小型開(kāi)溝在林果園生產(chǎn)中的應(yīng)用

小型開(kāi)溝在林果園生產(chǎn)中的應(yīng)用

0利用小球改良機(jī)加大力研制成功建立高效的南北方經(jīng)濟(jì)導(dǎo)干部隊(duì)在森林經(jīng)營(yíng)中，井和深施肥是一項(xiàng)工作量大、工作量大的工作。尤其是在經(jīng)濟(jì)林(油茶、茶園等)、果園(葡萄、柑桔等)的種植和管理過(guò)程中,開(kāi)溝施肥是一個(gè)很重要的過(guò)程,對(duì)以后作物的產(chǎn)量、品質(zhì)等都有著至關(guān)重要的作用,而且我國(guó)林果園的株距、行距都比較小,林果園作業(yè)空間受到極大的限制,不利于大型機(jī)組的作業(yè)。如果小型開(kāi)溝機(jī)研制成功,不僅能適應(yīng)林果園的株架式栽培,小巧靈活,在南北方廣泛適用,提高生產(chǎn)率,減輕勞動(dòng)強(qiáng)度,而且能提高苗床質(zhì)量,為植物的生長(zhǎng)提供有利條件,并最終提高經(jīng)濟(jì)效益。本文在分析我國(guó)林果園開(kāi)溝施肥特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,分析了國(guó)內(nèi)外各種開(kāi)溝技術(shù)及其裝備,總結(jié)了各種開(kāi)溝機(jī)的特點(diǎn),在此基礎(chǔ)上,提出了林果園開(kāi)溝機(jī)械化進(jìn)一步發(fā)展的參考對(duì)策和建議。1活動(dòng)空間小、深低、不能開(kāi)溝我國(guó)的丘陵山區(qū)林果種植面積很大,在不少地區(qū),林果業(yè)已成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民增效、農(nóng)村發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)。某些地區(qū)的水果產(chǎn)品逐步成為促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要農(nóng)產(chǎn)品。但是由于林果園生產(chǎn)環(huán)境的原因,林果園生產(chǎn)機(jī)械化水平較低,一方面林果園果樹(shù)之間行距小以及樹(shù)冠、柱樁等空間的限制,林果園管理機(jī)具的通過(guò)性受到了較大的影響。另一方面,由于地貌地形的影響,在山地丘陵地區(qū),機(jī)具的轉(zhuǎn)移、行走受到了空間的限制。另外我國(guó)南方地區(qū)雨水陽(yáng)光充足,林果園的植株低矮、種植密集,以致于北方研發(fā)生產(chǎn)的大型開(kāi)溝機(jī)不適用于現(xiàn)有種植模式,無(wú)法在空間狹小的果園或溫室、丘陵茶園上開(kāi)溝作業(yè)。北方生產(chǎn)小型開(kāi)溝機(jī)開(kāi)溝深度較淺,無(wú)法真正達(dá)到果園開(kāi)溝施肥的農(nóng)藝要求[5~7]。我國(guó)果園面積和茶園面積分別為1.047×107hm2(1.57億畝)、2.207×106hm2(3310.5萬(wàn)畝),而目前市場(chǎng)上開(kāi)溝機(jī)多以淺耕為主,在林果園需要開(kāi)深溝施肥的農(nóng)藝要求下,要滿(mǎn)足林果園開(kāi)溝作業(yè)要求,關(guān)鍵在于發(fā)展動(dòng)力性好、體型小巧、操作可靠、作業(yè)性能好的林果園開(kāi)溝機(jī),真正解決我國(guó)林果園深施肥開(kāi)溝機(jī)具缺乏的問(wèn)題。2國(guó)內(nèi)外開(kāi)溝機(jī)的類(lèi)型開(kāi)溝機(jī)是一種挖掘溝渠的專(zhuān)用機(jī)械,主要應(yīng)用于線(xiàn)纜鋪設(shè)、管道、果園施肥開(kāi)溝、農(nóng)田水利建設(shè)、市政工程及軍事工程等開(kāi)溝作業(yè)。按照開(kāi)溝部件的工作原理,國(guó)內(nèi)外的開(kāi)溝機(jī)類(lèi)型都主要分為鏵式犁開(kāi)溝機(jī)、旋轉(zhuǎn)開(kāi)溝機(jī)和鏈刀式開(kāi)溝機(jī);按動(dòng)力大小分微型、中小型及大型開(kāi)溝機(jī),其中功率小于7.5kW的為微型開(kāi)溝機(jī)。中小型開(kāi)溝機(jī)主要應(yīng)用于林果園、稻田等開(kāi)溝,大型開(kāi)溝機(jī)主要應(yīng)用于線(xiàn)纜鋪設(shè)、管道、市政工程、軍事工程等的開(kāi)溝作業(yè)。2.1國(guó)內(nèi)機(jī)械研究現(xiàn)狀2.1.1北方系列條件犁式開(kāi)溝機(jī)是歷史最悠久的一種開(kāi)溝機(jī),按照動(dòng)力可分為畜力犁和機(jī)力犁。犁式開(kāi)溝機(jī)開(kāi)溝部件屬于從動(dòng)型工作部件,在拖拉機(jī)牽引力的帶動(dòng)下對(duì)土壤進(jìn)行“刨削”作業(yè),南方系列犁開(kāi)溝深度一般為16~22cm,溝寬20~25cm;北方系列犁溝深范圍為18~30cm,溝寬范圍是30~35cm。鏵式犁開(kāi)溝機(jī)適用于土壤硬度不是很大的輕質(zhì)和中等土壤,主要應(yīng)用在水稻田、小麥田、油菜田等開(kāi)溝播種。張建輝、姜建輝研制的3ZF-1.2型可調(diào)式葡萄振動(dòng)深施機(jī),其外形尺寸為1500×1420×1540(mm),單行作業(yè)時(shí)開(kāi)溝深度能達(dá)到50cm。該機(jī)開(kāi)溝部件是以深松鏟為原型設(shè)計(jì)的開(kāi)溝器,包括鏟刀和鏟柄部分。開(kāi)溝器在配套的22kW的小四輪拖拉機(jī)的牽引作用下進(jìn)行開(kāi)溝試驗(yàn),試驗(yàn)表明單行作業(yè)開(kāi)溝深度可達(dá)50cm,雙行作業(yè)開(kāi)溝深度最大為35cm。2.1.2不同結(jié)構(gòu)開(kāi)溝機(jī)的研制旋轉(zhuǎn)開(kāi)溝機(jī)是1950年代后期,隨著拖拉機(jī)向大功率發(fā)展而得以迅速發(fā)展起來(lái)的。旋轉(zhuǎn)開(kāi)溝機(jī)的開(kāi)溝部件是以一定的轉(zhuǎn)速繞著定軸旋轉(zhuǎn)而進(jìn)行開(kāi)溝作業(yè)的,按照開(kāi)溝部件的形式又可分為螺旋式開(kāi)溝機(jī)、圓盤(pán)式開(kāi)溝機(jī)兩種。(1)螺旋式開(kāi)溝機(jī)立式螺旋開(kāi)溝機(jī)集立銑、軸向提升、螺旋葉片慣性?huà)伻龅仍碛谝惑w,使開(kāi)溝過(guò)程中的切削、提升、拋撒一次完成。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)螺旋式開(kāi)溝機(jī)的研究始于1980年代,螺旋式開(kāi)溝機(jī)根據(jù)螺旋形狀的不同可分為圓柱螺旋式和圓錐螺旋式兩種。祁天循研制開(kāi)發(fā)了1KLZ-27型立式螺旋開(kāi)溝機(jī),對(duì)螺旋刀具的要求、刀具的切土方式、螺旋葉片刀具外廓螺線(xiàn)的選取等方面進(jìn)行了詳細(xì)的理論論述,提出了立式螺旋刀具應(yīng)能連續(xù)切削,且在其切削長(zhǎng)度上的切削角保持不變,螺旋葉片需滿(mǎn)足“變導(dǎo)程”要求,葉片的幾何形狀須使被切下的土壤能沿著葉片軸向輸送等結(jié)論,并試制出樣機(jī)給農(nóng)戶(hù)進(jìn)行使用,基本達(dá)到南方爛濕田地的作業(yè)要求。韓永俊等人研究的1KL-100型立式錐螺旋開(kāi)溝機(jī),功率為80.9kW,重量達(dá)到1040kg,其外形尺寸為2166×2570×2000(mm)的,該開(kāi)溝機(jī)進(jìn)行了田間試驗(yàn),試驗(yàn)表明開(kāi)溝寬度和深度分別達(dá)到340mm與1000mm,溝壁平整,溝內(nèi)殘土少,滿(mǎn)足了草炭開(kāi)溝的技術(shù)要求,也能兼顧農(nóng)田水利建設(shè)的需要。張汝坤,吳福明等設(shè)計(jì)研究了一種1KS-22型雙軸開(kāi)溝機(jī),其外形尺寸為1430×1450×1200(mm),配套動(dòng)力為36.7~47.7kW,開(kāi)溝深度為150~300mm,溝寬為280~300mm。該機(jī)采用雙軸立式結(jié)構(gòu),兩軸直接套接長(zhǎng)短不一的刀桿,能對(duì)土壤進(jìn)行上、下分段切拋,切拋土壤時(shí)產(chǎn)生的力偶平衡,提高了機(jī)組作業(yè)的穩(wěn)定性。試驗(yàn)表明該機(jī)行走直線(xiàn)性好,溝形整齊,滿(mǎn)足農(nóng)藝措施中對(duì)開(kāi)溝機(jī)的要求。馬愛(ài)麗、廖慶喜等設(shè)計(jì)研究了一種雙變距柱螺旋式果園開(kāi)溝機(jī),功率為8.8kW。借助高速數(shù)字化土槽試驗(yàn)平臺(tái)對(duì)螺旋開(kāi)溝刀具進(jìn)行了功能性試驗(yàn),試驗(yàn)表明該機(jī)開(kāi)溝寬度為300mm,開(kāi)溝深度達(dá)100~400mm,開(kāi)出的溝為矩形溝,溝壁平整。(2)圓盤(pán)式開(kāi)溝機(jī)我國(guó)從1970年代開(kāi)始對(duì)圓盤(pán)式開(kāi)溝機(jī)進(jìn)行研制,通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展積累以及借鑒國(guó)外的經(jīng)驗(yàn),目前國(guó)內(nèi)圓盤(pán)式開(kāi)溝機(jī)技術(shù)相對(duì)成熟,尤其以正轉(zhuǎn)旋耕圓盤(pán)式開(kāi)溝機(jī)為主。該種類(lèi)型開(kāi)溝機(jī)的開(kāi)溝部件是圓盤(pán)式結(jié)構(gòu),利用動(dòng)力輸出軸帶動(dòng)刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)切削土壤,該種類(lèi)型的開(kāi)溝機(jī)的工作特點(diǎn)是碎土能力強(qiáng),溝壁平整,且能搶農(nóng)時(shí)、省農(nóng)力,廣泛應(yīng)用于果園、菜地、稻田水耕及旱地播前整地。羅海峰等對(duì)現(xiàn)有小型東風(fēng)-12型手扶拖拉機(jī)旋耕機(jī)進(jìn)行改裝,在旋耕刀軸中間加裝一圓盤(pán),圓盤(pán)上兩側(cè)各安裝了左右彎刀,在刀盤(pán)后方還設(shè)置了一開(kāi)溝鏟,改裝后對(duì)其進(jìn)行了田間試驗(yàn),結(jié)果表明該開(kāi)溝機(jī)開(kāi)出的溝溝深12~16cm,溝寬24cm左右,牽引功率為11.03kW。張家清等針對(duì)大棚與果園深施肥的要求,研制了1KF-20型大棚果園開(kāi)溝深施肥機(jī)。該開(kāi)溝刀盤(pán)上的開(kāi)溝刀采用仿生技術(shù),模擬自然界穿山甲、螞蟻等動(dòng)物穿透力極強(qiáng)的挖土過(guò)程設(shè)計(jì)開(kāi)溝刀盤(pán)。樣機(jī)試驗(yàn)結(jié)果表明,該機(jī)能適應(yīng)板結(jié)、沙石、硬質(zhì)等各種不同土質(zhì)條件果園的深、淺開(kāi)溝要求,并可根據(jù)深度需求進(jìn)行調(diào)節(jié),提高了農(nóng)機(jī)具的使用率。(3)鏈刀式開(kāi)溝機(jī)鏈刀式開(kāi)溝機(jī)的開(kāi)溝部件為帶刀片的鏈條,刀齒切割土壤并隨著鏈條的傳動(dòng)將其帶至地面,再用螺旋輸送器將土運(yùn)至溝的一側(cè)或兩側(cè)。鏈?zhǔn)介_(kāi)溝機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、組裝方便,所開(kāi)溝溝壁整齊,溝底不留回土,溝深和溝寬易于調(diào)節(jié)。此類(lèi)型開(kāi)溝機(jī)可開(kāi)挖窄而深的地下溝槽,主要用以埋設(shè)地下排水管道,或者用于鐵道、郵電、城建等部門(mén)埋設(shè)電纜與管道等,也可用于果園、蔬菜園及其他農(nóng)田環(huán)境開(kāi)溝施肥、排水、灌溉。楊有剛、劉迎春研究了一種適用于果園狹小作業(yè)空間的1KLQ-80鏈?zhǔn)介_(kāi)溝機(jī)。通過(guò)功率消耗和作業(yè)效率等作了理論分析,提出了同一時(shí)間切削土壤和輸送土壤的質(zhì)量相等的條件下,確定鏈刀相對(duì)速度、工作部件傾角、鏈刀節(jié)距等基本參數(shù)和功率消耗。該機(jī)配套動(dòng)力為11kW,最大開(kāi)溝深度和寬度分別為800mm與650mm,生產(chǎn)效率為125m/h。劉百合、劉寶義聯(lián)合開(kāi)發(fā)研制了一種小型鏈刀式開(kāi)溝機(jī),可用于農(nóng)田水利開(kāi)溝鋪管,林果園開(kāi)溝施肥,開(kāi)溝栽植樹(shù)苗、山藥、牛芬等作物,開(kāi)溝埋設(shè)電線(xiàn)、電纜等作業(yè)。該機(jī)是拖拉機(jī)改裝的變型產(chǎn)品,配套動(dòng)力為8.82~22.05kW(12~30馬力);工作速度為5~300m/h;開(kāi)溝深度為500~1200mm,開(kāi)溝寬度200~400mm。王京風(fēng)、楊福增等針對(duì)果園開(kāi)溝依靠人工、勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低及小四輪、手扶拖拉機(jī)作業(yè)時(shí)通過(guò)性不好和操作不便等問(wèn)題,設(shè)計(jì)了一種與微型遙控機(jī)械配套的果園開(kāi)溝機(jī)。該機(jī)為遙控作業(yè),可節(jié)省勞動(dòng)力,降低了高度,通過(guò)性好,并采用附加減速器的方法改變傳動(dòng)比,實(shí)現(xiàn)了行走與作業(yè)速度不同的需求。2.2國(guó)外主要開(kāi)溝機(jī)公司國(guó)際上以發(fā)動(dòng)機(jī)功率73.5kW為界線(xiàn),將開(kāi)溝機(jī)分為小型開(kāi)溝機(jī)和大型開(kāi)溝機(jī)兩大類(lèi)。按開(kāi)溝部件工作方式分為刀鏈?zhǔn)?、輪盤(pán)式和巖石輪式,且大多都是以大功率、重機(jī)型為主,功耗大,體積也龐大,主要用于標(biāo)準(zhǔn)化果園、排水溝、電纜掩埋等。USDITCHER美國(guó)專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)開(kāi)溝機(jī)械的股份有限公司,在美國(guó)各地都有經(jīng)銷(xiāo)商,產(chǎn)品主要有DSL-35BHHydraulicditcher,wheeltrenchersDRENAG等,WheeltrenchersDRENAG-50-70-100/120是一種圓盤(pán)式開(kāi)溝機(jī),刀片兩兩反向均勻地安裝在一個(gè)圓盤(pán)上,開(kāi)溝深度可以通過(guò)拖拉機(jī)的液壓升降機(jī)構(gòu)控制,最大開(kāi)溝深度可達(dá)100cm,其速度為0.4~1.6km/h,功率達(dá)到68kW;“Dondi”雙輪旋轉(zhuǎn)開(kāi)溝機(jī)是通過(guò)以一定的角度安裝在支撐架上的兩個(gè)裝有特殊刀片的刀輪旋轉(zhuǎn)進(jìn)行開(kāi)溝工作,開(kāi)出的是V型溝,開(kāi)溝深度同樣由液壓升降機(jī)構(gòu)控制,根據(jù)刀輪直徑及兩刀輪安裝角度有10種型號(hào),這些型號(hào)的開(kāi)溝機(jī)功率均超過(guò)70kW。歐美有代表性的開(kāi)溝機(jī)制造商還有HurricaneDitcher(美國(guó)),Vermmer(美國(guó)),Burkeen,Trencor,意大利泰斯美克開(kāi)溝機(jī)等公司。歐美國(guó)家的開(kāi)溝機(jī)功能多樣,可以通過(guò)配置不同的工作裝置實(shí)現(xiàn)一機(jī)多能。3扶拖拉機(jī)開(kāi)溝機(jī)目前為止,各種類(lèi)型、各種用途的開(kāi)溝機(jī)都在蓬勃發(fā)展,但果園開(kāi)溝還是采用人工開(kāi)溝的多,市場(chǎng)上使用的微耕機(jī)雖然碎土,但不能滿(mǎn)足溝深與溝寬的要求,使用手扶拖拉機(jī)帶動(dòng)的開(kāi)溝機(jī)進(jìn)行開(kāi)溝,由于機(jī)型比較大,不能滿(mǎn)足其種植的空間環(huán)境特殊性。在美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家,收獲機(jī)械、種植機(jī)械比較發(fā)達(dá),因果園農(nóng)業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化程度高,更適合大型機(jī)械作業(yè),沒(méi)有專(zhuān)門(mén)用于狹小空間開(kāi)溝施肥的機(jī)械,而且即使國(guó)內(nèi)改變農(nóng)藝要求,從國(guó)外進(jìn)口機(jī)械,價(jià)格比較昂貴,不符合中國(guó)當(dāng)代國(guó)情。3.1選擇適宜的開(kāi)溝方式不同的開(kāi)溝方式不僅影響開(kāi)溝機(jī)的整體結(jié)構(gòu)和操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度,還影響著開(kāi)溝機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。由于不同的林果園有著不同的開(kāi)溝深度及寬度的要求,而不同開(kāi)溝方式的開(kāi)溝機(jī)有各自的適應(yīng)性。建議根據(jù)農(nóng)戶(hù)的要求及林果園土壤的特點(diǎn)、開(kāi)溝的要求等選擇適宜的開(kāi)溝方式。例如,對(duì)于土壤堅(jiān)實(shí)度不大的輕質(zhì)土壤和中等土壤,且開(kāi)溝深度要求不高的林果園可以選擇犁式開(kāi)溝機(jī);對(duì)于土壤較為粘重、含水率較高的林果園,可以選擇立式螺旋式開(kāi)溝機(jī);對(duì)于土壤硬度比較大的、土壤中砂石含量多的林果園,可以采用圓盤(pán)式開(kāi)溝機(jī)。3.2模具開(kāi)發(fā)的原則由于我國(guó)山地丘陵地區(qū)多,且林果園多分布在山地丘陵地區(qū),獨(dú)特的自然環(huán)境注定了林果種植的特殊性。山地丘陵地區(qū)地貌變化多,各種各樣的油茶、水果的種植模式不同,對(duì)開(kāi)溝的農(nóng)藝要求也不同,因此研究開(kāi)發(fā)機(jī)具必須結(jié)合農(nóng)藝要求,強(qiáng)調(diào)農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝的結(jié)合。首先,研究設(shè)計(jì)的開(kāi)溝機(jī)要能在林果園的空間靈活轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)彎,能在林樹(shù)、果樹(shù)下順暢通過(guò),所開(kāi)出的溝能夠滿(mǎn)足林果樹(shù)的溝深與溝寬農(nóng)藝要求。其次,小巧與操縱靈活是林果園對(duì)機(jī)具的基本要求,研究設(shè)計(jì)開(kāi)溝機(jī)需從人機(jī)工程的角度出發(fā),在操縱靈活性與維護(hù)方便性上下功夫。再次,設(shè)計(jì)開(kāi)溝機(jī)應(yīng)要考慮降低功耗、對(duì)環(huán)境是否有污染,況且研究節(jié)能低耗無(wú)污染的農(nóng)業(yè)裝備是發(fā)展要求,符合林果業(yè)的可持續(xù)發(fā)展需要。3.3加強(qiáng)企業(yè)與居民的合作,交流合作開(kāi)溝機(jī)的直接使用者是農(nóng)戶(hù),生產(chǎn)制造者是企業(yè)。在研發(fā)設(shè)計(jì)開(kāi)溝機(jī)具前,研究人員應(yīng)積極與農(nóng)戶(hù)交流,了解他們需要什么樣的機(jī)器;研究人員要大膽與企業(yè)合作,積極發(fā)掘企業(yè)技術(shù)人員的生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。加強(qiáng)高校研究人員的科學(xué)的理論研究與生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的結(jié)合是開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的重要途徑。3.4注意一些機(jī)制積極拓寬林果園開(kāi)溝機(jī)的使用范圍,開(kāi)發(fā)播種、施肥、植保等功能于一體的多用途機(jī),減少資源浪費(fèi),提高機(jī)器的經(jīng)濟(jì)效益性,從而減少農(nóng)民負(fù)擔(dān)。3.5小型開(kāi)溝機(jī)林果園的種植模式及地形特點(diǎn)限制著開(kāi)溝機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸。大力發(fā)展爬坡性好、轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)彎靈活、動(dòng)力性好且作業(yè)性能良好、操作舒適方便的小型開(kāi)溝機(jī)是大勢(shì)所趨。小型開(kāi)溝機(jī)能適應(yīng)于我國(guó)丘陵山地區(qū)域林果園開(kāi)溝的復(fù)雜情形,同時(shí)小型開(kāi)溝機(jī)的生產(chǎn)成本和銷(xiāo)售價(jià)格相比大型開(kāi)溝機(jī)將大幅降低,能為廣大消費(fèi)者所接受;小型開(kāi)溝機(jī)有利于改善果民進(jìn)行林果開(kāi)溝作業(yè)的勞動(dòng)條件,減輕勞動(dòng)強(qiáng)度,提高生產(chǎn)效率。4開(kāi)發(fā)和推廣利用小型開(kāi)溝機(jī)械的必要性1)我國(guó)的丘陵山區(qū)林果種植面積很大,在不少地區(qū),林果業(yè)已成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民增效、農(nóng)村發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)。在果園管理上,開(kāi)溝深施肥是一項(xiàng)作業(yè)量大、勞動(dòng)強(qiáng)度大的