玉米深松全层施肥精量播种机的改进设计

温彬

摘要：本文针对现有玉米深松全层施肥精量播种机在作业中存在的牵引阻力大、深松截面窄、土壤松碎效果差等问题，设计了一种与玉米深松全层施肥精量播种机配套的新型深松铲，将原深松铲的平头改为尖头，其角度为60°，以减小其作业时的阻力,并在深松铲的两侧安装侧翼，以增大其作业时的截面宽度，增强松碎效果。通过分析试验数据可知，使用该型深松铲作业，其深松截面更宽，更深，土壤坚实度更小，有利于玉米根系生长。

关键词：玉米深松全层施肥精量播种机；深松铲；土壤坚实度

引言

在天津地区，由于长期耕作经常受到犁的挤压和降水时黏粒随水沉积，在耕作层以下形成了较为紧实的土层，我们称之为犁底层。其一般离地表12-18厘米，厚约5-7厘米，最厚可达到20cm。其结构多半为片状，大块状或层状结构，腐殖质显著减少，容重大，总孔隙度小并且多毛管孔隙，造成土壤通气性差，透水性不良，根系下扎困难，致使农作物的生长环境不佳，影响了产量的提高和品质的改善。破除犁底层成为改善土壤通透性能，提高土壤蓄水保墒和抗旱防涝能力，促进作物生长发育，提高作物产量的一项重要技术措施。

玉米深松全层施肥精量播种机可以打破坚硬的犁底层,疏松土壤,实现全层施肥,减少机具多次进地对土壤产生的压实。玉米深松全层施肥精量播种机在深松作业的同时可以将作物生长所需肥料一次性全层施入在土壤下的10㎝至25㎝的区间内,以确保玉米在生长的全过程中一直有充足的肥料,提高肥料的利用率，不需要进行追肥作业。但是现有玉米深松全层施肥精量播种机在作业中普遍存在的牵引阻力大、深松截面窄、土壤松碎效果差等问题，严重影响了玉米产量的进一步提高。本文针对现有玉米深松全层施肥精量播种机存在的不足，对其结构形式进行改进，以提高其作业性能。

1. 玉米深松全层施肥精量播种机的结构

1.1. 整体结构与工作原理

目前已经成型的玉米深松全层施肥精量播种机整体结构如图9所示。

在工作时，全层施肥开沟铲入土25厘米进行深松作业；与此同时，有地轮驱动的排肥装置也开始进行作业，将肥料分施在土壤中10～25厘米的区域内；经过自然回土后，排种器在地轮的驱动下进行播种作业，由于玉米深松全层施肥精量播种机工作环境是在免耕地上，所以，该设备采用四连杆仿形机构，不论地面横向起伏还是纵向起伏，播种深度都可保持一致；播种完成后用V型镇压轮进行镇压，完成播种作业。

1.2. 全层施肥开沟铲的设计

1.2.1. 全层施肥开沟铲设计

该装置由铲柄1、铲刃2、铲尖3、倒肥槽4、施肥调整片5、首层施肥孔6、倒肥管7以及倒肥片8构成，整体结构如图10所示。

如10所示，全层施肥开沟铲是在倒肥槽的后壁上不同高度开若干施肥孔，使肥料分施到土壤下的不同高度；首层施肥孔下安有倒肥管，以确保首层施肥的高度，以下每层施肥孔下侧都设有倒肥片或倒肥管；倒肥槽后壁最上侧设有施肥调整片，根据不同深度施肥量的要求调整施肥调整片的位置，从而控制不同深度的肥料分布。

如图11所示，在铲柄上前端设有安全销，安全销后面设有开沟铲固定销轴，它们除了能起到连接开沟铲和机架的作用外，还可以使全层施肥开沟铲在深松作业时，避免因偶遇树根或砖块等引起阻力过大而损坏机具，当遇到的阻力过大时，安全销就会被剪断，起到保护作用。

1.3. 其它结构设计

玉米深松全层施肥精量播种机由机架、全层施肥开沟铲、四连杆机构、圆盘开沟器、排种器、镇压轮、种箱和肥箱组成，该机具是在大梁上安装肥箱及全层施肥开沟铲，在全层施肥开沟铲后面通过四连杆机构安装有种箱及排种装置，排种装置下方是圆盘开沟器，最后是镇压装置。

1.3.1. 棘轮机构

玉米深松全层施肥精量播种机的播种、排肥装置是靠机具左右两侧的地轮驱动进行作业的，为此，要保证播种、排肥的均匀性，就必须保证地轮正常工作。在免耕地上，地轮打滑是影响播种、排肥均匀性的主要因素，因此我们在地轮轴上安装棘轮机构，即在工作时确保只有一侧地轮正常转动就可保证播种、施肥正常工作，而打滑一侧的地轮不会对正常工作的地轮带来影响。

1.3.2. 侧位施肥

由于该机器作业的特点是将化肥一次性分层深施，不再进行二次追肥，所以施肥量比一般施肥播种机要多。因此，为了避免肥料伤种伤苗，我们采用的结构方案是将全层施肥开沟铲与排种器下的圆盘开沟器左右错开5厘米进行安装。

2. 玉米深松全层施肥精量播种机深松铲的设计改进

2.1. 深松铲的类型与工作原理

2.1.1. 深松铲的分类

依据中华人民共和国机械行业标准的规定，深松铲分为3 种型式: 凿型深松铲、箭形深松铲( 鸭掌铲) 、双翼深松铲，如图12 所示。

2.1.2. 深松铲的松土原理及影响因素

深松铲应该做到松土范围适当，牵引阻力小。这与深松铲的型式、参数及土壤状况有密切关系。下面以平面凿形铲为例，说明深松铲的松土原理及影响其性能的因素。平面凿形铲的松土过程和双面楔相似图2 铲前面的土壤受挤压而破碎，破裂线从铲尖开始，延伸到土表面。铲前进时这个过程重复发生，达到松土的目的。深松的范围及效果主要由两个参数决定: 一是工作的深宽比( h /B) ; 二是楔面的倾角α，如图13 所示。

当深宽比较小，且倾角α小于90°时，土壤松动范围将如图14( a) 所示。其中，底部与铲宽相等，上面向两侧及前面延伸，在土表面成一扇面状；当深宽比增大到一定程度，土壤的松动范围将如图14( b) 所示，即只有上部的土壤被松动，而在一定深度以下，土壤只被挤压开一条槽；但是在两侧，会有一些小裂缝从地表延伸到最深处，如图14( c) 所示。这个土壤松动范围的极限点称为土壤深松临界点，它与土壤的性质及深松铲参数有关，因此说明了土壤的松动范围及深度是有一定限度的。