果園開溝深施肥機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

摘要針對(duì)果園深施肥的要求，對(duì)果園開溝深施肥機(jī)的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)了一款果園開溝深施肥機(jī)械，包括總體結(jié)構(gòu)、開溝器和排肥槽。該施肥機(jī)的投入使用，將會(huì)極大地減輕果農(nóng)的勞作強(qiáng)度，提高果園深施肥效率，從而提高產(chǎn)果量和果品質(zhì)，將產(chǎn)生很好的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞果園；開溝；深施肥；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)S224.22文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）23-08086-03

作者簡(jiǎn)介程梅（1976- ），女，安徽樅陽(yáng)人，技術(shù)員。

收稿日期20140620隨著近年國(guó)民生活水平的不斷提高，水果已經(jīng)成為大眾日常生活中續(xù)糧食、蔬菜后的第3大農(nóng)作物。目前我國(guó)水果種植的面積和產(chǎn)量均已位居世界前列。要提高果園的產(chǎn)量和水果品質(zhì)，針對(duì)果樹的施肥環(huán)節(jié)非常重要。果園施肥時(shí)不僅要考慮相應(yīng)果樹的生長(zhǎng)特性和季節(jié)特性，更需要注重施肥深度。因此根據(jù)農(nóng)藝要求，深施肥不但能提高肥效和節(jié)約肥料， 還能促進(jìn)作物根系往下生長(zhǎng)， 有利于果樹增強(qiáng)抗旱抗倒伏能力[1]。因?yàn)閺闹参锏纳飳W(xué)角度來分析，深施肥更能夠促進(jìn)果樹根系的生長(zhǎng)，從而有利于作物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收[2]。開溝機(jī)是一種開挖溝渠的專用機(jī)械，隨著農(nóng)業(yè)的飛速發(fā)展和人類對(duì)機(jī)械化設(shè)備要求的提高開溝機(jī)也被應(yīng)用于果樹和園林作業(yè)中，從而使得開溝機(jī)的發(fā)展得到了迅速提升。但是目前我國(guó)有關(guān)果園開溝深施肥方面的機(jī)具仍然非常匱乏，有關(guān)這一方面的研究與設(shè)計(jì)報(bào)道均較少。因此，果園開溝深施肥機(jī)的研制和投入使用就顯得非常迫切[3]。為此筆者設(shè)計(jì)了一款適合果園深施肥的行走式開溝機(jī)具。

1總體方案設(shè)計(jì)

1.1總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開溝深施肥機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如所示。

總體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖果園開溝深施肥機(jī)械效果圖該機(jī)具的主要工作流程分為3個(gè)步驟：開溝、施肥、覆土。該機(jī)具由10個(gè)功能機(jī)構(gòu)組成，各個(gè)零部件的具體名稱已經(jīng)在結(jié)構(gòu)示意圖中詳細(xì)標(biāo)出，其中開溝器和排肥器的設(shè)計(jì)是該文討論的主要內(nèi)容。

1.2工作原理該機(jī)具主要目的是利用開溝機(jī)的開溝功能，排肥槽的排肥功能和覆土器的覆土功能等，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)開溝深施肥全程自動(dòng)化機(jī)械作業(yè)的過程。為了滿足田間勞作的強(qiáng)動(dòng)力消耗，該機(jī)具的動(dòng)力來源采用柴油機(jī)動(dòng)力。柴油機(jī)的動(dòng)力輸出是通過飛輪上的皮帶傳遞到變速箱內(nèi)，變速箱內(nèi)部的動(dòng)力進(jìn)行齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)后的一部分動(dòng)力通過皮帶輪和皮帶（即帶傳動(dòng)）傳輸?shù)窖b有開溝器的軸上，帶動(dòng)該軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)開溝器的旋轉(zhuǎn)，完成開溝過程。另一部分動(dòng)力同樣通過皮帶輪和皮帶（帶傳動(dòng)）傳輸?shù)窖b有行走輪的軸上，帶動(dòng)該軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)行走輪進(jìn)行行走，整個(gè)開溝深施肥機(jī)便可前行[4]。在行走輪行走的同時(shí)，該軸上的一部分動(dòng)力通過鏈傳動(dòng)傳遞到排肥器內(nèi)部的軸上，帶動(dòng)排肥器內(nèi)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，裝在排肥器內(nèi)的肥料在自身重力和機(jī)械振動(dòng)雙重作用下落入開出的溝中，實(shí)現(xiàn)施肥過程。覆土器懸掛在開溝深施肥機(jī)的尾部，在整個(gè)機(jī)器前行時(shí)可以實(shí)現(xiàn)均勻覆土功能。

1.3傳動(dòng)設(shè)計(jì)排肥軸的傳動(dòng)方式的選擇主要有3種，即帶傳動(dòng)、渦輪蝸桿傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)。當(dāng)傳動(dòng)比較大時(shí)，就選用渦輪蝸桿傳動(dòng)；當(dāng)傳動(dòng)比偏小時(shí)，采用鏈傳動(dòng)和帶傳動(dòng)。

渦輪蝸桿傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)平穩(wěn)，沖擊力小等優(yōu)點(diǎn)，但是其傳動(dòng)效率低，并且摩擦損失大。帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，傳動(dòng)平穩(wěn)，但是傳動(dòng)過程中容易發(fā)生打滑現(xiàn)象。鏈傳動(dòng)的效率高，同時(shí)對(duì)于安裝和制造的精度要求低，總體成本較低。綜合上述情況，選擇鏈傳動(dòng)作為排肥軸的傳動(dòng)方式。此外，考慮到外輪槽式排肥器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便和通用性好等優(yōu)點(diǎn)，所以也可選擇外輪槽式排肥器作為該處所用。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)選擇設(shè)定如下：

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)

柴油機(jī)的功率 12 kW輸出轉(zhuǎn)速 2 000 r/min溝深 200 mm溝寬 300 mm行走輪轉(zhuǎn)速 40 r/min行走輪直徑 0.8 m開溝器轉(zhuǎn)速 200 r/min

2關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)

2.1開溝器的設(shè)計(jì)旋耕刀主要用于圓盤開溝器，同時(shí)圓盤開溝器可分為單圓盤開溝器和雙圓盤開溝器。雙圓盤開溝器的特點(diǎn)是：切土?xí)r類似于滑刀切削入土，能夠切斷土中殘根，對(duì)土壤的適應(yīng)能力較強(qiáng)，工作可靠；但是自身重量大，開溝阻力也較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高。單圓盤開溝器的特點(diǎn)是：相比較雙圓盤開溝器自身重量輕，入土能力更強(qiáng)，結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單；但是播幅較窄。這里主要考慮到開溝器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和追求成本較低，所以選擇單圓盤開溝器[5]。

我國(guó)的旋耕機(jī)標(biāo)準(zhǔn)采用的是齒輪-鏈輪和全齒輪傳動(dòng)2種方式。刀軸傳動(dòng)分為側(cè)邊和中間傳動(dòng)，同時(shí)側(cè)邊傳動(dòng)又包括鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)。由于鏈傳動(dòng)相對(duì)齒輪傳動(dòng)成本較低并且操作簡(jiǎn)單，同時(shí)結(jié)合旋耕機(jī)的工作原理，所以選用側(cè)邊鏈傳動(dòng)更合理。

對(duì)于該開溝器，可以通過加大圓盤的直徑來實(shí)現(xiàn)提高開溝溝深的目的。開溝器的設(shè)計(jì)如所示。

旋耕機(jī)刀片根據(jù)可知，開溝器主要包括彎刀片，刀盤，刀軸和緊定螺栓。旋耕刀片的排列方式對(duì)旋耕質(zhì)量影響很大，旋耕刀片的排列方式與秸稈粉碎滅茬機(jī)刀片的排列方式相似。有單螺旋線、雙螺旋線、星形、對(duì)稱排列等幾種。但是不管哪種排列均應(yīng)滿足，刀片軸受力均衡，徑向受力平衡和相鄰兩刀片徑向夾角要大的要求[6]。開溝器的旋耕刀片排列如所示。

旋耕刀片結(jié)構(gòu)從可以看出，該開溝器共有6把彎刀刀片，為了保證刀片切土的均勻性，刀盤上6把彎刀是均勻分布的，每相鄰兩把彎刀之間夾角是60°，也就保證了相續(xù)入土的兩彎刀之間夾角是60°。因此，該機(jī)具選擇確定為旋耕彎刀開溝器[7]。

2.2排肥器的設(shè)計(jì)考慮到果園施肥要求排肥器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、通用性好，選擇了外輪槽式排肥器作為排肥裝置，其結(jié)構(gòu)如所示。工作時(shí)，先旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)軸套，根據(jù)施肥需要調(diào)整排肥器槽輪的長(zhǎng)度，確定排肥量的大小。然后拉開插板，啟動(dòng)開溝機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)，動(dòng)力從發(fā)動(dòng)機(jī)傳到開溝機(jī)的行走輪軸，開溝機(jī)的行走輪通過鏈傳動(dòng)傳輸?shù)脚欧瘦S，排肥軸帶動(dòng)槽輪轉(zhuǎn)動(dòng)，肥箱的復(fù)合肥在振動(dòng)和重力的作用下落到排肥器，進(jìn)入排肥管，灑落在肥溝內(nèi)，實(shí)現(xiàn)施肥。由于排肥軸的動(dòng)力是由行走輪提供的，故當(dāng)完成施肥作業(yè)后，要將插板關(guān)閉，以防止開溝機(jī)在行走過程中復(fù)合肥被施出，造成浪費(fèi)[8]。同時(shí)將覆土器懸掛在開溝深施肥機(jī)的尾部，覆土器結(jié)構(gòu)示意圖如所示。

2.3排肥裝置的傳動(dòng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)肥料箱一次裝肥額度為25～30 kg，排肥裝置采用鏈傳動(dòng)，并且動(dòng)力從微型開溝機(jī)的行走輪傳遞給排肥軸。微型手扶開溝機(jī)行走輪有兩個(gè)檔位，快速檔n1=35 r/min，慢速檔n2=30 r/min。通過查文獻(xiàn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，外槽輪排肥器在正常工作時(shí)排肥軸轉(zhuǎn)速30～35 r/min、排肥輪工作長(zhǎng)度20～25 mm，考慮到該機(jī)器工作時(shí)的平穩(wěn)性，故取行走輪慢速檔作為工作檔位[9]。

3結(jié)論

該篇論文主要針對(duì)如何對(duì)現(xiàn)代果園進(jìn)行了開溝深施肥機(jī)具研究，并對(duì)開溝深施肥機(jī)進(jìn)行了整體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。園藝工作中的深施肥對(duì)土地的開溝深度有較高的要求，開出的溝深越深，深施肥就越方便[6]。因此，在對(duì)關(guān)鍵部件參數(shù)進(jìn)行選定后，又對(duì)機(jī)器的帶傳動(dòng)進(jìn)行了相關(guān)分析，整個(gè)研究和設(shè)計(jì)得出以下結(jié)論：排肥器與覆土器機(jī)構(gòu)示意圖（1）選用旋耕彎刀片作為開溝刀，旋耕刀主要用于圓盤式開溝器，考慮到自身結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)性選用單圓盤式開溝器。

（2）選用外輪槽式排肥器進(jìn)行排肥，主要考慮到其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便和適用性好。

（3）整個(gè)機(jī)器的傳動(dòng)主要由帶傳動(dòng)；采用帶傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力從柴油機(jī)到開溝器的傳遞；采用帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)結(jié)合實(shí)現(xiàn)動(dòng)力從柴油機(jī)到行走輪的傳遞，采用鏈傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力從行走輪到排肥軸的傳遞。

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