郭玉林，王 帥，馮 磊，李 琳，劉志良，梁學強

（天津市農(nóng)業(yè)發(fā)展服務中心，天津 300061）

設施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式靈活，集約化、標準化、規(guī)?；潭雀?，在農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展、鄉(xiāng)村振興中發(fā)揮著越來越重要的作用。近年來，天津市設施農(nóng)業(yè)實現(xiàn)了快速發(fā)展，但由于設施農(nóng)業(yè)獨特的生產(chǎn)環(huán)境，大型農(nóng)機具無法進入，機械化作業(yè)程度普遍偏低，種植環(huán)節(jié)大多依賴人工作業(yè)，勞動強度大，工作效率低。同時，連年淺耕導致土壤耕層只有12～15 cm左右，土壤板結(jié)退化嚴重，厚硬的犁底層阻礙了土壤上下水氣的貫通，土壤毛細管被破壞，土壤養(yǎng)分輸送能力降低，影響植株對水、肥、氣、熱的吸利利用。目前，現(xiàn)有的大田作業(yè)深松機不適宜在設施內(nèi)進行耕整作業(yè)，微耕機也不能滿足設施內(nèi)深耕作業(yè)的要求，而土壤深松作業(yè)可以破除犁底層，疏松土壤，抑制土傳病害的發(fā)生，有效提高土壤的透水、透氣性能。

天津市設施農(nóng)業(yè)以種植反季節(jié)果蔬為主，經(jīng)濟附加值較高，一般都需要施用大量有機肥，以改善土壤的理化性質(zhì)和生物活性，促進作物根系生長發(fā)育。2020年天津市實施了商品有機肥補助工作，促進有機肥資源化利用，推進有機肥產(chǎn)業(yè)和種養(yǎng)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展，提升耕地質(zhì)量，保護生態(tài)環(huán)境。因此，急需研制與設施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)配套的深耕松土施肥機，解決設施農(nóng)業(yè)長期耕層淺、土壤板結(jié)、施肥效率低與利用率低等問題。

1 天津市設施農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

截至2018年末，天津市常住人口達到1 557萬人，隨著居民消費水平的提升，對設施農(nóng)產(chǎn)品的需求不斷增加，促使天津市設施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展。目前，天津市設施農(nóng)業(yè)總面積35 388.23萬m2，其中連棟溫室1 316.11萬m2，日光溫室18 759.5萬m2，塑料大棚15 312.63萬m2（農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)機械化管理司2016年統(tǒng)計數(shù)據(jù)）。

2 設計思路

按照天津市溫室大棚的結(jié)構(gòu)特點，研究試制深耕松土施肥機，實現(xiàn)設施內(nèi)的深耕、松土、施肥聯(lián)合作業(yè)，減少拖拉機進地次數(shù)，提高作業(yè)效率。設計思路是在深耕機的基礎上增加排肥、施肥裝置，完善結(jié)構(gòu)布置，機具總體結(jié)構(gòu)包括深耕部分和施肥構(gòu)造2個部分（圖1和圖2）。

圖1 撒肥機俯視圖

圖2 撒肥機側(cè)視圖

2.1 深耕部分

在深耕機的基礎上，將圓梁形式改為框架形式，使之能與施肥構(gòu)造部分配合；將原來的深耕機刀軸刀庫數(shù)量改變，增加深耕刀數(shù)量，使深耕機在運轉(zhuǎn)過程中更加平穩(wěn)。該深耕刀為非標準件，在設計時借鑒犁“撕裂”土壤的原理，改進設計深耕刀，刀軸回轉(zhuǎn)半徑305 mm。具有3個特點：（1）刀體加寬加厚，材料選擇錳鋼，表面進行沾油淬火處理，增加刀本身的剛性和韌性，刀頭選擇箭形鏟狀，使土壤能夠受到切削、彎曲等多重作用。（2）深耕刀保持一定的曲線和切土角，以便減少作業(yè)過程中纏連草和作物根茬。（3）刀座加長并且在刀座口增加加強圈，防止刀座因受力過大而損毀。

為使深耕機在作業(yè)時避免漏耕和堵塞，同時還要達到一定的耕深，合理安排深耕刀數(shù)量與排列方式。深耕刀在刀軸上的配置有2個特點：（1）在一個回轉(zhuǎn)平面內(nèi)只安裝一把刀，以便減小作業(yè)阻力所帶來的功率損失；（2）深耕刀在刀軸上按照螺旋狀單頭排列安裝的形式，每把深耕刀之間都存在一定的相位角，刀軸每轉(zhuǎn)過一個相等的角度，都有相應的深耕刀入土，保證深耕機在工作時的穩(wěn)定性和刀軸的負荷均勻。

2.2 施肥構(gòu)造部分

分為驅(qū)動、肥箱、控制3個部分。（1）驅(qū)動部分，為避免消耗拖拉機動力，將施肥構(gòu)造部分驅(qū)動與深耕機驅(qū)動分開，用拖拉機電瓶電源帶動電機驅(qū)動肥箱肥盒轉(zhuǎn)動；（2）肥箱部分，肥箱側(cè)板采用4 mm厚不銹鋼板，主體、出肥口采用2 mm厚不銹鋼板，避免肥箱被肥料腐蝕。出肥口設置在深耕機前梁部分，在深耕之前施肥，使有機肥與土壤均勻深層次混合；（3）控制部分，采用行程開關(guān)控制，將行程開關(guān)安放在托板支架部位，在深耕機運轉(zhuǎn)下地之后，托板上揚，托板支桿轉(zhuǎn)動，行程開關(guān)閉合形成回路完整，電機轉(zhuǎn)動，肥箱施肥；深耕機停止運轉(zhuǎn)抬起，托板下落，托板支桿轉(zhuǎn)動，行程開關(guān)斷開，回路斷開，電機停止運行，肥箱停止施肥。此設計將肥箱和深耕機控制結(jié)合，由深耕機控制肥箱，無需人工控制肥箱，避免肥料浪費或施肥不到位。

3 作業(yè)試驗

樣機試制后，開展了機具作業(yè)速度、施肥量、作業(yè)深度、施肥均勻性的生產(chǎn)性能測試。

由表1可以看出，研制的機具在作業(yè)I檔帶動施肥機具作業(yè)時，作業(yè)速度穩(wěn)定，符合深耕及施肥的要求。

表1 實際作業(yè)速度測定

由表2可以看出，深耕松土施肥機在其排肥裝置最大間隙工作時，符合并且超過其最大排肥量300 kg·h-1的要求，使用者可以根據(jù)排肥量的不同，來調(diào)節(jié)排肥裝置的間隙。

表2 深耕松土施肥機施肥量測定

由表3可以看出，深耕機可以達到28 cm的耕深，打破厚實的犁底層，真正達到了物理方式改良土壤結(jié)構(gòu)的效果，土壤碎土率和耕后平整度也達到了旋耕作業(yè)標準。

表3 深耕松土施肥機作業(yè)深度測試

圖3 機具作業(yè)現(xiàn)場

由于在實際作業(yè)中肥料會與土壤混合，無法觀察均勻度，所以選擇在路面測試并且旋耕刀停止工作，選擇的是含水率為30%的粉狀微生物菌肥。通過測試可以看出該機具排肥均勻，如圖4所示。

圖4 排肥均勻度

4 設備定型參數(shù)

4.1 定型參數(shù)

經(jīng)生產(chǎn)驗證后，研制的大棚深耕松土施肥機具參數(shù)見表4。即配套動力需要40～55馬力拖拉機，重要300 kg，施肥寬度140 cm，肥料箱容量450 L，深耕深度≥28 cm，作業(yè)速度2.2～2.4 km·h-1。

表4 機具性能參數(shù)

5 結(jié)論與討論

通過試驗，研制開發(fā)的深耕松土施肥機能一次性完成施肥、深耕、整地復式作業(yè)，連續(xù)作業(yè)性能穩(wěn)定，各項指標參數(shù)達到設計要求。該機具的使用對提高設施農(nóng)業(yè)機械化作業(yè)效率、防止肥料流失，降低作業(yè)成本，節(jié)本增效具有積極的促進作用。根據(jù)土壤情況，作業(yè)時科學考慮拖拉機性能和深耕松土施肥機作業(yè)效率，盡量選用工作I檔位?？茖W合理匹配人工填料，以達到效率最大化。