程鵬飛，王琳琳，李學(xué)強，于文強

(1.山東理工大學(xué) 機械工程學(xué)院，山東 淄博 255000；2.山東希成農(nóng)業(yè)機械科技有限公司，山東 樂陵 253600)

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3ZMP-360型馬鈴薯中耕起壟施肥機的改進設(shè)計

程鵬飛1，王琳琳2，李學(xué)強2，于文強1

(1.山東理工大學(xué) 機械工程學(xué)院，山東 淄博 255000；2.山東希成農(nóng)業(yè)機械科技有限公司，山東 樂陵 253600)

針對現(xiàn)有馬鈴薯中耕起壟施肥機存在的地輪傳動不連續(xù)、粗制施肥及仿壟成形不夠理想等問題，對3ZMP-360中耕起壟施肥機驅(qū)動裝置、肥箱調(diào)節(jié)裝置和成形器進行了改進設(shè)計。采用驅(qū)動棘輪代替地輪傳動，徹底解決了地輪空轉(zhuǎn)、滑行導(dǎo)致肥箱不工作的問題；采用更換鏈輪調(diào)節(jié)傳動比的方式設(shè)計的肥量調(diào)整裝置，代替了原來靠調(diào)節(jié)施肥盒開口量的大小來控制施肥量的粗制方式，改進后的調(diào)整裝置可根據(jù)不同土壤和不同品種的需求進行相應(yīng)施肥，并且能夠精確控制施肥量；采用弧面成形器代替原來平面成形器，壟形得到了改善，既保持了所需壟高，又能增加薯壟培土量，更有利薯種的生長發(fā)育。試驗結(jié)果表明：改進后的馬鈴薯中耕起壟施肥機各項指標均符合國家標準要求，不僅提高了后期馬鈴薯生產(chǎn)量，而且有效地節(jié)約了化肥用量，降低了種植成本。

施肥機；施肥量；壟形；成形器；驅(qū)動裝置

0 引言

隨著我國馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略的推進，馬鈴薯機械產(chǎn)品也得到了快速發(fā)展，從前期播種到后期收獲階段基本實現(xiàn)了機械化。馬鈴薯的中耕、施肥是種植過程中重要的作業(yè)環(huán)節(jié)，中耕的主要作用是疏松土壤、增強透氣性、提高地溫、加速有機質(zhì)的分解及提高土壤有效養(yǎng)分，以及防除雜草、害蟲和調(diào)節(jié)水分、防旱保墑等。施肥的目的在于補充土壤中營養(yǎng)物質(zhì)不足，滿足馬鈴薯生長發(fā)育過程中對營養(yǎng)元素的需要[1]。

目前，馬鈴薯中耕起壟施肥盡管實現(xiàn)了機械化，但現(xiàn)有機型仍存在一些問題：大多采用行走地輪來驅(qū)動肥箱執(zhí)行施肥，傳動方式過于簡單，不能解決地輪打滑導(dǎo)致的施肥卡滯與積肥問題；大多采用傳統(tǒng)的施肥方式[2]，通過手動調(diào)節(jié)施肥盒開口大小，來粗制控制施肥量，不能按實際客觀需求來合理施肥，施肥效果不理想；采用平面成形器，起壟效果不佳，直接影響了后期馬鈴薯的產(chǎn)量。

針對上述問題，本文對3ZMP-360四壟中耕起壟施肥機驅(qū)動裝置、肥箱調(diào)節(jié)裝置和成形器進行了改進設(shè)計，增加了肥量調(diào)整裝置和棘輪驅(qū)動方式，對成形器結(jié)構(gòu)做了進一步的完善，并進行了田間試驗。

1 整機模型及工作原理

改進后的中耕起壟施肥機整機模型由驅(qū)動棘輪、連接傳動箱、拉簧桿、肥量調(diào)整裝置、肥箱體、牽引架、地輪、小彈性齒、側(cè)護板 、松土器、成形器和仿壟壓板組成，如圖1所示。

該機牽引架與拖拉機采用三點懸掛方式連接。作業(yè)時，拖拉機拖動整機前進，小彈性齒將壟兩邊的雜草除掉，通過松土器、成形器與仿壟壓板三者的配合，完成了起壟工作。其中，壟寬、壟高及培土量可通過改變松土器、成形器兩翼夾角來調(diào)節(jié)。整機前進過程中，驅(qū)動棘輪撓地前行，將動力通過連接傳動箱傳遞給肥量調(diào)整裝置，最終控制肥箱精確施肥。

2 關(guān)鍵部件的改進設(shè)計

2.1 驅(qū)動裝置的改進

現(xiàn)有中耕起壟施肥機采用的是地輪傳動裝置，如圖2所示。其工作時，依靠與地面的附著力驅(qū)動自身運轉(zhuǎn)，通過鏈輪傳遞動力給肥箱，來實現(xiàn)施肥功能；但該傳動方式對外界環(huán)境適應(yīng)性能差，若在濕滑或凹凸不平整的田地作業(yè)時，經(jīng)常會發(fā)生地輪空轉(zhuǎn)與滑行前進，直接影響施肥效果，導(dǎo)致減產(chǎn)。

圖2 地輪驅(qū)動方式

棘輪驅(qū)動裝置由驅(qū)動棘輪、拉桿、鏈條及菱形軸承等構(gòu)成，如圖3所示。驅(qū)動棘輪工作環(huán)境是界于空氣與土壤之間的，而且持續(xù)不斷地抓地前行，可將動力傳遞給肥箱調(diào)整裝置，有著至關(guān)重要的作用。因此，對其采用65Mn材料且噴漆處理，既保證了高強度、高硬度性能，又有著良好的耐磨和防銹性能。在驅(qū)動棘輪周邊結(jié)構(gòu)采用了折彎處理，形成12個“撓爪”，具有良好的抓地性能，能夠保證與地面的實時轉(zhuǎn)動接觸，充分解決了地輪在凹地、濕地作業(yè)中發(fā)生的空轉(zhuǎn)、滑行問題。改進后的裝置結(jié)構(gòu)更加簡單，并且適應(yīng)多種工況作業(yè)，有著很強的適應(yīng)能力。

2.2 肥量調(diào)節(jié)裝置的改進

現(xiàn)有中耕起壟施肥機施肥量的控制是靠人工粗略調(diào)節(jié)實現(xiàn)的，需要調(diào)節(jié)手動旋鈕來改變六方傳動軸在施肥盒中的占據(jù)空間比，從而完成變量施肥；但該施肥方式?jīng)]有施肥標準， 用戶純靠手動估測施肥， 極易出現(xiàn)實際施肥量與所需施肥量不相符的現(xiàn)象。同時，肥箱內(nèi)無攪拌軸，經(jīng)常出現(xiàn)施肥盒堵塞、積肥現(xiàn)象，還需要依靠人力將肥料敲碎，大大影響了作業(yè)效率與質(zhì)量。其模型如圖4所示。

1.鏈條護板 2.菱形軸承 3.拉桿 4.鏈輪 5.傳動軸 6.鏈條 7.驅(qū)動棘輪

1.手動旋鈕 2.六方傳動軸 3.排肥口 4.施肥盒 5.肥箱體

改進后施肥箱如圖5所示。相比原施肥控制箱，其增設(shè)了攪拌軸，可將粘成團的肥料攪碎，解決了施肥盒堵塞問題；采用絞龍施肥代替了原施肥控制箱中的六方軸，避免了施肥盒積肥現(xiàn)象，而且排出的肥料流量是恒定的，施肥質(zhì)量明顯提高。

為實現(xiàn)精確施肥，在驅(qū)動棘輪與肥箱之間增加一肥量調(diào)整裝置(見圖6)，其主、從動軸均水平布置，之間安裝有張緊盤，且其軸線與主動軸軸線平行。張緊盤外端面上設(shè)有兩個與張緊盤軸線平行的銷軸，兩個張緊鏈輪通過軸承安裝在張緊盤銷軸上，將鏈條纏繞成“S”型，達到張緊目的；彈簧一端連接張緊盤，另一端通過掛鏈卡在側(cè)板上。當需要調(diào)節(jié)施肥量時，松開掛鏈使張緊盤順時針旋轉(zhuǎn)，鏈條松動即可更換鏈輪，調(diào)節(jié)鏈輪傳動比改變絞龍轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)變量施肥，用戶可根據(jù)施肥量調(diào)節(jié)表(見表1)精確控制施肥。

1.肥箱蓋 2.連接橡膠條 3.肥料網(wǎng)篩 4.攪拌軸 5.絞龍箱 6.箱體 7.傳動鏈條 8.撥桿傳動軸

1.張緊盤 2.從動軸 3.從動鏈輪 4.傳動鏈條 5.側(cè)固定板 6.鏈輪組 7.主動鏈輪 8.張緊拉簧 9.張緊鏈輪

Table 1 Fertilizer regulation table kg·(667m2)-1

續(xù)表1 kg·(667m2)-1

2.3 成形器的改進

原起壟成形器采用的是平板刮土起壟原理，壟形截面為梯形，且結(jié)構(gòu)比較單一，長時間工作容易磨損低尖，既降低了實用壽命，又影響了起壟效果。改進后的成形器壟面呈拱形，使得壟形更加飽滿，增加了薯壟培土量，提高了土壤肥力，對產(chǎn)量增加有著明顯效果。在成形器低尖處增加了可拆卸的耐磨護刃，增強了成形器的耐磨性能，提高了成形器的使用壽命。成形器改進前后對比如圖7所示，效果對比如圖8所示。

3 田間試驗

3.1 試驗條件

在馬鈴薯田間管理階段，對改進后的3ZMP-360型號的四壟中耕起壟施肥機進行田間試驗，選用約翰迪爾1254型四輪驅(qū)動式拖拉機，配套動力88.2kW，在總面積約為45hm2的5個面積均等小試驗田，進行中耕起壟施肥作業(yè)；工作速度5km/h，工作行距90cm，最后對其作業(yè)效果進行實地檢測并分析[3-5]。

圖7 改進前后對比圖

圖8 改進前后壟形對比圖

3.2 試驗結(jié)果

按照中華人民共和國機械行業(yè)標準JB/T 8576-1997《旱田中耕追肥機 技術(shù)條件》的指標規(guī)定和相關(guān)農(nóng)業(yè)機械試驗方法，對總排肥量穩(wěn)定性變異系數(shù)、各行排肥量一致性變異系數(shù)、各行耕深一致性變異系數(shù)、各行耕深一致性變異系數(shù)、起壟行距一致性變異系數(shù)、傷埋苗率及土壤膨松度6項指標進行相關(guān)檢測分析，試驗結(jié)果如表2所示。

表2 田間試驗結(jié)果

4 結(jié)論

1)針對現(xiàn)有中耕起壟施肥機在濕滑或凹凸不平整的田地作業(yè)時，導(dǎo)致地輪空轉(zhuǎn)與滑行前進的問題，將棘輪驅(qū)動代替地輪驅(qū)動的工作方式，提高了施肥質(zhì)量，充分解決了地輪空轉(zhuǎn)、滑行產(chǎn)生的漏施肥難題，且對惡劣工作環(huán)境有著很強的適應(yīng)能力。

2)采用絞龍代替六方傳動軸，同時在肥箱內(nèi)增設(shè)了攪拌軸，避免了現(xiàn)有中耕起壟施肥機存在的肥料堵塞、肥箱積肥等問題，節(jié)省了人力，提高了工作效率與質(zhì)量。針對實際施肥與所需施肥不相符的現(xiàn)象，在驅(qū)動棘輪與肥箱之間增加一肥量調(diào)整裝置，實現(xiàn)了精確控制施肥。

3)針對現(xiàn)有中耕起壟施肥機成形器起壟效果不佳，實用壽命短的問題，采用了壟面呈拱形的成形器，且在成形器低尖處增加了可拆卸的耐磨護刃，提高了成形器的使用壽命，大大改善了起壟效果。

4)田間試驗表明：改進后的馬鈴薯中耕起壟施肥機總排肥量穩(wěn)定性變異系數(shù)、各行排肥量一致性變異系數(shù)、各行耕深一致性變異系數(shù)、各行耕深一致性變異系數(shù)、起壟行距一致性變異系數(shù)、傷埋苗率及土壤膨松度6項指標均符合國家標準要求，產(chǎn)品性能得到了極大改善。

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The Improved Design of 3ZMP-360 Potato Intertillage and Ridge Forming Fertilizer Applicator

Cheng Pengfei1,Wang Linlin2，Li Xueqiang2，Yu Wenqiang1

(1.School of Mechanical Engineering，Shandong University of Technology，Zibo 255000，China; 2.Xicheng Agricultural Engineering Machinery Co.,Ltd in Shandong Province，Leling 253600，China)

With the aim to solve the problems of discontinuous transmission of ground wheel rough fertilization and unfavorable imitation shape of ridge, the driving device, the adjusting device of and the former of the 3ZMP-360 potato intertillage and ridge forming fertilizer applicator were redesigned. The ground wheel driving was replaced by ratchet wheel, it could prevent the fertilizer box from not work caused by the idling and planing of ground wheel; the way of replacing sprockets replaced the way of adjusting the opening-degree of fertilizer box to adjust the transmission ratio, and the new adjustment device could fertilize basing on the need of different soil and potato varieties and control the of per acre exactly; the globoidal former was used to replace the plane former, it could improve the shape of ridge, keep the high of ridge and add the amount of soil of the ridge, which were good at the growth and development of potato. The test results showed that the indexes of new potato intertillage and ridge forming fertilizer applicator met the requirements of the national standard, and the new machine could improve the potato production and save the fertilizer application rate and reduce the cost of the farmers.

fertilizer applicator； fertilization； the shape of ridge； former； driving device

2016-05-11

國家技術(shù)創(chuàng)新項目(13C26213703376)；山東省技術(shù)創(chuàng)新項目(201320113005)；山東省重點研發(fā)計劃項目(2015GNC112012)

程鵬飛(1990-)，男，山東德州人，碩士研究生，(E-mail) 872989864@qq.com。

王琳琳(1988-)，女，山東德州人，工程師，(E-mail) wllxstc123@163.com。

S224.1+4

A

1003-188X(2017)07-0053-05