排種式撒肥機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用試驗(yàn)

何興村　張魯云　鄭炫

摘要：根據(jù)我國目前農(nóng)田作業(yè)的實(shí)際現(xiàn)狀，研制開發(fā)了由地輪驅(qū)動(dòng)的排種式撒肥機(jī)。對(duì)該型撒肥機(jī)的撒肥量、撒肥幅寬、行走速度、工作效率實(shí)地測試，結(jié)果其各項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo)都達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，通過田間實(shí)地試驗(yàn)對(duì)存在的問題進(jìn)行了分析、研究，并對(duì)機(jī)具進(jìn)一步改進(jìn)、完善，充分發(fā)揮出撒肥機(jī)的優(yōu)良性能，從而為操作使用撒肥機(jī)提供了實(shí)際參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：撒肥機(jī)；施肥作業(yè)；數(shù)據(jù)分析；均勻度

中圖分類號(hào)： S224.21 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2015）03-0360-03

施肥可以調(diào)節(jié)耕作土壤性狀、物理性質(zhì)，成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中作物增產(chǎn)、增收的重要手段。合理施肥還可以改善農(nóng)業(yè)大氣環(huán)境、水環(huán)境和生物環(huán)境[1]。但是肥料施用工作量大，目前我國施肥方式仍十分落后，還以人工拋灑為主，采用人工施肥不僅工作效率低下、耗時(shí)、費(fèi)工且勞動(dòng)強(qiáng)度大，而各種肥料對(duì)人體健康還有一定損害。

肥料撒施機(jī)械具有作業(yè)效率高、撒肥均勻等優(yōu)點(diǎn)[2]，尤其在新疆兵團(tuán)和國營農(nóng)場等大面積作業(yè)區(qū)有著較為廣闊的應(yīng)用前景。為適應(yīng)大型農(nóng)場機(jī)械化施肥需要，新疆農(nóng)墾科學(xué)院機(jī)械裝備研究所進(jìn)行肥料撒施機(jī)研制工作，研制的地輪驅(qū)動(dòng)排種式撒肥機(jī)不需要額外動(dòng)力，結(jié)構(gòu)簡單、布局合理、輕便實(shí)用，非常適合于我國大田肥料撒播作業(yè)。

1 撒肥機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

新疆農(nóng)墾科學(xué)院機(jī)械裝備研究所研制的排種式撒肥機(jī)，可以精確播撒有機(jī)肥、復(fù)合肥、化肥等多種肥料[3]，本研究設(shè)制的撒肥機(jī)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為如圖1、圖2所示：左右2只長方體斗型肥箱，在肥箱后方兩側(cè)設(shè)置著行走地輪，前方為三角形牽引架；肥箱為整體焊接結(jié)構(gòu)，通過螺釘與機(jī)架框型構(gòu)架固定連接；肥箱下方設(shè)置傳動(dòng)軸，排肥盒通過銷軸與傳動(dòng)軸連接，兩端用螺釘與墊片固定；傳動(dòng)軸中間安裝傳動(dòng)齒輪，通過螺釘與傳動(dòng)軸連接；右側(cè)行走地輪上設(shè)置動(dòng)力輸出軸，通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸承和帶座軸承分別與地輪輪轂和機(jī)架連接，動(dòng)力輸出軸末端安裝離合器；離合器中間裝有撥叉，通過銷軸、彈簧、墊片和鎖緊螺母與傳動(dòng)軸連接，離合器上安裝有傳動(dòng)齒輪、手柄和傳動(dòng)鏈條，離合器手柄用螺釘固定在箱體支架上與撥叉相連接；在兩邊行走地輪的內(nèi)側(cè)設(shè)置踏板，供操作人員上下裝填肥料，維護(hù)設(shè)備。

1.2 工作原理

撒肥機(jī)可以由中小型拖拉機(jī)牽引運(yùn)輸拖動(dòng)，拖拉機(jī)通過牽引架牽引使地輪轉(zhuǎn)動(dòng)[4]，驅(qū)動(dòng)撒肥機(jī)移動(dòng)行走。在實(shí)施撒肥作業(yè)時(shí)拉動(dòng)離合器手柄，離合器處于連接狀態(tài)。動(dòng)力通過傳動(dòng)鏈條使傳動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)齒輪和傳動(dòng)軸用螺釘連接，傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，排肥盒中的排肥輪轉(zhuǎn)動(dòng)。肥箱中肥料通過排肥孔落入排肥輪的外槽孔中，排肥輪轉(zhuǎn)動(dòng)，外槽孔中的肥料顆粒均勻下落，落到撒肥板上肥料均勻散開，最后撒播在耕作土壤表面。排肥作業(yè)完成后拉動(dòng)離合器手柄，離合器處于斷開狀態(tài)，傳動(dòng)軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)，排肥盒停止排肥。排種式撒肥機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見表1。

2 主要工作部件設(shè)計(jì)

2.1 肥箱設(shè)計(jì)

肥箱的設(shè)計(jì)首先是容積的確定[1]，按照田間地塊的實(shí)際長度（一般為500 m）[5]，撒肥工作幅寬為5.2 m，以肥料中密度較小的顆粒尿素來計(jì)算，肥箱容積設(shè)計(jì)為1.5 m3（圖3），一箱肥料應(yīng)撒施500 m，可方便操作人員在地頭加料，避免拖拉機(jī)輪作業(yè)時(shí)走重復(fù)路線和對(duì)土壤的反復(fù)碾壓。肥箱下方錐面與水平面夾角為60°，大于化肥的休止角（33°～50°），確保肥料順利向下排出肥箱[6-7]。

肥箱用料為厚度1.5 mm薄鋼板，為漏斗型長方體整體焊合結(jié)構(gòu)，用螺釘固定連接在60 mm角鋼框架結(jié)構(gòu)上，具有耐腐蝕、堅(jiān)固輕便、容量大等特性。

2.2 排肥器設(shè)計(jì)

該型撒肥機(jī)排肥器的結(jié)構(gòu)如圖4所示，其工作原理和結(jié)構(gòu)與外槽輪式排種器相似，只是齒數(shù)減少，槽輪直徑加大，齒數(shù)減少槽間容量加大，有利于肥料排出[8]。排肥盒安裝在肥箱下面，肥料通過肥箱開口流入排肥杯排出。

在其他參數(shù)一定的情況下，改變槽輪直徑d必須相應(yīng)改變轉(zhuǎn)速n和槽輪工作長度l。排肥盒對(duì)槽輪直徑選擇范圍為4.5～5.5 cm，槽輪工作長度l根據(jù)最大播肥量因素選擇。最后選取排肥輪外徑為4.8 cm，槽輪長度為5.5 cm。外槽輪要有利于肥料充滿凹槽，同時(shí)還要便于排肥，不要卡滯。外槽輪齒數(shù)一般為5～8個(gè)，根據(jù)槽輪大小、肥料顆粒幾何尺寸和槽齒強(qiáng)度等因素最后確定齒數(shù)為6個(gè)。

2.3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

撒肥機(jī)采用地輪→動(dòng)力輸出軸→主動(dòng)齒輪→傳動(dòng)鏈條→從動(dòng)齒輪的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，如圖5所示。地輪與動(dòng)力輸出軸固定連接，主動(dòng)齒輪安裝于動(dòng)力輸出軸上，主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪之間由傳動(dòng)鏈條連接，從動(dòng)齒輪安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上。地輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)動(dòng)力輸出軸和主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)齒輪通過傳動(dòng)鏈條帶動(dòng)從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，排肥輪轉(zhuǎn)動(dòng)，開始排肥作業(yè)。

3 應(yīng)用驗(yàn)證

3.1 試驗(yàn)因素水平

肥料撒施機(jī)的重要性能指標(biāo)是撒施的均勻度[10]，本試驗(yàn)采用變異系數(shù)（CV），作為均勻度的判定指標(biāo)。變異系數(shù)可用來觀測變量波動(dòng)的幅度，由于它排除了平均值大小的影響，故便于用在不同參數(shù)間的比較。對(duì)于一般的田間施肥作業(yè)，變異系數(shù)正常情況下在15%～20%之間[11]，而對(duì)于地形平坦性較差的田間施肥，變異系數(shù)則可以放寬要求。變異系數(shù)越小的撒肥機(jī)，其施肥的均勻度越好，精度越高；反之，變異系數(shù)越大的其施肥均勻性越差，精度越低。在撒肥機(jī)的工作區(qū)域內(nèi)選取一些小區(qū)（30 cm×30 cm），測量在不同的車速下小區(qū)內(nèi)撒肥的質(zhì)量，并根據(jù)平均質(zhì)量的變異系數(shù)判斷撒肥的均勻度。

為確定各種因素對(duì)施肥效果的影響，選擇機(jī)具的前進(jìn)速度、撒肥量和排肥輪轉(zhuǎn)速為試驗(yàn)因素進(jìn)行正交試驗(yàn)，各因素水平如表2所示。

通過方差分析可知，機(jī)具前進(jìn)速度和排肥輪轉(zhuǎn)速對(duì)試驗(yàn)效果影響顯著，而撒肥量對(duì)試驗(yàn)效果影響非常顯著。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和實(shí)地測試可知，當(dāng)撒肥機(jī)前進(jìn)速度7 km/h、撒肥量675 kg/hm2、排肥輪轉(zhuǎn)速72 r/min時(shí)，撒肥均勻度、精確性達(dá)到最佳狀態(tài)。endprint

4 應(yīng)用與改進(jìn)

在實(shí)際使用過程中高速行進(jìn)時(shí)，傳動(dòng)鏈條帶動(dòng)從動(dòng)齒輪抖動(dòng)劇烈，而導(dǎo)致傳動(dòng)軸中間部位跳動(dòng)位移過大，造成從動(dòng)齒輪周圍的排肥盒過早損壞。根據(jù)實(shí)際使用情況，將動(dòng)力由單側(cè)地輪輸出改為由雙側(cè)地輪輸出，如圖6所示。

動(dòng)力經(jīng)雙側(cè)地輪輸出，通過鏈條傳動(dòng)更加平穩(wěn)，傳動(dòng)軸跳動(dòng)現(xiàn)象消失，排肥盒較少損壞，排肥過程更加流暢，施肥效果更均勻，取得了較好效果。

5 結(jié)論

排種式撒肥機(jī)撒肥幅寬5.2 m，理論生產(chǎn)率可以達(dá)到2～3 hm2/h，工作效率是人工撒肥的3～6倍，且價(jià)格低廉、操作簡單、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，是一種性能優(yōu)良的大田撒肥作業(yè)機(jī)械。

參考文獻(xiàn)：[HJ1.7mm]

[1]潘世強(qiáng)，梁文甲，溫越英，等. 地輪驅(qū)動(dòng)式農(nóng)家肥撒施機(jī)的研制[J]. 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，30（2）：229-231.

[2]張 睿，王 秀，孟志軍，等. 肥料拋撒機(jī)顆粒肥料拋撒運(yùn)動(dòng)分析[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，2012，34（4）：54-57.

[3]秦朝民，王序儉，劉君輝. 2SF-10離心式撒肥機(jī)[J]. 新疆農(nóng)機(jī)化，2004（2）：25-26.

[4]王 巍，張建軍，李 波. FQJ系列前置式撒肥機(jī)的研制[J]. 新疆農(nóng)機(jī)化，2009（4）：9，41.

[5]宋衛(wèi)堂，封 俊，劉亞佳. 地輪驅(qū)動(dòng)離心式化肥撒布機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2002，33（1）：39-42.

[6]趙學(xué)篤. 農(nóng)業(yè)物料學(xué)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987：67-72.

[7]李 波. 有機(jī)肥撒施機(jī)肥箱的仿真分析與試驗(yàn)研究[D]. 長春：吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)，2006.

[8]王兵利，朱瑞祥. 車載式施肥機(jī)施撒裝置系統(tǒng)的研究[J]. 楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，9（1）：4-7.

[9]臺(tái)沭云，苑介娥，劉祥忠.傾斜外槽輪上排種式排種器的設(shè)計(jì)[J]. 中國農(nóng)機(jī)化，2003（4）：34-35.

[10]蔣義然，王新旺，劉瑞靜. 施肥幅寬對(duì)圓盤式變量撒肥機(jī)施肥一致性的影響[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（23）：11923-11925.

[11]Sogaard H T，Kierkegaard P. Yield reduction resulting from uneven fertilizer distribution[J]. Trans of ASAE，1994，37（6）：1749-1752.endprint