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塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 果園挖穴施肥機(jī)的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 艾合塔爾江 艾爾肯 學(xué) 號(hào) 8031212234 所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院 專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機(jī)械化與其自動(dòng)化 班 級(jí) 16 2 指導(dǎo)老師 賀小偉 日 期 2016 05 塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院制 16 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 前 言 我國(guó)是生產(chǎn)水果的大國(guó) 無(wú)論是在面積上還是在水果產(chǎn)品的產(chǎn)量上都是位居世界第一 的 但是由于果園管理和種植技術(shù)的落后使得水果產(chǎn)品的品質(zhì)下降 所以果園施肥技術(shù)和 方式就成了提高水果產(chǎn)品的品質(zhì)的一大因素 雖然果園施肥方式呈現(xiàn)多樣化的趨勢(shì) 但是 果園機(jī)械化施肥卻處于一種比較低下的水平 甚至在一些地方還采用著人工施肥的方式 這樣使得施肥工作繁重 效率低下 而肥料的腐蝕性對(duì)人體造成著傷害等 消耗著大量人 力物力卻無(wú)法達(dá)到提高水果產(chǎn)量和品質(zhì)的提升 所以機(jī)械化施肥和肥料的利用率成了設(shè)計(jì) 的重點(diǎn) 就此果園定量挖坑施肥機(jī)可以解決 機(jī)械化施肥和提高肥料利用率的難題 關(guān)鍵詞 果園 挖穴 施肥機(jī) 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 目 錄 1 緒論 3 1 1 課題研究的意義 3 1 2 國(guó)內(nèi)外定量挖坑施肥機(jī)發(fā)展?fàn)顩r 3 1 3 國(guó)內(nèi)外果園挖坑定量施肥機(jī)存在的問(wèn)題 4 1 4 研究的內(nèi)容和方法 4 1 5 預(yù)期目標(biāo) 4 1 6 重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問(wèn)題及解決思路 5 1 7 工作條件及解決方法 5 2 果園挖穴施肥機(jī)的總體設(shè)計(jì) 5 2 1 果園挖穴施肥機(jī)方案的選擇 5 2 2 果園挖穴施肥機(jī)的結(jié)構(gòu) 7 2 3 果園挖穴施肥機(jī)的原理 8 3 施肥機(jī)主要部件的設(shè)計(jì) 8 3 1 土壤收集器的設(shè)計(jì) 8 3 2 螺旋鉆頭的設(shè)計(jì) 9 4 機(jī)械傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì) 10 4 1 機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu) 10 4 2 傳動(dòng)比以及傳動(dòng)轉(zhuǎn)速的計(jì)算 11 5 挖穴施肥機(jī)的施肥箱設(shè)計(jì) 12 5 1 施肥箱 12 5 2 排肥輪的設(shè)計(jì)與排肥量的計(jì)算 12 6 果園挖穴施肥機(jī)接近開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì) 13 6 1 接近開(kāi)關(guān)的選擇 13 6 2 電容式接近開(kāi)關(guān)與其定量施肥的原理 15 7 軸的校核 16 7 1 主動(dòng)軸的校核 16 總 結(jié) 18 致 謝 19 參考文獻(xiàn) 20 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 緒論 1 1 課題研究的意義 機(jī)械化施肥是提高水果產(chǎn)品的品質(zhì)和產(chǎn)量的一種有效方式 但是由于我國(guó)在研究機(jī)械 化施肥技術(shù)萬(wàn)面的起步晚對(duì)應(yīng)的研究技術(shù)不成熟 在果園施肥方面采用的最多的還是人工 施肥 但因其效率低勞動(dòng)強(qiáng)度大人工成本高等原因已經(jīng)影響到了我國(guó)果林行業(yè)的發(fā)展 人 們對(duì)于機(jī)械化施肥的需求越來(lái)越強(qiáng)烈 在這種情況下我國(guó)借鑒國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)以及 結(jié)合本土實(shí)際情況研究出了符合我國(guó)果林行情的各種施肥機(jī)械 但是我國(guó)國(guó)內(nèi)缺少著機(jī)械化施肥機(jī)械使得很多地區(qū)都無(wú)法實(shí)現(xiàn)機(jī)械化施肥 而機(jī)械化 的顯著優(yōu)點(diǎn)就是對(duì)比人工作業(yè)具有更高的效率 在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)快速發(fā)展的前提下我國(guó)對(duì)于施 肥的機(jī)械化需求度越來(lái)越高而相對(duì)應(yīng)的施肥機(jī)械卻有待開(kāi)發(fā) 特別是針對(duì)挖坑機(jī)的研究挖 挖坑機(jī)的作用是開(kāi)挖施肥坑洞 我國(guó)在果園施肥主要是先使用挖坑機(jī)進(jìn)行開(kāi)挖坑洞然后再 人工進(jìn)行施肥及土壤回填 我國(guó)針對(duì)挖坑機(jī)的研究開(kāi)發(fā)晚于國(guó)外 現(xiàn)在我國(guó)使用的挖坑機(jī) 雖都能針對(duì)不同環(huán)境進(jìn)行挖坑 可是功能單一挖坑之后就閑置無(wú)法滿足機(jī)械化施肥作業(yè)的 需求 雖然現(xiàn)在國(guó)內(nèi)對(duì)于果園機(jī)械化方面的扶持力度不斷增加 但我國(guó)在果園機(jī)械化施肥技 術(shù)及機(jī)械上還存在許多問(wèn)題 特別是近幾年國(guó)內(nèi)果園種植的面積不斷增大如何因地制宜的 選擇施肥肥料 施肥量 施肥間隔都是我國(guó)需要深入研究的問(wèn)題 而針對(duì)施肥機(jī)械的研究 應(yīng)該從挖溝 精量施肥 覆土 壓埋的多功能一體化的機(jī)械施肥機(jī)開(kāi)發(fā)為主 所以設(shè)計(jì)此 類的施肥機(jī)械成為了不可避免的選擇 1 2 國(guó)內(nèi)外定量挖坑施肥機(jī)發(fā)展?fàn)顩r 1 2 1 國(guó)外定量挖坑施肥機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 國(guó)外很早就開(kāi)始了對(duì)于定量施肥機(jī)等精確農(nóng)業(yè)技術(shù)的研究和發(fā)展 早在 80 年代末美國(guó) 的土壤研究專家們就已經(jīng)提出了精確農(nóng)業(yè)這個(gè)概念 一直到現(xiàn)在精確農(nóng)業(yè)在全世界廣泛發(fā) 展 精確農(nóng)業(yè)追求的就是在追求農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益提高的同時(shí)減少農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的污染 而日 本在于定量施肥機(jī)械等精確農(nóng)業(yè)的進(jìn)展也是相當(dāng)快的 而其生產(chǎn)的自走式高性能挖坑整地 一體化施肥機(jī)采用柴油機(jī)作為動(dòng)力 行走裝置輪胎外還配備有行走腳 一般用輪胎行駛 坡地高時(shí)用行走腳行走 而英國(guó)生產(chǎn)的 05H8300 型號(hào)的掛式挖坑機(jī)械和美國(guó)的懸掛式挖坑 機(jī) 鉆頭之間可以調(diào)節(jié)距離 工作效率高 1 2 2 國(guó)內(nèi)定量挖坑施肥機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 我國(guó)對(duì)于精確農(nóng)業(yè)的思想也已經(jīng)逐步被社會(huì)所接受 并將一部分的研究成果應(yīng)用在了 實(shí)際中 就精確農(nóng)業(yè)而講目前我國(guó)比較有代表性的研究機(jī)構(gòu)有 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)精細(xì)農(nóng)業(yè)研 究中心 北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心 上海精確農(nóng)業(yè)公司 浙江大學(xué)精確農(nóng)業(yè)研究中心 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)和吉林大學(xué)精確農(nóng)業(yè)研究中心等 吉林大學(xué)馬成林 教授作為精確農(nóng)業(yè)學(xué)科帶頭人開(kāi)辟了精確農(nóng)業(yè)研究的新方向 他已經(jīng)完成了國(guó)家 九五 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 攻關(guān)項(xiàng)目 變量深施肥機(jī)的研制 和吉林省科委項(xiàng)目 精確農(nóng)業(yè)自動(dòng)變量施肥技術(shù)的研究 對(duì)如何實(shí)施精確農(nóng)業(yè)自動(dòng)變量施肥技術(shù)進(jìn)行了深入地探討 提出了分步實(shí)施 精確農(nóng)業(yè) 的設(shè)想 第一步進(jìn)行手控變量投入 第二步采用智能化機(jī)具進(jìn)行全自動(dòng)變量投入 吉林大 學(xué)為了適第一步手控變量投入技術(shù)的應(yīng)用 已完成了 手動(dòng)變量深施肥機(jī) 的研究開(kāi)發(fā) 目前正在吉林省榆樹(shù)市進(jìn)行 機(jī)械化精確施肥技術(shù)示范 已開(kāi)始第二步 精確農(nóng)業(yè) 研究 示范應(yīng)用 1 3 國(guó)內(nèi)外果園挖坑定量施肥機(jī)存在的問(wèn)題 目前 我國(guó)使用的施肥機(jī)也只能完成機(jī)械鉆孔和人工輔助施肥 施肥量不能實(shí)現(xiàn)精密控 制 而且作業(yè)成本高 生產(chǎn)率低下 勞動(dòng)強(qiáng)度高 相比之下外國(guó)的施肥機(jī)械采用了電子 液壓 計(jì)算機(jī)等新型技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)化控制來(lái)提高作業(yè)質(zhì)量 實(shí)現(xiàn)精量施肥 但是其機(jī)械成 本高 一次性投入較大 且于我國(guó)傳統(tǒng)的果園種植模式也并不匹配 不利于機(jī)具的的通過(guò) 作業(yè) 1 4 研究的內(nèi)容和方法 就針對(duì)于目前果園挖坑施肥中存在的問(wèn)題 可以從兩個(gè)方面來(lái)考慮 第一是依靠園藝 技術(shù)來(lái)改善種植模式 實(shí)現(xiàn)機(jī)具于園藝技術(shù)配套 從而保證機(jī)具順利進(jìn)行果園田間施肥作 業(yè) 但就依目前來(lái)看 調(diào)整傳統(tǒng)的果園施肥模式是很難實(shí)現(xiàn)的 第二是根據(jù)果樹(shù)生長(zhǎng)情況 及營(yíng)養(yǎng)需求 進(jìn)行挖坑定量施肥 一次性完成挖坑 施肥 覆土工作 有效的提高肥料的 利用率和工作效率 所以必須根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況 結(jié)合果樹(shù)的營(yíng)養(yǎng)需求 設(shè)計(jì)一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)挖坑 施肥 覆土一體化的果園挖坑施肥機(jī) 并且具備一定的檢測(cè)和精確施肥的能力 成為本設(shè)計(jì)重點(diǎn) 內(nèi)容 1 5 預(yù)期目標(biāo) 1 果園挖坑施肥機(jī)作業(yè)方便 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 通用性好 噪音小 使用壽命長(zhǎng) 2 施肥機(jī)施肥效率高 能實(shí)現(xiàn)精密施肥 并有一定覆土能力 3 可以在田間 果樹(shù)林上作業(yè) 人工勞動(dòng)量少 同時(shí)動(dòng)力上要消耗少 4 制造價(jià)格便宜 容易普及 能滿足果園農(nóng)戶的使用的要求 1 6 重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問(wèn)題及解決思路 該果園定量施肥機(jī)的主要?jiǎng)恿υ词怯赏侠瓩C(jī)的后動(dòng)力輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力提供的 并由齒 輪的傳動(dòng)作用傳動(dòng)給各個(gè)工作部件 實(shí)現(xiàn)挖坑 施肥 和覆土 在施肥過(guò)程中由電渦式接 近開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)施肥量的精確控制 1 選擇合適動(dòng)力傳遞方式 設(shè)計(jì)工作裝置和傳動(dòng)裝置 2 運(yùn)用Auto CAD軟件 繪制二維零件圖和裝配圖 3 利用有限元分析和Solidworks進(jìn)行虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì) 完成整機(jī)各零部件的三維建模 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 7 工作條件及解決方法 塔里木大學(xué)位于南疆中心位置 校內(nèi)有實(shí)習(xí)工廠 土槽實(shí)驗(yàn)室 農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 等 設(shè)計(jì)條件較好 為項(xiàng)目開(kāi)展提供了場(chǎng)地和基本條件 校內(nèi)擁有優(yōu)良的硬件環(huán)境 機(jī)械 電氣化工程學(xué)院擁有先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和機(jī)械加工制造設(shè)備 并且?guī)熧Y力量雄厚 完全可以 滿足果園挖穴施肥機(jī)的工作條件 2 果園挖穴施肥機(jī)的總體設(shè)計(jì) 2 1 果園挖穴施肥機(jī)方案的選擇 2 1 1 果園挖穴施肥機(jī)的幾種樣式 目前 在果園施肥工作和過(guò)程中 多數(shù)果園農(nóng)戶仍采用傳統(tǒng)的人工挖溝或挖穴撒肥的 方式 該方法的肥料利用率低 大大增加了果農(nóng)的工作強(qiáng)度 相比開(kāi)溝施肥等其他的施肥 方式來(lái)講 挖穴施肥減少了對(duì)果樹(shù)根部的傷害 有利于肥料的持續(xù)性吸收 更加節(jié)約能耗 圖片2 1中所展示的是一種小型手提式果園挖穴施肥機(jī) 此類施肥機(jī)已被多數(shù)果農(nóng)采用 得到了一定程度的推廣 這種挖穴機(jī)采用的是一汽油機(jī)作為動(dòng)力 動(dòng)力強(qiáng)勁 由單人或是 雙人手提操作 方便使用效率又高 而且可以根據(jù)果園的需要來(lái)跟換不同的鉆頭 實(shí)用 方便 但是挖穴工作結(jié)束以后要使用人力來(lái)將液體或固體肥料填埋到坑穴中 比較適合于 拖拉機(jī)無(wú)法通過(guò)的地形復(fù)雜的山地 丘陵等地區(qū) 圖2 1 手提式挖穴施肥機(jī) 圖片2 2所展示的是懸掛挖穴式施肥機(jī) 廣泛用于果樹(shù)的挖穴施肥作業(yè) 也可以用于獨(dú) 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 立的挖穴作業(yè) 其挖穴機(jī)設(shè)置在機(jī)架的后端 拖拉機(jī)設(shè)置在機(jī)架的后部 但其施肥工作需 要人工操作 所以雖然提高了施肥作業(yè)效率但是肥料利用率卻低下 圖2 2 懸掛式挖穴施肥機(jī) 圖片2 3為山東農(nóng)業(yè)大學(xué)韓大勇等人根據(jù)果樹(shù)標(biāo)準(zhǔn)化施肥技術(shù)的要求 研制設(shè)計(jì)的一 種自走式施肥機(jī) 該施肥機(jī)由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵供油 電磁閥控制馬達(dá)旋轉(zhuǎn) 帶動(dòng)鉆頭轉(zhuǎn) 動(dòng) 另外一個(gè)電磁閥控制升降液壓缸 帶動(dòng)鉆頭由上往下進(jìn)行鉆孔作業(yè) 挖出的土壤搜集 器 由單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)排肥器工作 實(shí)現(xiàn)定量施肥 圖2 3 自走式施肥機(jī) 2 1 2 果園挖穴施肥機(jī)方案的制定 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 為了實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能制定了一個(gè)方案 使用已拖拉機(jī)為輸出動(dòng)力源的挖穴施肥機(jī) 施肥機(jī)鉆頭轉(zhuǎn)速由拖拉機(jī)馬力和減速器的 減速作用來(lái)確定 并采用土壤收集器來(lái)進(jìn)行土壤的混合和施肥 為滿足定量施肥的要求 利用電容式接近開(kāi)關(guān)來(lái)檢查于土壤的距離來(lái)封閉或是開(kāi)啟施肥管來(lái)控制施肥量 2 2 果園挖穴施肥機(jī)的結(jié)構(gòu) 果園挖穴施肥機(jī)主要由 機(jī)架 施肥箱 后動(dòng)力輸出軸 齒輪箱總成 土壤收集器等 構(gòu)成 本機(jī)能在果園施肥作業(yè)中實(shí)現(xiàn)挖穴 施肥 覆土作業(yè) 大幅度減少勞動(dòng)力 提高肥 料利用率 比較使用果樹(shù)農(nóng)戶的需要 1 3點(diǎn)懸掛裝置 2 機(jī)架 3 鏈條 4 施肥箱 5 排肥輪 6 覆土裝置 7 排肥管 8 土壤收集器 9 彈簧 10 挖穴鉆頭 11 齒輪箱總成 12 主動(dòng)軸 13 從動(dòng)軸 14 后動(dòng)力輸出軸 圖2 4 果園挖穴機(jī)結(jié)構(gòu)圖 2 3 果園挖穴施肥機(jī)的原理 本果園施肥機(jī)主要有齒輪箱總成 傳動(dòng)箱總成 3點(diǎn)懸掛裝置 覆土裝置 排肥箱 土 壤收集器 機(jī)架等部分組成如圖4 工作原理如下所述 1 利用拖拉機(jī)的牙也懸掛系統(tǒng)將施肥機(jī)掛在施肥機(jī)后方 2 施肥機(jī)的動(dòng)力由拖拉機(jī)的后動(dòng)力輸出軸經(jīng)傳動(dòng)軸總成傳至于齒輪箱 3 動(dòng)力經(jīng)過(guò)齒輪箱的減速 換向 作用于豎直方向和水平方向的兩傳動(dòng)軸 帶動(dòng)排 肥裝置實(shí)施肥料添加 4 在螺旋鉆頭于土壤接近時(shí)電容式接近開(kāi)關(guān)開(kāi)始開(kāi)啟排肥管 螺旋鉆頭開(kāi)始鉆孔時(shí) 由其螺旋的提升作用 將土壤和肥料至于土壤收集器內(nèi)混合 在螺旋鉆孔結(jié)束提升過(guò)程中 肥料和土壤由土壤收集器置入鉆孔中 并在施肥機(jī)前進(jìn)是由覆土裝置覆土 來(lái)實(shí)現(xiàn)整機(jī)鉆 孔 施肥 覆土一體化要求 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 施肥機(jī)主要部件的設(shè)計(jì) 3 1 土壤收集器的設(shè)計(jì) 土壤收集器主要以外套筒 內(nèi)套筒和彈簧構(gòu)成 其外套同和內(nèi)套筒因?yàn)橐屯寥?肥 料相接觸所以采用耐磨性能比較好65Mn 剛 在螺旋鉆頭對(duì)土壤開(kāi)始進(jìn)行鉆孔工作時(shí) 土 壤收集器的內(nèi)套筒受力向上收縮 通過(guò)螺旋鉆的螺旋葉片的提升作用 將土壤提升至搜集 器內(nèi)部 隨后土壤與肥料接觸混合并在螺旋鉆提升后隨著土壤收集器向下進(jìn)入鉆孔內(nèi)部 其結(jié)構(gòu)圖如下3 1所示 圖3 1 土壤收集器結(jié)構(gòu)圖 3 2 螺旋鉆頭的設(shè)計(jì) 3 1 1 螺旋刀片的參數(shù)的選擇 刀片的選擇 選用梯形刀片比較事宜 安裝角度以小于30 比較合適 刀片的厚度 mm 8 10 刀刃的厚度 mm 0 2 0 8 刀片的材料 65 SiMnRe 鋼或65Mn 剛 刀片的硬度 HRC46 HRC60 3 1 2 螺旋鉆頭的外徑 螺旋鉆頭的外徑是根據(jù)施肥坑洞的直徑確定的 螺旋鉆頭的外徑應(yīng)略微大于施肥坑洞 的直徑 而隨著土壤類型的不同其差異也有所不同 所以其螺旋鉆的外徑可以以下面的公 式確定 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 1 0 92 0 98 0 其中 D為螺旋鉆頭的外徑 D0為施肥坑洞的直徑 取0 38m 將數(shù)據(jù)代入式子 1 得出 0 349 0 372 根據(jù)果園挖穴施肥機(jī)的工作要去 固取D 0 36m 3 1 3 螺旋鉆頭的長(zhǎng)度的確定 一般的螺旋鉆頭的長(zhǎng)度H應(yīng)不小于坑深 H0 即 該施肥機(jī)的挖穴深度 0 H0 0 30m 故取 0 30m 挖穴鉆頭的螺旋升角 有 3 2 90 1 2 其中 為土壤對(duì)于剛的摩擦角 取30 為土壤之間的摩擦角 取40 1 2 把以上的數(shù)據(jù)都代入式子 2 中 得到 得到 90 30 40 20 根據(jù)我國(guó)國(guó)內(nèi)挖穴用的螺旋鉆的實(shí)驗(yàn)要求 因此該設(shè)計(jì)中取 15 22 16 螺旋鉆頭的導(dǎo)程 有公式為 3 3 0 18 所以螺旋鉆頭的設(shè)計(jì)為 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 圖3 2 螺旋鉆頭圖 4 機(jī)械傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì) 4 1 機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu) 本挖穴施肥機(jī)根據(jù)功能要求采用了兩級(jí)齒輪傳動(dòng) 傳動(dòng)部分借助于后動(dòng)力減速器和其3 個(gè)直傘齒輪構(gòu)成 其結(jié)構(gòu)圖如圖4 1所示 圖4 1 機(jī)械傳動(dòng)部分結(jié)構(gòu)圖 其中 1為后動(dòng)力傳輸裝置 2為主動(dòng)齒輪 3從動(dòng)齒輪為其鏈輪和螺旋鉆頭提供動(dòng)力 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 輸出 根據(jù)螺旋鉆頭的傳動(dòng)需要的總傳矩 分別設(shè)計(jì)了直傘齒輪 2 3 4 其參數(shù)如下 齒輪 2 z1 20 d1 285mm 齒輪 3 z2 25 d2 367mm 齒輪 4 z3 15 d3 285mm 齒輪 1 2 4傳動(dòng) 模數(shù)m1 6 寬度b1 60 4 2 傳動(dòng)比以及傳動(dòng)轉(zhuǎn)速的計(jì)算 本施肥機(jī)采用的是以拖拉機(jī)后動(dòng)力輸出軸為傳動(dòng)提供動(dòng)力 如果采用東風(fēng) 904 農(nóng)用拖 拉機(jī)為動(dòng)力源其傳輸轉(zhuǎn)速為 540 r min 已知傳動(dòng)公式為 4 2 z1z2 D2D1 本施肥機(jī)后動(dòng)力輸出裝置是采用傳動(dòng)比 1 1 減速來(lái)輸出的動(dòng)力經(jīng)過(guò)齒輪 1 和各個(gè)齒輪 減速來(lái)改變轉(zhuǎn)速 已知齒輪 2 的齒數(shù)為 20 齒輪 3 為 25 其傳動(dòng)比為 2025 0 8 其于螺旋鉆頭的齒輪之間的傳動(dòng)比為 2515 1 6 求出其傳動(dòng)比后計(jì)算其轉(zhuǎn)速 其公式為 n1 n0 其中 n0 為東風(fēng) 904 農(nóng)用拖拉機(jī)轉(zhuǎn)速 540 r min n1 為從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)速 n1 0 8 540 432 r min 在算出螺旋鉆孔的速度 將 n0 432 代入得到 1 6 n1 1 6 432 691 r min 為后續(xù)計(jì)算排肥量方便 將大鏈輪和小鏈輪傳動(dòng)比和轉(zhuǎn)速計(jì)算出來(lái) 所以將 z1 為 27 z2 為 13 得到傳動(dòng)比為 2713 2 計(jì)算出小鏈輪轉(zhuǎn)速為 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) n1 2 432 864 r min 5 挖穴施肥機(jī)的施肥箱設(shè)計(jì) 5 1 施肥箱 施肥箱為整體式焊接結(jié)構(gòu) 采用單一的排種口 箱體采用了厚度為1mm 的鐵板 采用 等腰梯形結(jié)構(gòu) 箱體沒(méi)有死角 使肥料的殘余量少 有利于肥料進(jìn)入排肥輪中 根據(jù)施肥裝置的通用尺寸參數(shù) 并結(jié)合果園施肥機(jī)的設(shè)計(jì)要求 確定了如下尺寸 施肥箱的開(kāi)口出寬度為度a1 施肥箱下底的寬度為 b1 施肥箱高度 600mm 500mm 工作幅度 排肥箱容積為 98L h 600mm l 300mm V h a b l 2 排肥口尺寸設(shè)置為 長(zhǎng)a2 b2 100mm 50mm 5 2 排肥輪的設(shè)計(jì)與排肥量的計(jì)算 排肥輪應(yīng)便于制造和清理 并且能使化肥均勻地落到筒底的輸送管道中 為了充分利 用重力輸送化肥 排肥元件置于排肥器的下部 使排肥性能不受箱內(nèi)化肥充滿程度以及地 面斜度和沖擊力的影響 本施肥機(jī)械要求排肥量在 kg之間 因此選用外槽星輪式排肥5 90 裝置 星輪每轉(zhuǎn)排肥量q為 5 1 q aFZ h r1000 式子中 F 排肥輪每單個(gè)齒槽面積 39 25 cm2 R 5cmF R 22 0 排肥輪每個(gè)齒厚 cm 取 0 0 5 活門的開(kāi)度 cm 即活門至星輪最下端的距離 取 h h 20 肥料充滿系數(shù) 決定于肥料物理狀態(tài) 濕度和其流動(dòng)性 一般取 0 7 Z 排肥輪輪齒的槽數(shù) 取 Z 10 r 排肥單位容積質(zhì)量 取r 1500 gL 將以上所示的各個(gè)參數(shù)帶入式子 1 得星輪每轉(zhuǎn)排肥料量q為 q 8 4kg 根據(jù)已知條件 可以按照下列公式計(jì)算出施肥機(jī)每公頃排肥量Q 即 5 1 Q 15mnq1000 式子中 m為排肥器數(shù)量 取 m 1 n為排肥器轉(zhuǎn)動(dòng)速 n 864 為排肥輪損失 rmin 率 取 30 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 將各個(gè)參數(shù)代入式 2 得每公頃排肥量Q 為Q 362kg 每個(gè)鉆孔內(nèi)應(yīng)排出的化肥量q0為 q0 Qj 其中 j為每公頃果園內(nèi)的果樹(shù)株數(shù) 設(shè)取為 j 500 則q0 0 72kg 所以每株果樹(shù)的施肥量約為0 5kg 6 果園挖穴施肥機(jī)接近開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì) 6 1 接近開(kāi)關(guān)的選擇 接近開(kāi)關(guān)是一中無(wú)需要與運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行機(jī)械直接的接觸而可以操作的位置開(kāi)關(guān) 當(dāng)物 體接近開(kāi)關(guān)的感應(yīng)面到動(dòng)作距離的時(shí)候 不需要機(jī)械接觸及施加任何壓力即可使開(kāi)關(guān)動(dòng)作 從而使驅(qū)動(dòng)直流電器或給計(jì)算機(jī) plc 裝置提供控制指令 接近開(kāi)關(guān)是種開(kāi)關(guān)型傳感器 即無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān) 它既有行程開(kāi)關(guān) 微動(dòng)開(kāi)關(guān)的特性 同時(shí)具有傳感性能 且動(dòng)作可靠強(qiáng) 性能穩(wěn)定 頻率響應(yīng)快 應(yīng)用壽命長(zhǎng) 抗干擾能力強(qiáng)等 并具有防水 防震 耐腐蝕等特 點(diǎn) 產(chǎn)品有電感式 電容式 霍爾式 交 直流型 接近開(kāi)關(guān)又稱是無(wú)觸點(diǎn)式接近開(kāi)關(guān) 是理想的電子開(kāi)關(guān)量的傳感器 當(dāng)金屬檢測(cè)體接 近開(kāi)關(guān)的感應(yīng)區(qū)域時(shí)候 開(kāi)關(guān)就能無(wú)接觸 無(wú)壓力 無(wú)火花 迅速發(fā)出電氣指令 準(zhǔn)確反 應(yīng)出運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的位置和行程 即使用于一般的行程控制 其定位精度 操作頻率 使用壽 命 安裝調(diào)整的方便性和對(duì)惡劣環(huán)境的適用能力上 是一般機(jī)械式行程開(kāi)關(guān)所不能相比較 的 它廣泛地應(yīng)用于機(jī)床 冶金 化工 輕紡和印刷等行業(yè) 在自動(dòng)控制系統(tǒng)中可作為限 位 計(jì)數(shù) 定位控制和其自動(dòng)保護(hù)環(huán)節(jié)等 而接近開(kāi)關(guān)的種類和原理分別有 電容式接近開(kāi)關(guān) 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 圖6 1 為電容式接近開(kāi)關(guān) 這種開(kāi)關(guān)的測(cè)量通常是構(gòu)成電容器的一個(gè)極板 而另一個(gè)極板是開(kāi)關(guān)的外殼 這個(gè)外 殼在測(cè)量過(guò)程中通常是接地或與設(shè)備的機(jī)殼相連接 當(dāng)有物體移向接近開(kāi)關(guān)時(shí) 不論它是 否為導(dǎo)體 由于它的接近 總要使電容的介電常數(shù)發(fā)生變化 從而使電容量發(fā)生變化 使 得和測(cè)量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化 由此便可控制開(kāi)關(guān)的接通或斷開(kāi) 這種接近 開(kāi)關(guān)檢測(cè)的對(duì)象 不限于導(dǎo)體 可以絕緣的液體或粉狀物等 霍爾接近開(kāi)關(guān) 圖6 2 霍爾接近開(kāi)關(guān) 霍爾元件是一種磁敏元件 利用霍爾元件做成的開(kāi)關(guān) 叫做霍爾開(kāi)關(guān) 當(dāng)磁性物件移 近霍爾開(kāi)關(guān)時(shí) 開(kāi)關(guān)檢測(cè)面上的霍爾元件因產(chǎn)生霍爾效應(yīng)而使開(kāi)關(guān)內(nèi)部電路狀態(tài)發(fā)生變化 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 由此識(shí)別附近有磁性物體存在 進(jìn)而控制開(kāi)關(guān)的通或斷 這種接近開(kāi)關(guān)的檢測(cè)對(duì)象必須是 磁性物體 光電式接近開(kāi)關(guān) 圖6 3 光電式接近開(kāi)關(guān) 利用光電效應(yīng)做成的開(kāi)關(guān)叫光電開(kāi)關(guān) 將發(fā)光器件與光電器件按一定方向裝在同一個(gè) 檢測(cè)頭內(nèi) 當(dāng)有反光面 被檢測(cè)物體 接近時(shí) 光電器件接收到反射光后便在信號(hào)輸出 由此便可 感知 有物體接近 而本施肥機(jī)才用在接近開(kāi)關(guān)與地面的距離來(lái)控制施肥管封閉與開(kāi)啟 所以只有電容式 接近開(kāi)關(guān)比較合適于本施肥機(jī)的要求 故選擇電容式接近開(kāi)過(guò)作為感應(yīng)和開(kāi)關(guān)裝置 6 2 電容式接近開(kāi)關(guān)與其定量施肥的原理 電容式接近開(kāi)關(guān)屬于一種具有開(kāi)關(guān)量輸出的位置傳感器 它是由兩個(gè)同軸金屬電極構(gòu)成 很象 打開(kāi)的 電容器電極 該兩個(gè)電極構(gòu)成一個(gè)電容 串聯(lián)在RC振蕩的回路內(nèi) 電源接通 時(shí) RC振蕩器不振蕩 當(dāng)一個(gè)目標(biāo)朝著電容器的電極靠近時(shí) 電容器的容量增加 使振蕩 器開(kāi)始振蕩 通過(guò)后級(jí)電路的處理 將停振和振蕩兩種信號(hào)轉(zhuǎn)換成開(kāi)關(guān)信號(hào) 從而起到了 檢測(cè)有無(wú)物體存在的目的 該傳感器能檢測(cè)金屬物體 也能檢測(cè)非金屬物體 對(duì)金屬物體 可以獲得最大的動(dòng)作距離 對(duì)非金屬物體動(dòng)作距離決定于材料的介電系數(shù) 介電系數(shù)變得 越大 可獲得的動(dòng)作距離越大 大多數(shù)的電容式接近開(kāi)關(guān)都有一個(gè)多圈的螺旋電位器 用 于開(kāi)關(guān)距離的調(diào)整 其部分材料的介電常數(shù)如圖 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 圖6 4 部分材料的介電常數(shù) 本果園施肥機(jī)其在挖穴過(guò)程中利用施肥機(jī)與地面距離的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)感應(yīng)器感應(yīng)地面來(lái) 實(shí)現(xiàn) 肥料的定量施肥的 但其中重點(diǎn)在于感應(yīng)器與地面達(dá)到多少距離時(shí)施肥 本果園施 肥機(jī)螺旋鉆頭與地面開(kāi)始接觸到開(kāi)始鉆孔時(shí)施肥管開(kāi)啟使肥料進(jìn)入土壤收集器來(lái)與土壤混 合為宜 所以根據(jù)材料介電常數(shù)來(lái)確定電容式接近開(kāi)關(guān)于地面距離為15cm時(shí)施肥比較時(shí)候 于本施肥機(jī) 也合理于傳感器的感應(yīng)范圍 7 軸的校核 7 1 傳動(dòng)軸的校核 軸的校核是選擇軸和其強(qiáng)度計(jì)算的重要已經(jīng) 計(jì)算其扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度 圖7 1 主動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)視圖 選用45 調(diào)制 硬度為217 255HBS 軸的直徑約為d 36mm 轉(zhuǎn)速為n1 540 根據(jù)軸直徑公式得出其扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 1 316 0 2 3 9331 2 7 1 2 軸長(zhǎng)支反力 根據(jù)軸承支反力的作用點(diǎn)以及軸承和齒輪在軸上的安裝位置 建立力學(xué)模型 水平面的支反力 RA RB Ft 2 1606 43 N 垂直面的支反力 由于選用深溝球軸承則 Fa 0 那么 RA RB Fr 65 5 131 584 695 N 畫彎矩圖 主動(dòng)軸剖面處的彎矩 水平面的彎矩 MC RA 65 5 0 001 105 221 Nm 垂直面的彎矩 MC1 MC2 RA 65 5 0 001 38 297 Nm 合成彎矩 7 2 NmMMCC 97 12 381 05 21221 畫轉(zhuǎn)矩圖 T Ft d1 2 3212 86 70 2 0 001 112 45 Nm 畫當(dāng)量彎矩圖 因?yàn)槭菃蜗蚧剞D(zhuǎn) 轉(zhuǎn)矩為脈動(dòng)循環(huán) 0 6 可得右起第三段剖面 C 處的當(dāng)量彎矩 7 3 NmTMC34 10 222e 7 1 3 判斷危險(xiǎn)截面并驗(yàn)算強(qiáng)度 右起第三段剖面 C 處當(dāng)量彎矩最大 而其直徑與相鄰段相差不大 所以剖面 C 為危 險(xiǎn)截面 已知 MeC2 130 34Nm 由課本表 13 1 有 1 60Mpa 則 e MeC2 W MeC2 0 1 D43 130 34 1000 0 1 553 7 8 Nm 1 右起第一段 D 處雖僅受轉(zhuǎn)矩但其直徑較小 故該面也為危險(xiǎn)截面 7 4 NmTM47 65 12 0 2 e MD W MD 0 1 D13 67 47 1000 0 1 303 34 99 Nm 1 所以確定的尺寸是安全的 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 總 結(jié) 此次設(shè)計(jì)的任務(wù)是完成果園挖穴施肥機(jī)的設(shè)計(jì) 這是我們?cè)诖髮W(xué)期間所進(jìn)行的一次非 常全面的設(shè)計(jì) 為自己在大學(xué)四年所學(xué)習(xí)知識(shí)的全面總結(jié)和鞏固 使我們初步了解和掌握 做設(shè)計(jì)的基本步驟 基本方法 通過(guò)本環(huán)節(jié)把我們?cè)诖髮W(xué)期間所學(xué)課程中所獲得的理論知 識(shí)在設(shè)計(jì)實(shí)踐中加以綜合和運(yùn)用 把大學(xué)四年以來(lái)來(lái)所學(xué)的知識(shí)貫穿起來(lái) 使理論知識(shí)和 生產(chǎn)實(shí)踐密切的結(jié)合起來(lái) 為我將來(lái)的實(shí)際工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) 這是一個(gè)非常全面而系統(tǒng)的設(shè)計(jì)題目 非常鍛煉人 從方案的論證到最終的設(shè)計(jì) 涉 及的領(lǐng)域包括 機(jī)械制圖 機(jī)械原理 工程材料 機(jī)械設(shè)計(jì)等等 通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)踐 提高我 計(jì)算 制圖能力 使我們能熟練地應(yīng)用有關(guān)參考資料 計(jì)算圖表 手冊(cè) 圖集 規(guī)范 熟 悉有關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 機(jī)械方面知識(shí)得到系統(tǒng)的鞏固和提升 在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的同時(shí) 我還 學(xué)到了許多新的知識(shí) 如Solidworks CAD2008的使用和WORD POWERPOINT 等軟件的 應(yīng)用 我深刻的認(rèn)識(shí)到 要想成為一名合格的工程設(shè)計(jì)人員只是掌握本專業(yè)的知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不 夠的 應(yīng)該具有更加淵博的知識(shí) 如應(yīng)該對(duì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用 農(nóng)產(chǎn)品的特性 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展 現(xiàn)狀等各個(gè)方面能力進(jìn)行加強(qiáng) 在設(shè)計(jì)過(guò)程中也曾遇到很多的問(wèn)題 但通過(guò)查閱相關(guān)的書籍 手冊(cè)以及老師的精心指 導(dǎo) 都得到了解決 設(shè)計(jì)過(guò)程基本順利完成 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 致 謝 畢業(yè)在即 四年的大學(xué)生活已接近尾聲 經(jīng)過(guò)三個(gè)多月的不斷努力 在賀小偉老師 的悉心指導(dǎo)下 設(shè)計(jì)任務(wù)基本完成了 在撰寫論文期間 我要衷心的感謝我的指導(dǎo)老師 賀小偉 從設(shè)計(jì)的選題 實(shí)施到撰寫 修改和定稿 賀小偉均傾注了大量的心血 導(dǎo)師 的悉心指導(dǎo) 熱忱鼓勵(lì)不僅使我樹(shù)立了深遠(yuǎn)的學(xué)術(shù)目標(biāo) 掌握了基本的研究方法 還使 我明白了許多待人接物與為人處事的道理 還有 導(dǎo)師淵博的專業(yè)知識(shí) 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài) 度 精益求精的工作作風(fēng) 誨人不倦的高尚師德 嚴(yán)以律己 寬以待人的崇高風(fēng)范 樸 實(shí)無(wú)華 平易近人的人格魅力將使我終生受益 同時(shí)我還要感謝大學(xué)期間各位任課老師 在學(xué)習(xí)上給予我的指導(dǎo)和幫助 感謝他們四年來(lái)的辛勤栽培 他們的關(guān)懷和熏陶讓我在 這四年里收獲頗豐 最后 也感謝和我一起學(xué)習(xí)的同窗朋友 他們給了我無(wú)數(shù)的關(guān)心和鼓勵(lì) 也讓我的 大學(xué)生活充滿了溫暖和歡樂(lè) 感謝他們的陪伴與幫助 愿我們以后的人生都可以充實(shí) 多彩與快樂(lè) 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 參考文獻(xiàn) 1 張洪 張學(xué)軍 鄢金山 史增錄 牟國(guó)良 于蒙杰 密植果園挖穴施肥機(jī)挖穴鉆頭的設(shè)計(jì)及試驗(yàn) 研究 J 農(nóng)業(yè)科技與裝備 2013 02 39 41 2 張靜 楊宛章 果園挖穴施肥機(jī)的現(xiàn)狀分析與探討 J 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備 2013 02 69 72 3 郭偉 凌芝 何增富 一種間歇式穴施肥機(jī)構(gòu)的研制 J 農(nóng)業(yè)裝備技術(shù) 2014 01 19 21 4 連瀟 徐萬(wàn)鵬 一種果園追肥器的設(shè)計(jì) J 隴東學(xué)院學(xué)報(bào) 2014 03 29 31 5 蘇子昊 蘭峰 黎子明 謝舒 李奇 國(guó)內(nèi)外果園開(kāi)溝施肥機(jī)械現(xiàn)狀分析 J 農(nóng)業(yè)機(jī)械 2014 15 134 137 6 蘇子昊 蘭峰 黎子明 謝舒 李奇 果園定向施肥機(jī)施肥系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) J 農(nóng)業(yè)工程 2014 04 116 119 124 7 王先進(jìn) 果園機(jī)械化施肥技術(shù)應(yīng)用與探討 J 中國(guó)農(nóng)業(yè)信息 2014 17 59 8 韓大勇 果樹(shù)挖坑定量施肥機(jī)的研制 D 山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 2011 9 汪官健 趙衛(wèi)林 吳永林 郜寧 多功能果樹(shù)開(kāi)溝施肥機(jī)的研制 J 農(nóng)機(jī)化 2011 06 26 27 10 張涵 周嶺 丁羽 李平 張有強(qiáng) 孟煒 果園固態(tài)有機(jī)肥施肥機(jī)的絞龍?jiān)O(shè)計(jì) J 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué) 報(bào) 2016 01 69 72 11 韓冰 劉斐 慕軍營(yíng) 馬陽(yáng) 一種果園挖坑施肥機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) J 農(nóng)機(jī)化研究 2015 03 123 125 129 12 羅進(jìn)軍 湯智輝 何義川 孟祥金 屈年巍 紅棗開(kāi)溝施肥機(jī)的試驗(yàn)研究 J 農(nóng)業(yè)機(jī)械 2015 11 122 123 13 張俊寧 精準(zhǔn)施肥技術(shù)現(xiàn)狀及挑戰(zhàn) J 高科技與產(chǎn)業(yè)化 2015 07 64 68 14 王金武 紀(jì)文義 馮金龍 王金峰 液態(tài)施肥機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究 J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2008 06 157 159 15 李潔 吳明亮 湯遠(yuǎn)菊 龔昕 有機(jī)肥施肥機(jī)械的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) J 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 自然科學(xué)版 2013 S1 97 100