水稻苗期施肥機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

律凱 楊春才

[摘 要] 水稻傳統(tǒng)的施肥方式是人工撒施，存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率低等缺陷，嚴(yán)重制約了水稻生產(chǎn)機(jī)械化的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)水稻施肥機(jī)械化已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迫切需求。針對目前我國苗期水稻施肥存在的問題，本文設(shè)計(jì)了一種拋撒式水稻施肥機(jī)，并就其有關(guān)機(jī)理及施肥關(guān)鍵部件進(jìn)行了理論分析和試驗(yàn)研究。

[關(guān)鍵詞] 水稻 施肥機(jī) 撒肥甩盤

[中圖分類號] S511 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1003-1650 （2014）03-0187-01

在水稻生產(chǎn)過程中，水稻苗期追肥一般都在臨近分蘗至成熟階段進(jìn)行，此時(shí)水稻植株已很高，很難進(jìn)行側(cè)深施肥、深施肥等入土性施肥，只能采用表面施肥來進(jìn)行追肥。傳統(tǒng)的水稻追肥方式為人工撒施，勞動(dòng)強(qiáng)度大，施肥均勻性差，易導(dǎo)致同一區(qū)域水稻長勢參差不齊，影響水稻增產(chǎn)[1]。為了解決水稻苗期施肥的難題，本文設(shè)計(jì)了一種拋撒式水稻苗期施肥機(jī)，在一定程度上減輕了水稻追肥的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了追肥作業(yè)質(zhì)量。

一、拋撒式水稻苗期施肥機(jī)的設(shè)計(jì)

拋撒式水稻苗期施肥機(jī)主要由排肥機(jī)構(gòu)、施肥機(jī)構(gòu)、喂料斗、傳動(dòng)系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、電器設(shè)備和機(jī)架等組成，如圖1-1所示。該施肥機(jī)適用于顆粒肥料的撒施，比如常用的尿素、氮素、復(fù)合肥和專用肥等，粉末狀肥料由于自身的物料特性，易受田間環(huán)境因素影響，特別是風(fēng)，施肥機(jī)對粉末狀肥料的施肥效果比較差。

圖1 水稻苗期施肥機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

1.水田輪 2.鏈傳動(dòng)結(jié)構(gòu) 3.直流電動(dòng)機(jī) 4.機(jī)架 5.撒肥甩盤 6.肥箱 7.喂料斗8.排肥機(jī)構(gòu)9.蓄電池 10.扶手

拋撒式水稻苗期施肥機(jī)的工作原理：施肥機(jī)在人的牽引力作用下前進(jìn)，水田輪作為地輪通過兩級鏈輪傳動(dòng)為排肥器提供動(dòng)力，顆粒肥料從排肥器中排出落入喂料斗中，在喂料斗引導(dǎo)下進(jìn)入施肥機(jī)構(gòu)的喂入?yún)^(qū)，肥料顆粒在此獲得速度而被拋入空中作斜拋運(yùn)動(dòng)直至落入田間完成施肥過程。 從水稻的種植農(nóng)藝可知，水稻行距為30cm，在水稻的整個(gè)生長過程中，水稻最高株高一般在80～95cm，為了減輕水稻苗期追肥作業(yè)時(shí)對水稻植株的破壞，施肥機(jī)采用高地隙機(jī)架，機(jī)架由矩形鋼管焊接而成，行走系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式為三輪式，水田輪行走于水稻行間，兩后輪間距為1.2m，前輪位于兩后輪的中間線上。

施肥機(jī)構(gòu)的動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)提供，甩盤直接固定在電動(dòng)機(jī)輸出軸上，輸出軸根部裝一個(gè)推力軸承，以消除甩盤底面與電機(jī)上表面的摩擦。電動(dòng)機(jī)為直流電動(dòng)機(jī)，供電設(shè)備為蓄電池，由于田間環(huán)境比較復(fù)雜，電機(jī)轉(zhuǎn)速需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，因此要為電動(dòng)機(jī)裝上調(diào)速器。

二、施肥機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和工作原理

施肥機(jī)構(gòu)是水稻苗期施肥機(jī)的核心部件，也是整個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵，施肥機(jī)構(gòu)的工作性能決定著施肥的作業(yè)效果。通過查閱大量資料，分析現(xiàn)存施肥機(jī)械的特點(diǎn)，并借鑒旋轉(zhuǎn)錐盤式水稻拋秧機(jī)的結(jié)構(gòu)本文為水稻苗期施肥機(jī)的施肥機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)了一種撒肥甩盤，它由盤體、導(dǎo)軌和凸臺組成。

2.1撒肥甩盤盤體的參數(shù)設(shè)計(jì)

圖2 甩盤盤體示意圖

撒肥甩盤盤體部分近似為旋轉(zhuǎn)拋物面，它是由一條水平線段和拋物線組成的母線繞固定軸旋轉(zhuǎn)一周形成的。以水平線段為軸，固定軸為z軸建立直角坐標(biāo)系，如圖3-3所示，在此直角坐標(biāo)系中，盤體母線方程為

甩盤盤體的D1區(qū)域用于設(shè)置凸臺和喂入?yún)^(qū)，D2為甩盤頂端圓直徑，也稱為拋出直徑，H0為甩盤盤體的高度。D1、D2、和H0是甩盤的主要尺寸，它們會(huì)對肥料顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡產(chǎn)生極大影響，綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性等因素，設(shè)計(jì)時(shí)取D1=120mmD2=360mmH0=60mm。肥料顆粒喂入到D1區(qū)，在甩盤高速旋轉(zhuǎn)作用下，肥料顆粒沿拋物面運(yùn)動(dòng)到甩盤頂端D2區(qū)，此時(shí)肥料顆粒在水平方向和豎直方向上均有分速度，因此肥料顆粒脫離甩盤后將做斜拋運(yùn)動(dòng)。由物理學(xué)知識可知在同一高度，斜拋運(yùn)動(dòng)和平拋運(yùn)動(dòng)相比，肥料顆粒在空中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間更長，分布更均勻。

三、撒肥甩盤導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)離心式施肥機(jī)為了使肥料能順利從圓盤上拋出，一般會(huì)在圓盤上裝有2～4個(gè)葉片，葉片形狀有直線形和曲線形，葉片安裝方式有徑向式、前傾式和后傾式。撒肥甩盤為了能更好地使肥料顆粒拋出，采用的是漸開螺旋線導(dǎo)軌，導(dǎo)軌的軌跡線是漸開螺旋面與旋轉(zhuǎn)拋物面的交線。把一條沒有彈性的細(xì)繩繞在圓盤上，拉開繩子一端并將繩子拉直，使繩子與圓始終相切，此時(shí)繩子端點(diǎn)的軌跡稱為漸開線，該圓稱為漸開線的基圓設(shè)基圓圓心為O，半徑為R點(diǎn)是繩子未拉開時(shí)繩子端點(diǎn)的位置，取O點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，過O、A的直線為x軸，建立直角坐標(biāo)系，可以推出漸開線方程

撒肥甩盤導(dǎo)軌的斷面為三角形，導(dǎo)軌位于甩盤盤體內(nèi)側(cè)，共16條，與盤體做成一體。導(dǎo)軌的外側(cè)為肥料顆粒運(yùn)動(dòng)的一側(cè)，它與盤體的內(nèi)表面的夾角在80°120°之間，以利于肥料顆粒運(yùn)動(dòng)。在甩盤高速旋轉(zhuǎn)作用下，肥料顆粒依附在導(dǎo)軌外側(cè)面，沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)直至脫離甩盤完成施肥過程。

四、小結(jié)

本文在對國內(nèi)外大量有關(guān)文獻(xiàn)和研究成果的分析總結(jié)基礎(chǔ)上，針對目前我國水稻苗期施肥以人工拋撒為主，存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)效率低和施肥效果差的弊端，提出并設(shè)計(jì)了一種拋撒式水稻苗期施肥機(jī)。水稻苗期施肥機(jī)主要由排肥裝置、施肥裝置、電器設(shè)備、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、機(jī)架等組成，采用人工牽引方式前進(jìn)，水田輪行走于水稻行間，排肥裝置采用外槽輪式排肥器，施肥裝置為撒肥甩盤，電器設(shè)備主要有12V直流電動(dòng)機(jī)、12V免維護(hù)蓄電池、直流電機(jī)調(diào)速器等。本研究目前僅限于室內(nèi)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)，由于時(shí)間限制沒能進(jìn)行田間試驗(yàn)，因此后續(xù)研究中在條件允許的情況下，可以進(jìn)行田間試驗(yàn)研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 張李嫻.擺管式撒肥機(jī)的研究與設(shè)計(jì)[D].西北農(nóng)林科技大學(xué)，2011