水稻旱穴播機施肥裝置的設計

王廣成

(黑龍江省農業(yè)機械工程科學研究院 牡丹江分院,黑龍江 牡丹江 157011)

0 引言

水稻是我國最重要的糧食作物之一，東三省是我國水稻商品糧的重要基地，僅黑龍江省水稻常年種植面積在400萬hm2以上，總產量超0.5億t。東三省年積溫較低、無霜期較短，所以在水稻種植上應選用抗寒、積溫低的稻種。我國水稻育種專家已培育出了適合北方地區(qū)的抗寒、抗旱及旱熟品種，因此，水稻直播種植技術在解決了品種及水田塊地的整平、保苗、除草等問題后，其產量已達到或接近育苗機插秧的水平。該技術是一種高效輕簡栽培方式，比較效益與直接效益均有優(yōu)勢[1-2]，所以，水稻直播技術在我國北方地區(qū)也得到了快速發(fā)展。目前，水稻機械化直播技術正在我國更多地區(qū)研究、推廣及應用。

華南農業(yè)大學羅錫文院士團隊研制出2BDH-10型同步施肥水稻旱穴播機[3]，是根據(jù)我國水稻機械化直播種植技術發(fā)展需要研發(fā)出的產品，在我國得到了廣泛的應用。本文所述的品字型開溝施肥裝置是為2BDH-10型同步施肥水稻旱穴播機配套的施肥裝置。排肥器和開溝器是施肥播種機的關鍵部件和重要組成部分，本文在前期研究基礎上，提出了品字形排列的開溝、分層施肥方式，進行了深施基肥與種肥結合的施肥裝置設計，以滿足北方水稻旱穴播施肥農藝要求，并確定合適的開溝、施肥方式及小型排肥器的結構參數(shù)等。

1 整機結構與工作原理

1.1 整機結構

如圖1所示，施肥播種機的主要結構由牽引懸掛機架、地輪、深施肥箱體及排肥器、滑刀式深施肥開溝器、側淺施肥箱體及排肥器、滑刀式側淺施肥開溝器、平行四桿仿形機構、排種器總成、雙圓盤開溝器、鎮(zhèn)壓輪及播種深度調節(jié)等組成。

1.牽引懸掛機架;2.地輪;3.深施肥箱體及排肥器;4.滑刀式深施肥開溝器;5.側淺施肥箱體及排肥器;6.滑刀式側淺施肥開溝器;7.平行四連桿仿形機構;8.雙圓盤開溝器;9.排種器總成;10.鎮(zhèn)壓輪及播種深度調節(jié)圖1 2BDH-10型同步施肥水稻旱穴播機結構示意圖

1.2 工作原理

按照寒地粳稻旱直播施肥的農藝要求，在四輪拖拉機牽引2BDH-10型同步施肥水稻旱穴播機工作時，由左右兩地輪作為動力，通過鏈傳動，驅動排種器及排肥裝置工作，呈品字型排列的施肥開溝器，可同時完成中間深層開溝(在兩行種子之間、深6～8 cm)和側淺層開溝(距種子2～5 cm、深度1～3 cm)，排肥裝置將肥料成條施入溝內，深層施肥開溝器后部施入的肥料由回流的土壤覆蓋，側淺層的肥料利用播種圓盤外側面推開的土壤進行覆蓋并由鎮(zhèn)壓輪壓實(圖2)。

雙圓盤開溝器在地面上開出一條播種溝；穴播式播種機構將種子按一定的穴距播種到播種溝中，通過調節(jié)傳動箱傳動比可改變播種株距；覆土鎮(zhèn)壓機構的覆土輪擠壓溝壁土壤將種溝覆蓋，同時進行鎮(zhèn)壓；穴播式播種機構和覆土鎮(zhèn)壓機構共同實現(xiàn)將種子成穴播在播種溝內并完成覆土鎮(zhèn)壓，實現(xiàn)同步施肥、播種、覆土鎮(zhèn)壓等工序，即2BDH-10型同步施肥水稻旱穴播機工作時，可同步完成開溝、播種、施肥覆土及鎮(zhèn)壓等復式作業(yè)。

1.土壤；2.淺施肥溝;3.播種溝;4.深施肥溝圖2 同步施肥播種技術原理示意圖

2 品字型組合分層開溝施肥裝置設計

品字型組合分層開溝施肥裝置由開溝器固定座、淺層施肥開溝器、深層施肥開溝器、中深施肥排肥器和側淺施肥排肥器等組成。按農藝要求的基肥、種肥分層施肥的原則，依據(jù)總體方案設計出了品字形組合分層開溝施肥裝置，即在深淺不同開溝器上安裝深層排肥器總成和淺層排肥器總成，在水稻旱穴直播機進行播種作業(yè)時，開溝器開出肥溝并同步將肥料導入溝內，將不同種類肥料施入到不同深度的土壤中，以滿足播種后的水稻在不同時期對養(yǎng)分的需求(圖3)。

1.淺層施肥開溝器;2.開溝器固定座;3.種子;4.深層施肥開溝器圖3 品字型分層施肥裝置俯視圖

3 關鍵部件設計

3.1 滑刀式施肥開溝器

滑刀式施肥開溝器(圖4)主要由滑刀、開溝器固定柄、封閉連接板、施肥管等組成。開溝器的作用是機器工作時，開出肥溝并將肥料導入溝內，且使?jié)裢粮采w肥料的工作部件。

由于整機空間尺寸的限制，開溝器設計為滑刀式開溝器?；妒介_溝器入土切割阻力隨著滑切角的增大而減小。影響滑刀式開溝器滑切作業(yè)性能的主要因素包括刃口曲線、滑切角和滑刀厚度。

為防止排肥管出口被土壤堵死，將排肥管出口端面設計與地面垂直。為減少對開溝器作業(yè)性能的不利影響，采用滑刀、開溝器固定柄與施肥管整體式焊接。為避免品字形開溝器之間土壤的擁堵，取消開溝器側板。

1.滑刀;2.開溝器固定柄;3.封閉連接板;4.施肥管圖4 滑刀式施肥開溝器結構示意圖

3.2 中深施肥排肥器

使用原機外槽輪排肥器，特點是在殼體端蓋密封部位加裝不銹鋼襯片，殼體耐腐蝕，毛刷壓板采用不銹鋼螺絲固定。排肥部件滿足設計要求。

3.3 側淺施肥排肥器結構與參數(shù)

將該排肥器設計采用小直徑、特殊形狀凹槽的外槽輪，選用聚氨脂材料，有助于提高均勻性。小外槽輪排肥器主要結構為：鑄塑排肥殼體(含清種與排肥舌部分)，按照排肥旋轉方向在殼體一端安裝內齒形擋圈、密封端蓋，在排肥輪軸上安裝阻塞輪、彈性外槽輪，兩端由肥量調節(jié)裝置鎖緊(圖5)。排肥舌出口端部與阻塞輪上凸梗和槽輪的槽齒應有一定的間隙，該間隙不應大于顆粒最小規(guī)格尺寸，否則產生漏肥。

主要結構參數(shù)：外槽輪直徑為25 mm，齒數(shù)為6，帶動層厚度為4 mm。

外槽輪排肥器每轉排量是強制層和帶動層的迭加，其關系式如下：

1)強制層每轉排量q1

(1)

2)帶動層每轉排量q2

q2=πdLγC

(2)

3)排肥輪每轉排量q=q1+q2，由式(1)、式(2)再換算得

(3)

式中：d—外槽輪直徑，cm；

Z—外槽輪齒數(shù)，個；

L—外槽輪有效工作長度,cm；

C—帶動層厚度，cm；

γ—顆粒肥容重，kg·cm-3；

α—顆粒肥充滿系數(shù)；

f—凹槽斷面積,cm2；

b—槽的寬度,cm。

圖5 小排肥輪裝置結構示意圖

4 主要技術參數(shù)

外形尺寸(長×寬×高)：2 340 mm×2 480 mm×1 180 mm；

配套動力：36.8～58.8 kW；

播種行數(shù)：10行；

行距： 200 mm；

穴距：100～250 mm(可調)；

播種量：110～185 kg·hm-2；

中深施肥行數(shù)：5行；

中深施肥量：50～300 kg·hm-2；

側淺施肥行數(shù)：10行；

側淺施肥量：30～80 kg·hm-2；

作業(yè)速度：1.11～1.67 m·s-1；

作業(yè)效率：0.40～0.53 hm2·h-1。

5 結論

為2BDH-10型同步施肥水稻旱穴播機設計了品字型組合分層開溝施肥裝置。提出品字形排列的開溝、分層施肥方式，進行了深施基肥與種肥結合的施肥裝置的設計，以滿足北方水稻旱穴播同步施肥的農藝要求。該裝置具有如下特點：

1)設計了水稻旱穴播機施肥裝置，其品字型排列的分層施肥方式，能夠滿足水稻生長期根系對養(yǎng)分的需求，提高了化肥施用后的利用率。

2)設計的滑刀式施肥開溝器，滿足最大耕深內的開溝器耕作阻力及入土阻力較小原則。

3)設計的小槽輪排肥器，聚氨脂材質的小外槽輪，具有良好的韌性、優(yōu)良復原性、耐磨耐老化等特性。

4)通過施肥裝置的性能試驗可知，各行排肥量一致性變異系數(shù)、施肥均勻性變異系數(shù)、總排肥量穩(wěn)定性變異系數(shù)、施肥斷條率、施肥量偏差、施肥深度等性能指標，均達到了設計要求。

5)2BDH-10型同步施肥水稻旱穴播機配裝品字型組合分層開溝施肥裝置后，作業(yè)時可一次完成開溝、施肥、精播、分層施肥、覆土及鎮(zhèn)壓復式作業(yè)。該機具有播種精確、施肥均勻、省種、省肥、節(jié)水、低碳環(huán)保及經濟效益高等優(yōu)點，是我國水稻機械化直播種植技術的優(yōu)良裝備。

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