1、湖 南 农 业 大 学全日制普通本科毕业设计果园开沟施肥机设计DESIGN OF FERTILIZER DISTRIBUTOR AND DITCHER FOR ORCHARD湖南农业大学全日制普通本科生毕业设计诚 信 声 明本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。毕业设计作者签名：年 月 日目 录摘要 1关键词 11 前言 11.
2、1 选题背景 11.2 果园开沟施肥机的作用与形式 21.3 果园开沟施肥机的国内外研究现状 21.3.1 国内开沟机施肥机发展概况 21.3.2 国内主要开沟机 21.3.3 国外开沟机的发展概况 31.3.4 开沟机分类 32 果园开沟施肥机方案的选择 42.1 悬挂式开沟施肥机 42.2 自走式开沟施肥机 53 方案的确定 53.1 设计思路 53.2 整体结构和工作原理 63.2.1 整体结构 63.2.3 工作原理 64 结构设计与分析 74.1 开沟弯刀 74.1.1 开沟弯刀的结构组成 74.1.2 侧切刃 74.1.3 正切刃 84.1.4 材料和技术要求 94.2 开沟刀盘
3、94.2.1 开沟刀盘内孔直径 94.2.2 安装刀片螺栓孔位置 94.2.3 开沟刀盘外径 94.2.4 刀片安装数量 104.2.5 开沟刀盘总体结构 104.3 开沟刀轴 104.3.1 开沟刀轴的最小径计算 104.3.2 开沟刀轴结构图 114.4 动力选型 124.5 开沟机传动箱 134.5.1 开沟机锥齿轮箱 134.5.2 开沟刀滚 144.5.3 传动关系图 144.5.4 开沟机罩壳 154.6 施肥器 164.6.1 排肥器星轮 164.6.2 排肥器工作原理 174.7 深度调节器 184.7.1 液压缸的选择 184.7.2 深度调节器结构图 194.7.3 液压马
4、达选择与安装 195 关键零部件校核计算 205.1 开沟刀轴的校核沟刀轴的校核 205.2 滚动轴承的校核 226 结论 23参考文献 24致谢 251果园开沟施肥机设计摘 要：为解决果园开沟施肥工作量大等问题，通过对各种开沟施肥机进行类比，查阅相关资料，确定出一种优化方案，并绘制其主要机构三维模型进行仿真分析与计算说明。实现该果园开沟施肥机的开沟深度可调，施肥量可调，一次完成开沟施肥等工作。关键词：果园开沟；施肥；开沟刀；Design of fertilizer distributor and ditcher for orchard Abstract: To solve the heavy
5、 workload issues of orchard ditching fertilization ,Campered with kinds of ditching fertilization machine and read relevant literature ,And drew three-dimensional model of the ditching fertilization machine and organs of the simulation analysis and calculation instructions. Achieved orchard ditching
6、 fertilization machine trenching depth adjustable,fertilizer adjustable, Complete ditching fertilization once.Key words: Orchard Ditiching; Fertilizing;Rotary blade1 前言1.1 选题背景在果树管理上，施肥是一项作业量大、劳动强度大的作业。尤其是施用有机肥时，需在每棵果树两侧、根系集中分布层稍远和稍深处各挖一条连续或断续的、宽深都在500 毫米左右的沟。这就需要大量的劳动力来进行开沟施肥。然而随着国内经济的飞速发展，人们生活水平的提
7、高，劳动力的成本也在不断提高以及青壮年劳动力的短缺，果园开沟施肥成为了影响果园收益的一大因素。目前，我国果园开沟施肥大多数采用人工作业，机械化水平低。现有的开沟机大多不适应果园作业，主要表现在果园工作环境复杂，地表有杂草、树枝、石块，地下有石块和根茬以及果园果树之间的间距比较窄，大型拖拉机等无法进行作业，不适应大马力的动力，要实现机械化作业，必须用小功率的拖拉机完成。根据文献报道，国内还没有开发出成本低、功耗低的专用机型，国外虽然有成熟专用的开沟机具，但并不适合国内现阶段农村市场的需求。2为解决果园开沟施肥所面临的实际问题，设计出一种能够集开沟与施肥于一体的果园开沟施肥机是有必要的。1.2 果
8、园开沟施肥机的作用与形式果园开沟施肥机是一种果园开沟施肥专用机械，主要运用于果园的开沟、施肥、土回填平、压实等工作，随着我国工业经济的发展和新农村建设步伐的推动了林果业的发展，为开沟施肥机提供了用武之地并促其迅速发展。果园开沟机大体分为自走式、悬挂式两种形式，自走式的果园开沟施肥机主要适合小型果园，悬挂式的果园开沟施肥机主要适合大型果园 1。1.3 果园开沟施肥机的国内外研究现状1.3.1 国内开沟机施肥机发展概况我国对开沟机的研究开发比较晚，经历了从犁铧式开沟机、圆盘式开沟机和链式开沟机的发展历程。20 世纪 80 年代中期，国家引进了小量开沟机主要用于农业暗管排水工程，这是早期的技术引进。
9、但由于有机肥的应用还不广泛，只是停留在小农经济水平上，因此，此时的开沟机主要用于农田水利工程以及地下电缆，自来水工程等。近年来，随着国家对绿色农业大大力倡导，有机肥在农业上得到广泛应用和发展，特别是在果园的应用上，使开沟机的研究方向逐渐向有机肥施肥开沟机方向发展。1.3.2 国内主要开沟机1991 年，安徽省宣州市孙埠镇农机管理服务站对 8.8KW 手扶拖拉机的配套农具旋耕机进行合理改装,研制出 1KS-20 型卧式弯刀开沟机。1996 年，昆山农业机械化研究所祁天循研制开发了 1KLZ-2 型立式螺旋开沟机。2000 年东北农业大学韩永俊、尹大庆、冯江、王德福等人完成了 1KL-100 型立
10、式螺旋开沟机的设计。2006 年，中国农业机械化科学研究院与山东广饶三元液压机械环保有限公司的多功能的开沟机。2009 年 2 月，新疆农业科学院农业机械化研究所阿布里孜巴斯提、兰秀英、贡献、刘旋峰等人开发研制了 1K40 型偏置式果园开沟机。2010 年 4 月西北农林科技大学机电学院王京风、杨福增、刘世等人进行微型遥控果园开沟机的研发与设计。目前，开沟机技术虽然得到较快的发展，但依然存在很多问题，适用于果园开沟的机具还是比较少 1。1.3.3 国外开沟机的发展概况国外很早就开始了有机肥的应用研究，如欧美、意大利、法国等，并且有着广泛的应用。随着科学技术的进步和应用范围的扩大对开沟机的要求也
11、越来越高，开沟装备研究工作步入了一个新时代，先进的新型设备不断涌现。国外较早生产开沟机的国3家是美国和前苏联，其发展过程是从犁铧式开始的，目前国际上的主要开沟机生产厂商在美国，但是国外开沟机生产已向多样化趋势发展，且更趋专机专用，开沟机只用于开沟作业，而当机械不开沟时只能闲置。这种情况并不符合我国的国情 2。1.3.4 开沟机分类开沟机是由拖拉机动力输出轴驱动的一种耕作机具。开沟机有装在手扶拖拉机上，也有装在轮式拖拉机或履带拖拉机上的，可分为犁铧式开沟机、旋转开沟机、链式开沟机，这里分别说明其工作原理。铧式犁开沟机产生于 2O 世纪 50 年代，铧式犁作为最早的开沟设备，被用于农田建设当中。其
12、型式主要有悬挂式和牵引式。这种开沟机结构简单、速度快、效率高、工作可靠、零部件较少，开沟深度为 3050cm，主要缺点是土壤硬度不能太大。否则开出的沟形难以保证，且结构笨重，沟边留下的垡条大且不能分散，需人工修理等。特别是工作时牵引阻力很大，常用斯大林 80 拖拉机才能拖动，有的地方要用两台大拖拉机牵引。旋转开沟机是在 50 年代后期，与拖拉机向大马力发展的趋势相适应。旋转开沟机得以迅速发展。由于它牵引阻力小，适应性强，能均匀散开沟内土壤，工作效率高,因而得到了迅速发展和广泛应用。这种开沟机的主要工作部件是一个或两个高速旋转的圆盘,圆盘四周是铣刀，铣下来的土壤按不同的农艺要求，将土壤均匀地抛掷
13、到一侧或两侧 515cm 范围内的地面上，也可将土壤成条堆置在沟沿上形成土埂。两圆盘与水平面呈 45，这种旋转开沟机的开沟断面呈上口宽、沟底窄的倒梯形，且沟形整齐，无须辅助加工。缺点是：行走慢(拖拉机以 50400 mh 的超低速前进)、传动复杂、结构庞大、制造工艺要求高、单位功率消耗大。生产率比犁铧式开沟犁低。链式开沟机出现于 20 世纪 70 年代末期，链式开沟机开始兴起。链式开沟机设备简单、组装方便，所开沟沟壁整齐，沟底不留回土，效率高。沟深和沟宽易于调节，可开挖窄而深的地下沟槽，用以埋设地下排水管道。或者用于铁道、邮电、城建等部门埋设电缆与管道等，还可用于果园、蔬菜园及其他农田环境开沟
14、施肥、排水、灌溉。链刀式开沟机的挖掘部件为带刀片的链条，刀齿切割土壤并将其带至地面，再用螺旋输送器将土运至沟的一侧或两侧 2。2 果园开沟施肥机方案的选择果园开沟施肥机可分为悬挂式和自走式，其中悬挂式的开沟施肥机较适合比较大型的果园开沟施肥，具有效率高、动力强劲等好处、但不适合小型果园。自走式开沟施肥机也就是发动机和开沟机一体化，相对于大型的悬挂式开沟施肥机，他就能够弥4补其在小型果园开沟施肥方面的不足、但是其效率比较低，一般都是手扶式的。劳动强度也相对较大。2.1 悬挂式开沟施肥机1.拉杆 2.机架 3.输出轴 4.变速箱 4.刀盘轴 5.开沟轴 6.皮带轮 7.皮带 8.带刀盘 9.开沟刀
15、 10.加肥器 11.离合皮带轮 12.土回填板 13.加压弹簧 14.轧实辊 15.挡板图 1 悬挂式开沟施肥机Fig 1 Suspension type ditching and fertilizing machine图 1 所示开沟机是由淮阴工学院发明的果园开沟施肥机 3，该开沟施肥机是一种悬挂式开沟机。能实现果园生产中的开沟、施肥、土回填整平、压实等工作一次性完成，使用灵活，生产效率高，能有效的降低劳动强度。该开沟机需要使用拖拉机进行动力的传递以及开沟施肥机的提放。2.2 自走式开沟施肥机51.沟深调节机构 2.开沟机构 3.挡板 4.覆土机构 5.行走轮 6.操作控制机构 7.变速箱
16、 8.离合器 9.肥料箱 10.施肥机构 11.发动机 12.机架图 2 自走式开沟机Fig 2 Self-propelled ditching machine图 2 所示是由湖南农业大学以及长沙市劲牛机械有限公司研制的开沟机 4，该开沟机是一种自走式的果园开沟机。该开沟机开沟深度可以调节，可以作为开沟机，也可以作为开沟施肥机，功能齐全，能够实现开沟-施肥-覆土一体化作业，效率高，并且自带发动机，无需牵引设备，实用性更强。该开沟机使用的独立动力，不需要拖拉机牵引。3 方案的确定3.1 设计思路由于此次设计的是小型果园开沟施肥机，主要实现果园开沟施肥机开沟深度，施肥量可调。变速箱直接连接开沟机构
17、，这样开沟机由提升梁、中间齿轮箱体、支撑板、侧边链条箱体、挡板等机件构成。中间齿轮箱体用螺栓固定在变速箱上，使用液压提升机构通过提升梁使开沟施肥机轮子与开沟刀主轴之间的垂直距离实现改变，从而使刀滚升降，调节开沟深度。排肥器排肥星轮和地轮连接，手扶拖拉机在行走过程中通过地轮轴带动排肥星轮转动，排肥星轮转动的时候就能够带动施肥箱内的肥料，星轮槽转动到下方时肥料通过自重落入沟内从而达到施肥的目的，施肥器上设置有调节片用来调节施肥量。3.2 整体结构和工作原理3.2.1 整体结构通过前面的设计我有了初步的方案和认识，这里我将前面绘制的装配图以及拖拉机的模型图通过装配后进行进一步的仿真分析以及各个零件图
18、的标注以及工程图的绘制，各个零件之间的装配关系进行了进一步的梳理，整理装配后进行分析，确定出整6体机构图。1.柴油机 2.开沟机 3.液压提升机构 4.液压泵和电机 5.施肥机 6.座椅图 3 整体布局图Fig 3 The whole layout图 3 是果园开沟施肥机的整体设计图，其中开沟机通过变速箱直接连接到机架上，实现动力的传递，变速箱输出动力的转速与功率和开沟机的额定转速相当，其中没经过减速，施肥器的和整机通过螺栓连接，开沟器和整机通过螺栓连接，液压缸和开沟机于机架通过螺栓连接使用电池换向阀控制开沟机开沟深度的调节，使开沟施肥机能在行走时让开沟机提升方便不会和地面接触。3.2.3 工
19、作原理整机主要由开沟机，施肥机，以及手扶拖拉机，和液压提升装置构成，在手扶拖拉机行走过程中，变速箱输出动力通过开沟机的锥齿轮箱使纵向动力转变成横向动力，从动轴上面连接着主动链轮，主动链轮通过链条传递到从动链轮上面，从动链轮直接连接在开沟刀轴上面，这样在手扶拖拉机行走时就能够带动开沟刀开沟。液压提升装置连接在机架上，液压装置中的液压缸前端和开沟机的左撑板通过螺栓连接，后端通过连接法兰和机架通过螺栓连接。液压马达通过电动机带动，通过改变电池换向阀的状态从而达到整个开沟机的升降调节。施肥机由施肥星轮通过施肥轴连接地轮。手扶拖拉机在行走过程中通过地轮轴带动排肥星轮转动，排肥星轮转动的时候就能够带动施肥箱内的肥料，肥料通过星轮槽带动当转动到下方时肥料通过自重落入沟内从而达到施肥的目的，施肥器上装有调节片用来调节施肥量。4 结构设计与分析4.1 开沟弯刀开沟刀是开沟机的主要工作部件。其种类有凿形刀、弯刀和直角刀等。弯型刀片（分为左弯和右弯）有滑切作用，不易缠草，具有松碎土和翻土覆盖能力，但消耗功率较大，国内生产的开沟刀大多是弯形刀片。凿形刀片入土和松土能力较强，功率消耗小，但容易缠草，适用于土质较硬或杂草较少的旱地耕作。直角刀片性能同弯刀相似，国内生产和使用的较少 5。由于果园的土地较硬，杂草较多，因此我设计的开沟机选用弯刀。
