亢秀丽，马爱平，崔欢虎，靖 华，王裕智，张建诚

（山西省农业科学院小麦研究所，山西临汾 041000）

0 引言

20世纪50—70年代，中国以农户为主要形式的养殖业为农田农家有机肥的投入提供了重要保证。进入20 世纪80 年代至21 世纪，随着以农户为主要形式的养殖业逐渐萎缩，规模化养殖专业合作社的兴起，农家有机肥源总量在下降，农田农家有机肥逐渐被化肥所取代。近年来，科技工作者开展了有关氮素污染环境[1-2]、氮素淋溶[3-4]，减施化肥技术[5-6]、农家肥使用技术[7-8]及其增产机理[9-10]的研究，这些农艺技术成果均表明，增施农家有机肥，减少化肥施用量，将成为我国农田肥料投入的主要方向。与此同时，国内有关使用农家有机肥的相关配套机械装备也开展了研究，在农家有机肥腐熟发酵中研制出了粪肥发酵翻抛机[11]，针对膏状农家有机肥运排难的问题，研制出了膏状畜禽粪肥运输排放装置[12]，在固态农家有机肥类型开展了地轮驱动式农家肥撒施机的研制[13]、厩肥撒施机[14]及农家肥和化肥联合施肥机的研制[14]，还开展了有关农家肥撒施装置抛撒性能[16]、一致性[17]试验研究。这些研究成果较好地解决了区域性农家肥使用撒施成本较高的问题。

但是，以上相关农家有机肥抛撒装备存在如撒施幅度较窄且固定影响其作业效率、抛撒机具生产成本高等较多问题。目前在区域性大多农户及规模化种植专业合作社仍是人工抛撒农家肥，存在费工、费力、抛撒不匀，特别是人工抛撒效率低造成农家有机肥使用成本高，直接影响着农家有机肥大量使用。基于此，如何克服已有农家有机肥配套装备不足，解决人工抛撒农家有机肥存在的诸多问题，研制抛撒有机肥作业效率高且抛撒均匀的装备，将对农家有机肥使用中抛撒成本过高而导致农家有机肥大面积应用的瓶颈提供重要机械装备技术支撑。

1 农家有机肥抛撒装置设计的基本原理

目前现有农家有机肥抛撒机或装置一是在作业性能上存在个别机型撒幅较窄、抛撒均匀性差、农家有机肥含水率要求较高、农家有机肥抛撒过程中堵塞及对不同面积的农田适应性差；二是存在结构复杂、生产成本高、体积庞大；针对以上存在的作业性能及结构等问题，同时结合目前农家有机肥施用特点及牵引动力发展变化趋势等提出了农家有机肥抛撒装置设计的基本原理及指导思想。

研制的农家有机肥抛撒装置可与大中型拖拉机（目前发展趋势）配套使用且安装、拆卸简便；研制的农家有机肥抛撒装置具有抛撒均匀，符合农艺技术需求；研制的农家有机肥抛撒装置通过抛撒板面特殊设计及其在抛撒板底座位置距离的调节，可调控农家有机肥抛撒的距离；研制的农家有机肥抛撒装置具有生产成本低、作业效率高、结构简单、操作环节简便等特点。

2 整机结构设计及技术参数

2.1 整机结构设计

该抛撒装置包括支架、连接构件、传动构件和撒肥构件4 部分；由上及下依次为支架、连接构件、传动构件和撒肥构件。本装置总体设计如图1所示。

2.1.1 支架结构设计 支架包括横梁、纵梁、连接板A、连接板B、螺栓A、螺栓B和中心连接杆。其中，横梁、纵梁、中心连接杆、连接板A、连接板B分别由方钢、圆钢、钢板制成。连接板A焊接在两个纵梁后端侧下方，其通过螺栓A 与连接板B 固定，连接板B 通过螺栓B与传动构件中的整体双级减速器的两侧固定，中心连接杆中后端与支架前端2 个横梁焊接，中心连接杆前端与牵引动力中心拉杆底座通过销子连接。

2.1.2 连接构件结构设计 连接构件包括U 型连接杆、弧型卡片、固定板、螺帽、U 型螺杆和顶丝。U 型连接杆、固定板分别由圆钢、钢板制成，弧型卡片由钢板圈制而成。U型连接杆的横向段置于弧型卡片中并将弧型卡片焊接在固定板上，固定板通过U型螺杆和螺帽固定于支架前端的第2 个横梁及相邻的纵梁上，顶丝紧贴弧型卡片的内侧拧紧于U 型连接杆的横向段，U型连接杆的2个纵向段的末端分别与牵引动力的2个提升臂通过销子连接。

2.1.3 传动构件结构设计 传动构件包括整体双级减速器、整体双级减速器花键输入轴、万向节A、万向节B、传动轴、整体双级减速器花键输出轴（打孔）。整体双级减速器花键输出轴上打孔，使螺栓C 能穿过套管和整体双级减速器花键输出轴，将二者固定于一起。传动轴的万向节A与整体双级减速器花键输入轴连接，传动轴的万向节B与牵引动力变速器的花键输出轴连接，整体双级减速器花键输出轴（打孔）通过撒肥构件的螺栓C与撒肥构件连接。

2.1.4 撒肥构件结构设计 撒肥构件包括套管、螺栓C、螺栓D、法兰A、法兰B、抛撒板轴、曲面抛撒板、抛撒板底座、若干个螺孔、螺栓E。抛撒板轴、套管、曲面抛撒板分别由圆钢、钢管、钢板制成。撒肥构件安装在整体双级减速器花键输出轴（打孔）的下方。整体双级减速器花键输出轴（打孔）套于套管的中上部，套管通过螺栓C 与整体双级减速器花键输出轴（打孔）连接，套管下端焊接一个法兰A，抛撒板轴上部焊接一个法兰B，通过螺栓D将法兰A、法兰B连接，抛撒板轴中部两侧各焊接一个抛撒板底座，抛撒板底座上分布有5 列纵向螺孔，曲面抛撒板通过螺栓E 与抛撒板底座固定。曲面撒板及曲面撒板底座其特征为曲面结构，以保证其在旋转过程中将农家有机肥抛撒一定距离。

2.2 技术参数

2.2.1 外形尺寸 支架：纵梁长1200 mm，横梁宽320 mm；中心连接杆长：570 mm。

2.2.2 曲面抛撒板构件及其底座构件结构与工作参数如图2所示。

（1）曲面抛撒板。一侧曲面抛撒板下底长500 mm，上底长700 mm；另一侧曲面抛撒板下底长700 mm，上底长500 mm，两侧曲面抛撒板的弧长、宽均分别为430 mm、400 mm。

（2）曲面抛撒板底座。下底、上底长均500 mm，弧长430 mm，宽400 mm。

（3）曲面抛撒板可调节距离：250 mm。

2.2.3 配套动力≥50 kW。

2.2.4 作业效率130～150 t/d。

3 创新点、应用操作环节及效果

3.1 创新点

（1）研制的农家有机肥抛撒装置其撒肥构件的抛撒板及抛撒板底座均为曲面结构，其中抛撒板底座的上下底长相等，一侧抛撒板上底长于下底，另一侧抛撒板则为下底长于上底。曲面结构与抛撒板上底长于下底（下底长于上底）二因素结合，可确保农家有机肥在抛撒板上有较短的滞留而抛撒一定距离。

（2）研制的农家有机肥抛撒装置其撒肥构件的抛撒板底座上分布有螺孔5～6 列，用于调节抛撒板在抛撒板底座位置，等同于增加或减少抛撒板实施过程的长度，进而调控农家有机肥抛撒距离。

3.2 应用操作环节

3.2.1 安装 将中心连接杆前端销子与拖拉机中心拉杆底座连接，U 型连接杆的2 个纵向段末端销子分别与牵引动力拖拉机的2 个提升臂连接，万向节B 与牵引动力变速器花键输出轴连接。

3.2.2 调节曲面抛撒板在曲面撒板底座的位置 在实施过程中根据农田面积其宽度，需调节曲面撒板在曲面撒板底座的位置。若农田面积较宽则需将曲面抛撒板在曲面撒板底座的位置外移，反之，则需内移，以确保农家有机肥抛撒均匀且不抛撒于其他农田。

3.2.3 作业 可选择50 kW及其以上的拖拉机作为牵引动力。将牵引动力倒退至抛撒板轴下端与粪堆接触，机手下压牵引动力输出手柄，牵引动力变速器花键输出轴转动依次带动万向节B、传动轴、万向节A、整体双级减速器花键输入轴、整体双级减速器花键输出轴（打孔）、抛撒板轴、曲面抛撒板转动，机手下压牵引动力提升臂手柄，抛撒板轴、曲面抛撒板在转动中下移，将粪堆抛撒于农田。当一粪堆抛撒完后，机手操作提升臂手柄使牵引动力将提升臂上移，继续倒退至下一个粪堆，机手下压牵引动力提升臂手柄，开始抛撒农家有机肥，依次重复进行。

3.2.4 拆卸装置 依次拆卸支架与牵引动力提升臂、连接构件与中心拉杆底座连接的销子，则支架、连接构件均与牵引动力分离；将牵引动力变速器花键输出轴从万向节B中退出，则传动构件则与牵引动力分离。

3.3 应用效果

研制开发的农家有机肥抛撒装置于2017年、2018年在乡宁县万福特有机农业有限公司（乡宁县双鹤乡红凹村N35°55′，E110°10′）秋播小麦中应用，共抛撒牛粪7200 t，其效率是人工抛撒的15～18倍，且抛撒均匀，抛撒距离可控，有效降低了农家有机肥施用中的抛撒成本，且该装置作业过程易操作，与牵引动力安装拆卸简便，达到了设计要求，得到了该公司员工及当地农民的认可。

4 结论与讨论

（1）研制开发的农家有机肥抛撒装置通过调节曲面抛撒板在曲面抛撒板底座的位置，调控农家有机肥的抛撒距离，可适应于不同面积的农田，且抛撒均匀符合农艺技术需求。其结构简单、生产成本低、作业效率高。该装置的研制与开发有效解决了农家有机肥使用中抛撒成本过高而影响农家有机肥大面积应用的技术瓶颈，为农家有机肥进入农田大面积应用开辟了一条新的途径。

（2）在中国随着土地流转政策的进一步完善，规模化种植专业合作社的经营规模将进一步扩大，专业合作社的数量也将不断上升。因此，对抛撒农家有机肥的机械装备要求有较高的作业效率。国内外农家有机肥的抛撒机械装备有也较多研究，国外农家有机肥撒施机体积庞大，配套动力大，与中国目前的购买力仍有一定差距；国内有关固态农家有机肥类型的撒施机的研究主要集中在地轮驱动式撒施机（适应于小面积农田应用）、拖拉机后动力输出驱动式撒肥机的两大类型，其中拖拉机后动力输出驱动式撒肥机含有较多类型，如侧向抛撒机（施肥量均匀度差异大，农家有机肥含水量不能过低），卧辊式抛撒机（撒施幅度窄），立辊式抛撒机（施肥量均匀度介于侧向抛撒机与卧辊式抛撒机之间），圆盘式抛撒机（仅适应于撒肥量较少或小面积农田）[19]等。

（3）应用该装置实施农家有机肥抛撒，其农家有机肥须是经过充分腐熟发酵，否则将会对农田造成污染[20-21]；农田农家有机肥的堆放，应根据施用量确定单一粪堆堆放量及粪堆间的距离，单一粪堆堆放量不宜过大，否则影响抛撒效率及均匀度，同样单一粪堆堆放量也不宜过小，否则同样降低抛撒效率；有关农家有机肥单一粪堆堆放量及粪堆间距离应根据实际灵活掌握。