自走式小型玉米穴施肥機設計

周絳男 盧和文 高志龍 胡凱軒 錢建隆 萬禹

摘 要：本文針對現有玉米施肥機械在小農、散戶種植模式下精準施肥困難、過量施肥、濫施肥等問題，根據玉米株距及施肥量、施肥部位等農藝要求，設計了自走式小型玉米穴施肥機。該施肥機采用轉速可控的槽輪機構控制施肥量，通過鴨嘴出料口進行土下施肥，實現了肥量可控的精準施肥效果，對改善施肥效率、提高玉米產量具有重要意義。

關鍵詞：玉米;施肥機械;穴施肥機

中圖分類號：S224.21文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）19-0046-03

Abstract： In this paper， according to the problems of precision fertilization， excessive fertilization and excessive fertilization in the existing corn fertilization machinery under the small-scale farming and retail farming mode， according to the agronomic requirements of corn plant spacing， fertilization amount and fertilization position， a self-propelled small-scale corn hole fertilization machine was designed. The fertilizer amount is controlled by the groove wheel mechanism with controllable rotation speed， and the fertilizer is applied under the soil through the duckbill outlet. It is of great significance to improve fertilization efficiency and corn yield.

Keywords： corn;fertilizer applicator;hole fertilizer machine

隨著我國農業機械化的發展，在玉米施肥環節，機械施肥已經取代人工施肥。目前，我國廣泛使用的玉米施肥機械是外槽輪式排肥器，依次通過排肥管、開溝器進行條施肥[1]。條施肥的顯著特征就是進行持續不間斷施肥，但會造成施肥過量，從而產生土壤板結、環境污染、資源浪費等一系列負面影響。目前，穴施肥、變量施肥技術的應用是提高施肥精準度的關鍵[2]。我國學者對這兩個技術進行了一系列研究，且取得了一定成效。例如，李文波等人設計了一種雙圓盤開溝穴施肥排肥器，主要由排肥器殼體、穴施肥輸肥管、清肥刀等構成，具有開溝穴施肥質量好、作業可靠的特點，可滿足穴播作物的穴施肥要求[3];鄧春巖等人設計了一種小型施肥器，主要由手柄、頂桿、頂桿限深盤、上下控料套、導管和背料包等組成，能在土壤中形成孔穴，將肥料直接輸送到作物根部，實現精確定量和定深的施肥目標[4];韓光義與劉善臣研發了一種精密穴施肥排肥器，通過可移動的插板定穴施肥[5];辛莉等通過外槽輪式排肥器實現穴施肥的效果，實現方式是通過不斷開關排肥閥門[6];胡紅研發了一種行間定點扎穴深施追肥機，效果良好[7]。以上研發的穴施肥裝置雖然提高了化肥利用率，但由于大多結構復雜、成本較高、施肥效率有限，仍無法滿足實際的玉米生產農藝要求，且大多處于樣機水平，普及率較低。

針對目前玉米施肥機械存在的問題，本文基于穴施肥理念設計了一種新型的小型玉米穴施肥機。

1 結構及工作原理

1.1 結構

小型玉米穴施肥機主要由儲料箱、槽輪、輸肥管、滾動圓筒、鴨嘴出料口、覆土器和電機等內置驅動裝置組成，如圖1所示。在設計該穴施肥機時，要保證其排肥穩定，工作阻力小，施肥均勻，能適應大多數玉米生長土質，工作效率較高，保證每人每畝施肥耗費時間為30 min，充分滿足農戶個人需求。

1.2 工作原理

進行施肥作業時，同時對兩行玉米進行定穴土下施肥。將化肥裝入儲料箱，啟動槽輪驅動電機開關，根據預先計算的施肥量，通過專用調速器調節槽輪驅動電機的轉速控制施肥量。肥料經過槽輪進入輸肥管，經輸肥管進入滾動圓筒，最后通過安裝在滾動圓筒上的鴨嘴出料口進入土層，完成施肥。在施肥行進過程中，可選擇性啟動兩滾動圓筒之間的驅動電機進行助力。

2 關鍵零部件設計

2.1 鴨嘴出料口

根據玉米最佳施肥深度，鴨嘴出料口設計長度為12 cm，通過觸發裝置實現出入土自動閉合功能，原理圖如圖2所示[8]。

鴨嘴出料口固定部分與圓筒外壁緊密連接;閉合部分控制鴨嘴出料口閉合，其與延伸出來的鋼軸為一體結構;鋼軸上的復位彈簧保證鋼軸未接觸觸發裝置之前鴨嘴出料口是閉合狀態，在鋼軸劃過觸發裝置之后使鴨嘴出料口重新回到閉合狀態;觸發裝置與施肥機扶手相固定，不與滾動圓筒同時運動，在扶手的調節下，始終保持接近垂直于地面的方向，其下端安裝有多個軸承，減少控制鴨嘴出料口的鋼軸與其接觸時的摩擦力。

2.2 槽輪機構

槽輪機構由排肥盒（儲料箱）、阻塞輪、擋圈、清肥軸、彈簧、排肥舌、外槽輪組成。在槽輪的轉動下，可帶動肥料向下輸送，為實現精準控肥，在槽輪裝置的基礎上外置電機，電機為ZGB37RG微型直流減速電機，可調速、可反轉。同時，為電機安裝專用調速器、調節開關、正反轉開關，用來控制電機轉速大小與方向，當開關位于零位時，電機停轉。使用中可通過調節電位器旋鈕改變調速器占空比，進而改變電機轉速，達到精準控制槽輪轉速進而控制施肥量的目的，槽輪裝置控制路線圖如圖3所示。

2.3 雙滾筒機構

通過實地調研可知，玉米行間距多為60 cm左右。因此，采用雙滾筒機構同時對兩行玉米進行施肥。雙滾筒機構空間結構分布如圖4、圖5所示。

在雙滾筒之間裝有載重箱（內置驅動電機及電源），以驅動兩側滾動圓筒行進，行進速度由調速器控制。滾動圓筒圓周等距分布8個鴨嘴出料口，從而在行進中配合槽輪裝置完成施肥。雙滾筒裝置的設計不僅可以實現鴨嘴出料口深入土壤，實現精準施肥，而且大大提高了施肥效率。

3 結語

合理施肥對于農業生產至關重要，穴施肥、變量施肥作為實現合理施肥的重要方法，已逐步成為玉米施肥機械研發創新的主要方向。本文針對小農、散戶的玉米種植模式，基于穴施肥理念設計了一種新型小型玉米穴施肥機。該穴施肥機具有結構簡單、操作方便、成本低廉、工作效率高等諸多優點，且能在保證工作效率的同時，實現精準施肥的要求，并解決了廣大農民玉米施肥難、濫施肥的難題。

參考文獻：

[1]錢梵梵.玉米穴施肥機的設計與試驗[D].合肥：安徽農業大學，2016.

[2]李坤，袁文勝，張文毅，等.玉米施肥技術與施肥機械的研究現狀及趨勢[J].農機化研究，2017（1）：264.

[3]李文波.雙圓盤開溝穴施肥排肥器：CN2525775[P].2002-12-18.

[4]鄧春巖，陳芳，張麗坤，等.小型施肥器的設計[J].農機化研究，2011（6）：87-90.

[5]韓光義，劉善臣.穴施肥精密播種機：CN2423704[P].2001-03-21.

[6]辛莉，陶靜，張敬，等.2BJ-2型精密播種穴施肥機的研制[J].農業機械，2009（14）：102-103.

[7]胡紅.玉米行間定點扎穴深施追肥機設計與研究[D].北京：中國農業大學，2017.

[8]李陶，楊殿鑫.不同分層施肥深度與施肥比例對玉米產量性狀的影響[J].現代化農業，2016（11）：17-18.