小型施肥旋耕联合作业机的设计

马巍　刘文亮　姜彩宇

摘要：针对中国目前农家有机肥仍采用传统式的人力撒施，缺少合适的撒施机械问题，设计了一种小型施肥旋耕联合作业机。该机在田间万能管理机旋耕的基础上增加了追肥部分，在施完肥后，马上旋耕，保证有机肥及时跟土壤搅拌混合，减少肥效损失。通过对带传动的设计计算、减速器的选择、肥箱及转盘设计、零部件的设计验证总体设计方案，确定了整机结构。

关键词：小型施肥旋耕联合作业机；有机肥；均匀度；验证

中图分类号：S224.22 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）11-2135-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.11.036

Abstract： In order to solve the problem which farm manure is still using the traditional type of human applicator in China and the lack of suitable mechanical spreader， we designed and calculated small fertilizer rotary cultivator. It added additional fertilizer structure on the basis of field management. After applying fertilizer， cultivated land immediately. It ensure that the organic fertilizer and soil mixing in time. We determined the whole structure， through the design and calculation of belt transmission， the choice of the reducer， fertilizer box and rotary table structural design.

Key words： small fertilizer rotary cultivator；organic fertilizer；uniformity；digital design

中國是农业大国，每年由于各种畜禽粪便和农作物秸秆产生有机固体废弃物达30多亿t，体积庞大，人工处理方式费时费力[1，2]。大量的有机固体废弃物若没有及时处理和合理利用，日积月累，就会造成生态环境污染，所以本研究根据中国农业种植以个体种植户为主的国情设计了一种小型施肥旋耕联合作业机，将这些有机固体废弃物再生利用，改良土壤，以期提高农业生产力。

1 总体设计方案

机体框架采用角钢、方钢焊合。考虑到传动比较大且需要将动力转换90 °，减速器采用蜗轮蜗杆式，尽量减小减速器的外形尺寸。甩盘采用聚氯乙烯，圆盘与立轴安装要有刚性套筒加强强度。肥箱采用钢板焊接，框架多采用角钢焊接（图1、表1）。

工作时，发动机动力经变速箱后将动力由带传动到蜗轮蜗杆减速机，经减速后带动蜗轮蜗杆减速箱立轴上的圆盘高速旋转，将肥料均匀撒在待耕田间。同时，动力经变速箱后同时经一级减速器减速后驱动旋耕机，将刚刚撒施过的肥料充分地搅拌，实现一次性完成肥料深施和机械旋耕联合作业的目的。

2 带传动的设计

2.1 带轮的设计

为便于计算和减小不利的因素，从发动机往后依次定为：带轮Ⅰ、带轮Ⅱ和带轮Ⅲ，且外径相等。转盘所需基本功率p=0.05 kW，转盘直径d=300 mm，蜗杆蜗轮传动效率为80%，轴承损失功率为1%。

根据具体工况所匹配得到带Ⅱ的基本数据为普通V带Z型，带Ⅱ的参数见表2。

由p3

带轮设计：为便于带的匹配，带轮的各个参数采用统一标准来制定，带轮按标准来设计，带轮Ⅲ的参数见表3。

2.3 带的应力分析

带的传动过程中应力有以下几种：

4 肥箱及转盘设计

4.1 施肥旋耕机肥箱设计与理论分析

影响肥箱下料的因素包括肥箱的形状（根据加工的方便选择方形）、肥箱倾角大小、肥料的粒度、开口位置（偏口的中心多远）、开口尺寸、肥料的摩擦角（内摩擦角和壁面摩擦角）[12，13]。

4.2 转盘设计

综合考虑作业机形体装配尺寸大小、功能发挥以及肥的撒施效果，初定转盘的直径为D=0.3 m，肥的撒施宽度范围在0.3～1.4 m。撒施高度h=50 cm。

4.3 转速范围的确定

5 性能试验及分析

为了检验小型施肥旋耕联合作业机的作业性能，在查阅资料和前期试验的基础上选取有机肥的含水率、转速、叶片组1直径、叶片组2直径4个影响因素，采用正交试验的方法对以上各参数进行优选，试验过程采取在小型施肥旋耕联合作业机肥箱周围均匀布置7个小盒，通过测量撒施机同一工作过程中小盒有机肥的质量，取平均偏差作为正交试验数据分析影响撒施机性能的主次因素[14，15]（图3）。根据各因素对小型施肥旋耕联合作业机撒施均匀性的影响，绘制各因素的效应曲线[14，15]，见图4。

从图4可以看出，叶片的偏心距离对小型施肥旋耕联合作业机撒施均匀性的影响很大，而转速影响作用最小。各因素影响作用大小的排列顺序：第二组叶片偏心距离、有机肥含水率、第一组叶片偏心距离、水平圆盘转速。

参考文献：

[1] 曹志洪.施肥与大气环境质量-论施肥对环境的影响（1）[J].土壤，2003（4）：265-270.

[2] 付宇超，袁文胜，张文毅，等.我国施肥机械化技术现状及问题分析[J].农机化研究，2017（1）：251-255，263.

[3] 施继红.农家肥撒施机工作部件的试验研究[D].长春：吉林农业大学，2002.

[4] 王新民.抽油机电机能量平衡理论与试验研究[D].辽宁大庆：大庆石油学院，2008.

[5] 秦朝民，刘君辉.离心式撒肥机撒肥部件研究设计[J].农机化研究，2006（10）：100-102.

[6] 曹文虎，宁吉洲.小型通用机架（2BT-3/4）排肥机构的选试与分析[J].河北农业大学学报，1996，19（2）：72-76.

[7] 田 耘，赵亚祥，潘世强，等.小型手扶自走式有机肥撒施机的设计[J].中国农机化学报，2014，35（4）：55-58.

[8] 王浩宇.水平圆盘式有机肥撒施部件的试验研究[D].长春：吉林大学，2009.

[9] 李 洁.有机肥施肥机构设计与试验研究[D].长沙：湖南农业大学，2014.

[10] 秦 贵，张艳红，郭建业，等.上置链耙式有机肥撒施机设计[J].农业工程，2015，5（6）：77-80，87.

[11] 孟宪章，施继红，王雪莲，等.圆盘式有机肥撒肥器抛撒性能影响因素的试验研究[J].安徽农业科学，2015，43（27）：335-337.

[12] 潘世强，孙振中，李清兰，等.基于有限元分析的有机肥撒施机肥箱改进设计[J].吉林农业大学学报，2009，31（6）：785-787，792.

[13] 涂澄海，关艳玲.小动力耕耘机动力学分析[J].农业机械学报，1999，30（4）：117-120.

[14] 潘世强.水平圆盘式撒肥部件的试验研究[D].长春：吉林农业大学，2004.

[15] 李 波.有机肥撒施机肥箱的仿真分析与试验研究[D].长春：吉林农业大学，2006.