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塔里木大學(xué)
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中期檢查記錄表
2016年4月18日
學(xué)生姓名
張盼
班級(jí)
農(nóng)機(jī)16-3班
課題名稱
果園開溝施肥機(jī)的設(shè)計(jì)
課題完成進(jìn)度（學(xué)生自述）
目前機(jī)具各裝置的主要零部件三維圖已畫完，下階段的任務(wù)是完成裝配圖及編寫說(shuō)明書。
存在的問(wèn)題及整改措施（學(xué)生自述）
存在的問(wèn)題：對(duì)某些裝置的結(jié)構(gòu)不太清楚，零件之間的配合有效問(wèn)題。
整改措施：實(shí)地考察，參觀相關(guān)機(jī)具，以了解相類似的裝置結(jié)構(gòu)。
關(guān)于零件之間的配合問(wèn)題，在畫三維圖之前需精確計(jì)算出各零部件的尺寸，這樣才能做到準(zhǔn)確配合。
指導(dǎo)教師意見（課題進(jìn)展情況、優(yōu)缺點(diǎn)、整改措施等）
指導(dǎo)教師簽名
年 月 日
學(xué)院意見
負(fù)責(zé)人簽名
年 月 日
塔里木大學(xué)
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書
學(xué)院
機(jī)械電氣化工程學(xué)院
班級(jí)
農(nóng)機(jī)16-3
學(xué)生姓名
張盼
學(xué)號(hào)
8031212325
課題名稱
果園開溝施肥機(jī)的設(shè)計(jì)
起止時(shí)間
2015年10月15日—— 2016年5月25日（共 12周）
指導(dǎo)教師
李平
職稱
副教授
課題內(nèi)容
隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，葡萄、紅棗已成為兵團(tuán)優(yōu)勢(shì)林果經(jīng)濟(jì)發(fā)展和職工增收致富的新亮點(diǎn)和支柱產(chǎn)業(yè)。兵團(tuán)目前葡萄的栽培面積為4.8萬(wàn)hm2，紅棗的栽培面積為 10.9 萬(wàn) hm2；但在葡萄、紅棗栽培過(guò)程中機(jī)械化生產(chǎn)水平還不高，尤其缺乏專用配套的果園開溝施肥機(jī)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(jī)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(jī)具。
1）查找相關(guān)文獻(xiàn)，了解國(guó)內(nèi)外開溝施肥機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀與相關(guān)工藝。
2）查找專利及相關(guān)文獻(xiàn)，熟悉了解開溝施肥機(jī)的結(jié)構(gòu)。
3）利用機(jī)械傳動(dòng)理論及原理，對(duì)開溝施肥機(jī)進(jìn)行傳動(dòng)設(shè)計(jì)和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。
4）利用solidworks設(shè)計(jì)軟件，設(shè)計(jì)開溝施肥機(jī)的三維實(shí)體模型，并生成關(guān)鍵部件及裝配圖工程圖。
擬定工作進(jìn)度（以周為單位）
第一周：查找相關(guān)資料，熟悉課題內(nèi)容。
第二周：撰寫開題報(bào)告，并制定總體方案。
第三至八周：設(shè)計(jì)開溝施肥機(jī)的三維實(shí)體模型，并生成關(guān)鍵部件及裝配圖工程圖。
第九周：對(duì)開溝施肥機(jī)進(jìn)行傳動(dòng)設(shè)計(jì)和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。
第 十 周：撰寫畢業(yè)論文，修改圖紙中存在的問(wèn)題。
第十一周：編寫答辯提綱，準(zhǔn)備答辯。
第十二周：答辯
主要參考文獻(xiàn)
[1]生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)統(tǒng)計(jì)局，國(guó)家統(tǒng)計(jì)局兵團(tuán)調(diào)查總隊(duì)．生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)統(tǒng)計(jì)年鑒2014[M].北京:中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社,2014．
[2]尹大慶,韓永俊,張建平.工程開溝機(jī)工作機(jī)理的研究[J].農(nóng)機(jī)化研究2003(3):77－78．
[3]袁京生,陳坤.國(guó)外開溝機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀及產(chǎn)品特點(diǎn)[J].工程機(jī)械與維修,2011(6):150－151．
[4]李德勝,郭輝.果園施肥開溝機(jī)的研究現(xiàn)狀[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備,2011(6):53－55．
[5]韓永俊，尹大慶,馮江,等.1KL－100 型立式螺旋開溝機(jī)的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2000(4):66－68．
任務(wù)下達(dá)人（簽字）
年 月 日
任務(wù)接受人意見
任務(wù)接受人簽名
年 月 日
注：1、此任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫，任務(wù)下達(dá)人為指導(dǎo)教師。
2、此任務(wù)書須在學(xué)生畢業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)開始前一周下達(dá)給學(xué)生本人。
3、此任務(wù)書一式三份，一份留學(xué)院存檔，一份學(xué)生本人留存，一份指導(dǎo)教師留存。
果園開溝施肥機(jī)的設(shè)計(jì)
張盼1 李平1
(1. 塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院， 阿拉爾 843300）
摘要：隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，葡萄、紅棗已成為兵團(tuán)優(yōu)勢(shì)林果經(jīng)濟(jì)發(fā)展和職工增收致富的新亮點(diǎn)和支柱產(chǎn)業(yè)。兵團(tuán)目前葡萄的栽培面積為4.8萬(wàn)公頃，紅棗的栽培面積為10.9萬(wàn)公頃；但在葡萄、紅棗栽培過(guò)程中機(jī)械化生產(chǎn)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(dòng)強(qiáng)度大，施肥難以保證均勻。采用果園開溝施肥機(jī)來(lái)代替人工開溝施肥，不但可以節(jié)省大量勞動(dòng)力，提高作業(yè)效率降低生產(chǎn)成本，而且開溝與施肥質(zhì)量也比人工要好。為了確保開溝施肥質(zhì)量、提高作業(yè)效率、降低生產(chǎn)成本就需要一種作業(yè)性能穩(wěn)定的開溝施肥機(jī)具。因此，符合生產(chǎn)要求的果園開溝施肥機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
關(guān)鍵詞：林果經(jīng)濟(jì)；開溝與施肥；作業(yè)效率；均勻
中圖分類號(hào):TD451 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
0引言
隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整，特色林果業(yè)己成為農(nóng)民致富的一條重要渠道，傳統(tǒng)的種植模式導(dǎo)致果園種植密度大，果樹矮化，果樹間距小，不利于現(xiàn)有機(jī)具通行。果樹的開溝施肥作為果樹保質(zhì)增產(chǎn)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(tuán)目前葡萄的栽培面積為4.8萬(wàn)公頃，紅棗的栽培面積為10.9萬(wàn)公頃；但在葡萄、紅棗栽培過(guò)程中機(jī)械化生產(chǎn)水平還不高，尤其缺乏專用配套的果園開溝施肥機(jī)具。人工開溝施肥，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低，施肥均勾度差；果園開溝施肥機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。首先，能降低果農(nóng)勞動(dòng)強(qiáng)度。果園開溝施肥機(jī)不僅能大大降低果農(nóng)勞動(dòng)強(qiáng)度，改善生產(chǎn)條件，還能解決勞動(dòng)力季節(jié)性短缺的問(wèn)題。其次，能提高農(nóng)業(yè)資源利用率。利用機(jī)器對(duì)果樹樹進(jìn)行施肥，施肥均勻，能提高肥料的利用率，還能減少肥料對(duì)水土資源的污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。再次，提供優(yōu)質(zhì)和安全的果品。果樹機(jī)械的應(yīng)用，能很好的控制果樹生產(chǎn)過(guò)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(jī)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(fèi)了大量的人力、無(wú)力，而且效率較低。因此果園開溝施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)對(duì)于生產(chǎn)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
1總體設(shè)計(jì)思路
果園開溝施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)主要由機(jī)架、圓盤開溝裝置、施肥裝置、埋溝覆土裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)和地輪限深裝置等部分組成。
1.1設(shè)計(jì)原理
開溝裝置是本機(jī)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(zhuǎn)半徑取決于刀軸傳動(dòng)箱尾部圓角半徑、最大開溝深度及開溝機(jī)處于最大開溝深度時(shí)傳動(dòng)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(jī)結(jié)構(gòu)越緊湊，消耗的功率越小。通過(guò)計(jì)算得到合適的尺寸。
果園開溝施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)采用拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸輸出動(dòng)力驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過(guò)萬(wàn)向節(jié)、齒輪箱帶動(dòng)開溝刀軸、開溝刀轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到開溝的目的。設(shè)計(jì)合適的傳動(dòng)箱、齒輪和軸的尺寸。
此果園開溝施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)地輪和地輪鏈輪是作為一個(gè)整體裝配的。當(dāng)機(jī)具前進(jìn)時(shí)，地輪和地輪鏈輪同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，地輪鏈輪通過(guò)鏈傳動(dòng)帶動(dòng)肥料箱中的絞龍轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)排肥作業(yè)。準(zhǔn)確實(shí)際鏈輪、鏈條和絞龍葉片方向。
覆土的質(zhì)量與覆土圓盤的傾斜角度有密切的關(guān)系，要得到合適的傾斜角度需使覆土圓盤能在兩個(gè)維度里旋轉(zhuǎn)。
1.2設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)
果園開溝施肥機(jī)的總體結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示。
作業(yè)時(shí)，拖拉機(jī)懸掛裝置與機(jī)架三點(diǎn)懸掛聯(lián)接，整機(jī)質(zhì)量由拖拉機(jī)承擔(dān)。
拖拉機(jī)的動(dòng)力輸出軸通過(guò)萬(wàn)向聯(lián)軸器與傳動(dòng)箱相連，傳動(dòng)箱內(nèi)有兩個(gè)錐齒輪及三個(gè)直齒輪，將動(dòng)力通過(guò)開溝傳動(dòng)軸傳至開溝刀盤，刀盤旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)開溝。
當(dāng)機(jī)具前進(jìn)時(shí)，地輪和地輪鏈輪同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，地輪鏈輪通過(guò)鏈傳動(dòng)帶動(dòng)肥料箱中的絞龍轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)排肥作業(yè)。
覆土裝置將土回填入溝內(nèi)，完成整個(gè)作業(yè)過(guò)程。
1.機(jī)架 2.傳動(dòng)箱 3.肥料箱 4.排肥傳動(dòng)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(jī)整體結(jié)構(gòu)圖
2關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)
2.1開溝裝置的設(shè)計(jì)
開溝裝置是本機(jī)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(zhuǎn)半經(jīng)取決于刀軸傳動(dòng)箱尾部圓半徑r、最大開溝深度及開溝機(jī)處于最大開溝深度是傳動(dòng)箱底部離地間隙。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為
Ｒ≥r++ (3-1)
其中，各項(xiàng)參數(shù)為: r = 90mm，=400mm，=10mm。
將上述參數(shù)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(jī)結(jié)構(gòu)越緊湊，消耗的功率越小，故取開溝圓盤裝置回轉(zhuǎn)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(nèi)選取。該機(jī)開溝刀盤回轉(zhuǎn)直徑為D=2R =1000mm，可求得刀盤轉(zhuǎn)速n=≈133.76～286.62r/min。取較大值時(shí),拋土較遠(yuǎn)而均勻，并有利于切斷土中作物殘根等，但功耗較大、生產(chǎn)率降低。由于開溝深度較深，為了使開溝后土粒可以順利拋出，取切削線速度為11.5m/s，求得刀盤轉(zhuǎn)速為219r/min。
2.2施肥傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
果園開溝施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)地輪和地輪鏈輪是作為一個(gè)整體裝配的。當(dāng)機(jī)具前進(jìn)時(shí)，地輪和地輪鏈輪同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，地輪鏈輪通過(guò)鏈傳動(dòng)帶動(dòng)肥料箱中的絞龍轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)排肥作業(yè)。按每667施肥量 1 000kg、行距3.5m計(jì)算，開溝施肥時(shí)每米施肥量約為5.23kg，在連續(xù)施肥的情況下，機(jī)具前進(jìn)一個(gè)株距時(shí)，絞龍生產(chǎn)率為
Q =vg/S (3-2)
其中，v為機(jī)具的前進(jìn)速度，v=1km/h;g為施肥量,g=3.3kg /株;S為機(jī)具前進(jìn)距離，S=0.633m。代入各參數(shù),計(jì)算得Q=5.21t/h。
絞龍轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式為
n=Q/( 47D2scγΦ) (3-3)
其中，Q為鉸龍生產(chǎn)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(shù)，傾斜角度≤5°時(shí),c=0.9;γ為物料的容重，取γ=0.8t/m3;Φ為充滿系數(shù)，選取Φ=0.8。計(jì)算得n=57.02r/min。取地輪直徑d=380mm，地輪線速度(即拖拉機(jī)前進(jìn)速度) 為1km/h，由此計(jì)算得地輪轉(zhuǎn)速n0=50.28r/min,則地輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比i=n/n0=1.14。因此,設(shè)計(jì)施肥傳動(dòng)個(gè)鏈輪齒數(shù)為: 地輪鏈輪 Z6= 23，中間過(guò)渡鏈輪和鉸龍鏈輪為 Z7=Z8=Z9=20。
2.3 覆土裝置的設(shè)計(jì)
開溝施肥機(jī)開溝并施肥后由覆土裝置將溝填平，要保證覆土質(zhì)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(gè)維度里旋轉(zhuǎn)。本設(shè)計(jì)中的這種結(jié)構(gòu)使覆土圓盤既能在x-y平面內(nèi)左右轉(zhuǎn)動(dòng)，自身又能沿轉(zhuǎn)桿360度旋轉(zhuǎn)，可以充分滿足覆土圓盤需要的斜度。
3總結(jié)
本文以果園主要果樹（葡萄、紅棗等）為研究和服務(wù)對(duì)象，針對(duì)其矮化、密植的種植特點(diǎn)，以功耗低、可操作性好為目標(biāo)，結(jié)合專業(yè)知識(shí)以及實(shí)踐基礎(chǔ)，提出了一種果園開溝施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)具。本機(jī)具有以下特點(diǎn)：
（1） 本機(jī)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊,各個(gè)零件的要求較低，便于生產(chǎn)加工；
（2）該機(jī)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(shí)對(duì)土壤的要求不高，對(duì)于沙土地的實(shí)際條件，可以實(shí)現(xiàn)較高的工作效率。
本文介紹的果園開溝施肥機(jī)成本低，效率較高，和小型四輪拖拉機(jī)配合使用，具有操作簡(jiǎn)單，占地面積小等諸多優(yōu)勢(shì)。能較好的滿足承包戶的經(jīng)濟(jì)要求，以及實(shí)際生產(chǎn)要求。
參考文獻(xiàn)
[1]生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)統(tǒng)計(jì)局，國(guó)家統(tǒng)計(jì)局兵團(tuán)調(diào)查總隊(duì)．生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)統(tǒng)計(jì)年鑒2014[M].北京:中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社,2014．
[2]尹大慶,韓永俊,張建平.工程開溝機(jī)工作機(jī)理的研究[J].農(nóng)機(jī)化研究2003(3):77－78．
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[6]張汝坤,吳福明,冉國(guó)偉，等.1KS－22 型雙軸開溝機(jī)設(shè)計(jì)研究[J].云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2005，20(6):850－853．
[7]阿布里孜·巴斯提，蘭秀英，貢獻(xiàn)，等.1K－40型偏置式果園開溝機(jī)的研制[J].農(nóng)機(jī)化，2009(4):36－37．
[8]劉天星,卜永清，何彥平，等.圓盤式開溝埋草一體機(jī)的研究[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2014，35(2):155－158．
塔里木大學(xué)
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告
課題名稱 果園開溝施肥機(jī)的設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名 張盼
學(xué) 號(hào) 8031212325
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)械化及其自動(dòng)化
班 級(jí) 農(nóng)機(jī)16-3班
指導(dǎo)教師 李平
起止時(shí)間 2015.10.15-2016.5.25
機(jī)械電氣化工程學(xué)院教務(wù)辦制
填 表 說(shuō) 明
一、學(xué)生撰寫《開題報(bào)告》應(yīng)包含的內(nèi)容：
1、本課題來(lái)源及研究的目的和意義；
2、本課題所涉及的問(wèn)題在國(guó)內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀及分析；
3、對(duì)課題所涉及的任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析；
4、本課題需要重點(diǎn)研究的、關(guān)鍵的問(wèn)題及解決的思路；
5、完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法；
6、完成本課題的工作方案及進(jìn)度計(jì)劃；
7、主要參考文獻(xiàn)（不少于7篇）。
二、本報(bào)告必須由承擔(dān)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）課題任務(wù)的學(xué)生在接到“畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書”的兩周內(nèi)獨(dú)立撰寫完成，并交指導(dǎo)教師審閱。
三、開題報(bào)告要求手寫體，字?jǐn)?shù)在3000字以上，由學(xué)生在本報(bào)告冊(cè)內(nèi)填寫，頁(yè)面不夠可自行添加A4紙張。
四、每個(gè)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）課題須提交開題報(bào)告一式三份，一份學(xué)生本人留存，一份指導(dǎo)教師存閱，一份學(xué)生所在學(xué)院存檔，備檢備查。
1 本題來(lái)源及研究的目的和意義
1.1 課題的來(lái)源：自選題
1.2 研究的目的
隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，葡萄、紅棗已成為兵團(tuán)優(yōu)勢(shì)林果經(jīng)濟(jì)發(fā)展和職工增收致富的新亮點(diǎn)和支柱產(chǎn)業(yè)。兵團(tuán)目前葡萄的栽培面積為4.8萬(wàn)公頃，紅棗的栽培面積為10.9萬(wàn)公頃；但在葡萄、紅棗栽培過(guò)程中機(jī)械化生產(chǎn)水平還不高，尤其缺乏專用配套的果園開溝施肥機(jī)具。所以需要一種專門的果園開溝施肥機(jī)具。
1.3 研究的意義
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(jī)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(fèi)了大量的人力、物力，而且效率較低。因此果園開溝施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)對(duì)于生產(chǎn)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
2 本課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
2.1 國(guó)內(nèi)外果園開溝施肥機(jī)的研究現(xiàn)狀
國(guó)內(nèi)外的開溝機(jī)從工作原理上主要分為鏵式犁開溝機(jī)、旋轉(zhuǎn)開溝機(jī)和鏈刀式開溝機(jī)。在國(guó)外，開溝機(jī)主要用于土方施工，如美國(guó)Gunter＆Zimmerman公司生產(chǎn)的輪盤式開溝機(jī)主要用于開設(shè)墻基、鋪設(shè)水電管網(wǎng)、灌溉和光纜; 歐洲Northland Trenching公司代理的 Inter － drain1622HT 型刀鏈?zhǔn)介_溝機(jī)可以將挖出的泥土輸送到機(jī)器兩側(cè)或一側(cè)。我國(guó)對(duì)開溝機(jī)的研究開發(fā)主要用在有機(jī)肥開溝機(jī)方面。2000 年，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的 1KL － 100 型立式螺旋開溝機(jī)可以在旱田及水田地挖溝，作業(yè)后溝壁平整、溝內(nèi)殘土少。2005年12月，云南農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的1KS － 22型雙軸開溝機(jī)采用雙軸立式結(jié)構(gòu)，可以同時(shí)完成切土和拋土進(jìn)行開溝作業(yè)。2009年2月，農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所研制了lK－40型偏置式果園開溝機(jī)，主要用于果園施肥溝、種樹開溝。但是，上述機(jī)型都不能適應(yīng)兵團(tuán)林果(葡萄、紅棗)的施肥作業(yè)。
3 本課題需要重點(diǎn)研究的關(guān)鍵的問(wèn)題及解決的思路
3.1需要重點(diǎn)研究的主要問(wèn)題
⑴開溝裝置的設(shè)計(jì)
開溝裝置是本機(jī)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(zhuǎn)半徑取決于刀軸傳動(dòng)箱尾部圓角半徑、最大開溝深度及開溝機(jī)處于最大開溝深度時(shí)傳動(dòng)箱底部離地間隙。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(jī)結(jié)構(gòu)越緊湊，消耗的功率越小。
⑵開溝傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
果園開溝施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)采用拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸輸出動(dòng)力驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過(guò)萬(wàn)向節(jié)、齒輪箱帶動(dòng)開溝刀軸、開溝刀轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到開溝的目的。
⑶施肥傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
此果園開溝施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)地輪和地輪鏈輪是作為一個(gè)整體裝配的。當(dāng)機(jī)具前進(jìn)時(shí)，地輪和地輪鏈輪同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，地輪鏈輪通過(guò)鏈傳動(dòng)帶動(dòng)肥料箱中的絞龍轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)排肥作業(yè)。
四 完成本課題需要的工作條件及解決的辦法
（1）查閱有關(guān)資料選擇相關(guān)參數(shù)及材料,設(shè)計(jì)果園開溝施肥機(jī)。
（2）設(shè)計(jì)完各零部件后，進(jìn)行裝配組合，試驗(yàn)設(shè)計(jì)的可靠性。
（3）運(yùn)用Solidworks軟件，繪制三維零件圖和裝配圖。
（4）運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件完成整機(jī)各零部件的三維建模并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。
五 工作方案及進(jìn)度計(jì)劃
工作方案：
1、設(shè)計(jì)并繪制出果園開溝施肥機(jī)的總體構(gòu)造。
2、查閱相關(guān)資料合理選擇和設(shè)計(jì)零件。
3、合理設(shè)計(jì)開溝刀盤、地輪等裝置。
4、繪制所有零部件并查閱相關(guān)說(shuō)明，各零部件尺寸要嚙合達(dá)到合適效果。
5、組裝裝配圖并生成三維立體模型，觀察效果并加以改進(jìn)。
進(jìn)度計(jì)劃：
第 一 周：查找相關(guān)資料、熟悉課題內(nèi)容。
第 二 周：撰寫開題報(bào)告，并制定總體方案。
第三周至第八周：設(shè)計(jì)果園開溝施肥機(jī)的三維實(shí)體模型圖，并生成關(guān)鍵部件及裝配圖 工程圖。
第 九 周：對(duì)果園開溝施肥機(jī)進(jìn)行傳動(dòng)設(shè)計(jì)和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。
第 十 周：撰寫畢業(yè)論文，修改圖紙中存在的問(wèn)題。
第十一周：編寫答辯提綱，準(zhǔn)備答辯。
第十二周：答辯
六 參考文獻(xiàn)
[1]生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)統(tǒng)計(jì)局，國(guó)家統(tǒng)計(jì)局兵團(tuán)調(diào)查總隊(duì)．生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)統(tǒng)計(jì)年鑒
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學(xué)生簽名 張盼
2015年10月15日
指導(dǎo)教師審閱意見
指導(dǎo)教師簽名
年 月 日
開題報(bào)告,報(bào)告人：張盼 指導(dǎo)教師：李平,機(jī)械電氣化工程學(xué)院,2015年11月28日,果園開溝施肥機(jī)的設(shè)計(jì),目錄,1,2,3,4,課題研究的目的與意義,研究的關(guān)鍵的問(wèn)題及解決思路,工作方案及進(jìn)度計(jì)劃,課題內(nèi)容,課題研究的目的與意義,隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，葡萄、紅棗已成為兵團(tuán)優(yōu)勢(shì)林果經(jīng)濟(jì)發(fā)展和職工增收致富的新亮點(diǎn)和支柱產(chǎn)業(yè)。兵團(tuán)目前葡萄的栽培面積為4.8萬(wàn)hm2，紅棗的栽培面積為10.9萬(wàn)hm2；但在葡萄、紅棗栽培過(guò)程中機(jī)械化生產(chǎn)水平還不高，尤其缺乏專用配套的果園開溝施肥機(jī)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(jī)輔助開溝作業(yè)，仍然需要人工完成施肥及埋溝填平工作。果園開溝施肥機(jī)的設(shè)計(jì)研究，就是針對(duì)矮、密的種植模式而研發(fā)的，對(duì)提高我國(guó)林果收獲機(jī)械化水平具有重要意義。,課題內(nèi)容,作業(yè)時(shí)，拖拉機(jī)懸掛裝置與機(jī)架三點(diǎn)懸掛聯(lián)接，拖拉機(jī)的動(dòng)力輸出軸通過(guò)萬(wàn)向聯(lián)軸器與傳動(dòng)箱相連，將機(jī)架支腿收起，整機(jī)質(zhì)量由拖拉機(jī)承擔(dān)。,研究的關(guān)鍵的問(wèn)題及解決思路,研究的主要問(wèn)題,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(jī)結(jié)構(gòu)越緊湊，消耗的功率越小。 要使土粒能夠順利拋出，并且拋土遠(yuǎn)而均勻。 按農(nóng)藝標(biāo)準(zhǔn)，葡萄、紅棗施肥機(jī)械應(yīng)達(dá)到以下兩點(diǎn)要求: 一是施肥深度應(yīng)達(dá)地下15cm以下; 二是既可施化肥又可施農(nóng)家肥，且施肥量可調(diào)。,研究的關(guān)鍵的問(wèn)題及解決思路,解決思路,詳細(xì)計(jì)算最大開溝深度及開溝機(jī)處于最大開溝深度時(shí)傳動(dòng)箱底部離地間隙等因素，從而得出開溝圓盤的半徑以及圓盤轉(zhuǎn)速。 當(dāng)機(jī)具前進(jìn)時(shí)，地輪和地輪鏈輪同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，地輪鏈輪通過(guò)鏈傳動(dòng)帶動(dòng)肥料箱中的絞龍轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)排肥作業(yè)。要合理設(shè)計(jì)地輪鏈輪、過(guò)渡鏈輪和鉸龍鏈輪的齒數(shù)。,工作方案及進(jìn)度計(jì)劃,工作方案,1、設(shè)計(jì)并繪制出果園開溝施肥機(jī)的總體構(gòu)造。 2、分析設(shè)計(jì)施肥機(jī)及其運(yùn)動(dòng)軌跡。 3、查閱相關(guān)資料合理選擇牽引車輛等設(shè)備。 4、合理設(shè)計(jì)開溝、傳動(dòng)、施肥等裝置。 5、繪制所有零部件并查閱相關(guān)說(shuō)明，各零部件尺寸要嚙合達(dá)到合適果。 6、組裝裝配圖并生成三維立體模型，觀察效果并加以改進(jìn)。,工作方案及進(jìn)度計(jì)劃,進(jìn)度計(jì)劃,第01周第03周 查閱文獻(xiàn)，撰寫開題報(bào)告。 第04周第06周 根據(jù)現(xiàn)有的機(jī)型構(gòu)思自己的設(shè)計(jì)方案。 第07周第08周 據(jù)工作要求，計(jì)算并查閱手冊(cè)，選擇和設(shè)計(jì)各零 --------------------件。 第09周第10周 運(yùn)用AUTOCAD軟件，繪制二維零件圖和裝配圖。 第10周第12周 運(yùn)用Solidworks完成整體零件的三維模型。 第12周第13周 從工藝性能、經(jīng)濟(jì)性能，適用性能等方面對(duì)產(chǎn)品--------------------進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，核修正，完成產(chǎn)品說(shuō)明書。 第14周 整理畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書和圖紙等資料，準(zhǔn)----------------------------備答辯。,謝謝聆聽,,
16屆畢業(yè)設(shè)計(jì)
果園開溝施肥機(jī)的設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名 張盼
學(xué) 號(hào) 8031212325
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)械化及其自動(dòng)化
班 級(jí) 16-3
指導(dǎo)老師 李平
日 期 2016.05
塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院制
前 言
隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，葡萄、紅棗已成為兵團(tuán)優(yōu)勢(shì)林果經(jīng)濟(jì)發(fā)展和職工增收致富的新亮點(diǎn)和支柱產(chǎn)業(yè)。兵團(tuán)目前葡萄的栽培面積為4.8萬(wàn)公頃，紅棗的栽培面積為10.9萬(wàn)公頃；但在葡萄、紅棗栽培過(guò)程中機(jī)械化生產(chǎn)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(dòng)強(qiáng)度大，施肥難以保證均勻。采用果園開溝施肥機(jī)來(lái)代替人工開溝施肥，不但可以節(jié)省大量勞動(dòng)力，提高作業(yè)效率降低生產(chǎn)成本，而且開溝與施肥質(zhì)量也比人工要好。為了確保開溝施肥質(zhì)量、提高作業(yè)效率、降低生產(chǎn)成本就需要一種作業(yè)性能穩(wěn)定的開溝施肥機(jī)具。因此，符合生產(chǎn)要求的果園開溝施肥機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
關(guān)鍵詞：林果經(jīng)濟(jì)；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(jī)的理論和意義 1
1.2 果園開溝施肥機(jī)研究現(xiàn)狀 1
1.3重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問(wèn)題及解決思路 2
2 果園開溝施肥機(jī)總體結(jié)構(gòu)及工作原理 2
2.1 果園開溝施肥機(jī)的總體結(jié)構(gòu) 2
2.2 果園開溝施肥機(jī)的基本參數(shù)與工作原理 4
3 果園開溝施肥機(jī)關(guān)鍵部位的設(shè)計(jì) 5
3.1 開溝裝置的設(shè)計(jì) 5
3.2 開溝傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 7
3.3 施肥傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 8
3.4 覆土裝置的設(shè)計(jì)與造型 9
4 主要零件的計(jì)算與校核 10
4.1鏈輪的選型與設(shè)計(jì)計(jì)算 10
4.2鏈輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 12
4.3開溝傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 14
5特殊零件的設(shè)計(jì) 16
5.1覆土圓盤斜度調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計(jì) 16
5.2排肥絞龍的設(shè)計(jì) 17
5.3傳動(dòng)箱箱體的設(shè)計(jì) 19
總 結(jié) 21
致 謝 22
參考文獻(xiàn) 23
塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)
1 緒論
1.1 果園開溝施肥機(jī)的理論和意義
隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整，特色林果業(yè)己成為農(nóng)民致富的一條重要渠道，傳統(tǒng)的種植模式導(dǎo)致果園種植密度大，果樹矮化，果樹間距小，不利于現(xiàn)有機(jī)具通行。果樹的開溝施肥作為果樹保質(zhì)增產(chǎn)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(tuán)目前葡萄的栽培面積為4.8萬(wàn)公頃，紅棗的栽培面積為10.9萬(wàn)公頃；但在葡萄、紅棗栽培過(guò)程中機(jī)械化生產(chǎn)水平還不高，尤其缺乏專用配套的果園開溝施肥機(jī)具。人工開溝施肥，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低，施肥均勾度差；果園開溝施肥機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。首先，能降低果農(nóng)勞動(dòng)強(qiáng)度。果園開溝施肥機(jī)不僅能大大降低果農(nóng)勞動(dòng)強(qiáng)度，改善生產(chǎn)條件，還能解決勞動(dòng)力季節(jié)性短缺的問(wèn)題。其次，能提高農(nóng)業(yè)資源利用率。利用機(jī)器對(duì)果樹樹進(jìn)行施肥，施肥均勻，能提高肥料的利用率，還能減少肥料對(duì)水土資源的污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。再次，提供優(yōu)質(zhì)和安全的果品。果樹機(jī)械的應(yīng)用，能很好的控制果樹生產(chǎn)過(guò)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(jī)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(fèi)了大量的人力、無(wú)力，而且效率較低。因此果園開溝施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)對(duì)于生產(chǎn)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
1.2 果園開溝施肥機(jī)研究現(xiàn)狀
國(guó)內(nèi)外的開溝機(jī)從工作原理上主要分為鏵式犁開溝機(jī)、旋轉(zhuǎn)開溝機(jī)和鏈刀式開溝機(jī)。在國(guó)外，開溝機(jī)主要用于土方施工，如美國(guó)Gunter＆Zimmerman公司生產(chǎn)的輪盤式開溝機(jī)主要用于開設(shè)墻基、鋪設(shè)水電管網(wǎng)、灌溉和光纜;歐洲Northland Trenching公司代理的 Inter－drain1622HT 型刀鏈?zhǔn)介_溝機(jī)可以將挖出的泥土輸送到機(jī)器兩側(cè)或一側(cè)。我國(guó)對(duì)開溝機(jī)的研究開發(fā)主要用在有機(jī)肥開溝機(jī)方面。2000 年,東北農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的1KL－100型立式螺旋開溝機(jī)可以在旱田及水田地挖溝，作業(yè)后溝壁平整、溝內(nèi)殘土少。2005年12月，云南農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的1KS－22型雙軸開溝機(jī)采用雙軸立式結(jié)構(gòu)，可以同時(shí)完切土和拋土進(jìn)行開溝作業(yè)。2009年2月，農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所研制了lK－40型偏置式果園開溝機(jī)，主要用于果園施肥溝、種樹開溝。但是，上述機(jī)型都不能適應(yīng)兵團(tuán)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(jī)，該開溝機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)笨重，工作時(shí)牽引阻力大，開的溝形需要人工修理。其應(yīng)用于農(nóng)田水利是在上個(gè)世紀(jì)年代，到年代中期，又逐漸被圓盤式開溝器所取代，當(dāng)前主要應(yīng)用于一些經(jīng)濟(jì)作物的播種（陸欣，和海底開溝管理（遲令寶，等領(lǐng)域。旋轉(zhuǎn)工作部件型又稱旋轉(zhuǎn)開溝機(jī)，形式有多種，常見的有圓盤開溝機(jī)，根據(jù)圓盤的數(shù)目又可分為單圓盤和雙圓盤開溝機(jī)，該種類型的開溝機(jī)都是用一個(gè)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子切削土壤開溝，一般功率消耗比較大。非連續(xù)旋轉(zhuǎn)工作部件的開溝機(jī)主要用于工程機(jī)械，常見的有挖掘機(jī)，該種機(jī)型生產(chǎn)率低、體積龐大、功耗大、成本高，一般應(yīng)用于大型排灌工程。
目前，兵團(tuán)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(jī)具必須適應(yīng)在狹小空間作業(yè)的條件，且最大40cm，深度可調(diào)整，開溝距作物根莖 50～80cm。針對(duì)兵團(tuán)在果園經(jīng)濟(jì)作物葡萄、紅棗種植模式及在施肥過(guò)程中人工成本高、用工量大、強(qiáng)度高、生產(chǎn)效率低等問(wèn)題，提出了此果園開溝施肥機(jī)。
1.3重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問(wèn)題及解決思路
開溝裝置是開溝施肥機(jī)的關(guān)鍵部件，此外，施肥裝置和覆土裝置也是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。
⑴開溝裝置設(shè)計(jì)
開溝裝置是本機(jī)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(zhuǎn)半徑取決于刀軸傳動(dòng)箱尾部圓角半徑、最大開溝深度及開溝機(jī)處于最大開溝深度時(shí)傳動(dòng)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(jī)結(jié)構(gòu)越緊湊，消耗的功率越小。通過(guò)計(jì)算得到合適的尺寸。
⑵開溝傳動(dòng)設(shè)計(jì)
果園開溝施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)采用拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸輸出動(dòng)力驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過(guò)萬(wàn)向節(jié)、齒輪箱帶動(dòng)開溝刀軸、開溝刀轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到開溝的目的。設(shè)計(jì)合適的傳動(dòng)箱、齒輪和軸的尺寸。
⑶施肥傳動(dòng)設(shè)計(jì)
此果園開溝施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)地輪和地輪鏈輪是作為一個(gè)整體裝配的。當(dāng)機(jī)具前進(jìn)時(shí)，地輪和地輪鏈輪同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，地輪鏈輪通過(guò)鏈傳動(dòng)帶動(dòng)肥料箱中的絞龍轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)排肥作業(yè)。準(zhǔn)確實(shí)際鏈輪、鏈條和絞龍葉片方向。
⑷覆土裝置設(shè)計(jì)
覆土的質(zhì)量與覆土圓盤的傾斜角度有密切的關(guān)系，要得到合適的傾斜角度需使覆土圓盤能在兩個(gè)維度里旋轉(zhuǎn)。
2 果園挖溝機(jī)總體結(jié)構(gòu)及工作原理
2.1 果園挖溝機(jī)的總體結(jié)構(gòu)
果園開溝施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)主要由機(jī)架、圓盤開溝裝置、施肥裝置、埋溝覆土裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)和地輪限深裝置等部分組成，如圖1所示。
1.機(jī)架 2.傳動(dòng)箱 3.肥料箱 4.排肥傳動(dòng)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(jī)整體結(jié)構(gòu)圖
三維立體圖如下。
圖2-2 總裝圖
2.2 果園開溝施肥機(jī)的基本參數(shù)與工作原理
⑴果園開溝施肥機(jī)基本參數(shù)
表2-1 果園開溝施肥機(jī)基本參數(shù)
項(xiàng)目
單位
參 數(shù)
整機(jī)尺寸( 長(zhǎng)×寬×高)
mm
2824×1210×1771
肥箱尺寸( 長(zhǎng)×寬×高)
mm
1080×1100×710
配套動(dòng)力
kw
≥40.45
掛結(jié)形式
三點(diǎn)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(shí)生產(chǎn)率
hm/h
≥0.5
⑵果園開溝施肥機(jī)的工作原理
作業(yè)時(shí)，拖拉機(jī)懸掛裝置與機(jī)架三點(diǎn)懸掛聯(lián)接，整機(jī)質(zhì)量由拖拉機(jī)承擔(dān)。
圖2-3 懸掛架
拖拉機(jī)的動(dòng)力輸出軸通過(guò)萬(wàn)向聯(lián)軸器與傳動(dòng)箱相連，傳動(dòng)箱內(nèi)有兩個(gè)錐齒輪及三個(gè)直齒輪（如圖2-4所示），將動(dòng)力通過(guò)開溝傳動(dòng)軸傳至開溝刀盤，刀盤旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)開溝。開溝傳動(dòng)系統(tǒng)如圖2-5所示。
圖2-4 傳動(dòng)箱 圖2-5 開溝傳動(dòng)系統(tǒng)
當(dāng)機(jī)具前進(jìn)時(shí)，地輪和地輪鏈輪同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，地輪鏈輪通過(guò)鏈傳動(dòng)帶動(dòng)肥料箱中的絞龍轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)排肥作業(yè)。如圖2-6所示。
圖2-6 排肥傳動(dòng)系統(tǒng)
如圖2-7所示的覆土裝置將土回填入溝內(nèi)，完成整個(gè)作業(yè)過(guò)程。
圖 2-7 覆土裝置
3 果園開溝施肥機(jī)關(guān)鍵部位的設(shè)計(jì)
3.1開溝裝置的設(shè)計(jì)
開溝裝置是本機(jī)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(zhuǎn)半經(jīng)取決于刀軸傳動(dòng)箱尾部圓半徑r、最大開溝深度及開溝機(jī)處于最大開溝深度是傳動(dòng)箱底部離地間隙。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為
Ｒ≥r++ (3-1)
其中，各項(xiàng)參數(shù)為: r = 90mm，=400mm，=10mm。
將上述參數(shù)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(jī)結(jié)構(gòu)越緊湊，消耗的功率越小，故取開溝圓盤裝置回轉(zhuǎn)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(nèi)選取。該機(jī)開溝刀盤回轉(zhuǎn)直徑為D=2R =1000mm，可求得刀盤轉(zhuǎn)速n=≈133.76～286.62r/min。取較大值時(shí),拋土較遠(yuǎn)而均勻，并有利于切斷土中作物殘根等，但功耗較大、生產(chǎn)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)、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(nèi)摩擦系數(shù)，見表2-3。
表2-3 土壤摩擦系數(shù)
土壤名稱
內(nèi)摩擦系數(shù)
外摩擦系數(shù)
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(dòng)土壤的功耗
（3-3）
其中：代表土壤阻力系數(shù)，對(duì)大多數(shù)土壤取4～5
代表移動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
果園開溝施肥機(jī)采用拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸輸出動(dòng)力驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過(guò)萬(wàn)向節(jié)、齒輪箱帶動(dòng)開溝刀軸、開溝刀轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到開溝的目的。開溝傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖3-2所示，各齒輪的齒數(shù)分別為Z2= 24，Z1= 17，Z3= 17，Z4= 24，Z5= 30。開溝刀盤轉(zhuǎn)速為219r /min，拖拉機(jī)輸出轉(zhuǎn)速取540r /min，則總傳動(dòng)比i總≈2.47。
1. Ⅱ軸錐齒輪Z2 2.Ⅰ軸錐齒輪Z1 3.萬(wàn)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(lián)軸器 9.開溝裝置
圖3-2
3.3 施肥傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
果園開溝施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)地輪和地輪鏈輪是作為一個(gè)整體裝配的。當(dāng)機(jī)具前進(jìn)時(shí)，地輪和地輪鏈輪同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，地輪鏈輪通過(guò)鏈傳動(dòng)帶動(dòng)肥料箱中的絞龍轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)排肥作業(yè)。按每667施肥量 1 000kg、行距3.5m計(jì)算，開溝施肥時(shí)每米施肥量約為5.23kg，在連續(xù)施肥的情況下，機(jī)具前進(jìn)一個(gè)株距時(shí)，絞龍生產(chǎn)率為
Q =vg/S (3-2)
其中，v為機(jī)具的前進(jìn)速度，v=1km/h;g為施肥量,g=3.3kg /株;S為機(jī)具前進(jìn)距離，S=0.633m。代入各參數(shù),計(jì)算得Q=5.21t/h。
絞龍轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式為
n=Q/( 47D2scγΦ) (3-3)
其中，Q為鉸龍生產(chǎn)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(shù)，傾斜角度≤5°時(shí),c=0.9;γ為物料的容重，取γ=0.8t/m3;Φ為充滿系數(shù)，選取Φ=0.8。計(jì)算得n=57.02r/min。取地輪直徑d=380mm，地輪線速度(即拖拉機(jī)前進(jìn)速度) 為1km/h，由此計(jì)算得地輪轉(zhuǎn)速n0=50.28r/min,則地輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比i=n/n0=1.14。因此,設(shè)計(jì)施肥傳動(dòng)個(gè)鏈輪齒數(shù)為: Z2= 24，Z1= 17，Z3= 17，Z4= 24，Z5= 30。地輪鏈輪 Z6=23，中間過(guò)渡鏈輪和鉸龍鏈輪為 Z7=Z8=Z9=20。施肥傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖3-3所示。
1. Ⅱ軸錐齒輪Z2 2.Ⅰ軸錐齒輪Z1 3.萬(wàn)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(lián)軸器 9.開溝裝置
圖 3-3
3.4 覆土裝置的設(shè)計(jì)與造型
開溝施肥機(jī)開溝并施肥后由覆土裝置將溝填平，要保證覆土質(zhì)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(gè)維度里旋轉(zhuǎn)。以圖3-4所示零件為核心，將覆土裝置設(shè)計(jì)為圖3-5所示，這種結(jié)構(gòu)使覆土圓盤既能在x-y平面內(nèi)左右轉(zhuǎn)動(dòng)，自身又能沿轉(zhuǎn)桿360度旋轉(zhuǎn)，可以充分滿足覆土圓盤需要的斜度。
圖3-4 二級(jí)調(diào)節(jié)桿
圖3-5 覆土裝置
4 主要零件的計(jì)算與校核
4.1鏈輪的選型與設(shè)計(jì)計(jì)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(zhǔn)確的塊體相嚙合一種實(shí)心或帶輻條的齒輪,與滾子鏈嚙合以傳遞運(yùn)動(dòng)。
⑴鏈條參數(shù)根據(jù)GB1243.1-83 鏈條參數(shù)見表4-1。
表4-1 鏈條參數(shù)
鏈條節(jié)距
鏈條滾子外徑
內(nèi)鏈板高度
鏈條排距
內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬
44.45
25.4
14.97126
48.87
25.22
圖4-1 鏈條
⑵鏈輪參數(shù)
如圖4-1鏈輪模型，計(jì)算得出鏈輪參數(shù)見表4-2所示。
表4-2 鏈輪參數(shù)
鏈輪齒數(shù)
鏈輪節(jié)距
鏈輪節(jié)圓直徑
鏈輪齒側(cè)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(dòng)鏈輪齒數(shù)13，從動(dòng)鏈輪齒數(shù)11。鏈條和鏈輪關(guān)鍵參數(shù)的計(jì)算過(guò)程如下鏈速：
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
4.2鏈輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核
⑴軸的選擇
表3-1軸的常用材料及主要力學(xué)性能
材料及熱處理
毛坯直徑mm
硬度HBS
強(qiáng)度極限
/MPa
屈服強(qiáng)度
/MPa
彎曲疲勞極限
/MPa
應(yīng)用說(shuō)明
45正火
100
149 -187
520
270
250
有較好的塑性和適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，可做一般曲軸、轉(zhuǎn)軸等
選取軸的材料為45碳素鋼，正火處理。
⑵根據(jù)地輪的轉(zhuǎn)動(dòng)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(qiáng)度校核
查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知此軸在挖溝的過(guò)程中主要受到的是轉(zhuǎn)矩，根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)可得到公式：
（4-4）
由設(shè)計(jì)參數(shù)我們可設(shè)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(shù)，代入上式得
計(jì)算危險(xiǎn)截面處軸的直徑
軸材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，查得 ，查的許用彎曲應(yīng)力 ，
考慮到鍵槽對(duì)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(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核
⑴輸入高速軸的，、
⑵求作用在齒輪上的力
因?yàn)橐阎退偌?jí)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(diào)制處理，HBS為：217～255
⑷強(qiáng)度校核
已知：軸的結(jié)構(gòu)如下頁(yè)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(diǎn)產(chǎn)生的反力
根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)可得：主動(dòng)鏈輪的扭矩：
M=FR=PR/v=15KN×273mm=4095Nm
該軸為實(shí)心軸，查閱設(shè)計(jì)手冊(cè)計(jì)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(zhuǎn)強(qiáng)度條件：
由于采用的45鋼做材料
代入數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算
顯然滿足條件。這里我們不進(jìn)行扭轉(zhuǎn)剛度條件校核因?yàn)榕まD(zhuǎn)強(qiáng)度條件顯示極限應(yīng)力遠(yuǎn)小于許用
應(yīng)力。
5特殊零件的設(shè)計(jì)
5.1覆土圓盤斜度調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計(jì)
果園中被開溝器甩出來(lái)的土需要覆土裝置回填進(jìn)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(yán)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(shè)計(jì)的開溝施肥機(jī)開溝并施肥后由覆土裝置將溝填平，要保證覆土質(zhì)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(gè)維度里旋轉(zhuǎn)。以圖5-2所示零件為核心，將覆土裝置設(shè)計(jì)為圖5-1所示，這種結(jié)構(gòu)使覆土圓盤既能在x-y平面內(nèi)左右轉(zhuǎn)動(dòng)，自身又能沿轉(zhuǎn)桿360度旋轉(zhuǎn)，可以充分滿足覆土圓盤需要的斜度。
圖 5-1 二級(jí)調(diào)節(jié)桿 圖 5-2 覆土圓盤
工作時(shí)，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(jī)后面，通過(guò)底座的限位螺栓的調(diào)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(jī)向前推進(jìn)，給兩邊的土一個(gè)里直于刮板內(nèi)側(cè)的正壓力，在正壓力的作用下，使兩邊的土向溝內(nèi)側(cè)移動(dòng)，進(jìn)入溝槽中，對(duì)肥料進(jìn)行覆蓋，實(shí)現(xiàn)覆土功能。遇到起伏不平整地面時(shí)，刮板下端受到地面的作用力，刮板、限位套筒及導(dǎo)桿上移，使整個(gè)覆土裝置在滑槽內(nèi)卜移。由于整個(gè)覆土裝置與地面呈一定角度懸掛，在裝置整體上移的同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生向前運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，為了防止導(dǎo)桿卡死在山地相橘園開溝施肥機(jī)的設(shè)計(jì)與研究導(dǎo)套內(nèi)，故在導(dǎo)套內(nèi)裝有直線軸承，減少導(dǎo)桿與導(dǎo)套的摩擦。當(dāng)恢復(fù)平地時(shí)，在壓賛的作用下，整個(gè)覆土裝置下移至初始狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)
作物施肥分為基肥、種肥和追肥?；视纸械追?，是在播種前施入地面的肥料，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(shí)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(duì)其施加的肥料，主要以有機(jī)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(jù)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(fù)合肥料重力作用下進(jìn)入肥盒，排肥軸的轉(zhuǎn)動(dòng)使肥盒內(nèi)的化肥從肥盒的槽輪中流出，該排肥器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、排均勾穩(wěn)定，主要用于排施流動(dòng)性較好的顆粒狀復(fù)合肥，排粉狀或潮濕的化肥時(shí)，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(zhuǎn)將星齒間的化肥強(qiáng)制排出，其排肥穩(wěn)定變異系數(shù)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(nèi)的化肥，在肥箱底部裝有活頁(yè)式鉸鏈，可以直接打開箱底進(jìn)行清理。
⑶螺旋式排肥器
工作原理是利用排肥螺旋的回轉(zhuǎn)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(chǎng)合，排肥量小時(shí)，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(zhuǎn)將化肥排出，主要用于碳酸氧銨等流動(dòng)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(dòng)性好的顆粒狀復(fù)合肥。
⑸攪刀一撥輪式排肥器
該排肥器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(nèi)架空和堵塞的可能性；另一方面，利用強(qiáng)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(jiǎn)單、通用性好，可以廣泛應(yīng)用于各種大型和小型的施肥機(jī)具上。
⑹振動(dòng)式排肥器
工作原理是利用凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)振動(dòng)板不斷振動(dòng)，使化肥在肥箱內(nèi)循環(huán)運(yùn)動(dòng)，并沿振動(dòng)板斜面下滑至排肥口排出。該種排肥方式可消除肥箱內(nèi)化肥的“架空”，排肥量的大小由調(diào)節(jié)板調(diào)節(jié)。由于振動(dòng)關(guān)系，肥箱內(nèi)肥料多少、粘結(jié)力以及肥料密度等因素對(duì)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(dòng)性較好的顆粒狀復(fù)合肥，要求排肥器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)箱箱體的設(shè)計(jì)
本果園開溝施肥機(jī)開溝系統(tǒng)的動(dòng)力源為拖拉機(jī)的動(dòng)力輸出軸，拖拉機(jī)的動(dòng)力通過(guò)傳動(dòng)箱中兩個(gè)錐齒輪和三個(gè)直齒輪的作用，將動(dòng)力傳至開溝傳動(dòng)軸，繼而帶動(dòng)開溝刀盤按要求的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)開溝。
傳動(dòng)箱的箱體分為兩部分，一部分在機(jī)架上部，一部分在機(jī)架下部。兩部分配合起來(lái)的總箱體如圖5-5所示。
通過(guò)計(jì)算，準(zhǔn)確設(shè)計(jì)出兩傳動(dòng)箱的長(zhǎng)、寬、高及傳動(dòng)箱上各軸承座的位置，由此實(shí)現(xiàn)各齒輪的密切陪合，高效、準(zhǔn)確地將拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸的動(dòng)力傳遞至開溝刀盤。
圖 5-5 傳動(dòng)箱（總）
總 結(jié)
馬上就要走出校門，畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們離開學(xué)校前的最后一門課程，也是對(duì)大學(xué)四年來(lái)所學(xué)知識(shí)及我們自身能力的總結(jié)和考驗(yàn)。
本文以果園主要果樹（葡萄、紅棗等）為研究和服務(wù)對(duì)象，針對(duì)其矮化、密植的種植特點(diǎn)，以功耗低、可操作性好為目標(biāo)，結(jié)合專業(yè)知識(shí)以及實(shí)踐基礎(chǔ)，提出了一種果園開溝施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)具。本機(jī)具有以下特點(diǎn)：
（1） 本機(jī)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊,各個(gè)零件的要求較低，便于生產(chǎn)加工；
（2）該機(jī)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(shí)對(duì)土壤的要求不高，對(duì)于沙土地的實(shí)際條件，可以實(shí)現(xiàn)較高的工作效率。
本文介紹的果園開溝施肥機(jī)成本低，效率較高，和小型四輪拖拉機(jī)配合使用，具有操作簡(jiǎn)單，占地面積小等諸多優(yōu)勢(shì)。能較好的滿足承包戶的經(jīng)濟(jì)要求，以及實(shí)際生產(chǎn)要求。
致 謝
非常感謝李平老師在我大學(xué)的最后學(xué)習(xí)階段——畢業(yè)設(shè)計(jì)階段給我的指導(dǎo)，從最初的定題，到資料收集，機(jī)械設(shè)計(jì)，到寫作、修改，到論文定稿，她都給了我耐心的指導(dǎo)和無(wú)私的幫助。
前段時(shí)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(dǎo)我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)。李老師這種無(wú)私奉獻(xiàn)的敬業(yè)精神令人欽佩，在此對(duì)李老師表示深深的謝意和敬佩！同時(shí)，感謝所有任課老師和所有同學(xué)在這四年來(lái)給自己的指導(dǎo)和幫助，是他們教會(huì)了我專業(yè)知識(shí)，教會(huì)了我如何學(xué)習(xí)，教會(huì)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(jìn)步，在此向他們表示我由衷的謝意。
通過(guò)這一階段的努力，我的畢業(yè)論文終于完成了。畢業(yè)設(shè)計(jì)這項(xiàng)工作，總體來(lái)說(shuō)，是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。大學(xué)生活即將結(jié)束，在大學(xué)階段，我在學(xué)習(xí)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(xué)和朋友的關(guān)心、支持和鼓勵(lì)是分不開的。
寫作畢業(yè)論文是一次再系統(tǒng)學(xué)習(xí)的過(guò)程，畢業(yè)論文的完成，同樣也意味著新的學(xué)習(xí)生活的開始。我將銘記我曾是一名塔大學(xué)子，在今后的工作中把塔大的優(yōu)良傳統(tǒng)發(fā)揚(yáng)光大。
“自強(qiáng)不息，求真務(wù)實(shí)”！
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