離心式雙圓盤撒肥機(jī)的設(shè)計(jì)*

楊 柳 ， 楊 莎 ， 楊瓔珞

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163000）

撒肥機(jī)作為對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行施肥作業(yè)的專用機(jī)械，目前已被廣泛使用，但市場(chǎng)上所見到的各種型號(hào)的撒肥機(jī)，主要為農(nóng)田撒肥機(jī)或播種撒肥機(jī)，其中大多數(shù)都是噴施機(jī)，在撒施固體肥料時(shí)仍需人工操作。這樣一來，不僅效率低下、浪費(fèi)時(shí)間，操作人員對(duì)肥料的使用劑量也很難控制，會(huì)造成人力和肥料的極大浪費(fèi)。與此同時(shí)，多數(shù)耕地由于長時(shí)間不合理地施用肥料，土地養(yǎng)分含量下降。要改善土壤的狀況，一是需要通過合力按需變量施肥來滿足農(nóng)作物生長條件，二是必須通過施用有機(jī)肥來增加土壤中的有機(jī)物，改良土壤中的腐殖酸含量并改善土地的養(yǎng)分狀況[1]。課題組設(shè)計(jì)了一款離心式雙圓盤撒肥機(jī)，針對(duì)固態(tài)化肥撒施，能將固態(tài)化肥按需均勻地撒在土壤表面。在日常的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，可有效避免肥料浪費(fèi)、撒施不均勻以及肥效低等問題，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了極大的便利[2]。

1 雙圓盤撒肥機(jī)的總體結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

目前，國內(nèi)應(yīng)用的撒肥機(jī)類型主要有：擺管式撒肥機(jī)、氣力式撒肥機(jī)、轉(zhuǎn)盤式全幅撒肥機(jī)、鏈?zhǔn)饺龇蕶C(jī)、風(fēng)送式撒肥機(jī)和圓盤式撒肥機(jī)[3]。擺管式撒肥機(jī)主要以仿生學(xué)為基礎(chǔ)，模仿人類手臂進(jìn)行擺動(dòng)施肥，肥料在離心力的作用下經(jīng)擺管流出；氣力式撒肥機(jī)采用高速旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇獲得較快的速度，將肥料噴施在田間；轉(zhuǎn)盤式和鏈?zhǔn)饺龇蕶C(jī)原理與氣力式撒肥機(jī)相似，可以在整個(gè)機(jī)械范圍內(nèi)進(jìn)行撒肥；擺管式、氣力式和全幅撒肥機(jī)由于結(jié)構(gòu)的原因，更適用于撒施液體肥料以及大型農(nóng)場(chǎng)的撒肥作業(yè)。風(fēng)送式撒肥機(jī)利用出口處的撒肥風(fēng)道，由風(fēng)機(jī)的正壓力將料口處肥料直接吹出風(fēng)撒裝置，完成撒肥，該裝置可進(jìn)行超寬范圍噴灑[4-6]。本次設(shè)計(jì)選用離心式圓盤撒肥機(jī)，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、通用性好、撒肥幅寬、不易堵肥、造價(jià)低、方便檢修等特點(diǎn)，適用于中小型農(nóng)田作業(yè)。

本設(shè)計(jì)的離心式圓盤撒肥機(jī)需要具備穩(wěn)定的施肥能力，能夠?qū)Χ喾N肥料進(jìn)行施肥作業(yè)，主要針對(duì)固態(tài)化肥進(jìn)行施肥作業(yè)；可根據(jù)排肥圓盤轉(zhuǎn)速和肥口開度進(jìn)行施肥量的調(diào)節(jié)，施肥量應(yīng)該要符合農(nóng)業(yè)技術(shù)的要求，一般情況下，施肥量在5~30千克/畝的范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)。

離心式雙圓盤撒肥機(jī)主要由機(jī)架、撒肥料斗、撒肥盤、推肥板和攪肥裝置等組成。工作時(shí)通過功率輸出軸驅(qū)動(dòng)一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的撒肥板，利用離心的力量把肥料拋出去[7]。撒肥料斗裝在機(jī)架上方，出口處設(shè)有撒肥肥量調(diào)節(jié)裝置，撒肥量控制與調(diào)節(jié)是通過液壓回路系統(tǒng)調(diào)節(jié)出料口的大小來實(shí)現(xiàn)的。肥盒安裝于架子的上端，在肥槽的底端有兩個(gè)化肥出口，在出口處裝有一個(gè)施肥量調(diào)整器，它可以用液壓缸帶動(dòng)調(diào)整手把來控制施肥量[8]。撒肥機(jī)構(gòu)安裝在底盤下的支撐板上，由一個(gè)功率輸入式傳動(dòng)箱和兩個(gè)施肥傳動(dòng)箱組成，兩個(gè)撒肥盤安裝在撒肥車的縱向傳動(dòng)軸上。肥槽中配有攪拌裝置，能將結(jié)塊的化肥顆粒粉碎，從而讓化肥平穩(wěn)地降落[9]。雙圓盤撒肥機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 雙圓盤撒肥機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

撒肥機(jī)在田間作業(yè)時(shí)，動(dòng)力由拖拉機(jī)提供，根據(jù)拋撒量要求，利用液壓調(diào)整機(jī)構(gòu)對(duì)出料孔的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，肥料依靠自重向下落。在肥口處設(shè)置攪拌器，肥料經(jīng)過攪拌器時(shí)，結(jié)塊固態(tài)肥料被充分打散，再通過液壓裝置的運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)出料口的開度，最后下落到撒肥盤上。由地輪提供動(dòng)力，使撒肥盤根據(jù)機(jī)車行駛速度以相應(yīng)的速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，肥料顆粒在撒肥盤上由旋轉(zhuǎn)引起的離心力和推肥板的作用向外均勻拋撒，撒肥幅寬可達(dá)10 m~15 m。

1.1 撒肥圓盤的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)撒肥圓盤直徑為350 mm，攪拌軸與肥料料斗之間的連接經(jīng)過撒肥圓盤，撒肥圓盤的內(nèi)徑為18 mm，輪轂部分直徑為40 mm，外徑要求能夠支撐推肥板的重量；撒肥盤的形狀為倒金字塔，傾斜角度為3°，以增加撒施面寬度，降低撒肥圓盤上化肥顆粒的損耗[10]。撒肥圓盤的轉(zhuǎn)速為 540 r/min，撒肥盤的轉(zhuǎn)速如果過大，在田間工作時(shí)粉粒肥料會(huì)產(chǎn)生漂移，將會(huì)導(dǎo)致肥料的浪費(fèi)，并且對(duì)環(huán)境造成一定的污染，撒肥盤的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2所示。

圖2 撒肥盤結(jié)構(gòu)圖

1.2 推肥板的設(shè)計(jì)

選用推肥板的高度為45 mm，推肥板的安裝位置有兩種：一種是成負(fù)角度安裝，另一種是成正角度安裝[11]。根據(jù)農(nóng)藝要求得到推肥板的安裝位置在撒肥盤圓平面呈45°安裝。在旋轉(zhuǎn)過程中，由于與撒肥圓盤的撞擊和摩擦，肥料顆粒在轉(zhuǎn)盤處的移動(dòng)和拋出的傾角由于安裝傾角的不同而發(fā)生變化，推肥板與撒肥圓盤安裝示意圖如圖3所示。

圖3 推肥板與撒肥圓盤安裝示意圖

1.3 肥箱的設(shè)計(jì)及其參數(shù)的確定

在拖拉機(jī)帶動(dòng)撒肥機(jī)進(jìn)行作業(yè)的過程中需要不斷地向撒肥盤提供肥料，因此肥箱也是很重要的一個(gè)部分，在設(shè)計(jì)肥箱時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

1）容積設(shè)計(jì)需適當(dāng)。如果肥箱的容積太小，所裝的肥料會(huì)相對(duì)較少，在田間作業(yè)時(shí)就需要不斷停下來向肥箱添加肥料，這不僅影響工作效率，同時(shí)增加了人工勞動(dòng)強(qiáng)度；肥箱容積也不應(yīng)過大，一味追求大容積會(huì)造成整機(jī)重量偏大，增加機(jī)械工作負(fù)擔(dān)，影響整體作業(yè)效果，所以肥箱容積至少應(yīng)該保證容量能夠使撒肥機(jī)在農(nóng)田里來回撒肥一次[12]。

2）肥箱出肥口的大小要適當(dāng)。如果出肥口太小，當(dāng)拖拉機(jī)在田間作業(yè)時(shí)，撒肥機(jī)可能會(huì)由于肥口太小而造成堵塞，從而損壞攪肥器；如果出肥口太大，也會(huì)由于機(jī)器形勢(shì)顛簸而造成漏肥的現(xiàn)象出現(xiàn)。所以出肥口要選取適當(dāng)大小，不僅可以加快肥料的下落速度，還可以防止肥口堵塞，從而能夠有效地提高撒肥作業(yè)的效率[13]。

3）肥箱應(yīng)與水平方向有一定的夾角。為防止肥箱底面死角的狀況出現(xiàn)，應(yīng)保證肥箱底部有傾角，確保所有的肥料沿著肥箱傾角被送至料口處，不能讓肥箱存在能藏肥料的死角，這需要根據(jù)肥料顆粒休止角進(jìn)行合理設(shè)計(jì)[14]。

圖4 料斗示意圖

在設(shè)計(jì)肥箱形狀和尺寸時(shí)，需要考慮肥箱的容積、下料口的大小等因素，同時(shí)肥箱應(yīng)與水平方向有一定的夾角，確保所有的肥料沿著料斗傾角被送到料口處。根據(jù)常規(guī)肥料的休止角，課題組將料斗設(shè)置為圓錐形，與水平方向呈60°夾角。每個(gè)料斗設(shè)置2個(gè)扇形料口。為了滿足肥量的要求，設(shè)計(jì)料斗上開口直徑為942 mm，下開口直徑為250 mm，高度為600 mm，距離地面約408 mm，料斗示意圖如圖4所示。

2 結(jié)論

課題組設(shè)計(jì)了一款后置式離心式雙圓盤撒肥機(jī)，通過對(duì)撒肥機(jī)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，針對(duì)農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝要求和成本問題，利用CAXA二維繪圖軟件對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行二維裝配圖和零件圖的繪制處理，確定了撒肥盤的直徑和厚度、推肥板的各項(xiàng)參數(shù)以及肥箱的參數(shù)，確保結(jié)構(gòu)符合實(shí)際應(yīng)用。同時(shí)完成必要的校核，保證所設(shè)計(jì)的離心式雙圓盤撒肥機(jī)使用的安全性和可靠性。