甘蔗中耕施肥機(jī)肥料斗固定設(shè)置研究

□ 劉海濤

（廣西大學(xué)行健文理學(xué)院，廣西 南寧 530005）

廣西是甘蔗主要種植地之一，廣西糖料蔗種植面積占全國糖料蔗種植面積的60%以上，據(jù)統(tǒng)計(jì)在甘蔗的種植、耕作、收獲、綜合等方面，耕作環(huán)節(jié)的機(jī)械化率較高［1-4］。從甘蔗的種植到收獲，所使用的機(jī)械也比較多，甘蔗的種植機(jī)械主要有3種類型，分別為實(shí)時(shí)切種式、預(yù)切種式以及整稈式［5-7］。甘蔗的中耕施肥培土機(jī)械按動力大小可以分為小型甘蔗中耕施肥培土機(jī)械和懸掛式甘蔗中耕施肥培土機(jī)械，其中小型甘蔗中耕施肥培土機(jī)械是以手扶拖拉機(jī)、微型拖拉機(jī)為動力，例如3ZFS-1型甘蔗中耕施肥培土機(jī)；懸掛式甘蔗中耕施肥培土機(jī)械是以中大型拖拉機(jī)為動力，例如3ZFS-2型甘蔗中耕施肥培土機(jī)［8］。甘蔗的收獲機(jī)械主要有2種類型，分別為切段式甘蔗收獲機(jī)械和整稈式甘蔗收獲機(jī)械，切段式甘蔗收獲機(jī)械主要有4GZQ-120型甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)、4GZ-200型甘蔗收獲機(jī)、4GQ-130型甘蔗收獲機(jī)、4GDL-91型履帶式甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)等；整稈式甘蔗收獲機(jī)械主要有HS1800型甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)、4GL-1型甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)、4GD-36型甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)、4GZZ-97型甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)等［9-11］。

甘蔗的中耕施肥可有效提高甘蔗的產(chǎn)量，也是甘蔗生產(chǎn)過程的環(huán)節(jié)之一［12］。由于利用機(jī)械進(jìn)行甘蔗中耕施肥，可以提高工作效率，減少人力勞動，減少肥料的浪費(fèi)，施肥效果好，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在甘蔗生產(chǎn)過程中。國內(nèi)對甘蔗的中耕施肥機(jī)械進(jìn)行了大量研究，取得較多成果［13-18］。甘蔗中耕施肥機(jī)械的排肥裝置性能的好壞是影響施肥效果的主要原因之一，根據(jù)化肥的種類、施肥要求等不同，主要有外槽輪式、螺旋式、振動式以及轉(zhuǎn)盤式等排肥裝置。而排肥裝置的肥料斗多采用螺栓固定，如圖1所示，存在施肥后清理殘余肥料時(shí)拆卸不方便的問題，為了方便對肥料斗、圓盤等處殘留的肥料進(jìn)行清理，采用可升降式肥料斗結(jié)構(gòu)。

圖1 肥料斗采用螺栓固定

一、技術(shù)路線

本研究采用的技術(shù)路線主要為國內(nèi)外相關(guān)材料的收集、確定研究的方向、采用可升降式肥料斗結(jié)構(gòu)、CreoParametric建模、CreoSimulate進(jìn)行有限元分析等，如圖2所示。

圖2 技術(shù)路線

二、結(jié)構(gòu)及原理

采用可升降式肥料斗的排肥裝置結(jié)構(gòu)簡圖，如圖3所示，由肥料斗、可升降支撐桿、安裝底座、固定刮板、圓盤、肥料漏斗等組成。當(dāng)甘蔗中耕施肥機(jī)工作時(shí)，可升降支撐桿將肥料斗固定在施肥高度位置，電動機(jī)驅(qū)動圓盤轉(zhuǎn)動，肥料在重力的作用下從肥料斗流到圓盤內(nèi)，并在固定刮板處上升并偏移，當(dāng)偏移至邊緣時(shí)肥料就可以落到肥料漏斗，順著排肥管均勻地落到已經(jīng)開好的溝中，對甘蔗進(jìn)行施肥。清理時(shí)，通過可升降支撐桿將肥料斗升高后固定不動，方便對肥料斗、圓盤等處殘留的肥料進(jìn)行清理。

圖3 排肥裝置結(jié)構(gòu)簡圖

三、建立模型

CREO軟件有很多功能，應(yīng)用廣泛。CREO軟件主要有曲面設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、模具開發(fā)、管路設(shè)計(jì)、零件設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、鑄造件設(shè)計(jì)、工程圖制作、應(yīng)力分析、自動測量、產(chǎn)品裝配、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、機(jī)構(gòu)仿真和有限元素分析等功能，在機(jī)械、汽車、玩具、工業(yè)設(shè)計(jì)、電訊、家電、電子、以及高科技等行業(yè)廣泛應(yīng)用。本研究采用CREO軟件進(jìn)行建模和有限元分析，首先打開Creo Parametric，點(diǎn)擊【新建】，如圖4所示。

圖4 Creo Parametric【新建】對話框

根據(jù)可升降式肥料斗結(jié)構(gòu)，利用Creo Parametric軟件建立肥料斗、可升降支撐桿、安裝底座等模型，建立的模型如圖5所示。

圖5 建立的模型

四、有限元分析

利用Creo Parametric建立模型后，對建立的簡化模型進(jìn)行有限元分析有幾種方法，方法一將Creo Parametric軟件中建立的模型保存為★.x＿t格式的文件，再將★.x＿t文件導(dǎo)入到ANSYS Work bench中，設(shè)置材料屬性、進(jìn)行網(wǎng)格劃分、施加載荷與約束、分析計(jì)算、查看分析結(jié)果等；方法二利用Creo Simulate對建好的模型進(jìn)行有限元分析，優(yōu)點(diǎn)是不用再導(dǎo)入到其他有限元分析軟件中，可以減少對模型的處理、轉(zhuǎn)換時(shí)間。由于對簡單零件進(jìn)行有限元分析，CREO和ANSYS的計(jì)算結(jié)果比較接近，本文根據(jù)可升降式肥料斗結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用第二種方法，在Creo Simulate中進(jìn)行有限元分析。

Creo Simulate可以做動態(tài)分析、模態(tài)分析、靜態(tài)分析、疲勞分析、失穩(wěn)分析、預(yù)應(yīng)力分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)研究等，應(yīng)用廣泛。將利用Creo Parametric建立的模型導(dǎo)入到Creo Simulate中，定義材料屬性、添加約束、添加載荷、劃分網(wǎng)格等步驟后進(jìn)行有限元分析，其分析結(jié)果如圖6所示，可升降支撐桿所受的最大應(yīng)力小于材料的許用應(yīng)力，采用可升降支撐桿結(jié)構(gòu)滿足使用要求。

圖6 應(yīng)力云圖

五、結(jié)語

隨著科技的發(fā)展，各種機(jī)械廣泛應(yīng)用在甘蔗生產(chǎn)過程中，其中甘蔗中耕施肥機(jī)械種類很多。在我國廣西甘蔗種植面積較大，對甘蔗生產(chǎn)過程中使用機(jī)械的工作效率要求越來越高，本文根據(jù)甘蔗中耕施肥機(jī)排肥裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用可升降式肥料斗結(jié)構(gòu)，利用Creo Parametric建立模型，在Creo Simulate中進(jìn)行有限元分析，有限元分析結(jié)果為可升降支撐桿滿足使用要求。采用可升降式肥料斗結(jié)構(gòu)方便對施肥后殘留的肥料進(jìn)行清理，可以提高甘蔗中耕施肥機(jī)械的工作效率，為甘蔗中耕施肥機(jī)械的研究提供參考。