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1、林果园开沟机研究现状0引言在林果园管理上，开沟深施肥是一项作业量大、劳动强度大的作业1。尤其是在经济林（油茶、茶园等）、果园（葡萄、柑桔等）的种植和管理过程中，开沟施肥是一个很重要的过程，对以后作物的产量、品质等都有着至关重要的作用2，而且我国林果园的株距、行距都比较小，林果园作业空间受到极大的限制，不利于大型机组的作业。如果小型开沟机研制成功，不仅能适应林果园的株架式栽培，小巧灵活，在南北方广泛适用，提高生产率，减轻劳动强度，而且能提高苗床质量，为植物的生长提供有利条件，并最终提高经济效益3。本文在分析我国林果园开沟施肥特点的基础上，分析了国内外各种开沟技术及其装备，总结了各种开沟机的特点，
2、在此基础上，提出了林果园开沟机械化进一步发展的参考对策和建议。1 我国林果业生产现状我国的丘陵山区林果种植面积很大，在不少地区，林果业已成为当地农民增效、农村发展的重要产业。某些地区的水果产品逐步成为促进区域经济发展的重要农产品。但是由于林果园生产环境的原因，林果园生产机械化水平较低，一方面林果园果树之间行距小以及树冠、柱桩等空间的限制，林果园管理机具的通过性受到了较大的影响4。另一方面，由于地貌地形的影响，在山地丘陵地区，机具的转移、行走受到了空间的限制。另外我国南方地区雨水阳光充足，林果园的植株低矮、种植密集，以致于北方研发生产的大型开沟机不适用于现有种植模式，无法在空间狭小的果园或温室、
3、丘陵茶园上开沟作业。北方生产小型开沟机开沟深度较浅，无法真正达到果园开沟施肥的农艺要求。我国果园面积和茶园面积分别为1.047x107 hm2 (1.57亿亩)、2.207x106 hmZ(3310.5万亩），而目前市场上开沟机多以浅耕为主，在林果园需要开深沟施肥的农艺要求下，要满足林果园开沟作业要求，关键在于发展动力性好、体型小巧、操作可靠、作业性能好的林果园开沟机，真正解决我国林果园深施肥开沟机具缺乏的问题。2 开沟机研究现状开沟机是一种挖掘沟渠的专用机械，主要应用于线缆铺设、管道、果园施肥开沟、农田水利建设、市政工程及军事工程等开沟作业。按照开沟部件的工作原理，国内外的开沟机类型都主要分
4、为铧式犁开沟机、旋转开沟机和链刀式开沟机；按动力大小分微型、中小型及大型开沟机，其中功率小于7.5 kW的为微型开沟机10。中小型开沟机主要应用于林果园、稻田等开沟，大型开沟机主要应用于线缆铺设、管道、市政工程、军事工程等的开沟作业。2.1国内开沟机研究现状2.1.1犁式开沟机犁式开沟机是历史最悠久的一种开沟机，按照动力可分为畜力犁和机力犁。犁式开沟机开沟部件属于从动型工作部件，在拖拉机牵引力的带动下对土壤进行“刨削”作业，南方系列犁开沟深度一般为1622 cm，沟宽2025 cm;北方系列犁沟深范围为18-30 cm沟宽范围是3035 cm。铧式犁开沟机适用于土壤硬度不是很大的轻质和中等土壤
5、，主要应用在水稻田、小麦田、油菜田等开沟播种11。张建辉、姜建辉12研制的3ZF-1.2型可调式葡萄振动深施机，其外形尺寸为150014201540(mm)，单行作业时开沟深度能达到50 cm。该机开沟部件是以深松铲为原型设计的开沟器，包括铲刀和铲柄部分。开沟器在配套的22 kW的小四轮拖拉机的牵引作用下进行开沟试验，试验表明单行作业开沟深度可达50 cm，双行作业开沟深度最大为35 cm。2.1.2旋转开沟机旋转开沟机是1950年代后期，随着拖拉机向大功率发展而得以迅速发展起来的均。旋转开沟机的开沟部件是以一定的转速绕着定轴旋转而进行开沟作业的，按照开沟部件的形式又可分为螺旋式开沟机、圆盘式
6、开沟机两种。(1)螺旋式开沟机立式螺旋开沟机集立铣、轴向提升、螺旋叶片惯性抛撒等原理于一体，使开沟过程中的切削、提升、抛撒一次完成14。国内学者对螺旋式开沟机的研究始于1980年代，螺旋式开沟机根据螺旋形状的不同可分为圆柱螺旋式和圆锥螺旋式两种。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15，提出了立式螺旋刀具应能连续切削，且在其切削长度上的切削角保持不变，螺旋叶片需满足“变导程”要求，叶片的几何形状须使被切下的土壤能沿着叶片轴向输送等结论，并试制出样机给农户进行使用，基本达到南方烂湿田地的作业要求。韩
7、永俊等人研究的1KL-100型立式锥螺旋开沟机，功率为80.9 kW，重量达到1040 kg，其外形尺寸为2166x2570x2000 (ram)的，该开沟机进行了田间试验，试验表明开沟宽度和深度分别达到340 mm与1000 mm沟壁平整，沟内残土少，满足了草炭开沟的技术要求，也能兼顾农田水利建设的需要。张汝坤吴福明等设计研究了一种1KS-22型双轴开沟机，其外形尺寸为14301450x1200(ram)，配套动力为36.7,-47.7 kW，开沟深度为150-300 mm，沟宽为280300 mm。该机采用双轴立式结构，两轴直接套接长短不一的刀杆，能对土壤进行上、下分段切抛，切抛土壤时产生
8、的力偶平衡，提高了机组作业的稳定性。试验表明该机行走直线性好，沟形整齐，满足农艺措施中对开沟机的要求。马爱丽、廖庆喜等08-191设计研究了一种双变距柱螺旋式果园开沟机，功率为8.8 kW。借助高速数字化土槽试验平台对螺旋开沟刀具进行了功能性试验，试验表明该机开沟宽度为300 mm，开沟深度达100-400 mm，开出的沟为矩形沟，沟壁平整。(2)圆盘式开沟机我国从1970年代开始对圆盘式开沟机进行研制，通过长时间的发展积累以及借鉴国外的经验，目前国内圆盘式开沟机技术相对成熟，尤其以正转旋耕圆盘式开沟机为主。该种类型开沟机的开沟部件是圆盘式结构，利用动力输出轴带动刀盘旋转切削土壤，该种类型的开
9、沟机的工作特点是碎土能力强，沟壁平整，且能抢农时、省农力，广泛应用于果园、菜地、稻田水耕及旱地播前整地。罗海峰等对现有小型东风-12型手扶拖拉机旋耕机进行改装，在旋耕刀轴中间加装一圆盘，圆盘上两侧各安装了左右弯刀，在刀盘后方还设置了一开沟铲，改装后对其进行了田间试验，结果表明该开沟机开出的沟沟深12-16 cm，沟宽24em左右，牵引功率为11.03 kW。张家清等针对大棚与果园深施肥的要求，研制了1KF-20型大棚果园开沟深施肥机。该开沟刀盘上的开沟刀采用仿生技术，模拟自然界穿山甲、蚂蚁等动物穿透力极强的挖土过程设计开沟刀盘。样机试验结果表明，该机能适应板结、沙石、硬质等各种不同土质条件果园
10、的深、浅开沟要求，并可根据深度需求进行调节，提高了农机具的使用率。(3)链刀式开沟机链刀式开沟机的开沟部件为带刀片的链条，刀齿切割土壤并随着链条的传动将其带至地面，再用螺旋输送器将土运至沟的一侧或两侧。链式开沟机整机结构简单、组装方便，所开沟沟壁整齐，沟底不留回土，沟深和沟宽易于调节。此类型开沟机可开挖窄而深的地下沟槽，主要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，也可用于果园、蔬菜园及其他农田环境开沟施肥、排水、灌溉。杨有刚、刘迎春26研究了一种适用于果园狭小作业空间的1KLQ-80链式开沟机。通过功率消耗和作业效率等作了理论分析，提出了同一时间切削土壤和输送土壤
11、的质量相等的条件下，确定链刀相对速度、工作部件倾角、链刀节距等基本参数和功率消耗。该机配套动力为11 kW，最大开沟深度和宽度分别为800 mm与650 mm，生产效率为125 m/h。刘百合、刘宝义联合开发研制了一种小型链刀式开沟机，可用于农田水利开沟铺管，林果园开沟施肥，开沟栽植树苗、山药、牛芬等作物，开沟埋设电线、电缆等作业。该机是拖拉机改装的变型产品，配套动力为8.82-22.05 kW（12-30马力）；工作速度为5-300 m/h；开沟深度为500-1200mm，开沟宽度200400mm。王京风、杨福增等针对果园开沟依靠人工、劳动强度大、效率低及小四轮、手扶拖拉机作业时通过性不好和
12、操作不便等问题，设计了一种与微型遥控机械配套的果园开沟机。该机为遥控作业，可节省劳动力，降低了高度，通过性好，并采用附加减速器的方法改变传动比，实现了行走与作业速度不同的需求。2.2国外开沟机研究现状国际上以发动机功率73.5 kW为界线，将开沟机分为小型开沟机和大型开沟机两大类。按开沟部件工作方式分为刀链式、轮盘式和岩石轮式，且大多都是以大功率、重机型为主，功耗大，体积也庞大，主要用于标准化果园、排水沟、电缆掩埋等。US DITCHER美国专门生产开沟机械的股份有限公司，在美国各地都有经销商，产品主要有DSL-35BH Hydraulic ditcher,wheel trenchersDRE
13、NAG等，Wheel trenchers DRENAG-50-70-100/120是一种圆盘式开沟机，刀片两两反向均匀地安装在一个圆盘上，开沟深度可以通过拖拉机的液压升降机构控制，最大开沟深度可达100em，其速度为0.4-1.6 km/h，功率达到68kW;“Dondi双轮旋转开沟机是通过以一定的角度安装在支撑架上的两个装有特殊刀片的刀轮旋转进行开沟工作，开出的是V型沟，开沟深度同样由液压升降机构控制，根据刀轮直径及两刀轮安装角度有10种型号，这些型号的开沟机功率均超过70kW。欧美有代表性的开沟机制造商还有Hur-ricane Ditcher（美国），Vermmer(美国)，Burkeen
14、，Trencor意大利泰斯美克开沟机等公司。欧美国家的开沟机功能多样，可以通过配置不同的工作装置实现一机多能。3 林果园开沟机发展的对策和建议目前为止，各种类型、各种用途的开沟机都在蓬勃发展，但果园开沟还是采用人工开沟的多，市场上使用的微耕机虽然碎土，但不能满足沟深与沟宽的要求，使用手扶拖拉机带动的开沟机进行开沟，由于机型比较大，不能满足其种植的空间环境特殊性。在美国等发达国家，收获机械、种植机械比较发达，因果园农业生产标准化程度高，更适合大型机械作业，没有专门用于狭小空间开沟施肥的机械，而且即使国内改变农艺要求，从国外进口机械，价格比较昂贵，不符合中国当代国情。3.1探索不同开沟方式的科学性
15、不同的开沟方式不仅影响开沟机的整体结构和操作者的劳动强度，还影响着开沟机的经济性。由于不同的林果园有着不同的开沟深度及宽度的要求，而不同开沟方式的开沟机有各自的适应性。建议根据农户的要求及林果园土壤的特点、开沟的要求等选择适宜的开沟方式。例如，对于土壤坚实度不大的轻质土壤和中等土壤，且开沟深度要求不高的林果园可以选择犁式开沟机：对于土壤较为粘重、含水率较高的林果园，可以选择立式螺旋式开沟机：对于土壤硬度比较大的、土壤中砂石含量多的林果园，可以采用圆盘式开沟机。3.2强调农机与农艺结合由于我国山地丘陵地区多，且林果园多分布在山地丘陵地区，独特的自然环境注定了林果种植的特殊性。山地丘陵地区地貌变化
16、多，各种各样的油茶、水果的种植模式不同，对开沟的农艺要求也不同，因此研究开发机具必须结合农艺要求，强调农机与农艺的结合。首先，研究设计的开沟机要能在林果园的空间灵活转移转弯，能在林树、果树下顺畅通过，所开出的沟能够满足林果树的沟深与沟宽农艺要求。其次，小巧与操纵灵活是林果园对机具的基本要求，研究设计开沟机需从人机工程的角度出发，在操纵灵活性与维护方便性上下功夫。再次，设计开沟机应要考虑降低功耗、对环境是否有污染，况且研究节能低耗无污染的农业装备是发展要求，符合林果业的可持续发展需要。3.3加强研究人员与农户、企业的合作开沟机的直接使用者是农户，生产制造者是企业。在研发设计开沟机具前，研究人员应积极与农户交流，了解他们需要什么样的机器：研究人员要大胆与企业合作，积极发掘企业技术人员的生产实际经验。加强高校研究人员的科学的理论研究与生产实践经验的结合是开发新产
