水稻苗期施肥机的设计与应用

律凯 杨春才

[摘 要] 水稻传统的施肥方式是人工撒施，存在劳动强度大、工作效率低等缺陷，严重制约了水稻生产机械化的发展，实现水稻施肥机械化已成为农业生产的迫切需求。针对目前我国苗期水稻施肥存在的问题，本文设计了一种抛撒式水稻施肥机，并就其有关机理及施肥关键部件进行了理论分析和试验研究。

[关键词] 水稻 施肥机 撒肥甩盘

[中图分类号] S511 [文献标识码] A [文章编号] 1003-1650 （2014）03-0187-01

在水稻生产过程中，水稻苗期追肥一般都在临近分蘖至成熟阶段进行，此时水稻植株已很高，很难进行侧深施肥、深施肥等入土性施肥，只能采用表面施肥来进行追肥。传统的水稻追肥方式为人工撒施，劳动强度大，施肥均匀性差，易导致同一区域水稻长势参差不齐，影响水稻增产[1]。为了解决水稻苗期施肥的难题，本文设计了一种抛撒式水稻苗期施肥机，在一定程度上减轻了水稻追肥的劳动强度，提高了追肥作业质量。

一、抛撒式水稻苗期施肥机的设计

抛撒式水稻苗期施肥机主要由排肥机构、施肥机构、喂料斗、传动系统、行走系统、电器设备和机架等组成，如图1-1所示。该施肥机适用于颗粒肥料的撒施，比如常用的尿素、氮素、复合肥和专用肥等，粉末状肥料由于自身的物料特性，易受田间环境因素影响，特别是风，施肥机对粉末状肥料的施肥效果比较差。

图1 水稻苗期施肥机结构示意图

1.水田轮 2.链传动结构 3.直流电动机 4.机架 5.撒肥甩盘 6.肥箱 7.喂料斗8.排肥机构9.蓄电池 10.扶手

抛撒式水稻苗期施肥机的工作原理：施肥机在人的牵引力作用下前进，水田轮作为地轮通过两级链轮传动为排肥器提供动力，颗粒肥料从排肥器中排出落入喂料斗中，在喂料斗引导下进入施肥机构的喂入区，肥料颗粒在此获得速度而被抛入空中作斜抛运动直至落入田间完成施肥过程。 从水稻的种植农艺可知，水稻行距为30cm，在水稻的整个生长过程中，水稻最高株高一般在80～95cm，为了减轻水稻苗期追肥作业时对水稻植株的破坏，施肥机采用高地隙机架，机架由矩形钢管焊接而成，行走系统的结构形式为三轮式，水田轮行走于水稻行间，两后轮间距为1.2m，前轮位于两后轮的中间线上。

施肥机构的动力由电动机提供，甩盘直接固定在电动机输出轴上，输出轴根部装一个推力轴承，以消除甩盘底面与电机上表面的摩擦。电动机为直流电动机，供电设备为蓄电池，由于田间环境比较复杂，电机转速需要根据实际情况进行适当调整，因此要为电动机装上调速器。

二、施肥机构的设计和工作原理

施肥机构是水稻苗期施肥机的核心部件，也是整个设计环节的关键，施肥机构的工作性能决定着施肥的作业效果。通过查阅大量资料，分析现存施肥机械的特点，并借鉴旋转锥盘式水稻抛秧机的结构本文为水稻苗期施肥机的施肥机构设计了一种撒肥甩盘，它由盘体、导轨和凸台组成。

2.1撒肥甩盘盘体的参数设计

图2 甩盘盘体示意图

撒肥甩盘盘体部分近似为旋转抛物面，它是由一条水平线段和抛物线组成的母线绕固定轴旋转一周形成的。以水平线段为轴，固定轴为z轴建立直角坐标系，如图3-3所示，在此直角坐标系中，盘体母线方程为

甩盘盘体的D1区域用于设置凸台和喂入区，D2为甩盘顶端圆直径，也称为抛出直径，H0为甩盘盘体的高度。D1、D2、和H0是甩盘的主要尺寸，它们会对肥料颗粒的运动轨迹产生极大影响，综合考虑经济性、实用性等因素，设计时取D1=120mmD2=360mmH0=60mm。肥料颗粒喂入到D1区，在甩盘高速旋转作用下，肥料颗粒沿抛物面运动到甩盘顶端D2区，此时肥料颗粒在水平方向和竖直方向上均有分速度，因此肥料颗粒脱离甩盘后将做斜抛运动。由物理学知识可知在同一高度，斜抛运动和平抛运动相比，肥料颗粒在空中的运动时间更长，分布更均匀。

三、撒肥甩盘导轨的设计

传统离心式施肥机为了使肥料能顺利从圆盘上抛出，一般会在圆盘上装有2～4个叶片，叶片形状有直线形和曲线形，叶片安装方式有径向式、前倾式和后倾式。撒肥甩盘为了能更好地使肥料颗粒抛出，采用的是渐开螺旋线导轨，导轨的轨迹线是渐开螺旋面与旋转抛物面的交线。把一条没有弹性的细绳绕在圆盘上，拉开绳子一端并将绳子拉直，使绳子与圆始终相切，此时绳子端点的轨迹称为渐开线，该圆称为渐开线的基圆设基圆圆心为O，半径为R点是绳子未拉开时绳子端点的位置，取O点为坐标原点，过O、A的直线为x轴，建立直角坐标系，可以推出渐开线方程

撒肥甩盘导轨的断面为三角形，导轨位于甩盘盘体内侧，共16条，与盘体做成一体。导轨的外侧为肥料颗粒运动的一侧，它与盘体的内表面的夹角在80°120°之间，以利于肥料颗粒运动。在甩盘高速旋转作用下，肥料颗粒依附在导轨外侧面，沿导轨运动直至脱离甩盘完成施肥过程。

四、小结

本文在对国内外大量有关文献和研究成果的分析总结基础上，针对目前我国水稻苗期施肥以人工抛撒为主，存在劳动强度大、作业效率低和施肥效果差的弊端，提出并设计了一种抛撒式水稻苗期施肥机。水稻苗期施肥机主要由排肥装置、施肥装置、电器设备、传动机构、机架等组成，采用人工牵引方式前进，水田轮行走于水稻行间，排肥装置采用外槽轮式排肥器，施肥装置为撒肥甩盘，电器设备主要有12V直流电动机、12V免维护蓄电池、直流电机调速器等。本研究目前仅限于室内设计及实验，由于时间限制没能进行田间试验，因此后续研究中在条件允许的情况下，可以进行田间试验研究。

参考文献

[1] 张李娴.摆管式撒肥机的研究与设计[D].西北农林科技大学，2011