圆盘式有机肥撒肥器抛撒性能影响因素的试验研究

孟宪章 施继红 王雪莲 胡晓丽 任勇刚

摘要 [目的]为了研究圆盘式有机肥撒肥器的抛撒性能。[方法]在自制的圆盘式有机肥撒肥器试验台上进行了影响撒肥均匀度的单因素和正交试验测试。[结果]单因素试验结果表明，采用安装2组偏心叶片的圆盘、两盘安装中心距750 mm时撒肥均匀度的平均偏差最小。随着两圆盘转速的增大，撒肥均匀度平均偏差快速减小，转速超过200 r/min平均偏差变化程度非常小；正交试验结果表明，采用2组偏心叶片的圆盘、两盘安装中心距750 mm，圆盘转速200 r/min时撒肥均匀度的平均偏差最小。[结论]所设计的撒肥器具有撒肥均匀、工作效率高的特性，这为有机肥撒施机的研发提供了参考。

关键词 圆盘式撒肥器；抛撒性能；影响因素；试验

中图分类号 S224.2 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）27-335-03

Experimental Research on Influential Factor for Scattering Performance of Disc Manure Spreader

MENG Xian-zhang， SHI Ji-hong*， WANG Xue-lian et al

（College of Engineering and Technology， Jilin Agricultural University， Changchun， Jilin 130118）

Abstract [Objective] Researching the scattering performance of disc manure spreader. [Method] Single-factor and orthogonal experiments were employed on self-regulating test bed of disc manure spreader to investigate various factors of scattering performance. [Result] Single-factor analysis of variance showed that mean variation of uniformity is the minimum when the centre-to-centre spacing of two disc 750 mm and the disc is mounted eccentrically two groups of blades. The mean variation of uniformity decrease rapidly as the rotate speed of increasing. When the rotate speed is over 200 r/min， the mean variation of uniformity remains about the same. Orthogonal analysis of variance showed that mean variation of uniformity is the minimum when the rotate speed is 200 r/min under the same experimental conditions. [Conclusion] The designed manure spreader has features of uniform fertilization and high working efficiency， which will provide reference for development of manure spreader.

Key words Disc manure spreader； Scattering performance； Influential factor； Experiment

近年來在种植业生产中化肥投入量逐年增加，获得作物高产的同时也导致土壤中残留量增加，影响作物的正常生长和品质口味。长期单一施用化肥会造成土壤板结、肥力下降，影响土壤质量，破坏生态系统及能量的平衡，甚至对全球气候产生严重影响[1-2]。有机肥在土壤培肥、作物品质改善及有机田改造中发挥着重要的作用。我国有机农业在土壤培肥时一个重要的理念是必须保证施用足够数量的有机肥以维持土壤的肥力和生物活性[3]。

传统的有机肥料在使用时不仅劳动强度大、费时费力，而且工作环境很差，不符合当前农业省工、高效的要求。使用有机肥撒施机可以有效改善工作环境、减轻劳动强度、提高撒施均匀性，是实现种植业生产全程机械化的重要环节之一[4]。撒肥装置是撒施机的重要组成部分，其结构形式和工作参数直接影响撒肥效果。该文利用自制的水平双圆盘式有机肥撒肥器进行参数试验研究，旨在找出相关因素对撒肥均匀性的影响规律，为圆盘式有机肥撒施机的研发提供参考。

1 撒肥器试验装置及试验方案

1.1 试验装置

试验在水平双圆盘式撒肥器试验台上进行（见图1）。撒肥器主要由输肥装置、撒肥圆盘和电机驱动3部分组成。试验装置配备3台电动机，一台电机驱动输送带送肥，另两台电机分别驱动两圆盘旋转。3台电机分别连接着3台变频器，通过调整变频器的频率实现不同输肥速度和撒肥转速的调节。撒肥试验时，肥料被输送带分别送入两个撒肥圆盘，随后在两个旋转方向相反的水平圆盘盘面运动，由于摩擦力与离心力的共同作用，在遇到叶片前的运动轨迹为螺旋线。之后肥料颗粒或者沿叶片运动，或者继续保持原运动状态，最后飞离叶片的末端或水平圆盘的边缘，直接落在地面上。

1.2 试验方案

试验分别进行了单因素试验和正交试验。单因素试验时分别选择圆盘转速输肥速度、两圆安装中心距和圆盘结构为因素以撒肥均匀度平均偏差为指导，根据理论分析进行抛撒性能试验。单因素试验后，优选对抛撒性能影响较大的因素及撒肥器工作参数范围和圆盘结构的组合进行正交试验（表1）。

供试肥料选用前期经过堆肥化处理的腐熟肥料，要求无大硬块，少粗长杂草、不粘结，含水量在68%以下[5]。试验时肥料由输送带分别送入两个撒肥圆盘，被抛出后撒落在7组接肥盒内，每次试验后测出接肥盒中肥料质量，再利用每组肥料质量的平均偏差来判定有机肥抛撒的均匀度[6]。平均偏差越小，撒肥的均匀性就越好。

2 试验结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 圆盘转速。

通过改变圆盘转速进行撒肥均匀性试验，取输肥速度为600 mm/s，两盘安装中心距为550 mm，采用安装2组偏心叶片的平盘，获得撒肥均匀度的变化情况（图2）。由图2 分析得出，随着两圆盘转速的增大，撒肥均匀度平均偏差快速减小，转速超过200 r/min平均偏差变化程度非常小。分析表明，两圆盘转速越高，肥料颗粒所受离心力越大，遇到偏心安装的叶片之后沿着叶片运动到圆盘边缘，飞离圆盘的绝对速度越大，会使撒肥区宽度较大，同时改善撒肥质量。

图2 撒肥均匀度与圆盘转速的关系

2.1.2 输肥速度。

取两圆盘转速为100 r/min，两盘安装中心距为950 mm，采用安装2组偏心叶片的平盘，改变输肥速度进行撒肥均匀性试验，得到撒肥均匀度的变化情况（图3）。从图3 中分析得出，随着输肥速度的增大，均匀度平均偏差先增大后减小再增大的振荡变化，但变化幅度很小。原因可能是肥料由输送带落入圆盘中只是获得一定初速度，从圆盘边缘飞离的绝对速度对撒肥均匀性的影响才显著。所以其余条件不变，只改变输肥速度对撒肥质量影响很小。

图3 撒肥均匀度与输肥速度的关系

2.1.3 两圆盘安装中心距。

取两圆盘转速为100 r/min，输肥速度950 mm/s，采用安装2组偏心叶片的平盘，改变输肥速度进行撒肥均匀性试验，得到撒肥均匀度的变化情况（图4）。从图4 中可以看出，两盘安装中心距过近或过远撒肥均匀度平均偏差都增大，并且增大的幅度明显。结果表明，如两盘安装得过近，由于肥料落入地面上呈半环形分布，会出现中间的肥料叠加，造成撒肥均匀性变差。

图4 撒肥均匀度与两盘中心距的关系

2.1.4 圆盘结构。

通过改变两圆盘结构进行撒肥均匀性试验，取两圆盘转速为150 r/min，输肥速度为600 mm/s，两盘安装中心距为550 mm，得到撒肥均匀度的变化情况（图5）。由图5分析得出，采用安装2组偏心叶片的圆盘时，撒肥均匀度平均偏差明显小于无叶片的圆盘。原因可能是由于叶片作用，肥料颗粒飞离圆盘时相对速度大小、方向不同，使肥料落地的速度、方向也不同，改善了撒肥质量。

图5 撒肥均匀度与圆盘结构的关系

2.2 正交试验

在单因素试验的基础上，通过优选对撒肥性能影响较大的参数进行正交试验。选择两圆盘转速、两盘安装中心距、圆盘结构进行拟水平法正交试验[7]，将圆盘结构水平1虚设为水平3，重复一次，变圆盘结构为3水平因素进行测试。试验指标为撒肥均匀度的平均偏差，平均偏差越小越好。

正交试验的结果见表2，同时得出各因素对撒肥均匀性的影响见图6。

由表2可以看出，3个因素对撒肥均匀度影响主次顺序为A>B> C，即圆盘转速对撒肥均匀度影响最显著，其次为两盘安装中心距、圆盘结构。由图6可以确定各试验因素的最佳组合为A3B2C1，正好是正交试验表中的8号试验方案，即圆盘转速200 r/min，两盘中心距750 mm、圆盘结构使用2组偏心叶片的撒肥装置效果最好。

3 结论

（1）单因素撒肥试验表明，在一定条件下采用安装2组偏心叶片的圆盘、两盘安装中心距750 mm时撒肥均匀度的平均偏差最小。随着两圆盘转速的增大，撒肥均匀度平均偏差快速减小，转速超过200 r/min平均偏差变化程度非常小。

（2）正交试验表明，撒肥试验中两圆盘转速、两盘安装中心距、圆盘结构是影响撒肥均匀度的主要因素。其最优组合为采用2组偏心叶片的圆盘、两圆盘安装中心距750 mm，圆盘转速为200 r/min。

（3）比较单因素和正交试验结果表明，两者试验结果吻合较好，该试验结果不仅为圆盘式撒肥器的设计提供理论依据，也可以为后续有机肥撒施机的研究设计提供参考。

参考文献

[1] 曾宪楠.不同有机培肥措施对退化黑土肥力的影响[D].哈尔滨：东北农业大学，2014：1.

[2] 黄涛，荣湘民，刘强，等.有机肥对土壤培肥和作物生长影响的研究进展[J].湖南农业科学，2009（3）：43-46.

[3] 丁思年.有机肥对土壤的改良作用及其发展前景[J].现代农业科技，2007（10）：125-127.

[4] 李秋国，张秀平.有机肥撒施机撒肥装置的研究[J].河北农机，2014（2）：34-35.

[5] 施继红，孟宪章，潘世强，等.农家肥撒施机螺旋式撒肥器抛撒性能的试验研究[J].吉林农业大学学报，2006，28（1）：111-113.

[6] 田耘，赵亚祥，潘世强，等.小型手扶自走式有机肥撒施机的设计[J].中国农机化学报，2014，35（4）：55-58.

[7] 任露泉.試验优化设计与分析[M].长春：吉林科学技术出版社，2001：31-33.