任文變 王凡 禹昭

摘要：本文分析了寧夏賀蘭山東麓葡萄園的現(xiàn)狀，針對(duì)目前葡萄園的種植和生產(chǎn)管理過程中使用的中耕設(shè)備，其只具備除草功能，除草后土地不平整，需要人工平整。為此，在中耕機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)增加了土地整平機(jī)構(gòu)和覆土裝置。以此來提高作業(yè)效率，保證葡萄樹行間地面與株間地面之間的高度差。

Abstract： This paper analyzes the current situation of vineyards at the eastern foot of Helan Mountain in Ningxia. According to the middle tillage equipment used in the planting and production management process of vineyards， it only has the function of weeding， and the land is uneven after weeding， and it requires manual leveling.To this end， the land leveling mechanism and soil covering device were added on the basis of the middle tiller.In order to improve the operation efficiency， to ensure the height difference between the ground and the ground between the vines.

關(guān)鍵詞：葡萄園;土地整平機(jī)構(gòu);中耕設(shè)備

Key words： vineyard;land consolidation agency;tillage equipment

中圖分類號(hào)：S224.1+44 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2022）05-0226-03

0 ?引言

寧夏賀蘭山東麓葡萄種植區(qū)位于北緯37°43′～39°23′，在葡萄種植上具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。地理?xiàng)l件優(yōu)越，屬于中度半干旱氣候，雨量稀少，日照時(shí)間長，晝夜溫差大。葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，是世界上最適宜葡萄種植和釀造高端葡萄酒的地區(qū)之一，并已在國內(nèi)外得到廣泛認(rèn)可[1]。

葡萄種植時(shí)，為保證葡萄的高質(zhì)量和產(chǎn)量，田間管理尤為重要。其中雜草防治是田間管理的重要環(huán)節(jié)之一。大型葡萄園多數(shù)采用拖拉機(jī)牽引中耕機(jī)進(jìn)行行間除草作業(yè)。中耕能消除土壤板結(jié)，改善土壤物理性質(zhì)，提高土壤通透性，改善土壤滲透性，提供良好的植物生長條件[2]。但通常除草作業(yè)后，土地不平整，需要人工平整，以平衡葡萄樹行與表面之間的高度差。

我國在葡萄園田間管理和除草技術(shù)領(lǐng)域開展了一系列的研究，并取得了一定的成果。2018年，杜文圣等人設(shè)計(jì)了一種葡萄園自動(dòng)避障除草機(jī)，可在行間和植株間除草[3]。同年，徐麗明等人也設(shè)計(jì)了一種雙向作業(yè)的自動(dòng)避障除草機(jī)，解決了現(xiàn)有籬笆式種植葡萄園和葡萄園周邊不除草面積大的株間除草機(jī)作業(yè)效率低的問題;并在ADAMS中建立了除草機(jī)的虛擬樣機(jī)模型，以雜草覆蓋率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，設(shè)計(jì)二次回歸組合試驗(yàn)，建立雜草覆蓋率回歸模型。經(jīng)試驗(yàn)，除草作業(yè)的平均覆蓋率約為90.02%[4]。雙側(cè)同時(shí)運(yùn)行模式的運(yùn)行效率約為單側(cè)運(yùn)行模式的兩倍。2019年，新疆農(nóng)墾科學(xué)院機(jī)械裝備研究所何一川為葡萄園設(shè)計(jì)了避障除草機(jī)。該避障除草機(jī)與小型四輪拖拉機(jī)配套使用。犁鏟可以翻土、松土、清除行間雜草;障礙鏟可以清除兩側(cè)植物間的雜草，翻轉(zhuǎn)植物間的表土;螺旋壓路機(jī)將淺層土壤破碎掩埋雜草，完成葡萄整個(gè)行間栽培過程的除草，改善土壤通氣，調(diào)節(jié)土壤水分狀態(tài)[5]，促進(jìn)葡萄根系生長。

然而，現(xiàn)有的除草技術(shù)大多是避障除草，行間除草后的整地效果不能令人滿意。為此，增加土地整平機(jī)構(gòu)和覆土裝置，提高行間除草效率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)土地平整作業(yè)，具有非常大的意義。

1 ?土地整平裝置的技術(shù)路線及設(shè)計(jì)內(nèi)容

技術(shù)路線如圖1所示。

在葡萄種植過程中，雜草控制是田間管理中的重要環(huán)節(jié)之一，大多數(shù)大型葡萄園在田間使用中耕機(jī)進(jìn)行除草，拖拉機(jī)作為牽引，通過中耕機(jī)清除行間雜草。但除草后土地不平整，需要人工平整，確保行間地面與葡萄樹表面的高低差。因此，為了提高行間除草的效率，確保行間地面和株間地表的高低差，研究了利用中耕機(jī)除草進(jìn)行土地平整一體化的技術(shù)。主要內(nèi)容如下：

①通過對(duì)寧夏賀蘭山東麓葡萄園田間管理調(diào)查研究，首先明確葡萄園田間管理目前采用的方式方法以及存在的問題，根據(jù)具體問題確定設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容——葡萄園田間除草及土地整平一體化作業(yè)機(jī)理研究。②分析國內(nèi)外現(xiàn)有中耕設(shè)備結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣性以及整地技術(shù)，選擇適合東麓葡萄園的中耕機(jī)進(jìn)行中耕除草，在原有設(shè)備上進(jìn)行改進(jìn)，增加土地整平裝置，以實(shí)現(xiàn)中耕除草整平的一體化設(shè)計(jì)研究，從而減少人力勞動(dòng)。③了解葡萄園種植土地整平的要求，設(shè)計(jì)使地面整平，確保葡萄園行間地面與葡萄樹根部地面高度差的土地整平裝置。

2 ?土地整平裝置的設(shè)計(jì)及功能

葡萄園中耕機(jī)中的整平裝置是完成整機(jī)最后工序的直接作業(yè)部件，其主要作用是提高土壤的堅(jiān)固度，壓碎較大的土塊使得土地更為平整。整平裝置主要由2個(gè)液壓缸、13個(gè)整平輥輪，1個(gè)整平輥主軸，4個(gè)整平輥連接架，2個(gè)整平支架和2個(gè)軸承座等組成，如圖1所示就是由三維軟件solidworks建立的葡萄園中耕機(jī)土地整平裝置的三維圖[6]。整平裝置中的液壓缸與牽引中耕機(jī)的拖拉機(jī)的液壓電機(jī)相連接，從而帶動(dòng)整平裝置在高低起伏的土地上能夠順利的完成土地平整作業(yè)，整平輥主軸配有螺旋輥壓機(jī)。在作業(yè)過程中，螺旋輥壓機(jī)將淺層土壤壓碎，掩埋雜草，從而完成葡萄行間、株間的全過程間作、除草，進(jìn)一步增加土壤通風(fēng)，調(diào)節(jié)土壤水分狀況，促進(jìn)葡萄根系生長。整平裝置的主要作用是在間作、除草后對(duì)土壤進(jìn)行粉碎，壓平耕作層，整平土地，使土壤疏松密實(shí)，具有良好的保墑作用。如圖2所示為整平裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。（圖3）

3 ?工作原理

在田間作業(yè)時(shí)，中耕機(jī)整機(jī)是通過三點(diǎn)懸掛裝置與拖拉機(jī)后懸掛系統(tǒng)相連，并調(diào)整限深輪的上導(dǎo)螺桿，以滿足不同的耕作要求。整臺(tái)機(jī)器的運(yùn)行是通由拖拉機(jī)的牽引帶動(dòng)機(jī)器向前行駛，首先在機(jī)器的運(yùn)行過程中，先用松土鏟將表面的土塊打碎對(duì)土壤進(jìn)行初步松土，其次再用除草鏟將松土后出現(xiàn)的雜草根系進(jìn)行徹底割除，避免短周期內(nèi)雜草的再生，緊接著用整體框架下端的兩邊覆土器將溝外的土壤覆蓋。土壤通過覆土裝置將土壤收集到溝內(nèi)葡萄藤的上端，將葡萄藤覆蓋，最后通過土地整平裝置對(duì)除草及松土后土壤進(jìn)行粉碎，壓平耕作層，整平土地，使土壤疏松密實(shí)。其整平裝置中的液壓缸不僅起到保護(hù)作用，還能實(shí)現(xiàn)壓實(shí)高度的微調(diào)。

4 ?土地整平裝置的優(yōu)點(diǎn)及其功耗

①提高了土壤緊實(shí)度——在覆土裝置將土壤收集到溝內(nèi)葡萄藤的上端，將葡萄藤覆蓋時(shí)及時(shí)進(jìn)行碎土整平，可使土壤緊實(shí)度適宜，達(dá)到作物生長發(fā)育所需的土壤容重，同時(shí)使葡萄藤與周圍濕土密接，起到提墻、保墻、供墻的作用。

②防止風(fēng)蝕——除草覆土后帶整平裝置，可使葡萄藤上土壤更加緊實(shí)。從而避免大風(fēng)對(duì)其進(jìn)行侵蝕，從而對(duì)葡萄產(chǎn)量造成影響。

③提高土壤溫度——整平裝置具有防止風(fēng)蝕的作用，其覆土裝置在覆蓋葡萄藤時(shí)深度可淺一些，深度每淺1公分 ，地溫高 1℃ 。

④從一定程度上增加了種床內(nèi)的水分和硝態(tài)氮含量——整平后床內(nèi)毛細(xì)管數(shù)量多，可使土壤中的水分向種床內(nèi)移動(dòng)，同時(shí)土壤中的氮隨水分進(jìn)入種床內(nèi)，增加了土壤中硝態(tài)氮的含量。

⑤及時(shí)整平，節(jié)省人力--位于中耕機(jī)尾部，在除草覆土完后直接進(jìn)行整平，保證了土壤是濕度，且代替了人工整平，大力節(jié)省了人力資源。

功耗：整平裝置主要是壓實(shí)成型過程中滾動(dòng)摩擦引起的功耗?？捎靡韵鹿接?jì)算：

式中：fz——整平成型輪滾動(dòng)摩擦系數(shù);

Nz——整平成型力，N。

為實(shí)現(xiàn)一定強(qiáng)度的土壤整平成型，取fz=0.08，整平碎土輪施加的成形力主要通過調(diào)節(jié)后端氣缸來完成，成形力取最大壓縮氣缸力，Nz=1000N，代入公式可得P整平=0.12kW。由以上得到的各個(gè)工序作業(yè)過程所消耗的功耗，可得P牽引=18.532kW，考慮到功率25%儲(chǔ)備系數(shù)一般為20～30%，選用標(biāo)定動(dòng)力為以25kW上的拖拉機(jī)。

5 ?總結(jié)

土地整平裝置的設(shè)計(jì)對(duì)現(xiàn)有葡萄園中耕機(jī)進(jìn)行了一個(gè)大的改良，其與覆土器相互配合，在中耕機(jī)除草完成后對(duì)土壤中的土塊進(jìn)行了粉碎處理，壓平耕作層，整平土地，使土壤疏松密實(shí)，保證了一定的高度差。同時(shí)，從以前的人工整平到機(jī)械整平，從一定程度上大大減少了人力勞動(dòng)及大量機(jī)械設(shè)備的引入，為人們提供了諸多方便。并且通過該裝置的設(shè)計(jì)，同學(xué)們能夠根據(jù)課本理論設(shè)計(jì)各類機(jī)械結(jié)構(gòu)，這樣不僅有利于在實(shí)操技能中將理論與實(shí)際相結(jié)合，并加以運(yùn)用。而且調(diào)動(dòng)了同學(xué)們的參與度，發(fā)散了創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維，同時(shí)還能鍛煉和提高學(xué)生的動(dòng)手能力。

①利用SolidWorks三維軟件建立三維模型，對(duì)葡萄園中耕機(jī)的土地整平裝置進(jìn)行受力分析計(jì)算，分析其是否滿足中間要求。

②現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查寧夏賀蘭山東麓葡萄園田間管理的機(jī)械化作業(yè)情況，了解其土地整平的具體情況。

③查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，了解機(jī)械化田間管理的各類設(shè)備工作機(jī)理及參數(shù)。結(jié)合相關(guān)理論對(duì)葡萄園土地整平進(jìn)行分析，并從大量的資料中總結(jié)出規(guī)律，形成假設(shè)，并進(jìn)行驗(yàn)證。

④對(duì)照其他機(jī)器的土地整平裝置，設(shè)計(jì)一款符合葡萄園的裝置。

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