离心式双圆盘撒肥机的设计*

杨 柳 ， 杨 莎 ， 杨璎珞

（黑龙江八一农垦大学工程学院，黑龙江 大庆 163000）

撒肥机作为对农作物进行施肥作业的专用机械，目前已被广泛使用，但市场上所见到的各种型号的撒肥机，主要为农田撒肥机或播种撒肥机，其中大多数都是喷施机，在撒施固体肥料时仍需人工操作。这样一来，不仅效率低下、浪费时间，操作人员对肥料的使用剂量也很难控制，会造成人力和肥料的极大浪费。与此同时，多数耕地由于长时间不合理地施用肥料，土地养分含量下降。要改善土壤的状况，一是需要通过合力按需变量施肥来满足农作物生长条件，二是必须通过施用有机肥来增加土壤中的有机物，改良土壤中的腐殖酸含量并改善土地的养分状况[1]。课题组设计了一款离心式双圆盘撒肥机，针对固态化肥撒施，能将固态化肥按需均匀地撒在土壤表面。在日常的农业生产中，可有效避免肥料浪费、撒施不均匀以及肥效低等问题，减轻劳动强度，给农业生产带来了极大的便利[2]。

1 双圆盘撒肥机的总体结构与关键部件设计

目前，国内应用的撒肥机类型主要有：摆管式撒肥机、气力式撒肥机、转盘式全幅撒肥机、链式全幅撒肥机、风送式撒肥机和圆盘式撒肥机[3]。摆管式撒肥机主要以仿生学为基础，模仿人类手臂进行摆动施肥，肥料在离心力的作用下经摆管流出；气力式撒肥机采用高速旋转的风扇获得较快的速度，将肥料喷施在田间；转盘式和链式全幅撒肥机原理与气力式撒肥机相似，可以在整个机械范围内进行撒肥；摆管式、气力式和全幅撒肥机由于结构的原因，更适用于撒施液体肥料以及大型农场的撒肥作业。风送式撒肥机利用出口处的撒肥风道，由风机的正压力将料口处肥料直接吹出风撒装置，完成撒肥，该装置可进行超宽范围喷洒[4-6]。本次设计选用离心式圆盘撒肥机，其具有结构简单、重量轻、通用性好、撒肥幅宽、不易堵肥、造价低、方便检修等特点，适用于中小型农田作业。

本设计的离心式圆盘撒肥机需要具备稳定的施肥能力，能够对多种肥料进行施肥作业，主要针对固态化肥进行施肥作业；可根据排肥圆盘转速和肥口开度进行施肥量的调节，施肥量应该要符合农业技术的要求，一般情况下，施肥量在5~30千克/亩的范围内可以调节。

离心式双圆盘撒肥机主要由机架、撒肥料斗、撒肥盘、推肥板和搅肥装置等组成。工作时通过功率输出轴驱动一个转动的撒肥板，利用离心的力量把肥料抛出去[7]。撒肥料斗装在机架上方，出口处设有撒肥肥量调节装置，撒肥量控制与调节是通过液压回路系统调节出料口的大小来实现的。肥盒安装于架子的上端，在肥槽的底端有两个化肥出口，在出口处装有一个施肥量调整器，它可以用液压缸带动调整手把来控制施肥量[8]。撒肥机构安装在底盘下的支撑板上，由一个功率输入式传动箱和两个施肥传动箱组成，两个撒肥盘安装在撒肥车的纵向传动轴上。肥槽中配有搅拌装置，能将结块的化肥颗粒粉碎，从而让化肥平稳地降落[9]。双圆盘撒肥机结构如图1所示。

图1 双圆盘撒肥机结构简图

撒肥机在田间作业时，动力由拖拉机提供，根据抛撒量要求，利用液压调整机构对出料孔的大小进行调节，肥料依靠自重向下落。在肥口处设置搅拌器，肥料经过搅拌器时，结块固态肥料被充分打散，再通过液压装置的运动调节出料口的开度，最后下落到撒肥盘上。由地轮提供动力，使撒肥盘根据机车行驶速度以相应的速度进行旋转，肥料颗粒在撒肥盘上由旋转引起的离心力和推肥板的作用向外均匀抛撒，撒肥幅宽可达10 m~15 m。

1.1 撒肥圆盘的设计

设计撒肥圆盘直径为350 mm，搅拌轴与肥料料斗之间的连接经过撒肥圆盘，撒肥圆盘的内径为18 mm，轮毂部分直径为40 mm，外径要求能够支撑推肥板的重量；撒肥盘的形状为倒金字塔，倾斜角度为3°，以增加撒施面宽度，降低撒肥圆盘上化肥颗粒的损耗[10]。撒肥圆盘的转速为 540 r/min，撒肥盘的转速如果过大，在田间工作时粉粒肥料会产生漂移，将会导致肥料的浪费，并且对环境造成一定的污染，撒肥盘的结构简图如图2所示。

图2 撒肥盘结构图

1.2 推肥板的设计

选用推肥板的高度为45 mm，推肥板的安装位置有两种：一种是成负角度安装，另一种是成正角度安装[11]。根据农艺要求得到推肥板的安装位置在撒肥盘圆平面呈45°安装。在旋转过程中，由于与撒肥圆盘的撞击和摩擦，肥料颗粒在转盘处的移动和抛出的倾角由于安装倾角的不同而发生变化，推肥板与撒肥圆盘安装示意图如图3所示。

图3 推肥板与撒肥圆盘安装示意图

1.3 肥箱的设计及其参数的确定

在拖拉机带动撒肥机进行作业的过程中需要不断地向撒肥盘提供肥料，因此肥箱也是很重要的一个部分，在设计肥箱时应注意以下几点。

1）容积设计需适当。如果肥箱的容积太小，所装的肥料会相对较少，在田间作业时就需要不断停下来向肥箱添加肥料，这不仅影响工作效率，同时增加了人工劳动强度；肥箱容积也不应过大，一味追求大容积会造成整机重量偏大，增加机械工作负担，影响整体作业效果，所以肥箱容积至少应该保证容量能够使撒肥机在农田里来回撒肥一次[12]。

2）肥箱出肥口的大小要适当。如果出肥口太小，当拖拉机在田间作业时，撒肥机可能会由于肥口太小而造成堵塞，从而损坏搅肥器；如果出肥口太大，也会由于机器形势颠簸而造成漏肥的现象出现。所以出肥口要选取适当大小，不仅可以加快肥料的下落速度，还可以防止肥口堵塞，从而能够有效地提高撒肥作业的效率[13]。

3）肥箱应与水平方向有一定的夹角。为防止肥箱底面死角的状况出现，应保证肥箱底部有倾角，确保所有的肥料沿着肥箱倾角被送至料口处，不能让肥箱存在能藏肥料的死角，这需要根据肥料颗粒休止角进行合理设计[14]。

图4 料斗示意图

在设计肥箱形状和尺寸时，需要考虑肥箱的容积、下料口的大小等因素，同时肥箱应与水平方向有一定的夹角，确保所有的肥料沿着料斗倾角被送到料口处。根据常规肥料的休止角，课题组将料斗设置为圆锥形，与水平方向呈60°夹角。每个料斗设置2个扇形料口。为了满足肥量的要求，设计料斗上开口直径为942 mm，下开口直径为250 mm，高度为600 mm，距离地面约408 mm，料斗示意图如图4所示。

2 结论

课题组设计了一款后置式离心式双圆盘撒肥机，通过对撒肥机设计的结构进行分析，针对农机与农艺要求和成本问题，利用CAXA二维绘图软件对其结构进行二维装配图和零件图的绘制处理，确定了撒肥盘的直径和厚度、推肥板的各项参数以及肥箱的参数，确保结构符合实际应用。同时完成必要的校核，保证所设计的离心式双圆盘撒肥机使用的安全性和可靠性。