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16屆畢業(yè)設計
果園開溝施肥機的設計
學生姓名 張盼
學 號 8031212325
所屬學院 機械電氣化工程學院
專 業(yè) 農業(yè)機械化及其自動化
班 級 16-3
指導老師 李平
日 期 2016.05
塔里木大學機械電氣化工程學院制
前 言
隨著農業(yè)產業(yè)結構的調整，葡萄、紅棗已成為兵團優(yōu)勢林果經濟發(fā)展和職工增收致富的新亮點和支柱產業(yè)。兵團目前葡萄的栽培面積為4.8萬公頃，紅棗的栽培面積為10.9萬公頃；但在葡萄、紅棗栽培過程中機械化生產水平還不高，果樹的施肥主要依靠人工作業(yè)，作業(yè)效率低，勞動強度大，施肥難以保證均勻。采用果園開溝施肥機來代替人工開溝施肥，不但可以節(jié)省大量勞動力，提高作業(yè)效率降低生產成本，而且開溝與施肥質量也比人工要好。為了確保開溝施肥質量、提高作業(yè)效率、降低生產成本就需要一種作業(yè)性能穩(wěn)定的開溝施肥機具。因此，符合生產要求的果園開溝施肥機在國民經濟中具有重要的現實意義。
關鍵詞：林果經濟；開溝與施肥；作業(yè)效率；均勻
目 錄
1 緒論 1
1.1 果園開溝施肥機的理論和意義 1
1.2 果園開溝施肥機研究現狀 1
1.3重點研究的關鍵問題及解決思路 2
2 果園開溝施肥機總體結構及工作原理 2
2.1 果園開溝施肥機的總體結構 2
2.2 果園開溝施肥機的基本參數與工作原理 4
3 果園開溝施肥機關鍵部位的設計 5
3.1 開溝裝置的設計 5
3.2 開溝傳動系統(tǒng)的設計 7
3.3 施肥傳動系統(tǒng)的設計 8
3.4 覆土裝置的設計與造型 9
4 主要零件的計算與校核 10
4.1鏈輪的選型與設計計算 10
4.2鏈輪軸的設計計算與校核 12
4.3開溝傳動軸的設計計算與校核 14
5特殊零件的設計 16
5.1覆土圓盤斜度調節(jié)裝置的設計 16
5.2排肥絞龍的設計 17
5.3傳動箱箱體的設計 19
總 結 21
致 謝 22
參考文獻 23
塔里木大學畢業(yè)設計
1 緒論
1.1 果園開溝施肥機的理論和意義
隨著我國農業(yè)產業(yè)結構的優(yōu)化調整，特色林果業(yè)己成為農民致富的一條重要渠道，傳統(tǒng)的種植模式導致果園種植密度大，果樹矮化，果樹間距小，不利于現有機具通行。果樹的開溝施肥作為果樹保質增產的必要園藝環(huán)節(jié)，目前基本還處于人工作業(yè)階段。兵團目前葡萄的栽培面積為4.8萬公頃，紅棗的栽培面積為10.9萬公頃；但在葡萄、紅棗栽培過程中機械化生產水平還不高，尤其缺乏專用配套的果園開溝施肥機具。人工開溝施肥，勞動強度大，工作效率低，施肥均勾度差；果園開溝施肥機在國民經濟中具有重要的現實意義，主要表現在以下幾個方面。首先，能降低果農勞動強度。果園開溝施肥機不僅能大大降低果農勞動強度，改善生產條件，還能解決勞動力季節(jié)性短缺的問題。其次，能提高農業(yè)資源利用率。利用機器對果樹樹進行施肥，施肥均勻，能提高肥料的利用率，還能減少肥料對水土資源的污染，保護生態(tài)環(huán)境。再次，提供優(yōu)質和安全的果品。果樹機械的應用，能很好的控制果樹生產過程中的施肥用量，降低化肥在土壤中的殘留量。在葡萄、紅棗施肥作業(yè)環(huán)節(jié)，除了采用人工開溝、施肥外，僅部分使用了犁鏵式開溝機輔助開溝作業(yè)，仍然需要人工完成施肥及埋溝填平工作。這樣不僅浪費了大量的人力、無力，而且效率較低。因此果園開溝施肥聯合作業(yè)機對于生產具有非常重要的現實意義。
1.2 果園開溝施肥機研究現狀
國內外的開溝機從工作原理上主要分為鏵式犁開溝機、旋轉開溝機和鏈刀式開溝機。在國外，開溝機主要用于土方施工，如美國Gunter＆Zimmerman公司生產的輪盤式開溝機主要用于開設墻基、鋪設水電管網、灌溉和光纜;歐洲Northland Trenching公司代理的 Inter－drain1622HT 型刀鏈式開溝機可以將挖出的泥土輸送到機器兩側或一側。我國對開溝機的研究開發(fā)主要用在有機肥開溝機方面。2000 年,東北農業(yè)大學研制的1KL－100型立式螺旋開溝機可以在旱田及水田地挖溝，作業(yè)后溝壁平整、溝內殘土少。2005年12月，云南農業(yè)大學研制的1KS－22型雙軸開溝機采用雙軸立式結構，可以同時完切土和拋土進行開溝作業(yè)。2009年2月，農業(yè)科學院農業(yè)機械化研究所研制了lK－40型偏置式果園開溝機，主要用于果園施肥溝、種樹開溝。但是，上述機型都不能適應兵團林果(葡萄、紅棗)的施作業(yè)。
固定工作部件型最常見的是摔式開溝機，該開溝機具有結構簡單、生產率高、成本低等優(yōu)點，但結構笨重，工作時牽引阻力大，開的溝形需要人工修理。其應用于農田水利是在上個世紀年代，到年代中期，又逐漸被圓盤式開溝器所取代，當前主要應用于一些經濟作物的播種（陸欣，和海底開溝管理（遲令寶，等領域。旋轉工作部件型又稱旋轉開溝機，形式有多種，常見的有圓盤開溝機，根據圓盤的數目又可分為單圓盤和雙圓盤開溝機，該種類型的開溝機都是用一個旋轉的轉子切削土壤開溝，一般功率消耗比較大。非連續(xù)旋轉工作部件的開溝機主要用于工程機械，常見的有挖掘機，該種機型生產率低、體積龐大、功耗大、成本高，一般應用于大型排灌工程。
目前，兵團葡萄、紅棗種植行距 3～4m，普遍采用矮、密的種植模式，要求開溝施肥機具必須適應在狹小空間作業(yè)的條件，且最大40cm，深度可調整，開溝距作物根莖 50～80cm。針對兵團在果園經濟作物葡萄、紅棗種植模式及在施肥過程中人工成本高、用工量大、強度高、生產效率低等問題，提出了此果園開溝施肥機。
1.3重點研究的關鍵問題及解決思路
開溝裝置是開溝施肥機的關鍵部件，此外，施肥裝置和覆土裝置也是設計的重點。
⑴開溝裝置設計
開溝裝置是本機的主要工作部件，主要由開溝刀盤和開溝刀組成。開溝刀盤回轉半徑取決于刀軸傳動箱尾部圓角半徑、最大開溝深度及開溝機處于最大開溝深度時傳動箱底部離地間隙［8］。在滿足開溝深度要求的前提下，開溝圓盤工作半徑越小，整機結構越緊湊，消耗的功率越小。通過計算得到合適的尺寸。
⑵開溝傳動設計
果園開溝施肥聯合作業(yè)機采用拖拉機動力輸出軸輸出動力驅動傳動機構，通過萬向節(jié)、齒輪箱帶動開溝刀軸、開溝刀轉動，達到開溝的目的。設計合適的傳動箱、齒輪和軸的尺寸。
⑶施肥傳動設計
此果園開溝施肥聯合作業(yè)機地輪和地輪鏈輪是作為一個整體裝配的。當機具前進時，地輪和地輪鏈輪同時轉動，地輪鏈輪通過鏈傳動帶動肥料箱中的絞龍轉動實現排肥作業(yè)。準確實際鏈輪、鏈條和絞龍葉片方向。
⑷覆土裝置設計
覆土的質量與覆土圓盤的傾斜角度有密切的關系，要得到合適的傾斜角度需使覆土圓盤能在兩個維度里旋轉。
2 果園挖溝機總體結構及工作原理
2.1 果園挖溝機的總體結構
果園開溝施肥聯合作業(yè)機主要由機架、圓盤開溝裝置、施肥裝置、埋溝覆土裝置、傳動系統(tǒng)和地輪限深裝置等部分組成，如圖1所示。
1.機架 2.傳動箱 3.肥料箱 4.排肥傳動裝置 5.地輪限深裝置
6.覆土裝置 7.排肥裝置 8.開溝裝置
圖2-1 開溝施肥機整體結構圖
三維立體圖如下。
圖2-2 總裝圖
2.2 果園開溝施肥機的基本參數與工作原理
⑴果園開溝施肥機基本參數
表2-1 果園開溝施肥機基本參數
項目
單位
參 數
整機尺寸( 長×寬×高)
mm
2824×1210×1771
肥箱尺寸( 長×寬×高)
mm
1080×1100×710
配套動力
kw
≥40.45
掛結形式
三點懸掛
肥箱容積
m
≥0.5
開溝深度
mm
200 ～ 400
作業(yè)速度
km/h
≥1
純工作小時生產率
hm/h
≥0.5
⑵果園開溝施肥機的工作原理
作業(yè)時，拖拉機懸掛裝置與機架三點懸掛聯接，整機質量由拖拉機承擔。
圖2-3 懸掛架
拖拉機的動力輸出軸通過萬向聯軸器與傳動箱相連，傳動箱內有兩個錐齒輪及三個直齒輪（如圖2-4所示），將動力通過開溝傳動軸傳至開溝刀盤，刀盤旋轉實現開溝。開溝傳動系統(tǒng)如圖2-5所示。
圖2-4 傳動箱 圖2-5 開溝傳動系統(tǒng)
當機具前進時，地輪和地輪鏈輪同時轉動，地輪鏈輪通過鏈傳動帶動肥料箱中的絞龍轉動實現排肥作業(yè)。如圖2-6所示。
圖2-6 排肥傳動系統(tǒng)
如圖2-7所示的覆土裝置將土回填入溝內，完成整個作業(yè)過程。
圖 2-7 覆土裝置
3 果園開溝施肥機關鍵部位的設計
3.1開溝裝置的設計
開溝裝置是本機的主要工作部件，主要有開溝刀盤和開溝刀組成，如圖3-1所示。開溝刀盤回轉半經取決于刀軸傳動箱尾部圓半徑r、最大開溝深度及開溝機處于最大開溝深度是傳動箱底部離地間隙。其數學表達式為
Ｒ≥r++ (3-1)
其中，各項參數為: r = 90mm，=400mm，=10mm。
將上述參數帶入后可得:
Ｒ≥500mm
在滿足開溝深度要求的前提下，開溝圓盤工作半徑越小，整機結構越緊湊，消耗的功率越小，故取開溝圓盤裝置回轉半徑為 500mm。為了使土粒能夠順利拋出，切土刀的最大線速度通常在5～ 12m/s范圍內選取。該機開溝刀盤回轉直徑為D=2R =1000mm，可求得刀盤轉速n=≈133.76～286.62r/min。取較大值時,拋土較遠而均勻，并有利于切斷土中作物殘根等，但功耗較大、生產率降低。由于開溝深度較深，為了使開溝后土?？梢皂樌麙伋?，取切削線速度為11.5m/s，求得刀盤轉速為219r/min。
圖3-1 開溝裝置
土壤容重是土壤在未破壞的自然結構下，單位容積中的重量，通常以表示。土壤容重大小反映土壤結構、透氣性、透水性能以及保水能力的高低，一般耕作層土壤容重1～1.8103N/m3，土層越深則容重越大。
被甩拋土壤與溝道土壤的摩擦功耗：
（3-2）
其中：代表土壤的內摩擦系數，見表2-3。
表2-3 土壤摩擦系數
土壤名稱
內摩擦系數
外摩擦系數
砂
0.58一0.75
0.73
粘土
0.7一1
0.5一0.75
小塊礫石
0.9一1.1
—
泥土灰
0.75一1
0.6一0.75
飽含水分的粘土
0.18一0.42
—
碎石
0.9
0.84
開溝刀移動土壤的功耗
（3-3）
其中：代表土壤阻力系數，對大多數土壤取4～5
代表移動土壤到開溝邊的最大距離，一般取0.4～0.5，本文取0.4
則開溝裝置總功耗為：
（3-4）
3.2 開溝傳動系統(tǒng)的設計
果園開溝施肥機采用拖拉機動力輸出軸輸出動力驅動傳動機構，通過萬向節(jié)、齒輪箱帶動開溝刀軸、開溝刀轉動，達到開溝的目的。開溝傳動系統(tǒng)簡圖如圖3-2所示，各齒輪的齒數分別為Z2= 24，Z1= 17，Z3= 17，Z4= 24，Z5= 30。開溝刀盤轉速為219r /min，拖拉機輸出轉速取540r /min，則總傳動比i總≈2.47。
1. Ⅱ軸錐齒輪Z2 2.Ⅰ軸錐齒輪Z1 3.萬向節(jié) 4.齒輪箱 5.Ⅱ軸直齒輪Z3
6.Ⅲ軸輪Z4 7.Ⅳ軸直齒輪Z5 8.聯軸器 9.開溝裝置
圖3-2
3.3 施肥傳動系統(tǒng)的設計
果園開溝施肥聯合作業(yè)機地輪和地輪鏈輪是作為一個整體裝配的。當機具前進時，地輪和地輪鏈輪同時轉動，地輪鏈輪通過鏈傳動帶動肥料箱中的絞龍轉動實現排肥作業(yè)。按每667施肥量 1 000kg、行距3.5m計算，開溝施肥時每米施肥量約為5.23kg，在連續(xù)施肥的情況下，機具前進一個株距時，絞龍生產率為
Q =vg/S (3-2)
其中，v為機具的前進速度，v=1km/h;g為施肥量,g=3.3kg /株;S為機具前進距離，S=0.633m。代入各參數,計算得Q=5.21t/h。
絞龍轉速的計算公式為
n=Q/( 47D2scγΦ) (3-3)
其中，Q為鉸龍生產率Q=5.21t/h;D為螺旋葉片直徑選取D=0.15m;s為螺旋葉片的螺距,選取s= 0.15m;c 為傾斜修正系數，傾斜角度≤5°時,c=0.9;γ為物料的容重，取γ=0.8t/m3;Φ為充滿系數，選取Φ=0.8。計算得n=57.02r/min。取地輪直徑d=380mm，地輪線速度(即拖拉機前進速度) 為1km/h，由此計算得地輪轉速n0=50.28r/min,則地輪傳動的傳動比i=n/n0=1.14。因此,設計施肥傳動個鏈輪齒數為: Z2= 24，Z1= 17，Z3= 17，Z4= 24，Z5= 30。地輪鏈輪 Z6=23，中間過渡鏈輪和鉸龍鏈輪為 Z7=Z8=Z9=20。施肥傳動系統(tǒng)簡圖如圖3-3所示。
1. Ⅱ軸錐齒輪Z2 2.Ⅰ軸錐齒輪Z1 3.萬向節(jié) 4.齒輪箱 5.Ⅱ軸直齒Z3
6. Ⅲ軸直齒輪Z4 7.Ⅳ軸直齒輪Z5 8.聯軸器 9.開溝裝置
圖 3-3
3.4 覆土裝置的設計與造型
開溝施肥機開溝并施肥后由覆土裝置將溝填平，要保證覆土質量，覆土圓盤需要有合適的斜度。要滿足此斜度，需使覆土圓盤能在兩個維度里旋轉。以圖3-4所示零件為核心，將覆土裝置設計為圖3-5所示，這種結構使覆土圓盤既能在x-y平面內左右轉動，自身又能沿轉桿360度旋轉，可以充分滿足覆土圓盤需要的斜度。
圖3-4 二級調節(jié)桿
圖3-5 覆土裝置
4 主要零件的計算與校核
4.1鏈輪的選型與設計計算
鏈輪：帶嵌齒式扣鏈齒的輪子,用以與節(jié)鏈環(huán)或纜索上節(jié)距準確的塊體相嚙合一種實心或帶輻條的齒輪,與滾子鏈嚙合以傳遞運動。
⑴鏈條參數根據GB1243.1-83 鏈條參數見表4-1。
表4-1 鏈條參數
鏈條節(jié)距
鏈條滾子外徑
內鏈板高度
鏈條排距
內鏈節(jié)內寬
44.45
25.4
14.97126
48.87
25.22
圖4-1 鏈條
⑵鏈輪參數
如圖4-1鏈輪模型，計算得出鏈輪參數見表4-2所示。
表4-2 鏈輪參數
鏈輪齒數
鏈輪節(jié)距
鏈輪節(jié)圓直徑
鏈輪齒側凸緣直徑
鏈輪齒寬
15
44.45
213.7927
163
24
12
44.45
171.7416
120
24
13
44.45
185.7379
135
24
18
44.45
255.9774
206
24
圖4-2鏈輪模型
選定主動鏈輪齒數13，從動鏈輪齒數11。鏈條和鏈輪關鍵參數的計算過程如下鏈速：
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
4.2鏈輪軸的設計計算與校核
⑴軸的選擇
表3-1軸的常用材料及主要力學性能
材料及熱處理
毛坯直徑mm
硬度HBS
強度極限
/MPa
屈服強度
/MPa
彎曲疲勞極限
/MPa
應用說明
45正火
100
149 -187
520
270
250
有較好的塑性和適當的強度，可做一般曲軸、轉軸等
選取軸的材料為45碳素鋼，正火處理。
⑵根據地輪的轉動速度得輸出為 ，
（4-1)
⑶求作用在軸上的力
已知軸的直徑為=50㎜。
圓周力： （4-2）
徑向力： （4-3）
法向力:
⑷強度校核
查閱機械設計手冊可知此軸在挖溝的過程中主要受到的是轉矩，根據設計手冊可得到公式：
（4-4）
由設計參數我們可設功率為15kW，鏈條速度為1m/s，由v=rw取A=107，該軸材料為45鋼
所以得到 ≥50mm
已知：，，
圓周力：
徑向力：
取折合系數，代入上式得
計算危險截面處軸的直徑
軸材料為45號鋼，調質處理，查得 ，查的許用彎曲應力 ，
考慮到鍵槽對軸的削弱，將d值加大4％，故
，
粗取軸徑為60，軸一為低速軸，合適，安全。
4.3開溝傳動軸的設計計算與校核
⑴輸入高速軸的，、
⑵求作用在齒輪上的力
因為已知低速級小齒輪分度圓直徑為
圓周力： （4-5）
徑向力：
法向力：
⑶初步確定最小直徑
沒有特殊要求，選軸材料為45鋼，調制處理，HBS為：217～255
⑷強度校核
已知：軸的結構如下頁圖，
圓周力：
徑向力：
作用在軸左端帶輪上外力:
徑向力：
作用在軸左端帶輪上外力
?垂直面的支承反力
?水平面的支承反力
?F力在支點產生的反力
根據設計參數可得：主動鏈輪的扭矩：
M=FR=PR/v=15KN×273mm=4095Nm
該軸為實心軸，查閱設計手冊計算其極慣性矩和抗扭截面模量分別：
Jp=0.1D4=51.2cm2 (4-6)
Wn=
扭轉強度條件：
由于采用的45鋼做材料
代入數據進行計算
顯然滿足條件。這里我們不進行扭轉剛度條件校核因為扭轉強度條件顯示極限應力遠小于許用
應力。
5特殊零件的設計
5.1覆土圓盤斜度調節(jié)裝置的設計
果園中被開溝器甩出來的土需要覆土裝置回填進施肥后的溝壑中，以滿足覆土厚度的要求。目前常用的覆土器有刮板式、圓盤式、彈齒式、爪盤式、鏈環(huán)式等。前面兩種覆土器主要用于行距較寬、覆土量大、覆土嚴密等情況下，后面三種覆土器為全幅覆蓋，要用于行距較窄的條播施肥方式。
本設計的開溝施肥機開溝并施肥后由覆土裝置將溝填平，要保證覆土質量，覆土圓盤需要有合適的斜度。要滿足此斜度，需使覆土圓盤能在兩個維度里旋轉。以圖5-2所示零件為核心，將覆土裝置設計為圖5-1所示，這種結構使覆土圓盤既能在x-y平面內左右轉動，自身又能沿轉桿360度旋轉，可以充分滿足覆土圓盤需要的斜度。
圖 5-1 二級調節(jié)桿 圖 5-2 覆土圓盤
工作時，開溝器開出的溝槽橫斷面為梯形，并將土壤拋用至溝兩邊，在兩邊分別形成兩行橫截面為三角形形狀的土堆。漫土裝置懸掛在手扶幵溝機后面，通過底座的限位螺栓的調節(jié)，使刮板與地面保持一定高度。兩塊弧形刮板呈“八”字形放置，刮板隨幵溝機向前推進，給兩邊的土一個里直于刮板內側的正壓力，在正壓力的作用下，使兩邊的土向溝內側移動，進入溝槽中，對肥料進行覆蓋，實現覆土功能。遇到起伏不平整地面時，刮板下端受到地面的作用力，刮板、限位套筒及導桿上移，使整個覆土裝置在滑槽內卜移。由于整個覆土裝置與地面呈一定角度懸掛，在裝置整體上移的同時還會產生向前運動的趨勢，為了防止導桿卡死在山地相橘園開溝施肥機的設計與研究導套內，故在導套內裝有直線軸承，減少導桿與導套的摩擦。當恢復平地時，在壓賛的作用下，整個覆土裝置下移至初始狀態(tài)，實現仿形功能。如圖5-3所示。
圖 5-3 覆土裝置
5.2排肥絞龍的設計
作物施肥分為基肥、種肥和追肥?；视纸械追剩窃诓シN前施入地面的肥料，它的施肥方法主要有撒施法、條施法、穴施法和分層施肥法；種肥是在作物播種、栽培塊蓮或移植幼苗時使用的肥料，它的施肥方式主要有拌種法、浸種法、沾秧根法、蓋種肥法；追肥是在作物生育階段對其施加的肥料，主要以有機肥為主，追肥的方法有撒施法、條施法、穴施法、環(huán)施法和噴施法。根據施肥的方法不同，排肥器的種類也不一樣，本課題研究的施肥裝置主要用于山地果園的追肥，故主要以肥為主。常用的排肥器主要有以下幾種：
⑴外槽輪式排肥器
工作原理類似于外槽輪式排種器，肥箱下面裝有排肥盒，顆粒狀復合肥料重力作用下進入肥盒，排肥軸的轉動使肥盒內的化肥從肥盒的槽輪中流出，該排肥器結構簡單、排均勾穩(wěn)定，主要用于排施流動性較好的顆粒狀復合肥，排粉狀或潮濕的化肥時，容易堵塞槽輪，失去排肥能力。
⑵星輪式排肥器
該排肥器的工作原理是利用星輪的旋轉將星齒間的化肥強制排出，其排肥穩(wěn)定變異系數的變化范圍為星輪的拆卸也很方便；為了便于清除殘存在肥箱內的化肥，在肥箱底部裝有活頁式鉸鏈，可以直接打開箱底進行清理。
⑶螺旋式排肥器
工作原理是利用排肥螺旋的回轉將肥料推入排肥肥管，排肥螺旋葉片有三種，分別是普通型、中空型和鋼絲彈簧型。該排肥器適用于一次性裝肥量較大的場合，排肥量小時，排肥的均勻性較差。
⑷水平刮板式排肥器
工作原理是利用曲面刮板或者彈擊刮板在水平面上旋轉將化肥排出，主要用于碳酸氧銨等流動性差的化肥的排施，排肥穩(wěn)定性好，但排肥阻力大，不適用于流動性好的顆粒狀復合肥。
⑸攪刀一撥輪式排肥器
該排肥器的結構特點是利用攪刀筒和排肥輪兩部件的配合，一方面消除了碳銨在肥箱內架空和堵塞的可能性；另一方面，利用強制排肥原理確保排肥量穩(wěn)定均勾（谷謁白，。該排肥器制造工藝簡單、通用性好，可以廣泛應用于各種大型和小型的施肥機具上。
⑹振動式排肥器
工作原理是利用凸輪的轉動帶動振動板不斷振動，使化肥在肥箱內循環(huán)運動，并沿振動板斜面下滑至排肥口排出。該種排肥方式可消除肥箱內化肥的“架空”，排肥量的大小由調節(jié)板調節(jié)。由于振動關系，肥箱內肥料多少、粘結力以及肥料密度等因素對肥料排量影響較大，排肥量不穩(wěn)定。
該課題所研究的是用于果園果樹的追肥，肥料主要是流動性較好的顆粒狀復合肥，要求排肥器結構簡單、操作方便、通用性好，故選擇螺旋式排肥器。螺旋排肥絞龍如圖5-4所示。
圖 5-4
5.3傳動箱箱體的設計
本果園開溝施肥機開溝系統(tǒng)的動力源為拖拉機的動力輸出軸，拖拉機的動力通過傳動箱中兩個錐齒輪和三個直齒輪的作用，將動力傳至開溝傳動軸，繼而帶動開溝刀盤按要求的速度轉動，實現開溝。
傳動箱的箱體分為兩部分，一部分在機架上部，一部分在機架下部。兩部分配合起來的總箱體如圖5-5所示。
通過計算，準確設計出兩傳動箱的長、寬、高及傳動箱上各軸承座的位置，由此實現各齒輪的密切陪合，高效、準確地將拖拉機動力輸出軸的動力傳遞至開溝刀盤。
圖 5-5 傳動箱（總）
總 結
馬上就要走出校門，畢業(yè)設計是我們離開學校前的最后一門課程，也是對大學四年來所學知識及我們自身能力的總結和考驗。
本文以果園主要果樹（葡萄、紅棗等）為研究和服務對象，針對其矮化、密植的種植特點，以功耗低、可操作性好為目標，結合專業(yè)知識以及實踐基礎，提出了一種果園開溝施肥聯合作業(yè)機具。本機具有以下特點：
（1） 本機器結構簡單、緊湊,各個零件的要求較低，便于生產加工；
（2）該機器工作可靠，能較好地滿足果園的開溝和施肥工作，在田間作業(yè)時對土壤的要求不高，對于沙土地的實際條件，可以實現較高的工作效率。
本文介紹的果園開溝施肥機成本低，效率較高，和小型四輪拖拉機配合使用，具有操作簡單，占地面積小等諸多優(yōu)勢。能較好的滿足承包戶的經濟要求，以及實際生產要求。
致 謝
非常感謝李平老師在我大學的最后學習階段——畢業(yè)設計階段給我的指導，從最初的定題，到資料收集，機械設計，到寫作、修改，到論文定稿，她都給了我耐心的指導和無私的幫助。
前段時間李老師因身體不適而住院，但她雖然身在醫(yī)院，卻依然心系我們，仍然不忘指導我們的畢業(yè)設計。李老師這種無私奉獻的敬業(yè)精神令人欽佩，在此對李老師表示深深的謝意和敬佩！同時，感謝所有任課老師和所有同學在這四年來給自己的指導和幫助，是他們教會了我專業(yè)知識，教會了我如何學習，教會了我如何做人。正是由于他們，我才能在各方面取得顯著的進步，在此向他們表示我由衷的謝意。
通過這一階段的努力，我的畢業(yè)論文終于完成了。畢業(yè)設計這項工作，總體來說，是一項艱巨的任務。大學生活即將結束，在大學階段，我在學習上和思想上都受益非淺，這除了自身的努力外，與各位老師、同學和朋友的關心、支持和鼓勵是分不開的。
寫作畢業(yè)論文是一次再系統(tǒng)學習的過程，畢業(yè)論文的完成，同樣也意味著新的學習生活的開始。我將銘記我曾是一名塔大學子，在今后的工作中把塔大的優(yōu)良傳統(tǒng)發(fā)揚光大。
“自強不息，求真務實”！
參考文獻
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28
塔里木大學
畢業(yè)論文（設計）中期檢查記錄表
2016年4月18日
學生姓名
張盼
班級
農機16-3班
課題名稱
果園開溝施肥機的設計
課題完成進度（學生自述）
目前機具各裝置的主要零部件三維圖已畫完，下階段的任務是完成裝配圖及編寫說明書。
存在的問題及整改措施（學生自述）
存在的問題：對某些裝置的結構不太清楚，零件之間的配合有效問題。
整改措施：實地考察，參觀相關機具，以了解相類似的裝置結構。
關于零件之間的配合問題，在畫三維圖之前需精確計算出各零部件的尺寸，這樣才能做到準確配合。
指導教師意見（課題進展情況、優(yōu)缺點、整改措施等）
指導教師簽名
年 月 日
學院意見
負責人簽名
年 月 日
塔里木大學
畢業(yè)論文（設計）任務書
學院
機械電氣化工程學院
班級
農機16-3
學生姓名
張盼
學號
8031212325
課題名稱
果園開溝施肥機的設計
起止時間
2015年10月15日—— 2016年5月25日（共 12周）
指導教師
李平
職稱
副教授
課題內容
隨著農業(yè)產業(yè)結構的調整，葡萄、紅棗已成為兵團優(yōu)勢林果經濟發(fā)展和職工增收致富的新亮點和支柱產業(yè)。兵團目前葡萄的栽培面積為4.8萬hm2，紅棗的栽培面積為 10.9 萬 hm2；但在葡萄、紅棗栽培過程中機械化生產水平還不高，尤其缺乏專用配套的果園開溝施肥機具。在葡萄、紅棗施肥作業(yè)環(huán)節(jié)，除了采用人工開溝、施肥外，僅部分使用了犁鏵式開溝機輔助開溝作業(yè)，仍然需要人工完成施肥及埋溝填平工作。所以需要一種專門的果園開溝施肥機具。
1）查找相關文獻，了解國內外開溝施肥機的發(fā)展現狀與相關工藝。
2）查找專利及相關文獻，熟悉了解開溝施肥機的結構。
3）利用機械傳動理論及原理，對開溝施肥機進行傳動設計和機構設計。
4）利用solidworks設計軟件，設計開溝施肥機的三維實體模型，并生成關鍵部件及裝配圖工程圖。
擬定工作進度（以周為單位）
第一周：查找相關資料，熟悉課題內容。
第二周：撰寫開題報告，并制定總體方案。
第三至八周：設計開溝施肥機的三維實體模型，并生成關鍵部件及裝配圖工程圖。
第九周：對開溝施肥機進行傳動設計和機構設計。
第 十 周：撰寫畢業(yè)論文，修改圖紙中存在的問題。
第十一周：編寫答辯提綱，準備答辯。
第十二周：答辯
主要參考文獻
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任務下達人（簽字）
年 月 日
任務接受人意見
任務接受人簽名
年 月 日
注：1、此任務書由指導教師填寫，任務下達人為指導教師。
2、此任務書須在學生畢業(yè)實踐環(huán)節(jié)開始前一周下達給學生本人。
3、此任務書一式三份，一份留學院存檔，一份學生本人留存，一份指導教師留存。
果園開溝施肥機的設計
張盼1 李平1
(1. 塔里木大學機械電氣化工程學院， 阿拉爾 843300）
摘要：隨著農業(yè)產業(yè)結構的調整，葡萄、紅棗已成為兵團優(yōu)勢林果經濟發(fā)展和職工增收致富的新亮點和支柱產業(yè)。兵團目前葡萄的栽培面積為4.8萬公頃，紅棗的栽培面積為10.9萬公頃；但在葡萄、紅棗栽培過程中機械化生產水平還不高，果樹的施肥主要依靠人工作業(yè)，作業(yè)效率低，勞動強度大，施肥難以保證均勻。采用果園開溝施肥機來代替人工開溝施肥，不但可以節(jié)省大量勞動力，提高作業(yè)效率降低生產成本，而且開溝與施肥質量也比人工要好。為了確保開溝施肥質量、提高作業(yè)效率、降低生產成本就需要一種作業(yè)性能穩(wěn)定的開溝施肥機具。因此，符合生產要求的果園開溝施肥機在國民經濟中具有重要的現實意義。
關鍵詞：林果經濟；開溝與施肥；作業(yè)效率；均勻
中圖分類號:TD451 文獻標識碼：A
0引言
隨著我國農業(yè)產業(yè)結構的優(yōu)化調整，特色林果業(yè)己成為農民致富的一條重要渠道，傳統(tǒng)的種植模式導致果園種植密度大，果樹矮化，果樹間距小，不利于現有機具通行。果樹的開溝施肥作為果樹保質增產的必要園藝環(huán)節(jié)，目前基本還處于人工作業(yè)階段。兵團目前葡萄的栽培面積為4.8萬公頃，紅棗的栽培面積為10.9萬公頃；但在葡萄、紅棗栽培過程中機械化生產水平還不高，尤其缺乏專用配套的果園開溝施肥機具。人工開溝施肥，勞動強度大，工作效率低，施肥均勾度差；果園開溝施肥機在國民經濟中具有重要的現實意義，主要表現在以下幾個方面。首先，能降低果農勞動強度。果園開溝施肥機不僅能大大降低果農勞動強度，改善生產條件，還能解決勞動力季節(jié)性短缺的問題。其次，能提高農業(yè)資源利用率。利用機器對果樹樹進行施肥，施肥均勻，能提高肥料的利用率，還能減少肥料對水土資源的污染，保護生態(tài)環(huán)境。再次，提供優(yōu)質和安全的果品。果樹機械的應用，能很好的控制果樹生產過程中的施肥用量，降低化肥在土壤中的殘留量。在葡萄、紅棗施肥作業(yè)環(huán)節(jié)，除了采用人工開溝、施肥外，僅部分使用了犁鏵式開溝機輔助開溝作業(yè)，仍然需要人工完成施肥及埋溝填平工作。這樣不僅浪費了大量的人力、無力，而且效率較低。因此果園開溝施肥聯合作業(yè)機對于生產具有非常重要的現實意義。
1總體設計思路
果園開溝施肥聯合作業(yè)機主要由機架、圓盤開溝裝置、施肥裝置、埋溝覆土裝置、傳動系統(tǒng)和地輪限深裝置等部分組成。
1.1設計原理
開溝裝置是本機的主要工作部件，主要由開溝刀盤和開溝刀組成。開溝刀盤回轉半徑取決于刀軸傳動箱尾部圓角半徑、最大開溝深度及開溝機處于最大開溝深度時傳動箱底部離地間隙［8］。在滿足開溝深度要求的前提下，開溝圓盤工作半徑越小，整機結構越緊湊，消耗的功率越小。通過計算得到合適的尺寸。
果園開溝施肥聯合作業(yè)機采用拖拉機動力輸出軸輸出動力驅動傳動機構，通過萬向節(jié)、齒輪箱帶動開溝刀軸、開溝刀轉動，達到開溝的目的。設計合適的傳動箱、齒輪和軸的尺寸。
此果園開溝施肥聯合作業(yè)機地輪和地輪鏈輪是作為一個整體裝配的。當機具前進時，地輪和地輪鏈輪同時轉動，地輪鏈輪通過鏈傳動帶動肥料箱中的絞龍轉動實現排肥作業(yè)。準確實際鏈輪、鏈條和絞龍葉片方向。
覆土的質量與覆土圓盤的傾斜角度有密切的關系，要得到合適的傾斜角度需使覆土圓盤能在兩個維度里旋轉。
1.2設計總體結構
果園開溝施肥機的總體結構示意圖，如圖1所示。
作業(yè)時，拖拉機懸掛裝置與機架三點懸掛聯接，整機質量由拖拉機承擔。
拖拉機的動力輸出軸通過萬向聯軸器與傳動箱相連，傳動箱內有兩個錐齒輪及三個直齒輪，將動力通過開溝傳動軸傳至開溝刀盤，刀盤旋轉實現開溝。
當機具前進時，地輪和地輪鏈輪同時轉動，地輪鏈輪通過鏈傳動帶動肥料箱中的絞龍轉動實現排肥作業(yè)。
覆土裝置將土回填入溝內，完成整個作業(yè)過程。
1.機架 2.傳動箱 3.肥料箱 4.排肥傳動裝置 5.地輪限深裝置
6.覆土裝置 7.排肥裝置 8.開溝裝置
圖1 開溝施肥機整體結構圖
2關鍵部件的設計
2.1開溝裝置的設計
開溝裝置是本機的主要工作部件，主要有開溝刀盤和開溝刀組成，如圖3-1所示。開溝刀盤回轉半經取決于刀軸傳動箱尾部圓半徑r、最大開溝深度及開溝機處于最大開溝深度是傳動箱底部離地間隙。其數學表達式為
Ｒ≥r++ (3-1)
其中，各項參數為: r = 90mm，=400mm，=10mm。
將上述參數帶入后可得:
Ｒ≥500mm
在滿足開溝深度要求的前提下，開溝圓盤工作半徑越小，整機結構越緊湊，消耗的功率越小，故取開溝圓盤裝置回轉半徑為 500mm。為了使土粒能夠順利拋出，切土刀的最大線速度通常在5～ 12m/s范圍內選取。該機開溝刀盤回轉直徑為D=2R =1000mm，可求得刀盤轉速n=≈133.76～286.62r/min。取較大值時,拋土較遠而均勻，并有利于切斷土中作物殘根等，但功耗較大、生產率降低。由于開溝深度較深，為了使開溝后土?？梢皂樌麙伋觯∏邢骶€速度為11.5m/s，求得刀盤轉速為219r/min。
2.2施肥傳動系統(tǒng)的設計
果園開溝施肥聯合作業(yè)機地輪和地輪鏈輪是作為一個整體裝配的。當機具前進時，地輪和地輪鏈輪同時轉動，地輪鏈輪通過鏈傳動帶動肥料箱中的絞龍轉動實現排肥作業(yè)。按每667施肥量 1 000kg、行距3.5m計算，開溝施肥時每米施肥量約為5.23kg，在連續(xù)施肥的情況下，機具前進一個株距時，絞龍生產率為
Q =vg/S (3-2)
其中，v為機具的前進速度，v=1km/h;g為施肥量,g=3.3kg /株;S為機具前進距離，S=0.633m。代入各參數,計算得Q=5.21t/h。
絞龍轉速的計算公式為
n=Q/( 47D2scγΦ) (3-3)
其中，Q為鉸龍生產率Q=5.21t/h;D為螺旋葉片直徑選取D=0.15m;s為螺旋葉片的螺距,選取s= 0.15m;c 為傾斜修正系數，傾斜角度≤5°時,c=0.9;γ為物料的容重，取γ=0.8t/m3;Φ為充滿系數，選取Φ=0.8。計算得n=57.02r/min。取地輪直徑d=380mm，地輪線速度(即拖拉機前進速度) 為1km/h，由此計算得地輪轉速n0=50.28r/min,則地輪傳動的傳動比i=n/n0=1.14。因此,設計施肥傳動個鏈輪齒數為: 地輪鏈輪 Z6= 23，中間過渡鏈輪和鉸龍鏈輪為 Z7=Z8=Z9=20。
2.3 覆土裝置的設計
開溝施肥機開溝并施肥后由覆土裝置將溝填平，要保證覆土質量，覆土圓盤需要有合適的斜度。要滿足此斜度，需使覆土圓盤能在兩個維度里旋轉。本設計中的這種結構使覆土圓盤既能在x-y平面內左右轉動，自身又能沿轉桿360度旋轉，可以充分滿足覆土圓盤需要的斜度。
3總結
本文以果園主要果樹（葡萄、紅棗等）為研究和服務對象，針對其矮化、密植的種植特點，以功耗低、可操作性好為目標，結合專業(yè)知識以及實踐基礎，提出了一種果園開溝施肥聯合作業(yè)機具。本機具有以下特點：
（1） 本機器結構簡單、緊湊,各個零件的要求較低，便于生產加工；
（2）該機器工作可靠，能較好地滿足果園的開溝和施肥工作，在田間作業(yè)時對土壤的要求不高，對于沙土地的實際條件，可以實現較高的工作效率。
本文介紹的果園開溝施肥機成本低，效率較高，和小型四輪拖拉機配合使用，具有操作簡單，占地面積小等諸多優(yōu)勢。能較好的滿足承包戶的經濟要求，以及實際生產要求。
參考文獻
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