自走式小型玉米穴施肥机设计

周绛男 卢和文 高志龙 胡凯轩 钱建隆 万禹

摘 要：本文针对现有玉米施肥机械在小农、散户种植模式下精准施肥困难、过量施肥、滥施肥等问题，根据玉米株距及施肥量、施肥部位等农艺要求，设计了自走式小型玉米穴施肥机。该施肥机采用转速可控的槽轮机构控制施肥量，通过鸭嘴出料口进行土下施肥，实现了肥量可控的精准施肥效果，对改善施肥效率、提高玉米产量具有重要意义。

关键词：玉米;施肥机械;穴施肥机

中图分类号：S224.21文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）19-0046-03

Abstract： In this paper， according to the problems of precision fertilization， excessive fertilization and excessive fertilization in the existing corn fertilization machinery under the small-scale farming and retail farming mode， according to the agronomic requirements of corn plant spacing， fertilization amount and fertilization position， a self-propelled small-scale corn hole fertilization machine was designed. The fertilizer amount is controlled by the groove wheel mechanism with controllable rotation speed， and the fertilizer is applied under the soil through the duckbill outlet. It is of great significance to improve fertilization efficiency and corn yield.

Keywords： corn;fertilizer applicator;hole fertilizer machine

随着我国农业机械化的发展，在玉米施肥环节，机械施肥已经取代人工施肥。目前，我国广泛使用的玉米施肥机械是外槽轮式排肥器，依次通过排肥管、开沟器进行条施肥[1]。条施肥的显著特征就是进行持续不间断施肥，但会造成施肥过量，从而产生土壤板结、环境污染、资源浪费等一系列负面影响。目前，穴施肥、变量施肥技术的应用是提高施肥精准度的关键[2]。我国学者对这两个技术进行了一系列研究，且取得了一定成效。例如，李文波等人设计了一种双圆盘开沟穴施肥排肥器，主要由排肥器壳体、穴施肥输肥管、清肥刀等构成，具有开沟穴施肥质量好、作业可靠的特点，可满足穴播作物的穴施肥要求[3];邓春岩等人设计了一种小型施肥器，主要由手柄、顶杆、顶杆限深盘、上下控料套、导管和背料包等组成，能在土壤中形成孔穴，将肥料直接输送到作物根部，实现精确定量和定深的施肥目标[4];韩光义与刘善臣研发了一种精密穴施肥排肥器，通过可移动的插板定穴施肥[5];辛莉等通过外槽轮式排肥器实现穴施肥的效果，实现方式是通过不断开关排肥阀门[6];胡红研发了一种行间定点扎穴深施追肥机，效果良好[7]。以上研发的穴施肥装置虽然提高了化肥利用率，但由于大多结构复杂、成本较高、施肥效率有限，仍无法满足实际的玉米生产农艺要求，且大多处于样机水平，普及率较低。

针对目前玉米施肥机械存在的问题，本文基于穴施肥理念设计了一种新型的小型玉米穴施肥机。

1 结构及工作原理

1.1 结构

小型玉米穴施肥机主要由储料箱、槽轮、输肥管、滚动圆筒、鸭嘴出料口、覆土器和电机等内置驱动装置组成，如图1所示。在设计该穴施肥机时，要保证其排肥稳定，工作阻力小，施肥均匀，能适应大多数玉米生长土质，工作效率较高，保证每人每亩施肥耗费时间为30 min，充分满足农户个人需求。

1.2 工作原理

进行施肥作业时，同时对两行玉米进行定穴土下施肥。将化肥装入储料箱，启动槽轮驱动电机开关，根据预先计算的施肥量，通过专用调速器调节槽轮驱动电机的转速控制施肥量。肥料经过槽轮进入输肥管，经输肥管进入滚动圆筒，最后通过安装在滚动圆筒上的鸭嘴出料口进入土层，完成施肥。在施肥行进过程中，可选择性启动两滚动圆筒之间的驱动电机进行助力。

2 关键零部件设计

2.1 鸭嘴出料口

根据玉米最佳施肥深度，鸭嘴出料口设计长度为12 cm，通过触发装置实现出入土自动闭合功能，原理图如图2所示[8]。

鸭嘴出料口固定部分与圆筒外壁紧密连接;闭合部分控制鸭嘴出料口闭合，其与延伸出来的钢轴为一体结构;钢轴上的复位弹簧保证钢轴未接触触发装置之前鸭嘴出料口是闭合状态，在钢轴划过触发装置之后使鸭嘴出料口重新回到闭合状态;触发装置与施肥机扶手相固定，不与滚动圆筒同时运动，在扶手的调节下，始终保持接近垂直于地面的方向，其下端安装有多个轴承，减少控制鸭嘴出料口的钢轴与其接触时的摩擦力。

2.2 槽轮机构

槽轮机构由排肥盒（储料箱）、阻塞轮、挡圈、清肥轴、弹簧、排肥舌、外槽轮组成。在槽轮的转动下，可带动肥料向下输送，为实现精准控肥，在槽轮装置的基础上外置电机，电机为ZGB37RG微型直流减速电机，可调速、可反转。同时，为电机安装专用调速器、调节开关、正反转开关，用来控制电机转速大小与方向，当开关位于零位时，电机停转。使用中可通过调节电位器旋钮改变调速器占空比，进而改变电机转速，达到精准控制槽轮转速进而控制施肥量的目的，槽轮装置控制路线图如图3所示。

2.3 双滚筒机构

通过实地调研可知，玉米行间距多为60 cm左右。因此，采用双滚筒机构同时对两行玉米进行施肥。双滚筒机构空间结构分布如图4、图5所示。

在双滚筒之间装有载重箱（内置驱动电机及电源），以驱动两侧滚动圆筒行进，行进速度由调速器控制。滚动圆筒圆周等距分布8个鸭嘴出料口，从而在行进中配合槽轮装置完成施肥。双滚筒装置的设计不仅可以实现鸭嘴出料口深入土壤，实现精准施肥，而且大大提高了施肥效率。

3 结语

合理施肥对于农业生产至关重要，穴施肥、变量施肥作为实现合理施肥的重要方法，已逐步成为玉米施肥机械研发创新的主要方向。本文针对小农、散户的玉米种植模式，基于穴施肥理念设计了一种新型小型玉米穴施肥机。该穴施肥机具有结构简单、操作方便、成本低廉、工作效率高等诸多优点，且能在保证工作效率的同时，实现精准施肥的要求，并解决了广大农民玉米施肥难、滥施肥的难题。

参考文献：

[1]钱梵梵.玉米穴施肥机的设计与试验[D].合肥：安徽农业大学，2016.

[2]李坤，袁文胜，张文毅，等.玉米施肥技术与施肥机械的研究现状及趋势[J].农机化研究，2017（1）：264.

[3]李文波.雙圆盘开沟穴施肥排肥器：CN2525775[P].2002-12-18.

[4]邓春岩，陈芳，张丽坤，等.小型施肥器的设计[J].农机化研究，2011（6）：87-90.

[5]韩光义，刘善臣.穴施肥精密播种机：CN2423704[P].2001-03-21.

[6]辛莉，陶静，张敬，等.2BJ-2型精密播种穴施肥机的研制[J].农业机械，2009（14）：102-103.

[7]胡红.玉米行间定点扎穴深施追肥机设计与研究[D].北京：中国农业大学，2017.

[8]李陶，杨殿鑫.不同分层施肥深度与施肥比例对玉米产量性状的影响[J].现代化农业，2016（11）：17-18.