摘要：变量施肥技术是精准农业的代表性技术，对现代农业的发展起着重要作用。本文主要介绍了外槽轮排肥器的结构及工作原理，并对外槽轮排肥器进行了试验研究，确定了其最佳工作状态，田间试验结果满足实际生产要求。
关键词：精准农业；变量施肥；外槽轮排肥器
中图分类号：s22 文献标识码：a
引言
玉米的种植生产离不开化肥的施用，适量的化肥能提高玉米的产量，但过量或是不合理的施用化肥不仅达不到高产优质的目的，还会降低化肥成分的利用效果，浪费资源、污染环境[1]。变量施肥技术能够根据不同地区、不同土壤类型、土壤中各种养分实际的盈亏情况以及作物的实际需求量进行有目的地科学施肥。该技术是解决上述问题的一个行之有效的方法[2]。
国内外农业发展的不一致，使得很多从国外引进的机具不能直接应用到我国农田作业中，致力研究适合我国农业发展的作业机具是一个迫在眉睫的任务[3]。2bfj-6型精密播种变量施肥机是将外国的控制变量系统应用于我国普通精密播种机上，该机具主要工作部件是外槽轮排肥器，其工作状况对排肥量的稳定性有着很大的影响[4]。
1 试验台的结构及工作原理
外槽轮排肥器试验台工作原理：利用变频器改变三相电动机的转速，通过设置相应的变频器频率，改变电机的转速。电机输出轴通过链轮、万向连轴节与排肥轴相接，从而控制排肥轴的转速，进而使肥箱中的肥料由外槽轮式排肥器排出，实现变量施肥[5]。该试验台所采用的变频调速器型号是tvf2055-g-33-a。www.11665.CoM结构如图1所示。
图1 变量施肥试验台结构图
2 试验与结果分析
台架试验中，主要影响因素是外槽轮式排肥器的形式、排肥轮的排肥舌位置、排肥槽的工作长度；主要试验指标是排肥量稳定性。通过试验确定不同转速下各种型式排肥轮对排肥量稳定性的影响，确定排肥轮最佳型式；确定选定的最佳排肥轮形式下排肥舌位置，使排肥量最稳定；确定最佳排肥轮形式的排肥槽工作长度为何值时排肥量最稳定。试验材料为通用型复合肥料（鲁农肥（2003）准字1123号gb15063-2001xk13-1392184），总养分≥45%（15/15/15），颗粒直径小于4.0 mm，含水率小于12%，复合肥密度为1127.659kg/m3。
2.1 排肥轮最佳形式的确定
试验选定了6种常用的排肥轮：6槽铸铝型，6槽塑料(短)，6槽塑料(长)，8槽铸铁，8槽塑料（短），8槽塑料（长），拟选择一种用于变量施肥机，以使排肥量的稳定性达到最好。排肥轮的结构型式及尺寸由下图2所示：
6槽铸铝 6槽塑料（短） 8槽铸铁
8槽塑料（短） 8槽塑料（长） 6槽塑料（长）
图26种不同型式的排肥轮结构图
通过试验分别测出6种形式排肥轮在不同转速下的排肥量(g/min)，求出其对应的变异系数，最后分别作出6种不同型式排肥轮排肥量变异系数与转速之间的平滑线散点图，如图3所示。由图可以看出，6槽铸铝排肥轮排肥量的平均变异系数最小，因此，选用该排肥轮用于变量施肥机上，同时排肥轴在转速25～70rpm范围内排肥稳定性好。
图3 6种不同排肥轮排肥量变异系数与转速间关系
2.26槽铸铝排肥轮排肥器最佳排肥舌位置的确定
6槽铸铝排肥轮排肥器排肥舌位置共有6个档位，假令排肥轮与排肥舌接触位置为1，向外依次为2、3、4、5、6。1位置时，排肥量满足不了实际施肥量要求，故不予采用。试验时排肥槽工作长度统一取20mm。
通过试验分别测得排肥器排肥舌在不同位置时，不同转速下的排肥量(g/min)，求出其对应的变异系数，最后分别作出排肥舌在不同位置时排肥量变异系数与转速之间的平滑线散点图，如图4所示，由图可以看出，排肥舌在位置2时，其平均变异系数最小，所以6槽铸铝排肥轮排肥舌应置于位置2。
图4不同排肥舌位置排肥量变异系数与转速之间关系
2.36槽铸铝排肥轮排肥槽的最佳工作长度的确定
通过试验分别测得6槽铸铝排肥轮排肥槽在选定的几个不同工作长度时，不同转速下的排肥量(g/min)，求出其对应的变异系数，最后分别作出6槽铸铝排肥轮排肥槽在不同工作长度时排肥量变异系数与转速之间的平滑线散点图，如图5所示，结果表明，6槽铸铝排肥轮排肥槽工作长度为20mm时，其平均变异系数最小，所以排肥槽的工作长度定为20mm。
图5不同排肥槽工作长度排
量变异系数与转速之间关系
通过上述各组试验确定出：排肥轮型式选用6槽铸铝型排肥轮，排肥舌在位置2，排肥槽工作长度为20mm。
2.4 田间试验
2005年4月15日，在试验地对2bfj-6型变量施肥机进行田间试验，试验均采用上述各组试验所确定的参数，结果如表1所示。
表1实际施肥量与理论施肥量对照表
理论排量/(kg/hm2) 马达转速/rpm 排肥轴转速/rpm 测得排肥量(g/min) 平均值/(g/min) 理论值/(g/min) 相对误差
300 163 81.5 2300 2360 2300 2320.00 2333.33 -0.00571
280 152 76.0 2140 2200 2120 2153.33 2177.77 -0.01122
260 141 70.5 1980 2040 2000 2006.67 2022.22 -0.00769
240 131 65.5 1820 1860 1810 1830.00 1866.66 -0.01964
220 120 60.0 1680 1700 1690 1690.00 1711.11 -0.01234
200 109 54.5 1530 1550 1540 1540.00 1555.55 -0.01000
190 103 51.5 1460 1470 1460 1463.33 1463.00 0.00023
由上表可见其排肥量误差在0.0228%～1.964%之间，满足实际生产要求。
3 结论
变频器控制三相电动机的转速，通过传动部件进而控制排肥轴的转速，实现变量施肥；通过试验，确定出6槽铸铝排肥轮排肥轴在转速25～70rpm范围内排肥稳定性好，此时排肥舌在2档，槽轮工作长度20mm；田间试验表明，机具排肥量误差在0.0228%～1.964%之间，满足实际生产要求。
参考文献
[1] 朱兆良. 农田中氮肥的损失与对策[j]. 土壤与环境,2000,9(1):16.
[2] 籍俊杰, 李谦. 智能化农业与智能化农机装备[j]. 农业技术与装备, 2012，(2): 27-31.
[3] 赵春江. 对我国未来精准农业发展的思考[j]. 农业网络信息,2010, (4): 5-8.
[4] 田耘，曲桂宝，潘世强，等. 基于电液马达的变量施肥机系统的研究[j]. 中国农机化学报，2014，35（1）：129-132.
[5] 曲桂宝，田耘. 变量施肥机的试验研究[d]. 长春：吉林农业大学，2006.
作者简介：田耘（1964-），男，汉族，吉林长春人，吉林农业大学工程技术学院副教授，硕士，硕士研究生导师，主要从事农业机械化工程研究；赵亚祥（1990-），男，汉族，江苏东台人，吉林农业大学工程技术学院硕士研究生，研究方向：农业机械设计及制造。
