一種新型施肥器的初步設計

楊俊燕(濰坊職業(yè)學院，山東濰坊261041)

長期以來，在我國西、北方部分地區(qū)(如魯西南、河南、山西等地)，農(nóng)民在春耕秋播前耕整大面積土地時，大都是先借助農(nóng)用小車將化肥運送到田地，后由2～3人挎肥籃手撒施肥，或由1人駕駛農(nóng)用小車，1～2人站在車廂上用鐵锨撒施化肥。然而，這種“先手工施肥，后旋耕機深耕”的作業(yè)方式存在以下缺陷:(1)手工施肥效率較低且耗費勞力、體力;(2)施肥不夠均勻;(3)施肥后若不能及時跟進旋耕機作業(yè)，化肥會因揮發(fā)影響了肥料的有效利用率。近年來，雖然市場上亦有一些機械化施肥器具，但在實際使用中又都存在著以下幾點問題:(1)小型施肥器因集肥箱體容量小僅適用于小面積地塊;(2)多功能施肥器大多集施肥、播種于一體，卻有著較高的制造成本而且售價較高。因此，若能設計一種施肥器，既能實現(xiàn)機械化施肥又能與耕地同步進行，便可以將人力從傳統(tǒng)的“先手工施肥，后旋耕機深耕”的粗耕作業(yè)中解放出來。

國內(nèi)學者對施肥器的設計研究主要有以下幾個方面:(1)對化肥深施技術的研究。賈官平、陳金榮［1－2］提出一種可實現(xiàn)耕整施肥聯(lián)合作業(yè)技術的“2FG-8型旋耕施肥機”，并重點介紹了其功能、結(jié)構組成、性能特點及工作原理。(2)對變量施肥技術的研究。王秀等［3］介紹了由鐵牛拖拉機攜帶的一種變量旋耕施肥機的結(jié)構及工作原理。(3)對秸稈還田后深施底肥的研究。楊文勇［4］提出一種由2FG-8型施肥機與1GN-200S型旋耕機配合使用的旋耕施肥機，并重點介紹了其主要結(jié)構及工作原理、試驗結(jié)果及改進意見，該施肥機解決了秸稈還田后深施底肥的問題。由此可知，國內(nèi)對施肥器的研究并不多見。為了滿足實際需要，經(jīng)過調(diào)研分析，筆者提出了一種新型施肥器的設計初步構想，并制作了樣機模型，為施肥器的深入研究與完善提供參考。

1 方案設計與實施

設計目標:當?shù)剞r(nóng)民一般使用碳酸氫二胺、磷肥等粉末狀化肥和復合肥、尿素等顆粒狀化肥作為春耕秋播時大塊土地的基肥。因此，設計的施肥機構必須符合農(nóng)民的實際施肥需求選擇粉末狀化肥或顆粒狀化肥施用為目標;同時該施肥機構必須與旋耕犁相關聯(lián)，使得施肥與耕地同步進行，以解決農(nóng)戶“先手工施肥，后旋耕機深耕”的困擾。

方案:基于以上設計構想，提出采用如下方案(圖1)。

由圖1可知，新型施肥器主要由施肥功能部件1、2和傳動裝置3組成。功能部件1主要由集肥箱、攪拌軸、集肥箱蓋、上出肥口及開關等組成，以完成粉末狀化肥的撒施;功能部件2主要由集肥箱、下出肥口開關(鐵片式開關)、篩板(帶有圓孔的鐵板)、滑道、滑塊等組成，以完成顆粒狀化肥的撒施;傳動裝置3主要由圓柱齒輪、圓錐齒輪、傳動軸、鏈、鏈輪、軸承等組成，在動力的作用下，分別驅(qū)動功能部件1、2實現(xiàn)不同種類化肥的撒施。

1.1 功能部件的設計 根據(jù)所施基肥的種類、特點，結(jié)合施肥經(jīng)驗，參照人工施肥方法，設計制作了可以完成施撒基肥的功能部件，主要由集肥箱、集肥箱蓋、帶有均布刀片的攪拌軸、可調(diào)式上出肥口、鐵片式開關、篩板、滑道、滑塊等零件組成。通過以上各零件的有機組合，實現(xiàn)在傳動裝置提供的動力驅(qū)動下，可以完成粉末狀化肥和顆粒狀化肥的順利撒播。

1.2 傳動裝置的設計 新型施肥器設計有一套獨特的傳動裝置，用于將功能部件和旋耕機有機地結(jié)合起來，以成功實現(xiàn)粉末狀和顆粒狀化肥的施撒，如圖1所示傳動裝置3。該傳動裝置主要由鏈傳動、齒輪傳動及制動部件構成，包含的主要零件有:三根傳動軸、鏈條、鏈輪、圓柱齒輪、圓錐齒輪、軸承等。工作時，在此傳動裝置的驅(qū)動下，通過鏈傳動帶動攪拌軸旋轉(zhuǎn)以實現(xiàn)粉末狀化肥的施撒;另外，若需施撒顆粒狀化肥時，可以利用制動部件阻止鏈傳動，通過主傳動軸帶動圓柱齒輪傳動、圓錐齒輪傳動及連桿運動帶動篩板在滑道中作往復運動，以實現(xiàn)顆粒狀化肥的施撒。

2 工作原理及性能

正常使用時，可將新型施肥器配備在旋耕犁的上方，利用旋耕機提供的原動力驅(qū)動傳動裝置。

(1)施撒粉末狀化肥。當農(nóng)戶選擇施撒諸如磷肥等粉末狀化肥時，首先關閉下出肥口開關，將由旋耕機提供的原動力施加在主傳動軸上，以帶動其上的鏈輪傳動，通過鏈傳動同時帶動攪拌軸旋轉(zhuǎn)，使得其上均布的刀片同步轉(zhuǎn)動，用以攪動集肥箱體內(nèi)部的粉末狀化肥，如磷酸氫二銨等分散開，并使之從上出肥口飛出，落入隨之進行的旋耕犁旋起的土壤中，實現(xiàn)粉末狀化肥的有效施撒。

(2)施撒顆粒狀化肥。當農(nóng)戶選擇施撒諸如復合肥等顆粒狀化肥時，首先關閉上出肥口開關，隨之打開下出肥口開關，再制動鏈輪傳動。此時，由旋耕機提供的原動力先施加在主傳動軸上，再通過圓柱齒輪傳動與圓錐齒輪傳動，將其水平方向的傳動轉(zhuǎn)化為垂直方向的傳動，以此帶動固定在垂直方向傳動軸上的圓盤轉(zhuǎn)動，同時帶動固定其上的連桿以及篩板(帶有圓孔的鐵板)往復運動，以順利實現(xiàn)顆粒狀化肥的施撒，使之落入旋耕犁旋起的土壤中。

新型施肥器施肥性能的設計主要考慮了施肥量的控制和消除化肥堵塞現(xiàn)象。

(1)設計有上出肥口，可調(diào)節(jié)在同樣工況下的粉末狀化肥出肥量的多少，以滿足農(nóng)戶的實際使用需求;

(2)設計有下出肥口，可調(diào)節(jié)在同樣工況下的顆粒狀化肥出肥量的多少，以滿足農(nóng)戶的使用實際需求;

(3)通過連桿的運動，帶動篩板(帶有圓孔的鐵板)作往復運動和振動，以防止化肥堵塞現(xiàn)象，確保農(nóng)戶順利施肥作業(yè)。

3 驗證

根據(jù)以上設計方案，制作了簡易樣機模型，通過手動方式驗證了新型施肥器可實現(xiàn)的施肥功能。其樣機模型如圖2所示。

4 結(jié)論及展望

目前，我國西北方部分地區(qū)的農(nóng)戶在春耕秋播之際進行土地耕整時，大多數(shù)仍采用“先手工施肥，后旋耕機深耕”這種兩步走的傳統(tǒng)施基肥方式，既費力費工又易失肥效。該新型施肥器是充分考慮了農(nóng)戶所撒施化肥的種類與特點、借鑒農(nóng)民手工施肥方式和大塊土地施基肥作業(yè)操作運動方式而設計出來的，經(jīng)模型驗證是可行的，若再加以深入研究便可轉(zhuǎn)化應用，產(chǎn)生出真實機具將會為當?shù)剞r(nóng)戶帶來極大的便利和經(jīng)濟效益。

該新型施肥器由于僅注重其功能實現(xiàn)的研究，因此在以下方面仍存在著不足，有待進一步完善與改進。

(1)外觀設計不夠美觀，尤其是集肥箱的形狀需根據(jù)實際應用位置及裝肥需要進行完善;

(2)應根據(jù)實際需要在上、下出肥口處添加導肥裝置;

(3)出肥量控制調(diào)節(jié)裝置設計較簡單;

(4)應對主要功能部件及零件進行精細化設計，如攪拌軸的優(yōu)化設計等;

(5)應結(jié)合農(nóng)戶目前常用旋耕機的動力性能及特點，完善傳動裝置的設計。

［1］賈官平，陳金榮.2FG-8 型旋耕施肥機［J］.山西農(nóng)機，1998(4):14.

［2］陳金榮，賈官平.2FG-8 型旋耕施肥機［J］.農(nóng)村機械化，1997(5):14.

［3］王秀，孟志軍，葉濤，等.變量旋耕施肥機結(jié)構及工作原理［J］.農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡信息，2004(4):39－40.

［4］楊文勇.旋耕施肥機的研制與試驗［J］.農(nóng)機科技推廣，2006(8):39.