目前,中国已经成为世界第一大马铃薯生产大国,我国马铃薯总产量位于全球首位,但单产水平却较低,合理的中耕管理施肥能有效提高马铃薯产量和质量,避免长期施肥不当造成的土壤酸碱不平衡、水土流失严重等一系列的环境问题。近年来,国外大多数采用圆盘式撒肥机进行撒肥作业,采用水平或锥形撒肥盘并安装若干个甩肥叶片调节撒肥宽幅,但国外的撒肥机械相对价格昂贵,配件供应不及时,撒肥均匀性有待提高；我国对撒肥机械的研究较晚,现处于初步阶段,现有的机具存在施肥精度不高、肥料抛撒均匀性差等问题,我国大多数变量撒肥机都是圆盘式撒肥机构,且多以水平圆盘为主,对锥盘式撒肥机的结构和相关的理论研究较少。针对现阶段中国大多数撒肥机械在作业过程中存在抛撒不均匀和施肥量调节精度较差、调节时间较长等问题,本文针对锥盘式撒肥机进行研究,并对其关键部件进行了设计与试验研究。

常用的农家肥,主要是指人粪尿、厩肥、堆肥、沤肥、饼肥、草木灰、石灰、老墙泥等。这些农家肥主要特点是:(1)数量巨大。它在农业生产上起着重要的作用,它的来源广泛,可以就地取材,降低农业生产成本。(2)养分。主要为有机态、如氮素呈蛋白质状态存在,磷素呈植酸、核蛋白和卵磷脂状态存在;有机养分绝大多数不能直接被植物吸收利用,因此,农家肥中的肥效比无机肥料缓慢而时间持久。(3)一般含有较多的有机质。农家肥中的有机质在土壤中被微生物分解腐烂放出二氧化碳和生成有机酸,这样可增强植物二氧化碳营养,又可促使土壤难溶性养分的溶解。(4)能改良土壤。农家肥中的有机质在土壤中经过微生物的作用形成腐殖质,腐殖质能促进土壤团粒结构的形成,使土壤疏松,易于耕作。同时能改善土壤的通透性,有利于土壤微生物的活动,促进土壤养分的分解和结构,增强土壤的保水保肥能力。

针对目前大多数撒肥机在作业过程中存在抛撒不均问题，该文设计了一种锥盘式撒肥装置。通过对该装置结构和工作原理的阐撒肥车厂家直销述及肥料颗粒在撒肥盘、叶片上和空气中的动力学和运动学分析，建立了肥料颗粒的运动模型。以叶片长度、叶片水平投影倾角、撒肥盘转速、肥箱落肥口位置和面积为试验因素，以肥料抛撒的横向变异系数为试验指标进行了台架试验。试验表明，当落肥口位置（落肥口中心点在以叶片旋转中心在地面的投影为坐标原点的空间直角坐标系中的坐标值）为（70 mm，0，800 mm），叶片长度为150 mm，落肥口面积为2456 mm2，叶片水平投影倾角为1°，撒肥盘转速为1090 r/min时，横向热销撒肥车撒肥变异系数为5.215%，此时肥料抛撒的均匀性最好，满足施肥作业要求。该装置基本上解决了肥料抛撒不均方面的不足，为锥盘式撒肥机的设计与优化提供了参考。

随着我国经济改革的不断深入，促进了养殖业的蓬勃发展。然而养殖业所产生的大量排泄物却给环境卫生带来了很大的压力，长期堆制的畜禽粪便便滋生大量的苍蝇蚊虫，带着各种病菌到处传播，给养殖业安全及从业人员健康均带来严重的威胁。而另一方面，化肥在农业生产中的大量使用，虽然农产品产量有了很大的提高，但也带来诸如农产品品质下降、土壤板结、污染水源等问题，而要解决这些问题最根本的办法是增加土壤有机质。特别是入世后，对农产品的品质提出了更高的要求，这些都给有机肥创造了巨大的市场空间。 有机肥不仅提供了庄稼生长所需要的多种营养元素，而且增加了土壤中有机物的含量，改进了土壤的耕作结构。合理撒施有机肥还可以改善农业大气环境、水环境、生物环境。 针对不同的有机肥应采用不同的撒施设备，有机肥撒施机国外已经有了系列产品，可以对不同形式的有机肥进行撒施。而国内还是采用传统式的人力撒施，对有机肥撒施机的研究才刚开始。应用有机肥撒施机可以改善劳动者的工作环境，减轻有机肥撒施作业的劳动强度，提高撒施的均匀度，提高农民施用有机肥的积极性，施用有机肥是促进农业生态平衡和农业可持续发展战略的重要内容。

我国农家肥资源十分丰富,但目前我国农家肥使用率不足10%,由于传统农业对于化肥有很强的依赖性,又得不到科学的施用,使得农业生态环境进一步恶化。农家肥不但可以减少化肥用量、丰富土壤的营养成分,还可防止土壤有机质下降。对于像堆肥或农家肥这样的原始农家肥,还缺乏机械化施肥的手段,制约了原始农家肥的大面积应用。国内外传统的农家肥抛撒机输肥机构和抛撒机构都是依赖拖拉机输出动力传动,对于其输肥机构需要的转速很低,需要复杂的减速和调速机构,才能实现输肥机构按照需要的输肥速度进行作业。而现有的地轮驱动农家肥抛撒机左右两侧从动轮靠通轴连接,动力传递给中间轴,经过棘轮传递给输肥机构,这种传动方式不能实现从动轮分动,影响转向灵活,同时棘轮噪声大,易磨损,寿命短。还有一种地轮驱动方式是在从动轮外侧连接链轮,这种方式施肥左右从动轮受力不均衡,影响作业效果。因此,在农家肥抛撒机上实现地轮驱动输肥稳定、不影响转向灵活是地轮驱动的关键。本研究从刚性车轮的行驶阻力的角度出发,充分考虑地面和农家肥抛撒机作业的相互关系的基础上,详细阐述了地轮驱动输肥的基本理论,建立了刚性车轮的行驶阻力和输肥机构链条所需张力数学模型,从而揭示了地轮驱动输肥的可行性条件,为后续进行农家肥抛撒机地轮输肥机构仿真计算奠定基础。

针对锥形撒肥圆盘存在抛施肥均匀性差、相关理论和解析模型研究较少等问题,建立了肥料颗粒在锥形撒肥圆盘上及空气中的运动模型。分析锥形撒肥圆盘结构和运动参数对肥料颗粒自旋性的影响,将肥料颗粒的自旋性充分考虑在整个运动过程中,进而得到影响抛撒均匀性及抛撒幅宽的主要因素。采用正交试验方案研究了叶片长度、叶片倾角、锥形撒肥圆盘转速对肥料颗粒抛撒的横向变异系数的影响。对正交试验结果进行方差和极差分析,结果表明：叶片长度为145 mm、叶片倾角为0°、锥形撒肥圆盘转速为1 200 r/min时,抛撒的横向变异系数为5.80%,满足抛施肥作业要求。该研究可提高马铃薯锥盘式撒肥机施肥作业效率,为锥盘式撒肥机的设计提供理论参考。