果园开沟施肥机的研究现状Word文档格式.docx

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指导教师姓名

申请学位级别专业名称机械设计及理论论文提交日期2012年6月论文答辩日期

学院名称工程学院学位授予日期

答辩委员会主席

摘要

果树施肥劳动强度大、效率低，随着劳动力成本的不断提高和青壮年劳力的短缺，果树施肥的机械化需求越来越强烈，为开沟机提供了用武之地。

本文重点论述了开沟机的工作方式及原理，分析了国内外果园开沟施肥机的研发现状，指出其存在的问题，提出相应的解决办法及今后的发展方向。

关键词：

农业机械；

开沟机；

果园；

施肥；

现状

PresentResearchStateofDitchingandFertilizingMachineinOrchard

Abstract:

Fertilizationoffruittreesisinlargelaborintensityandlowefficiency,withthecontinuousincreasingofthelaborcostsandtheshortageoftheyounglabor,thedemandformechanizationoffruittreefertilizationisgrowingstrongerwhichprividesadevelopmentopportunityforditchingmachine.Thispaperfocusesontheworkingmodeandprincipleoftheditchingmachine,andanalysistheresearchanddevelopmentsituationofdomesticandforeignorchardditchingandfertilizingmachine.Ithaspointedouttheexistingproblemsandproposedthecorrespondingsolutionandthedevelopmentdirectioninthefuture.

Keyword:

agriculturalmachinery;

ditchingmachine;

orchard;

fertilization;

presentstate

1前言

果树施肥是一项较为关键的园艺作业工序，施用合理与否直接影响着树体生长、果品产量与质量。

目前我国果树施肥几乎都靠人工完成，劳动强度大，效率低。

随着劳动力成本的不断提高和青壮年劳力的短缺，果树施肥机械化需求越来越强烈，而果园施肥机械化在很大程度上依赖于开沟机的发展，因此对开沟机的开发研究具有重要的现实意义。

2开沟机工作方式及开沟原理

开沟机是一种沟渠开挖的专用机械，广泛应用于管道、线缆铺设、农田水利建设、市政工程及军事工程等开沟作业。

随着我国工业经济的发展和新农村建设步伐的加快，道路建设、土木建筑、农田水利、温室和养殖设施以及林果业的发展，为工程开沟机提供了用武之地，促其迅速发展。

开沟机主要分为铧式犁开沟机、旋转开沟机和链式开沟机。

2.1铧式犁开沟机

早在20世纪50年代，铧式犁作为最早的开沟设备，被用于农田建设当中。

其型式主要有悬挂式和牵引式。

这种开沟机结构简单、速度快、效率高、工作可靠、零部件较少，开沟深度为30～50cm，主要缺点是土壤硬度不能太大，否则开出的沟形难以保证，且结构笨重，沟边留下的垫条大且不能分散，需人工修理等，特别是工作时牵引阻力很大，常用斯大林80拖拉机才能拖动，有的地方要用两台大拖拉机牵引（李德胜，郭辉，2011）。

2.2旋转开沟机

20世纪50年代后期，与拖拉机向大马力发展的趋势相适应，旋转开沟机得以迅速发展。

旋转开沟机一般用三点悬挂在拖拉机的后部。

除后悬挂外还可以偏置，常用在拖拉机难于跨沟行驶的情况下,例如清沟作业及地边、马路边的开沟和清沟。

由于它主要靠工作部件的旋转开出沟渠，牵引阻力小，适应性强，能均匀散开沟内土壤，工作效率高，因而得到了迅速发展和广泛应用。

意大利、法国、荷兰、日本等许多国家，已经形成不同型号的系列产品。

这种开沟机的主要工作部件是一个或两个高速旋转的圆盘，圆盘四周是铣刀，铣下来的土壤按不同的农艺要求，将土壤均匀地抛掷到一侧或两侧5～15m范围内的地面上，也可将土壤成条堆置在沟沿上形成土埂。

两圆盘与水平面呈45°

，这种旋转开沟机的开沟断面呈上口宽、沟底窄的倒梯形，开出的沟非常整齐清洁，沟形整齐，无须人工修整。

但也存在一些缺点：

行走慢（拖拉机以50～400m/h的超低速前进）、结构复杂庞大、传动系统制造工艺要求高、单位功率消耗大，生产率比犁铧式开沟犁低（李金琦，1984）。

2.3链式开沟机

20世纪70年代末期，链式开沟机开始兴起。

链式开沟机设备简单、组装方便，所开沟沟壁整齐，沟底不留回土，效率高。

沟深和沟宽易于调节，可开挖窄而深的地下沟槽，用以埋设地下排水管道，或者用于铁道、邮电、城建等部门埋设电缆与管道等，还可用于果园、蔬菜园及其他农田环境开沟施肥、排水、灌溉。

链刀式开沟机的挖掘部件为带刀片的链条，刀齿切割土壤并将其带至地面，再用螺旋输送器将土运至沟的一侧或两侧。

3开沟机的开发与研究进展

3.1国外开沟机研究进展

国外很早就开始有机肥的应用研究，如欧美、日本、意大利、法国等，并且有着广泛的应用。

随着科学技术的进步和应用范围的扩大，对开沟机的要求也越来越高，开沟装备研究工作步入一个新时代，先进的新型设备不断涌现。

国外较早生产开沟机的国家是美国和前苏联，其发展过程是从犁铧式开始的，目前国际上的主要开沟机生产厂商在美国。

例如，美国Burkeen公司有3种开沟机，功率范围在9.7～34.3kW之间，B－30B型开沟机的功率为34.3kW，挖沟装置与驾驶位置间采用橡胶减振隔离，网状ROPS防止驾驶员被抛起物击伤，独特的液压驱动链张紧装置可实现挖沟深度的改变。

美国Vermeer公司生产的以RT450为代表的链式开沟机，开沟深度可达1.52m，开沟宽度为13～30cm，静力液压系统制动，可适用于多种工况。

Maxon公司已生产出10种Parsons品牌开沟机，最近又对其中的小型开沟机进行技术改进，改进后的T－20型开沟机功率为14.9kW，不需增加任何附件就可以进行中心挖掘和侧置挖掘的转换，有轮式和履带式两种行走装置供用户选择。

液压驱动的行走系统可以滑移转向，在狭窄的场地具有很大的机动性能。

T系列最大机型为T－950，前轮驱动，铰链式机架，静液压行走驱动无调速，行驶速度可达19.2km／h，开沟链有4档前进速度,1档反转速度，可适应不同的作业需求。

目前，国外开沟机生产已向多样化趋势发展，且更趋专机专用，开沟机只用于开沟作业，而当机械不开沟时只能闲置。

这种情况并不符合我国的国情。

3.2国内研究现状

我国对开沟机的研究开发起步较晚，经历了从犁铧式开沟机、圆盘式开沟机和链式开沟机的发展历程。

1975年，我国农垦系统引进了意大利菲恶特公司FLAT系列旋转圆盘挖沟机，20世纪80年代中期，国家引进小量挖沟机主要用于农业暗管排水工程，这是早期的技术引进。

但由于有机肥的应用还不广泛，只是停留在小农经济水平上，因此，此时的开沟机主要用于农田水利工程以及地下电缆、自来水工程等。

近年来，随着国家对绿色农业的大力倡导，有机肥在农业上得到广泛应用和发展，特别是在果园的应用上，使开沟机的研究方向逐渐向果园有机肥开沟机方向发展。

果树园林业是现代化大农业的重要组成部分和富民工程的重要途径，施肥是果树生产管理中的重要技术措施，其合理与否直接影响果树生长、产量、果品质量及经济效益。

因此，研制出一种适于果园施肥开沟的机械，对减少人力和物力资源的浪费、提高劳动生产率具有重要意义。

1991年，安徽省宣州市孙埠镇农机管理服务站对8.8kW手扶拖拉机的配套农具—旋耕机进行合理改装，研制出1KS－20型卧式弯刀开沟机。

该机能完成开沟、碎土、抛土、覆盖等多道工序，沟宽和深浅均可调，且抛土覆盖均匀、不需人工清沟，这就是我国早期对开沟机的探索。

1996年，昆山农业机械化研究所祁天循研制开发了1KLZ—27型立式螺旋开沟机，对螺旋刀具的要求、刀具的切土方式、螺旋叶片刀具外廓螺线的选取等方面进行了详细的理论论述，并试制出样机迅速推广，基本达到南方烂湿田地的作业要求：

1）机组先通过，刀具在后面开沟，从而避免了轮压，有利于出苗；

2）重心后移，通过性能好；

3）能乘坐操作（祁天循,1996）。

2000年，东北农业大学韩永俊、尹大庆、冯江、王德福等人完成了1KL－100型立式螺旋开沟机的设计，从动力选择、整机结构、主要性能参数等方面进行分析与设计，并在试验中对样机不断调整，最终1KL－100型立式螺旋开沟机通过了在香坊农场旱田及水田地中的挖沟试验。

试验结果证明，该机作业后沟壁平整、沟内残土少、性能优良，满足草炭开沟的技术要求，同时兼顾农田水利建设的需要，解决和填补了国产螺旋开沟机的空白。

该机构思新颖、设计合理、使用调整方便，为我国草炭平面开采成套设备提供了关键设备，并为我国开发草炭及农田开沟提供了新机具（韩永俊，尹大庆，冯江，等，2000）。

2005年12月，云南农业大学工程技术学院张汝坤、昊福明、冉国伟、张建生等从解决传统开沟机切土产生的力矩不平衡，导致拖拉机产生激烈振动、跑偏、走直性能差、传动件易损坏、抛土方向单一等问题出发，致力于解决现有开沟机型的不足，以最大限度地满足农艺措施的要求，研制出1KS—22型双轴开沟机具有以下特点：

一是采用双轴立式结构，传动箱内的轴直接套接长短不一的刀杆，使安装在刀杆上的刀片同时切土抛土进行开沟作业。

由于两组刀片切抛土壤时对沟土实施上下分段切抛，致使土壤更加细碎，同时，因正反高速旋转，使抛出的细碎土壤均匀覆盖在沟两侧的墒面上，对土壤含水率适应性较宽，对不同类型土质适应性较强，切抛土壤时产生的力偶平衡，提高了机组作业的稳定性，使拖拉机行走直线性好，沟形整齐，很好地满足了农艺要求。

二是该机与中型轮式拖拉机配套，有效克服了手拖配套开沟机动力不足的问题，作业效率和质量大大提高，符合高效农业发展方向和要求（张汝坤，昊福明，冉国伟，等，2005）。

2006年，中国农业机械化科学研究院与山东广饶三元液压机械环保有限公司的刘百合、刘宝义联合开发研制了链刀式开沟机，主要用于农田水利开沟铺管、园林开沟施肥、栽植树苗、山药及牛蒡等作物深松或收获、埋设电缆开沟铺管多功能的开沟机。

至此，我国开沟机研究逐步转向多功能化，揭开了开沟机发展的新篇章（刘百合，刘宝义，2006）。

2009年2月，新疆农业科学院农业机械化研究所阿布里孜·

巴斯提、兰秀英、贡献、刘旋峰等人开发研制了1K—40型偏置式果园开沟机，主要用于果园施肥开沟、种树开沟。

该机针对果园的土壤特点及开沟位置的要求，采用偏置式设计，具有以下特点：

一是由于偏置式果园开沟机的开沟部件向右侧置（在拖拉机右轮后），作业时拖拉机行间行走可将施肥沟开在距树干0.5～1.5m处，使树