農家有機肥拋撒裝置研制與應用

亢秀麗，馬愛平，崔歡虎，靖 華，王裕智，張建誠

（山西省農業(yè)科學院小麥研究所，山西臨汾 041000）

0 引言

20世紀50—70年代，中國以農戶為主要形式的養(yǎng)殖業(yè)為農田農家有機肥的投入提供了重要保證。進入20 世紀80 年代至21 世紀，隨著以農戶為主要形式的養(yǎng)殖業(yè)逐漸萎縮，規(guī)模化養(yǎng)殖專業(yè)合作社的興起，農家有機肥源總量在下降，農田農家有機肥逐漸被化肥所取代。近年來，科技工作者開展了有關氮素污染環(huán)境[1-2]、氮素淋溶[3-4]，減施化肥技術[5-6]、農家肥使用技術[7-8]及其增產機理[9-10]的研究，這些農藝技術成果均表明，增施農家有機肥，減少化肥施用量，將成為我國農田肥料投入的主要方向。與此同時，國內有關使用農家有機肥的相關配套機械裝備也開展了研究，在農家有機肥腐熟發(fā)酵中研制出了糞肥發(fā)酵翻拋機[11]，針對膏狀農家有機肥運排難的問題，研制出了膏狀畜禽糞肥運輸排放裝置[12]，在固態(tài)農家有機肥類型開展了地輪驅動式農家肥撒施機的研制[13]、廄肥撒施機[14]及農家肥和化肥聯(lián)合施肥機的研制[14]，還開展了有關農家肥撒施裝置拋撒性能[16]、一致性[17]試驗研究。這些研究成果較好地解決了區(qū)域性農家肥使用撒施成本較高的問題。

但是，以上相關農家有機肥拋撒裝備存在如撒施幅度較窄且固定影響其作業(yè)效率、拋撒機具生產成本高等較多問題。目前在區(qū)域性大多農戶及規(guī)模化種植專業(yè)合作社仍是人工拋撒農家肥，存在費工、費力、拋撒不勻，特別是人工拋撒效率低造成農家有機肥使用成本高，直接影響著農家有機肥大量使用。基于此，如何克服已有農家有機肥配套裝備不足，解決人工拋撒農家有機肥存在的諸多問題，研制拋撒有機肥作業(yè)效率高且拋撒均勻的裝備，將對農家有機肥使用中拋撒成本過高而導致農家有機肥大面積應用的瓶頸提供重要機械裝備技術支撐。

1 農家有機肥拋撒裝置設計的基本原理

目前現(xiàn)有農家有機肥拋撒機或裝置一是在作業(yè)性能上存在個別機型撒幅較窄、拋撒均勻性差、農家有機肥含水率要求較高、農家有機肥拋撒過程中堵塞及對不同面積的農田適應性差；二是存在結構復雜、生產成本高、體積龐大；針對以上存在的作業(yè)性能及結構等問題，同時結合目前農家有機肥施用特點及牽引動力發(fā)展變化趨勢等提出了農家有機肥拋撒裝置設計的基本原理及指導思想。

研制的農家有機肥拋撒裝置可與大中型拖拉機（目前發(fā)展趨勢）配套使用且安裝、拆卸簡便；研制的農家有機肥拋撒裝置具有拋撒均勻，符合農藝技術需求；研制的農家有機肥拋撒裝置通過拋撒板面特殊設計及其在拋撒板底座位置距離的調節(jié)，可調控農家有機肥拋撒的距離；研制的農家有機肥拋撒裝置具有生產成本低、作業(yè)效率高、結構簡單、操作環(huán)節(jié)簡便等特點。

2 整機結構設計及技術參數(shù)

2.1 整機結構設計

該拋撒裝置包括支架、連接構件、傳動構件和撒肥構件4 部分；由上及下依次為支架、連接構件、傳動構件和撒肥構件。本裝置總體設計如圖1所示。

2.1.1 支架結構設計 支架包括橫梁、縱梁、連接板A、連接板B、螺栓A、螺栓B和中心連接桿。其中，橫梁、縱梁、中心連接桿、連接板A、連接板B分別由方鋼、圓鋼、鋼板制成。連接板A焊接在兩個縱梁后端側下方，其通過螺栓A 與連接板B 固定，連接板B 通過螺栓B與傳動構件中的整體雙級減速器的兩側固定，中心連接桿中后端與支架前端2 個橫梁焊接，中心連接桿前端與牽引動力中心拉桿底座通過銷子連接。

2.1.2 連接構件結構設計 連接構件包括U 型連接桿、弧型卡片、固定板、螺帽、U 型螺桿和頂絲。U 型連接桿、固定板分別由圓鋼、鋼板制成，弧型卡片由鋼板圈制而成。U型連接桿的橫向段置于弧型卡片中并將弧型卡片焊接在固定板上，固定板通過U型螺桿和螺帽固定于支架前端的第2 個橫梁及相鄰的縱梁上，頂絲緊貼弧型卡片的內側擰緊于U 型連接桿的橫向段，U型連接桿的2個縱向段的末端分別與牽引動力的2個提升臂通過銷子連接。

2.1.3 傳動構件結構設計 傳動構件包括整體雙級減速器、整體雙級減速器花鍵輸入軸、萬向節(jié)A、萬向節(jié)B、傳動軸、整體雙級減速器花鍵輸出軸（打孔）。整體雙級減速器花鍵輸出軸上打孔，使螺栓C 能穿過套管和整體雙級減速器花鍵輸出軸，將二者固定于一起。傳動軸的萬向節(jié)A與整體雙級減速器花鍵輸入軸連接，傳動軸的萬向節(jié)B與牽引動力變速器的花鍵輸出軸連接，整體雙級減速器花鍵輸出軸（打孔）通過撒肥構件的螺栓C與撒肥構件連接。

2.1.4 撒肥構件結構設計 撒肥構件包括套管、螺栓C、螺栓D、法蘭A、法蘭B、拋撒板軸、曲面拋撒板、拋撒板底座、若干個螺孔、螺栓E。拋撒板軸、套管、曲面拋撒板分別由圓鋼、鋼管、鋼板制成。撒肥構件安裝在整體雙級減速器花鍵輸出軸（打孔）的下方。整體雙級減速器花鍵輸出軸（打孔）套于套管的中上部，套管通過螺栓C 與整體雙級減速器花鍵輸出軸（打孔）連接，套管下端焊接一個法蘭A，拋撒板軸上部焊接一個法蘭B，通過螺栓D將法蘭A、法蘭B連接，拋撒板軸中部兩側各焊接一個拋撒板底座，拋撒板底座上分布有5 列縱向螺孔，曲面拋撒板通過螺栓E 與拋撒板底座固定。曲面撒板及曲面撒板底座其特征為曲面結構，以保證其在旋轉過程中將農家有機肥拋撒一定距離。

2.2 技術參數(shù)

2.2.1 外形尺寸 支架：縱梁長1200 mm，橫梁寬320 mm；中心連接桿長：570 mm。

2.2.2 曲面拋撒板構件及其底座構件結構與工作參數(shù)如圖2所示。

（1）曲面拋撒板。一側曲面拋撒板下底長500 mm，上底長700 mm；另一側曲面拋撒板下底長700 mm，上底長500 mm，兩側曲面拋撒板的弧長、寬均分別為430 mm、400 mm。

（2）曲面拋撒板底座。下底、上底長均500 mm，弧長430 mm，寬400 mm。

（3）曲面拋撒板可調節(jié)距離：250 mm。

2.2.3 配套動力≥50 kW。

2.2.4 作業(yè)效率130～150 t/d。

3 創(chuàng)新點、應用操作環(huán)節(jié)及效果

3.1 創(chuàng)新點

（1）研制的農家有機肥拋撒裝置其撒肥構件的拋撒板及拋撒板底座均為曲面結構，其中拋撒板底座的上下底長相等，一側拋撒板上底長于下底，另一側拋撒板則為下底長于上底。曲面結構與拋撒板上底長于下底（下底長于上底）二因素結合，可確保農家有機肥在拋撒板上有較短的滯留而拋撒一定距離。

（2）研制的農家有機肥拋撒裝置其撒肥構件的拋撒板底座上分布有螺孔5～6 列，用于調節(jié)拋撒板在拋撒板底座位置，等同于增加或減少拋撒板實施過程的長度，進而調控農家有機肥拋撒距離。

3.2 應用操作環(huán)節(jié)

3.2.1 安裝 將中心連接桿前端銷子與拖拉機中心拉桿底座連接，U 型連接桿的2 個縱向段末端銷子分別與牽引動力拖拉機的2 個提升臂連接，萬向節(jié)B 與牽引動力變速器花鍵輸出軸連接。

3.2.2 調節(jié)曲面拋撒板在曲面撒板底座的位置 在實施過程中根據(jù)農田面積其寬度，需調節(jié)曲面撒板在曲面撒板底座的位置。若農田面積較寬則需將曲面拋撒板在曲面撒板底座的位置外移，反之，則需內移，以確保農家有機肥拋撒均勻且不拋撒于其他農田。

3.2.3 作業(yè) 可選擇50 kW及其以上的拖拉機作為牽引動力。將牽引動力倒退至拋撒板軸下端與糞堆接觸，機手下壓牽引動力輸出手柄，牽引動力變速器花鍵輸出軸轉動依次帶動萬向節(jié)B、傳動軸、萬向節(jié)A、整體雙級減速器花鍵輸入軸、整體雙級減速器花鍵輸出軸（打孔）、拋撒板軸、曲面拋撒板轉動，機手下壓牽引動力提升臂手柄，拋撒板軸、曲面拋撒板在轉動中下移，將糞堆拋撒于農田。當一糞堆拋撒完后，機手操作提升臂手柄使牽引動力將提升臂上移，繼續(xù)倒退至下一個糞堆，機手下壓牽引動力提升臂手柄，開始拋撒農家有機肥，依次重復進行。

3.2.4 拆卸裝置 依次拆卸支架與牽引動力提升臂、連接構件與中心拉桿底座連接的銷子，則支架、連接構件均與牽引動力分離；將牽引動力變速器花鍵輸出軸從萬向節(jié)B中退出，則傳動構件則與牽引動力分離。

3.3 應用效果

研制開發(fā)的農家有機肥拋撒裝置于2017年、2018年在鄉(xiāng)寧縣萬福特有機農業(yè)有限公司（鄉(xiāng)寧縣雙鶴鄉(xiāng)紅凹村N35°55′，E110°10′）秋播小麥中應用，共拋撒牛糞7200 t，其效率是人工拋撒的15～18倍，且拋撒均勻，拋撒距離可控，有效降低了農家有機肥施用中的拋撒成本，且該裝置作業(yè)過程易操作，與牽引動力安裝拆卸簡便，達到了設計要求，得到了該公司員工及當?shù)剞r民的認可。

4 結論與討論

（1）研制開發(fā)的農家有機肥拋撒裝置通過調節(jié)曲面拋撒板在曲面拋撒板底座的位置，調控農家有機肥的拋撒距離，可適應于不同面積的農田，且拋撒均勻符合農藝技術需求。其結構簡單、生產成本低、作業(yè)效率高。該裝置的研制與開發(fā)有效解決了農家有機肥使用中拋撒成本過高而影響農家有機肥大面積應用的技術瓶頸，為農家有機肥進入農田大面積應用開辟了一條新的途徑。

（2）在中國隨著土地流轉政策的進一步完善，規(guī)模化種植專業(yè)合作社的經營規(guī)模將進一步擴大，專業(yè)合作社的數(shù)量也將不斷上升。因此，對拋撒農家有機肥的機械裝備要求有較高的作業(yè)效率。國內外農家有機肥的拋撒機械裝備有也較多研究，國外農家有機肥撒施機體積龐大，配套動力大，與中國目前的購買力仍有一定差距；國內有關固態(tài)農家有機肥類型的撒施機的研究主要集中在地輪驅動式撒施機（適應于小面積農田應用）、拖拉機后動力輸出驅動式撒肥機的兩大類型，其中拖拉機后動力輸出驅動式撒肥機含有較多類型，如側向拋撒機（施肥量均勻度差異大，農家有機肥含水量不能過低），臥輥式拋撒機（撒施幅度窄），立輥式拋撒機（施肥量均勻度介于側向拋撒機與臥輥式拋撒機之間），圓盤式拋撒機（僅適應于撒肥量較少或小面積農田）[19]等。

（3）應用該裝置實施農家有機肥拋撒，其農家有機肥須是經過充分腐熟發(fā)酵，否則將會對農田造成污染[20-21]；農田農家有機肥的堆放，應根據(jù)施用量確定單一糞堆堆放量及糞堆間的距離，單一糞堆堆放量不宜過大，否則影響拋撒效率及均勻度，同樣單一糞堆堆放量也不宜過小，否則同樣降低拋撒效率；有關農家有機肥單一糞堆堆放量及糞堆間距離應根據(jù)實際靈活掌握。