SF—100摆动式颗粒肥料抛撒肥机的研究设计

董可宏　孙喜　巍张迪

摘要：针对现有施肥机械容易产生堵塞、架空以及撒施不均匀等方面的不足，利用摆动原理，设计一种适合中小面积水稻种植户的颗粒肥料撒肥机，着重设计了肥箱和摆动叉组成的摆动机构。实现肥料撒施的通畅和均匀性，保证施肥效果的稳定高效。

关键词：撒肥机；摆动机构；参数设计；稳定高效

中图分类号：S2242文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.05.003

0引言

水稻是喜肥作物，遵循水稻在各生长时期的肥量需求，足量肥料供给是保障水稻稳产高产的重要条件，而基肥撒施量占水稻生育期所需肥量的2 /3以上。我省水稻种植户撒施基肥大部分采用机械方式，原有采用振动式 、螺旋式、钉齿式、外槽轮式、链指式等施肥部件的施肥机械，容易产生堵塞、架空及撒施不均匀等方面的缺点，不适合我省水稻生产机械化施肥的发展需求。现以普遍使用作业效率高的离心式撒肥机为例，离心式撒肥机是通过在撒肥盘上安装不同角度的叶片，来实现撒布的均匀性，但肥料从肥箱落入到撒肥盘上，在叶片间的分布是不均匀的，这样难以实现肥料均匀撒施，并且其撒施宽度大，主要适合于大面积的水田撒肥作业。 中小面积水稻种植户不愿使用离心式撒肥机，因抛撒幅度大，容易将肥料抛撒在池埂上，造成丢肥现象，所以部分种植户仍采用低效、落后的传统人工撒肥方式。

因此，研制一种适合中小面积水稻种植户的颗粒肥料撒肥机，满足他们抛撒基肥的需要，既提高撒肥效率利于抢农时，又降低了劳动强度，改善了劳动条件，避免了人工撒肥时皮肤长时间与化肥接触，有益于身体健康。

1摆动式撒肥机的总体设计

11结构及工作原理

撒肥机的总体结构如图 1 所示。撒肥机主要由：万向节传动轴、动力输入轴、悬挂机架、转动轮、摆动叉、摆动组合体、肥料摆管组、搅拌器、肥箱 、肥料调节/控制装置等组成。工作时，通过肥料调节/控制装置，排料口开启，肥箱内颗粒肥料供给摆动组合体，同时，拖拉机的动力经万向节轴传递给抛撒机的动力输入轴，动力输入轴的运转驱动转动轮同步旋转，转动轮旋转带动摆动叉摆动，摆动中的摆动叉带动摆动组合体及搅拌器同时摆动，利用摆动原理将肥料由肥料摆管组出口均匀地施于田间。

12总体设计

抛撒机设计中需要了解以下问题：

（1）肥箱中的肥料能定量稳定连续地供给；

（2）摆动机构应保证摆动管组能稳定的摆动；

（3）肥料摆管组能将肥料由出口均匀地抛撒。

因此，抛撒机的总体设计主要集中于肥箱容积、肥料量的排出能力及摆动机构的设计。

2抛撒肥机主要参数设计

21肥箱的设计

211肥箱容积的确定

肥箱的容积要选择适中，容积过大虽可以减少加肥次数 ，缩短辅助时间，提高抛撒效率 ，但容易造成肥料压实，使肥料流动性变差 。本文所设计的肥箱容积至少应满足在最大排量下1 hm2水稻田的一次抛撒施肥量，然后在地头加肥。

肥箱的容积V （m3）按公式（1）计算：

V=BLQ10000ργ（1）

式中Q—肥料的最大播量/（kg·hm2）-1；

B—撒肥幅宽/m；

L—肥箱装满后能撒施的距离（一般按地块长度的两倍计算）/m；

γ—颗粒肥充满系数为06～08；

ρ—肥料的平均密度，一般取值900～1200/（kg·m3）-1。

取撒肥幅宽B=10 m，L=1000 m，Q=200 kg， ρ=1000 kg/m3， γ=08

按公式（1）计算，则V=025 m3

212肥箱的外形结构及肥箱上下孔直径的确定

肥箱的外形结构如图1所示，根据已知装载量和整机的总体结构布置，采用横断面为梯形的圆锥形肥箱；箱壁斜面倾斜角度a的大小影响肥料能否顺利沿着箱壁倾斜面落下，a越大，斜面越平坦，肥料越不容易滑落；a越小，斜面越陡，肥料滑落越顺利。根据图中的直角三角形关系，倾斜角度可表达为：

tana=（D-d）2H（2）

根据物体在斜面上的力学分析可知，当tana≤l时，物体放在斜面上能顺利下滑。减小tana的值有利于保证化肥自然向下流动。

肥箱底部排肥孔径d的开度控制肥料流入摆管的量，如果开口过大，肥料易在管内积聚，堵塞摆管；如果过小，肥料不能连续从肥箱流入管内，产生间断性的排肥。另外，为了避免肥料架空（结拱）现象发生，设计加装搅肥装置。

因此，肥箱上孔直径D、下孔直径d 及肥箱高度H的确定，需要结合公式（2）综合考虑。

经分析计算，取d=245 mm，D=945 mm，H=450 mm，将三者数值代入公式（2），则tana=（D-d）2H=078<1，符合理论要求。

将数值d=245 mm，D=945 mm，H=450 mm，代入圆台体积公式（3）

V=13πHD42+d42+dD4（3）

则V=256 mm3=0256 m3；与按公式（1）计算，所得V=025 m3 相近，符合设计预期。

22摆动机构的设计

抛撒机采用转动轮和摆动叉偏心绞形式，把输入轴的圆周转动动力变换成了摆叉的圆锥转动，借助摆叉的转动特点，进而转化为输出端摆管组的摆动运动形式，结构形式如图2所示 。

撒施肥范围由摆动机构摆动管长度、摆动角度以及摆幅宽度决定的。三者的几何关系如图3所示。

3结论

主要從摆动式撒肥机的肥箱及摆动机构两方面进行结构分析及理论计算，基本解决施肥的堵塞、架空以及均匀性问题。确定了分项设计的主要参数，从而完成整体结构设计。通过样机的试验测试，抛撒肥料连续稳定，符合设计预期，达到设计指标，为进一步的开发研制打下了坚实理论和实践基础。