学术前沿 | 农业农村部南京农业机械化研究所龚艳研究员 :西甜瓜有机肥深施机变量排肥装置设计与试验

DOI:10.13733/j.jcam.issn.2095‑5553.2026.05.008

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为解决西甜瓜种植中有机肥深施机存在的无法变量排肥、施肥不均匀和肥料易堵塞等问题，设计一种西甜瓜有机肥深施机变量排肥装置，主要包括有机肥肥箱、双螺旋输肥机构、碎肥器等部件，并阐述其工作原理，对关键部件进行设计计算确定参数。利用离散元仿真软件EDEM对碎肥和输肥能力仿真，结果显示,粉碎后粒径≤30 mm的颗粒占比，提升至94.34%，双螺旋绞龙平均输送量9.29 kg/s，满足设计要求。经试验分析，明确排肥转速对施肥均匀性变异系数和碎肥率影响最大，得到最佳因素组合为排肥转速9.6 r/min、作业速度1.9 km/h、碎肥转速104.7 r/min，对应变异系数27.6%、破碎率94.8%。试验验证优化结果可靠，装置性能指标符合西甜瓜施肥要求。

西甜瓜；有机肥；深施机；变量排肥；碎肥

西甜瓜作为世界主要水果之一，在我国农业经济中占据重要地位。合理施肥是保障西甜瓜丰产、稳产和提升品质的关键环节，其中深施基肥尤为重要，对于提高肥料利用率、改善土壤结构、减少环境污染具有重要意义，其施用量占全年施肥总量70%以上，精准的有机肥深施可使西甜瓜产量提高10%~20%，同时提升果实品质，如增加甜度、改善口感等。随着“化肥多元替代、有机无机结合”绿色栽培技术的推广，研发能实现有机肥随速变量混合深施的装备意义重大。有机肥是含水率较高的肥料，尤其是粪肥、厩肥，含水率不稳定，在堆沤过程中容易形成结块，因此提升结块碎肥率与施肥均匀性，降低断条率是本课题的主要研究目的。本研究基于理论分析、设计优化、模拟仿真和试验研究相结合的方法，开展西甜瓜有机肥化肥深施机变量排肥装置的研究。通过测定肥料物理力学特性，设计双螺旋绞龙与碎肥转子组成的变量排肥装置，建立离散元仿真模型,通过单因素试验,明确各因素对排肥均匀性和破碎率的影响,通过正交旋转试验确定施肥装置的最佳作业参数,并搭建测试平台进行性能试验和优化。

1） 设计一种西甜瓜有机肥深施机变量排肥装置，该装置主要由有机肥肥箱、碎肥器、机架、控制系统等组成，能够实现有机肥随速变量排肥。作业时通过双螺旋绞龙输送有机肥，经碎肥器粉碎后与土壤混合深施，同时控制系统根据行进速度调节施肥量。通过对有机肥输肥装置、碎肥装置等关键部件的设计计算，确定各部件的关键参数。

2） 利用离散元仿真软件EDEM对碎肥器的有机肥肥块破碎和肥料箱双螺旋绞龙的输送能力进行仿真分析。结果表明，粒径≤30 mm的颗粒占比，由粉碎前的11.65%提升至粉碎后的94.34%，破碎效果显著；双螺旋绞龙输送平均流量为9.29 kg/s，满足8.75 kg/s的设计需求。

3） 通过试验与分析，确定影响施肥均匀性变异系数和碎肥率的主次因素和较优组合。排肥转速对施肥均匀性变异系数和碎肥率影响最为显著，得到最佳因素组合为排肥转速9.6 r/min、作业速度1.9 km/h、碎肥转速104.7 r/min，此时施肥均匀性变异系数为28.5%，破碎率为93.6%，与优化结果的误差率分别为3.2%、1.2%，误差较小，达到设计要求。

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