2FZ200型撒肥機結構設計與性能檢測*

林 羽 ， 陳中武 ， 何 林 ， 岳丹丹

（1.廣東省農業技術推廣中心，廣東 廣州 510515； 2.廣東省現代農業裝備研究所，廣東 廣州 510630）

0 引言

在農業生產中長期使用化學肥料可能造成土壤中某些營養元素的殘留、土壤板結以及農產品質量下降等問題。而有機肥的撒施均采用人工完成，此方法存在勞動強度大、效率低且撒肥不均等問題。為降低長期使用化肥的潛在風險，降低有機肥撒施勞動強度大的現狀，采用撒肥機進行農業作業是有效途徑[1-3]。

歐美發達國家對撒肥機的研究較早，鑒于其農田地塊大、種植相對集中等農藝特點，其撒肥機的研究方向更偏向于大馬力的牽引式機型。近年來，中國農業機械化科學研究院、新疆農墾科學院機械裝備研究所、中國農業大學、華中農業大學等科研單位在消化吸收國外先進技術的同時，綜合我國農田特點，從撒肥機結構、拋撒效率、拋撒均勻性等方面對撒肥機進行研究[4-7]。

為提高廣東丘陵地帶農田管理水平，降低人工施肥勞動強度。本文基于機器總體結構、工作原理，對2FZ200型自走式撒肥機關鍵零部件進行了設計與選型，并對撒肥機進行了性能檢測。

1 總體闡述

1.1 總體結構

2FZ200型撒肥機為履帶自走式撒肥機，主要用于在牽引式撒肥機無法作業的溫室、果園、松軟地面、狹小苗圃等地方進行堆肥及土壤改良材料的拋撒作業。本機主要由行走底盤系統、肥料拋撒系統以及操縱系統組成，總體結構如圖1所示。行走底盤系統包括變速箱總成、履帶輪系、動力單元以及駕駛員座墊；肥料拋撒系統主要包括左右拋撒盤、輸送鏈總成以及傳動齒輪等部件；操縱系統主要包括機器行駛操縱機構、有機肥拋撒操縱機構以及出肥量調節操縱機構。

圖1 2FZ200型撒肥機總體結構

1.2 工作原理

2FZ200型撒肥機的行走底盤系統負責承載撒肥機各部件、搭載駕駛員進行有機肥拋撒工作以及接受發動機傳遞的動力，驅動撒肥機進行前進、后退及轉向作業；肥料拋撒系統負責有機肥的傳遞與拋撒，可將肥料均勻地撒向田間；通過操縱系統可實現撒肥機左右轉向、行走離合、油門調節、駐車制動以及撒肥機構開閉的控制。

1.3 技術參數

課題組根據撒肥機的應用環境與工作要求調研，分析出撒肥機采用前置雙圓盤撒布式拋撒型，肥料輸送采用鏈板推送式，結構形式為履帶自走式，肥料出口方向為機器前方。該機主要技術參數如表1所示。

表1 2FZ200型撒肥機主要參數

2 關鍵零部件的設計與選型

2.1 行走底盤系統

行走底盤系統主要包括履帶行走裝置、行走變速箱、發動機和駕駛員座墊，如圖2所示。行走底盤系統的動力來源于發動機，經變速箱減速增扭后傳遞到驅動輪，驅動履帶底盤行走。

1）履帶行走裝置的設計。履帶行走裝置負責驅動機器行走以及承載地面來的載荷沖擊，主要由1組驅動輪、3組支重輪、1組導向輪、1組履帶、張緊螺桿和機架等部件組成，如圖2所示。本機采用的輪齒式履帶，具有良好的通過性、行走平穩、接地比壓小、對路面的損傷小等特點，能更好地適應溫室、果園等松軟地面環境下的工作。該機履帶寬度為180 mm，履帶軌距為440 mm，節距為60 mm，節數為30節，驅動輪直徑為185 mm，支重輪直徑為160 mm，張緊輪直徑為220 mm。

圖2 2FZ200型撒肥機行走底盤系統圖

2）行走變速箱的選型。本文涉及的2FZ200型撒肥機采用的手動變速箱具有2個前進擋位、1個后退擋位。通過操縱變速箱手柄可對變速箱傳動比進行改變，從而改變發動機傳遞到變速箱的轉速與轉矩，使撒肥機可以滿足不同路況、不同工作模式下驅動牽引力的要求[8]。本文設計的撒肥機屬于低速履帶行走系統，滿足不同速度下的使用要求，該撒肥機采用了具有2個前進擋與1個后退擋的手動變速箱，設計各擋位行進速度如表2所示，變速箱三維效果如圖3所示。

表2 2FZ200型撒肥機各擋位作業速度表

圖3 2FZ200型撒肥機變速箱三維示意圖

2.2 肥料拋撒系統

肥料拋撒系統主要由輸送裝置、拋撒裝置以及中間傳動機構等組成。肥料拋撒裝置的工作原理是在機器前行過程中，通過輸送裝置將肥料從肥箱的各個部位輸送到機器后部的拋撒裝置，然后由做旋轉運動的圓盤機構均勻地將肥料拋撒到地面。肥料拋撒系統結構如圖4所示。

圖4 2FZ200型撒肥機肥料拋撒系統結構圖

1）輸送裝置。刮板式輸送和螺旋輸送為常見的兩種機械式輸送形式[9]。刮板式輸送裝置具有適用范圍廣、結構簡單、運送能力強以及輸送平穩等特點；而螺旋式輸送裝置有輸送死角，螺旋攬龍之間易出現殘余物料。因此，本設計選擇比較適合的刮板式輸送裝置。

2）拋撒裝置。肥料拋撒系統中的拋撒裝置是撒肥機的關鍵部件，直接影響著施肥撒播的均勻性與工作寬幅[10]。常見肥料拋撒裝置按照結構可以分為圓盤式和螺旋式。圓盤式拋撒裝置是利用圓盤旋轉時產生的離心力將肥料撒出，其具有拋撒均勻、工作幅寬大、結構簡單可靠的特點；螺旋式拋撒裝置的優點是結構簡單可靠，有較好的破碎功能，對有機肥的適應性好，最大缺點是撒肥寬度較窄。為滿足拋撒均勻性以及足夠距離的拋撒寬幅，本設計采用圓盤式拋撒裝置。

圓盤式拋撒裝置上的撥肥葉片數量會對肥料拋撒均勻性產生一定影響，葉片數量過少會降低拋撒質量，不利于分散肥料；葉片數量過多會因為肥料的黏性阻礙排肥，一般設計中葉片數量為2~6個，本設計中采用撥肥葉片數量為4個。

2.3 操縱系統

操縱系統包括前進/后退換擋手柄、左右轉向把手、出料口開度調節手柄、肥料拋撒離合操縱裝置等。通過對手柄的操縱，可實現包括換擋、左右轉向、油門開度、出料口開度以及肥料拋撒狀態的調節。

肥箱內的有機肥通過排肥傳動裝置輸送到撒肥傳動裝置處，撒肥裝置將有機肥拋撒在田間，通過操縱裝置對肥箱、肥料拋撒裝置進行操控，同時操縱裝置控制底盤行走機構轉動帶動撒肥機向前移動，實現邊撒肥邊移動。

3 性能檢測

3.1 試驗條件

1）試驗前，樣機處于連續正常工作狀態。試驗樣機和配套動力按照使用說明書的規定進行安裝、調整，技術狀態良好，駕駛員駕駛技術熟練。

2）試驗地選擇平整、光潔、硬實的泥土地面。

3）試驗使用物料應滿足樣機作業要求的球狀復合肥料。

4）試驗過程中，在距地面高1.5 m處測量的風速，應不大于3 m/s，且撒肥機的前進方向應盡可能與風向相反。

5）試驗前，記錄測試拋撒物名稱、拋撒物形狀、拋撒物容重、拋撒物尺寸直徑。拋撒物容重、尺寸測定時，在物料存放處取樣，容重測定3次，取平均值；尺寸測定10次，取平均值。

3.2 試驗指標

撒肥機的性能檢測主要是檢驗機器是否達到技術指標要求。檢驗的指標包括：最大載重量、拋撒寬度以及拋撒作業效率。

1）最大載重量。撒肥機的肥料箱應均勻裝載200 kg的物料，從干硬、平坦路面駛入20%（11°18＇）的坡道，坡道長度不小于5 m，如果可以穩定通過，則整機最大載重量合格。

2）拋撒寬度。試驗前，將200 kg的肥料加入肥料箱。試驗時，樣機停駛，使拋撒機處于正常拋撒作業狀態下，直至拋撒最邊緣處的肥料與地面能形成明顯的界線。測量測區內拋撒肥料左右兩側最外端之間的距離，重復3次，每次測3點，結果取平均值。

3）拋撒作業效率。將100 kg試驗物料全部拋撒完畢，記錄拋撒純工作時間，計算作業面積，按式（1）計算拋撒作業效率。

式中，E為拋撒作業效率，單位為hm2/h；S0為測區面積，單位為m2；t為純工作時間，單位為h。

經性能測驗得，2FZ200型撒肥機主要性能指標如表3所示。

表3 2FZ200型撒肥機主要性能指標

4 結論

課題組針對肥料撒施勞動強度大、工作效率低等問題，研制一款可乘坐的自走式履帶撒肥機，以提高肥料拋撒均勻性，降低人工施肥勞動強度。首先，對撒肥機總體結構、工作原理與技術參數進行闡述；其次，對撒肥機行駛底盤系統與肥料拋撒系統中關鍵部件進行設計與選型；最后，對撒肥機工作性能、載重量、拋撒寬度以及作業效率進行檢測。測試結果表明，該履帶自走式撒肥機3擋可換，最大載重量為200 kg，肥料拋撒寬度為4 m，拋撒作業效率≥0.2 hm2/h。