摘要：施肥是葡萄种植过程的重要环节，针对新疆葡萄搭棚种植的模式，利用盘刀开沟方法，设计了开沟、施肥和覆土埋沟一次完成的葡萄开沟施肥机具，施肥深度可以根据要求进行调整，开沟刀盘侧置，可以满足开沟施肥与葡萄根茎之间距离较小的要求。通过田间试验表明，机具可以与40.4 kW的拖拉机配套行走在搭棚种植的葡萄地中施肥作业，在作业速度为30 m/min时，施肥深度40 cm，施肥装置无堵塞现象，覆土起垄均匀，达到了葡萄种植结果期的施肥要求。
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关键词 ：葡萄；2FPG - 40型施肥机；开沟；施肥
新疆是我国葡萄种植的主要地区，葡萄种植普遍采用矮、密的种植模式，行距为3.0 ~ 3.5 m，种植株数280 ~ 300株/667 m2，一些地区葡萄种植采用搭棚种植的方法，棚高1.7 ~ 2.0 m。在施肥环节，普遍采用滴灌技术，将肥料溶解在水中进行滴灌施肥，但是在春季葡萄上架、秋季收获前期或入冬埋藤时，需要对葡萄施有机肥，这些有机肥不能溶解在水中进行滴施，必须采用开沟或挖坑施肥的方法。不同生长期的葡萄开沟或挖坑施肥的深度不同，定制当年的葡萄在距葡萄根茎20 ~ 30 cm处挖10 cm深进行施肥，进入结果期的葡萄一般在距葡萄根茎50 cm处挖40 cm深进行施肥[1-3]。
葡萄搭棚种植使得体积较大的大马力拖拉机不能进入葡萄地中，只有40.4 kW以内的拖拉机在去掉驾驶棚后可以行使在葡萄地中。因此，在研制葡萄施肥机具时，必须同时兼顾施肥机具配套拖拉机动力、距根茎距离和深度。为此，新疆农垦科学院机械装备研究所利用盘刀侧置开沟方法研制了2FPG - 40型开沟施肥机，该施肥机集刀盘开沟、施肥铲撒肥入沟和沟上覆土起垄于一体，开沟深度和施肥量可以调整，满足了葡萄种植施肥的农艺要求。
1 整机结构和工作原理
2FPG - 40型葡萄开沟施肥机主要由传动齿轮箱、机架、开沟刀盘、施肥铲、覆土挡板、驱动调位滚筒、肥箱、传动螺旋等组成，整机结构如图1所示。
2FPG - 40型葡萄开沟施肥机由拖拉机后三点悬挂牵引，拖拉机动力输出轴与传动齿轮箱之间由万向传动轴连接，经过齿轮箱内1对锥齿轮改变传动方向和1对直齿轮减速，将动力传动到开沟刀盘，传动齿轮箱传动原理如图2所示。作业时，机具在悬起状态下由拖拉机动力输出轴驱动开沟刀盘转动，开沟刀盘在机具前进方向逆时针旋转，机具被放下的同时向前行走，直到驱动调位滚筒与地面接触，达到最大开沟深度；驱动调位滚筒与地面接触后开始转动，通过链条传动驱动肥箱内的传动螺旋转动，将肥箱中的肥料向施肥铲上方的排肥口推动，使肥料不断的从排肥口落入施肥铲，施入沟底；最后固定在施肥铲后方的覆土挡板将沟两侧的土壤推入沟中，并形成土垄，完成开沟施肥[4]。可以通过调整驱动调位滚筒上的调位拉杆的位置，改变滚筒相对刀盘的高度来改变开沟深度；通过调整固定在肥箱排肥口下端插板的位置，改变排肥口的开度，来调整施肥量[5]。
3 关键部件结构参数的选择
3.1 开沟刀盘的结构参数
开沟刀盘的结构尺寸直接影响着开沟深度和整机性能，开沟刀盘在将土壤抛出的同时会有土壤回流入沟内，造成施肥深度小于开沟深度，为了减少土壤回流量，在开沟刀盘每侧的内部安装2把刀片，将回流的土壤不断的再次甩出沟内，同时刀盘的回转半径大于最大施肥深度2 cm，使最大开沟深度大于最大施肥深度。开沟刀盘每侧均匀安装开沟刀片18把，两侧刀片交错布置，以提高刀盘的受力强度，为了提高机具零件的通用型，刀片选用市面上常见的旋耕机刀片。
3.2 施肥铲的结构参数
在施肥前，施肥铲将沟底的松散土壤清理开，然后将肥料撒入沟中。为了避免地面不平整造成的施肥铲与沟底和沟两侧硬质土壤接触，增大拖拉机牵引阻力，施肥铲最下端比开沟深度高2.0 cm，施肥铲下端入沟部分的宽度比开沟宽度小1.5 cm。为了避免施肥铲下端在施肥时发生堵塞，施肥铲下端设计成倾斜结构[6]。
3.3 驱动调位滚筒的结构参数
驱动调位滚筒起到支撑整机重量和向肥箱内传动螺旋提供动力的作用。因为开沟刀盘侧置，同时传动螺旋将肥箱中的肥料向施肥铲一侧推动，机具重心向施肥铲和开沟刀盘一侧偏移，造成机具不平衡，作业时会发生倾斜。为了减少倾斜的发生，将驱动调位滚筒放在机具中间位置对称布置，在结构允许的情况下，驱动调位滚筒的宽度尽可能的取较大，该机驱动调位滚筒宽度为40 cm。为了满足不同施肥深度的要求，可以调整调位拉杆的位置改变滚筒相对刀盘的高度，可开沟深度为25 cm、31 cm、35 cm和42 cm。
4 田间试验
2014年7月，样机在八师一四五团葡萄种植基地进行田间作业试验，试验用配套动力为雷沃欧豹554型拖拉机，拖拉机去掉驾驶棚。
4.1 试验基本情况
葡萄地种植4年，已进入结果期，行距3 m，株距1 m，采用搭棚种植，棚高1.7 m，每行长50 m，土壤干燥，地面平整，杂草较少。对葡萄施以氮、钾肥，肥料呈颗粒状，要求在距葡萄根茎50 cm处40 cm深施肥，每行施肥35 ~ 40 kg。
试验时，采用不同的行驶速度进行作业，对开沟深度、施肥深度进行测量，并观察覆土质量，以及整机平衡性、施肥系统是否有堵塞和土壤抛出飞溅情况。
4.2 试验结果
试验结果表明，随着作业速度的提高，开沟深度变浅，当作业速度为30 m/min时，开沟深度40.7 cm，施肥深度39.8 cm，能满足施肥要求；当作业速度为35 m/min时，开沟深度38.7 cm，施肥深度38.1 cm（表1），达不到施肥深度要求。施肥深度小于开沟深度是因为开沟刀盘在将土壤抛出后，开沟刀盘周围的挡土板将抛出的土壤挡住落在沟两侧，形成回土流，在施肥铲未施肥前已落入沟中，同时开沟刀盘抛出的土壤沿着刀盘护罩内部甩向施肥铲，一部分土壤在肥料未落下前先落入沟底，造成施肥深度小于开沟深度。因此，机具在要求施肥深度为40 cm时，最大作业速度是30 m/min。覆土挡板将沟两侧的土壤推入沟中，并形成较为一致的土垄，土垄形状不受作业速度的影响。整机较为平稳，未发生明显的倾斜，倾斜的原因是随着肥箱中肥料不断施入沟中，机具重量减轻，侧置的开沟刀盘为克服土壤阻力，将机具一侧顶起，造成机具发生倾斜。肥箱排肥口和施肥铲未发生堵塞现象。开沟刀盘周围的挡土板将刀盘抛出的土壤挡住，未发生远距离抛洒飞溅。
5 分析评价
（1）机具结构特点。开沟刀盘侧置，刀盘可以与牵引拖拉机后轮对齐，这样就可以使刀盘接近葡萄根茎，满足开沟与葡萄根茎小距离的要求；施肥铲采用靴式结构，在清理沟底松散土壤和施肥的同时，减小了施肥铲与土壤的接触阻力；驱动调位滚筒作为整机重量的支撑部件，较宽的尺寸增大了滚筒与地面的接触面，提高了机具的平衡稳定性；驱动调位滚筒通过链条传动向肥箱内传动螺旋提供动力，传动螺旋将肥料推向排肥口，保证肥料不断的从排肥口落入施肥铲中，简化了传动结构；机具可以与40.4 kW的拖拉机配套作业，满足了新疆葡萄的种植模式要求。（2）作业性能。通过田间作业试验，该机的开沟和施肥深度、覆土质量达到了技术要求，对于不同土壤的葡萄地，可以通过调整作业速度和开沟刀盘转速达到较理想的施肥深度。（3）使用可靠性。试验过程中，机具未发生施肥堵塞现象；受开沟刀盘侧置的影响，机具在肥箱中肥料较少的情况下发生较小的倾斜现象，但未影响开沟和施肥质量；传动齿轮箱未发生故障，开沟刀盘上刀片未发生变形。（4）应用前景。目前，新疆仅酿酒葡萄种植面积超过4万hm2，位居全国第1，葡萄种植面积逐年扩大。随着葡萄种植面积的扩大，劳动力成本的提高，葡萄种植机械化水平将不断提升，同时，对2FPG - 40型葡萄开沟施肥机稍加改进，即可用于红枣、苹果、梨种植的施肥，因此，葡萄开沟施肥机具有广阔的应用前景。
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参考文献
[1]张建成，郑叶辉，张连正.葡萄施肥技术[J].中国农技推广，2005（5）：38-39.
[2]刘启春.葡萄施肥与病虫害防治技术[J].现代农业科技，2013（15）：124-125.
[3]成池芳，董新平.新疆石河子产区酿酒葡萄种植生态条件分析[J].中外葡萄与葡萄酒，2009（7）：78-79.
[4]李亚雄.开沟施肥机[P].中国：ZL201320628736.4，2014-03-12.
[5]陈志，华国柱，李树君.农业机械设计手册（上册）[M].北京：中国农业科学技术出版社，2007.
[6]刘洋.一种适用于开沟施肥机的排肥装置[P].中国：ZL201420362285.9，2014-11-12.