手扶式自動施肥機設(shè)計

馬思旋 劉特成 吳昕煒 施偉辰

摘 要： 隨著人們平均生活水平的不斷提高和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，土地作業(yè)越趨向機械化。根據(jù)農(nóng)藝的要求，深施肥不但能提高肥料的肥效還可以充分節(jié)約肥料，使農(nóng)作物充分吸收肥料的營養(yǎng)從而茁壯生長。根據(jù)我國近年來的基本國情，大批青壯勞動力外出，考慮現(xiàn)有勞動力不足等特點，特設(shè)計出此款輕巧易操作的手扶式自動施肥機。此款手扶式自動施肥機自動完成定深度開溝、精量施肥以及覆土等功能，以精準(zhǔn)的控制來適應(yīng)施肥作業(yè)的各種地貌特點。

關(guān)鍵詞： 開溝；施肥；覆土；易操作；輕便

【中圖分類號】 S224.21 【文獻標(biāo)識碼】 A 【文章編號】 2236-1879（2018）11-0157-03

0 引言

我國一直以來就是一個農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)的發(fā)展源遠(yuǎn)流長，從古至今，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟一直是我國經(jīng)濟的重要組成部分。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，農(nóng)業(yè)機械化已經(jīng)成為當(dāng)今世界的主要趨勢。農(nóng)業(yè)機械化不僅給農(nóng)民們減輕了負(fù)擔(dān)，而且使作業(yè)效率得到了不斷提升。

影響農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量的一個重要因素就是機械化的施肥技術(shù)?，F(xiàn)有的大多數(shù)農(nóng)作物的行距和株距都較小，現(xiàn)存的絕大多數(shù)的田間作業(yè)機械都因動力不足和自身體積較大等缺點而很難方便、自如的進入土地中進行行間作業(yè)。如今，滿足消費者要求的作業(yè)機械設(shè)備嚴(yán)重缺乏，我國對兼具效率高、體積小、自重小以及適應(yīng)各種工作環(huán)境等優(yōu)點的機械設(shè)備需求也越來越迫切。因此，開發(fā)研制適合大面積農(nóng)作物作業(yè)的小型自動施肥機具有重要的現(xiàn)實意義。

1 總體方案的擬定

1.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。

根據(jù)施肥需要設(shè)計的多功能施肥機，如圖1所示。

1.2 施肥機工作原理。

總體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示，包括汽油機、傳遞結(jié)構(gòu)、工作部分。汽油機是整個施肥機的動力來源，離合器控制車體的行走和排肥器的轉(zhuǎn)動。汽油機輸出的轉(zhuǎn)速通過皮帶輪傳到減速器，經(jīng)由減速器減速通過鏈輪傳遞到主軸。當(dāng)離合器閉合時，減速器輸出的轉(zhuǎn)速將通過主軸的一端傳遞到另一端，再通過傳動鏈將轉(zhuǎn)速傳到地輪，帶動地輪向前轉(zhuǎn)動。同時地輪軸將轉(zhuǎn)速通過傳動鏈傳遞給排肥裝置的軸，使施肥功能在地輪開始轉(zhuǎn)動時同時開啟。當(dāng)槽輪轉(zhuǎn)動時，肥料在排肥輪槽齒的強制推動下經(jīng)排肥口排出，并通過排肥管播灑在溝槽中。此時，安裝在排肥裝置后側(cè)的覆土裝置在車體的向前帶動下，將溝槽兩邊的土壤回填到溝槽里面并壓平，施肥作業(yè)完成。

1.3主要參數(shù)的確定。

（1）鏈輪轉(zhuǎn)速。

查閱相關(guān)資料，擬定鏈輪轉(zhuǎn)速n1=120r/min，人行走速度V1=1.4m/s，車的速度V2=1m/s，地輪直徑D為240mm，地輪鏈輪轉(zhuǎn)速n2為80r/min，排肥器鏈輪n4=50r/min。

（2）汽油油機的選擇。

根據(jù)查閱的相關(guān)資料，由犁耕牽引阻力的經(jīng)驗公式[23]

P=kab

式中，P為牽引阻力，a為耕深，b為耕寬，k為犁耕比阻，取k=7，可得開溝犁的牽引阻力P=1890N，擬定開溝器在作業(yè)深度為15cm時所受的阻力為1890N。根據(jù)經(jīng)驗設(shè)定地輪及覆土板的總阻力100N，作業(yè)速度為1m/s，所以施肥機所需要的總功率為P=Fv=1.99kW，選定型號：KT152F通用汽油機。

1.4傳動裝置的動力參數(shù)計算。

KT152F汽油機的滿載轉(zhuǎn)速為3600r/min[2]，要求的輸出為50r/min，80r/min，則總傳動比為72與45。

一級V帶傳動比i1=3，二級錐齒輪傳動比i2=3.3，三級鏈傳動比i3=3，四級鏈傳動比i41=2.4，i42=2。主軸n1=120r/min，傳遞軸n2=80r/min，排肥器n3=50r/min，機械效率取0.96。各軸傳遞的功率如下：

各軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩T1為225.4，T2為225.4，T3為360.6，單位為Nm。

2主要零部件的選擇與設(shè)計

2.1 皮帶輪設(shè)計。

得出皮帶輪功率為2.42KW。根據(jù)Pca=2.42KW，小帶輪轉(zhuǎn)速n1=1200r/min，小帶輪直徑d=112mm，選取皮帶型號為SPA型V帶。

V帶的基準(zhǔn)長度Ld和傳動中心距a根據(jù)0.7（dd1+dd2）

得到為250mm。主動輪上包角a1約為171°，皮帶根數(shù)為2根。V帶帶輪選用HT200。由于大皮帶輪的D1-d1 =136≥100，采用孔板式，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.2 減速器錐齒輪設(shè)計計算。

減速器錐齒輪中的參數(shù)如表1所示，其中1均代表大齒輪，2均代表小齒輪。

2.3 軸的直徑估算。

根據(jù)工況，小齒輪采用齒輪軸結(jié)構(gòu)，選用45鋼。減速器高速軸的最小直徑為30mm，減速器低速軸最小直徑為55mm。根據(jù)主軸的受力分析情況，如圖3所示，根據(jù)公式[1]

得到主軸的強度校核結(jié)果為安全。

3 主要部件的設(shè)計

3.1排肥裝置的設(shè)計。

排肥器由兩個有效工作長度不同的槽輪組成。當(dāng)所需施肥量為30kg/畝時，將插板插入到大槽輪的上面，讓肥箱輸出的肥料只經(jīng)過小槽輪排出。當(dāng)需要的肥料量為50kg/畝時，將插板插入到小槽輪的上方。當(dāng)所需的肥料為80kg/畝時，無需插板。確定兩個槽輪的有效工作長度分別為74mm以及45mm，排肥軸結(jié)構(gòu)如圖4所示。

3.2 開溝器的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

此款開溝器可以調(diào)節(jié)三種深度，在開溝器的上方有三個相距5cm的螺栓孔，當(dāng)從上方數(shù)第一個孔安裝固定在車體上時，犁體所開溝深為15cm依次安裝即可實現(xiàn)不同開溝深度。以此來實現(xiàn)根據(jù)不同的需求，來設(shè)置施肥機開溝器不同的溝深，由此實現(xiàn)了“因地制宜”，具體結(jié)構(gòu)如圖5所示。

3.3覆土板結(jié)構(gòu)設(shè)計。

覆土板的總體設(shè)計方案如圖6所示，材料為鑄鐵。由兩個焊座、一個帶有角度的梁以及兩個板組成。

當(dāng)整個施肥機前進時，安裝在排肥裝置后側(cè)的覆土裝置開始工作。將開溝器開溝時翻到溝兩側(cè)的土回填，覆土完成。

4 總結(jié)

1.隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，農(nóng)業(yè)機械化已經(jīng)成為當(dāng)今世界的主要趨勢?，F(xiàn)在大多的施肥方法是地表撒施，它有肥料利用率低、化肥損失嚴(yán)重、肥效持續(xù)時間短、肥量難以控制等缺點，易造成施肥過量，從而污染環(huán)境，化肥深施技術(shù)是解決上述問題的有效措施之一。

2.此款手扶式自動施肥機，它小巧、方便、易操作。

3.此施肥機在定深度開溝和精量施肥方面有較為新穎的設(shè)計。

參考文獻

[1] 濮良貴等.機械設(shè)計[M].北京：高等教育出版社，2006.35-40

[2] 成大先等.機械設(shè)計手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.147-150

[3] 吉俊寶等.基于微型開溝機的施肥覆土裝置設(shè)計[J].華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2013，（7） ：1-4