寒地水稻施肥直播機的設(shè)計

董可宏 安龍哲 徐峰 張喜娟 來永才+孟英

摘要：設(shè)計了寒地水稻施肥直播機，在水整地稻田中可一次完成起壟、開溝、播種、施肥和覆泥等工序。船板設(shè)計成可壓出壟臺的整體形式，外槽輪式播種器與施肥器實現(xiàn)了稻種和肥料均勻播種和施肥，而且結(jié)構(gòu)簡單、造價低、調(diào)整方便。

關(guān)鍵詞：水稻；機械直播；播種；施肥

中圖分類號：S2232文獻標(biāo)識碼：Adoi：10.14031/j.cnki.njwx.2017.04.001

引言

目前，旱育稀植技術(shù)是黑龍江省水稻生產(chǎn)主體栽培技術(shù)。隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展，我省的農(nóng)村勞動力轉(zhuǎn)移和老齡化趨勢亦長期存在，我省的水稻種植方式將受到嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，水稻生產(chǎn)迫切需要節(jié)本、省工、增效的栽培技術(shù)。機械直播技術(shù)因其作業(yè)效率高、節(jié)本、省工、節(jié)水、節(jié)能、操作簡便等優(yōu)勢受到關(guān)注。隨著水稻生產(chǎn)的規(guī)模化，除草技術(shù)逐漸成熟，適合直播的高產(chǎn)品種的選育成功，必將推動機械直播技術(shù)在我省的快速發(fā)展，亦將完善我省的水稻生產(chǎn)栽培體系。

本文針對傳統(tǒng)人工手撒種直播存在的問題，根據(jù)我省的水稻生產(chǎn)特點，進行農(nóng)機與農(nóng)藝的緊密結(jié)合，研制適合現(xiàn)有動力配套的新型水稻直播機，在保持水稻傳統(tǒng)直播優(yōu)勢外，通過精量化播種，同步進行側(cè)施肥，實現(xiàn)種子在田間行、株距有序分布，有效解決手工無序撒播存在的群體質(zhì)量控制難，易倒伏等問題。同時改表施肥、撒施肥為機械深施，有效節(jié)約肥料，降低成本，緩解水稻生產(chǎn)帶來的環(huán)境問題，對于建立環(huán)境友好型農(nóng)業(yè)技術(shù)體系，實現(xiàn)水稻清潔生產(chǎn)具有重大意義。

1水稻播種施肥的技術(shù)原理

在水整地泥面上，由船板上相鄰壟臺開溝器形成壟臺，在壟臺上由播種開溝器、施肥開溝器同步形成播種溝和施肥溝。播種溝深5～25 mm，施肥溝位于播種溝一側(cè)30～50 mm處，溝深50～60 mm。水稻芽種按一定株距播在播種溝內(nèi)，顆粒肥定量、均勻地施入施肥溝內(nèi)。水稻播種施肥的技術(shù)原理如圖1所示。

1.壟臺 2.壟臺溝 3.播種溝 4.施肥溝

2寒地水稻施肥直播機的整體結(jié)構(gòu)與工作原理

2.1整體結(jié)構(gòu)

如圖2所示，整機由牽引機架、動力傳動系統(tǒng)、種/肥箱、施肥裝置、播種裝置、開溝/覆泥裝置、船板組件等組成。

1.船板組件 2.牽引機架 3.動力傳動系統(tǒng) 4.種/肥箱 5.開溝/覆泥裝置 6.播種裝置 7.施肥裝置

2.2工作原理

動力底盤行進過程中，整機隨之在泥面上滑動，船板組件在泥面上形成壟臺，開溝裝置同步在壟臺上開出播種溝和施肥溝；同時動力傳動系統(tǒng)驅(qū)動排種軸、排肥軸轉(zhuǎn)動，將定量的種子、顆粒肥經(jīng)播種裝置和施肥裝置播施在相應(yīng)的溝槽內(nèi)，經(jīng)覆泥裝置覆蓋溝槽后，完成播種、施肥作業(yè)。

3主要系統(tǒng)、裝置的設(shè)計

3.1動力傳動系統(tǒng)的設(shè)計

動力傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。動力底盤通過萬向節(jié)將動力傳遞給齒輪變速箱，變速箱兩側(cè)動力輸出端通過牙嵌與排種軸連接，以驅(qū)動排種軸旋轉(zhuǎn)，帶動排種器轉(zhuǎn)動實現(xiàn)排種作業(yè)；每側(cè)排種軸又通過一組鏈傳動將動力傳遞給排肥軸，驅(qū)動排肥軸旋轉(zhuǎn)，帶動排肥器轉(zhuǎn)動實現(xiàn)排肥作業(yè)。

1.萬向節(jié) 2.變速箱 3.牙嵌 4.排種軸 5.鏈傳動 6.排肥軸

3.2播種裝置主要參數(shù)的選取

播種質(zhì)量的好壞取決于排種器的排種性能，而機組的前進速度、排種器的結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)速是影響排種性能的主要因素，它們之間是互相關(guān)聯(lián)、相互影響的。

為了保證播種質(zhì)量，排種器首先滿足排種輪型孔填充的要求，這需要一定的填充空間和時間，填充空間由型孔來完成，填充時間則由種輪的線速度vp來控制。在極限條件下，則有：

vp ≤（L-12d）gd（1）

式中d—種子平均粒徑/mm（取d≈4 mm）；

L—型孔長度/mm （取L=10 mm）；

vp—種輪線速度/m·s-1。

將數(shù)據(jù)代入（1）計算得 ：極限vp﹤0.4 m/s。

因機組的前進速度vm決定了排種輪線速度的大小，工作時，必須對vm加以嚴(yán)格控制，避免種輪線速度vp超出極限值，影響種子填充，產(chǎn)生漏播現(xiàn)象，所以vm與vp之間必須要有良好的配合；又因排種器轉(zhuǎn)速是影響播種性能的因素之一，轉(zhuǎn)速過高，排種器的傷種率增加，播種的均勻性變差，轉(zhuǎn)速低時，傷種率較低、播種均勻性較好，但是播種的工作效率低。因此，排種器的工作轉(zhuǎn)速應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)。vm、vp、n相互間關(guān)系如公式（2）、（3）、（4）所示。

n = 60vm/ZT （2）

vp =πDn/60 （3）

vp=πDvm/ZT （4）

式中

vp—種輪線速度/m·s-1；

vm—機組前進速度/m·s-1；

T—穴距/mm；

Z—型孔數(shù)量；

D—種輪直徑/mm；

n—種輪轉(zhuǎn)速/r·min-1。

如上所述，綜合考慮：轉(zhuǎn)速要合理，排種器結(jié)構(gòu)尺寸不宜過大，確定取n=20～30 r/min； D=100 mm；Z=10；T=100～200 mm；

由公式（3）得：vp ≤0.16 m/s；小于極限vp ，符合設(shè)計要求。

由公式（2）得：vm≤1 m/s。

3.3施肥裝置主要參數(shù)的選取

排肥器選擇結(jié)構(gòu)簡單、肥量調(diào)節(jié)方便、排肥量穩(wěn)定的外槽輪式排肥器。其每轉(zhuǎn)排肥量q可按公式（5）計算。

q=πdLp[c+aft]（5）

式中d—外槽輪直徑：4 cm；

Z—外槽輪齒數(shù)：8 ；

L—外槽輪有效工作長度： 4 cm ；

C—帶動層厚度：0.3～0.4 cm ；

ρ—顆粒肥容重：900～1200 kg / m3 ；

α—顆粒肥充滿系數(shù)：0.6～0.8；

f—凹槽斷面積 ：0.37 cm2；

t—槽齒間距：1.53 cm。

依據(jù)我省水稻種植要求，種肥施肥量一般為400～500 kg/hm2，由公式（5）可以確定排肥軸轉(zhuǎn)速n=25～30 r/min。如需要對施肥量進行調(diào)整，可以通過改變外槽輪有效工作長度L實現(xiàn)。

3.4開溝/覆泥裝置、船板組件的設(shè)計

1.覆泥板 2.種/肥導(dǎo)向槽 3.開溝滑板 4.溝深調(diào)節(jié)板 5.固定座 6. 開溝固定梁 7.壟臺成型板 8.船板 9.牽引機架

開溝/覆泥裝置由覆泥板、種/肥導(dǎo)向槽、開溝滑板、溝深調(diào)節(jié)板、固定座組成。每行配置一組種/肥開溝裝置，通過固定座安裝在開溝裝置固定梁上。調(diào)節(jié)溝深調(diào)節(jié)板可分別控制種/肥開溝深淺，橫向移動固定座可進行穴距調(diào)整。

船板上安裝有牽引機架，開溝固定梁等組件，船板底面固裝壟臺成型板。船板底面與壟臺共同作用下，在泥面上形成標(biāo)準(zhǔn)壟臺；開溝滑板在壟臺上開出種/肥溝，排入種/肥管內(nèi)的種、肥經(jīng)種/肥導(dǎo)向槽分別播入、施入相應(yīng)的溝槽內(nèi)，由覆泥板覆泥，完成播種、施肥作業(yè)。

4主要技術(shù)參數(shù)

綜上所述，通過分析和理論計算，最終，確定的主要設(shè)計技術(shù)參數(shù)如下：

配套動力： 12.5 kW以上；

作業(yè)幅寬：3 m；

播種/施肥行數(shù)：10行；

行距： 240 mm、360 mm（寬窄行）；

穴距： 100 mm～200 mm；

作業(yè)速度： v≤1 m/s；

工作效率 0.5～1 hm2/h；

播種量：35～45 kg/ hm2；

排肥量：400～500 kg/ hm2。

5結(jié)論

依據(jù)我省水稻生產(chǎn)實際情況，結(jié)合水稻直播技術(shù)的發(fā)展趨勢，設(shè)計了一種以現(xiàn)有動力配套的新型寒地水稻施肥直播機。通過理論分析和計算，確定了各分項設(shè)計的主要技術(shù)參數(shù)，完成總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，符合設(shè)計預(yù)期。