寒地水稻施肥直播機的設計

董可宏 安龍哲 徐峰 張喜娟 來永才+孟英

摘要：設計了寒地水稻施肥直播機，在水整地稻田中可一次完成起壟、開溝、播種、施肥和覆泥等工序。船板設計成可壓出壟臺的整體形式，外槽輪式播種器與施肥器實現了稻種和肥料均勻播種和施肥，而且結構簡單、造價低、調整方便。

關鍵詞：水稻；機械直播；播種；施肥

中圖分類號：S2232文獻標識碼：Adoi：10.14031/j.cnki.njwx.2017.04.001

引言

目前，旱育稀植技術是黑龍江省水稻生產主體栽培技術。隨著社會和經濟的發展，我省的農村勞動力轉移和老齡化趨勢亦長期存在，我省的水稻種植方式將受到嚴峻挑戰，水稻生產迫切需要節本、省工、增效的栽培技術。機械直播技術因其作業效率高、節本、省工、節水、節能、操作簡便等優勢受到關注。隨著水稻生產的規?；?，除草技術逐漸成熟，適合直播的高產品種的選育成功，必將推動機械直播技術在我省的快速發展，亦將完善我省的水稻生產栽培體系。

本文針對傳統人工手撒種直播存在的問題，根據我省的水稻生產特點，進行農機與農藝的緊密結合，研制適合現有動力配套的新型水稻直播機，在保持水稻傳統直播優勢外，通過精量化播種，同步進行側施肥，實現種子在田間行、株距有序分布，有效解決手工無序撒播存在的群體質量控制難，易倒伏等問題。同時改表施肥、撒施肥為機械深施，有效節約肥料，降低成本，緩解水稻生產帶來的環境問題，對于建立環境友好型農業技術體系，實現水稻清潔生產具有重大意義。

1水稻播種施肥的技術原理

在水整地泥面上，由船板上相鄰壟臺開溝器形成壟臺，在壟臺上由播種開溝器、施肥開溝器同步形成播種溝和施肥溝。播種溝深5～25 mm，施肥溝位于播種溝一側30～50 mm處，溝深50～60 mm。水稻芽種按一定株距播在播種溝內，顆粒肥定量、均勻地施入施肥溝內。水稻播種施肥的技術原理如圖1所示。

1.壟臺 2.壟臺溝 3.播種溝 4.施肥溝

2寒地水稻施肥直播機的整體結構與工作原理

2.1整體結構

如圖2所示，整機由牽引機架、動力傳動系統、種/肥箱、施肥裝置、播種裝置、開溝/覆泥裝置、船板組件等組成。

1.船板組件 2.牽引機架 3.動力傳動系統 4.種/肥箱 5.開溝/覆泥裝置 6.播種裝置 7.施肥裝置

2.2工作原理

動力底盤行進過程中，整機隨之在泥面上滑動，船板組件在泥面上形成壟臺，開溝裝置同步在壟臺上開出播種溝和施肥溝；同時動力傳動系統驅動排種軸、排肥軸轉動，將定量的種子、顆粒肥經播種裝置和施肥裝置播施在相應的溝槽內，經覆泥裝置覆蓋溝槽后，完成播種、施肥作業。

3主要系統、裝置的設計

3.1動力傳動系統的設計

動力傳動系統結構如圖3所示。動力底盤通過萬向節將動力傳遞給齒輪變速箱，變速箱兩側動力輸出端通過牙嵌與排種軸連接，以驅動排種軸旋轉，帶動排種器轉動實現排種作業；每側排種軸又通過一組鏈傳動將動力傳遞給排肥軸，驅動排肥軸旋轉，帶動排肥器轉動實現排肥作業。

1.萬向節 2.變速箱 3.牙嵌 4.排種軸 5.鏈傳動 6.排肥軸

3.2播種裝置主要參數的選取

播種質量的好壞取決于排種器的排種性能，而機組的前進速度、排種器的結構及轉速是影響排種性能的主要因素，它們之間是互相關聯、相互影響的。

為了保證播種質量，排種器首先滿足排種輪型孔填充的要求，這需要一定的填充空間和時間，填充空間由型孔來完成，填充時間則由種輪的線速度vp來控制。在極限條件下，則有：

vp ≤（L-12d）gd（1）

式中d—種子平均粒徑/mm（取d≈4 mm）；

L—型孔長度/mm （取L=10 mm）；

vp—種輪線速度/m·s-1。

將數據代入（1）計算得 ：極限vp﹤0.4 m/s。

因機組的前進速度vm決定了排種輪線速度的大小，工作時，必須對vm加以嚴格控制，避免種輪線速度vp超出極限值，影響種子填充，產生漏播現象，所以vm與vp之間必須要有良好的配合；又因排種器轉速是影響播種性能的因素之一，轉速過高，排種器的傷種率增加，播種的均勻性變差，轉速低時，傷種率較低、播種均勻性較好，但是播種的工作效率低。因此，排種器的工作轉速應控制在一定的范圍內。vm、vp、n相互間關系如公式（2）、（3）、（4）所示。

n = 60vm/ZT （2）

vp =πDn/60 （3）

vp=πDvm/ZT （4）

式中

vp—種輪線速度/m·s-1；

vm—機組前進速度/m·s-1；

T—穴距/mm；

Z—型孔數量；

D—種輪直徑/mm；

n—種輪轉速/r·min-1。

如上所述，綜合考慮：轉速要合理，排種器結構尺寸不宜過大，確定取n=20～30 r/min； D=100 mm；Z=10；T=100～200 mm；

由公式（3）得：vp ≤0.16 m/s；小于極限vp ，符合設計要求。

由公式（2）得：vm≤1 m/s。

3.3施肥裝置主要參數的選取

排肥器選擇結構簡單、肥量調節方便、排肥量穩定的外槽輪式排肥器。其每轉排肥量q可按公式（5）計算。

q=πdLp[c+aft]（5）

式中d—外槽輪直徑：4 cm；

Z—外槽輪齒數：8 ；

L—外槽輪有效工作長度： 4 cm ；

C—帶動層厚度：0.3～0.4 cm ；

ρ—顆粒肥容重：900～1200 kg / m3 ；

α—顆粒肥充滿系數：0.6～0.8；

f—凹槽斷面積 ：0.37 cm2；

t—槽齒間距：1.53 cm。

依據我省水稻種植要求，種肥施肥量一般為400～500 kg/hm2，由公式（5）可以確定排肥軸轉速n=25～30 r/min。如需要對施肥量進行調整，可以通過改變外槽輪有效工作長度L實現。

3.4開溝/覆泥裝置、船板組件的設計

1.覆泥板 2.種/肥導向槽 3.開溝滑板 4.溝深調節板 5.固定座 6. 開溝固定梁 7.壟臺成型板 8.船板 9.牽引機架

開溝/覆泥裝置由覆泥板、種/肥導向槽、開溝滑板、溝深調節板、固定座組成。每行配置一組種/肥開溝裝置，通過固定座安裝在開溝裝置固定梁上。調節溝深調節板可分別控制種/肥開溝深淺，橫向移動固定座可進行穴距調整。

船板上安裝有牽引機架，開溝固定梁等組件，船板底面固裝壟臺成型板。船板底面與壟臺共同作用下，在泥面上形成標準壟臺；開溝滑板在壟臺上開出種/肥溝，排入種/肥管內的種、肥經種/肥導向槽分別播入、施入相應的溝槽內，由覆泥板覆泥，完成播種、施肥作業。

4主要技術參數

綜上所述，通過分析和理論計算，最終，確定的主要設計技術參數如下：

配套動力： 12.5 kW以上；

作業幅寬：3 m；

播種/施肥行數：10行；

行距： 240 mm、360 mm（寬窄行）；

穴距： 100 mm～200 mm；

作業速度： v≤1 m/s；

工作效率 0.5～1 hm2/h；

播種量：35～45 kg/ hm2；

排肥量：400～500 kg/ hm2。

5結論

依據我省水稻生產實際情況，結合水稻直播技術的發展趨勢，設計了一種以現有動力配套的新型寒地水稻施肥直播機。通過理論分析和計算，確定了各分項設計的主要技術參數，完成總體結構設計，符合設計預期。