桔園小型施肥機（柑橘施肥機）【全套含CAD圖紙】
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全日制普通本科生畢業(yè)設計
桔園施肥機設計
DESIGN OF ORCHARD FERTILIZATION MACHINE
學生姓名：
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提交日期： 年05月
全日制普通本科生畢業(yè)設計
誠 信 聲 明
本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設計是本人在指導老師的指導下，進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產權爭議。除文中已經注明引用的內容外，本論文不含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。
畢業(yè)設計作者簽名：
年 05月 20日
目 錄
摘要……………………………………………………………………………1
關鍵詞…………………………………………………………………………1
1前言…………………………………………………………………………2
1.1研究現(xiàn)狀…………………………………………………………2
1.2研究意義……………………………………………………………2
1.3研究內容……………………………………………………3
2桔園施肥機的方案選擇與原理分析…………………………………………3
2.1工作原理選擇………………………………………………………………3
2.2配套動力選擇…………………………………………………………3
3主要設計及計算……………………………………………4
3.1傳動路線的確定……………………………………………………………4
3.2各級傳動比的確定…………………………………………………………4
3.3料斗的參數(shù)確定…………………………………………………5
3.4排肥器的選型………………………………………………………………5
3.5覆土器的選型………………………………………………………6
3.6行走輪的選型…………………………………………………………6
3.7行走輪的選用要求…………………………………………………6
3.8行走輪的轉速計算………………………………………………………7
3.9動力部分的設計和強度計算………………………………………………7
3.10傳動比計算和參數(shù)確定………………………………………………7
3.11鏈輪的設計和計算………………………………………………………8
3.12軸的設計和校核………………………………………………………10
3.13 標準件選擇……………………………………………………………13
3.14鍵的選擇…………………………………………………………13
3.15螺栓、螺母的選擇………………………………………………………13
3.16軸承的選擇與校核……………………………………………………………13
4總結……………………………………………………………………13
參考文獻…………………………………………………………………13
致謝…………………………………………………………………………14
桔園施肥機設計
摘 要：中國柑橘種植面積和產量目前均為世界第一；柑橘是中國南方栽培面積最大、涉及就業(yè)人口最多的果樹。我國是柑橘生產大國，柑橘資源豐富，柑橘的經濟價值較高。但是我國柑橘生產規(guī)模不一，管理分散，機械化水平低，勞動成本很高，因而經濟效益并不理想。我國南方大部分桔園分布在山區(qū)和丘陵地區(qū)，柑橘樹單一、條栽種植對機械提出了特殊要求，現(xiàn)有的田間作業(yè)機械因動力不足和自身體積較大而很難進入園中行間作業(yè)，滿足要求的桔園作業(yè)機械設備嚴重缺乏，對效率高、體積小、自重小、傳動平穩(wěn)、適應坡地工作環(huán)境的機械設備需求越來越迫切。因此，開發(fā)研制適合丘陵山區(qū)桔園的小型施肥機具有重要的現(xiàn)實意義。
關鍵詞：柑橘；桔園施肥；桔園施肥機；小型桔園施肥機；
The Design of Orchard Fertilization Machine
Abstract :Chinese citrus sown area and output ranks first in the world at present; The citrus’ cultivated area is biggest in south China , a fruit trees involve employed population most.China is a super country in the citrus fruits produces, the citrus resources is rich, and the economic value is high.But the production scale of citrus is vary, the management is distributed, the mechanized level is low, the cost of labor is very high, thus the economic efficiency is not ideal.I-South China most citrus orchard in mountain and hilly areas, citrus trees, planted on a single plant machinery put forward special requirements, the existing field machinery because of the lack of power and its large size and hard to get admission lines in operation,satisfied the request of the orange garden work mechanical device is lack seriously, so,to the efficiency high, the volume small, was self-possessed slightly, the transmission steady, the adaptation land on slopes working conditions mechanical device demand is more and more urgent. Therefore, developping the small fertilizer applicator to suit the knoll mountainous orange garden have the vital practical significance.
Key words: Citrus; Orchard fertilization; Orchard fertilization machine; small orchard fertilization machine
1 前言
1.1研究現(xiàn)狀
21世紀的前20年，是中國全面建設小康社會，加快實現(xiàn)由傳統(tǒng)農業(yè)向現(xiàn)代化農業(yè)轉變的歷史新時期。農業(yè)現(xiàn)代化重要標志之一，是用現(xiàn)代物質條件裝備農業(yè)大幅度提高農業(yè)土地產生率、勞動生產率和資源利用率，實現(xiàn)農業(yè)的機械化與信息化[1]。農業(yè)生產離不開農業(yè)裝備，農業(yè)機械化發(fā)展又在很大程度上制約著優(yōu)質、高效、安全農業(yè)又好又快的發(fā)展進程。而小型農業(yè)作業(yè)機械是大田作業(yè)機械化的一個重要補充?，F(xiàn)代農業(yè)對發(fā)展小型農業(yè)作業(yè)機械裝備和更快的采用新技術提出了迫切的需求[2]。發(fā)展小型農業(yè)作業(yè)機械，提高科學水平和振興我國小型農業(yè)作業(yè)機械裝備制造業(yè)，對加快促進我國農業(yè)綜合機械化有著重要的現(xiàn)實意義。桔園多位于山區(qū)，要求桔園施肥機適應坡地作業(yè)，又桔園呈分散分布，不容易實現(xiàn)大規(guī)模機械化，要求施肥機械操作簡單，使用方便，價格低廉。我國的柑橘產量和面積都位居世界第一，國外受供需關系影響，專業(yè)桔園施肥機械方面還是空白，國內總體程度不高，針對具體情況生產的桔園施肥機械較少，尤其適合山區(qū)桔園施肥的小型機械尤為缺少，所以適合一款適合坡地的桔園施肥機是很有現(xiàn)實意義的。
1.2 研究意義
今十年來，，隨著我國勞動人口減少，老年及婦女勞動力增加，不僅增加了柑橘生產成本，同時造成勞動力缺乏。我國南方大部分桔園分布在山區(qū)和丘陵地區(qū)，柑橘樹單一、條栽種植對機械提出了特殊要求，現(xiàn)有的田間作業(yè)機械因動力不足和自身體積較大而很難進入園中行間作業(yè)，滿足要求的桔園作業(yè)機械設備嚴重缺乏國家不斷加強對三農問題的關注，并且持續(xù)的農機補貼措施也說明國家對農業(yè)機械化的重視，桔園施肥機的設計對增加桔農收入，減小桔農勞動強度，提高工作效率高，減小工作強度小，提高肥料利用率高有非常重要的作用，是國家解決三農問題和提高農民收入的重要步驟，合理施肥是栽培管理諸措施中的重要環(huán)節(jié),是柑桔豐產、穩(wěn)產、優(yōu)質的重要保證。
1.3 研究內容
首先對桔園的施肥方式進行選擇，在此基礎上分析各種施肥方式的利弊，在綜合各因素后選取最優(yōu)方案，根據(jù)施肥機的定額要求進去參數(shù)的設計和計算，然后進行零部件的設計和計算、圖紙的繪制及樣機的研制。最終研究出效率高、體積小、自重小、傳動平穩(wěn)、適應坡地工作環(huán)境的丘陵山區(qū)桔園小型施肥機。
2 桔園施肥機的方案選擇與原理分析
2.1 工作原理的選擇
目前，桔園施肥的方式主要有桔園開溝施肥；桔園鉆孔施肥；桔園環(huán)狀溝施肥；桔園撒肥和桔園覆土施肥等。
桔園開溝施肥功率消耗大，對桔樹的根系損傷大，故不采用；桔園鉆孔施肥的設計制造的成本較高，連續(xù)工作能力低，不利于高效率操作；環(huán)狀溝施肥的設計制造成本高，普通桔農難以接受，不利于推廣使用；桔園撒肥的肥料浪費大，利用率低[3]，故采用桔園覆土施肥。其功率消耗較低，肥料利用率相對較高，設計成本較低，是綜合各個方面的較優(yōu)選擇。
桔園覆土施肥采用汽油機為動力，通過減速器減速后帶動中心傳動軸帶動驅動輪、排肥器和地輪工作完成排肥覆土的工作過程。
2.2 配套動力選擇
根據(jù)要求桔園施肥機的最大根深為100mm，耕幅寬為283mm,又山區(qū)土壤多為沙土，其阻力系數(shù)[4]K選4N/cm2。
則地輪耕地覆土的阻力[5]：
(1）
又施肥機得前進速度V=1m/s，
則最大消耗的功率：
(2)
根據(jù)對機組所消耗的功率的初步估算，擬采用重慶 KT-152汽油內燃機。
重慶KT-152的主要參數(shù)如下：
發(fā)動機形式：單缸，四沖程，側置氣門，強制風冷
排量：（毫升）97
缸徑×形程（毫升）：52×46
壓縮比：5.6:1
最大輸出功率（N.m）：1.15
最大扭矩（馬力/轉速）：3.2/300
穩(wěn)定轉速（轉/分鐘）：3600±200
凈重（千克）:9/10.5
外形尺寸（長*寬*高）（毫米）:300×290×360
3 傳動裝置的設計計算
3.1 傳動路線的確定
傳動路線要保證總體傳動可靠，不影響桔園施肥機工作。根據(jù)整機的結構確定傳動路線，使桔園施肥機在工作過程中能滿足排肥、翻土、覆土等工作的需要。將傳動路線分為兩條路線。第一，汽油機機通過變速箱將動力傳給中間傳動軸；第二，中間軸將動力分別傳遞給排肥機構的轉軸和地輪的轉軸，驅動排肥軸和行走輪、地輪的轉動。
3．2 各級傳動比的確定
施肥機的行走速度和人的行走速度要相一致，一般情況下，可取人行走速度為1m/s,則行走輪的速度為1.m/s，行走輪的直徑為260mm，由公式（1）可見行走輪軸的轉速n1
（3）
式中： v—行走輪的形式速度（m/s）
d—行走輪的直徑（m）
計算,得n1≈73.5r/min
按照設計要求[6]，行走輪由中間傳動軸通過鏈輪驅動，兩軸之間的傳動比為1.35,中間傳動軸的轉速為100r/min，排肥軸與中間軸傳動軸的傳動比為1，因此排種軸的轉速為100r/min；整根中間傳動軸由變數(shù)箱的輸出軸通過鏈輪帶動，鏈傳動比帶傳動平穩(wěn)，取其傳動比1.75。因為變速箱可以按傳動比選取，故定變速箱的輸入軸與輸出軸之間的傳動比為40；內燃機的通過皮帶傳動與變速箱相連，傳動比為1.3.選用傳動比為40的減速箱，減速箱與中心軸之間的傳動比為1.35中間軸與地輪之間的傳動比為0.45。
4 排肥器的選型設計
4.1 料斗結構參數(shù)的設計
肥料斗必需有足夠的容量，從而減少加肥次數(shù)，一般情況下要求施肥到了地頭才加肥。但是料斗容量也不能太大，那樣會增加機構的重量，對施肥機的的穩(wěn)定性產生不利的影響，還會影響機組的縱向移動性；料斗必須保證箱壁的傾斜角大于肥料的自然休止角，以保證肥料能順利滑落排肥器[7]，這里選擇α=20°。除此以外，料斗還應該堅固耐用，重量輕巧，具有一定的剛性，并具備防水和防潮的能力；料斗要便于加肥、卸肥和清洗，因此該機所選的料斗形狀為錐臺型。料斗的容量主要由施肥的距離確定。根據(jù)以往實驗結論：施肥機在工作時不宜施完料斗內的全部肥料播，應該保留至少10%的肥料余量，避免料斗內肥料太少而影響肥料的施撒量。根據(jù)一般山區(qū)桔園的大小單次施肥距離約為400m因此本次設計肥料箱的容積為0.1L。料斗尺寸長×寬×高：300mm×300mm×350mm。
4.2 排肥器的選型
排肥器種類很多，在農業(yè)上通常使用的排肥器有外槽輪式、內槽輪式、磨紋盤式、錐面型孔式、離心式、匙式及刷式等類型[8]。排肥器應該具備較大的排肥均勻性和穩(wěn)定性，能均勻連續(xù)地排肥，并且能在不同外界條件下作業(yè)，具備較強的通用性和適應性，能夠施撒不同的肥料，且其排肥量穩(wěn)定可靠、排肥均勻，結構簡單、工作可靠，易于制造和維護，調整方便。
其中應用得最廣泛的是外槽輪式排種器，其由排種肥盒、排肥軸、外槽論、阻塞輪、花型擋環(huán)及清肥舌等組成（圖1）。肥料通過箱底開口流入盒內。排肥軸轉動時，外槽論及花型擋環(huán)可防止肥料從槽輪兩側流出。這種排肥器結構簡單、制造容易、使用方便、通用性好、適應性能廣，國際上已經標準化，決定設計采用外槽輪排肥器。外槽輪的外槽輪排種器的工作過程大致可分為充肥，刮肥和投肥四個階段。排肥器排肥時，料斗內的肥料在重力作用下經箱底進入排肥器內。肥料充滿槽輪槽；隨著槽輪轉動肥料排出排肥器，從而實現(xiàn)排肥過程。
根據(jù)桔園施肥機的設計要求和參考有關文獻[9]，主要有以下結構參數(shù)：
（1）槽輪直徑d
槽輪直徑越大，則每轉排肥量越大，排肥能力越強。如果某些肥料的施撒量小則必須相應地減小槽輪工作長度或降低轉速。這樣會使排肥的均勻度降低，有時甚至無法滿足小肥量的要求；如果施肥量過大而槽輪直徑過小則無法滿足施肥量要求，此次設計使用最多的槽輪排肥器槽輪直徑為40mm。
（2）槽輪的工作長度
槽輪最大工作長度可根據(jù)施肥機的工作要求并參照槽輪最高轉速來確定。槽輪實際工作長度在0到槽輪得最大長度。槽輪共組長度可在0~60mm范圍調整。取槽輪在排種盒內的共組的長度為60mm。
（3） 吐槽斷面形狀和槽數(shù)Z：槽數(shù)太多，使肥料施撒不均勻；槽數(shù)太少，會使肥料施撒不夠，并降低排肥均勻性。常用外槽輪為10齒或12齒。設計采用10齒。凹槽斷面常為圓弧形，槽弧半徑為5.5～8mm。
1 排肥盒 2 阻塞輪 3 擋圈 4 清肥軸
5 彈簧 6 排肥舌 7 排肥軸 8 外槽輪
圖1 外槽輪式排肥器
Fig1 Metering device of outer sheave
5 覆土器的選型
由于桔樹根較淺，耕地深度不宜過深，選用齒鈀覆土無論從效果上還是經濟效益上都能能很好地滿足要求。
6 行走輪的選型設計
6.1 行走輪的選用要求
在該播種機中，行走輪不僅起到陷深作用，而且還是排種的主動輪。因而在設計時，應該從以下幾個方面著手[10]：
（1）具有較大的強度，剛度等機械性能；
（2）滑移系數(shù)較小，一般不要超過10%，從而提高施肥的均勻性；
（3）對地表不平性具有較強的適應性，避免在地表高低不平的情況下打滑，更好地適應山區(qū)桔園地形。
6.2 行走輪的轉速的計算
行走輪的前進速度應該和人的行走速度一至，因此機器的行進速度為v=1m/s,取地輪直徑為1700mm.有
（4）
式中：v—地輪軸的轉速（m/s）；
w—地輪軸的角轉速（rad/s）；
n—地輪的轉速（r/min）由公式得n≈136.5r/min；
r—地輪的半徑（m）。
7 動力部分的設計和強度校核
7.1 傳動比的設計和參數(shù)確定
施肥機的傳動示意如圖2：
1 鏈輪7 2 鏈輪6 3 鏈輪4 4 鏈輪3 5 減速器
6 鏈輪5 7 行走輪 8 鏈輪1 9 鏈輪2 10 排肥器
圖2 施肥機傳動示意圖
Fig2 Schematic diagram of planter transmission
為了適應機具排肥時不同量的要求即傳動比的變化，機具采用鏈輪傳動，通過改變不同鏈輪和鏈條長度來實現(xiàn)不同的施肥量要求。為了保證作業(yè)時的連續(xù)排肥，則要求傳動部分要有可靠的傳動比、無滑動。又由于施肥傳動所傳動的功率小、速率小，所以所要求鏈傳動比不是非常嚴格，但也要滿足相應的要求[11]。
已知行走輪的行進速度為1m/s，整機傳動除變速箱都是用鏈輪傳動動力，根據(jù)設計要求，傳動系統(tǒng)有四處用到鏈輪傳動，分別是變速箱的輸出軸鏈輪1，在中間傳動軸上與鏈輪1配合的鏈輪2，中間傳動軸上的傳動動力給行走輪的鏈輪3，行走軸上的鏈輪5，中間傳動軸上與排肥軸的鏈輪系鏈輪4 ，鏈輪5。中間傳動軸上與地輪的鏈輪7配合，下面著重設計傳動軸與行走輪之間的鏈輪傳動，另外兩個鏈傳動參照計算。
7.2 鏈輪的設計
7.2.1 鏈輪的計算
（1）選擇鏈輪齒數(shù)[12]
在此設傳動軸與地輪之間的鏈傳動的鏈輪分別設為n1,n2 。傳動比初步確定為
（5）
假設鏈速v為0.3~1m/s,查資料選取z2=21，則==46
(2) 確定鏈結數(shù):初選中心距=25P
（6）
（節(jié)）
取=84節(jié)。
(3)計算功率Pc:查得工作情況系數(shù)=1.0（Kw）
（6）
(4)確定鏈接距P:查得小鏈輪齒數(shù)系數(shù)Kz=1.23;采用單排鏈[13]，查的多排鏈排數(shù)系數(shù)Kp=1,得
根據(jù)0.94Kw、n1=183r/min，查得選用鏈號為0.6B的單排滾子鏈[16]，鏈節(jié)距
p=9.525mm。
(5)計算實際中心距：
（7）
≈236.83mm）
取=237mm
(6)驗算鏈速v:
（8）
與原假設相符。
(7）計算軸上載荷Fp[17],先計算出有效拉力F：
(9)
(8)鏈傳動受力分析：
查得06B的每米質量[19]q=0.6kg/m，極限拉伸載荷FQ =8900（N）水平布置時垂直系數(shù)，得垂直拉力:
（10）
鏈輪所受的圓周力:
（11）
鏈輪的緊邊拉力:
故安全系數(shù)為:
（12）
(8)確定滾子鏈鏈輪的主要尺寸。
鏈輪的的基本參數(shù)是配用鏈條的節(jié)距P，套筒的最大外徑d,排距和齒數(shù)Z。鏈輪的主要尺和計算公式可以查閱機械設計手冊[20]。
(9)潤滑方式：采用人工定期潤滑。
同計算設計鏈輪1鏈2通過驗算校核強度得Z5=31,Z6 =17。中心a34=186mm;a56=157mm。都采用型號為06B滾子鏈。
7.2.2 鏈輪材料的選擇
鏈輪材料應滿足強度和耐磨性的要求。對于低速輕載、平穩(wěn)傳動中，鏈輪可采用中碳鋼制造。中速、中載時應采用中碳鋼淬火處理。而本設計中播種機傳動部分屬于低速、輕載，較平穩(wěn)的傳動，所以應采用中碳鋼。
7.3 軸的設計和校核
7.3.1 軸的設計
施肥機設計中四根軸，分別是中間傳動軸、排肥軸、行走軸和地輪軸。四根軸都選用45鋼正火處理，查文獻[3]得強度極限，其許應彎曲應力。
(1)確定軸的最小直徑
確定軸的輸出端之間按扭轉強度估算軸輸出端直徑，查得文獻表14-2取C=100，則，
mm （13）
考慮到軸上有鍵槽，將軸的直徑增大5%，則取d=20mm
考慮到中間抽上的傳動復雜，故中心軸直徑取d=25mm
7.3.2 軸的強度校核
(1)軸的受力分析
設計軸分7節(jié)：軸上依次裝支撐架，軸承，鏈輪2，鏈輪3，鏈輪4，軸承，支撐架 。中間軸的受力分析鏈輪2的轉速由公式
（14）
作用在鏈輪軸上的載荷Fp可近似地取鏈條受到的緊邊和松邊拉力之和。因為離心拉力對Fp沒有影響，不應計算在內，所以Fp≈F+2Ff 。又由于垂直拉力Ff 不太大，故Fp可近似地按下式計算
（15）
（16）
式中：KA 為鏈傳動工作情況系數(shù)，查文獻 得平穩(wěn)載荷的內燃機傳動取1；F為有效拉力。
由公式 得，F(xiàn)p2=1882(N)
用同樣的方法也可求出FP3 =587N ；FP5 =2353N
三個鏈輪分別施加給了中間三個載荷。將力分解到水平方向Ft和垂直方向Fr，求出中間軸的總的受力。
軸受到的水平面總支反力：
(N) （17）
（18）
（19）
總的支反力：
（20）
軸收到的垂直總支反力：
（21）
（22）
（23）
垂直支反力
（24）
因為鏈輪2，鏈輪3安裝在同一個鍵槽上，兩者位置較近，可以看做一個鏈輪。
水平方面的彎矩：
（25）
垂直方向的彎矩：
（26）
繪制合成彎矩圖：根據(jù)
（27）
得 N·mm
由彎矩圖和軸的結構圖可知，鏈輪5處可能是危險截面，應該校核其截面的疲勞強度。
鏈輪5的截面危險強度校核：
(28)
故軸的強度足夠。
軸傳遞的轉矩：
（29）
求得， （30）
（31）
（32）
中間軸的扭矩受力如圖4。
圖3 軸的載荷分析圖
Fig3 The shaft load analysis in Figure
8 標準件的選擇
標準鍵的選擇包括鍵的選擇，軸承、軸承座、螺栓、螺母、螺釘?shù)倪x擇，銷的選擇、墊圈、墊片的選擇
8.1 鍵的選擇
鏈輪4配合的鍵：b =8mm, h =7mm, t = 4.0mm, t1=3.3mm
8.2 螺栓、螺母的選擇
根據(jù)表3-9選用螺栓 GB/T6170–2000, M8*60,GB/T297-1994,螺栓M6*20和GB/T
5782– 2000, M8*25 三種。
根據(jù)表3-16選用螺母0GB/T6170–2000, M8一種。
8.3 軸承的選擇與校核
根據(jù)各軸的尺寸以及設計要求，行走輪安裝軸承的軸端直徑為20mm,，故選用深溝球軸承型號6004；中間傳動軸同樣選用深溝球軸承型號6005；地輪軸安裝軸承軸徑為20mm，選用深溝球軸承6004。
軸承壽命計算：
L
9 總結
通過對本畢業(yè)設計的完成，我覺得有以下收獲：
（1）系統(tǒng)地了解了做畢業(yè)設計和論文撰寫的具體步驟，從構思到動手，由抽象到具體，無不需要按部就班，反復修改，條理清楚，思路清晰，循環(huán)漸進；
（2）明確了撰寫論文的具體內容，中英文摘要、關鍵字、正文、參考文獻，同時也清楚發(fā)表論文應具有的格式；
（3）由于是做設計，從而使自己在很多問題上得到了獨立思考的機會，不再是一以前那樣的理解老師的思想，而是站在自己的立場上該如何把自己的事情講述清楚；
（4）在制圖的過程中，對已學制圖規(guī)則和標準只是進行了復習和鞏固；
（5）通過該畢業(yè)設計，使自己對機械繪圖有了更廣、更深的理解。
（6）在本次設計中，沒有合理安排設計進程，因此時間不夠的現(xiàn)象，經過這次經歷，我一定能夠在以后的工作和生活中優(yōu)化自己的時間和計劃安排。
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致 謝
本次設計是李明副教授的悉心指導與嚴格要求下進行的。從設計的選題、方案的設計、具體的測繪與繪圖到論文的撰寫的每個環(huán)節(jié)，都凝聚著老師的心血和汗水。李老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、開拓創(chuàng)新的工作作風及對事業(yè)的奮進執(zhí)著精神，都將使我銘記在心。
再次，我要感謝身邊的同學朋友，在本次設計中，每當我遇到困惑的時候，他們總是不斷的鼓勵我，在我完成設計的過程中給我了許多幫助和寶貴的意見。
在論文完成之際，謹向所有關心、支持的幫助我的老師、同學和朋友表示最衷心的感謝！
附錄
附錄1：高度調節(jié)桿
附錄2：行走輪軸
附錄3：中心軸
附錄4：料斗
附錄5：覆土部件
附錄6：地輪
附錄7：桔園施肥機裝配圖
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