一種水稻中耕施肥機的設計與試驗研究

摘要：為提高水稻追肥作業效率和肥料利用率，研制一種水稻中耕施肥機。闡述該機具總體結構和工作原理，詳細介紹其主要工作部件的設計方案，并通過彈射試驗進行性能驗證。該機具結構簡單、操作方便、作業可靠，可滿足水稻種植中后期追肥作業要求。

關鍵詞：中耕施肥機； 水稻； 結構設計； 性能試驗； 彈射

中圖分類號：S224.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2024）05-0039-03

水稻施肥是水稻種植過程中的重要環節之一。在水稻分蘗后期，由于基肥不足或肥料流失等原因，易出現脫肥現象，造成分蘗不足、長勢沒后勁、倒伏等問題，進而影響產量[1-2]。傳統的追肥多采用人力田間撒施的簡單形式，該方法肥料流失多、利用率低且易污染環境。為此，研制一種便攜式水稻中耕施肥機。該機具能將肥料顆粒通過彈射方式施入稻田土壤中[3]，避免肥料被水沖刷，從而減少肥料損失，提高肥料利用率，并減少污染。該機具突破了傳統中耕施肥技術“瓶頸”，對于水稻中耕期機械化施肥研究具有一定借鑒意義。

1總體設計

1.1設計思路

水稻中耕追肥的主要問題在于：一是水田環境行走困難，需要輕簡化的專用中耕施肥機具；二是傳統追肥方式易造成肥料損失和環境污染，需要提高施肥作業效率和肥料利用率。從以上問題出發，對水稻種植中后期專用施肥機具進行研究，設計一種采用彈射施肥方式的水稻中耕施肥機，使肥料顆粒獲得動能，直接彈射施入稻田泥土層中，從而避免肥料損失，確保作物養分需求得到滿足，促進農業生產效率提升。

1.2整機結構

水稻中耕施肥機主要由肥箱、排肥輪、傳動齒輪組、彈射轉盤、同步帶、外蓋、機架、水田輪等部件組成。整機結構如圖1所示。

1.3工作原理及過程

水稻中耕施肥機設計了彈射施肥機構，其內設置彈簧。通過行走輪、同步帶傳動，驅動彈射盤轉動，利用偏心半圓形滑道對彈簧進行逐漸壓縮、蓄力，為肥料顆粒提供勢能，并在滑道終點釋放彈射單元，使肥料彈射施入土壤中，避免肥料被水沖刷，從而減少肥料損失，提高肥料利用率。

2主要工作部件設計

2.1彈射機構

彈射機構的結構如圖2所示。根據肥料顆粒的大小合理設計彈射棒的尺寸，并在彈射盤上按120°間隔安置彈簧。由行走輪通過同步帶驅動彈射盤轉動，并利用偏心半圓形滑道使彈射棒頂端行走軌跡逐漸壓縮改變，從而對彈簧進行壓縮、蓄力，為肥料顆粒提供勢能，最終在到達下端軌道盡頭時彈射棒失去軌道束縛，彈簧由于彈性形變而恢復原長，將肥料顆粒發射出肥箱，使肥料顆粒具有一定的初速度，射入土壤中。

2.2傳動機構

傳動機構（如圖3所示）采用齒輪傳動方式。當機具向前行進時，行走輪轉動，通過同步帶帶動中心軸轉動，中心軸通過鍵槽配合帶動彈射盤同步轉動。同時，中心軸通過齒輪組傳動帶動排肥輪轉動，進行肥箱排肥。

3彈射試驗

3.1材料與方法

在實驗室中，利用水田土槽試驗裝置模擬稻田土壤環境。水稻行距300 mm，株距250 mm，肥料顆粒質量約0.05 g。在水田土槽上方安裝彈射機構，通過更改彈射機構架設高度，觀察肥料顆粒射入土壤的效果，測定肥料入泥深度作為試驗數據。采用3種不同勁度系數的彈簧，即在1、2、3號發射單元中的彈簧勁度系數逐漸增大，每支彈射棒內裝入3顆直徑約2.5 mm的氮肥顆粒，分別在距離土壤表面105 mm與250 mm高度處進行彈射試驗。

3.2結果與分析

105 mm彈射高度下肥料入泥深度測定結果見表1，試驗效果如圖4所示。250 mm彈射高度下肥料入泥深度測定結果見表2，試驗效果如圖5所示。

由表1和表2可知，彈射機構能夠將肥料顆粒射入泥層中，且入泥深度普遍為3～4 mm。由圖4和圖5可以看出，肥料顆粒射入泥層中后，周圍泥土迅速填滿射入口，從而將肥料顆粒封在泥層中。由于肥料顆粒的物料特性，其射入后20 s左右便能融化在泥層中，達到了直接施肥的效果，實現了最初的設計思想。

3.3結論與討論

試驗結果表明，在實驗室模擬環境下，肥料顆粒可以通過彈射方式直接射入泥層中，射入深度為3～4 mm，能夠被泥土包裹住，達到了彈射施肥的預期效果。

彈射施肥效果與彈簧壓縮力的大小、彈射盤距離地面高度及彈射盤旋轉速度有關。例如當彈射盤轉速過快時，肥料顆粒會因水平速度過大而發生散射。實驗室內的試驗結果可能會有局限性，后續可通過室外試驗獲得更多數據。

4性能特點與應用前景

水稻中耕施肥機的主要特點是設計了彈射機構，能將肥料直接彈射施入土壤中，避免肥料被水沖刷，從而減少肥料損失，提高肥料利用率。該機具結構簡單，體積小，質量輕，方便攜帶；操作方便，作業可靠，可解決稻田中后期追肥難的實際問題；與傳統的人力撒肥相比，預計可節省50%以上的工時，大幅降低生產成本，具有較好的社會效益和經濟效益。

中耕施肥是獲得水稻高產穩產必不可少的重要措施[4]。向著機械化、高速高效、低成本、易于使用和普及的方向邁進，是實現機械化中耕施肥技術推廣和應用的必經之路。機械化施肥不僅可以提高農業生產效率，節約人力成本，還能確保肥料均勻分布在土壤中，為作物的健康生長提供有力支持。彈射施肥方式強調了對肥料使用的精準控制，避免了施肥過量或不足的問題，對于提高農作物產量和農產品質量具有重要意義，有助于提升農業生產的經濟效益和實現農業的可持續發展。