配套手扶拖拉机小型甘蔗破垄施肥机的研制与应用

2015-01-28许树宁等

热带农业工程 2014年6期

许树宁等

摘要介绍了配套手扶拖拉机使用的小型甘蔗破垄施肥机的基本组成、主要部件设计、工作原理及技术参数，其配套手扶拖拉机使用可一次性完成宿根蔗破垄、施肥作业。经性能指标测定，结果表明：该机破垄深度150-200 mm；肥料箱装肥50 kg/次，排肥顺畅，施肥土壤覆盖率85 %以上；生产率0.12-0.14 hm2/h，燃油消耗量为6.6 L/hm2，是一种结构简单、紧凑，作业质量好、效率高、成本低的多功能作业小型甘蔗机具，具有较好的推广应用前景。

关键词甘蔗；破垄；施肥；结构；技术参数

中图分类号 S232

Abstract Introduced the basic composition， component design， working principle and main technical parameters of small cane ridge breaking fertilizing machine. The machine with walking tractor which can complete the walking tractor， ratoon cane ridge breaking， fertilizing disposable. Measured by the performance index， the results show that the machine in ridge depth of 150-200 mm； Fertilizer containing weight 50 kg/time， fat smoothly， fertilizing soil rate is above 85 %； 0.12- 0.14 hm2/h productivity， fuel consumption of 6.6 L/hm2， the machine is a kind of simple and compact structure， assignment of good quality， high efficiency， low cost of small sugar cane machine which has good application prospects.

Key words sugarcane ； ridge breaking ； fertilization ； structure ； technical parameters

中国为世界第三大蔗糖生产国，年甘蔗种植面积约170万hm2，宿根蔗面积约占植蔗总面积的60 %-70 %，一般甘蔗新植1 a，留宿根2-3 a，因此，发展宿根蔗栽培在蔗糖生产中具有重要意义[1-6]。宿根蔗地由于连作，土壤板结硬实，不利于地下芽的萌发出土，严重影响宿根发株，所以砍收后要尽早破垄松蔸[7]。破垄松蔸能让蔗蔸（头）充分裸露出表土，晒垄则使蔗头更好地接触阳光，有效提高低位芽周围的土温和蔗蔸温度，增强蔗蔸的呼吸作用和酶活性，促进蔗芽及根系早生快发，尤其是低位芽发株，增加发株数[8-9]。另外，破垄松蔸还有利于增施肥料，从而提高产量。

目前，在甘蔗种植生产中，宿根蔗地破垄主要是人、畜作业，施肥为人工作业，作业效率低，费时费力。而少数大、中型拖拉机机械破垄及施肥作业也只适用于较大面积的地块，对于普遍面积较小的蔗地、蔗区，虽然拥有大量的手扶拖拉机，却没有配套破垄、施肥作业机具。针对此类问题，研制了一种配套手扶拖拉机的小型甘蔗破垄施肥机，该机在2013年度获得国家知识产权局授权实用新型专利2项，机子结构简单、紧凑，适用于面积较小的蔗地破垄、施肥作业。

1 结构特点与工作原理

1.1 结构组成

小型甘蔗破垄施肥机结构如图1A、B所示，主要由手扶拖拉机、锥齿传动轮、蜗轮减速器、链轮、传动链、肥料箱、排肥器、犂架、升降犁液压油缸、液压油箱、尾轮液压油缸、液压油管、转向双尾轮、双路液压控制阀、破垄犁、固定夹板、液压油泵、输肥导向管、平行双连杆、拉杆、连接轴等部分组成。

1.2 主要部件设计

1.2.1 破垄设施

宿根蔗破垄是将蔗垄两侧泥土犁翻入垄沟内，以便后续施基肥和松蔸作业。本机破垄设施主要由破垄犁、固定夹板、犁架、拉杆、平行双连杆、液压油缸等部件构成。

（1）破垄犁：左、右各1把，两犁犁向向外。破垄犁尺寸越大，对土壤挤压作用增大，破垄入土阻力也随之增大，导致入土性能差，本机设计破垄梨尺寸宽度15 cm，实践证明入土性能良好[10]。破垄犁可根据农艺破垄宽度要求通过固定夹板、螺栓分别固定安装于犂架左、右。

（2）拉杆：拉杆为左右2条，可通过拉杆中间螺母调节拉杆的伸缩和调整犁头入土的倾斜度。拉杆一头与破垄犁柱中间前面位置连接，另一端头与手扶拖拉机半轴固定端盖上固定螺栓连接。

（3）平行双连杆：平行双连杆端头与手扶拖拉机牵引框连接，另一端与犂架连接。下拉杆中间设有可调长短螺套，调节破垄犁耕深浅。

（4）升降液压油缸：采用液压方式升降犁具。在破垄犁柱中间后面位置连接升降犁液压油缸，升降犁液压油缸另端连在手扶拖拉机尾轮立柱夹板上。

1.2.2 施肥装置

施肥装置主要由施肥箱、排肥动力与动力传递等部件构成。

（1）施肥箱：施肥箱分为左、右各1个，肥料箱下套装排肥器，排肥器下接弯向破垄犁后的输肥导向管。

①肥料箱：肥料箱容积过大、盛肥多，肥料在自身重量和机车行走颠簸下容易压实、结块和产生架空，同时也增加拖拉机的负荷；肥料箱容积过小，装肥少，增加加肥次数，工作效率降低，故要尽可能将盛肥箱容积设计适中[11]。该机设计盛肥箱2个，安装在手扶拖拉机手把座组合件的左右，若两箱装满肥料（复合肥颗粒）重量约50 kg，即一次装满肥料可施甘蔗0.07-0.08 hm2，有利于提高生产效率。

②排肥器：排肥器安装在肥料箱的下方，它是施肥机中一个极其重要的部件，设计的好坏将直接影响施肥质量和正常排肥。本机排肥器设计成外槽轮式排肥器，由外槽轮、槽轮套、排肥盒、轴承、转动轴及阻塞挡圈组成。槽轮直径70 mm，槽叶6张，槽深25 mm，槽轮工作长度60 mm。槽轮固定在传动轴上，与槽轮套占据排肥盒内一定的位置，随轴的转动即可排肥。槽轮套可改变槽轮在排肥盒内的工作长度，当槽轮套移出排种盒，使得工作长度变大，反之则变小，以此调节排肥量。当转动轴转动时，充满在槽轮凹槽内的肥料随槽轮一起转动，在轮齿推动下被强制从排肥口排出[12-14]。

③输肥导向管：输肥导向管是将肥箱中的肥料从排肥口输送到破垄后的垄沟内，从农艺程序来说是先破垄后施肥，因此，输肥导向管一头与肥箱的排肥口连接，另一头固定在破垄犁的后端。

（2）排肥动力与动力传递：排肥器工作动力的选择，是保证和提高排肥工作性能的基本条件，对排肥器排肥量的稳定性有着重要影响[11]。目前，旱地施肥机具的动力来源有地轮轮轴驱动和动力输出轴驱动，该机采用拖拉机动力输出轴驱动。

①传动轴：传动轴由液压油泵框左侧伸出，由拖拉机齿轮箱驱动，轴头装有锥齿传动轮。

②蜗轮减速器：蜗轮减速器下连接板螺栓固定在手扶拖拉机拖卡连接框下，两肥料箱共用1个，主要作用是降低拖拉机输出传动轴的转速。蜗轮减速器动力输入轴头安装锥齿传动轮，动力输出轴头装链轮。

③链条与链轮：蜗轮减速器输出轴和两排肥器中间传动轴上装有链轮，链条通过这2个链轮将蜗轮减速器输出的动力传送到排肥器上。

④离合器：离合器主要作用是分离和接合排肥器的动力，采用牙嵌式离合器，套装在肥料箱的传动轴上，通过拉杆与安装在手扶拖拉机纵梁上的拉杆连接。

动力传动过程是由蜗轮减速器输入轴通过一对锥齿传动轮与手扶拖拉机齿轮箱后左输出传动轴连接，经蜗轮减速器变速后的动力，由输出轴上的链轮通过链条与两排肥器传动轴上的链轮连接，再通过离合器操纵排肥槽轮的转动或不动，从而决定肥料的排放。

1.2.3 转向双尾轮

该机将原手扶拖拉机的单尾轮改换为双尾轮行走机构，可避免单尾轮在垄上作业压坏蔗蔸，再就尾轮容易滑向垄底走偏，甚至造成翻车，更适用于有垄作物的跨垄行走作业使用，同时，采用升降油缸代替人力螺杆升降尾轮，还可减轻机手的劳动强度，提高工作效率。该机双尾轮行走结构主要由手扶拖拉机纵梁、升降油缸套筒、连接卡、升降油缸、左右平衡拉弹簧、连接销、卡槽、限位块、尾轮中梁、左、右尾轮横架、尾轮组成。详见图2。

（1）升降油缸：升降油缸套筒是套在升降油缸外面，穿过手扶拖拉机的纵梁，拧紧连接卡螺栓固定在纵梁上，升降油缸端头为单耳环。

（2）尾轮中梁：在尾轮中梁中间焊接有卡槽，卡槽开有连接销孔，在卡槽旁边适当位置上焊接有限位块；中梁的左、右外端头开有尾轮横架连接孔；其左、右适当位置上边后侧焊有踏板，端头开有左右平衡拉弹簧孔。

（3）尾轮横架：尾轮横架主要是起到支撑尾轮及与尾轮中梁连接的作用，左、右各由一块面板、两块向下凹形竖板组成。两块向下凹形竖板分别焊接在面板的一端下方，凹形竖板下端开有开边孔；横架顶端焊接有与中梁连接的连接板，在连接板的适当位置上开有连接长孔。

（4）平衡拉弹簧：平衡拉弹簧左、右各一条，弹簧的一端连接左、右尾轮横架的弹簧孔，另一端则连在扶拖拉机纵梁下连接弹簧孔上。

1.2.4 液压系统

液压系统主要由液压油泵、双路液压控制阀、液压油箱及液压油管组成。

（1）液压油泵：液压油泵与手扶拖拉机齿轮箱后右输出轴连接；

（2）双路液压控制阀：双路液压控制阀焊接在手扶拖拉机纵梁的右边；

（3）液压油箱：液压油箱安装在手扶拖拉机纵梁的左边，油箱上设2个回油孔、下设1个出油口；

（4）液压油管：液压油管有6条，按照液压程序原理，第1条由液压油泵进油口连接油箱出口，第2条由液压油泵出油口连接双路液压控制阀进油口，第3条由双路液压控制阀泄油口连接液压油箱1回油口，第4条由双路液压控制阀1出油口连接升降犁液压油缸，第5条由双路液压控制阀2出油口连接尾轮液压油缸，第6条由双路液压控制阀回油口连接液压油箱2回油口。

1.3 工作原理

工作时，甘蔗破垄施肥机在蔗地对好垄，把手扶拖拉机后驱动档挂上后，手扶拖拉机齿轮箱后右输出轴转动带动液压油泵工作后，操纵双路液压控制阀手柄，控制升降犁液压油缸、尾轮液压油缸升降，按农艺要求调整破垄犁破垄作业深度；同时，手扶拖拉机齿轮箱后左输出轴转动带动锥齿传动轮，驱动蜗轮减速器、链轮、传动链、链轮转动，通过离合器手柄及拉杆操控左、右排肥器转动排出肥料；根据农艺要求调整好施肥器出肥料量后，这时挂手扶拖拉机工作前进档，手扶拖拉机向前行走，拖动破垄犁前进破垄，肥料箱肥料经施肥器定量排出肥料流经施肥导向管施入破垄后的沟里；人坐在手扶拖拉机坐橙上，双脚踏在转向双尾轮左右转向踏板上，双手握手扶拖拉机手把，或操纵双路液压控制阀手柄，控制破垄施肥机前进、转向、调整破垄深度、提升破垄犁，进行破垄、施肥作业。

2 试验结果与分析

2.1 试验结果

试验地点在广西农科院甘蔗研究所内，耕地土壤质地粘重，地势平整，蔗茬为1 a宿根，试验时土壤含水量25.9 %。主要技术参数和性能指标测定结果见表1。

2.2 结果分析

2.2.1 破垄质量

试验地蔗垄较直，机手操作较熟练，机具随手扶拖拉机的行走，可同时在宿根蔗蔗垄两侧犁翻垄土，深度150-200 mm，未见蔗头、蔗苗损伤情况。

2.2.2 施肥质量

试验用肥料为干燥颗粒状复合肥，肥料箱装肥50 kg/次，施肥过程无架空断垄现象，施肥均匀性比人工作业大大提高。施肥量可根据实际需要进行调整，肥料土壤覆盖率85 %以上。

2.2.3 作业速度

破垄施肥作业时，手扶拖拉机前进速度快Ⅰ档行走1.0 km/h以上，在行距1.2 m的情况下，纯工作生产率0.12-0.14 hm2/h。

2.2.4 燃油消耗

单位面积燃油消耗量为6.6 L/hm2。