排種式撒肥機的設計與應用試驗

何興村　張魯云　鄭炫

摘要：根據我國目前農田作業的實際現狀，研制開發了由地輪驅動的排種式撒肥機。對該型撒肥機的撒肥量、撒肥幅寬、行走速度、工作效率實地測試，結果其各項主要技術指標都達到了設計標準要求，通過田間實地試驗對存在的問題進行了分析、研究，并對機具進一步改進、完善，充分發揮出撒肥機的優良性能，從而為操作使用撒肥機提供了實際參考依據。

關鍵詞：撒肥機；施肥作業；數據分析；均勻度

中圖分類號： S224.21 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2015）03-0360-03

施肥可以調節耕作土壤性狀、物理性質，成為農業生產中作物增產、增收的重要手段。合理施肥還可以改善農業大氣環境、水環境和生物環境[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、費工且勞動強度大，而各種肥料對人體健康還有一定損害。

肥料撒施機械具有作業效率高、撒肥均勻等優點[2]，尤其在新疆兵團和國營農場等大面積作業區有著較為廣闊的應用前景。為適應大型農場機械化施肥需要，新疆農墾科學院機械裝備研究所進行肥料撒施機研制工作，研制的地輪驅動排種式撒肥機不需要額外動力，結構簡單、布局合理、輕便實用，非常適合于我國大田肥料撒播作業。

1 撒肥機結構及工作原理

1.1 整機結構

新疆農墾科學院機械裝備研究所研制的排種式撒肥機，可以精確播撒有機肥、復合肥、化肥等多種肥料[3]，本研究設制的撒肥機整體結構設計為如圖1、圖2所示：左右2只長方體斗型肥箱，在肥箱后方兩側設置著行走地輪，前方為三角形牽引架；肥箱為整體焊接結構，通過螺釘與機架框型構架固定連接；肥箱下方設置傳動軸，排肥盒通過銷軸與傳動軸連接，兩端用螺釘與墊片固定；傳動軸中間安裝傳動齒輪，通過螺釘與傳動軸連接；右側行走地輪上設置動力輸出軸，通過轉動軸承和帶座軸承分別與地輪輪轂和機架連接，動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軸連接，離合器上安裝有傳動齒輪、手柄和傳動鏈條，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側設置踏板，供操作人員上下裝填肥料，維護設備。

1.2 工作原理

撒肥機可以由中小型拖拉機牽引運輸拖動，拖拉機通過牽引架牽引使地輪轉動[4]，驅動撒肥機移動行走。在實施撒肥作業時拉動離合器手柄，離合器處于連接狀態。動力通過傳動鏈條使傳動齒輪轉動，傳動齒輪和傳動軸用螺釘連接，傳動軸轉動，排肥盒中的排肥輪轉動。肥箱中肥料通過排肥孔落入排肥輪的外槽孔中，排肥輪轉動，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。排肥作業完成后拉動離合器手柄，離合器處于斷開狀態，傳動軸停止轉動，排肥盒停止排肥。排種式撒肥機主要技術參數見表1。

2 主要工作部件設計

2.1 肥箱設計

肥箱的設計首先是容積的確定[1]，按照田間地塊的實際長度（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算，肥箱容積設計為1.5 m3（圖3），一箱肥料應撒施500 m，可方便操作人員在地頭加料，避免拖拉機輪作業時走重復路線和對土壤的反復碾壓。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構，用螺釘固定連接在60 mm角鋼框架結構上，具有耐腐蝕、堅固輕便、容量大等特性。

2.2 排肥器設計

該型撒肥機排肥器的結構如圖4所示，其工作原理和結構與外槽輪式排種器相似，只是齒數減少，槽輪直徑加大，齒數減少槽間容量加大，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。

在其他參數一定的情況下，改變槽輪直徑d必須相應改變轉速n和槽輪工作長度l。排肥盒對槽輪直徑選擇范圍為4.5～5.5 cm，槽輪工作長度l根據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，同時還要便于排肥，不要卡滯。外槽輪齒數一般為5～8個，根據槽輪大小、肥料顆粒幾何尺寸和槽齒強度等因素最后確定齒數為6個。

2.3 傳動機構設計

撒肥機采用地輪→動力輸出軸→主動齒輪→傳動鏈條→從動齒輪的傳動結構，如圖5所示。地輪與動力輸出軸固定連接，主動齒輪安裝于動力輸出軸上，主動齒輪和從動齒輪之間由傳動鏈條連接，從動齒輪安裝在轉動軸上。地輪轉動帶動動力輸出軸和主動齒輪轉動，主動齒輪通過傳動鏈條帶動從動齒輪轉動，轉動軸轉動，排肥輪轉動，開始排肥作業。

3 應用驗證

3.1 試驗因素水平

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

為確定各種因素對施肥效果的影響，選擇機具的前進速度、撒肥量和排肥輪轉速為試驗因素進行正交試驗，各因素水平如表2所示。

通過方差分析可知，機具前進速度和排肥輪轉速對試驗效果影響顯著，而撒肥量對試驗效果影響非常顯著。根據試驗數據分析和實地測試可知，當撒肥機前進速度7 km/h、撒肥量675 kg/hm2、排肥輪轉速72 r/min時，撒肥均勻度、精確性達到最佳狀態。endprint

4 應用與改進

在實際使用過程中高速行進時，傳動鏈條帶動從動齒輪抖動劇烈，而導致傳動軸中間部位跳動位移過大，造成從動齒輪周圍的排肥盒過早損壞。根據實際使用情況，將動力由單側地輪輸出改為由雙側地輪輸出，如圖6所示。

動力經雙側地輪輸出，通過鏈條傳動更加平穩，傳動軸跳動現象消失，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 結論

排種式撒肥機撒肥幅寬5.2 m，理論生產率可以達到2～3 hm2/h，工作效率是人工撒肥的3～6倍，且價格低廉、操作簡單、結構堅固，是一種性能優良的大田撒肥作業機械。

參考文獻：[HJ1.7mm]

[1]潘世強，梁文甲，溫越英，等. 地輪驅動式農家肥撒施機的研制[J]. 吉林農業大學學報，2008，30（2）：229-231.

[2]張 睿，王 秀，孟志軍，等. 肥料拋撒機顆粒肥料拋撒運動分析[J]. 農機化研究，2012，34（4）：54-57.

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

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

[5]宋衛堂，封 俊，劉亞佳. 地輪驅動離心式化肥撒布機的設計與試驗[J]. 農業機械學報，2002，33（1）：39-42.

[6]趙學篤. 農業物料學[M]. 北京：機械工業出版社，1987：67-72.

[7]李 波. 有機肥撒施機肥箱的仿真分析與試驗研究[D]. 長春：吉林農業大學，2006.

[8]王兵利，朱瑞祥. 車載式施肥機施撒裝置系統的研究[J]. 楊凌職業技術學院學報，2010，9（1）：4-7.

[9]臺沭云，苑介娥，劉祥忠.傾斜外槽輪上排種式排種器的設計[J]. 中國農機化，2003（4）：34-35.

[10]蔣義然，王新旺，劉瑞靜. 施肥幅寬對圓盤式變量撒肥機施肥一致性的影響[J]. 安徽農業科學，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