楊俊燕(濰坊職業(yè)學(xué)院，山東濰坊261041)

長(zhǎng)期以來(lái)，在我國(guó)西、北方部分地區(qū)(如魯西南、河南、山西等地)，農(nóng)民在春耕秋播前耕整大面積土地時(shí)，大都是先借助農(nóng)用小車(chē)將化肥運(yùn)送到田地，后由2～3人挎肥籃手撒施肥，或由1人駕駛農(nóng)用小車(chē)，1～2人站在車(chē)廂上用鐵锨撒施化肥。然而，這種“先手工施肥，后旋耕機(jī)深耕”的作業(yè)方式存在以下缺陷:(1)手工施肥效率較低且耗費(fèi)勞力、體力;(2)施肥不夠均勻;(3)施肥后若不能及時(shí)跟進(jìn)旋耕機(jī)作業(yè)，化肥會(huì)因揮發(fā)影響了肥料的有效利用率。近年來(lái)，雖然市場(chǎng)上亦有一些機(jī)械化施肥器具，但在實(shí)際使用中又都存在著以下幾點(diǎn)問(wèn)題:(1)小型施肥器因集肥箱體容量小僅適用于小面積地塊;(2)多功能施肥器大多集施肥、播種于一體，卻有著較高的制造成本而且售價(jià)較高。因此，若能設(shè)計(jì)一種施肥器，既能實(shí)現(xiàn)機(jī)械化施肥又能與耕地同步進(jìn)行，便可以將人力從傳統(tǒng)的“先手工施肥，后旋耕機(jī)深耕”的粗耕作業(yè)中解放出來(lái)。

國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)施肥器的設(shè)計(jì)研究主要有以下幾個(gè)方面:(1)對(duì)化肥深施技術(shù)的研究。賈官平、陳金榮［1－2］提出一種可實(shí)現(xiàn)耕整施肥聯(lián)合作業(yè)技術(shù)的“2FG-8型旋耕施肥機(jī)”，并重點(diǎn)介紹了其功能、結(jié)構(gòu)組成、性能特點(diǎn)及工作原理。(2)對(duì)變量施肥技術(shù)的研究。王秀等［3］介紹了由鐵牛拖拉機(jī)攜帶的一種變量旋耕施肥機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理。(3)對(duì)秸稈還田后深施底肥的研究。楊文勇［4］提出一種由2FG-8型施肥機(jī)與1GN-200S型旋耕機(jī)配合使用的旋耕施肥機(jī)，并重點(diǎn)介紹了其主要結(jié)構(gòu)及工作原理、試驗(yàn)結(jié)果及改進(jìn)意見(jiàn)，該施肥機(jī)解決了秸稈還田后深施底肥的問(wèn)題。由此可知，國(guó)內(nèi)對(duì)施肥器的研究并不多見(jiàn)。為了滿(mǎn)足實(shí)際需要，經(jīng)過(guò)調(diào)研分析，筆者提出了一種新型施肥器的設(shè)計(jì)初步構(gòu)想，并制作了樣機(jī)模型，為施肥器的深入研究與完善提供參考。

1 方案設(shè)計(jì)與實(shí)施

設(shè)計(jì)目標(biāo):當(dāng)?shù)剞r(nóng)民一般使用碳酸氫二胺、磷肥等粉末狀化肥和復(fù)合肥、尿素等顆粒狀化肥作為春耕秋播時(shí)大塊土地的基肥。因此，設(shè)計(jì)的施肥機(jī)構(gòu)必須符合農(nóng)民的實(shí)際施肥需求選擇粉末狀化肥或顆粒狀化肥施用為目標(biāo);同時(shí)該施肥機(jī)構(gòu)必須與旋耕犁相關(guān)聯(lián)，使得施肥與耕地同步進(jìn)行，以解決農(nóng)戶(hù)“先手工施肥，后旋耕機(jī)深耕”的困擾。

方案:基于以上設(shè)計(jì)構(gòu)想，提出采用如下方案(圖1)。

由圖1可知，新型施肥器主要由施肥功能部件1、2和傳動(dòng)裝置3組成。功能部件1主要由集肥箱、攪拌軸、集肥箱蓋、上出肥口及開(kāi)關(guān)等組成，以完成粉末狀化肥的撒施;功能部件2主要由集肥箱、下出肥口開(kāi)關(guān)(鐵片式開(kāi)關(guān))、篩板(帶有圓孔的鐵板)、滑道、滑塊等組成，以完成顆粒狀化肥的撒施;傳動(dòng)裝置3主要由圓柱齒輪、圓錐齒輪、傳動(dòng)軸、鏈、鏈輪、軸承等組成，在動(dòng)力的作用下，分別驅(qū)動(dòng)功能部件1、2實(shí)現(xiàn)不同種類(lèi)化肥的撒施。

1.1 功能部件的設(shè)計(jì) 根據(jù)所施基肥的種類(lèi)、特點(diǎn)，結(jié)合施肥經(jīng)驗(yàn)，參照人工施肥方法，設(shè)計(jì)制作了可以完成施撒基肥的功能部件，主要由集肥箱、集肥箱蓋、帶有均布刀片的攪拌軸、可調(diào)式上出肥口、鐵片式開(kāi)關(guān)、篩板、滑道、滑塊等零件組成。通過(guò)以上各零件的有機(jī)組合，實(shí)現(xiàn)在傳動(dòng)裝置提供的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下，可以完成粉末狀化肥和顆粒狀化肥的順利撒播。

1.2 傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 新型施肥器設(shè)計(jì)有一套獨(dú)特的傳動(dòng)裝置，用于將功能部件和旋耕機(jī)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，以成功實(shí)現(xiàn)粉末狀和顆粒狀化肥的施撒，如圖1所示傳動(dòng)裝置3。該傳動(dòng)裝置主要由鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)及制動(dòng)部件構(gòu)成，包含的主要零件有:三根傳動(dòng)軸、鏈條、鏈輪、圓柱齒輪、圓錐齒輪、軸承等。工作時(shí)，在此傳動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)鏈傳動(dòng)帶動(dòng)攪拌軸旋轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)粉末狀化肥的施撒;另外，若需施撒顆粒狀化肥時(shí)，可以利用制動(dòng)部件阻止鏈傳動(dòng)，通過(guò)主傳動(dòng)軸帶動(dòng)圓柱齒輪傳動(dòng)、圓錐齒輪傳動(dòng)及連桿運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)篩板在滑道中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)顆粒狀化肥的施撒。

2 工作原理及性能

正常使用時(shí)，可將新型施肥器配備在旋耕犁的上方，利用旋耕機(jī)提供的原動(dòng)力驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置。

(1)施撒粉末狀化肥。當(dāng)農(nóng)戶(hù)選擇施撒諸如磷肥等粉末狀化肥時(shí)，首先關(guān)閉下出肥口開(kāi)關(guān)，將由旋耕機(jī)提供的原動(dòng)力施加在主傳動(dòng)軸上，以帶動(dòng)其上的鏈輪傳動(dòng)，通過(guò)鏈傳動(dòng)同時(shí)帶動(dòng)攪拌軸旋轉(zhuǎn)，使得其上均布的刀片同步轉(zhuǎn)動(dòng)，用以攪動(dòng)集肥箱體內(nèi)部的粉末狀化肥，如磷酸氫二銨等分散開(kāi)，并使之從上出肥口飛出，落入隨之進(jìn)行的旋耕犁旋起的土壤中，實(shí)現(xiàn)粉末狀化肥的有效施撒。

(2)施撒顆粒狀化肥。當(dāng)農(nóng)戶(hù)選擇施撒諸如復(fù)合肥等顆粒狀化肥時(shí)，首先關(guān)閉上出肥口開(kāi)關(guān)，隨之打開(kāi)下出肥口開(kāi)關(guān)，再制動(dòng)鏈輪傳動(dòng)。此時(shí)，由旋耕機(jī)提供的原動(dòng)力先施加在主傳動(dòng)軸上，再通過(guò)圓柱齒輪傳動(dòng)與圓錐齒輪傳動(dòng)，將其水平方向的傳動(dòng)轉(zhuǎn)化為垂直方向的傳動(dòng)，以此帶動(dòng)固定在垂直方向傳動(dòng)軸上的圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)固定其上的連桿以及篩板(帶有圓孔的鐵板)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以順利實(shí)現(xiàn)顆粒狀化肥的施撒，使之落入旋耕犁旋起的土壤中。

新型施肥器施肥性能的設(shè)計(jì)主要考慮了施肥量的控制和消除化肥堵塞現(xiàn)象。

(1)設(shè)計(jì)有上出肥口，可調(diào)節(jié)在同樣工況下的粉末狀化肥出肥量的多少，以滿(mǎn)足農(nóng)戶(hù)的實(shí)際使用需求;

(2)設(shè)計(jì)有下出肥口，可調(diào)節(jié)在同樣工況下的顆粒狀化肥出肥量的多少，以滿(mǎn)足農(nóng)戶(hù)的使用實(shí)際需求;

(3)通過(guò)連桿的運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)篩板(帶有圓孔的鐵板)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)和振動(dòng)，以防止化肥堵塞現(xiàn)象，確保農(nóng)戶(hù)順利施肥作業(yè)。

3 驗(yàn)證

根據(jù)以上設(shè)計(jì)方案，制作了簡(jiǎn)易樣機(jī)模型，通過(guò)手動(dòng)方式驗(yàn)證了新型施肥器可實(shí)現(xiàn)的施肥功能。其樣機(jī)模型如圖2所示。

4 結(jié)論及展望

目前，我國(guó)西北方部分地區(qū)的農(nóng)戶(hù)在春耕秋播之際進(jìn)行土地耕整時(shí)，大多數(shù)仍采用“先手工施肥，后旋耕機(jī)深耕”這種兩步走的傳統(tǒng)施基肥方式，既費(fèi)力費(fèi)工又易失肥效。該新型施肥器是充分考慮了農(nóng)戶(hù)所撒施化肥的種類(lèi)與特點(diǎn)、借鑒農(nóng)民手工施肥方式和大塊土地施基肥作業(yè)操作運(yùn)動(dòng)方式而設(shè)計(jì)出來(lái)的，經(jīng)模型驗(yàn)證是可行的，若再加以深入研究便可轉(zhuǎn)化應(yīng)用，產(chǎn)生出真實(shí)機(jī)具將會(huì)為當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶(hù)帶來(lái)極大的便利和經(jīng)濟(jì)效益。

該新型施肥器由于僅注重其功能實(shí)現(xiàn)的研究，因此在以下方面仍存在著不足，有待進(jìn)一步完善與改進(jìn)。

(1)外觀設(shè)計(jì)不夠美觀，尤其是集肥箱的形狀需根據(jù)實(shí)際應(yīng)用位置及裝肥需要進(jìn)行完善;

(2)應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要在上、下出肥口處添加導(dǎo)肥裝置;

(3)出肥量控制調(diào)節(jié)裝置設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單;

(4)應(yīng)對(duì)主要功能部件及零件進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)，如攪拌軸的優(yōu)化設(shè)計(jì)等;

(5)應(yīng)結(jié)合農(nóng)戶(hù)目前常用旋耕機(jī)的動(dòng)力性能及特點(diǎn)，完善傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)。

［1］賈官平，陳金榮.2FG-8 型旋耕施肥機(jī)［J］.山西農(nóng)機(jī)，1998(4):14.

［2］陳金榮，賈官平.2FG-8 型旋耕施肥機(jī)［J］.農(nóng)村機(jī)械化，1997(5):14.

［3］王秀，孟志軍，葉濤，等.變量旋耕施肥機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理［J］.農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息，2004(4):39－40.

［4］楊文勇.旋耕施肥機(jī)的研制與試驗(yàn)［J］.農(nóng)機(jī)科技推廣，2006(8):39.