程鵬飛，王琳琳，李學(xué)強(qiáng)，于文強(qiáng)

(1.山東理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，山東 淄博 255000；2.山東希成農(nóng)業(yè)機(jī)械科技有限公司，山東 樂(lè)陵 253600)

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3ZMP-360型馬鈴薯中耕起壟施肥機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

程鵬飛1，王琳琳2，李學(xué)強(qiáng)2，于文強(qiáng)1

(1.山東理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，山東 淄博 255000；2.山東希成農(nóng)業(yè)機(jī)械科技有限公司，山東 樂(lè)陵 253600)

針對(duì)現(xiàn)有馬鈴薯中耕起壟施肥機(jī)存在的地輪傳動(dòng)不連續(xù)、粗制施肥及仿壟成形不夠理想等問(wèn)題，對(duì)3ZMP-360中耕起壟施肥機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置、肥箱調(diào)節(jié)裝置和成形器進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)。采用驅(qū)動(dòng)棘輪代替地輪傳動(dòng)，徹底解決了地輪空轉(zhuǎn)、滑行導(dǎo)致肥箱不工作的問(wèn)題；采用更換鏈輪調(diào)節(jié)傳動(dòng)比的方式設(shè)計(jì)的肥量調(diào)整裝置，代替了原來(lái)靠調(diào)節(jié)施肥盒開口量的大小來(lái)控制施肥量的粗制方式，改進(jìn)后的調(diào)整裝置可根據(jù)不同土壤和不同品種的需求進(jìn)行相應(yīng)施肥，并且能夠精確控制施肥量；采用弧面成形器代替原來(lái)平面成形器，壟形得到了改善，既保持了所需壟高，又能增加薯壟培土量，更有利薯種的生長(zhǎng)發(fā)育。試驗(yàn)結(jié)果表明：改進(jìn)后的馬鈴薯中耕起壟施肥機(jī)各項(xiàng)指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，不僅提高了后期馬鈴薯生產(chǎn)量，而且有效地節(jié)約了化肥用量，降低了種植成本。

施肥機(jī)；施肥量；壟形；成形器；驅(qū)動(dòng)裝置

0 引言

隨著我國(guó)馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略的推進(jìn)，馬鈴薯機(jī)械產(chǎn)品也得到了快速發(fā)展，從前期播種到后期收獲階段基本實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化。馬鈴薯的中耕、施肥是種植過(guò)程中重要的作業(yè)環(huán)節(jié)，中耕的主要作用是疏松土壤、增強(qiáng)透氣性、提高地溫、加速有機(jī)質(zhì)的分解及提高土壤有效養(yǎng)分，以及防除雜草、害蟲和調(diào)節(jié)水分、防旱保墑等。施肥的目的在于補(bǔ)充土壤中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不足，滿足馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的需要[1]。

目前，馬鈴薯中耕起壟施肥盡管實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化，但現(xiàn)有機(jī)型仍存在一些問(wèn)題：大多采用行走地輪來(lái)驅(qū)動(dòng)肥箱執(zhí)行施肥，傳動(dòng)方式過(guò)于簡(jiǎn)單，不能解決地輪打滑導(dǎo)致的施肥卡滯與積肥問(wèn)題；大多采用傳統(tǒng)的施肥方式[2]，通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)施肥盒開口大小，來(lái)粗制控制施肥量，不能按實(shí)際客觀需求來(lái)合理施肥，施肥效果不理想；采用平面成形器，起壟效果不佳，直接影響了后期馬鈴薯的產(chǎn)量。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文對(duì)3ZMP-360四壟中耕起壟施肥機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置、肥箱調(diào)節(jié)裝置和成形器進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，增加了肥量調(diào)整裝置和棘輪驅(qū)動(dòng)方式，對(duì)成形器結(jié)構(gòu)做了進(jìn)一步的完善，并進(jìn)行了田間試驗(yàn)。

1 整機(jī)模型及工作原理

改進(jìn)后的中耕起壟施肥機(jī)整機(jī)模型由驅(qū)動(dòng)棘輪、連接傳動(dòng)箱、拉簧桿、肥量調(diào)整裝置、肥箱體、牽引架、地輪、小彈性齒、側(cè)護(hù)板 、松土器、成形器和仿壟壓板組成，如圖1所示。

該機(jī)牽引架與拖拉機(jī)采用三點(diǎn)懸掛方式連接。作業(yè)時(shí)，拖拉機(jī)拖動(dòng)整機(jī)前進(jìn)，小彈性齒將壟兩邊的雜草除掉，通過(guò)松土器、成形器與仿壟壓板三者的配合，完成了起壟工作。其中，壟寬、壟高及培土量可通過(guò)改變松土器、成形器兩翼夾角來(lái)調(diào)節(jié)。整機(jī)前進(jìn)過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)棘輪撓地前行，將動(dòng)力通過(guò)連接傳動(dòng)箱傳遞給肥量調(diào)整裝置，最終控制肥箱精確施肥。

2 關(guān)鍵部件的改進(jìn)設(shè)計(jì)

2.1 驅(qū)動(dòng)裝置的改進(jìn)

現(xiàn)有中耕起壟施肥機(jī)采用的是地輪傳動(dòng)裝置，如圖2所示。其工作時(shí)，依靠與地面的附著力驅(qū)動(dòng)自身運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)鏈輪傳遞動(dòng)力給肥箱，來(lái)實(shí)現(xiàn)施肥功能；但該傳動(dòng)方式對(duì)外界環(huán)境適應(yīng)性能差，若在濕滑或凹凸不平整的田地作業(yè)時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生地輪空轉(zhuǎn)與滑行前進(jìn)，直接影響施肥效果，導(dǎo)致減產(chǎn)。

圖2 地輪驅(qū)動(dòng)方式

棘輪驅(qū)動(dòng)裝置由驅(qū)動(dòng)棘輪、拉桿、鏈條及菱形軸承等構(gòu)成，如圖3所示。驅(qū)動(dòng)棘輪工作環(huán)境是界于空氣與土壤之間的，而且持續(xù)不斷地抓地前行，可將動(dòng)力傳遞給肥箱調(diào)整裝置，有著至關(guān)重要的作用。因此，對(duì)其采用65Mn材料且噴漆處理，既保證了高強(qiáng)度、高硬度性能，又有著良好的耐磨和防銹性能。在驅(qū)動(dòng)棘輪周邊結(jié)構(gòu)采用了折彎處理，形成12個(gè)“撓爪”，具有良好的抓地性能，能夠保證與地面的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)接觸，充分解決了地輪在凹地、濕地作業(yè)中發(fā)生的空轉(zhuǎn)、滑行問(wèn)題。改進(jìn)后的裝置結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，并且適應(yīng)多種工況作業(yè)，有著很強(qiáng)的適應(yīng)能力。

2.2 肥量調(diào)節(jié)裝置的改進(jìn)

現(xiàn)有中耕起壟施肥機(jī)施肥量的控制是靠人工粗略調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)的，需要調(diào)節(jié)手動(dòng)旋鈕來(lái)改變六方傳動(dòng)軸在施肥盒中的占據(jù)空間比，從而完成變量施肥；但該施肥方式?jīng)]有施肥標(biāo)準(zhǔn)， 用戶純靠手動(dòng)估測(cè)施肥， 極易出現(xiàn)實(shí)際施肥量與所需施肥量不相符的現(xiàn)象。同時(shí)，肥箱內(nèi)無(wú)攪拌軸，經(jīng)常出現(xiàn)施肥盒堵塞、積肥現(xiàn)象，還需要依靠人力將肥料敲碎，大大影響了作業(yè)效率與質(zhì)量。其模型如圖4所示。

1.鏈條護(hù)板 2.菱形軸承 3.拉桿 4.鏈輪 5.傳動(dòng)軸 6.鏈條 7.驅(qū)動(dòng)棘輪

1.手動(dòng)旋鈕 2.六方傳動(dòng)軸 3.排肥口 4.施肥盒 5.肥箱體

改進(jìn)后施肥箱如圖5所示。相比原施肥控制箱，其增設(shè)了攪拌軸，可將粘成團(tuán)的肥料攪碎，解決了施肥盒堵塞問(wèn)題；采用絞龍施肥代替了原施肥控制箱中的六方軸，避免了施肥盒積肥現(xiàn)象，而且排出的肥料流量是恒定的，施肥質(zhì)量明顯提高。

為實(shí)現(xiàn)精確施肥，在驅(qū)動(dòng)棘輪與肥箱之間增加一肥量調(diào)整裝置(見圖6)，其主、從動(dòng)軸均水平布置，之間安裝有張緊盤，且其軸線與主動(dòng)軸軸線平行。張緊盤外端面上設(shè)有兩個(gè)與張緊盤軸線平行的銷軸，兩個(gè)張緊鏈輪通過(guò)軸承安裝在張緊盤銷軸上，將鏈條纏繞成“S”型，達(dá)到張緊目的；彈簧一端連接張緊盤，另一端通過(guò)掛鏈卡在側(cè)板上。當(dāng)需要調(diào)節(jié)施肥量時(shí)，松開掛鏈?zhǔn)箯埦o盤順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，鏈條松動(dòng)即可更換鏈輪，調(diào)節(jié)鏈輪傳動(dòng)比改變絞龍轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)變量施肥，用戶可根據(jù)施肥量調(diào)節(jié)表(見表1)精確控制施肥。

1.肥箱蓋 2.連接橡膠條 3.肥料網(wǎng)篩 4.攪拌軸 5.絞龍箱 6.箱體 7.傳動(dòng)鏈條 8.撥桿傳動(dòng)軸

1.張緊盤 2.從動(dòng)軸 3.從動(dòng)鏈輪 4.傳動(dòng)鏈條 5.側(cè)固定板 6.鏈輪組 7.主動(dòng)鏈輪 8.張緊拉簧 9.張緊鏈輪

Table 1 Fertilizer regulation table kg·(667m2)-1

續(xù)表1 kg·(667m2)-1

2.3 成形器的改進(jìn)

原起壟成形器采用的是平板刮土起壟原理，壟形截面為梯形，且結(jié)構(gòu)比較單一，長(zhǎng)時(shí)間工作容易磨損低尖，既降低了實(shí)用壽命，又影響了起壟效果。改進(jìn)后的成形器壟面呈拱形，使得壟形更加飽滿，增加了薯壟培土量，提高了土壤肥力，對(duì)產(chǎn)量增加有著明顯效果。在成形器低尖處增加了可拆卸的耐磨護(hù)刃，增強(qiáng)了成形器的耐磨性能，提高了成形器的使用壽命。成形器改進(jìn)前后對(duì)比如圖7所示，效果對(duì)比如圖8所示。

3 田間試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)條件

在馬鈴薯田間管理階段，對(duì)改進(jìn)后的3ZMP-360型號(hào)的四壟中耕起壟施肥機(jī)進(jìn)行田間試驗(yàn)，選用約翰迪爾1254型四輪驅(qū)動(dòng)式拖拉機(jī)，配套動(dòng)力88.2kW，在總面積約為45hm2的5個(gè)面積均等小試驗(yàn)田，進(jìn)行中耕起壟施肥作業(yè)；工作速度5km/h，工作行距90cm，最后對(duì)其作業(yè)效果進(jìn)行實(shí)地檢測(cè)并分析[3-5]。

圖7 改進(jìn)前后對(duì)比圖

圖8 改進(jìn)前后壟形對(duì)比圖

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

按照中華人民共和國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 8576-1997《旱田中耕追肥機(jī) 技術(shù)條件》的指標(biāo)規(guī)定和相關(guān)農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)方法，對(duì)總排肥量穩(wěn)定性變異系數(shù)、各行排肥量一致性變異系數(shù)、各行耕深一致性變異系數(shù)、各行耕深一致性變異系數(shù)、起壟行距一致性變異系數(shù)、傷埋苗率及土壤膨松度6項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)分析，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 田間試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)論

1)針對(duì)現(xiàn)有中耕起壟施肥機(jī)在濕滑或凹凸不平整的田地作業(yè)時(shí)，導(dǎo)致地輪空轉(zhuǎn)與滑行前進(jìn)的問(wèn)題，將棘輪驅(qū)動(dòng)代替地輪驅(qū)動(dòng)的工作方式，提高了施肥質(zhì)量，充分解決了地輪空轉(zhuǎn)、滑行產(chǎn)生的漏施肥難題，且對(duì)惡劣工作環(huán)境有著很強(qiáng)的適應(yīng)能力。

2)采用絞龍代替六方傳動(dòng)軸，同時(shí)在肥箱內(nèi)增設(shè)了攪拌軸，避免了現(xiàn)有中耕起壟施肥機(jī)存在的肥料堵塞、肥箱積肥等問(wèn)題，節(jié)省了人力，提高了工作效率與質(zhì)量。針對(duì)實(shí)際施肥與所需施肥不相符的現(xiàn)象，在驅(qū)動(dòng)棘輪與肥箱之間增加一肥量調(diào)整裝置，實(shí)現(xiàn)了精確控制施肥。

3)針對(duì)現(xiàn)有中耕起壟施肥機(jī)成形器起壟效果不佳，實(shí)用壽命短的問(wèn)題，采用了壟面呈拱形的成形器，且在成形器低尖處增加了可拆卸的耐磨護(hù)刃，提高了成形器的使用壽命，大大改善了起壟效果。

4)田間試驗(yàn)表明：改進(jìn)后的馬鈴薯中耕起壟施肥機(jī)總排肥量穩(wěn)定性變異系數(shù)、各行排肥量一致性變異系數(shù)、各行耕深一致性變異系數(shù)、各行耕深一致性變異系數(shù)、起壟行距一致性變異系數(shù)、傷埋苗率及土壤膨松度6項(xiàng)指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，產(chǎn)品性能得到了極大改善。

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The Improved Design of 3ZMP-360 Potato Intertillage and Ridge Forming Fertilizer Applicator

Cheng Pengfei1,Wang Linlin2，Li Xueqiang2，Yu Wenqiang1

(1.School of Mechanical Engineering，Shandong University of Technology，Zibo 255000，China; 2.Xicheng Agricultural Engineering Machinery Co.,Ltd in Shandong Province，Leling 253600，China)

With the aim to solve the problems of discontinuous transmission of ground wheel rough fertilization and unfavorable imitation shape of ridge, the driving device, the adjusting device of and the former of the 3ZMP-360 potato intertillage and ridge forming fertilizer applicator were redesigned. The ground wheel driving was replaced by ratchet wheel, it could prevent the fertilizer box from not work caused by the idling and planing of ground wheel; the way of replacing sprockets replaced the way of adjusting the opening-degree of fertilizer box to adjust the transmission ratio, and the new adjustment device could fertilize basing on the need of different soil and potato varieties and control the of per acre exactly; the globoidal former was used to replace the plane former, it could improve the shape of ridge, keep the high of ridge and add the amount of soil of the ridge, which were good at the growth and development of potato. The test results showed that the indexes of new potato intertillage and ridge forming fertilizer applicator met the requirements of the national standard, and the new machine could improve the potato production and save the fertilizer application rate and reduce the cost of the farmers.

fertilizer applicator； fertilization； the shape of ridge； former； driving device

2016-05-11

國(guó)家技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目(13C26213703376)；山東省技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目(201320113005)；山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2015GNC112012)

程鵬飛(1990-)，男，山東德州人，碩士研究生，(E-mail) 872989864@qq.com。

王琳琳(1988-)，女，山東德州人，工程師，(E-mail) wllxstc123@163.com。

S224.1+4

A

1003-188X(2017)07-0053-05