固體有機(jī)肥撒肥機(jī)設(shè)計(jì)

李正仁

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院 牡丹江分院，黑龍江 牡丹江 157000)

0 引言

我國(guó)對(duì)黑土地保護(hù)越來(lái)越重視，在2017年中共中央國(guó)務(wù)院發(fā)布了《關(guān)于加強(qiáng)耕地保護(hù)和改進(jìn)占補(bǔ)平衡的意見(jiàn)》[1]。2021年4月農(nóng)業(yè)部、國(guó)家發(fā)改委、財(cái)政部、國(guó)土部、環(huán)保部、水利部6部委聯(lián)合印發(fā)《東北黑土地保護(hù)規(guī)劃綱要(2017—2030年)》[2]，提出了擴(kuò)大有機(jī)肥施用，尤其要利用畜禽廢棄物，增加土壤養(yǎng)分及有益菌群數(shù)量，促進(jìn)土壤養(yǎng)分釋放利用，推行保護(hù)性耕作。

施肥是為植物提供所需養(yǎng)分，并保持和提高土壤肥力的農(nóng)業(yè)技術(shù)措施。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，土壤施肥是一個(gè)必不可少過(guò)程。

最早的施肥方式是人工施肥，人工施肥可以保證施肥均勻、可控性好，達(dá)到精準(zhǔn)施肥目的，但是勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低。隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，市場(chǎng)上出現(xiàn)了自動(dòng)撒肥車[3]，現(xiàn)有撒肥車一般是由拖拉機(jī)帶動(dòng)其工作，通過(guò)多組萬(wàn)向節(jié)將動(dòng)力傳到撒肥機(jī)構(gòu)，進(jìn)行撒肥作業(yè)，能夠極大地節(jié)約勞動(dòng)力、提高生產(chǎn)效率。但是，撒肥車的傳動(dòng)軸大多是采用通軸，由輸入端鏈輪帶動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)速比不穩(wěn)定，降低了使用壽命、傳動(dòng)軸易變形，而且撒肥車車架直接焊接在一起，當(dāng)肥料需要轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)快速卸料，增加工作成本、降低工作效率。

針對(duì)以上問(wèn)題，研制一種固體有機(jī)肥撒肥機(jī)，該機(jī)能夠在完成肥料拋撒的同時(shí)，對(duì)肥料進(jìn)行破碎，使肥料拋撒更均勻、更細(xì)碎，保持準(zhǔn)確的傳動(dòng)比，傳動(dòng)速比穩(wěn)定，肥料需要轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)，可以一次性快速卸料。具有結(jié)構(gòu)新穎、合理、簡(jiǎn)單、作業(yè)故障少、作業(yè)效率高、作業(yè)質(zhì)量好的特點(diǎn)。

1 總體結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1 總體結(jié)構(gòu)

如圖1所示，固體有機(jī)肥撒肥機(jī)主要包括牽引機(jī)架、固定板、機(jī)架總成、箱板總成、液壓桿、轉(zhuǎn)板銷、地輪、拋撒輥總成等。

1.2 主要技術(shù)參數(shù)

箱體長(zhǎng)度：4 100 mm；

箱體寬度：1 500 mm；

箱體高度：1 300 mm；

配套動(dòng)力：73.55 kW(100馬力) ；

載重量：8 000 kg；

最大容積：8 m3；

施肥量：7 500～15 000 kg·hm-2。

1.3 工作原理

撒肥機(jī)與73.55 kW(100馬力)以上的拖拉機(jī)配套使用。機(jī)組工作時(shí)，首先將固體有機(jī)肥運(yùn)裝到撒肥機(jī)箱體內(nèi)部，將箱體后尾板向上折疊并用螺栓固定，方便撒肥作業(yè)，啟動(dòng)拖拉機(jī)，撒肥機(jī)的動(dòng)力由拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸提供，通過(guò)萬(wàn)向節(jié)將動(dòng)力傳到撒肥機(jī)各傳動(dòng)部件，刮板總成以傳送帶方式工作，刮板總成不斷將肥料向箱體末端運(yùn)送，直到與拋撒輥接觸，拋撒輥將塊狀肥料打碎，均勻拋撒出去，從而完成撒肥過(guò)程。

當(dāng)肥料需要轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)，可以一次性快速卸料，不需要使用轉(zhuǎn)運(yùn)車輛，一機(jī)多用，提高工作效率，降低人工費(fèi)用，節(jié)省勞動(dòng)力。

2 動(dòng)力傳遞系統(tǒng)設(shè)計(jì)

如圖2所示，動(dòng)力傳遞系統(tǒng)主要包括動(dòng)力輸入軸、上鏈輪、下鏈輪 、傳動(dòng)軸 、雙鏈輪、萬(wàn)向節(jié)、箱體、拋撒輥總成 、變速箱 、異形鏈輪軸、異形鏈輪和刮板總成等。撒肥機(jī)工作時(shí)，拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸為撒肥機(jī)提供動(dòng)力，通過(guò)萬(wàn)向節(jié)將動(dòng)力傳到撒肥機(jī)輸入軸，輸入軸固定安裝在機(jī)架總成上，上鏈輪固定在輸入軸上，上鏈輪通過(guò)鏈條將動(dòng)力傳給下鏈輪，下鏈輪帶動(dòng)下方傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，下傳動(dòng)軸分兩段，兩段傳動(dòng)軸之間通過(guò)雙排鏈連接，傳動(dòng)軸通過(guò)萬(wàn)向節(jié)帶動(dòng)箱體轉(zhuǎn)動(dòng)、換向，箱體帶動(dòng)拋撒輥總成轉(zhuǎn)動(dòng)，箱體與拋撒輥總成通過(guò)雙排鏈連接，拋撒輥總成帶動(dòng)變速箱工作，經(jīng)變速箱變速后，帶動(dòng)異形鏈輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，異形鏈輪軸帶動(dòng)異形鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，異形鏈輪通過(guò)鏈條帶動(dòng)整個(gè)刮板總成工作，刮板總成不斷將肥料運(yùn)送到箱體末端，拋撒輥總成能夠?qū)K狀肥料打碎，均勻的拋撒出去，從而完成撒肥過(guò)程。

1.動(dòng)力輸入軸；2.上鏈輪；3.下鏈輪；4.傳動(dòng)軸；5.雙鏈輪；6.萬(wàn)向節(jié)；7.箱體；8.拋撒輥總成；9.變速箱；10.異形鏈輪軸；11.異形鏈輪；12.刮板總成圖2 動(dòng)力傳動(dòng)示意圖

3 主要工作部件設(shè)計(jì)

3.1 箱板設(shè)計(jì)

如圖3所示，根據(jù)該機(jī)正常工作時(shí)的撒肥速度設(shè)計(jì)箱板，與撒肥速度相匹配，保證固體有機(jī)肥輸送的連續(xù)性，便于固體有機(jī)肥快速裝卸，設(shè)計(jì)箱板內(nèi)部寬度B=1 500 mm，高度H=1 300 mm，根據(jù)設(shè)計(jì)需求，最終確定箱板的體積為8 m3。該機(jī)在撒肥作業(yè)時(shí)，后箱板末端沿著合頁(yè)處向上折疊，并用螺栓固定。

圖3 后箱板尺寸設(shè)計(jì)圖

3.2 機(jī)架總成、刮板總成設(shè)計(jì)

機(jī)架是本機(jī)的重要組成部分，主要起到運(yùn)輸、承載、卸料的作用。在牽引架上安裝機(jī)架總成，機(jī)架總成與牽引架焊接在一起，在機(jī)架總成上面安裝箱板總成，箱板總成靠近輸入軸端通過(guò)固定板固定，固定板一端通過(guò)螺栓固定在機(jī)架總成上，另一端通過(guò)螺栓固定在箱板總成上。

如圖4、圖5所示， 刮板總成由刮板焊合和不銹鋼鏈條組成，數(shù)個(gè)刮板焊合焊接在異形不銹鋼鏈條上，在箱體底部形成鏈板輸送裝置，鏈板輸送裝置下方有鋼板托板，用于運(yùn)輸箱板內(nèi)部固體有機(jī)肥至拋撒輥。

1.不銹鋼鏈條；2.刮板焊合圖4 刮板總成

圖5 不銹鋼鏈條

如圖5所示，考慮到固體有機(jī)肥物理特性、腐蝕性等因素，設(shè)計(jì)鏈條為不銹鋼鏈條，直徑D=10.16 mm，高度W=34.78 mm,長(zhǎng)度L=44.86 mm。固體物料輸送效率應(yīng)與拋撒輥拋撒速度相匹配，即輸送物料效率應(yīng)該不小于拋撒效率。

3.3 快速卸料裝置總成

如圖6所示，快速卸料裝置設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮道路不平、物料撒落，并且做到卸料就位準(zhǔn)確、迅速、操作省力等問(wèn)題。快速卸料裝置總成由舉升液壓缸、轉(zhuǎn)耳、液壓桿、轉(zhuǎn)板銷等組成。舉升液壓缸位置選擇十分重要，直接決定卸料省力程度，本設(shè)計(jì)是以轉(zhuǎn)板銷為中心，舉升液壓缸在以轉(zhuǎn)板銷為中心的圓形軌道上實(shí)現(xiàn)舉升運(yùn)動(dòng)。

1.舉升液壓缸；2.轉(zhuǎn)耳；3.液壓桿；4.轉(zhuǎn)板銷圖6 快速卸料裝置

需要卸料作業(yè)時(shí)，首先打開液壓桿控制閥，液壓桿將后箱板撐起，后箱板繞著轉(zhuǎn)耳打開一定角度(角度可以在20°～60°之間調(diào)整)，利于快速卸料。發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)變速器、液壓泵，高壓油經(jīng)分配閥、油管進(jìn)入舉升液壓缸，推動(dòng)活塞桿，舉升液壓缸推起箱板，同時(shí)箱板繞著轉(zhuǎn)板銷轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)快速卸料。

3.4 拋撒輥總成

如圖7所示，拋撒輥總成是固體有機(jī)肥撒肥機(jī)主要執(zhí)行部分，這部分設(shè)計(jì)直接影響肥料拋撒均勻、細(xì)碎程度。拋撒輥總成主要包括：拋撒輥、葉片。拋撒輥上部葉片采用仿攪龍式雙螺旋排列，這種排列方式能夠使肥料拋撒更均勻、細(xì)碎，而且便于維修拆卸。

1.葉片；2.中間葉片；3.拋撒輥圖7 拋撒輥總成

撒肥機(jī)工作時(shí)，拋撒輥上部的葉片繞著軸心線高速旋轉(zhuǎn)，在離心力和葉片與固體有機(jī)肥之間摩擦力作用下，將肥料打碎，隨后在拋撒出去，達(dá)到所要幅寬。

4 結(jié)論

該固體有機(jī)肥撒肥機(jī)解決了目前國(guó)內(nèi)固體有機(jī)肥撒肥機(jī)傳動(dòng)軸易變形、傳動(dòng)速比不穩(wěn)定、使用壽命短、工作效率低且不能快速完成卸料等問(wèn)題。該機(jī)肥料拋撒均勻、細(xì)碎，作業(yè)質(zhì)量好；箱板總成、動(dòng)力傳遞系統(tǒng)、拋撒輥總成均可拆卸。冬天農(nóng)戶不需要撒肥時(shí)，可以將本機(jī)動(dòng)力傳遞系統(tǒng)、拋撒輥總成拆下，當(dāng)做運(yùn)糧車使用，且設(shè)計(jì)有快速卸料裝置，一機(jī)兩用，為農(nóng)戶節(jié)省資金。