自走式小型玉米穴施肥機(jī)設(shè)計(jì)

周絳男 盧和文 高志龍 胡凱軒 錢建隆 萬禹

摘 要：本文針對(duì)現(xiàn)有玉米施肥機(jī)械在小農(nóng)、散戶種植模式下精準(zhǔn)施肥困難、過量施肥、濫施肥等問題，根據(jù)玉米株距及施肥量、施肥部位等農(nóng)藝要求，設(shè)計(jì)了自走式小型玉米穴施肥機(jī)。該施肥機(jī)采用轉(zhuǎn)速可控的槽輪機(jī)構(gòu)控制施肥量，通過鴨嘴出料口進(jìn)行土下施肥，實(shí)現(xiàn)了肥量可控的精準(zhǔn)施肥效果，對(duì)改善施肥效率、提高玉米產(chǎn)量具有重要意義。

關(guān)鍵詞：玉米;施肥機(jī)械;穴施肥機(jī)

中圖分類號(hào)：S224.21文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）19-0046-03

Abstract： In this paper， according to the problems of precision fertilization， excessive fertilization and excessive fertilization in the existing corn fertilization machinery under the small-scale farming and retail farming mode， according to the agronomic requirements of corn plant spacing， fertilization amount and fertilization position， a self-propelled small-scale corn hole fertilization machine was designed. The fertilizer amount is controlled by the groove wheel mechanism with controllable rotation speed， and the fertilizer is applied under the soil through the duckbill outlet. It is of great significance to improve fertilization efficiency and corn yield.

Keywords： corn;fertilizer applicator;hole fertilizer machine

隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展，在玉米施肥環(huán)節(jié)，機(jī)械施肥已經(jīng)取代人工施肥。目前，我國(guó)廣泛使用的玉米施肥機(jī)械是外槽輪式排肥器，依次通過排肥管、開溝器進(jìn)行條施肥[1]。條施肥的顯著特征就是進(jìn)行持續(xù)不間斷施肥，但會(huì)造成施肥過量，從而產(chǎn)生土壤板結(jié)、環(huán)境污染、資源浪費(fèi)等一系列負(fù)面影響。目前，穴施肥、變量施肥技術(shù)的應(yīng)用是提高施肥精準(zhǔn)度的關(guān)鍵[2]。我國(guó)學(xué)者對(duì)這兩個(gè)技術(shù)進(jìn)行了一系列研究，且取得了一定成效。例如，李文波等人設(shè)計(jì)了一種雙圓盤開溝穴施肥排肥器，主要由排肥器殼體、穴施肥輸肥管、清肥刀等構(gòu)成，具有開溝穴施肥質(zhì)量好、作業(yè)可靠的特點(diǎn)，可滿足穴播作物的穴施肥要求[3];鄧春巖等人設(shè)計(jì)了一種小型施肥器，主要由手柄、頂桿、頂桿限深盤、上下控料套、導(dǎo)管和背料包等組成，能在土壤中形成孔穴，將肥料直接輸送到作物根部，實(shí)現(xiàn)精確定量和定深的施肥目標(biāo)[4];韓光義與劉善臣研發(fā)了一種精密穴施肥排肥器，通過可移動(dòng)的插板定穴施肥[5];辛莉等通過外槽輪式排肥器實(shí)現(xiàn)穴施肥的效果，實(shí)現(xiàn)方式是通過不斷開關(guān)排肥閥門[6];胡紅研發(fā)了一種行間定點(diǎn)扎穴深施追肥機(jī)，效果良好[7]。以上研發(fā)的穴施肥裝置雖然提高了化肥利用率，但由于大多結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高、施肥效率有限，仍無法滿足實(shí)際的玉米生產(chǎn)農(nóng)藝要求，且大多處于樣機(jī)水平，普及率較低。

針對(duì)目前玉米施肥機(jī)械存在的問題，本文基于穴施肥理念設(shè)計(jì)了一種新型的小型玉米穴施肥機(jī)。

1 結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)

小型玉米穴施肥機(jī)主要由儲(chǔ)料箱、槽輪、輸肥管、滾動(dòng)圓筒、鴨嘴出料口、覆土器和電機(jī)等內(nèi)置驅(qū)動(dòng)裝置組成，如圖1所示。在設(shè)計(jì)該穴施肥機(jī)時(shí)，要保證其排肥穩(wěn)定，工作阻力小，施肥均勻，能適應(yīng)大多數(shù)玉米生長(zhǎng)土質(zhì)，工作效率較高，保證每人每畝施肥耗費(fèi)時(shí)間為30 min，充分滿足農(nóng)戶個(gè)人需求。

1.2 工作原理

進(jìn)行施肥作業(yè)時(shí)，同時(shí)對(duì)兩行玉米進(jìn)行定穴土下施肥。將化肥裝入儲(chǔ)料箱，啟動(dòng)槽輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)開關(guān)，根據(jù)預(yù)先計(jì)算的施肥量，通過專用調(diào)速器調(diào)節(jié)槽輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制施肥量。肥料經(jīng)過槽輪進(jìn)入輸肥管，經(jīng)輸肥管進(jìn)入滾動(dòng)圓筒，最后通過安裝在滾動(dòng)圓筒上的鴨嘴出料口進(jìn)入土層，完成施肥。在施肥行進(jìn)過程中，可選擇性啟動(dòng)兩滾動(dòng)圓筒之間的驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行助力。

2 關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)

2.1 鴨嘴出料口

根據(jù)玉米最佳施肥深度，鴨嘴出料口設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為12 cm，通過觸發(fā)裝置實(shí)現(xiàn)出入土自動(dòng)閉合功能，原理圖如圖2所示[8]。

鴨嘴出料口固定部分與圓筒外壁緊密連接;閉合部分控制鴨嘴出料口閉合，其與延伸出來的鋼軸為一體結(jié)構(gòu);鋼軸上的復(fù)位彈簧保證鋼軸未接觸觸發(fā)裝置之前鴨嘴出料口是閉合狀態(tài)，在鋼軸劃過觸發(fā)裝置之后使鴨嘴出料口重新回到閉合狀態(tài);觸發(fā)裝置與施肥機(jī)扶手相固定，不與滾動(dòng)圓筒同時(shí)運(yùn)動(dòng)，在扶手的調(diào)節(jié)下，始終保持接近垂直于地面的方向，其下端安裝有多個(gè)軸承，減少控制鴨嘴出料口的鋼軸與其接觸時(shí)的摩擦力。

2.2 槽輪機(jī)構(gòu)

槽輪機(jī)構(gòu)由排肥盒（儲(chǔ)料箱）、阻塞輪、擋圈、清肥軸、彈簧、排肥舌、外槽輪組成。在槽輪的轉(zhuǎn)動(dòng)下，可帶動(dòng)肥料向下輸送，為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控肥，在槽輪裝置的基礎(chǔ)上外置電機(jī)，電機(jī)為ZGB37RG微型直流減速電機(jī)，可調(diào)速、可反轉(zhuǎn)。同時(shí)，為電機(jī)安裝專用調(diào)速器、調(diào)節(jié)開關(guān)、正反轉(zhuǎn)開關(guān)，用來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速大小與方向，當(dāng)開關(guān)位于零位時(shí)，電機(jī)停轉(zhuǎn)。使用中可通過調(diào)節(jié)電位器旋鈕改變調(diào)速器占空比，進(jìn)而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到精準(zhǔn)控制槽輪轉(zhuǎn)速進(jìn)而控制施肥量的目的，槽輪裝置控制路線圖如圖3所示。

2.3 雙滾筒機(jī)構(gòu)

通過實(shí)地調(diào)研可知，玉米行間距多為60 cm左右。因此，采用雙滾筒機(jī)構(gòu)同時(shí)對(duì)兩行玉米進(jìn)行施肥。雙滾筒機(jī)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)分布如圖4、圖5所示。

在雙滾筒之間裝有載重箱（內(nèi)置驅(qū)動(dòng)電機(jī)及電源），以驅(qū)動(dòng)兩側(cè)滾動(dòng)圓筒行進(jìn)，行進(jìn)速度由調(diào)速器控制。滾動(dòng)圓筒圓周等距分布8個(gè)鴨嘴出料口，從而在行進(jìn)中配合槽輪裝置完成施肥。雙滾筒裝置的設(shè)計(jì)不僅可以實(shí)現(xiàn)鴨嘴出料口深入土壤，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施肥，而且大大提高了施肥效率。

3 結(jié)語

合理施肥對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)至關(guān)重要，穴施肥、變量施肥作為實(shí)現(xiàn)合理施肥的重要方法，已逐步成為玉米施肥機(jī)械研發(fā)創(chuàng)新的主要方向。本文針對(duì)小農(nóng)、散戶的玉米種植模式，基于穴施肥理念設(shè)計(jì)了一種新型小型玉米穴施肥機(jī)。該穴施肥機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、成本低廉、工作效率高等諸多優(yōu)點(diǎn)，且能在保證工作效率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施肥的要求，并解決了廣大農(nóng)民玉米施肥難、濫施肥的難題。

參考文獻(xiàn)：

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