0003-固態(tài)肥料強制施肥機設計【全套7張CAD圖+說明書】
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固態(tài)肥料強制施肥機設計
Design of solid fertilizer machine
目 錄
摘 要 4
ABSTRACT 5
第一章 前言 6
第二章 施肥機總體研究情況 8
2.1 課題的研究背景及意義 8
2.2國內外施肥機發(fā)展現(xiàn)狀 9
2.2.1 國外施肥機的研究現(xiàn)狀 9
2.2.2 我國施肥機的研究現(xiàn)狀 11
2.3 本課題的研究內容 12
2.3.1 技術要求 13
第三章 固態(tài)肥料強制施肥機整體方案的確定 14
3.1 施肥機的分類 14
3.5 施肥機總體方案的設計 18
第四章 固態(tài)肥料強制施肥機關鍵零部件的設計 20
4.1驅動電動機的選擇 20
4.1.1 功率的計算 20
4.1.2 電動機的選擇 20
4.2 鏈傳動的設計與計算 21
4.3排肥裝置的設計 24
4.3.1材料選擇 24
4.3.2螺旋直徑的確定 24
4.3.4螺距確定 25
4.4 聯(lián)軸器的設計校核 25
4.5 聯(lián)軸器的設計及強度校核 27
4.5.1 聯(lián)軸器強度計算 27
4.5.2 聯(lián)軸器的疲勞強度校核 28
4.5.3 聯(lián)軸器的接觸應力校核 30
4.6 軸承的選擇和潤滑及其壽命計算 31
第五章 結 論 34
參考文獻 35
致 謝 37
摘 要
施肥是農業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的一個環(huán)節(jié)，機械化施肥較人工均勻準確，深淺一致，而且效率較高、速度快，同時為田間管理作業(yè)創(chuàng)造良好的條件，是實現(xiàn)農業(yè)現(xiàn)代化的重要技術手段之一。而現(xiàn)有的肥料種類多，性狀復雜，目前固態(tài)肥料使用量大，覆蓋面寬，但現(xiàn)有的施肥裝置大部分采用外槽輪設計，排肥穩(wěn)定性差，易堵塞，可靠性差，本文設計了一種能完成固態(tài)肥料可靠施肥機械。
本文設計的固態(tài)肥施肥機，減輕了勞動強度，提升了施肥機械化水平，保證了農時、作業(yè)質量高、減小了種植成本，為農業(yè)生產(chǎn)向集約化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了有力的設備保障，減少有機肥肥料的施用量，防止土壤板結酸化，實現(xiàn)了農機資源的合理組合，優(yōu)化配置和充分利用，降低了農機資源的浪費。
本文完成了固態(tài)肥料強制施肥機的關鍵部件參數(shù)選型，包括對動力的選型、排肥裝置、傳動系統(tǒng)等進行規(guī)范設計。
關鍵詞：農業(yè)機械；施肥機；結構設計
ABSTRACT
Fertilization is indispensable in the agricultural production of a link, application of mechanization is artificial uniformly accurate, depth and high efficiency, fast speed, and field management operation create good conditions is realize agricultural modernization of one of the important means. And existing many kinds of fertilizer, complex traits, at present, solid fertilizer using a large amount, wide coverage, but the existing fertilizing device most of the outer grooved wheel design, fertilizer poor stability, easy to plug, poor reliability. In this paper, the design of the a complete solid fertilizer fertilizing is reliable machinery.
Solid fertilizer machine designed in this paper, reduce the labor intensity, enhance the level of mechanization of fertilization, guarantees the farming season, high operation quality and reduce the cost of planting, for agricultural production to intensive, industrial development provides a powerful guarantee to the equipment, reduce the amount of organic fertilizer application, prevent the acidification of the soil compaction, to achieve a reasonable combination of agricultural resources, optimized allocation and full utilization, reduce waste of agricultural resources.
In this paper, the selection of key components of the solid fertilizer machine is completed, including the selection of the power, fertilizer plant, transmission system and so on.
Key words: agricultural machinery; fertilizer applicator; structural design
第一章 前言
肥料是施于土壤或植物上，能夠改善植物生育和營養(yǎng)條件的一切有機和無機物質。肥料一般可分為化學肥料和有機肥料兩大類，每一大類中都有固體和液體兩種形態(tài)?；瘜W肥料一般加工成顆粒狀、晶狀或粉狀，一般只含有一種或兩、三種營養(yǎng)元素，但含量高，肥效快，用量也少。有機肥料主要是由人畜糞尿、植物莖葉及各種有機廢棄物堆積漚制而成，亦稱農家肥。有機肥能增加土壤中有機質含量，改善土壤結構，還能提供作物所需的多種養(yǎng)分。但肥效緩慢。
施肥可提高土壤的肥力，所施的肥料應與土壤的物理狀態(tài)和化學成分相符合，并且能補充土壤中的養(yǎng)分。因此，對某種土壤和植物來說，并非所有的肥料都是有益的施肥和其他措施配合進行，可以改善土壤的結構和加強各種微生物的生命力。植物可以吸收的養(yǎng)分基本上依靠微生物的活動而形成。在施肥時應估計到土壤微生物本身也需要營養(yǎng)，對于土壤微生物的有益生命活動力來講，無論是有機養(yǎng)分還是礦物質養(yǎng)分都是需要的。微生物的繁殖及死亡使土壤中的有機質不斷增加，這種有機質分解后變成植物可吸收的養(yǎng)分。
聯(lián)合國糧農組織（FAO）的統(tǒng)計表明，化肥對提高農作物產(chǎn)量的作用占40～60%，我國化肥對作物增產(chǎn)的作用占30 ～40 %。我國化肥總產(chǎn)量占世界的16.6%，總產(chǎn)量僅次于美國，居世界第二位，總施用量占世界的27.5%，居世界第一位。我國糧食生產(chǎn)能取得如此大的成就，很大程度上得益于化肥施用量的增加及施肥技術的不斷發(fā)展有關。數(shù)據(jù)顯示，2010 年我國化肥用量為4713萬t，2011年為 4833萬t，2012年全國消耗化肥4875萬t。施肥是農業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的一個環(huán)節(jié)。
現(xiàn)在我國的旱地作物一般采用的追肥措施一般都是手撒肥或者直接選擇不追肥，雖然有一部分作物采用了深土施肥，但是他們采用的依然是傳統(tǒng)的播種機械追肥，這樣的追肥方式一來是容易對農作物根部產(chǎn)生破壞，二來這種施肥方式不能很好的保持土壤的水分，另一種就是施肥的肥料種類有限制，不能滿足多種肥料的混合使用，鑒于此類情況我們設計了這種既能保證對農作物根部施肥，又能不讓水土流失還能使幾種肥料共同精量的施用，目前的一些能保證精量施肥的機器大多都是采用高端的定量系統(tǒng)，此系統(tǒng)雖然提高了施肥的精準性但是這種機器的成本造價高，而且在實際應用中會因為時間滯后性而帶來不當?shù)淖鳂I(yè)問題，這種高端產(chǎn)品雖然能提高精準度但是其中的數(shù)據(jù)管理、地理信息、還有計算機技術無一不增加額外成本和人力投入并且這些設備通常比較復雜，控制難度較大、價格比較高，但是就簡單施肥來說并不是需要多么高的精準量，我們應在施肥機上做的就是減小成本增加性能，這樣才能保證農民的根本利益。
由于田間施肥作業(yè)勞動強度大，效率低，作業(yè)成本高，而現(xiàn)有的肥料種類多，性狀復雜，目前固態(tài)肥料使用量大，覆蓋面寬，但現(xiàn)有的施肥裝置大部分采用外槽輪設計，排肥穩(wěn)定性差，易堵塞，可靠性差，因此需要設計一種能完成固態(tài)肥料可靠施肥機械。本文設計的固態(tài)肥施肥機，減輕了勞動強度，提升了施肥機械化水平，保證了農時、作業(yè)質量高、減小了種植成本，為農業(yè)生產(chǎn)向集約化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了有力的設備保障，減少有機肥肥料的施用量，防止土壤板結酸化，實現(xiàn)了農機資源的合理組合，優(yōu)化配置和充分利用，降低了農機資源的浪費。
第二章 施肥機總體研究情況
2.1 課題的研究背景及意義
作為世界人口最多的國家，且農業(yè)為第一產(chǎn)業(yè)的中國有著獨特的資源，土地面積大，數(shù)量多，資源多樣化，同時人均占有量極少。隨著人口的不斷增多，可開發(fā)的耕地資源越來越少，這就決定了要保證我國糧食增產(chǎn)必須依靠提高耕地單位面積產(chǎn)量的方法，提高土地生產(chǎn)效率。其中，對于北方寒地區(qū)域來講，糧食產(chǎn)量占全國的比例不容忽略，中耕作業(yè)和追肥等農業(yè)機械裝備的需求也逐步增加，對于有效的提高追肥效率是影響中耕作物產(chǎn)量和質量的重要方式和途徑。對于化肥的使用量考慮，其對糧食的總體增產(chǎn)作用約為40％。截止到2006年，中國正式稱為了世界首位化肥消費和生產(chǎn)國，其投入規(guī)模占我國農業(yè)消耗總成本的50％左右。然后，對于施肥方式和設施而言，其化肥利用率并不可觀，對于大部分中耕作物的追肥效率總體分析和統(tǒng)計，總施肥利用率不高于32％，這也導致化肥成本持續(xù)升高，甚至造成投入和產(chǎn)出效益差不相符，形成經(jīng)濟負增長現(xiàn)象。持續(xù)到現(xiàn)在問題仍未解決，肥料利用率低，造成的過度施肥和不必要浪費的物料必然導致對土壤的污染加重，對生態(tài)環(huán)境造成更深一層的威脅，地力逐漸下降，土壤壓力逐年增加，作物生長條件持續(xù)惡化。據(jù)國家統(tǒng)計局統(tǒng)計，化肥的損失率高達70％，同時，通過農藝學專家試驗分析，肥料的利用率每增長十個百分點，土壤的富營養(yǎng)化的污染狀況約減少六個百分點，此外，有效的降低化肥的不必要輸出可避免氨氣、硝化作用和氮氧化物對大氣的污染，并從很大程度上減少土壤板結和肥力下降的威脅。
綜上所述，為保證農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和中耕作物的追肥效率，肥料利用率的提高已經(jīng)是當今的重要問題，需進一步解決。對于提高作物產(chǎn)量，化肥從中占據(jù)著主要位置，然后，對于其用量的持續(xù)增大和一些負面作用的影響，對現(xiàn)在土壤的污染問題也逐漸擴大，作為作物生長生育環(huán)境的重要因素，土壤和環(huán)境的質量問題越來越受關注，對于可持續(xù)發(fā)展的必然要求，化肥的投入量決定土壤的健康質量、富營養(yǎng)化、有機物質的占有量和酸堿性含量。因此，結合現(xiàn)有技術的發(fā)展和生態(tài)農業(yè)的進一步要求，化肥的投入和土壤的保護已經(jīng)進一步加以重視。
我國的農業(yè)生產(chǎn)及農業(yè)機械化發(fā)展較快，化肥產(chǎn)量及施肥量逐年增加，施肥機械的要求與日俱增。機械化施肥較人工均勻準確，深淺一致，而且效率較高、速度快，同時為田間管理作業(yè)創(chuàng)造良好的條件，是實現(xiàn)農業(yè)現(xiàn)代化的重要技術手段之一。農業(yè)機械產(chǎn)品設計是中國小農經(jīng)濟機械產(chǎn)品設計的重要組成部分。新穎的造型設計有利于體現(xiàn)產(chǎn)品功能的合理性、技術的先進性和宜人性，從而大幅度提高產(chǎn)品的附加值，增強產(chǎn)品的競爭力。據(jù)調查，目前市場上存在的播種施肥中耕機主要有以下問題：
（1）功能：市場上存在的一些施肥器，有的只具有施肥這一項功能，并且比較費力，需要兩到三個人才能進行施肥，
（2）外形體積：市場上存在的手扶施肥播種機具多是采用柴油機，所以體積笨重，我們在使用前從家里運到田地里也是個問題。
（3）環(huán)保：市場上存在的手扶施肥播種機具多是采用柴油機，在使用中消耗柴油資源而且放出濃煙，中國八億農民都使用的話，對大氣環(huán)境的污染是很嚴重的。因此使用電力作為動力會更加環(huán)保。
（4）安全：汽油機柴油機在使用前和使用中都多多少少會具有一定的危險性，特別是在使用中如果因為某些零件損壞而導致失控，則會帶來更大的不安全因素，所以使用電作為動力是一個不錯的選擇。
（5）人機交互：遺漏了設計中的與人相關的因素的探討，忽視解決人-產(chǎn)品-環(huán)境-社會系統(tǒng)。
（6）人機工程：農業(yè)機械造型忽視了與人體工程學的結合。
2.2國內外施肥機發(fā)展現(xiàn)狀
2.2.1 國外施肥機的研究現(xiàn)狀
日本、美國、英國、加拿大等經(jīng)濟發(fā)達國家,經(jīng)歷了20世紀40～50年代種植業(yè)基本機械化及60～70年代畜禽與水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)基本機械化后,90年代的種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)已進入高度機械化、現(xiàn)代化階段。農業(yè)機械正向大型、高速、低耗、自動化和智能化發(fā)展。美國是當今世界上農業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化程度最高的國家之一,已基本實現(xiàn)了區(qū)域化、專業(yè)化、機械化、社會化、商品化和網(wǎng)絡信息化。一些農場主往往經(jīng)營上千公頃連片土地,在農業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后的每一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)都使用機械操作,全面實現(xiàn)了機械化。美國已成為世界上農業(yè)勞動生產(chǎn)率最高的國家之一。
加拿大Flexi．coil公司生產(chǎn)的5000型免耕播種施肥機，整機總長約為17．4米，種行寬度范圍為18．3em～36．6cm。由鏟型開溝器和氣息式排肥機構組成，以多行作業(yè)完成鎮(zhèn)壓，梁架結構構成開溝裝置，可較好的避免堵肥故障，并使空氣壓縮于肥箱，固定在整機后側，可代替行走輪的支撐架，即可擺脫肥料量對開溝器土壤壓力的限制，使開溝效果和開溝深度有較好的穩(wěn)定性和一致性。
日本在精準農業(yè)施肥領域進行的研究處于示范階段，但是日本的研究方向偏向于水稻種植。這也是因為日本是一個島國的原因吧，為了提高產(chǎn)量和作物的耕作方便性日本政府專門啟動了“21世紀農業(yè)機械緊急開發(fā)課題”的研究，也將精準農業(yè)相關技術列入計劃。看來日本的機械化水平也是不低，并且日本的投資量也是相當大的。19世紀40年代英國的一位科學家安排了長期肥效實驗，此實驗開啟了世界科學施肥技術的探索歷程，從此各位科學工作者們在施肥量以及施肥種類和施肥方式還有施肥時間等各個方面展開了大量的調查研究工作，早在20世紀50年代美國就在他們農場的聯(lián)合收割機上裝載了GPS系統(tǒng)，雖然只是一個小小的小系統(tǒng)但是此系統(tǒng)卻代表著從此人類在農業(yè)技術上進入了精準化的時代。到了20世紀90年代的時候，精準的農業(yè)技術已經(jīng)在歐美國家發(fā)展的勢不可擋，并且已經(jīng)具有了相當?shù)囊?guī)模。
近幾年來看，農業(yè)機械中的精密施肥發(fā)展速度逐步增加，其中遙感技術也開始在農業(yè)機械方面加以應用。而精準農業(yè)設施在國外的應用分類較繁多，其中北美的精準農業(yè)技術較成熟和先進。
法國的農業(yè)在精準設施方向的起步同樣較晚，但其研究范圍和研究內容較多樣化，研究精度和深度比較高，在產(chǎn)量圖和目標投入話的測定和保護定耕作的方面，法國的農業(yè)機械技術較為先進，尤其在電子方面的利用和GPS＼GIS的系統(tǒng)變量作業(yè)，如法國“女騎士”肥料撒播變量控制系統(tǒng)已大量應用于各種類型的離心式肥料施肥機上。
德國的農業(yè)科學家做出了許多關鍵研究，例如農業(yè)生產(chǎn)技術的提高、經(jīng)營方式的改善，肥料和農藥方面的合理利用和效率提高。如POTSDAM．BENNIM農業(yè)技術研究所在1993年首次提出GPS定位來解決土壤耕作的多樣性和復雜性等問題，因地制宜的合力規(guī)劃，以處理不同質地和不容區(qū)域的作物投入方式。日本京都大學和日本農業(yè)機械研究所對對于變量施肥技術在小型地塊的應用處于獨特地位，其中的作物目標投入衛(wèi)星導航圖和測產(chǎn)量云圖都具有獨立創(chuàng)新性。其優(yōu)點是排肥機構具有較強的獨立系統(tǒng)，動力源自電機驅動，并可調節(jié)轉速控制肥量，牽引動力拖拉機有GPS衛(wèi)星定位，排肥裝置由風機輸送，運用氣流式運動到各個輸肥，使肥料顆粒均勻散落至土壤表層，電機單體固定在牽引拖拉機附近，且轉速由附載計算機控制，其計算機為主要導航識別機構和變量控制機構，有效提高了施肥準確度和施肥精確度。
2.2.2 我國施肥機的研究現(xiàn)狀
19世紀氮肥從日本輸入到我國的臺灣，從此我國就進入了施肥的農業(yè)新時代。在1970年和1981年開展的兩次大規(guī)模的化肥肥效實驗，總結出了測土配方技術服務模式，初步建立了全國測土配方施肥技術體系。雖然化肥給我國的糧食生產(chǎn)帶來了特別大的效益但是隨著我國的化肥用量的增加，施肥方法又成為了我國的焦點問題，傳統(tǒng)的施肥方法大量使用人力，人的工作不但不能完美的做好施肥和追肥工作，而且造成了肥料的大量浪費，人的土壤表面施肥造成了大量的肥料不能被農作物所吸收這樣就降低了施肥效益，要是想提高化肥的吸收效率就必須提高施用濃度，這樣也造成化肥的大量浪費，所以怎么樣才能提高化肥的施用效率，什么樣的機器才能解放人類的雙手，這又成為一個全國性的農業(yè)機械裝備焦點問題。
2bj-2式精密播種施肥機的辛莉等人提出，通過施肥駕駛盤旋轉，手指尾桿接觸，換檔桿帶動肥料排放閥的導管被打開和關閉的排肥口和孔施肥。精密播種機調整方便孔施肥，肥料的驅動不同的撥號指標置換，可以適應多種作物栽培要求，通過改變肥料覆蓋點的范圍，來調整與手指接觸的杠桿位置。
周舟等人開發(fā)了一套施肥量可調、精準施肥機可以在不同的溫室中自由移動，主要由機架，施肥控制系統(tǒng)，混合泵和管道系統(tǒng)等，可實現(xiàn)滴灌施肥和葉面噴施兩種施肥方法，使用少量的肥料為了保證施肥效率。通過試驗和田間實踐表明，機構簡單可行，靈敏度高，可以從很大程度上提高肥料利用率。
李寧等人開發(fā)的煙草挖外槽輪式施肥機施肥機加裝凸輪下方，由外槽輪式排肥箱肥料的施肥均勻地排入凸輪入土口，挖掘輪順時針驅動鏈輪，并帶動凸輪，凸輪驅動搖臂，搖臂克服復位彈簧的張力致順時針擺動，施肥閥向下移動，肥粒落入孔管，從而施肥作業(yè)。
隨著我國農業(yè)的不斷發(fā)展，農業(yè)機械的發(fā)展取得的可喜的成績，1993年元月，為滿足地區(qū)及全國對適用中耕施肥機的急迫需求，農墾科學院農機研究所綜合國內外各類中耕施肥機的優(yōu)點，結合地區(qū)的具體情況，用9個月的時間成功研制3ZF-6（8）中耕施肥機。近幾年我國成功研制出3ZF-150型多功能中耕施肥機，在三年多近兩萬畝的較大規(guī)模實地試驗生產(chǎn)考核后，取得了良好地效果，受到了農民地歡迎和認可。這兩種中耕施肥機械運用于種植業(yè)效果比較突出，對于果樹種植模式還不適應，果樹地中耕施肥機械還有待研究。
上海首先邁出了這一步，20世紀80年代上海在計算機指導下的測土施肥機俱進研究，并且在生產(chǎn)上取得了良好的效果。90年代后開始對精準農業(yè)大量投資，國內在引進消化吸收國外的研究成果的基礎上研究探討適合我們中國國情的施肥機器，并且很快取得成效在實踐上展開了應用，就目前來說我國的精準農業(yè)機械主要使用的是GPS定位土壤取樣化驗、利用地理信息系統(tǒng)產(chǎn)生各種信息，從而反饋到控制系統(tǒng)調節(jié)施肥量和種類，最有代表性的要說利用GPS進行直線作業(yè)導航自動控制的黑龍江墾區(qū)大西江農場的約翰迪爾變量施肥播種機，此施肥播種機也能代表我國的先進水平上海的某所大學也研制出了我國第一臺適合南方地區(qū)農業(yè)技術和耕作環(huán)境特點的基于GPS/GIS/GPRS的智能變量施肥、播種、旋耕復合機。突破了國際上變量施肥機依賴處方的瓶頸，實現(xiàn)了智能變量、人工自動適應變量的多模式下的變量施肥作業(yè)。
吉林某大學也研制出來了2SF-2型變量深施肥機，并且完成了手動和自動控制兩種操作方式的實驗，結果表明，此施肥機能夠完成他的設計目標實現(xiàn)精準作業(yè)，應用最廣泛的還是數(shù)北京農林科學院農業(yè)信息化工程技術研究中心研制的2F-VRT1變量施肥機、1GG-VRT1旋耕變量施肥機，該設備主要根據(jù)用戶設置施肥量或上位控制計算機處方施肥量，實時GPS位置信號及作業(yè)行走速度信號，該機也支持手動和自動兩種操作方式，目前該機的應用也已經(jīng)開始推廣了，主要推廣地還是在北京、建設兵團。上海等等。我國的農機具的研究相對于國外發(fā)達國家來說起步比較晚，目前還和發(fā)達國家有很大的差距，這些差距體現(xiàn)在我國的田間作業(yè)圖層與農具的借口軟件信息技術不過硬，缺乏統(tǒng)一的農業(yè)信息標準和資源共享機制，農機作業(yè)現(xiàn)在還沒有實現(xiàn)國產(chǎn)化，機械制造成本高農民難以接受、所以推廣起來有非常大的難度。所以我國應該開展適合我國國情的精確施肥研究和實踐。從我國各個地區(qū)的農業(yè)現(xiàn)實出發(fā)，考慮各個地方的發(fā)展不均衡性實現(xiàn)提高我國機械化農業(yè)作業(yè)的大范圍化，而且我們應該開發(fā)一些省時、省力、省工、結構簡單、實用性好、使用壽命長的肥料施用器，為我國農民的田間耕作創(chuàng)造好的設備基礎。
2.3 本課題的研究內容
本設計的任務是對固態(tài)肥料強制施肥機設計進行結構設計，完成關鍵部件參數(shù)選型及關鍵零部件校核，包括對動力選型、工作部件結構、傳動系統(tǒng)等進行規(guī)范設計。通過該設計過程是學生總個運用所學的知識和技能，在實踐中提高分析、解決工程實際問題的能力，拓展學生的知識領域，培養(yǎng)學生學習的能力。該課題不僅需要涉及機械結構和機構，還需要涉及到自動化裝配等問題。該課題設計到設計、繪圖、控制等各方面的知識，可以培養(yǎng)學生綜合運用所學知識解決具體工程項目的能力。
2.3.1 技術要求
本設計的任務是固態(tài)肥料強制施肥機的設計，完成關鍵部件參數(shù)選型，包括對動力的選型、排肥裝置、傳動系統(tǒng)等進行規(guī)范設計。
1.主要技術參數(shù)：
①配套動力：55kw（拖拉機動力輸出）;
②工作效率：4-5畝/h；
③整機重量：≤50kg。
2.基本要求：
1）所設計的固態(tài)肥料強制施肥機應具有以下特點：
①結構設計合理，可以適應不同類型固態(tài)肥料的施肥作業(yè)；
②施肥作業(yè)時工作性能穩(wěn)定，排肥均勻，排量穩(wěn)定可調，不堵塞，整機達到主要技術參數(shù)的要求。
2）需要提交的（電子）文稿：
（1）完成3張A0圖（折合），并要求利用計算機繪圖軟件繪出裝配原理圖及各零部件圖，正稿電子文檔各一份；
（2）撰寫不少于10000字設計說明書，提交草稿、正稿、正稿電子文檔各一份。要求計算合理、數(shù)據(jù)可靠，格式按湖南農業(yè)大學學報（自然科學版）的規(guī)定；
（3）設計說明書的內容包括：①課題的目的和意義；②研究的主要內容；③整體方案的確定；④主要零、部件的選擇和設計；⑤工作過程分析與計算：⑥重要零、部件的計算與校核；⑦參考文獻；⑧致謝。
第三章 固態(tài)肥料強制施肥機整體方案的確定
3.1 施肥機的分類
目前用于中耕作物精密播種上的排肥器形式較多，主要有水平星輪式、槽輪式、轉盤刮刀式、攪龍式、擺斗式和振動式等。其中槽輪式排肥器只能排施晶體狀化肥和復合肥料，轉盤刮刀式、攪龍式水平星輪式排肥器能排施晶狀化肥、復合顆粒肥和干燥粉狀化肥；而振動式和擺斗式排肥器除了能排施上述肥料外，還能排施易潮解的粉狀化肥（如碳酸氫銨等），但含水率超過一定范圍后排肥質量變差。
（1）水平星輪式排肥器
主要工作部件為繞垂直軸轉動的水平星輪，工作時，通過傳動機構帶動排肥星輪轉動，肥箱內的肥料被星輪齒槽及星輪表面帶動，經(jīng)肥量調節(jié)活門后，輸送到橢圓形的排肥口，肥料靠自重或打肥錘的作用落入輸肥管內。常采用相鄰兩個星輪對轉以消除肥料架空和錐齒輪的軸向力。
該排肥器的肥箱底部裝有活頁式鉸鏈，箱底可以打開，便于消除殘存的化肥；星輪的拆卸也很方便：排肥量的調節(jié)可以通過調節(jié)手柄改變排肥活門的開度來實觀。該排肥器適合排晶狀化肥和復合顆粒肥，還可以排施干燥粉狀化肥。排施含水量高的粉狀化肥時，排肥星輪被化肥粘結，易發(fā)生架空和堵塞。主要用于谷物條播機上。
圖3-1 星輪式排肥器
1活門軸 2 擋肥板 3 排肥活門 4 導肥板 5 星輪
6 大錐齒輪 7 活動箱底 8箱底排鉤 9 小錐齒輪 10 排肥軸
11 軸銷 12 輸鏈軸 13 鉸鏈軸 14彈簧 15 排肥器支座
（2）外槽輪式排肥器
其主要工作部件槽輪工作過程類似于外槽輪式排種器，還可以把它換成釘齒輪，其工作原理相同。釘輪式排肥器用于排施流動性較好的顆粒化肥時，排肥穩(wěn)定性與均勻性都較好；其特點是結構較簡單，適用于排流動性好的松散化肥和復合粒肥。排粉狀及潮濕的化肥時，易出現(xiàn)架空和斷條等現(xiàn)象，且槽輪易被肥料粘附而堵塞，失去排肥能力。
圖3-2 外槽輪式排肥器
1 肥料箱 2 活門插板 3 槽輪 4 導肥管 5 凹形底板
（3）螺旋式排肥器
工作時螺旋回轉，將肥料推入排肥管。排肥螺旋葉片有普通形、中空形和鋼絲彈簧形三種。葉片式施肥量大，但對肥料壓實作用亦大，只適于排施粒狀及干燥的粉狀化肥，對吸水性強、松散性差的化肥，肥料易架空、葉片易粘結化肥而無法工作。中空葉片對肥料壓實作用較小、施肥量較葉片式均勻，其它特點與葉片式相同。鋼絲彈簧式不易被肥料粘附，排施潮濕肥料的能力較前兩種強，但對吸水性很強而松散性較差的化肥如碳銨、粉狀過磷酸鈣、磷礦粉等的適應性仍然較差。在排肥量小時，螺旋式排肥器的排肥均勻性都比較差。對于大批量的排肥量時，效率高并且鋼絲彈簧式不易被肥料粘附，排施潮濕肥料的能力強。
圖3-3 螺旋式排肥器
1 插板 2 箱底 3 排肥管 4 排肥螺旋 5 排肥軸 6 鏈輪7 隔板 8 肥箱
（4）水平刮板式排肥器
此排肥器是為我國解決碳酸氫銨排施問題而研制的一種排肥器。它的基本特征是由在水平面旋轉的曲面刮板或彈擊別板將化肥排出。其優(yōu)點是能可靠地排碳酸氫銨等流動性差的化肥，排肥穩(wěn)定性較好；缺點是排肥阻力較大和不適于流動件好的顆粒狀化肥。
圖3-4 水平刮板是排肥器
1 肥料箱 2 導肥錐體 3 攪拌器 4 排肥刮板 5 彈擊器 6 排肥量調節(jié)盤
7 清潔桿 8 清肥桿傳動齒輪 9 排肥口 10 排肥口調節(jié)插板 11 導肥管
（5）攪—撥輪式排肥器
攪刀—波輪式排肥器是一種通用性排肥器。它的肥箱內裝有攪肥刀，在排肥口下方裝有撥肥輪。其突出特點是能有效地消除肥料的“架空”，可靠地排施含水量很大的碳酸氫銨。當肥料吸濕后別的排肥器無法排出時，這種排肥器能有效地工作。這種排肥器結構簡單，排肥工藝過程簡單，供排關系協(xié)調、通暢。排肥穩(wěn)定性勺均勻性良好，并可通用于排施顆粒狀化肥，還可用于播種玉米、大豆與機械脫絨棉籽。缺點是清肥不便，工作阻力大，作為雙行或單行追肥機比較合適，不適合在多行谷物條播機上做做排肥部件。
圖3-5 攪刀-撥輪式排肥器
1 肥箱 2 密封膠墊 3 撥肥輪 4 活門
5 排肥門 6 攪刀 7 攪刀筒 8 喂肥葉片
（6）振動式排肥器
由肥箱、振動板、振動凸輪等組成。工作時，凸輪使振動板不斷振動，使化肥在肥箱內循環(huán)運動，可消除肥箱內化肥的“架空”。并使之沿振動板斜面下滑，經(jīng)排肥口排出。排肥量大小用調節(jié)板調節(jié)，對流動性較好的化肥，可更換調節(jié)板。由于振動關系，肥料排量受肥箱內肥料多少、肥料密度、粘結力等的影響較大，排肥量的穩(wěn)定性和均勻性較差?，F(xiàn)用的振動式排肥器上，振動板傾角為600、振幅18mm、頻率250次／分。
圖3-6 振動式排肥器
1 肥箱 2 鉸鏈 3 振動板 4 肥量調節(jié)板
5 振動輪 6 排肥螺旋 7 導肥管8 排肥孔
3.5 施肥機總體方案的設計
為確保整個設計過程井然有序的進行，本課題將按照以下設計方法一步一步的進行展開：通過市場調查和網(wǎng)絡調查，進行資料收集，了解目前播肥中國內外的現(xiàn)狀，并運用缺點分析法分析現(xiàn)有產(chǎn)品的缺點和不足，以便在以后的設計中盡量避免。 篩選出其中的較優(yōu)方案，并對較優(yōu)方案做進一步的細節(jié)完善和修改，繪制出最終效果圖。運用形態(tài)分析法和綜合分析法對草圖進行篩選，得出最終可行方案對其最終結果進行修改和完善。
本次設計采用的是螺旋式播肥器，工作時螺旋回轉，將肥料推入排肥管。排肥螺旋葉片有普通形、中空形和鋼絲彈簧形三種。葉片式施肥量大，但對肥料壓實作用亦大，只適于排施粒狀及干燥的粉狀化肥，對吸水性強、松散性差的化肥，肥料易架空、葉片易粘結化肥而無法工作。中空葉片對肥料壓實作用較小、施肥量較葉片式均勻，其它特點與葉片式相同。鋼絲彈簧式不易被肥料粘附，排施潮濕肥料的能力較前兩種強，但對吸水性很強而松散性較差的化肥如碳銨、粉狀過磷酸鈣、磷礦粉等的適應性仍然較差。在排肥量小時，螺旋式排肥器的排肥均勻性都比較差。對于大批量的排肥量時，效率高并且鋼絲彈簧式不易被肥料粘附，排施潮濕肥料的能力強。如圖3所示：
圖3：固態(tài)肥料強制施肥機方案
第四章 固態(tài)肥料強制施肥機關鍵零部件的設計
4.1驅動電動機的選擇
4.1.1 功率的計算
固態(tài)肥料強制施肥機在滿足工作要求和性能的情況下，優(yōu)先選擇鏈傳動，可以降低成本，節(jié)約能源。根據(jù)技術要求，施肥機選用四級單相電動機，同步轉速為1500r/min,可滿足使用方便，操作簡單的要求。
首先計算工作機所需輸入功率Pw：
式中，F(xiàn)——播肥阻力，，取最大值F=75N；
揉搓阻力系數(shù)，f=0.5;
n——速度（r/min），n=200-220，此處取220r/min;
——半徑，取0.55m。
傳動裝置總效率：
式中，——傳動效率，由參考文獻[1]P94頁表10-2，；
——軸承傳動效率，由參考文獻[1]P94頁表10-2，。
則所需電動機輸出功率：
4.1.2 電動機的選擇
（1）電動機功率的選擇。選擇電動機包括選擇電動機的類型、結構、功率、轉速和型號。在工業(yè)上一般采用三相交流電動機，Y系列三相交流異步電動機由于具有結構簡單、價格低廉、維護方便等特點，故一般應優(yōu)先考慮。當轉動慣量和啟動力矩較小時，可選用Y系列三相交流異步電動機，在經(jīng)常啟動、制動和反轉、間歇或短時工作的場合，要求電動機的轉動慣量小和過載能力大，應選用YZ和YZR系列三相交流異步電動機，電動機的結構有開啟式、防護式、封閉式、防爆式[22]。在此可選用封閉式的電動機。所以選用Y系列全封閉式籠型三相異步電動機。選擇原則：功率選的過小，不能保證工作機的正常工作或使電動機長期過載而過早損壞；功率選的過大，則電動機價格高，且常不在滿載下運行，功率因素很低，造成浪費。對于長期連續(xù)工作負荷較穩(wěn)定的負載機械，可根據(jù)電動機所需要的功率來選擇，選擇時應使電動機的額定功率PN稍大于電動機的所需功率。選電動機的額定功率為2.2kw。結合電動機選同步轉速1500r/min，易知應選電機型號為Y100L1-4。其參數(shù)為額定功率2.2KW，同步轉速1500r/min，滿載轉速1340r/min。
（2）確定電動機的轉速。同一功率的異步電動機的同步轉速有3000r/min、1500 r/min、1000 r/min和750 r/min四種。一般來說，電動機的同步轉速高，磁極對數(shù)少，輪廓尺寸小、價格低；反之，轉速愈低，外輪廓尺寸愈大，價格愈高。由于工作機毛刷滾筒的轉速很低，所以不易選用高速電動機，一般應選擇同步轉速為1500或1000 r/min 的電動機。
（3）電動機的型號的確定。根據(jù)所要求的的轉速和功率選擇Y系列三相異步電動機，由機械設計課程設計手冊查得可選用電動機Y100L1-4，功率2.2kw，轉速1500r/min。因為工作環(huán)境，如果不加防護，水有可能進入電動機中導致電機短路而燒壞，于是在設計中選擇電機的防護等級為IP44，選取的電機型號為Y100L1-4。
4.2 鏈傳動的設計與計算
牽引力的計算張力計算
牽引力的計算張力
式中：——牽引鏈的計算張力。
而，
所以代入式(3-16)得：
則每一根鏈條上的計算張力為：
故試取的鏈條合適。
最大驅動力計算
最大驅動力
式中：——最大張緊力；
——選用的電動機額定功率；
——電動機的起動力矩和額定力矩的比例系數(shù)，可從所選電動機樣本中查到。
各參數(shù)值為：N=3KW，，，V=0.2m/s，。
故代入式(3-17)得：
鏈條的最大承載能力為：
此時的安全系數(shù)為 符合要求
制動力矩的計算
式中：——制動力矩；
——輸送線路中，運行阻力可能減少的系數(shù)，一般??；
——物料提升的高度總和；
——驅動鏈輪的圓周力；
——驅動鏈輪的分度圓直徑；
——驅動機構的效率，取。
各參數(shù)值為：；；（因為Z=6，）；；
則代入式得：
(負號表示力矩方向)
張緊力的計算
式中：——張緊力；
——張緊鏈輪上牽引鏈饒入點的張力；
——張緊鏈輪上牽引力饒出點的張力；
——張緊裝置的滑快移動阻力,而。
式中：——阻力系數(shù)，由于裝置在滑軌上，由此??；
——包括軸和鏈輪在內的張緊裝置的重量。
故
代入式得：
齒槽中心分離量：（用于機加工齒）
齒溝圓角半徑：
壓力角（作用角）： 取
齒溝角：
取
齒廓工作段：
4.3排肥裝置的設計
根據(jù)固態(tài)肥料的特點，為了保證定量穩(wěn)定不堵塞的輸送肥料，排肥裝置采用螺旋輸送，設計一個等螺距、等直徑、螺旋面升角為口的單頭絞龍。絞龍旋轉時對有機肥進行剪切攪拌，同時上絞龍向下輸肥，防止肥料擁堵和架空。出肥口設計在箱體后部，實現(xiàn)施肥。
螺旋輸送結構的原理是：當螺旋軸轉動時，由于物料的重力及其與槽體壁所產(chǎn)生的摩擦力，使物料只能在葉片的推送下沿著輸送機的槽底向前移動，其情況好像不能旋轉的螺母沿著旋轉的螺桿作平移運動一樣。物料在中間軸承的運移，則是依靠后面前進著的物料的推力。所以，物料在輸送機中的運送，完全是一種滑移運動。為了使螺旋軸處于較為有利的受拉狀態(tài)，一般都將驅動裝置和卸料口安放在輸送機的同一端，而把進料口盡量放在另一端的尾部附近。 旋轉的螺旋葉片將物料推移而進行輸送，使物料不與螺旋輸送機葉片一起旋轉的力是物料自身重量和螺旋輸送機機殼對物料的摩擦阻力。
4.3.1材料選擇
螺旋軸的材料根據(jù)使用場合不同，可采用碳素鋼、合金鋼、不銹鋼、灰鑄鐵、青銅、高分子聚合物等材質制造。對各種材料的性能、價格等因素對比，采用碳素結構鋼Q235的空心軸制成，既能滿足強度、剛度等性能要求，還可以降低制造成本，減少螺旋軸的自重，所以螺旋軸采用Q235，螺旋葉片采用碳素結構鋼Q235制造，既能滿足絞龍的性能要求，制造成本經(jīng)濟合理。
4.3.2螺旋直徑的確定
計算得出D=17mm，查標準D取20mm。
4.3.4螺距確定
螺距不僅決定著螺旋升角，還決定在一定填充系數(shù)下物料運行的滑移面，所以螺距的大小直接影響著物料輸送過程。輸肥量Q和直徑D一定時，螺距改變，物料運動的滑移面隨著改變，這將導致物料運動速度分布的變化。確定最合理的螺距，應滿足螺旋面與物料的摩擦關系以及速度各分量間的適當分布關系兩個條件。通常依據(jù)經(jīng)驗公式S=k。D，k，為螺距與絞龍直徑之比，一般取k=4。當D=20mm時，S=8mm。
4.4 聯(lián)軸器的設計校核
本次設計的聯(lián)軸器如圖4.3所示：
圖4-2：聯(lián)軸器零件圖
聯(lián)軸器長度為150mm
；
許用應力 用插入法查得：
許用應力值
應力校正系數(shù)
當量彎矩
設計的最小直徑
聯(lián)軸器直徑
； 驗算合格。
4.5 聯(lián)軸器的設計及強度校核
4.5.1 聯(lián)軸器強度計算
式中：——聯(lián)軸器的均布載荷；
——力；
——寬度。
式中： ——均布載荷；
——反力；
——長度
式中： ——前后均布載荷
式中： ——平面上附加的均布力矩
按扭轉條件計算Ⅰ－Ⅰ截面的強度
因此Ⅰ－Ⅰ截面安全。
按彎扭合成條件計算Ⅳ－Ⅳ截面
因此截面安全。
4.5.2 聯(lián)軸器的疲勞強度校核
Ⅰ截面直徑最小，且有應力集中；Ⅱ截面為連接處，由于直徑發(fā)生實然變化，產(chǎn)生明顯的應力集中；由于直徑最大且無應力集中，故不必對其他地方處進行校核，而只需對Ⅰ、Ⅱ截面進行校核。
截面Ⅰ右側
因為Ⅰ截面受扭矩作用，所以
由于變化形成的理論應力集中系數(shù)由表查取。因，，經(jīng)插值后可查得
軸的材料的敏性系數(shù)為
有效應力集中系數(shù)為
尺寸系數(shù)
表面質量系數(shù)為
處未經(jīng)表面強化處理，即，則得綜合系數(shù)值為
取
計算安全系數(shù)
可知其安全。
截面Ⅱ左側
彎曲應力
所以 ，
扭轉應力
所以
由于軸徑變化形成的理論應力集中系數(shù)因，，經(jīng)插值后可查得
，
軸的材料的敏性系數(shù)為
，
有效應力集中系數(shù)為
尺寸系數(shù)
尺寸系數(shù)
表面質量系數(shù)為
此處未經(jīng)表面強化處理，即，則得綜合系數(shù)值為
取 ，
計算系數(shù)值
故安全。
4.5.3 聯(lián)軸器的接觸應力校核
最大壓應力
式中：——均布載荷；
——接觸區(qū)寬度的一半。
式中：——模數(shù)；
——半徑；
——半徑。
所以
4.6 軸承的選擇和潤滑及其壽命計算
軸承的選擇要考慮一下幾個因素：
（1）載荷的方向、大小和性質
向心軸承主要承受徑向載荷，推力軸承主要承受軸向載荷。當滾動軸承同時承受徑向和軸向載荷時，可選用角接觸球軸承、圓錐滾子軸承；當軸向載荷較小時可選用深溝球軸承。角接觸球軸承和圓錐滾子軸承需成對安裝使用，一般滾子軸承比球軸承的承載能力大，且承受沖擊載荷的能力強。載荷的方向同時來自軸向和徑向兩個方向，而且軸向載荷與徑向載荷相比徑向載荷要遠遠大于軸向載荷。
（2）轉速
一般軸承的工作轉速應低于極限轉速。深溝球軸承、角接觸軸承和圓柱滾子軸承的極限轉速較高，適用于高速運轉場合。推力軸承的極限轉速較低。
（3）支撐限位要求
固定支承限制兩個方向的軸向位移，可選用能承受雙向軸向載荷的軸承；單向限位支承可選用能承受單方向軸向載荷的軸承；游動支承軸向不限位，可選用內、外圈不可分離的向心支承。
（4）調心性能
當兩個軸承座孔同軸度不能保證或軸的撓度較大時，應選用調心性能好的調心球軸承和調心滾子軸承。
（5）剛度要求
一般滾子軸承的剛度大，球軸承的的剛度小。角接觸球軸承、圓錐滾子軸承采用預緊方法可以提高支承的剛度。軸的徑向負荷較大，有來自滾筒、原料和水的壓力共同作用，對軸承的剛度要求較高，并要能承受一定沖擊力，圓錐滾子軸承采用預緊方法可以提高支承的剛度。根據(jù)計算出的軸的尺寸，可從《機械傳動裝置設計手冊》的圓錐滾子軸承尺寸與性能參數(shù)表中選擇。所以，選擇6206型號軸承。
對于選用的軸承需要進行可靠度和疲勞壽命的校核。
根據(jù)《機械設計》可知，先計算當量動載荷，載荷分為軸向和徑向，但此軸為水平放置，軸向力可以忽略不計，所以只受徑向力。
當量動載荷的公式：
式中：
—當量動載荷，N
—徑向載荷，N；
—軸向載荷，N；
X、Y—徑向動載荷系數(shù)和軸向動載荷系數(shù)。
所以根據(jù)《機械設計》中表18.7可得本設計的當量動載荷的X和Y分別為1和0。將數(shù)據(jù)代入得，
所以圓錐滾子軸承的基本額定壽命計算根據(jù)公式[21]：
式中：
—當量動載荷，N；
—基本額定壽命，常以106r為單位；
ε—壽命指數(shù)，球軸承，滾子軸承。
若軸承的工作轉速為 r/min，可求出以小時為單位的基本額定壽命公式：
代入數(shù)據(jù)得，
=
應取。為軸承的預期使用壽命。
由于本設備使用于毛刷與水混合時的清洗過程，而且毛刷滾筒要連續(xù)工作不可能手工潤滑雖然轉速很低但長時間工作也會使內部溫度升高，所以要選擇耐水和耐熱的油脂潤滑。查《機械設計課程設計手冊》表7—2知，可選用的性能比較好的通用鋰基潤滑脂（GB/T 7324—1994）。由于工作機的轉速低，所以溫度在100°C以下，所以根據(jù)《機械傳動裝置設計手冊》表30—2得，軸承座的密封可采用墊密封的材料為天然橡膠的橡膠墊片。
第五章 結 論
通過這次固態(tài)肥料強制施肥機的設計，我認識到了單純的理論知識學習和實際設計之間的差距。
通過這次畢業(yè)設計既鍛煉了我的綜合運用所學的專業(yè)基礎知識，解決實際應用問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設計手冊、設計 規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力的水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富，并且使我的毅力，意志力以及耐力都得到了不同程度的提高。這些都是我希望得到的 也是畢業(yè)設計的目的所在。雖然畢業(yè)設計內容繁多，過程繁瑣，但我的收獲也是非常的多。各種設計方案的適用條件，各種零部件的選用標準，我都是隨著設計的不斷深入而不斷熟悉并學會應用的。從畢業(yè)設計中學來的這些寶貴的知識和經(jīng)驗，必然會讓我在未來的工作學習中表現(xiàn)出更高的應變能力，更強的溝通力和理解力。
本次設計參考了許多資料，吸取了其優(yōu)點，并在考慮我國實際的基礎上完成了固態(tài)肥料強制施肥機的設計，表達了自己的設計思想，完成了設計任務。但是由于缺乏生產(chǎn)和設計經(jīng)驗，問題一定很多，這些都需要老師改正，使之更合乎生產(chǎn)實際。
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