn)壓裝置示意圖Fig.4 Schematic diagram of ridges suppression device

工作前，通過液壓增壓機構(gòu)調(diào)整起壟高度，并手動調(diào)節(jié)鎮(zhèn)壓葉片張開角度。工作過程中，鎮(zhèn)壓葉片間歇性滾動拍打?qū)朋w側(cè)壁壓實，通過鎮(zhèn)壓輥滾動與液壓增壓機構(gòu)壓力作用壓實土壤。在鎮(zhèn)壓輥擠壓下，土壤顆粒間相對位置及空間間隔發(fā)生相對變化，并以相互填充方式形成堅實的田壟，避免顆粒間回流壟體坍塌。工作原理圖見圖5。

圖5 起壟鎮(zhèn)壓裝置工作原理圖Fig.5 Working principlediagram of ridge risesuppression device

2.3 液壓增壓機構(gòu)設計

為了保證壟體堅實度，采用液壓增壓機構(gòu)調(diào)節(jié)整機起壟高度和起壟后土壤堅實度，壓實后壟體可以防止肥料流失。機構(gòu)簡圖見圖6。

圖6 液壓增壓機構(gòu)簡圖Fig.6 Hydraulic pressurization mechanism diagram

根據(jù)棚室番茄栽培農(nóng)藝要求，裝置可向上提升100 mm，計算出液壓缸最小行程須超過60 mm，綜合考慮各種因素，選定液壓缸最大行程為200 mm。

3 結(jié)語

本文針對目前農(nóng)村勞動力短、棚室存在的土地耕作問題和番茄內(nèi)嵌基質(zhì)式栽培模式，設計了一種內(nèi)嵌基質(zhì)式壟溝成型機，該裝置可同時完成開溝、起壟兩項作業(yè)，實現(xiàn)番茄栽培機械化，降低勞動成本，提高勞動效率。