寒地水稻施肥直播机的设计

董可宏 安龙哲 徐峰 张喜娟 来永才+孟英

摘要：设计了寒地水稻施肥直播机，在水整地稻田中可一次完成起垄、开沟、播种、施肥和覆泥等工序。船板设计成可压出垄台的整体形式，外槽轮式播种器与施肥器实现了稻种和肥料均匀播种和施肥，而且结构简单、造价低、调整方便。

关键词：水稻；机械直播；播种；施肥

中图分类号：S2232文献标识码：Adoi：10.14031/j.cnki.njwx.2017.04.001

引言

目前，旱育稀植技术是黑龙江省水稻生产主体栽培技术。随着社会和经济的发展，我省的农村劳动力转移和老龄化趋势亦长期存在，我省的水稻种植方式将受到严峻挑战，水稻生产迫切需要节本、省工、增效的栽培技术。机械直播技术因其作业效率高、节本、省工、节水、节能、操作简便等优势受到关注。随着水稻生产的规模化，除草技术逐渐成熟，适合直播的高产品种的选育成功，必将推动机械直播技术在我省的快速发展，亦将完善我省的水稻生产栽培体系。

本文针对传统人工手撒种直播存在的问题，根据我省的水稻生产特点，进行农机与农艺的紧密结合，研制适合现有动力配套的新型水稻直播机，在保持水稻传统直播优势外，通过精量化播种，同步进行侧施肥，实现种子在田间行、株距有序分布，有效解决手工无序撒播存在的群体质量控制难，易倒伏等问题。同时改表施肥、撒施肥为机械深施，有效节约肥料，降低成本，缓解水稻生产带来的环境问题，对于建立环境友好型农业技术体系，实现水稻清洁生产具有重大意义。

1水稻播种施肥的技术原理

在水整地泥面上，由船板上相邻垄台开沟器形成垄台，在垄台上由播种开沟器、施肥开沟器同步形成播种沟和施肥沟。播种沟深5～25 mm，施肥沟位于播种沟一侧30～50 mm处，沟深50～60 mm。水稻芽种按一定株距播在播种沟内，颗粒肥定量、均匀地施入施肥沟内。水稻播种施肥的技术原理如图1所示。

1.垄台 2.垄台沟 3.播种沟 4.施肥沟

2寒地水稻施肥直播机的整体结构与工作原理

2.1整体结构

如图2所示，整机由牵引机架、动力传动系统、种/肥箱、施肥装置、播种装置、开沟/覆泥装置、船板组件等组成。

1.船板组件 2.牵引机架 3.动力传动系统 4.种/肥箱 5.开沟/覆泥装置 6.播种装置 7.施肥装置

2.2工作原理

动力底盘行进过程中，整机随之在泥面上滑动，船板组件在泥面上形成垄台，开沟装置同步在垄台上开出播种沟和施肥沟；同时动力传动系统驱动排种轴、排肥轴转动，将定量的种子、颗粒肥经播种装置和施肥装置播施在相应的沟槽内，经覆泥装置覆盖沟槽后，完成播种、施肥作业。

3主要系统、装置的设计

3.1动力传动系统的设计

动力传动系统结构如图3所示。动力底盘通过万向节将动力传递给齿轮变速箱，变速箱两侧动力输出端通过牙嵌与排种轴连接，以驱动排种轴旋转，带动排种器转动实现排种作业；每侧排种轴又通过一组链传动将动力传递给排肥轴，驱动排肥轴旋转，带动排肥器转动实现排肥作业。

1.万向节 2.变速箱 3.牙嵌 4.排种轴 5.链传动 6.排肥轴

3.2播种装置主要参数的选取

播种质量的好坏取决于排种器的排种性能，而机组的前进速度、排种器的结构及转速是影响排种性能的主要因素，它们之间是互相关联、相互影响的。

为了保证播种质量，排种器首先满足排种轮型孔填充的要求，这需要一定的填充空间和时间，填充空间由型孔来完成，填充时间则由种轮的线速度vp来控制。在极限条件下，则有：

vp ≤（L-12d）gd（1）

式中d—种子平均粒径/mm（取d≈4 mm）；

L—型孔长度/mm （取L=10 mm）；

vp—种轮线速度/m·s-1。

将数据代入（1）计算得 ：极限vp﹤0.4 m/s。

因机组的前进速度vm决定了排种轮线速度的大小，工作时，必须对vm加以严格控制，避免种轮线速度vp超出极限值，影响种子填充，产生漏播现象，所以vm与vp之间必须要有良好的配合；又因排种器转速是影响播种性能的因素之一，转速过高，排种器的伤种率增加，播种的均匀性变差，转速低时，伤种率较低、播种均匀性较好，但是播种的工作效率低。因此，排种器的工作转速应控制在一定的范围内。vm、vp、n相互间关系如公式（2）、（3）、（4）所示。

n = 60vm/ZT （2）

vp =πDn/60 （3）

vp=πDvm/ZT （4）

式中

vp—种轮线速度/m·s-1；

vm—机组前进速度/m·s-1；

T—穴距/mm；

Z—型孔数量；

D—种轮直径/mm；

n—种轮转速/r·min-1。

如上所述，综合考虑：转速要合理，排种器结构尺寸不宜过大，确定取n=20～30 r/min； D=100 mm；Z=10；T=100～200 mm；

由公式（3）得：vp ≤0.16 m/s；小于极限vp ，符合设计要求。

由公式（2）得：vm≤1 m/s。

3.3施肥装置主要参数的选取

排肥器选择结构简单、肥量调节方便、排肥量稳定的外槽轮式排肥器。其每转排肥量q可按公式（5）计算。

q=πdLp[c+aft]（5）

式中d—外槽轮直径：4 cm；

Z—外槽轮齿数：8 ；

L—外槽轮有效工作长度： 4 cm ；

C—带动层厚度：0.3～0.4 cm ；

ρ—颗粒肥容重：900～1200 kg / m3 ；

α—颗粒肥充满系数：0.6～0.8；

f—凹槽断面积 ：0.37 cm2；

t—槽齿间距：1.53 cm。

依据我省水稻种植要求，种肥施肥量一般为400～500 kg/hm2，由公式（5）可以确定排肥轴转速n=25～30 r/min。如需要对施肥量进行调整，可以通过改变外槽轮有效工作长度L实現。

3.4开沟/覆泥装置、船板组件的设计

1.覆泥板 2.种/肥导向槽 3.开沟滑板 4.沟深调节板 5.固定座 6. 开沟固定梁 7.垄台成型板 8.船板 9.牵引机架

开沟/覆泥装置由覆泥板、种/肥导向槽、开沟滑板、沟深调节板、固定座组成。每行配置一组种/肥开沟装置，通过固定座安装在开沟装置固定梁上。调节沟深调节板可分别控制种/肥开沟深浅，横向移动固定座可进行穴距调整。

船板上安装有牵引机架，开沟固定梁等组件，船板底面固装垄台成型板。船板底面与垄台共同作用下，在泥面上形成标准垄台；开沟滑板在垄台上开出种/肥沟，排入种/肥管内的种、肥经种/肥导向槽分别播入、施入相应的沟槽内，由覆泥板覆泥，完成播种、施肥作业。

4主要技术参数

综上所述，通过分析和理论计算，最终，确定的主要设计技术参数如下：

配套动力： 12.5 kW以上；

作业幅宽：3 m；

播种/施肥行数：10行；

行距： 240 mm、360 mm（宽窄行）；

穴距： 100 mm～200 mm；

作业速度： v≤1 m/s；

工作效率 0.5～1 hm2/h；

播种量：35～45 kg/ hm2；

排肥量：400～500 kg/ hm2。

5结论

依据我省水稻生产实际情况，结合水稻直播技术的发展趋势，设计了一种以现有动力配套的新型寒地水稻施肥直播机。通过理论分析和计算，确定了各分项设计的主要技术参数，完成总体结构设计，符合设计预期。