辣椒起垄覆膜机的设计与试验研究

发布时间：2020-02-24

　　摘要:针对西北地区秋辣椒种植现有机具的不足，结合农机标准及辣椒种植农艺要求，研究设计了一款集起垄、开沟、施肥、铺滴灌带、喷药及覆膜覆土等多功能的一体机。采用理论设计与试验相结合的方法，对其关键部件的作业性能进行田间试验，结果表明:机具的起垄、施肥及覆膜覆土性能均满足农艺要求;将人工作业、机械作业及人工不起垄、不覆膜作业经济效益进行对比，机械作业相对于人工作业和人工不起垄、不覆膜作业的经济效益分别提高了26.8%和84.2%，大大降低了人工的劳动强度，经济效益和社会效益显著。.

　　关键词:辣椒;起垄;施肥;覆膜

　　0引言

　　辣椒原产于南美洲热带地区，明末传入我国，其用途广泛，不仅可以鲜食，同时还是重要的天然色素、制药原料和其它工业原料。辣椒深受人民喜食，传统工艺有辣椒粉、辣椒油、辣椒酱等，食用辣椒具有增加食欲、保持人体生理机能、增强人体抗体等功能[1]。

　　我国辣椒栽培方式多样、种植面积广泛，栽培方式包括日光温室、塑料大棚、小拱棚、田间套作、地膜覆盖等，陕西、山西、四川、河南、河北、贵州、湖南等省都是著名的辣椒种植带[2]。我国辣椒种植面积约为133万hm2，仅次于印度[3]，年产量占世界总产量的50%以上，位居世界第一。年产干辣椒约25万t，年产鲜辣椒约2700万t，日本、韩国、墨西哥是我国辣椒的主要进口国[4]。我国干辣椒出口量占世界干辣椒出口量的20%左右，其中陕西省的线辣椒是我国的主要出口产品。

　　为了保证线辣椒的常年供应，近几年陕西省的辣椒种植方式由原来的露天种植转变为地膜覆盖。传统的地膜覆盖需进行旋耕整地、人工起垄、施底肥、杀虫卵、杀菌、人工覆膜、中耕浇水施肥及病虫害防治等作业[5-6]。目前，除旋耕整地可以机械化作业外，其余均需人工多次反复作业，导致辣椒种植生产效率低、人工作业强度大、作业质量低，而引进的玉米、马铃薯起垄覆膜机不能与辣椒种植农艺相融合。针对以上问题，陕西省农业机械研究所组织科研人员进行技术攻关，设计了集起垄、施肥、铺滴灌带、喷药、覆膜覆土于一体的联合作业机，可实现两垄四行作业，且垄距可调。

　　1辣椒农艺要求及覆膜特点

　　1.1农艺要求

　　辣椒平畦培土、沟栽等不利于根系生长扩展，容易伤根，一般采用起垄定植。垄形一般采用仿梯形(见图1)，根据土地肥力可分为:肥力较高时，垄宽90cm，一垄双行，宽行距57cm，窄行距33cm;肥力中等时，垄宽85cm，一垄两行，宽行距52cm，窄行距33cm;垄高25～30cm[7]。

　　辣椒垄形结构如图1所示。其中，H为垄高;D为行距;K为垄底宽;F为垄宽。

　　1.2覆膜特点

　　根据农艺要求，辣椒覆膜膜厚为0.008mm;根据垄宽、垄高不同，膜宽为900～1100mm。机械化起垄覆膜要垄形规范，膜的采光宽度、展平度，膜边覆土宽度和厚度、地膜纵向拉伸率、采光面机械损伤破损程度均要符合要求。

　　2整机方案设计.

　　2.1总体结构设计

　　辣椒起垄覆膜机[8]主要包括悬挂装置、施肥机构、开沟机构、铺滴灌带装置、喷药机构、覆膜机构及覆土机构等，如图2所示。

　　2.2结构原理

　　本机与轮式拖拉机通过悬挂装置连接，机具由拖拉机牵引前行，起垄装置通过左右两侧起垄板将旋耕整平后的土壤起垄，上盖板将多余的土壤刮掉定型。施肥机构通过七字直流减速电机带动排肥轴的旋转，排肥轴的排肥口处安装有外排肥槽，外排肥槽将肥料箱中的肥料强制排入下肥管;直流电机调速器控制七字直流调速电机的转速调节下肥速度，下肥口调节开关通过调节外槽排肥宽度控制下肥量，双重调节增加了肥料调节量的范围，肥料经过排肥管落入开沟机构开好的沟槽中。滴灌带放置在滴灌带架上，穿过滴灌带导向机构，保证滴灌带平整不扭曲。喷药机构药箱的药液通过喷雾泵增压流入三通变径阀门开关，一路经软管流入下一阀门，一路经扇形喷雾嘴喷出，喷出角度为120°～160°，确保药液覆盖整个垄面。覆膜机构包括展膜轮和展膜架，通过覆土盘将地膜两侧的土覆盖于膜边。本机所有的机构或装置均通过U型卡和螺栓与机架连接，方便调节种植行距。

　　2.3主要技术参数主要技术参数如表1所示

　　3、关键部件的设计

　　3.1施肥装置

　　3.1.1施肥装置的结构设计

　　根据农艺要求，辣椒在定植前15天开始整地起垄，每667m2撒施5000～7500kg优质腐熟有机肥[9]，沟施50kg～60kg复合肥。结合辣椒施肥原理[10-11]，本机(见图3)采用直流电机调速与手动控制外排肥槽宽度相结合的方法，分别控制下肥速度和排肥口的下肥量，用户可根据地块实际情况调节施肥量[12-13];同时，外排肥槽通过直流电机强制排肥，肥箱内设有螺旋搅拌器对肥料进行破拱，有效防止了漏施现象。

　　3.2起垄装置

　　起垄装置主要由两侧呈对称分布的侧板和上盖板组成，如图4所示。起垄装置作业时，起垄两侧板需将旋耕整平后的土壤从垄沟推到垄面，再由上盖板将多余的土壤刮平[14]。

　　3.2.1起垄侧板

　　为保证垄床截面呈等腰梯形且垄宽可调，起垄侧板由固定侧板和活动侧板组成，通过合页连接，固定侧板起推土作用，活动侧板起定型作用。起垄侧板的主要参数[15]包括固定侧板倾角γ、活动侧板倾角δ(见图4)和起垄侧板高度h(见图5)。

　　固定侧板倾角γ和活动侧板倾角δ的确定:根据试验区辣椒种植农艺的要求，计算出横截面等腰梯形的底角约为37°左右，试验区土壤性质为沙壤土，考虑到土壤自然滑落因素，实际的起垄侧板倾角均应大于理论值。根据田间反复试验测定，固定侧板倾角γ约为67°，活动侧板倾角δ约为56°。起垄侧板高度h主要由固定垄床高度H决定。根据辣椒种植农艺要求，H的取值范围为25～30cm，h应该满足H<30

　　3.2.2上盖板

　　起垄作业时，上盖板(见图6)可将垄顶部多余的土壤刮掉，同时配合起垄侧板可以使整个垄形固定[17]。上盖板主要由固定盖板和活动盖板两部分组成，固定盖板与固定侧板焊接在一起，同时与机架通过螺栓连接;活动盖板与固定盖板通过合页连接，与活动侧板通过螺栓连接，活动侧板和活动盖板可以对垄宽进行微调。上盖板的宽度主要取决于垄底宽度，约为70cm。

　　3.3覆膜覆土机构

　　3.3.1覆膜覆土机构的结构原理

　　覆膜覆土机构主要由机架、展膜轮、压膜轮及覆土盘组成，如图7所示。覆土前，首先要将地膜和滴灌带拉出至压膜轮的后方用土压紧压平;打开喷药阀门，随着拖拉机的前行，展膜轮绕其轴心旋转自动将地膜展开，压膜轮将地膜与整个垄面贴合，覆土盘将地膜两侧的土覆盖于膜边。滴灌带导向机构、喷药机构及覆膜机构均与机架通过U型卡和螺栓连接，配合垄距调节。

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　　4田间性能试验

　　4.1田间性能试验条件及结果

　　试验地点选在陕西省榆林市靖边县秋季辣椒种植基地，试验田为机耕整平，土壤性质为沙壤土。试验采用可回收聚氯乙烯薄膜，厚度0.008mm，种植品种为牛角王。根据陕北秋季辣椒种植的农艺要求，调节垄宽90cm，垄高25cm，一垄双行，宽行距57cm。试验田的含水率14.6%，土壤坚实度140kPa。试验结果如表2～表4所示。

　　试验结果表明:辣椒起垄覆膜机的垄宽、垄高符合农艺要求，施肥和覆膜符合性能符合JB/T7732-2006《铺膜播种机》的要求。

　　4.2人工作业与机械作业对比

　　机械化辣椒起垄覆膜机与人工作业相比，提高了作业效率，减少了中期水肥管理的次数，增加了辣椒的单位产量，降低了劳动强度，实现了农民致富增收，如表5所示。

　　5结论

　　1)根据农机标准并结合农艺要求，对辣椒起垄覆膜机的关键部件进行了结构设计，研制了集起垄、开沟、施肥、铺滴灌带、喷药及覆膜覆土等多功能的一体机。田间性能试验结果表明，该机的起垄、施肥、覆膜覆土均满足辣椒种植的农艺要求。

　　2)将人工起垄铺膜、机械起垄铺膜及不起垄铺膜的产量和成本进行核算，从经济效益来看，机械作业相对于人工作业经济效益提高了26.8%，机械作业相对于人工不起垄铺膜作业经济效益提高了84.2%，实现了农民致富增收。