水稻直播施肥机关键部件设计.pdf

10农机使用与维修2023年第8 期水稻直播施肥机关键部件设计李宁（黑龙江省农业机械工程科学研究院牡丹江分院，黑龙江牡丹江1 57 0 0 0）摘要：水稻机械化直播是一种轻简、高效的栽培方式，有省工、省时、节水等优点，可以提升水稻机械化种植水平。依据黑龙江省水稻直播农艺技术要求和作业环境特点，设计一种电驱式水稻直播施肥机，可同步完成水稻直播与侧施肥作业，充分发挥水稻直播技术和侧深施肥技术的优点。阐述了机器的整体结构和工作原理，确定了播种器、播肥器、船板等关键部件的技术参数。通过进行田间试验，检验机器作业性能，试验结果达到农艺技术标准，符合设计要求。关键词：水稻；直播；侧深施肥中图分类号：S223.2(Mudanjiang Branch of Heilongjiang Academy of Agricultural Machinery Sciences,Mudanjiang 157000,China)Abstract:The mechanized direct seeding of rice is a light,simple and efficient cultivation method,which has the advan-tages of labor saving,time saving and water saving,and can improve the mechanized planting level of rice.According tothe agronomic technical requirements and operating environment characteristics of direct seeding of rice in HeilongjiangProvince,an electric drive type direct seeding fertilizer applicator for rice is designed,which can simultaneously com-plete the direct seeding and side fertilization of rice,giving full play to the advantages of direct seeding and side deepfertilization of rice.The overall structure and working principle of the machine are described,and the technical parame-ters of key components such as seeder,fertilizer seeder and ship plate are determined.Through the field test,the opera-tion performance of the machine was tested,and the test results reached the agronomic technical standards and met thedesign requirements.Keywords:rice;live broadcast;lateral deep fertilization0引言水稻是我国重要的粮食作物，我国约有2/3 的人口把大米作为主食。黑龙江省是水稻生产大省，如图1 所示，黑龙江省每年的稻谷产量约占全国的13%，连续多年位列全国首位。黑龙江省水稻种植方式以插秧为主，但水稻移栽种植生产环节多，工序复杂，需大量人工，劳动成本比较高。但由于近10年来黑龙江省人口外流情况日趋严重，农村主流劳动群体大量减少，每到农忙季节雇工难、人工贵的问题十分突出，水稻生产的劳动成本大幅增加。为了解决上述水稻生产中的问题。越来越多的农户开始选择水稻机械直播技术来进行水稻种植。该项技术是一种轻简的水稻栽培种植方式，可以省去育秧、起等环节，去繁就简，减少水稻生产过程中人工的使用量，使农民的劳动强度大幅减轻，降低水稻生产成本，并节约大量水资源。水稻直播机作者简介：李宁（1 9 8 2 一），男，黑龙江牡丹江人，本科，工程师，研究方向为水田农业机械。文献标识码：ADesign of Key Components of Rice Direct Seeding Fertilizer ApplicatorLI Ning作为水稻机械直播技术的载体，具有很大的市场推广潜力和发展价值。针对黑龙江地区的农艺特点，设计一种电驱式水稻直播施肥机，可同步完成播种与侧施肥作业，充分发挥水稻直播技术和侧深施肥技术的优点，达到节省人工、减少化肥使用量、节约生产成本、减少生产环节和减轻劳动强度的目的。25 00021 28420 00051500100005 000291302017图1 2 0 1 7 2 0 2 1 年黑龙江与全国稻谷产量doi:10.14031/ki.njwx.2023.08.003211852896266320182019年份/年黑龙江三全国20.961268520202121228192021212672023 年第8 期17水稻直播机的总体结构与工作原理1.1总体结构水稻直播机总体结构如图2 所示，主要由机架、挂接机构、施肥器、播种器、分置式船板、种箱、肥料箱、风机等部分组成。1.2工作原理水稻直播机挂接在乘坐式插秧机后部，牵引直播机前进作业，分置式船板上的施肥开沟器与蓄水沟开沟器分别在泥面上开设出肥沟与蓄水沟。种子与肥料分别从种箱和肥料箱中进人播种器与施肥器，电机带动播种器与施肥器工作，种子落在水田的泥面上，肥料落人施肥开沟器开设的肥沟内，完成播种与施肥作业。12341.种箱；2.播种器；3.机架；4.分置式船板；5.肥料箱；6.风机；7.施肥器；8.挂接机构图2 水稻直播施肥机示意图2主要结构设计2.1播种器设计播种器是直播机的核心作业部件，播种器工作性能直接决定直播机的作业质量。外槽轮式播种器结构简单，作业性能稳定，安装方便，运行可靠，价格低廉,适应性强。通过对外槽轮式播种器进行优化，来设计直播机的播种装置。2.1.1播种轮直径设计播种轮是播种装置的核心零件，如果播种轮的直径过大，会使播种器的罩壳等其他零件尺寸增大,造成播种器整体结构变大和质量增加，并影响播种的均匀性。如果播种轮的直径过小,播种轮上可以排列的槽数量就会减少，为了保证穴距，需提高播种轮的转速进行作业，使充种时间变短，漏播农机使用与维修率会升高,影响播种的稳定性。根据农艺要求,并参考农机企业制造的排种轮，排种轮的直径设计为6 0 mm。2.1.2播种轮槽数的设计水稻直播机田间作业速度为0.50 0.8 5m/s，播种轴转速为2 0 6 0 r/min。依据农艺要求,取穴距0.1 6 m。凹槽个数与直播机作业速度、穴距和播种轮转速的关系如式（1）。x=nL式中，x为凹槽个数；为直播机作业速度，m/s;n为播种轮的转速,r/min;L为穴距,m。较低的播种轮转速对应着较低的机具作业速度，代入式（1），计算x的取值范围为9.3 8 5.6 3，播种轮上分布凹槽数量过少，会造成充种性能降低。如果分布凹槽的数量过多，凹槽在播种轮上的5距离变小,会影响每穴种子分离的准确性。考虑到播种轮的直径为6 0 mm,所以凹槽个数选择6 个比6较适合。2.1.3播种轮截面凹槽的设计排种轮沟槽形状设计为半圆形截面，为了保证8播种时至少3 粒种子进入播种轮的凹槽内，查阅农业机械设计手册（上）可知 2 ，稻种以一粒竖立和两粒平放的排列为最多。因此截面直径d、截面高度h需满足以下关系式（2）和（3）。dl+b3bhl式中，l为稻种平均长度,mm；b 为稻种平均厚度,mm。将常用水稻种子龙梗3 6 号平均长度与平均宽度代人式（2）与（3），得d10.37mm，6.87 mm h 8.08 mm。因此,沟槽半圆截面直径d=14mm，高度h=7 mm。2.1.4播种轮工作长度的设计为了确保单个凹槽至少充入3 粒种子，播种轮工作长度应满足1.2 1 mxl1.81m3,根据表1 稻种尺寸,确定工作长为1 2 mm。为使每穴播种量能在3 1 2 粒种子之间调节,播种轮最大工作长度l应为l的4 倍,计算的l=48mm,取li=50mm。播种轮的外形结构和尺寸如图3 所示。2.2施肥器的设计侧深施肥技术，是将肥料施放到秧苗或种子侧方一定深度位置的土壤中。这种方法可以提高施肥1160u(1)(2)(3)12自然休止角/（）农机使用与维修表1 龙梗3 6 号稻种物料特性2物料特性稻种参数千粒质量/g26.336.62023年第8 期34滑动摩擦角/()长宽厚/mm32.78.08 3.26 2.29651.调节手轮；2.毛刷；3.排肥轮；4.外壳；5.施肥舌；6.施肥舌调节装置55图3 播种轮结构示意图的均匀度，保证秧苗对养分的均匀吸收。节约肥料，减少过度使用化肥对水资源造成的污染。减少水稻生产过程的生产环节，节省劳动成本。施肥器是侧深施肥装置中的重要部件，直接影响施肥作业质量。施肥器的设计满足以下技术要求：1）作业性能稳定、施肥均匀性好；2）可以方便快捷地调节施肥量;3）肥料的损伤率低。黑龙江省水稻种植普遍使用颗粒肥,施肥器广泛选用外槽轮式结构。所以直播机也选取外槽轮式结构施肥器进行设计。2.2.1施肥器的主要结构施肥器的主要结构如图4 所示，由调节手轮、毛刷、排肥轮、外壳、施肥舌、施肥舌调节装置等部分组成。2.2.2施肥器外槽轮式结构的设计槽轮直径。根据槽轮设计经验，外槽轮直径一般不超过6 0 mm,考虑到侧深施肥对肥量要求相对较少,将设计值定为55mm。凹槽数量。凹槽槽数为6 个，凹槽截面设计为锥形凹槽,齿脊设计为薄壁结构,减小相邻2 个凹槽的间隔，降低周期性脉冲幅度，有利于排肥均匀性 4 。有效工作长度。外槽轮有效工作长度受槽轮直径、凹槽数量和实际施肥量的影响，综合考率考虑上述因素，查询农业机械设计手册 2 ,确定有效工作长度为50 mm。图4 施肥器示意图2.3分置式船板组合设计分置式船板组合主要分置式船板、施肥开沟器和蓄水沟开沟器等部分组成。2.3.1船板设计船板是水稻直播机的重要部分，它的主要作用是支撑机器工作部件、肥料和种子的重量，防止直播机下沉。船板在直播机作业过程中因局部阻力过大产生雍泥和雍水现象，大量的泥水涌向船板两侧,形成水浪，会将已播下的种子冲走，严重影响直播机播种质量和作业进程。为了解决上述问题，水稻直播机船板采用分体式结构，由几个小型船板共同支撑直播机，相邻的2个船板之间存在空隙，能起到分流与增加浮力的作用。小型船板采用流线型设计，在作业过程中，泥水可以通过2 个船板之间的空隙分流、后排，减轻水稻直播机作业过程中的雍泥雍水情况，使最外侧不会形成水浪。2.3.2施肥开沟器设计施肥开沟器安装在分体式船板的底部，位于肥管固定器前端,并与肥管固定器位于同一直线。它的作用是在种子侧面开出一定尺寸的施肥沟渠。施肥开沟器开出的沟渠应沟型整齐、尺寸一致，并具有良好的切土开沟性能，前进阻力小，工作状态稳定。依据侧深施肥农艺要求，并达到减少前进过程中开沟阻力的目的，施肥开沟器采用船型结构。经查阅文献，当滑切角在3 5 55时，开沟器的耕作(下转1 6 页)16农机使用与维修2023年第8 期0.11图6 实时转速、扭矩、功率曲线图系统。根据水稻插秧试验或检测要求，设计开发了管理和控制软件。参考文献：1陈建能，叶军,夏旭东，等.轮胎摩擦驱动的旋转式圆形土槽试验台设计与应用 J.农业机械学报,2 0 1 5，46(7):66-71+153.2 马君，张文毅，刘俊杰，等.旋转式环形土槽试验台驱动机构:CN107084234BP.2019-03-052023-03GGGGGGGGGGGGGGGGGPPGGPGPGGGGGPGGGPGGGGGGG（上接1 2 页）阻力与人土阻力最小，确定施肥开沟83.2%，穴粒数合格率8 6.1%；总排肥量稳定变异器迎面滑切角为3 5。施肥开沟器的刃口角过大，系数7.5%，各行排肥量一致性变异系数施肥开沟器的侧壁容易粘附残茬与泥浆；刃口角过12.6%。小,施肥开沟器的切土性能减弱。刃口角接近4 5通过田间试验表明，水稻直播施肥机能稳定的切削阻力最小，确定施肥开沟器的刃口角为4 5完成播种、施肥作业，各项指标均达到设计要求。施肥开沟器高度为50 mm,宽度为3 0 mm。参考文献：2.3.3蓄水沟开沟器设计1王传雯，曾山，罗锡文，等.播量可调式水稻穴播排种蓄水沟开沟器通过挂接板安装在分体式船板器的设计与试验J.甘肃农业大学学报,2 0 1 7,52(5):169-176.尾部，蓄水沟开沟器总成由挂接板与蓄水沟开沟器2中国农业机械化科学研究院.农业机械设计手册（上）组成。为减小开沟阻力，蓄水沟开沟器采用三角形M .北京：中国农业科学技术出版社,2 0 0 7.结构，可以减少前进阻力和挂草、雍泥现象。开出3李兆东，王晴晴，张亚兰，等.倾斜抛物线型孔轮式小的蓄水沟的截面为等腰三角形,高度为4 0 mm,宽度麦供种装置设计与试验 J.农业机械学报,2 0 1 8，为1 0 0 mm。2 个蓄水沟中间形成垄台 5。49(5):116-124.4李树伟.水稻精量穴直播机电驱式侧深穴施肥装置设3试验和结论计与试验 D.哈尔滨：东北农业大学,2 0 1 8.为检验设备的实际作业性能，2 0 2 1 年5月上旬5王耀平.水稻开沟直播机的设计 D.杭州：浙江理工在黑龙江省八五四农场七分场进行了田间试验。大学,2 0 2 1.试验结果：空穴率4.8%，穴距合格率-03.3 马君，蔡晓华，吴泽全，等旋转式环形土槽试验台制动机构:CN106884914BP.2019-01-152023-03-03.4马君，孙先明，杨存志，等.旋转式圆环形土槽试验台设计 J.农机使用与维修,2 0 2 0(2):4-7.5吴泽全，马君，刘俊杰，等.环形土槽综合试验台设计J.时代农机,2 0 1 8,4 5(5):2 1 4-2 1 5.(02)(02)