離心式雙圓盤撒肥機的設計*

楊 柳 ， 楊 莎 ， 楊瓔珞

（黑龍江八一農墾大學工程學院，黑龍江 大慶 163000）

撒肥機作為對農作物進行施肥作業的專用機械，目前已被廣泛使用，但市場上所見到的各種型號的撒肥機，主要為農田撒肥機或播種撒肥機，其中大多數都是噴施機，在撒施固體肥料時仍需人工操作。這樣一來，不僅效率低下、浪費時間，操作人員對肥料的使用劑量也很難控制，會造成人力和肥料的極大浪費。與此同時，多數耕地由于長時間不合理地施用肥料，土地養分含量下降。要改善土壤的狀況，一是需要通過合力按需變量施肥來滿足農作物生長條件，二是必須通過施用有機肥來增加土壤中的有機物，改良土壤中的腐殖酸含量并改善土地的養分狀況[1]。課題組設計了一款離心式雙圓盤撒肥機，針對固態化肥撒施，能將固態化肥按需均勻地撒在土壤表面。在日常的農業生產中，可有效避免肥料浪費、撒施不均勻以及肥效低等問題，減輕勞動強度，給農業生產帶來了極大的便利[2]。

1 雙圓盤撒肥機的總體結構與關鍵部件設計

目前，國內應用的撒肥機類型主要有：擺管式撒肥機、氣力式撒肥機、轉盤式全幅撒肥機、鏈式全幅撒肥機、風送式撒肥機和圓盤式撒肥機[3]。擺管式撒肥機主要以仿生學為基礎，模仿人類手臂進行擺動施肥，肥料在離心力的作用下經擺管流出；氣力式撒肥機采用高速旋轉的風扇獲得較快的速度，將肥料噴施在田間；轉盤式和鏈式全幅撒肥機原理與氣力式撒肥機相似，可以在整個機械范圍內進行撒肥；擺管式、氣力式和全幅撒肥機由于結構的原因，更適用于撒施液體肥料以及大型農場的撒肥作業。風送式撒肥機利用出口處的撒肥風道，由風機的正壓力將料口處肥料直接吹出風撒裝置，完成撒肥，該裝置可進行超寬范圍噴灑[4-6]。本次設計選用離心式圓盤撒肥機，其具有結構簡單、重量輕、通用性好、撒肥幅寬、不易堵肥、造價低、方便檢修等特點，適用于中小型農田作業。

本設計的離心式圓盤撒肥機需要具備穩定的施肥能力，能夠對多種肥料進行施肥作業，主要針對固態化肥進行施肥作業；可根據排肥圓盤轉速和肥口開度進行施肥量的調節，施肥量應該要符合農業技術的要求，一般情況下，施肥量在5~30千克/畝的范圍內可以調節。

離心式雙圓盤撒肥機主要由機架、撒肥料斗、撒肥盤、推肥板和攪肥裝置等組成。工作時通過功率輸出軸驅動一個轉動的撒肥板，利用離心的力量把肥料拋出去[7]。撒肥料斗裝在機架上方，出口處設有撒肥肥量調節裝置，撒肥量控制與調節是通過液壓回路系統調節出料口的大小來實現的。肥盒安裝于架子的上端，在肥槽的底端有兩個化肥出口，在出口處裝有一個施肥量調整器，它可以用液壓缸帶動調整手把來控制施肥量[8]。撒肥機構安裝在底盤下的支撐板上，由一個功率輸入式傳動箱和兩個施肥傳動箱組成，兩個撒肥盤安裝在撒肥車的縱向傳動軸上。肥槽中配有攪拌裝置，能將結塊的化肥顆粒粉碎，從而讓化肥平穩地降落[9]。雙圓盤撒肥機結構如圖1所示。

圖1 雙圓盤撒肥機結構簡圖

撒肥機在田間作業時，動力由拖拉機提供，根據拋撒量要求，利用液壓調整機構對出料孔的大小進行調節，肥料依靠自重向下落。在肥口處設置攪拌器，肥料經過攪拌器時，結塊固態肥料被充分打散，再通過液壓裝置的運動調節出料口的開度，最后下落到撒肥盤上。由地輪提供動力，使撒肥盤根據機車行駛速度以相應的速度進行旋轉，肥料顆粒在撒肥盤上由旋轉引起的離心力和推肥板的作用向外均勻拋撒，撒肥幅寬可達10 m~15 m。

1.1 撒肥圓盤的設計

設計撒肥圓盤直徑為350 mm，攪拌軸與肥料料斗之間的連接經過撒肥圓盤，撒肥圓盤的內徑為18 mm，輪轂部分直徑為40 mm，外徑要求能夠支撐推肥板的重量；撒肥盤的形狀為倒金字塔，傾斜角度為3°，以增加撒施面寬度，降低撒肥圓盤上化肥顆粒的損耗[10]。撒肥圓盤的轉速為 540 r/min，撒肥盤的轉速如果過大，在田間工作時粉粒肥料會產生漂移，將會導致肥料的浪費，并且對環境造成一定的污染，撒肥盤的結構簡圖如圖2所示。

圖2 撒肥盤結構圖

1.2 推肥板的設計

選用推肥板的高度為45 mm，推肥板的安裝位置有兩種：一種是成負角度安裝，另一種是成正角度安裝[11]。根據農藝要求得到推肥板的安裝位置在撒肥盤圓平面呈45°安裝。在旋轉過程中，由于與撒肥圓盤的撞擊和摩擦，肥料顆粒在轉盤處的移動和拋出的傾角由于安裝傾角的不同而發生變化，推肥板與撒肥圓盤安裝示意圖如圖3所示。

圖3 推肥板與撒肥圓盤安裝示意圖

1.3 肥箱的設計及其參數的確定

在拖拉機帶動撒肥機進行作業的過程中需要不斷地向撒肥盤提供肥料，因此肥箱也是很重要的一個部分，在設計肥箱時應注意以下幾點。

1）容積設計需適當。如果肥箱的容積太小，所裝的肥料會相對較少，在田間作業時就需要不斷停下來向肥箱添加肥料，這不僅影響工作效率，同時增加了人工勞動強度；肥箱容積也不應過大，一味追求大容積會造成整機重量偏大，增加機械工作負擔，影響整體作業效果，所以肥箱容積至少應該保證容量能夠使撒肥機在農田里來回撒肥一次[12]。

2）肥箱出肥口的大小要適當。如果出肥口太小，當拖拉機在田間作業時，撒肥機可能會由于肥口太小而造成堵塞，從而損壞攪肥器；如果出肥口太大，也會由于機器形勢顛簸而造成漏肥的現象出現。所以出肥口要選取適當大小，不僅可以加快肥料的下落速度，還可以防止肥口堵塞，從而能夠有效地提高撒肥作業的效率[13]。

3）肥箱應與水平方向有一定的夾角。為防止肥箱底面死角的狀況出現，應保證肥箱底部有傾角，確保所有的肥料沿著肥箱傾角被送至料口處，不能讓肥箱存在能藏肥料的死角，這需要根據肥料顆粒休止角進行合理設計[14]。

圖4 料斗示意圖

在設計肥箱形狀和尺寸時，需要考慮肥箱的容積、下料口的大小等因素，同時肥箱應與水平方向有一定的夾角，確保所有的肥料沿著料斗傾角被送到料口處。根據常規肥料的休止角，課題組將料斗設置為圓錐形，與水平方向呈60°夾角。每個料斗設置2個扇形料口。為了滿足肥量的要求，設計料斗上開口直徑為942 mm，下開口直徑為250 mm，高度為600 mm，距離地面約408 mm，料斗示意圖如圖4所示。

2 結論

課題組設計了一款后置式離心式雙圓盤撒肥機，通過對撒肥機設計的結構進行分析，針對農機與農藝要求和成本問題，利用CAXA二維繪圖軟件對其結構進行二維裝配圖和零件圖的繪制處理，確定了撒肥盤的直徑和厚度、推肥板的各項參數以及肥箱的參數，確保結構符合實際應用。同時完成必要的校核，保證所設計的離心式雙圓盤撒肥機使用的安全性和可靠性。