油菜播种施肥机的设计
2009-11-29刘守祥长江大学机械工程学院湖北荆州434023
刘守祥 (长江大学机械工程学院，湖北 荆州 434023)
许登旭 (湖北省洪湖市园林中学，湖北 洪湖 434200)
油菜播种施肥机的设计
刘守祥 (长江大学机械工程学院，湖北 荆州 434023)
许登旭 (湖北省洪湖市园林中学，湖北 洪湖 434200)
结合江汉平原及周边地区油菜播种施肥和现有动力机械的现状，提出了油菜播种施肥机械的设计方案，介绍了其工作原理，对播种施肥机构进行了设计，分析了主要机构参数的确定原则。
油菜； 播种； 施肥机； 设计
油菜不仅是食品油的优质原料，也是替代柴油等的能源作物，其适应性强、种植潜力大、增产潜力高、品种资源丰富。油菜稻田免耕直播技术是油菜轻型化栽培的内容之一，是冬季绿色生物覆盖保护性耕作、平衡增产的免耕种植模式。近几年来，该种植模式在江汉平原及其周边区域内的应用面积逐年增加，但由于人工实施，原本具有轻型高效、操作简便、节省用工的优势未能体现，延缓了该技术大面积实施的进程。因而设计与该区域的自然环境相适应、并与该区域内现有主要动力牵引机械相匹配的油菜精量播种机，是促进油菜稻田免耕直播技术快速转化为现实的生产力、减轻该地区农民劳动强度的重要途径。
1 油菜播种施肥机结构方案设计
江汉平原及周边地区油菜种植模式一般为：厢宽1.8～2.2 m，密度8 000株/666.7 m2，行距0.35 m，株距0.40 m；在水稻种植后的田地进行移栽或直播；农用牵引动力主要是双轮驱动、三点支撑、乘坐驾驶的聚久—121型、黄鹤—12型、工农-12型的手扶拖拉机或相类似机型。
1.机架；2.排种机构齿轮；3.种肥导板；4.种肥箱； 5. 排种机构；6.种肥清理器；7.链条；8.后轮轴； 9.驱动齿轮；10.棘轮；11.行走轮；12.覆土镇压器； 13.种肥导管；14.开沟器；15.调节机构图1 整机结构示意图Figure 1 Structure diagram of the whole machine
油菜播种机以上述类型手扶拖拉机为动力，选用牵引式[1]的连结方式完成田间作业。整机设计时，工作幅宽为箱宽的1/2，每次完成2列的播种和施肥。其主要由机架、开沟器、种肥箱、排种机构，传动机构、覆土镇压机构和驱动地轮等机构组成。排种施肥机构由与棘轮轮毂固结的链轮来驱动，播种机前部装有可调整深度的开沟器，中部设置排种导板及导管，后面直接安装覆土镇压器，开沟器、播种施肥器和镇压器各自在一条直线上；整机作业时由棘轮支撑，转移时由行走轮支撑，如图1所示。
2 油菜播种施肥机工作原理
机组进入田间后，将开沟器的高度调整到适宜位置，卸掉运输行走轮，棘轮上均布的锥齿在播种机自重作用下刺入土壤。机组前行，开沟器在播种施肥导管的正下方开出沟槽；棘轮开始转动，与之固结的链轮驱动种肥轴转动，当种肥轴上的窝眼位于种子箱和肥料箱出口下方30°范围时，实施取种取肥；在种肥导板作用下，种籽和肥料密闭在窝眼内随种肥轴转动，当种肥轴脱离导板时，种子和肥料依序由排种导向管进入沟槽内，对于窝眼内未完全掉落的种子和肥料由种肥刷进行清理，仍由排种导向管进入沟槽；之后，覆土机构将种子和肥料覆盖和镇压，完成播种和施肥、覆土镇压工序。
3 播种施肥机构设计
1.种肥轴； 2.链轮；3.主轴；4.种孔；5.排种肥导管； 6.种肥导板；7.容肥孔；8.种肥刷图2 排种肥机构示意图Figure 2 The illustrative diagram for the seed and fertilizer
播种施肥机构由种肥轴、种肥导板、种肥导管和种肥刷组成(图2)。种肥轴上相距0.40 m的径向截面上分别布有容种(肥)孔，容种孔和容肥孔轴向相距0.1 m，相位角相差15°，孔的正上方分别与种箱和肥料箱连接，其容积由排种量和施肥量决定[1]；种肥轴通过内嵌式法兰盘与主轴固接，传动轴的一端固结有链轮。通过改变孔容积的大小，来实现油菜小籽粒作物的精少量播种。
4 主要结构参数的确定
4.1 棘轮直径的确定
拖拉机田间作业理论速度一般为1.9 km/h，考虑工作时滑转率[3]的影响，实际作业速度在1.8 km/h左右，结合油菜直播的农艺技术要求，有：
1 800=60πDn
(1)
式中，n—棘轮转速(r/min)；D—棘轮的工作直径(m)。
当棘轮转速在9～60 r/min时，对种肥轴充种率和充肥率较为有利，播种量和施肥量均较稳定[3]。兼顾棘轮转速过快时，将引起种子和肥料的振动频繁，过于密集，不利于充种和充肥，特别是可能损伤种籽；转速过慢时，不利于种籽和肥料的自然流动。经模拟实验得知：当棘轮转速n在15 r/min左右时，各方面性能指标均较好。由式(1)即可确定棘轮的直径。
4.2 种肥轴直径的确定
种肥轴直径主要由转速和农艺技术所要求的株距来综合确定；当种肥轴上窝眼的线速度不大于12 m/min，转速在9～60 r/min之间时，种肥轴上窝眼的充实率较高[3]。则有：
V=nπd≤12 r/min
(2)
式中，n—转速(r/min)；d—种肥轴工作直径(m)。
考虑油菜种籽和肥料的流动性，特别是肥料的流动性较差，其转速不能过高，否则其充实率达不到规定的农艺要求；若转速过慢，油菜种籽和肥料在箱中相互间停留时间过长，相互间粘滞力增加[2]，油菜种籽和肥料的流动性同样降低。在综合考虑油菜直播时的农艺要求后，即可确定种肥轴直径d及转速n。
5 小结与讨论
(1)油菜播种施肥机构改由棘轮驱动，可克服动力机蹲窝或滑移对作业质量的影响，提高播种质量，保证油菜的株距在农艺要求限定的范围内。
(2)油菜播种施肥机与现有的动力机械配套，可避免农用动力机械的重复投资，提高农用动力机械的利用率。
(3)油菜播种施肥机将播种和施肥工序结合，可提高生产效率，降低作业成本，使油菜播种作业省钱、省时、省事，如将传动链轮合理配置，还可适应不同株距的作物的播种和施肥。
[1]北京农业工程大学.农业机械学(上)(第2版)[M].北京：中国农业出版社，2003.37～38，194～200.
[2]沈再春.农产品加工机械 [M].北京：中国农业出版社，1993.10～21.
[3]李宝筏.农业机械学 [M].北京：中国农业出版社，2003.63～64.
S223.2;S224.2
A
1673-1409(2009)02-S078-02
10.3969/j.issn.1673-1409(S).2009.02.022
2008-10-14
刘守祥(1964-)，男, 湖北洪湖人,高级工程师,主要从事农产品加工机械与农业机械化的研究.
