董可宏　孫喜　巍張迪

摘要：針對現(xiàn)有施肥機械容易產(chǎn)生堵塞、架空以及撒施不均勻等方面的不足，利用擺動原理，設(shè)計一種適合中小面積水稻種植戶的顆粒肥料撒肥機，著重設(shè)計了肥箱和擺動叉組成的擺動機構(gòu)。實現(xiàn)肥料撒施的通暢和均勻性，保證施肥效果的穩(wěn)定高效。

關(guān)鍵詞：撒肥機；擺動機構(gòu)；參數(shù)設(shè)計；穩(wěn)定高效

中圖分類號：S2242文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.05.003

0引言

水稻是喜肥作物，遵循水稻在各生長時期的肥量需求，足量肥料供給是保障水稻穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的重要條件，而基肥撒施量占水稻生育期所需肥量的2 /3以上。我省水稻種植戶撒施基肥大部分采用機械方式，原有采用振動式 、螺旋式、釘齒式、外槽輪式、鏈指式等施肥部件的施肥機械，容易產(chǎn)生堵塞、架空及撒施不均勻等方面的缺點，不適合我省水稻生產(chǎn)機械化施肥的發(fā)展需求?，F(xiàn)以普遍使用作業(yè)效率高的離心式撒肥機為例，離心式撒肥機是通過在撒肥盤上安裝不同角度的葉片，來實現(xiàn)撒布的均勻性，但肥料從肥箱落入到撒肥盤上，在葉片間的分布是不均勻的，這樣難以實現(xiàn)肥料均勻撒施，并且其撒施寬度大，主要適合于大面積的水田撒肥作業(yè)。 中小面積水稻種植戶不愿使用離心式撒肥機，因拋撒幅度大，容易將肥料拋撒在池埂上，造成丟肥現(xiàn)象，所以部分種植戶仍采用低效、落后的傳統(tǒng)人工撒肥方式。

因此，研制一種適合中小面積水稻種植戶的顆粒肥料撒肥機，滿足他們拋撒基肥的需要，既提高撒肥效率利于搶農(nóng)時，又降低了勞動強度，改善了勞動條件，避免了人工撒肥時皮膚長時間與化肥接觸，有益于身體健康。

1擺動式撒肥機的總體設(shè)計

11結(jié)構(gòu)及工作原理

撒肥機的總體結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。撒肥機主要由：萬向節(jié)傳動軸、動力輸入軸、懸掛機架、轉(zhuǎn)動輪、擺動叉、擺動組合體、肥料擺管組、攪拌器、肥箱 、肥料調(diào)節(jié)/控制裝置等組成。工作時，通過肥料調(diào)節(jié)/控制裝置，排料口開啟，肥箱內(nèi)顆粒肥料供給擺動組合體，同時，拖拉機的動力經(jīng)萬向節(jié)軸傳遞給拋撒機的動力輸入軸，動力輸入軸的運轉(zhuǎn)驅(qū)動轉(zhuǎn)動輪同步旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動輪旋轉(zhuǎn)帶動擺動叉擺動，擺動中的擺動叉帶動擺動組合體及攪拌器同時擺動，利用擺動原理將肥料由肥料擺管組出口均勻地施于田間。

12總體設(shè)計

拋撒機設(shè)計中需要了解以下問題：

（1）肥箱中的肥料能定量穩(wěn)定連續(xù)地供給；

（2）擺動機構(gòu)應(yīng)保證擺動管組能穩(wěn)定的擺動；

（3）肥料擺管組能將肥料由出口均勻地拋撒。

因此，拋撒機的總體設(shè)計主要集中于肥箱容積、肥料量的排出能力及擺動機構(gòu)的設(shè)計。

2拋撒肥機主要參數(shù)設(shè)計

21肥箱的設(shè)計

211肥箱容積的確定

肥箱的容積要選擇適中，容積過大雖可以減少加肥次數(shù) ，縮短輔助時間，提高拋撒效率 ，但容易造成肥料壓實，使肥料流動性變差 。本文所設(shè)計的肥箱容積至少應(yīng)滿足在最大排量下1 hm2水稻田的一次拋撒施肥量，然后在地頭加肥。

肥箱的容積V （m3）按公式（1）計算：

V=BLQ10000ργ（1）

式中Q—肥料的最大播量/（kg·hm2）-1；

B—撒肥幅寬/m；

L—肥箱裝滿后能撒施的距離（一般按地塊長度的兩倍計算）/m；

γ—顆粒肥充滿系數(shù)為06～08；

ρ—肥料的平均密度，一般取值900～1200/（kg·m3）-1。

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

按公式（1）計算，則V=025 m3

212肥箱的外形結(jié)構(gòu)及肥箱上下孔直徑的確定

肥箱的外形結(jié)構(gòu)如圖1所示，根據(jù)已知裝載量和整機的總體結(jié)構(gòu)布置，采用橫斷面為梯形的圓錐形肥箱；箱壁斜面傾斜角度a的大小影響肥料能否順利沿著箱壁傾斜面落下，a越大，斜面越平坦，肥料越不容易滑落；a越小，斜面越陡，肥料滑落越順利。根據(jù)圖中的直角三角形關(guān)系，傾斜角度可表達為：

tana=（D-d）2H（2）

根據(jù)物體在斜面上的力學(xué)分析可知，當(dāng)tana≤l時，物體放在斜面上能順利下滑。減小tana的值有利于保證化肥自然向下流動。

肥箱底部排肥孔徑d的開度控制肥料流入擺管的量，如果開口過大，肥料易在管內(nèi)積聚，堵塞擺管；如果過小，肥料不能連續(xù)從肥箱流入管內(nèi)，產(chǎn)生間斷性的排肥。另外，為了避免肥料架空（結(jié)拱）現(xiàn)象發(fā)生，設(shè)計加裝攪肥裝置。

因此，肥箱上孔直徑D、下孔直徑d 及肥箱高度H的確定，需要結(jié)合公式（2）綜合考慮。

經(jīng)分析計算，取d=245 mm，D=945 mm，H=450 mm，將三者數(shù)值代入公式（2），則tana=（D-d）2H=078<1，符合理論要求。

將數(shù)值d=245 mm，D=945 mm，H=450 mm，代入圓臺體積公式（3）

V=13πHD42+d42+dD4（3）

則V=256 mm3=0256 m3；與按公式（1）計算，所得V=025 m3 相近，符合設(shè)計預(yù)期。

22擺動機構(gòu)的設(shè)計

拋撒機采用轉(zhuǎn)動輪和擺動叉偏心絞形式，把輸入軸的圓周轉(zhuǎn)動動力變換成了擺叉的圓錐轉(zhuǎn)動，借助擺叉的轉(zhuǎn)動特點，進而轉(zhuǎn)化為輸出端擺管組的擺動運動形式，結(jié)構(gòu)形式如圖2所示 。

撒施肥范圍由擺動機構(gòu)擺動管長度、擺動角度以及擺幅寬度決定的。三者的幾何關(guān)系如圖3所示。

3結(jié)論

主要從擺動式撒肥機的肥箱及擺動機構(gòu)兩方面進行結(jié)構(gòu)分析及理論計算，基本解決施肥的堵塞、架空以及均勻性問題。確定了分項設(shè)計的主要參數(shù)，從而完成整體結(jié)構(gòu)設(shè)計。通過樣機的試驗測試，拋撒肥料連續(xù)穩(wěn)定，符合設(shè)計預(yù)期，達到設(shè)計指標，為進一步的開發(fā)研制打下了堅實理論和實踐基礎(chǔ)。