水稻旱穴播機施肥裝置的設計

王廣成

(黑龍江省農業機械工程科學研究院 牡丹江分院,黑龍江 牡丹江 157011)

0 引言

水稻是我國最重要的糧食作物之一，東三省是我國水稻商品糧的重要基地，僅黑龍江省水稻常年種植面積在400萬hm2以上，總產量超0.5億t。東三省年積溫較低、無霜期較短，所以在水稻種植上應選用抗寒、積溫低的稻種。我國水稻育種專家已培育出了適合北方地區的抗寒、抗旱及旱熟品種，因此，水稻直播種植技術在解決了品種及水田塊地的整平、保苗、除草等問題后，其產量已達到或接近育苗機插秧的水平。該技術是一種高效輕簡栽培方式，比較效益與直接效益均有優勢[1-2]，所以，水稻直播技術在我國北方地區也得到了快速發展。目前，水稻機械化直播技術正在我國更多地區研究、推廣及應用。

華南農業大學羅錫文院士團隊研制出2BDH-10型同步施肥水稻旱穴播機[3]，是根據我國水稻機械化直播種植技術發展需要研發出的產品，在我國得到了廣泛的應用。本文所述的品字型開溝施肥裝置是為2BDH-10型同步施肥水稻旱穴播機配套的施肥裝置。排肥器和開溝器是施肥播種機的關鍵部件和重要組成部分，本文在前期研究基礎上，提出了品字形排列的開溝、分層施肥方式，進行了深施基肥與種肥結合的施肥裝置設計，以滿足北方水稻旱穴播施肥農藝要求，并確定合適的開溝、施肥方式及小型排肥器的結構參數等。

1 整機結構與工作原理

1.1 整機結構

如圖1所示，施肥播種機的主要結構由牽引懸掛機架、地輪、深施肥箱體及排肥器、滑刀式深施肥開溝器、側淺施肥箱體及排肥器、滑刀式側淺施肥開溝器、平行四桿仿形機構、排種器總成、雙圓盤開溝器、鎮壓輪及播種深度調節等組成。

1.牽引懸掛機架;2.地輪;3.深施肥箱體及排肥器;4.滑刀式深施肥開溝器;5.側淺施肥箱體及排肥器;6.滑刀式側淺施肥開溝器;7.平行四連桿仿形機構;8.雙圓盤開溝器;9.排種器總成;10.鎮壓輪及播種深度調節圖1 2BDH-10型同步施肥水稻旱穴播機結構示意圖

1.2 工作原理

按照寒地粳稻旱直播施肥的農藝要求，在四輪拖拉機牽引2BDH-10型同步施肥水稻旱穴播機工作時，由左右兩地輪作為動力，通過鏈傳動，驅動排種器及排肥裝置工作，呈品字型排列的施肥開溝器，可同時完成中間深層開溝(在兩行種子之間、深6～8 cm)和側淺層開溝(距種子2～5 cm、深度1～3 cm)，排肥裝置將肥料成條施入溝內，深層施肥開溝器后部施入的肥料由回流的土壤覆蓋，側淺層的肥料利用播種圓盤外側面推開的土壤進行覆蓋并由鎮壓輪壓實(圖2)。

雙圓盤開溝器在地面上開出一條播種溝；穴播式播種機構將種子按一定的穴距播種到播種溝中，通過調節傳動箱傳動比可改變播種株距；覆土鎮壓機構的覆土輪擠壓溝壁土壤將種溝覆蓋，同時進行鎮壓；穴播式播種機構和覆土鎮壓機構共同實現將種子成穴播在播種溝內并完成覆土鎮壓，實現同步施肥、播種、覆土鎮壓等工序，即2BDH-10型同步施肥水稻旱穴播機工作時，可同步完成開溝、播種、施肥覆土及鎮壓等復式作業。

1.土壤；2.淺施肥溝;3.播種溝;4.深施肥溝圖2 同步施肥播種技術原理示意圖

2 品字型組合分層開溝施肥裝置設計

品字型組合分層開溝施肥裝置由開溝器固定座、淺層施肥開溝器、深層施肥開溝器、中深施肥排肥器和側淺施肥排肥器等組成。按農藝要求的基肥、種肥分層施肥的原則，依據總體方案設計出了品字形組合分層開溝施肥裝置，即在深淺不同開溝器上安裝深層排肥器總成和淺層排肥器總成，在水稻旱穴直播機進行播種作業時，開溝器開出肥溝并同步將肥料導入溝內，將不同種類肥料施入到不同深度的土壤中，以滿足播種后的水稻在不同時期對養分的需求(圖3)。

1.淺層施肥開溝器;2.開溝器固定座;3.種子;4.深層施肥開溝器圖3 品字型分層施肥裝置俯視圖

3 關鍵部件設計

3.1 滑刀式施肥開溝器

滑刀式施肥開溝器(圖4)主要由滑刀、開溝器固定柄、封閉連接板、施肥管等組成。開溝器的作用是機器工作時，開出肥溝并將肥料導入溝內，且使濕土覆蓋肥料的工作部件。

由于整機空間尺寸的限制，開溝器設計為滑刀式開溝器?；妒介_溝器入土切割阻力隨著滑切角的增大而減小。影響滑刀式開溝器滑切作業性能的主要因素包括刃口曲線、滑切角和滑刀厚度。

為防止排肥管出口被土壤堵死，將排肥管出口端面設計與地面垂直。為減少對開溝器作業性能的不利影響，采用滑刀、開溝器固定柄與施肥管整體式焊接。為避免品字形開溝器之間土壤的擁堵，取消開溝器側板。

1.滑刀;2.開溝器固定柄;3.封閉連接板;4.施肥管圖4 滑刀式施肥開溝器結構示意圖

3.2 中深施肥排肥器

使用原機外槽輪排肥器，特點是在殼體端蓋密封部位加裝不銹鋼襯片，殼體耐腐蝕，毛刷壓板采用不銹鋼螺絲固定。排肥部件滿足設計要求。

3.3 側淺施肥排肥器結構與參數

將該排肥器設計采用小直徑、特殊形狀凹槽的外槽輪，選用聚氨脂材料，有助于提高均勻性。小外槽輪排肥器主要結構為：鑄塑排肥殼體(含清種與排肥舌部分)，按照排肥旋轉方向在殼體一端安裝內齒形擋圈、密封端蓋，在排肥輪軸上安裝阻塞輪、彈性外槽輪，兩端由肥量調節裝置鎖緊(圖5)。排肥舌出口端部與阻塞輪上凸梗和槽輪的槽齒應有一定的間隙，該間隙不應大于顆粒最小規格尺寸，否則產生漏肥。

主要結構參數：外槽輪直徑為25 mm，齒數為6，帶動層厚度為4 mm。

外槽輪排肥器每轉排量是強制層和帶動層的迭加，其關系式如下：

1)強制層每轉排量q1

(1)

2)帶動層每轉排量q2

q2=πdLγC

(2)

3)排肥輪每轉排量q=q1+q2，由式(1)、式(2)再換算得

(3)

式中：d—外槽輪直徑，cm；

Z—外槽輪齒數，個；

L—外槽輪有效工作長度,cm；

C—帶動層厚度，cm；

γ—顆粒肥容重，kg·cm-3；

α—顆粒肥充滿系數；

f—凹槽斷面積,cm2；

b—槽的寬度,cm。

圖5 小排肥輪裝置結構示意圖

4 主要技術參數

外形尺寸(長×寬×高)：2 340 mm×2 480 mm×1 180 mm；

配套動力：36.8～58.8 kW；

播種行數：10行；

行距： 200 mm；

穴距：100～250 mm(可調)；

播種量：110～185 kg·hm-2；

中深施肥行數：5行；

中深施肥量：50～300 kg·hm-2；

側淺施肥行數：10行；

側淺施肥量：30～80 kg·hm-2；

作業速度：1.11～1.67 m·s-1；

作業效率：0.40～0.53 hm2·h-1。

5 結論

為2BDH-10型同步施肥水稻旱穴播機設計了品字型組合分層開溝施肥裝置。提出品字形排列的開溝、分層施肥方式，進行了深施基肥與種肥結合的施肥裝置的設計，以滿足北方水稻旱穴播同步施肥的農藝要求。該裝置具有如下特點：

1)設計了水稻旱穴播機施肥裝置，其品字型排列的分層施肥方式，能夠滿足水稻生長期根系對養分的需求，提高了化肥施用后的利用率。

2)設計的滑刀式施肥開溝器，滿足最大耕深內的開溝器耕作阻力及入土阻力較小原則。

3)設計的小槽輪排肥器，聚氨脂材質的小外槽輪，具有良好的韌性、優良復原性、耐磨耐老化等特性。

4)通過施肥裝置的性能試驗可知，各行排肥量一致性變異系數、施肥均勻性變異系數、總排肥量穩定性變異系數、施肥斷條率、施肥量偏差、施肥深度等性能指標，均達到了設計要求。

5)2BDH-10型同步施肥水稻旱穴播機配裝品字型組合分層開溝施肥裝置后，作業時可一次完成開溝、施肥、精播、分層施肥、覆土及鎮壓復式作業。該機具有播種精確、施肥均勻、省種、省肥、節水、低碳環保及經濟效益高等優點，是我國水稻機械化直播種植技術的優良裝備。

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