圓盤式有機肥撒肥器拋撒性能影響因素的試驗研究

孟憲章 施繼紅 王雪蓮 胡曉麗 任勇剛

摘要 [目的]為了研究圓盤式有機肥撒肥器的拋撒性能。[方法]在自制的圓盤式有機肥撒肥器試驗臺上進(jìn)行了影響撒肥均勻度的單因素和正交試驗測試。[結(jié)果]單因素試驗結(jié)果表明，采用安裝2組偏心葉片的圓盤、兩盤安裝中心距750 mm時撒肥均勻度的平均偏差最小。隨著兩圓盤轉(zhuǎn)速的增大，撒肥均勻度平均偏差快速減小，轉(zhuǎn)速超過200 r/min平均偏差變化程度非常小；正交試驗結(jié)果表明，采用2組偏心葉片的圓盤、兩盤安裝中心距750 mm，圓盤轉(zhuǎn)速200 r/min時撒肥均勻度的平均偏差最小。[結(jié)論]所設(shè)計的撒肥器具有撒肥均勻、工作效率高的特性，這為有機肥撒施機的研發(fā)提供了參考。

關(guān)鍵詞 圓盤式撒肥器；拋撒性能；影響因素；試驗

中圖分類號 S224.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）27-335-03

Experimental Research on Influential Factor for Scattering Performance of Disc Manure Spreader

MENG Xian-zhang， SHI Ji-hong*， WANG Xue-lian et al

（College of Engineering and Technology， Jilin Agricultural University， Changchun， Jilin 130118）

Abstract [Objective] Researching the scattering performance of disc manure spreader. [Method] Single-factor and orthogonal experiments were employed on self-regulating test bed of disc manure spreader to investigate various factors of scattering performance. [Result] Single-factor analysis of variance showed that mean variation of uniformity is the minimum when the centre-to-centre spacing of two disc 750 mm and the disc is mounted eccentrically two groups of blades. The mean variation of uniformity decrease rapidly as the rotate speed of increasing. When the rotate speed is over 200 r/min， the mean variation of uniformity remains about the same. Orthogonal analysis of variance showed that mean variation of uniformity is the minimum when the rotate speed is 200 r/min under the same experimental conditions. [Conclusion] The designed manure spreader has features of uniform fertilization and high working efficiency， which will provide reference for development of manure spreader.

Key words Disc manure spreader； Scattering performance； Influential factor； Experiment

近年來在種植業(yè)生產(chǎn)中化肥投入量逐年增加，獲得作物高產(chǎn)的同時也導(dǎo)致土壤中殘留量增加，影響作物的正常生長和品質(zhì)口味。長期單一施用化肥會造成土壤板結(jié)、肥力下降，影響土壤質(zhì)量，破壞生態(tài)系統(tǒng)及能量的平衡，甚至對全球氣候產(chǎn)生嚴(yán)重影響[1-2]。有機肥在土壤培肥、作物品質(zhì)改善及有機田改造中發(fā)揮著重要的作用。我國有機農(nóng)業(yè)在土壤培肥時一個重要的理念是必須保證施用足夠數(shù)量的有機肥以維持土壤的肥力和生物活性[3]。

傳統(tǒng)的有機肥料在使用時不僅勞動強度大、費時費力，而且工作環(huán)境很差，不符合當(dāng)前農(nóng)業(yè)省工、高效的要求。使用有機肥撒施機可以有效改善工作環(huán)境、減輕勞動強度、提高撒施均勻性，是實現(xiàn)種植業(yè)生產(chǎn)全程機械化的重要環(huán)節(jié)之一[4]。撒肥裝置是撒施機的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)形式和工作參數(shù)直接影響撒肥效果。該文利用自制的水平雙圓盤式有機肥撒肥器進(jìn)行參數(shù)試驗研究，旨在找出相關(guān)因素對撒肥均勻性的影響規(guī)律，為圓盤式有機肥撒施機的研發(fā)提供參考。

1 撒肥器試驗裝置及試驗方案

1.1 試驗裝置

試驗在水平雙圓盤式撒肥器試驗臺上進(jìn)行（見圖1）。撒肥器主要由輸肥裝置、撒肥圓盤和電機驅(qū)動3部分組成。試驗裝置配備3臺電動機，一臺電機驅(qū)動輸送帶送肥，另兩臺電機分別驅(qū)動兩圓盤旋轉(zhuǎn)。3臺電機分別連接著3臺變頻器，通過調(diào)整變頻器的頻率實現(xiàn)不同輸肥速度和撒肥轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。撒肥試驗時，肥料被輸送帶分別送入兩個撒肥圓盤，隨后在兩個旋轉(zhuǎn)方向相反的水平圓盤盤面運動，由于摩擦力與離心力的共同作用，在遇到葉片前的運動軌跡為螺旋線。之后肥料顆粒或者沿葉片運動，或者繼續(xù)保持原運動狀態(tài)，最后飛離葉片的末端或水平圓盤的邊緣，直接落在地面上。

1.2 試驗方案

試驗分別進(jìn)行了單因素試驗和正交試驗。單因素試驗時分別選擇圓盤轉(zhuǎn)速輸肥速度、兩圓安裝中心距和圓盤結(jié)構(gòu)為因素以撒肥均勻度平均偏差為指導(dǎo)，根據(jù)理論分析進(jìn)行拋撒性能試驗。單因素試驗后，優(yōu)選對拋撒性能影響較大的因素及撒肥器工作參數(shù)范圍和圓盤結(jié)構(gòu)的組合進(jìn)行正交試驗（表1）。

供試肥料選用前期經(jīng)過堆肥化處理的腐熟肥料，要求無大硬塊，少粗長雜草、不粘結(jié)，含水量在68%以下[5]。試驗時肥料由輸送帶分別送入兩個撒肥圓盤，被拋出后撒落在7組接肥盒內(nèi)，每次試驗后測出接肥盒中肥料質(zhì)量，再利用每組肥料質(zhì)量的平均偏差來判定有機肥拋撒的均勻度[6]。平均偏差越小，撒肥的均勻性就越好。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 圓盤轉(zhuǎn)速。

通過改變圓盤轉(zhuǎn)速進(jìn)行撒肥均勻性試驗，取輸肥速度為600 mm/s，兩盤安裝中心距為550 mm，采用安裝2組偏心葉片的平盤，獲得撒肥均勻度的變化情況（圖2）。由圖2 分析得出，隨著兩圓盤轉(zhuǎn)速的增大，撒肥均勻度平均偏差快速減小，轉(zhuǎn)速超過200 r/min平均偏差變化程度非常小。分析表明，兩圓盤轉(zhuǎn)速越高，肥料顆粒所受離心力越大，遇到偏心安裝的葉片之后沿著葉片運動到圓盤邊緣，飛離圓盤的絕對速度越大，會使撒肥區(qū)寬度較大，同時改善撒肥質(zhì)量。

圖2 撒肥均勻度與圓盤轉(zhuǎn)速的關(guān)系

2.1.2 輸肥速度。

取兩圓盤轉(zhuǎn)速為100 r/min，兩盤安裝中心距為950 mm，采用安裝2組偏心葉片的平盤，改變輸肥速度進(jìn)行撒肥均勻性試驗，得到撒肥均勻度的變化情況（圖3）。從圖3 中分析得出，隨著輸肥速度的增大，均勻度平均偏差先增大后減小再增大的振蕩變化，但變化幅度很小。原因可能是肥料由輸送帶落入圓盤中只是獲得一定初速度，從圓盤邊緣飛離的絕對速度對撒肥均勻性的影響才顯著。所以其余條件不變，只改變輸肥速度對撒肥質(zhì)量影響很小。

圖3 撒肥均勻度與輸肥速度的關(guān)系

2.1.3 兩圓盤安裝中心距。

取兩圓盤轉(zhuǎn)速為100 r/min，輸肥速度950 mm/s，采用安裝2組偏心葉片的平盤，改變輸肥速度進(jìn)行撒肥均勻性試驗，得到撒肥均勻度的變化情況（圖4）。從圖4 中可以看出，兩盤安裝中心距過近或過遠(yuǎn)撒肥均勻度平均偏差都增大，并且增大的幅度明顯。結(jié)果表明，如兩盤安裝得過近，由于肥料落入地面上呈半環(huán)形分布，會出現(xiàn)中間的肥料疊加，造成撒肥均勻性變差。

圖4 撒肥均勻度與兩盤中心距的關(guān)系

2.1.4 圓盤結(jié)構(gòu)。

通過改變兩圓盤結(jié)構(gòu)進(jìn)行撒肥均勻性試驗，取兩圓盤轉(zhuǎn)速為150 r/min，輸肥速度為600 mm/s，兩盤安裝中心距為550 mm，得到撒肥均勻度的變化情況（圖5）。由圖5分析得出，采用安裝2組偏心葉片的圓盤時，撒肥均勻度平均偏差明顯小于無葉片的圓盤。原因可能是由于葉片作用，肥料顆粒飛離圓盤時相對速度大小、方向不同，使肥料落地的速度、方向也不同，改善了撒肥質(zhì)量。

圖5 撒肥均勻度與圓盤結(jié)構(gòu)的關(guān)系

2.2 正交試驗

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)選對撒肥性能影響較大的參數(shù)進(jìn)行正交試驗。選擇兩圓盤轉(zhuǎn)速、兩盤安裝中心距、圓盤結(jié)構(gòu)進(jìn)行擬水平法正交試驗[7]，將圓盤結(jié)構(gòu)水平1虛設(shè)為水平3，重復(fù)一次，變圓盤結(jié)構(gòu)為3水平因素進(jìn)行測試。試驗指標(biāo)為撒肥均勻度的平均偏差，平均偏差越小越好。

正交試驗的結(jié)果見表2，同時得出各因素對撒肥均勻性的影響見圖6。

由表2可以看出，3個因素對撒肥均勻度影響主次順序為A>B> C，即圓盤轉(zhuǎn)速對撒肥均勻度影響最顯著，其次為兩盤安裝中心距、圓盤結(jié)構(gòu)。由圖6可以確定各試驗因素的最佳組合為A3B2C1，正好是正交試驗表中的8號試驗方案，即圓盤轉(zhuǎn)速200 r/min，兩盤中心距750 mm、圓盤結(jié)構(gòu)使用2組偏心葉片的撒肥裝置效果最好。

3 結(jié)論

（1）單因素撒肥試驗表明，在一定條件下采用安裝2組偏心葉片的圓盤、兩盤安裝中心距750 mm時撒肥均勻度的平均偏差最小。隨著兩圓盤轉(zhuǎn)速的增大，撒肥均勻度平均偏差快速減小，轉(zhuǎn)速超過200 r/min平均偏差變化程度非常小。

（2）正交試驗表明，撒肥試驗中兩圓盤轉(zhuǎn)速、兩盤安裝中心距、圓盤結(jié)構(gòu)是影響撒肥均勻度的主要因素。其最優(yōu)組合為采用2組偏心葉片的圓盤、兩圓盤安裝中心距750 mm，圓盤轉(zhuǎn)速為200 r/min。

（3）比較單因素和正交試驗結(jié)果表明，兩者試驗結(jié)果吻合較好，該試驗結(jié)果不僅為圓盤式撒肥器的設(shè)計提供理論依據(jù)，也可以為后續(xù)有機肥撒施機的研究設(shè)計提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 曾憲楠.不同有機培肥措施對退化黑土肥力的影響[D].哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014：1.

[2] 黃濤，榮湘民，劉強，等.有機肥對土壤培肥和作物生長影響的研究進(jìn)展[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009（3）：43-46.

[3] 丁思年.有機肥對土壤的改良作用及其發(fā)展前景[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2007（10）：125-127.

[4] 李秋國，張秀平.有機肥撒施機撒肥裝置的研究[J].河北農(nóng)機，2014（2）：34-35.

[5] 施繼紅，孟憲章，潘世強，等.農(nóng)家肥撒施機螺旋式撒肥器拋撒性能的試驗研究[J].吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2006，28（1）：111-113.

[6] 田耘，趙亞祥，潘世強，等.小型手扶自走式有機肥撒施機的設(shè)計[J].中國農(nóng)機化學(xué)報，2014，35（4）：55-58.

[7] 任露泉.試驗優(yōu)化設(shè)計與分析[M].長春：吉林科學(xué)技術(shù)出版社，2001：31-33.