果园多功能机-深施肥装置1.doc

果园多功能机 深施肥装置的设计摘要：针对一机多用既可以用于给果园施肥、覆土，又可以代替挖穴机，既适用于果树等大型植物，又适用于大型农田作物。果园多功能机包括：挖穴装置、施肥装置、覆土装置。挖穴装置分为三种形式，即螺旋式、铣刀圆盘式和履带旋转开沟式。施肥装置分为液体注入式和挖掘施肥式两类。挖穴装置首先要确定挖穴的方式，通过比较选择螺旋式，再通过设计计算来确定螺旋钻头的转速和结构。施肥装置采用挖掘施肥式，在深施肥过程中采用外槽轮式排肥器将肥料排放到漏斗内，最后将挡板来开将肥料排入施肥穴。覆土装置是在机架后面悬挂一对倾斜的覆土板，通过机械的前移来将覆土板前面的土壤刮进施肥穴内。从而确定总体方案。然后对改变动力传输方向的锥齿轮进行计算说明校核，最后对两个齿轮轴和轴承进行校核说明。关键词：挖穴装置；施肥装置；覆土装置orchard muti-function machine apply fertilizer deeply the design of installation abstract:according to a machine, is multi-purpose to be able to be used in applying fertilizer and covering earth to orchard , and can replace to dig cave machine, apply to the macrophyteses such as fruit tree , and apply to large scale farmland crop. orchard muti_function machine includes: dig cave installation , apply fertilizer to install , cover earth installation. dig cave installation to divide into 3 kinds of form, screw type, the disc type of milling cutter and caterpillar are revolving to open ditch type. apply fertilizer to install divide into liquid spoon-fed with excavate to apply fertilizer type two kinds. dig cave installation the way that will first determine to dig cave , through selecting screw type fairly, determine structure and the rotational speed of spiral bit again through designing calculation. apply fertilizer to install adopting excavate to apply fertilizer type, in the deep course of applying fertilizer queue up fat ware with outside groove ship type will fertilizer emission go to funnel , open baffle finally will fertilizer emit into to apply fertilizer cave. cover earth installation is in frame back hang a pair incline cover earth board, since passing through mechanical reach will cover the soil before earth board to scrape enter to apply fertilizer cave. so, determine overall scheme. then for changing power transmission, the bevel gear of direction calculates explanation school nucleus , checks nuclear explanation finally for two gear axle and bearing. key words:dig cave installation; apply fertilizer to install; cover earth installation 前言一机多用既可以用于给果园施肥，覆土，又可以代替挖穴机，既适用于果树等大型植物，又适用于于农田作物。果树施肥是一项用工量很大的作业，尤其施有机肥料，我国几乎都用人工完成。果园土壤深施肥料，一般都是在每棵果树两侧，在根系集中分布层稍远和稍深处各挖一条连续的或断续的，宽和深在0406 m左右的沟，这样的深施肥工作很费劲。为了给果农朋友带来果园管理方便与追肥顺利，减轻你的劳动强度。在枝叶茂盛的果园，只要15kw拖拉机能够行走，就可以使用果园功能机。果园功能机可提高作业效率24倍，且使用方便，成本低廉。不需对使用者进行专门培训即可熟练使用，产品坚固耐用，不易损坏。经济实用，适合农村的消费水平，用户容易接受。1 果园多功能机的总体设计1.1 挖穴装置的设计挖穴装置常见的有三种形式：螺旋式、铣刀圆盘式、履带旋转开沟式。螺旋式挖掘装置靠自重来挖穴，当挖掘施肥穴结束后，由于从地里挖出的土不是集中的，因此在覆土时很难做到完整性。但其结构简单，易于维护制造。铣刀圆盘旋转式挖穴装置实际上是圆盘开出了一条凹埂，开沟沟深不大，不利于在进行深施肥上使用。履带旋转开沟式装置，是类似于传送带的传动，依靠在履带上的刀片来开沟挖穴，在施肥结束后，覆土效果相对而言最好的，但其操作不易控制，成本较高。因此选用螺旋式挖穴装置。1.1.1 螺旋钻头转速的确定 原始依据为所要求的挖穴直径d0和穴深h0以及土壤情况。 首先是螺旋升角的选择，为了保证较高的输送效率，螺旋升角=15-22，在同一种转速，为了配装不同直径的钻头，一般按较大直径确定转速。其次是进给量的选择，钻头每转进给量s，应视土壤情况和动力大小而定，一般为1060mm。钻头每转进给量s与螺旋外缘一点运动方向与水平面的夹角的关系由下式确定： （mm）=0.41初选=20，为0.6，d0=0.6m，则s=19.720mm 再确定被输送土壤的运动方向与水平面的夹角 ，当土壤内摩擦系数f2=1，土壤与螺旋面摩擦角=30，土壤疏松系数k=1.4时，可由下表查处：允许的min值 （） 表1-1 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 15 11 13 15 17 19 17 10 12 14 15 17 20 9 11 13 14 16 最后确定螺旋转速。由公式 （r/min）式中 g重力加速度 （m/s2） r0螺旋半径（m）， r0=d0/2由表可以查得=110，查机械设计手册可知fr=2.72。转速150r/min1.1.2 螺旋钻头结构的设计 螺旋钻头的结构如下图所示。 1.钻杆 2.扇形铁片图1-1由于挖穴过程中钻头的摆动，会使穴径扩大，实际直径d比穴径d0略小，可取实际直径d=0.95d0。同时，挖穴过程中钻头由少量偏斜。钻轴做成空心的，同时也在空心轴上钻一个空，用来和输入动力轴配合，在钻头下面做个螺栓孔，用来与钻夹配合。设计参数如下表所示表1-2螺旋升角 20度 起始角 11度 螺距 p 250mm 旋向 右旋1.2 施肥装置的设计1.2.1 肥料箱体积的确定肥料箱体积的大小应与地块长短和排肥量相适应，过小影响机组效率，过大则增加牵引阻力并影响机组纵向稳定性。此外，肥箱不宜装满，以免因颠簸而流失；箱内肥料过少时影响排肥量，因此在计算肥箱体积时，采用体积系数以适当增大体积： (l)式中 v肥箱体积 （l) l要求依次装肥的施肥长度 （m） b施肥工作幅宽 q单位面积施肥量 肥料的体积质量 k体积系数，k=1.25 按每棵树施5kg肥料，一次施100棵树，一次装料500kg。那么肥箱可做成10001000800mm的正方体。1.2.1 排肥器的选择与排肥量的说明对于施肥装置主要是排肥器的选择和设计，排肥器应满足：排肥可靠，能适应不同含水量的化肥。排肥均匀、稳定。便于清理残存化肥。常见的排肥器有：外槽轮式、指盘式、导板转盘式、圆盘转盘式、星轮式、螺旋式、旋转刮板式。外槽轮式排肥器的工作过程是：化肥靠重力充满排肥盒和槽轮凹槽，槽轮旋转将其排出，改变槽轮工作长度可调节排肥量。适用于排施松散性好的化肥，结构简单，通用性好。因此才用外槽轮式排肥器。施肥装置的工作过程就是，肥料靠自重充满外槽轮排肥器，排肥器线面有一个5kg的漏斗，当链轮带动排肥器转动时，排肥器开始工作将肥料排到漏斗内，然后等施肥穴打好后，机器前移将肥料排入施肥穴。设机组在行距为s（m）的田间施追肥，机组上有n个排肥器，每个排肥器由a个排肥口，则在一公顷天地的面积上一个排肥器应施肥的地段长度为： （m）若要求单位面积施肥量为q（kg/m）则机组工作时每个排肥口在单位地段长度上的排肥量为：=sq10-4设计中对于定量的投料，在肥料箱下设置一个5kg的漏斗，当一个孔打好后，打开控制漏斗的挡板，就会将由排肥器排出来的肥料一起投放到指定位置。因此施肥装置的排肥量是每次投放5kg。 在设计漏斗时要考虑到肥箱的斜度，以便于将肥料箱放在漏斗上能够顺利的将肥料排进漏斗，再由漏斗挡板控制肥料的排放。1.3 覆土装置的设计对于覆土装置，可以在机架后悬挂一个地轮，地轮后挂接两个带一定倾斜角的覆土板，利用机器的前移带动覆土板从而将覆土板周围的土推进施肥穴。在将整块地施肥结束后，再进行整地作业。覆土装置如下图所示： 1.覆土板 2.焊接杆 3.连接杆图1-21.4 深施肥装置的总体设计 深施肥装置的工作过程是：首先由挖穴装置在指定位置挖出一个直径为0.40.6m施肥穴，然后将多功能机前移，将漏斗挡板拉开，从而将肥料投放到施肥穴内。动力传输由链轮传递，方向的改变由锥齿轮来实现。 1.覆土装置 2.施肥装置 3.挖穴装置图1-32 锥齿轮传动的设计说明已知输入功率12.87kw（150.960.960.960.97=12.87kw），输入转速150r/min。转矩t=9550=819n.m分度圆de1=185.7186mm载荷系数k=1.5齿数比u=1齿数接触疲劳极限n/mm2安全系数=1.1许用接触应力=1182n/mm2齿数z=31分锥角=450大端模数me=6mm平均分度圆直径dm=de（1-0.5）=159.4mm平均模数mm=me（1-0.5r）=5.142mm外锥距re=131.5mm齿宽b=r re=0.286131.5=37.609mm大端齿顶高ha1=(1+x）me=6mm大端齿根高hfe1=（1+c*-x）=7.2mm齿根角=3.130顶锥角根锥角=41.870大端齿顶园直径dae1=194.5mm=dae2大端分度圆齿厚s1=9.42=s2当量齿数zv1=43.844=zv2端面重合度=1.822.1接触强度校核 分度圆的切向力 ft=10276.03n 使用系数ka=1.25 动载荷系数kv=1.05 载荷分布系数 kh=1.9 载荷分配系数kha=1 节点区域系数zh=2.5 弹性系数ze=189.8n/mm2 锥齿轮系数zk=1 计算结果：=1068.3 许用接触应力=1164 结论： 通过。2.2弯曲强度校核许用弯曲应力复合齿形系数yfs1=4.4=yfs2重合度和螺旋角系数=0.68 计算结果：许用弯曲应力 齿根基本强度=630n/mm2寿命系数yn=1相对齿根圆角敏感系数 相对齿根表面状况系数 尺寸系数 yx=1最小安全系数 sfmin=1.4许用弯曲应力值n/mm2结论： 通过。计算结果如下表所示：表2-1模数m6齿数z31分度园直径d186分锥角45度外锥距r131.5法向齿厚s9.42法向齿形角20度接触强度1068.31164 通过弯曲强度436.27550mm，符合设计要求。中心距的调整量一般应大于2p。a2p=212.87mm=25.74mm实际安装中心距 a=a-a=(789.35-25.74)mm=763.26mm3.6 求作用在轴上的力链速m/s工作拉力f=1000p/v=100012.87/1.8=7150n工作平稳，取压轴力系数kq=1.2轴上的压力fq=kq f=1.27150n=8580n设计结果：滚子链型号08a-1136gb1243.1-83，链轮齿数z1=57，z2=57，中心a=763.26mm，压轴力fq=8580n。4轴的设计与校核4.1主动轴的结构设计及校核4.1.1 主轴上的功率p、转速n和转矩t由电动机和减速器的选择可知，轴所传递的功率p为12.87kw,得到的转速为150r/min。4.1.2 初步确定主动轴的最小直径验算轴的最小直径=24.78，取d=28mm。初步确定轴的最小直径=28 mm，选取轴的材料为45钢，调质处理。4.1.3 主动轴的结构设计 图4-1 主动轴根据实际情况要求，选择图3-1所示方案。为了满足轴承的轴向定位要求，在两个轴承之间用轴肩定位，初步选择轴承，考虑到主轴主要承受径向载荷，轴向载荷较小，也便于安装，故选用立式带座轴承,由轴承产品目录中初步选取立式带座轴承up208，其尺寸为db=40mm55mm。最右端采用螺母进行轴向定位。取安装锥齿轮的轴段直径d=50mm，轮毂的左端采用轴环定位。轮毂与轴的周向定位采用平键连接，按d=50mm，由机械零件手册查的平键截面bh=14mm9mm，键槽用键槽铣刀加工，长为40mm，故选择轮毂与轴的配合为，带座轴承与轴的周向定位是由过盈配合来实现。链轮右边用轴肩定位，链轮轮毂与轴的周向定位采用平键，按d=40mm，由机械零件手册查的平键截面bh=12mm9mm，键槽用键槽铣刀加工，长为60mm，故选择轮毂与轴的配合为。3.1.4 轴上倒角的尺寸 取轴端倒角为1，轴肩圆角为r1。4.1.5 求作用在轴上的载荷首先根据输送带主动轴的结构图做出轴的计算简图（图4-1）。在确定轴承的支点位置时，应从手册中查取a值。对于up208型立式带座轴承，由手册查得a=18mm。因此，作为悬臂梁的轴的支撑跨距l2=58mm，l1=40mm。根据主轴的计算简图做出的弯矩图和扭矩图（图41-2）。从轴的结构图以及弯矩图和扭矩图中可以看出截面和截面是锥齿轮轴的危险截面。按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核小锥齿轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面和危险截面）的强度。根据及表1和表2中的数据，以及主轴为单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力。取=0.6，轴的计算应力 前已选定锥齿轴的材料为45钢，调质处理，查得=60mpa。 因此，故安全。表4-1载荷水平面h垂直面v支反力f 扭矩tt1=676.03n t2=10276.03n弯矩 弯矩扭矩图如下所示： 图4-1-2 4.1.6 精确校核轴的强度(1)判断危险截面通过图4-1-2的弯矩图和扭矩图综合判断，虽然键槽、轴肩及过渡配合所引起的应力集中将削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径时按照扭转强度为宽裕确定的，截面为危险截面，需对其进行疲劳强度校核。(2)截面左侧 抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面左侧的弯矩为n.mm 截面上的扭矩为n.mm 截面上的弯曲应力 =203.9mpa 截面上的扭转切应力=139.6mpa轴的材料为45钢，调质处理。由表15-1查得，。截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按附表4-2查取。 因，经插值后可查得=1.76，=1.29又由附图4-1可得轴的材料的敏性系数为，。故有效应力集中系数为： 由附图4-2的尺寸系数，由附图4-3扭转尺寸系数。轴按精车加工，由附图4-4得表面质量系数为。轴未经表面强化处理，即，综合系数为： 取碳钢的特性系数，取， ，取于是，计算安全系数值， 1.5故可知其安全。(3)截面右侧 抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面左侧的弯矩为 截面上的扭矩为 截面上的弯曲应力 截面上的扭转切应力，轴的材料为45钢，调质处理。由表15-1查得，。截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按附表4-2查取。 因，经插值后可查得=1.76，=1.29。又由附图4-1可得轴的材料的敏性系数为，。故有效应力集中系数按式（附表4-4）为： 可得综合系数为 取碳钢的特性系数，取，取。于是，计算安全系数值， 故可知其安全。4.2.从动轴的结构设计及校核 图4-2 根据实际情况要求，选择图4-2所示方案。为了满足轴承的轴向定位要求，在轴承安装段的左端用轴肩定位。初步选择立式带座轴承，参照工作要求并根据d=40mm，初步选取立式带座轴承up208，其尺寸为db=40mm55mm。右端采用轴套进行轴向定位，轮毂的左边用螺母定位。轮毂与轴的周向定位采用平键连接，按=50mm，由机械零件手册查的平键截面bh=14mm9mm，键槽用键槽铣刀加工，长为47mm，同时为了保证轮毂与轴的配合有良好的配合，故选择锥齿与轴的配合为，带座轴承与轴的周向定位是由过盈配合来实现。4.2.1从动轴上倒角的尺寸 取轴端倒角为，轴肩圆角为r1。4.2.2 从动轴的校核首先根据输送链做出轴的结构图（图4-2）做出轴的计算简图（图4-3）。在确定轴承的支点位置时，应从手册中查取a值。对于up208型立式带座轴承，由手册查得a=18mm。因此，作为悬臂梁的轴的支撑跨距l2=257mm，l1=126mm。根据轴的计算简图做出的弯矩图和扭矩图（图4-3-2）。弯矩图和扭矩图如下所示：图4-3 从轴的结构图以及弯矩图和扭矩图中可以看出截面是锥齿轴的危险截面。进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。根据，以及主轴为单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取=0.6，轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢，调制处理，查得=60mpa。因此，故安全。4.2.3 从动轴的强度计算 (1)判断危险截面通过4-3的弯矩图和扭矩图综合判断，虽然键槽、轴肩及过渡配合所引起的应力集中将削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径时按照扭转强度为宽裕确定的，截面为危险截面，需对其进行疲劳强度校核。（2）截面i左侧抗弯截面系数w=6400抗扭截面系数w=12800截面左侧的弯矩为截面上的扭矩为n.mm截面上的弯曲应力截面上的扭转切应力=45mpa 轴的材料为45钢，调质处理。由表15-1查得，。截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按附表4-2查取。因，经插值后可查得=1.76，=1.29。又由附图4-1可得轴的材料的敏性系数为，故有效应力集中系数按式（附表4-4）为 由附图3-2的尺寸系数，由附图4-3扭转尺寸系数。轴按精车加工，由附图4-4得表面质量系数为。轴未经表面强化处理，即，则综合系数为 取碳钢的特性系数，取，取于是，计算安全系数值， 故可知其安全。（3）截面i右侧抗弯截面系数w=7643抗扭截面系数w=16789截面左侧的弯矩为m=91782 n.mm截面上的扭矩为t=126247n.mm截面上的弯曲应力截面上的扭转切应力，轴的材料为45钢，调质处理。由表15-1查得，。截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按附表4-2查取。因，经插值后可查得=1.76，=1.29。又由附图4-1可得轴的材料的敏性系数为，。故有效应力集中系数为： 可得综合系数为： 取碳钢的特性系数，取，取。于是，计算安全系数值， 故可知其安全。5 轴承校核初选带座轴承up208参数如下：d=40，d=80,b=16，cr=12.1，cor=8.76 (1）求轴承当量动载荷p1和p2 求比值由机械设计第八版 表13-5分别进行查表得径向载荷系数和轴向载荷系数为对轴承一：对轴承二：因轴承运转中冲击载荷较小，按机械设计第八版 表13-6 ，取(2）验算轴