2CMG-4型馬鈴薯播種機排肥試驗研究

高　雄，郝　磊

(內蒙古農業大學 機電工程學院，呼和浩特　010018)

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2CMG-4型馬鈴薯播種機排肥試驗研究

高雄，郝磊

(內蒙古農業大學 機電工程學院，呼和浩特010018)

摘要：隨著馬鈴薯種植規模的不斷擴大，馬鈴薯種植機械化得到了快速發展。2CMG-4型馬鈴薯播種機性能優越、作業效率高、故障率低，因而對其排肥性能進行了研究，并進行了排肥穩定性和最大排肥量的試驗。當地輪轉動相同圈數，外槽輪工作長度分別取55、40、25mm時，總排量一致性變異系數分別為1.13%、1.14%、1.21%，各行排量一致性變異系數分別為2.27%、3.56%、3.97%。結果表明：排肥穩定性在規定的性能指標內；當外槽輪工作長度降低時，穩定性下降；最大排肥量為1 038.5kg/hm2，滿足需求。

關鍵詞：馬鈴薯播種機；排肥性能；磷酸氫二銨；排肥器

0引言

馬鈴薯在我國種植歷史已達400年多，是我國第4大栽培作物。馬鈴薯在我國年種植面積達到500萬hm2，占世界總種植面積的1/4，處于全球之首[1]，在世界上有著很重要的地位。使用性能優越的馬鈴薯種植機械，在大幅度降低勞動強度的同時能滿足播種、施肥精細化作業要求，從而在減少勞動力的同時，還能縮短勞動時間和節省原料，在多方面讓廣大農民受益。

按照內蒙地區的土壤條件，馬鈴薯的產量為2.25×104～3.0×1054kg/hm2，所需肥料為1.5×104～2.25×104kg/hm2的有機肥、187.5～240kg/hm2的純氮、105～135kg/hm2的五氧化二磷、180～300kg/hm2的氧化鉀。由于自然條件、栽培管理等不同，N、P、K施肥量和施肥配比有很大的不同[2]。

在國外，機型大致分兩類：一類是以美國DoubleL、德國GRIMME、挪威Kvemeland公司生產的4行及以上聯合作業機為代表，其結構較復雜，配備了電子監測和控制系統，造價昂貴；另一類是以日本、韓國、意大利的產品為代表，其特點是結構簡單，多以兩行為主進行聯合作業[3]。在國內，黑龍江八一農墾大學和中國農業機械研究院聯合研究發明了2CM-2型播種機，該機可與超過37kW的拖拉機配套使用，一次完成施肥播種的所有作業，具有節肥、保墑和播種一致性好的優點[4]。

本文通過對內蒙古農業大學機械廠生產的2CMG-4型馬鈴薯播種機的排肥試驗，進行各行排肥量一致性測定和總排肥量穩定性測定，并分析試驗結果，為其以后的改進奠定基礎。

1排肥系統

1.1排肥器

外槽輪排肥器如圖1所示。

1.排肥管　2.槽輪　3.排肥箱

工作時，在重力作用下，肥料自由落入排肥盒和槽輪凹槽；凹槽內的肥料隨著槽輪的旋轉落入排肥管，將肥料排出。外槽輪排肥器對排肥量的調節可以通過改變槽輪工作長度來實現，工作長度越大排肥量越大，外槽輪轉速越大排肥量越大。外槽輪排肥器在排施松散性好的化肥時性能優秀，具有結構簡單、通用性好的特點，已成為現在市場上使用最為廣泛的排肥器。

1.2傳動系統

播種機與拖拉機采用三點懸掛，能一次性完成開溝、施肥、播種、覆土和鎮壓等多項作業。當拖拉機懸掛該機具進行田間作業時，拖拉機前進帶動地輪轉動，地輪軸與從動軸之間通過鏈傳動進行動力傳遞，從動軸帶動排肥軸轉動進而帶動排肥器進行排肥。排肥器轉速同拖拉機牽引速度保持一致是排肥均勻及穩定的前提。因此，傳動機構必須工作可靠、調節方便。播種機上的傳動機構有齒輪傳動、鏈傳動、帶傳動，以及適當的變速機構。傳動一般分為整體傳動和分組傳動，谷物條播機上的傳動都是整體傳動[5]。圖2所示為該播種機傳動系統簡圖。

1.排種箱　2.排種軸　3.地輪軸　4.地輪　5.中間傳動軸

2排肥性能試驗

2.1施肥機械質量評價指標

在顆粒化肥含水率不超過12%、小結晶粉狀化肥含水率不超過2%情況下，施肥機械的排肥性能應滿足表1規定[6]。

表1　施肥機械性能指標

2.2試驗材料設備及地點

試驗所用設備主要為2CMG-4型馬鈴薯播種機、電子天平(精確到0.1g)，試驗在內蒙古農業大學機械廠室內進行。試驗材料為內蒙地區使用最廣泛的磷酸氫二銨,主要化學成分是(NH4)2HPO4。磷酸氫二銨又稱磷酸二銨(DAP)，俗稱二銨，是一種含氮磷兩種營養成分的復合肥，自然存放時呈深黑色或灰白色顆粒狀，密度大致在800g/L左右，易溶于水而不溶于乙醇；具有一定吸濕性，在潮濕空氣中易分解，揮發出氨變成磷酸二氫銨。

2.3試驗內容

試驗時，肥箱內的肥料在箱內容積的1/2以上，本試驗每次按機械前進長度50m為1個單位，折算成地輪的旋轉圈數。地輪旋轉圈數及排肥量為

(1)

(2)

式中n—地輪的轉動圈數；

D—地輪的直徑(m)；

k—滑移率(%)；

Q—排肥量(kg/hm2)；

q—地輪轉n轉所測定排肥口每次總排肥量的平均值(g)；

a—平均行距(m)；

M—試驗機具的行數。

測定行數由于低于6行，故行數全測，驅動地輪轉n圈，在同一時間開始和停止接各個排肥口所排出的肥料，并進行稱重，重復5次試驗。各行排量一致性的標準差和變異系數為

(3)

(4)

(5)

式中Xi—每行每次平均排量(g)；

x—每行每次平均排量的平均值(g)；

S—各行排量一致性的標準差(g)；

V—各行排量一致性的變異系數(%)；

n—排肥口個數。

3試驗結果與分析

用含水率為2%的馬鈴薯肥料磷酸氫二銨進行試驗，k≈0.1[6]，D=0.6m，按式(1)計算，得地輪轉動圈數n=25。當外槽輪工作長度L=55mm時，各次總排量平均值為q=15 652g；將D=0.6m、n=25、a=0.8m、M=4代入式(2)得：排肥量Q=1 038.5kg/hm2。分別進行5次試驗，所得數據如表2所示。

表2　試驗數據(L=55mm，n=25)

將表2中數據分別代入式(3)～式(5)求得：各行排量一致性的標準差S=108.5g,各行排量一致性變異系數V=2.77%；每次總排肥量一致性標準差S=177.4g，每次總排肥量一致性變異系數V=1.13%。此時，各行排肥一致性和每次總排肥量穩定性低于規定標準的上限，反映了在此種環境和參數下排肥性能良好，能滿足要求。將外槽輪工作長度改變為40mm，地輪轉動25圈，各次總排量平均值為q=10 755g；將D=0.6m、n=25、a=0.8m、M=4代入式(2)得：排肥量Q=713.5kg/hm2。分別測量5次,所得試驗數據如表3所示。

表3　試驗數據(L=40mm,n=25)

將表3中數據分別代入式(3)～式(5)得：各行排量一致性的標準差S=95.6g,各行排量一致性變異系數V=3.56%；總次總排肥量一致性標準差S=122.5g,各次總排肥量一致性變異系數V=1.14%。此時，各行排肥一致性和每次總排肥量穩定性在規定標準的范圍內，滿足排肥性能要求。將外槽輪工作長度減為25mm，地輪轉動25圈，各次總排量平均值為q=6 675g，將D=0.6m、n=25、a=0.8m、M=4代入式(1)得：排肥量Q=442.9kg/hm2。分別試驗5次，測得5次的試驗數據如表4所示。

表4　試驗數據(L=25mm,n=25)

將表4中數據分別代入式(3)～式(5)求得：各行排量一致性的標準差S=66.5g,各行排量一致性變異系數V=3.97%；總次總排肥量一致性標準差S=81.1g,各次總排肥量一致性變異系數V=1.21%；此時，各行排肥一致性和每次總排肥量穩定性在規定范圍內，滿足排肥性能要求。改變外槽輪工作長度，排肥性能相應發生變化，外槽輪工作長度與各行排量一致性變異系數如圖3所示，外槽輪工作長度與各次試驗總排肥量穩定性變異系數見圖4所示。

圖3　槽輪工作長度與各行變異系數

圖4　槽輪工作長度與各次總排量變異系數

由圖3和圖4可以看出：在整個過程中，變異系數均遠遠小于規定值，排肥性能滿足要求。當減小工作長度時，各行排量變異系數和總排量穩定性變異系數增加，排肥性能下降。

4結論

試驗結果表明：各行排量變異系數的最大值為3.97%，總排量穩定性變異系數最大值為1.21%，均低于規定指標。試驗論證了設計的合理性和模型的可靠性，通過試驗數據得知：當在減小工作長度時，各行排量和各次總排量穩定性變異系數增加，排肥性能下降。對此分析認為：當外槽輪工作長度過小時，從肥箱落入排肥盒內的肥料顆粒之間的間隙變小，肥料間的摩擦及肥料與外槽輪內壁、凹槽表面的摩擦顯著增大，使排肥器中部分肥料顆粒出現壓實架空現象，造成肥性能有所下降。

參考文獻：

[1]魏延安. 世界馬鈴薯產業發展現狀及特點[J].世界農業, 2005(3):29-32.

[2]國興, 徐福利, 王渭玲,等.氮磷鉀及有機肥對馬鈴薯生長發育和干物質積累的影響[J].干旱地區農業研究, 2013, 31(3): 106-111.

[3]Zhao P, Tuo D, Li H, et al. Wind tunnel test on effect of strip width and crop stubble height on wind erosion modulus[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2011, 27(11): 206-210.

[4]周桂霞, 張國慶, 張義峰,等. 2CM—2 型馬鈴薯播種機的設計[J].黑龍江八一農墾大學學報,2004,16(3):53-56.

[5]安琦,鄭麗華,劉偉,等.機械設計課程設計教改探索[J]. 高等工程教育研究,1999(1):28.

[6]趙滿全，竇衛國，王竹英，等.2BP-2B型鋪膜點播機排肥器參數設計及性能試驗[J].內蒙古農業大學學報, 1997，18(4):74-76.

Study on Fertilizer Experiment of 2CMG-4 Type Potato Planter

Gao Xiong, Hao Lei

(College of Mechanical and Electrical Engineering of Inner Mongolia Agricultural University,Hohhot 010018, China)

Abstract：Potato is important food crop, there is a large planting area in China, also has been planted widely in Inner Mongolia, however, domestic potato planters are backward, the research of distributing system is not deeply. 2CMG -4 potato planter which with good performance. Based on this prototype, my paper study the performance of this distributing.Made the test of rows stability and largest fertilizer,when local wheel turning certain laps,outside slot round working length respectively take 55mm, 40mm, 25mm, the total displacement consistency coefficient of variation were 1.13%, 1.14%, 1.21 % , all displacement consistency coefficient of variation were 2.27%, 3.56%, 3.97% . Distributing stability within the prescribed performance index.The stability fell slightly with decrease the working length of outside slot round. The Largest fertilizer consumption is 1 038.5kg/hm2,also meet the demand.

Key words：the potato planter；performance of distributing；ammonium monohydric phosphate；fertilizer apparatus

文章編號：1003-188X(2016)04-0205-04

中圖分類號：S223.2+6

文獻標識碼：A

作者簡介：高雄(1957-)，男，呼和浩特人，副教授，碩士生導師，(E-mail)gao0927cn@ aliyun.com。

基金項目：國家自然科學基金項目(41161045)

收稿日期：2015-03-26