引言
深松是用深松鏟或鑿形犁等松土農具不翻轉土層而疏松土壤的一種深耕方法。深松整地是土壤耕作的重要內容之一，也是農業生產過程中經常采用的增產技術，能為作物的播種發芽、生長發育提供良好的土壤環境。滲灌技術因具有節水、可實現定量實時施肥等優點，深受農民歡迎。例如，在玉米種植中采用地下滲灌技術，通過人工控制水源，可隨時滿足玉米各生育階段對水肥的需求，具有顯著的節水、節肥、省工、增產等特點;但人工鋪設滲灌管勞動強度大，鋪設深度難以保證?，F有鋪設滲灌管的鋪管機的作業方式都是首先在地表挖出一條管溝，然后鋪管，最后覆土鎮壓。這類鋪管機存在諸多缺點，如能耗大、結構復雜及對土壤擾動大等。應用化肥深施技術，可以減少化肥的損失，提高化肥利用率，提高作物產量，減少化肥對環境的污染。資料顯示:碳酸氫銨表施 5 天后，氮素損失 13． 8% ;深施入土 7cm，5 天后氮素僅損失 0． 88% 。中國農業科學院土壤肥料研究所試驗表明:碳酸氫銨、尿素深施到地表以下 6 ～10cm 的土層中，比表面撒施氮肥當季利用率由 27% 、37% 分別提高到 58% 、50% ，深施比表施利用率相對提高 15% 和 35% ?；噬钍┛纱偈垢迪蛳略?，擴大根系生長量，增強作物吸收水分、養分的能力，顯著提高作物產量?；噬钍┎粌H提高了化肥利用率，減少了揮發和流失滲漏，而且能夠大大地減少對生態環境的污染。為此，課題組結合深松、滲灌、施肥的技術要求，設計了一種深松鏟式深松、鋪管、施肥一體化設備。
1 整機設計方案
按照機械化保護性耕作的技術要求，實現少動土、機具少進地和復式作業，機具設計為一次進地完成深松、鋪管、施肥作業的模式?？紤]到滲灌管鋪設要求及動力配置，采用全層土壤間隔深松方式，即工作部件采用一定間隔橫向布置。作業時，兩深松鏟間深層的前行使兩鏟間土壤得到了部分松動，形成實虛并存的土壤結構。虛部土壤由板結型變為疏松型，增加透氣、透水性能，有利于微生物活動;實部土壤透氣性差，有利于土壤腐殖化。
深松鏟上通過連接固定塊焊接有鋪設滲灌管的導管圓管，導管圓管上有用來固定施肥鏟的固定板，三者結合形成本文自主設計的深松、鋪管、施肥一體鏟，鋪管深度與施肥深度可調。深松鏟尖采用鑿形深松鏟尖，阻力小，不打亂耕作層，不破壞土壤團粒結構，有利于農作物的根系發育。鑿形鏟的寬度很窄，它利用鏟尖對土壤作用過程中產生的扇形松土區來保證松土寬度，對土壤的攪動比較少。
2 整機介紹
深松、深鋪滲灌管、施肥復合作業機主要包括機架、深松部分、鋪管部分和施肥部分，把這些部分按照設計的工作原理組合在一起，就構成了本文設計的機具，如圖 1 所示。根據不同的動力配套，每次作業可以完成的幅寬不一樣，鋪管行數也不一樣。根據不同的農業作業要求，也可以把施肥部分拆卸，單獨完成深松、鋪管作業。根據空間分布，本設計采用了前面兩行分布在兩側、后面一行在中間的方式。實際應用時，根據行數、管間距、空間分布狀況等，可合理選擇裝配位置，裝配后應保證各部件運動不發生干涉，動力分布合理。
3 工作原理
本設備主要由 4 部分組成，包括機架、土壤深松設備、鋪管機構和施肥機構。在深松的同時把滲灌管鋪到犁底層，同時完成一定深度的施肥作業。具體工作過程如下:在深松鏟上加裝引導滲灌管的導管圓管，在機架上加裝支撐滲灌管管盤的管盤支架;管盤支架用 U 型螺栓固定在機架上，固定位置可調，管盤安裝在管盤支架的管盤軸上，管盤軸上有限位孔，保證管盤不軸向移動。深松鏟入土前把滲灌管從固定在深松鏟上的導管圓管中穿出來，深松鏟入土前需要用手拉住或者把滲灌管固定，待入土鋪設一定長度后因土壤阻力而放開。在拖拉機牽引下深松鏟向前運動，滲灌管管盤在管盤支架的管盤軸上隨動旋轉，滲灌管源源不斷地鋪設到犁底層。施肥箱安裝在機架上的施肥箱支架上，高度要保證排肥通暢。地輪驅動部分用 U 型螺栓固定在機架上，通過錐齒輪傳動把地輪的動力傳遞到中間傳動軸，再通過中間傳動軸上的鏈輪、鏈條傳動，把動力傳遞到施肥箱動力輸入軸，帶動排肥器轉動。施肥鏟采用上部中空、下部帶有鏟尖的圓管，施肥鏟上設有固定板，固定板上有固定孔，用螺栓與導管圓管上的固定板連接固定，通過選用不同的固定孔可以調節施肥深度。
4 主要部件設計
該設備的主體部分包括機架﹑深松機構﹑施肥機構﹑鋪管機構及地輪傳動部分等。各部分的設計要滿足使用性能要求，保證安全可靠，機架要有足夠的剛度和強度，地輪傳動要平穩、連續等。機架截面形狀選擇多數機架常用的空心矩形截面，綜合剛性好。機架壁厚的選擇取決于剛度、強度、材料和尺寸等因素，在滿足要求的情況下盡量選擇最小壁厚，以減輕零件質量。
4． 1 機架的設計
機架必須保證足夠的剛度和強度，通過布置肋板可以提高機架的剛度和強度，使機架盡可能質量輕、成本低。機架的結構設計要合理，以便于其它零部件的安裝、調整與修理，并具有良好的抗震性和公益性。
機架截面形狀選擇常用的空心矩形截面，具有良好的綜合剛性。機架壁厚的選擇取決于其強度、剛度、材料和尺寸等，在滿足要求的條件下盡量選擇最小壁厚，以減輕質量。
4． 2 深松機構的設計
深松機構包括限位塊、深松鏟柄及深松鏟尖等。
根據前期滲灌管水分滲漏分布情況實驗結果可知:滲灌管鋪設深度在 35 ～ 40cm 之間時，可以滿足作物生長的水肥需要;工作時，犁架離地面距離 15cm 左右為宜。為滿足以上要求，并使鋪管深度具有一定調節范圍，參考中華人民共和國機械行業標準 JB/T9788 －1999。深松鏟柄設計如圖 2 所示。
圖 2 中，深松鏟長度 700cm，寬度 60cm，厚度25cm，鏟柄上有 6 個調節限位孔，開棱總高度 420mm，曲率半徑 284mm，深松鏟柄采用 65 錳鋼制造，技術條件參照 JB/T9788 － 1999 來執行。深松鏟尖選用 JB/T9788 － 1999 標準鑿形深松鏟。
4． 3 鋪管機構的設計
鋪管機構總體上分為管盤支架和鋪管導管兩部分。管盤支架主要是用來支撐管盤，保證管盤隨著鋪管的進行在管盤軸上旋轉，把滲灌管不斷地送入鋪管導管。為了把管盤支架固定在犁架上并使固定位置便于調節，管盤支架與犁架之間采用用 U 形螺栓固定。試驗表明，管盤軸采用旋轉軸時，會使管盤旋轉受慣性影響\\(旋轉過快\\)，不能與鋪管進程保持一致;采用固定軸時由于受管盤自重的限制，管盤自身在軸上的旋轉可以滿足要求。依據簡化設計的原則，管盤支架設計示意圖如圖 3 所示。鋪管導管用來把滲灌管導入地下進行鋪設，與深松鏟固定在一起，固定位置要滿足鋪設深度，不影響深松設備的安裝等要求。導管采用無縫鋼管彎曲而成，導管內徑以保證滲灌管順利通過為宜，導管壁厚3mm，材料選用耐磨鋼材。
4． 4 施肥機構的設計
施肥機構主要包括地輪部分、施肥箱及施肥鏟。地輪傳動部分首先通過錐齒輪傳動把地輪的轉動換向后傳遞到靠近施肥箱的中間傳動軸，再通過鏈輪傳動把動力從中間傳動軸傳遞到施肥箱動力輸入軸;施肥箱選用帶調節手柄的施肥箱，通過調節手柄能夠調節施肥量，施肥箱固定在施肥箱支架上。排肥器選用外槽輪式排肥器，影響排肥量的工作參數主要是輪長L 和轉速 n。施肥鏟為上部中空，下部帶有鏟尖的圓管，施肥鏟上設有固定板，固定板上有固定孔，用螺栓與鋪管圓管上的固定板連接固定，通過選用不同的固定孔可以調節施肥深度。
把深松鏟、鋪管導管、施肥鏟連接在一起就組成了深松鋪管施肥鏟，能同時完成深松、鋪管、施肥。深松鋪管施肥鏟如圖 4 所示。圖 4 中，連接固定塊要在保證連接可靠的同時不影響深松鏟的安裝，固定位置要保證通過調節深松鏟安裝孔的位置能使鋪管深度符合要求。
5 實驗數據分析
樣機以 3 行深松、鋪管、施肥進行田間試驗，鋪管深度 350mm，管間距 80cm，動力為 88． 2kW 拖拉機。
試驗結果表明:鋪管深度誤差在 5% 以內，管間距誤差小于 6% ;各行直線度好，鋪管精度高，施肥深度誤差小，施肥量精確，實現了深施肥及精量施肥;作業效率0． 2 ～ 0． 27hm2/ h。
6 結論
1\\)該設備主要適合大田與溫室作業，不留地頭，主要為鋪設滲灌管，稍加改造也可用于田間電纜的鋪設等。
2\\)鋪設滲灌管時每次轉向前要人工剪斷管子，轉向后開始鋪管之前要先固定管子的一端，有待進一步改進。3\\) 鋪管對行精度靠駕駛員水平決定。由于田間作業風沙大，駕駛員的駕駛水平及長時間枯燥乏味的跟蹤駕駛對開溝鋪管作業的直線度有很大影響。
4\\)作業過程中，如拖拉機有翹頭現象，可在拖拉機前橫梁上或前輪上加適當配重。
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