水稻旱穴播机施肥装置的设计

王广成

(黑龙江省农业机械工程科学研究院 牡丹江分院,黑龙江 牡丹江 157011)

0 引言

水稻是我国最重要的粮食作物之一，东三省是我国水稻商品粮的重要基地，仅黑龙江省水稻常年种植面积在400万hm2以上，总产量超0.5亿t。东三省年积温较低、无霜期较短，所以在水稻种植上应选用抗寒、积温低的稻种。我国水稻育种专家已培育出了适合北方地区的抗寒、抗旱及旱熟品种，因此，水稻直播种植技术在解决了品种及水田块地的整平、保苗、除草等问题后，其产量已达到或接近育苗机插秧的水平。该技术是一种高效轻简栽培方式，比较效益与直接效益均有优势[1-2]，所以，水稻直播技术在我国北方地区也得到了快速发展。目前，水稻机械化直播技术正在我国更多地区研究、推广及应用。

华南农业大学罗锡文院士团队研制出2BDH-10型同步施肥水稻旱穴播机[3]，是根据我国水稻机械化直播种植技术发展需要研发出的产品，在我国得到了广泛的应用。本文所述的品字型开沟施肥装置是为2BDH-10型同步施肥水稻旱穴播机配套的施肥装置。排肥器和开沟器是施肥播种机的关键部件和重要组成部分，本文在前期研究基础上，提出了品字形排列的开沟、分层施肥方式，进行了深施基肥与种肥结合的施肥装置设计，以满足北方水稻旱穴播施肥农艺要求，并确定合适的开沟、施肥方式及小型排肥器的结构参数等。

1 整机结构与工作原理

1.1 整机结构

如图1所示，施肥播种机的主要结构由牵引悬挂机架、地轮、深施肥箱体及排肥器、滑刀式深施肥开沟器、侧浅施肥箱体及排肥器、滑刀式侧浅施肥开沟器、平行四杆仿形机构、排种器总成、双圆盘开沟器、镇压轮及播种深度调节等组成。

1.牵引悬挂机架;2.地轮;3.深施肥箱体及排肥器;4.滑刀式深施肥开沟器;5.侧浅施肥箱体及排肥器;6.滑刀式侧浅施肥开沟器;7.平行四连杆仿形机构;8.双圆盘开沟器;9.排种器总成;10.镇压轮及播种深度调节图1 2BDH-10型同步施肥水稻旱穴播机结构示意图

1.2 工作原理

按照寒地粳稻旱直播施肥的农艺要求，在四轮拖拉机牵引2BDH-10型同步施肥水稻旱穴播机工作时，由左右两地轮作为动力，通过链传动，驱动排种器及排肥装置工作，呈品字型排列的施肥开沟器，可同时完成中间深层开沟(在两行种子之间、深6～8 cm)和侧浅层开沟(距种子2～5 cm、深度1～3 cm)，排肥装置将肥料成条施入沟内，深层施肥开沟器后部施入的肥料由回流的土壤覆盖，侧浅层的肥料利用播种圆盘外侧面推开的土壤进行覆盖并由镇压轮压实(图2)。

双圆盘开沟器在地面上开出一条播种沟；穴播式播种机构将种子按一定的穴距播种到播种沟中，通过调节传动箱传动比可改变播种株距；覆土镇压机构的覆土轮挤压沟壁土壤将种沟覆盖，同时进行镇压；穴播式播种机构和覆土镇压机构共同实现将种子成穴播在播种沟内并完成覆土镇压，实现同步施肥、播种、覆土镇压等工序，即2BDH-10型同步施肥水稻旱穴播机工作时，可同步完成开沟、播种、施肥覆土及镇压等复式作业。

1.土壤；2.浅施肥沟;3.播种沟;4.深施肥沟图2 同步施肥播种技术原理示意图

2 品字型组合分层开沟施肥装置设计

品字型组合分层开沟施肥装置由开沟器固定座、浅层施肥开沟器、深层施肥开沟器、中深施肥排肥器和侧浅施肥排肥器等组成。按农艺要求的基肥、种肥分层施肥的原则，依据总体方案设计出了品字形组合分层开沟施肥装置，即在深浅不同开沟器上安装深层排肥器总成和浅层排肥器总成，在水稻旱穴直播机进行播种作业时，开沟器开出肥沟并同步将肥料导入沟内，将不同种类肥料施入到不同深度的土壤中，以满足播种后的水稻在不同时期对养分的需求(图3)。

1.浅层施肥开沟器;2.开沟器固定座;3.种子;4.深层施肥开沟器图3 品字型分层施肥装置俯视图

3 关键部件设计

3.1 滑刀式施肥开沟器

滑刀式施肥开沟器(图4)主要由滑刀、开沟器固定柄、封闭连接板、施肥管等组成。开沟器的作用是机器工作时，开出肥沟并将肥料导入沟内，且使湿土覆盖肥料的工作部件。

由于整机空间尺寸的限制，开沟器设计为滑刀式开沟器。滑刀式开沟器入土切割阻力随着滑切角的增大而减小。影响滑刀式开沟器滑切作业性能的主要因素包括刃口曲线、滑切角和滑刀厚度。

为防止排肥管出口被土壤堵死，将排肥管出口端面设计与地面垂直。为减少对开沟器作业性能的不利影响，采用滑刀、开沟器固定柄与施肥管整体式焊接。为避免品字形开沟器之间土壤的拥堵，取消开沟器侧板。

1.滑刀;2.开沟器固定柄;3.封闭连接板;4.施肥管图4 滑刀式施肥开沟器结构示意图

3.2 中深施肥排肥器

使用原机外槽轮排肥器，特点是在壳体端盖密封部位加装不锈钢衬片，壳体耐腐蚀，毛刷压板采用不锈钢螺丝固定。排肥部件满足设计要求。

3.3 侧浅施肥排肥器结构与参数

将该排肥器设计采用小直径、特殊形状凹槽的外槽轮，选用聚氨脂材料，有助于提高均匀性。小外槽轮排肥器主要结构为：铸塑排肥壳体(含清种与排肥舌部分)，按照排肥旋转方向在壳体一端安装内齿形挡圈、密封端盖，在排肥轮轴上安装阻塞轮、弹性外槽轮，两端由肥量调节装置锁紧(图5)。排肥舌出口端部与阻塞轮上凸梗和槽轮的槽齿应有一定的间隙，该间隙不应大于颗粒最小规格尺寸，否则产生漏肥。

主要结构参数：外槽轮直径为25 mm，齿数为6，带动层厚度为4 mm。

外槽轮排肥器每转排量是强制层和带动层的迭加，其关系式如下：

1)强制层每转排量q1

(1)

2)带动层每转排量q2

q2=πdLγC

(2)

3)排肥轮每转排量q=q1+q2，由式(1)、式(2)再换算得

(3)

式中：d—外槽轮直径，cm；

Z—外槽轮齿数，个；

L—外槽轮有效工作长度,cm；

C—带动层厚度，cm；

γ—颗粒肥容重，kg·cm-3；

α—颗粒肥充满系数；

f—凹槽断面积,cm2；

b—槽的宽度,cm。

图5 小排肥轮装置结构示意图

4 主要技术参数

外形尺寸(长×宽×高)：2 340 mm×2 480 mm×1 180 mm；

配套动力：36.8～58.8 kW；

播种行数：10行；

行距： 200 mm；

穴距：100～250 mm(可调)；

播种量：110～185 kg·hm-2；

中深施肥行数：5行；

中深施肥量：50～300 kg·hm-2；

侧浅施肥行数：10行；

侧浅施肥量：30～80 kg·hm-2；

作业速度：1.11～1.67 m·s-1；

作业效率：0.40～0.53 hm2·h-1。

5 结论

为2BDH-10型同步施肥水稻旱穴播机设计了品字型组合分层开沟施肥装置。提出品字形排列的开沟、分层施肥方式，进行了深施基肥与种肥结合的施肥装置的设计，以满足北方水稻旱穴播同步施肥的农艺要求。该装置具有如下特点：

1)设计了水稻旱穴播机施肥装置，其品字型排列的分层施肥方式，能够满足水稻生长期根系对养分的需求，提高了化肥施用后的利用率。

2)设计的滑刀式施肥开沟器，满足最大耕深内的开沟器耕作阻力及入土阻力较小原则。

3)设计的小槽轮排肥器，聚氨脂材质的小外槽轮，具有良好的韧性、优良复原性、耐磨耐老化等特性。

4)通过施肥装置的性能试验可知，各行排肥量一致性变异系数、施肥均匀性变异系数、总排肥量稳定性变异系数、施肥断条率、施肥量偏差、施肥深度等性能指标，均达到了设计要求。

5)2BDH-10型同步施肥水稻旱穴播机配装品字型组合分层开沟施肥装置后，作业时可一次完成开沟、施肥、精播、分层施肥、覆土及镇压复式作业。该机具有播种精确、施肥均匀、省种、省肥、节水、低碳环保及经济效益高等优点，是我国水稻机械化直播种植技术的优良装备。

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