排种式撒肥机的设计与应用试验

何兴村　张鲁云　郑炫

摘要：根据我国目前农田作业的实际现状，研制开发了由地轮驱动的排种式撒肥机。对该型撒肥机的撒肥量、撒肥幅宽、行走速度、工作效率实地测试，结果其各项主要技术指标都达到了设计标准要求，通过田间实地试验对存在的问题进行了分析、研究，并对机具进一步改进、完善，充分发挥出撒肥机的优良性能，从而为操作使用撒肥机提供了实际参考依据。

关键词：撒肥机；施肥作业；数据分析；均匀度

中图分类号： S224.21 文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2015）03-0360-03

施肥可以调节耕作土壤性状、物理性质，成为农业生产中作物增产、增收的重要手段。合理施肥还可以改善农业大气环境、水环境和生物环境[1]。但是肥料施用工作量大，目前我国施肥方式仍十分落后，还以人工抛洒为主，采用人工施肥不仅工作效率低下、耗时、费工且劳动强度大，而各种肥料对人体健康还有一定损害。

肥料撒施机械具有作业效率高、撒肥均匀等优点[2]，尤其在新疆兵团和国营农场等大面积作业区有着较为广阔的应用前景。为适应大型农场机械化施肥需要，新疆农垦科学院机械装备研究所进行肥料撒施机研制工作，研制的地轮驱动排种式撒肥机不需要额外动力，结构简单、布局合理、轻便实用，非常适合于我国大田肥料撒播作业。

1 撒肥机结构及工作原理

1.1 整机结构

新疆农垦科学院机械装备研究所研制的排种式撒肥机，可以精确播撒有机肥、复合肥、化肥等多种肥料[3]，本研究设制的撒肥机整体结构设计为如图1、图2所示：左右2只长方体斗型肥箱，在肥箱后方两侧设置着行走地轮，前方为三角形牵引架；肥箱为整体焊接结构，通过螺钉与机架框型构架固定连接；肥箱下方设置传动轴，排肥盒通过销轴与传动轴连接，两端用螺钉与垫片固定；传动轴中间安装传动齿轮，通过螺钉与传动轴连接；右侧行走地轮上设置动力输出轴，通过转动轴承和带座轴承分别与地轮轮毂和机架连接，动力输出轴末端安装离合器；离合器中间装有拨叉，通过销轴、弹簧、垫片和锁紧螺母与传动轴连接，离合器上安装有传动齿轮、手柄和传动链条，离合器手柄用螺钉固定在箱体支架上与拨叉相连接；在两边行走地轮的内侧设置踏板，供操作人员上下装填肥料，维护设备。

1.2 工作原理

撒肥机可以由中小型拖拉机牵引运输拖动，拖拉机通过牵引架牵引使地轮转动[4]，驱动撒肥机移动行走。在实施撒肥作业时拉动离合器手柄，离合器处于连接状态。动力通过传动链条使传动齿轮转动，传动齿轮和传动轴用螺钉连接，传动轴转动，排肥盒中的排肥轮转动。肥箱中肥料通过排肥孔落入排肥轮的外槽孔中，排肥轮转动，外槽孔中的肥料颗粒均匀下落，落到撒肥板上肥料均匀散开，最后撒播在耕作土壤表面。排肥作业完成后拉动离合器手柄，离合器处于断开状态，传动轴停止转动，排肥盒停止排肥。排种式撒肥机主要技术参数见表1。

2 主要工作部件设计

2.1 肥箱设计

肥箱的设计首先是容积的确定[1]，按照田间地块的实际长度（一般为500 m）[5]，撒肥工作幅宽为5.2 m，以肥料中密度较小的颗粒尿素来计算，肥箱容积设计为1.5 m3（图3），一箱肥料应撒施500 m，可方便操作人员在地头加料，避免拖拉机轮作业时走重复路线和对土壤的反复碾压。肥箱下方锥面与水平面夹角为60°，大于化肥的休止角（33°～50°），确保肥料顺利向下排出肥箱[6-7]。

肥箱用料为厚度1.5 mm薄钢板，为漏斗型长方体整体焊合结构，用螺钉固定连接在60 mm角钢框架结构上，具有耐腐蚀、坚固轻便、容量大等特性。

2.2 排肥器设计

该型撒肥机排肥器的结构如图4所示，其工作原理和结构与外槽轮式排种器相似，只是齿数减少，槽轮直径加大，齿数减少槽间容量加大，有利于肥料排出[8]。排肥盒安装在肥箱下面，肥料通过肥箱开口流入排肥杯排出。

在其他参数一定的情况下，改变槽轮直径d必须相应改变转速n和槽轮工作长度l。排肥盒对槽轮直径选择范围为4.5～5.5 cm，槽轮工作长度l根据最大播肥量因素选择。最后选取排肥轮外径为4.8 cm，槽轮长度为5.5 cm。外槽轮要有利于肥料充满凹槽，同时还要便于排肥，不要卡滞。外槽轮齿数一般为5～8个，根据槽轮大小、肥料颗粒几何尺寸和槽齿强度等因素最后确定齿数为6个。

2.3 传动机构设计

撒肥机采用地轮→动力输出轴→主动齿轮→传动链条→从动齿轮的传动结构，如图5所示。地轮与动力输出轴固定连接，主动齿轮安装于动力输出轴上，主动齿轮和从动齿轮之间由传动链条连接，从动齿轮安装在转动轴上。地轮转动带动动力输出轴和主动齿轮转动，主动齿轮通过传动链条带动从动齿轮转动，转动轴转动，排肥轮转动，开始排肥作业。

3 应用验证

3.1 试验因素水平

肥料撒施机的重要性能指标是撒施的均匀度[10]，本试验采用变异系数（CV），作为均匀度的判定指标。变异系数可用来观测变量波动的幅度，由于它排除了平均值大小的影响，故便于用在不同参数间的比较。对于一般的田间施肥作业，变异系数正常情况下在15%～20%之间[11]，而对于地形平坦性较差的田间施肥，变异系数则可以放宽要求。变异系数越小的撒肥机，其施肥的均匀度越好，精度越高；反之，变异系数越大的其施肥均匀性越差，精度越低。在撒肥机的工作区域内选取一些小区（30 cm×30 cm），测量在不同的车速下小区内撒肥的质量，并根据平均质量的变异系数判断撒肥的均匀度。

为确定各种因素对施肥效果的影响，选择机具的前进速度、撒肥量和排肥轮转速为试验因素进行正交试验，各因素水平如表2所示。

通过方差分析可知，机具前进速度和排肥轮转速对试验效果影响显著，而撒肥量对试验效果影响非常显著。根据试验数据分析和实地测试可知，当撒肥机前进速度7 km/h、撒肥量675 kg/hm2、排肥轮转速72 r/min时，撒肥均匀度、精确性达到最佳状态。endprint

4 应用与改进

在实际使用过程中高速行进时，传动链条带动从动齿轮抖动剧烈，而导致传动轴中间部位跳动位移过大，造成从动齿轮周围的排肥盒过早损坏。根据实际使用情况，将动力由单侧地轮输出改为由双侧地轮输出，如图6所示。

动力经双侧地轮输出，通过链条传动更加平稳，传动轴跳动现象消失，排肥盒较少损坏，排肥过程更加流畅，施肥效果更均匀，取得了较好效果。

5 结论

排种式撒肥机撒肥幅宽5.2 m，理论生产率可以达到2～3 hm2/h，工作效率是人工撒肥的3～6倍，且价格低廉、操作简单、结构坚固，是一种性能优良的大田撒肥作业机械。

参考文献：[HJ1.7mm]

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