车载式施肥机肥箱的设计

张 萍, 王兵利

(杨凌职业技术学院， 陕西 杨凌 712100)

肥箱是施肥机的重要构成部分，肥箱功用是盛装肥料，以保证施肥机能连续的施撒肥料。

1 肥箱的设计要求

(1)应有足够的容积以保证单次加肥后的施肥面积不少于0.1～0.2 hm2，且按照设定的施肥长度和要求的施肥量，应使加肥点设在地块一边，保证一个来回作业所需的肥量；

(2)肥箱的结构应充分考虑肥料的物理特性，确保肥料能自然向下流动，应简单、便于制造；

(3) 肥箱内应设置防肥料架空系统，保证肥料能连续均匀地下流。

2 肥箱的结构设计

2.1 肥箱的形状设计

为确保肥料能自然向下流动，肥箱侧面与水平面的夹角应大于化肥的休止角，由于化肥的休止角一般为33°～50°[1]，因此可取肥箱侧面与水平面的夹角为60°。考虑到肥箱中要加入防架空系统，圆锥形状不利于搅拌装置与肥箱的连接和安装，故将肥箱做成倒四棱锥状：四棱锥的每个侧面与水平面的夹角都为60°，在保证肥料顺利下流的同时也便于搅拌装置的连接和安装。其结构示意图如图1所示。

图1 肥箱结构示意图

2.2 肥箱的容积设计

肥箱的容积决定了单次加肥后机具可行进的长度以及施肥过程中加肥的次数，在一定程度上决定了施肥的效率。它受到作业幅宽、施肥量、施肥行程以及肥料单位容积质量等的影响，工作时不宜将肥箱内的肥料全部撒完，否则会因箱内肥料太少而影响撒肥性能。

肥箱容积可按下式确定：

V=1.5kLBQ/γ(L)[2]

(1)

式中：V为肥箱容积(L)；L为要求施肥长度(m)；B为施肥作业幅宽(m)；Q为每亩施肥量(kg)；γ为化肥容积质量(kg/L)，(选较小值为依据)；k为容积系数，k≈1.25(因考虑颠簸损失肥箱不宜装满，箱内化肥少时不影响施肥量，所以要适当增加容积)。按照(1)式确定肥箱的容积时，对于一些参数值的选取，本文给出以下建议值：

(1)每公顷施肥量Q的范围为1200～1500 kg；

(2)施肥长度L的范围为150～200 m 。

此外，按照实际设定的作业幅宽和选取的施肥长度，肥箱装满一次肥应满足施肥0.1～0.2 hm2地，且至少应能满足施肥机一个来回的施肥量，使加肥点设在地头。

2.3 防肥料架空系统设计

为了克服化肥由于架空性、粘着性等发生架空、堵塞和结块现象给施肥量造成影响，使化肥呈松散状态，能顺利及时地下流，在肥箱中增加了防肥料架空系统。该系统包括两部分：防架空的方案和系统的驱动方式。常用的消除化肥架空的方法主要有两种：振动式和搅拌式[3,4]。下面对这两种方案进行讨论与比较。

(1)振动式。在该方案中，振动板是肥箱的活动底部，上端用铰接与肥箱连接。为使箱内化肥全部处于运动状态，此铰接点应尽量高。在振动板下有与凸轮接触的滚轮。工作时，肥箱底振动板受到凸轮撞击，绕铰链点上下振动，使化肥在箱内因振动产生由下到上翻转向前抖出的运动，形成不停的肥料流，使吸湿性强的化肥松散，消除架空现象[5]。

(2)搅拌式。该方案是在肥箱内加入搅拌器。常用搅拌器的形式主要有桨式、涡轮式、推进式、锚式、框式、螺带式、螺杆式等，各自的结构简图如图2所示。

图2 用搅拌器结构简图

这些形式的搅拌器主要用途是通过搅拌将物料混合均匀，因此结构较复杂，所用叶片数较多。而肥箱内的搅拌器主要用来消除肥料的结块，防止架空，并不需要混合均匀。本文参考常用和面机的搅拌器，它由交错布置在搅拌轴上的搅拌棒组成，工作时，搅拌棒带动周围肥料产生旋转，形成不断的肥料流，从而消除架空现象。搅拌棒在旋转的同时还可以对肥料块起到击打作用使其破碎，防止肥料块堵塞导肥管。其结构示意图如图3所示。

对比以上两种方案，方案一结构复杂，对肥箱的制造要求较高，由于受到化肥及振动板的作用，凸轮转动所需的扭矩较大，对动力源有着较高的要求。此外，由于该方案只是振动，它对局部化肥结块的现象并不能很好地消除。方案二结构简单，实现过程中只需要控制搅拌轴的转速即可，简便易行，能有效的消除架空和结块现象，因此采用搅拌式作为防架空的方式。

图3 搅拌器结构示意图

3 小 结

肥箱的结构应简单易于制造，其容积应满足施肥机一个往返施肥的肥量要求，使加肥点设在地块一边，且在合理的范围内应尽量减少加肥次数，提高工作效率；肥箱的形状应确保肥料自然向下流动，便于撒肥装置的顺利施撒。此外，肥箱内应有防肥料架空系统，便于肥料的下流和流量的精确控制。因此本文按照要求完成了以下内容：

(1)对肥箱的形状进行设计，将肥箱做成倒四棱锥状，四棱锥的每个侧面与水平面的夹角都为60°；

(2)给出了计算肥箱容积的参考公式V=1.5kLBQ/Y，并给出了部分参数的参考值；

(3)对肥箱的防架空方案进行设计，选取搅拌式作为防架空的方案。

参考文献：

[1] 宋卫堂,封 俊,刘亚佳.地轮驱动离心式化肥撒布机的设计与试验[J].农业机械学报，2002，33(1):39-41.

[2] 中国农业机械化科学研究院.农业机械设计手册(上册)[M].北京：中国工业出版社，1974.

[3] 北京农业工程大学.农业机械学(第二版，下册)[M].北京：中国农业出版社，2001.

[4] 北京农业工程大学.农业机械学(第二版，上册)[M].北京：中国农业出版社，2001.

[5] 中国农业机械化科学研究院.农业机械设计手册(上册)[M].北京：中国工业出版社，1974.