SF—100擺動式顆粒肥料拋撒肥機的研究設計

董可宏　孫喜　巍張迪

摘要：針對現有施肥機械容易產生堵塞、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，著重設計了肥箱和擺動叉組成的擺動機構。實現肥料撒施的通暢和均勻性，保證施肥效果的穩定高效。

關鍵詞：撒肥機；擺動機構；參數設計；穩定高效

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產高產的重要條件，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機械化施肥的發展需求。現以普遍使用作業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。 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，造成丟肥現象，所以部分種植戶仍采用低效、落后的傳統人工撒肥方式。

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計

11結構及工作原理

撒肥機的總體結構如圖 1 所示。撒肥機主要由：萬向節傳動軸、動力輸入軸、懸掛機架、轉動輪、擺動叉、擺動組合體、肥料擺管組、攪拌器、肥箱 、肥料調節/控制裝置等組成。工作時，通過肥料調節/控制裝置，排料口開啟，肥箱內顆粒肥料供給擺動組合體，同時，拖拉機的動力經萬向節軸傳遞給拋撒機的動力輸入軸，動力輸入軸的運轉驅動轉動輪同步旋轉，轉動輪旋轉帶動擺動叉擺動，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總體設計

拋撒機設計中需要了解以下問題：

（1）肥箱中的肥料能定量穩定連續地供給；

（2）擺動機構應保證擺動管組能穩定的擺動；

（3）肥料擺管組能將肥料由出口均勻地拋撒。

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

2拋撒肥機主要參數設計

21肥箱的設計

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 ，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 。本文所設計的肥箱容積至少應滿足在最大排量下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肥箱的外形結構及肥箱上下孔直徑的確定

肥箱的外形結構如圖1所示，根據已知裝載量和整機的總體結構布置，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。根據圖中的直角三角形關系，傾斜角度可表達為：

tana=（D-d）2H（2）

根據物體在斜面上的力學分析可知，當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，肥料易在管內積聚，堵塞擺管；如果過小，肥料不能連續從肥箱流入管內，產生間斷性的排肥。另外，為了避免肥料架空（結拱）現象發生，設計加裝攪肥裝置。

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

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

將數值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，符合設計預期。

22擺動機構的設計

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

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

3結論

主要從擺動式撒肥機的肥箱及擺動機構兩方面進行結構分析及理論計算，基本解決施肥的堵塞、架空以及均勻性問題。確定了分項設計的主要參數，從而完成整體結構設計。通過樣機的試驗測試，拋撒肥料連續穩定，符合設計預期，達到設計指標，為進一步的開發研制打下了堅實理論和實踐基礎。