周文琪 肖 紅 劉子銘 王金武 黃會男 王傲雪

(1.東北農(nóng)業(yè)大學工程學院， 哈爾濱 150030； 2.黑龍江省農(nóng)業(yè)機械工程科學研究院， 哈爾濱 150081；3.東北農(nóng)業(yè)大學園藝園林學院， 哈爾濱 150030)

0 引言

液肥穴深施技術(shù)可提高作物產(chǎn)量，減少液肥蒸發(fā)對大氣造成的污染，提高液態(tài)肥料的利用率[1-3]。國外的液肥穴施肥機主要采用“桿機構(gòu)”運動形式,實現(xiàn)針體入土和出土行為，達到液肥穴深施目的，但施肥效率較低[4]。國內(nèi)設(shè)計的深施型液肥穴施肥機主要采用“非規(guī)則齒輪傳動機構(gòu)”運動形式，通過噴肥針將液肥注入到土壤一定深度中，施肥效率較高[5-7]。

國外RAHMAN等[8]設(shè)計了一種圓盤探針式穴施肥機，機具在施肥圓盤上徑向均勻布置若干個探針，在拖拉機的牽引下，施肥圓盤滾動并將每個針體依次扎入與拔出土壤，實現(xiàn)液肥穴深施功能。該機具雖然效率較高，但探針固定的余擺線軌跡無法實現(xiàn)穴口較小的目標。WOMAC等[9]設(shè)計一種曲柄滑塊式深施型液肥穴施肥機，通過曲柄的周期性轉(zhuǎn)動，由滑塊帶動注射針完成入土噴肥、出土停噴的穴施功能。DA SILVA等[10]采用凸輪-曲柄搖桿組合機構(gòu)作為穴施機具的驅(qū)動部件，對甘蔗作物實現(xiàn)定點穴施肥功能。這兩種機具雖然可實現(xiàn)注射針在入、出土過程中始終保證垂直姿態(tài)，穴口較小目標，但扎穴部件均通過“桿機構(gòu)”運動形式實現(xiàn)液肥穴施功能，機構(gòu)本身限制了其運動特性和工作效率，難以滿足高效液肥穴深施要求。

王金武等[11]設(shè)計的1YJ-140深施型液肥穴施肥機，扎穴部件通過曲柄搖桿式驅(qū)動機構(gòu)實現(xiàn)液肥穴深施功能。由于同樣采用了“桿機構(gòu)”運動形式，液肥穴深施效率較低，且穴口較大。在此基礎(chǔ)上，王金武等[12-13]設(shè)計了SYJ-2深施型液肥穴施肥機，扎穴機構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng)采用全橢圓齒輪行星系，提高了扎穴效率，在保證較小穴口和一定施肥深度的前提下，達到了高速液肥穴深施目的。該機雖然較好地滿足液肥穴深施要求，但正置式扎穴方式易與作物莖葉發(fā)生機械碰撞，造成植株損傷，這也是國外液肥穴施肥機普遍存在的共性問題。

本文結(jié)合東北地區(qū)玉米壟作主導(dǎo)種植模式，基于斜置式扎穴設(shè)計思想和高效低損輸肥技術(shù)設(shè)計一種深施型斜置式液肥穴施肥機。

1 整機結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 整機結(jié)構(gòu)

深施型斜置式液肥穴施肥機主要由機架總成、差動式雙向供肥分配裝置、液態(tài)輸肥主管路、鏈輪、主傳動軸、液肥泵、三點懸掛架總成、蝸輪蝸桿減速器、動力輸入軸總成、斜置式非規(guī)則齒輪行星輪系扎穴機構(gòu)、液肥輸肥支管路、地輪總成、主傳動帶等部件組成，如圖1所示。

圖1 穴施肥機結(jié)構(gòu)簡圖Fig.1 Schematics of liquid fertilizer hole applicator structure1.機架總成 2.差動式雙向供肥分配裝置 3.液肥輸肥主管路 4.鏈輪A 5.主傳動軸 6.液肥泵 7.三點懸掛架總成 8.蝸輪蝸桿減速器 9.動力輸入軸總成 10.斜置式非規(guī)則齒輪行星系扎穴機構(gòu) 11.液肥輸肥支管路 12.地輪總成 13.主傳動帶 14.鏈輪B 15鏈輪C 16.鏈輪D

機架總成前、后部位上分別安裝三點懸掛架總成和地輪總成，且在機架總成上依次安裝液肥泵、蝸輪蝸桿減速器、動力輸入軸總成、主傳動軸、差動式雙向供肥分配裝置和斜置式非規(guī)則齒輪行星輪系扎穴機構(gòu)。主傳動帶套裝在蝸輪蝸桿減速器、液肥泵和動力輸入軸總成上。液肥輸肥主管路將液肥泵與差動式雙向供肥分配裝置連通，液肥輸肥支管路將差動式雙向供肥分配裝置與斜置式非規(guī)則齒輪行星輪系扎穴機構(gòu)連通，在主傳動軸上從外至內(nèi)依次固裝鏈輪A、鏈輪C、鏈輪B和鏈輪D，鏈條將蝸輪蝸桿減速器與鏈輪B連接，鏈輪A和鏈輪D通過鏈條分別與差動式雙向供肥分配裝置連接，通過鏈條將鏈輪C與斜置式非規(guī)則齒輪行星輪系扎穴機構(gòu)連接。

1.2 工作原理

作業(yè)時，通過三點懸掛架總成將穴施肥機與牽引拖拉機連接成一體，由拖拉機牽引前行，牽引拖拉機的后動力輸出軸與動力輸入軸總成連接，旋轉(zhuǎn)的動力輸入軸總成通過主傳動帶分別帶動蝸輪蝸桿減速器和液肥泵轉(zhuǎn)動，液肥泵將液肥經(jīng)液態(tài)輸肥主管路送入差動式雙向供肥分配裝置內(nèi)；蝸輪蝸桿減速器經(jīng)鏈輪B驅(qū)動主傳動軸轉(zhuǎn)動，主傳動軸帶動鏈輪A、鏈輪C和鏈輪D同步轉(zhuǎn)動。鏈輪A和鏈輪D驅(qū)動差動式雙向供肥分配裝置轉(zhuǎn)動工作，將液肥經(jīng)輸肥支管路送入斜置式非規(guī)則齒輪行星輪系扎穴機構(gòu)內(nèi)。鏈輪C驅(qū)動斜置式非規(guī)則齒輪行星輪系扎穴機構(gòu)作回轉(zhuǎn)運動，最終完成穴施肥機的斜置式扎穴與液肥穴深施作業(yè)。穴施肥機如圖2所示。

圖2 穴施肥機實物圖Fig.2 Diagram of liquid fertilizer hole applicator

1.3 技術(shù)參數(shù)

根據(jù)國內(nèi)北方玉米壟作的主導(dǎo)種植模式及農(nóng)藝要求，設(shè)計的深施型斜置式液肥穴施肥機主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 主要技術(shù)參數(shù)Tab.1 Main technological parameters

2 扎穴機構(gòu)設(shè)計

2.1 結(jié)構(gòu)與工作原理

為達到高效扎穴和降低作物損傷目的，設(shè)計斜置式非規(guī)則行星系扎穴機構(gòu)，如圖3所示。

圖3 斜置式非規(guī)則齒輪行星輪系扎穴機構(gòu)Fig.3 Non-circular gears planetary pricking hole mechanism in oblique type1.鏈輪軸 2.斜齒輪 3.法蘭 4.外殼體 5.行星架 6.搖臂 7.噴肥針 8.太陽輪 9.太陽輪軸 10.中間輪1 11.中間輪2 12.行星輪

斜置式非規(guī)則齒輪行星輪系扎穴機構(gòu)主要由7個不同的非規(guī)則齒輪、斜齒輪、法蘭、外殼體、行星架、搖臂和噴肥針等組成。

鏈輪軸與太陽輪軸通過斜齒輪傳動，太陽輪軸貫穿太陽輪并與行星架固結(jié)，法蘭、太陽輪與外殼體固結(jié)。行星架里面的非規(guī)則齒輪(中間輪1、中間輪2和行星輪)初始安裝相位相同，太陽輪與行星架同軸，其他6個非規(guī)則齒輪在太陽輪兩邊呈對稱布置。中間輪1和中間輪2同軸且固結(jié)在一起，中間輪1與太陽輪相互嚙合，中間輪2與行星輪相互嚙合。搖臂與噴肥針組成的構(gòu)件固結(jié)在行星輪上。

工作時，動力驅(qū)動鏈輪軸轉(zhuǎn)動，在兩個斜齒輪作用下，太陽輪軸使行星架圍繞太陽輪轉(zhuǎn)動。行星架里面的太陽輪固定不動，當行星架轉(zhuǎn)動時行星輪繞太陽輪公轉(zhuǎn)并與中間輪2嚙合自轉(zhuǎn)，此時中間輪1圍繞太陽輪公轉(zhuǎn)。由于非規(guī)則齒輪實現(xiàn)非勻速比傳動，故形成噴肥針尖的特殊運動軌跡，在外殼體的結(jié)構(gòu)型式下，實現(xiàn)了斜置式的扎穴要求，減小了對作物的損傷。

2.2 結(jié)構(gòu)與參數(shù)設(shè)計

扎穴機構(gòu)的關(guān)鍵部件為非規(guī)則齒輪行星輪系，本文采用參數(shù)反求設(shè)計思路并結(jié)合自主開發(fā)的扎穴機構(gòu)運動學仿真軟件[14-15]設(shè)計機構(gòu)的結(jié)構(gòu)與工作參數(shù)。

首先定義噴肥針較優(yōu)運動軌跡曲線，在軌跡曲線上選取若干特征型值點(q0，q1，…，q11)，通過三次拉格朗日曲線高精度擬合特性[16]，擬合出整條軌跡曲線，同時建立機構(gòu)運動數(shù)學模型。通過型值點約束控制軌跡曲線，反求出非規(guī)則齒輪行星系相關(guān)設(shè)計參數(shù)，如圖4a所示?；贛atlab GUI軟件開發(fā)平臺，開發(fā)參數(shù)反求設(shè)計與運動學分析軟件，對扎穴機構(gòu)運動過程進行模擬仿真，如圖4b所示。在保證株距220 mm、扎穴深度80 mm與扎穴轉(zhuǎn)速75 r/min的約束條件下，輸入機構(gòu)其他輔助調(diào)節(jié)參數(shù)。以噴肥針高入、出土垂直度和小穴口寬度為優(yōu)化目標，微調(diào)軌跡型值點，得到扎穴機構(gòu)的非規(guī)則齒輪中心距和非規(guī)則齒輪節(jié)曲線等結(jié)構(gòu)參數(shù)，如圖4c所示。

2.3 噴肥針軟管接口運動軌跡

斜置式非規(guī)則齒輪行星系扎穴機構(gòu)的結(jié)構(gòu)模型如圖5a所示；建立位移分析坐標系，如圖5b所示。其中，O1為O1A1的轉(zhuǎn)動中心，X1O1Y1為位移分析坐標系，A1為進肥軟管接口的轉(zhuǎn)動中心，B1為進肥軟管接口，O1A1為行星架。

圖5 扎穴機構(gòu)結(jié)構(gòu)模型與運動分析示意圖Fig.5 Structure model and kinematic analysis schematics of pricking hole mechanism

噴肥針的進肥軟管接口B1軌跡方程為

(1)

式中 (xB1,yB1)——噴肥針的進肥軟管接口B1的坐標，mm

LO1A1——行星架O1A1的長度，mm

φ1——搖臂A1B1與X1軸的夾角，rad

θ1——行星架O1A1與X1軸的夾角，rad

LA1B1——搖臂長度，mm

從式(1)可知，噴肥針進肥軟管接口B1運動軌跡由兩種運動合成：扎穴機構(gòu)行星架O1A1圍繞旋轉(zhuǎn)中心O1點作等速圓周運動；進肥軟管接口B1圍繞轉(zhuǎn)動中心A1點作非勻速周期性擺動運動(行星輪與行星架自轉(zhuǎn)運動的合成)。為避免軟管之間發(fā)生纏繞和干涉，分配裝置的出肥軟管接口需要保證與噴肥針進肥軟管接口運動的一致性與協(xié)調(diào)性。

3 液肥分配機構(gòu)設(shè)計

3.1 結(jié)構(gòu)與工作原理

為實現(xiàn)高效低損輸肥目標，設(shè)計差動式雙向供肥分配裝置。該裝置可直接與噴肥針軟管接口連接，減小了肥料在輸肥過程中的能量損失。主要由鏈輪軸殼體、鏈輪軸、主軸套、副軸套、行星輪、內(nèi)齒圈、頂桿、外殼體和空間凸輪等組成。外殼體與鏈輪軸殼體固結(jié)，鏈輪軸貫穿鏈輪軸殼體與外殼體內(nèi)的副軸套和主軸套連接。主軸套一端面與副軸套一端面固結(jié)；另一端面圓周對稱鑲嵌2個行星輪，副軸套另一端面對稱鑲嵌2個頂桿。內(nèi)齒圈套在外殼體上，并與行星輪嚙合傳動，主軸套、行星輪和內(nèi)齒圈組成了差動輪系系統(tǒng)。空間凸輪固結(jié)在外殼體內(nèi)并與頂桿配合，副軸套、頂桿和空間凸輪組成了凸輪機構(gòu)。機構(gòu)二維模型如圖6所示；三維模型如圖7所示。

圖6 差動式雙向供肥分配裝置機構(gòu)二維模型Fig.6 Two-dimensional of distribution mechanism1.鏈輪軸殼體 2.外殼體 3.內(nèi)齒圈 4.行星輪 5.鏈輪軸 6.主軸套 7.副軸套 8.頂桿 9.空間凸輪

圖7 差動式雙向供肥分配裝置機構(gòu)三維模型Fig.7 Three-dimensional model of distribution mechanism

工作時，外動力源分別驅(qū)動鏈輪軸和內(nèi)齒圈。鏈輪軸帶動主軸套與副軸套作旋轉(zhuǎn)運動，鑲嵌主軸套內(nèi)的行星輪運動形式為圍繞軸心線自轉(zhuǎn)與鏈輪軸心線公轉(zhuǎn)的合成運動，差動輪系系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)使得行星輪角速度為零；空間凸輪機構(gòu)使得副軸套內(nèi)頂桿在空間凸輪廓線上作旋轉(zhuǎn)和往復(fù)直線運動，保證與行星輪同步公轉(zhuǎn)的同時，實現(xiàn)出肥口的打開和閉合。液肥以一定壓力從進肥孔流入，當頂桿運動到空間凸輪的推程到回程階段時，液肥從出肥孔流出，經(jīng)軟管由噴肥針施入土壤中，圖6中紅色曲線為液肥流動軌跡；當頂桿運動到近休止階段時，頂桿關(guān)閉，液肥停止噴施。

3.2 結(jié)構(gòu)與參數(shù)設(shè)計

3.2.1雙行星輪-內(nèi)齒圈組合機構(gòu)

噴肥針在一個工作周期內(nèi)在入土和出土過程自身最大擺動位移如圖8所示，其擺動角為47.6°(黑色圓圈為軟管接口)。為使出肥軟管接口與進肥軟管接口運動形式一致，采用雙行星輪-內(nèi)齒圈組合機構(gòu)，滿足分配裝置出肥軟管接口自轉(zhuǎn)角速度為零(角位移為零)和圍繞鏈輪軸心線公轉(zhuǎn)的運動匹配要求，解決了分配裝置與斜置式扎穴機構(gòu)之間連接軟管干涉的問題[17]。

圖8 噴肥針軟管接口處擺角變化Fig.8 Swing angle change of spraying fertilizer needle hose mouth

雙行星輪-內(nèi)齒圈組合機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡圖如圖9所示。

綜合考慮差動式雙向供肥分配裝置的結(jié)構(gòu)尺寸，設(shè)定機構(gòu)中內(nèi)齒圈與行星輪的齒數(shù)分別為75和25，可得內(nèi)齒圈與行星輪的傳動比[18-19]

(2)

式中ω1——內(nèi)齒圈角速度，rad/s

ω2——行星輪角速度，rad/s

ωH——鏈輪軸角速度，rad/s

ω1H——轉(zhuǎn)化后內(nèi)齒圈角速度，rad/s

ω2H——轉(zhuǎn)化后行星輪角速度，rad/s

z1——內(nèi)齒圈齒數(shù)z2——行星輪齒數(shù)

根據(jù)行星輪角速度為零的特性要求，求得

(3)

即鏈輪軸與內(nèi)齒圈角速度之比為3∶2，機構(gòu)三維結(jié)構(gòu)如圖10所示。

圖10 雙行星輪-內(nèi)齒圈組合機構(gòu)三維結(jié)構(gòu)圖Fig.10 Three-dimensional structure of double planetary gears-annular gear1.行星輪 2.內(nèi)齒圈

3.2.2空間凸輪機構(gòu)

空間凸輪需滿足頂桿在其廓線滑動時，噴肥針入土即噴肥，出土即停噴，如圖11所示。

圖11 空間凸輪機構(gòu)Fig.11 Space cam mechanism1.滾子 2.頂桿 3.空間凸輪

頂桿在推程和回程階段的運動可采用簡諧運動規(guī)律，空間凸輪廓線可采用展開法求得，如圖12所示。橫坐標表示凸輪轉(zhuǎn)角，用δ表示；縱坐標表示頂桿位移，用s表示，則展開的理論廓線坐標為[20-22]

圖12 空間凸輪廓線展開圖Fig.12 Expansion drawing of space cam lineament

(4)

式中 (x1，y1)——空間凸輪理論廓線坐標，mm

r0——平均圓柱半徑，mm

頂桿位移采用余弦加速度運動規(guī)律求解

(5)

式中h——頂桿行程，mm

δ01——推程運動角，rad

δ02——回程運動角，rad

工作輪廓曲線為

(6)

其中

式中 (x2，y2)——凸輪工作廓線坐標，mm

rr——頂桿滾子半徑，mm

α——壓力角，rad

dx1——x1的增量

dy1——y1的增量

dδ——δ的增量

根據(jù)差動式雙向供肥分配裝置整體結(jié)構(gòu)尺寸，確定空間凸輪機構(gòu)的平均圓柱半徑為50 mm，行程最大值為6 mm，頂桿滾子半徑為10 mm。通過噴肥針入、出土方向與水平面的夾角確定空間凸輪的推程運動角為31.8，回程運動角為25.6，如圖13所示。獲得凸輪三維模型如圖14所示。

圖13 噴肥針入土與出土二維簡圖Fig.13 Two-dimensional structure diagram of spraying fertilizer earthing and unearthing

圖14 空間凸輪三維模型Fig.14 Three-dimensional model of space cam

3.3 行星輪出肥軟管接口與輪齒運動軌跡分析

根據(jù)雙行星輪-內(nèi)齒圈的機構(gòu)特點，將其簡化為結(jié)構(gòu)示意圖，并建立直角坐標系，如圖15所示。其中，O為行星輪公轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動中心，XOY為在轉(zhuǎn)動中心O處建立的直角坐標系，A為行星輪自轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動中心，B為行星輪某一輪齒頂點，OA為行星架。

圖15 雙行星輪-內(nèi)齒圈結(jié)構(gòu)示意圖Fig.15 Structure diagram combination mechanism of double planetary gears-annular

由于A點為行星輪自轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動中心亦是行星架OA的一個端點，故A點圍繞行星輪公轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動中心O點作半徑LOA的圓周運動，其軌跡是以O(shè)點為圓心，半徑為LOA的圓形軌跡。OA逆時針轉(zhuǎn)動θ為正，反之為負，軌跡方程為

(7)

式中 (xA,yA)——A點坐標，mm

θ——行星架OA與X軸的夾角，rad

LOA——行星架OA的長度，mm

行星輪的某一輪齒頂點B相對于A點的運動軌跡方程為

(8)

式中LAB——行星輪某一輪齒頂點B到轉(zhuǎn)動中心A點的距離，mm

φ——邊線AB與X軸的夾角，rad

行星輪的某一輪齒頂點B的絕對運動軌跡方程為

(9)

雙行星輪-內(nèi)齒圈組合機構(gòu)在運動過程中行星輪的角速度為零，即φ為常數(shù)，則式(8)中LABcosφ與LABsinφ為常數(shù)。式(9)中行星輪的某一輪齒頂點B的運動軌跡是以(LABcosφ，LABsinφ)為轉(zhuǎn)動中心，LOA為半徑的圓。頂點B的運動軌跡與轉(zhuǎn)動中心A的運動軌跡形狀相同，只是頂點B的轉(zhuǎn)動中心沿X軸方向移動LABcosφ，沿著Y軸方向移動LABsinφ。

分析可知，分配裝置行星輪頂點B(即出肥軟管接口)與扎穴機構(gòu)噴肥針頂點B1(即進肥軟管接口)運動形式一致。不同之處在于頂點B圍繞轉(zhuǎn)動中心A并無相對運動；頂點B1圍繞轉(zhuǎn)動中心A1存在一定角度變化的周期性擺動。AB與A1B1無相對的周期性圓周運動，解決了每個輸肥軟管的自身“擰緊”問題；AB與A1B1分別圍繞各自轉(zhuǎn)動中心O、O1公轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)速一致，解決了兩個輸肥軟管的纏繞問題，如圖16所示。

圖16 軟管安裝示意圖Fig.16 Diagram of hose installation

4 田間性能試驗

4.1 試驗條件

深施型斜置式液肥穴施肥機的田間試驗包括扎穴性能、施肥性能與作物損傷率測試試驗。選擇試驗對象為玉米，施肥時間為中耕施肥期。為保證機具工作要求，前期播種滿足行距650 mm和株距220 mm的主導(dǎo)種植模式要求[23-24]，本試驗選擇玉米種子東農(nóng)253號。試驗地點為哈爾濱市阿城區(qū)東北農(nóng)業(yè)大學試驗田；試驗時間為2018年6月29日；液肥為尿素水溶液；試驗地尺寸130 m×50 m；環(huán)境溫度22.7～26.1℃，環(huán)境濕度47.9%～50.3%；土壤含水率15%～25%；土壤硬度0.6～1.0 MPa。作物生長狀態(tài)如圖17所示，作業(yè)情況如圖18所示。

圖17 田間作業(yè)要求Fig.17 Field operation requirement

圖18 穴施肥機作業(yè)情況Fig.18 Operation condition of liquid fertilizer hole applicator

4.2 試驗設(shè)備及方法

試驗設(shè)備為鋼板尺、秒表與量筒，鋼板尺主要用于測量穴口寬度；秒表用于校準穴施肥機在田間作業(yè)時的工作速度和扎穴轉(zhuǎn)速；量筒用于測量施肥量。將試驗田按行數(shù)進行標定，每行隨機抽取1塊施肥區(qū)域進行穴口寬度的測量，穴口為100個，同時記錄作物損傷率(包括行星架部件打掉葉子和噴肥針扎葉、莖等受到的不同程度損傷)。記錄穴口寬度、施肥量、施肥深度和作物損傷率。

4.3 試驗結(jié)果及分析

從田間試驗檢測數(shù)據(jù)獲知，穴口寬度平均值為45.0 mm、作物損傷率為0.3%、施肥量為28.5 mL/次、施肥深度為102 mm。根據(jù)穴口成形機理可知，影響穴口寬度的主要原因為扎穴機構(gòu)轉(zhuǎn)速與前進速度的配合關(guān)系，在噴肥針入、出土過程中，其水平分速度與前進速度大小接近且方向相反時，穴口寬度達到最小，絕對運動軌跡曲線為“標準擺線”。在田間進行試驗檢測時，由于滑移率的存在，致使整機前進速度相對于軟件優(yōu)化分析的實際作業(yè)速度小，即噴肥針入、出土過程水平分速度平均值略大于前進速度，形成的軌跡曲線接近“余擺線”，因此整機實際測量的穴口寬度略大。其他指標與前期理論計算基本一致。結(jié)果表明，設(shè)計的深施型斜置式液肥穴施肥機扎穴性能優(yōu)越，肥料噴射均勻，對作物的機械損傷小。相比國內(nèi)其他液肥穴施肥代表機具[11]作物損傷率由3.2%降低為0.3%；較國外液肥穴施肥機具[25]施肥深度提高了22 mm、施肥量提高了10 mL/次。穴施肥機田間試驗結(jié)果均達到了各項農(nóng)藝技術(shù)指標要求。

5 結(jié)論

(1)為加快液肥穴施技術(shù)發(fā)展，以東北地區(qū)玉米壟作主導(dǎo)種植模式為基礎(chǔ)，基于斜置式扎穴設(shè)計思想，設(shè)計了一種深施型斜置式液肥穴施肥機，實現(xiàn)了高效液肥穴施與降低作物損傷的目標。

(2)基于人機交互平臺與非規(guī)則齒輪嚙合機理，設(shè)計了整機關(guān)鍵部件——斜置式非規(guī)則行星系扎穴機構(gòu)，實現(xiàn)了小穴口寬度的目標。采用差動輪系運動機理，設(shè)計了差動式雙向供肥分配裝置，解決了與扎穴機構(gòu)連接軟管交互纏繞問題，達到了高效噴肥的目的。

(3)田間試驗結(jié)果表明，該機扎穴性能優(yōu)越，肥料噴射均勻，對作物的機械損傷小。穴口寬度、作物損傷率、施肥量和施肥深度分別為45.0 mm、0.3%、28.5 mL/次和102 mm，各項指標與前期設(shè)計差異較小，且符合農(nóng)藝要求。