摘要：為提高水稻追肥作業(yè)效率和肥料利用率，研制一種水稻中耕施肥機(jī)。闡述該機(jī)具總體結(jié)構(gòu)和工作原理，詳細(xì)介紹其主要工作部件的設(shè)計(jì)方案，并通過(guò)彈射試驗(yàn)進(jìn)行性能驗(yàn)證。該機(jī)具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、作業(yè)可靠，可滿足水稻種植中后期追肥作業(yè)要求。

關(guān)鍵詞：中耕施肥機(jī)； 水稻； 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 性能試驗(yàn)； 彈射

中圖分類(lèi)號(hào)：S224.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2024）05-0039-03

水稻施肥是水稻種植過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)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(xiàn)脫肥現(xiàn)象，造成分蘗不足、長(zhǎng)勢(shì)沒(méi)后勁、倒伏等問(wèn)題，進(jìn)而影響產(chǎn)量[1-2]。傳統(tǒng)的追肥多采用人力田間撒施的簡(jiǎn)單形式，該方法肥料流失多、利用率低且易污染環(huán)境。為此，研制一種便攜式水稻中耕施肥機(jī)。該機(jī)具能將肥料顆粒通過(guò)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(jī)具突破了傳統(tǒng)中耕施肥技術(shù)“瓶頸”，對(duì)于水稻中耕期機(jī)械化施肥研究具有一定借鑒意義。

1總體設(shè)計(jì)

1.1設(shè)計(jì)思路

水稻中耕追肥的主要問(wèn)題在于：一是水田環(huán)境行走困難，需要輕簡(jiǎn)化的專(zhuān)用中耕施肥機(jī)具；二是傳統(tǒng)追肥方式易造成肥料損失和環(huán)境污染，需要提高施肥作業(yè)效率和肥料利用率。從以上問(wèn)題出發(fā)，對(duì)水稻種植中后期專(zhuān)用施肥機(jī)具進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)一種采用彈射施肥方式的水稻中耕施肥機(jī)，使肥料顆粒獲得動(dòng)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(yǎng)分需求得到滿足，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率提升。

1.2整機(jī)結(jié)構(gòu)

水稻中耕施肥機(jī)主要由肥箱、排肥輪、傳動(dòng)齒輪組、彈射轉(zhuǎn)盤(pán)、同步帶、外蓋、機(jī)架、水田輪等部件組成。整機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.3工作原理及過(guò)程

水稻中耕施肥機(jī)設(shè)計(jì)了彈射施肥機(jī)構(gòu)，其內(nèi)設(shè)置彈簧。通過(guò)行走輪、同步帶傳動(dòng)，驅(qū)動(dòng)彈射盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，利用偏心半圓形滑道對(duì)彈簧進(jìn)行逐漸壓縮、蓄力，為肥料顆粒提供勢(shì)能，并在滑道終點(diǎn)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(shè)計(jì)

2.1彈射機(jī)構(gòu)

彈射機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。根據(jù)肥料顆粒的大小合理設(shè)計(jì)彈射棒的尺寸，并在彈射盤(pán)上按120°間隔安置彈簧。由行走輪通過(guò)同步帶驅(qū)動(dòng)彈射盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，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(duì)彈簧進(jìn)行壓縮、蓄力，為肥料顆粒提供勢(shì)能，最終在到達(dá)下端軌道盡頭時(shí)彈射棒失去軌道束縛，彈簧由于彈性形變而恢復(fù)原長(zhǎng)，將肥料顆粒發(fā)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(dòng)機(jī)構(gòu)

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（如圖3所示）采用齒輪傳動(dòng)方式。當(dāng)機(jī)具向前行進(jìn)時(shí)，行走輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)同步帶帶動(dòng)中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，中心軸通過(guò)鍵槽配合帶動(dòng)彈射盤(pán)同步轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)，中心軸通過(guò)齒輪組傳動(dòng)帶動(dòng)排肥輪轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行肥箱排肥。

3彈射試驗(yàn)

3.1材料與方法

在實(shí)驗(yàn)室中，利用水田土槽試驗(yàn)裝置模擬稻田土壤環(huán)境。水稻行距300 mm，株距250 mm，肥料顆粒質(zhì)量約0.05 g。在水田土槽上方安裝彈射機(jī)構(gòu)，通過(guò)更改彈射機(jī)構(gòu)架設(shè)高度，觀察肥料顆粒射入土壤的效果，測(cè)定肥料入泥深度作為試驗(yàn)數(shù)據(jù)。采用3種不同勁度系數(shù)的彈簧，即在1、2、3號(hào)發(fā)射單元中的彈簧勁度系數(shù)逐漸增大，每支彈射棒內(nèi)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(jìn)行彈射試驗(yàn)。

3.2結(jié)果與分析

105 mm彈射高度下肥料入泥深度測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1，試驗(yàn)效果如圖4所示。250 mm彈射高度下肥料入泥深度測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2，試驗(yàn)效果如圖5所示。

由表1和表2可知，彈射機(jī)構(gòu)能夠?qū)⒎柿项w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?chē)嗤裂杆偬顫M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(dá)到了直接施肥的效果，實(shí)現(xiàn)了最初的設(shè)計(jì)思想。

3.3結(jié)論與討論

試驗(yàn)結(jié)果表明，在實(shí)驗(yàn)室模擬環(huán)境下，肥料顆?？梢酝ㄟ^(guò)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(dá)到了彈射施肥的預(yù)期效果。

彈射施肥效果與彈簧壓縮力的大小、彈射盤(pán)距離地面高度及彈射盤(pán)旋轉(zhuǎn)速度有關(guān)。例如當(dāng)彈射盤(pán)轉(zhuǎn)速過(guò)快時(shí)，肥料顆粒會(huì)因水平速度過(guò)大而發(fā)生散射。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的試驗(yàn)結(jié)果可能會(huì)有局限性，后續(xù)可通過(guò)室外試驗(yàn)獲得更多數(shù)據(jù)。

4性能特點(diǎn)與應(yīng)用前景

水稻中耕施肥機(jī)的主要特點(diǎn)是設(shè)計(jì)了彈射機(jī)構(gòu)，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(jī)具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，質(zhì)量輕，方便攜帶；操作方便，作業(yè)可靠，可解決稻田中后期追肥難的實(shí)際問(wèn)題；與傳統(tǒng)的人力撒肥相比，預(yù)計(jì)可節(jié)省50%以上的工時(shí)，大幅降低生產(chǎn)成本，具有較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

中耕施肥是獲得水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)必不可少的重要措施[4]。向著機(jī)械化、高速高效、低成本、易于使用和普及的方向邁進(jìn)，是實(shí)現(xiàn)機(jī)械化中耕施肥技術(shù)推廣和應(yīng)用的必經(jīng)之路。機(jī)械化施肥不僅可以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，節(jié)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(zhǎng)提供有力支持。彈射施肥方式強(qiáng)調(diào)了對(duì)肥料使用的精準(zhǔn)控制，避免了施肥過(guò)量或不足的問(wèn)題，對(duì)于提高農(nóng)作物產(chǎn)量和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義，有助于提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益和實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。