免耕深施肥机设计--毕业论文.doc

免耕深施肥机设计 免耕深施肥机设计 学生姓名： 指导教师： 所在院系： 工程学院 所学专业： 农业机械化及其自动化 研究方向： 免耕深施肥机 2 0 1 6 年 5 月 免耕深施肥机设计 I 摘 要 免耕深施肥机采用的是“动力圆盘断草、与动力圆盘贴合的夹持式开沟器同位分层施肥” 在已覆有秸杆的地中能一次性完成行方向秸杆切断、同位分层施肥和中后镇压等多项作业 的保护性耕作机具。 本文设计了一种新型免耕深施肥机，采用无动力双圆盘式开沟器，机具结构简单，使 用方便，具有碎土作用强，不缠草以及具有施肥深度精度高，施肥均匀，一次作业能完成 6 行施肥，利于种子的生长，满足在免耕深施肥后，对农田行向杂草予于锄除。 首先，我们完成了对免耕深施肥机进行整机设计，确定其性能要求和主要性能参数； 其次，我们对深耕施肥机中主要零部件开沟器、肥箱、排肥器以及覆土镇压装置进行 了设计； 最后对轴进行了设计及校核。 关键词：关键词：保护性耕作机具；开沟器；免耕深施肥机 abstract II Deep tillage fertilizing machine design ABSTRACT The wheat exempts plows the seeder to use is “the power disc breaks the grass and with power disc fitting clamp type furrow opener isotopic lamination applying fertilizer” after duplicate had in the straw place can disposable form a line the direction straw cut-off, isotopic lamination sowing seeds and the suppression and so on many work protection tillage implements. This paper designs a new type of no-till deep machinery USES unpowered double disc type opener, the machine structure is simple, easy to use, has broken soil effect is strong, not winding grass and has a high precision fertilization depth, fertilizing evenly, an assignment to complete six lines fertilization, conducive to the growth of the seed, meet after deep no-till fertilizing, on line to weed to hoe. Firstly, we completed the deep tillage fertilizing machine machine design, performance requirements and determine its main performance parameters; Secondly, we are in deep Fertiliser main components opener, fertilizer tank, fertilizer apparatus and repressive apparatus casing has been designed; Finally, we conducted a shaft design and verification. Keywords: Protection tillage machine; Furrow opener; No-till fertilizing machine 目录 III 目 录 摘 要.I AbstractII 1 引言.- 1 - 1.1 研究的目的及意义- 1 - 1.2 国内外研究现状.- 1 - 1.3 本装置的研究内容及技术路线.- 2 - 2 免耕深施肥机的整机设计- 2 - 2.1 免耕深施肥机的性能要求.- 2 - 2.2 免耕深施肥机的整机结构设计.- 3 - 2.3 机具主要性能参数确定及计算.- 3 - 2.3.1 作业过程中施肥机功率消耗计算- 3 - 2.3.2 拖拉机液压提升能力计算- 5 - 2.3.3 机组操向稳定性计算- 7 - 2.3.4 坡道极限倾翻角计算- 7 - 2.4 本章小结.- 8 - 3 主要部件的设计- 8 - 3.1 深施肥开沟器的设计.- 8 - 3.1.1 开沟器的分类- 8 - 3.1.2 开沟器的性能要求- 11 - 3.1.3 开沟器的结构设计- 11 - 3.2 肥箱的设计.- 12 - 3.2.1 肥箱体积的确定- 12 - 3.2.2 施肥量的计算- 12 - 3.3 排肥器的选取.- 13 - 3.4 覆土装置和镇压轮的设计.- 15 - 3.4.1 覆土器的技术要求- 15 - 3.4.2 覆土器的类型- 15 - 3.4.3 覆土器的设计- 15 - 3.5 镇压轮的选择.- 15 - 3.6 施肥部分的传动设计.- 15 - 3.6.1 传动方式的选择- 15 - 3.6.2 链传动比- 16 - 4 轴的设计- 16 - 4.1 传动轴的设计.- 16 - 4.2 轴的计算与校核.- 17 - 4.3 键的选择与校核.- 25 - 目录 IV 4.4 侧传动箱的设计.- 28 - 5 结论- 30 - 致 谢- 31 - 参考文献- 32 - 免耕深施肥机设计 - 0 - 1 引言 1.1 研究的目的及意义 1999 年，通过加拿大国际发展署，加拿大和中国建立了保护性耕作体系的合作开发项 目。中国农业部制定了一个保护性耕作的大型计划，鼓励几个农业机械研究所设计，测试， 最终生产出直播机械。在该项目中，加拿大向中国提供了一台小型免耕深施肥机，作为保 护性耕作技术的示例，可用于进一步完善以符合内蒙古的条件。该免耕深施肥机由加拿大 萨斯卡彻温省斯韦福克瑞特市的法波公司生产，用 34KW(45 马力)拖拉机带动。免耕深施 肥机安装了可拆换的圆盘式开沟器和凿式开沟器，承受 200N(450 磅)的弹簧压力，带可调 节的镇压轮，还使用了亚马逊牌既可排种又可施肥的排种器。 但在田间试验中法波牌免耕深施肥机存在的问题很突出。 1. 免耕深施肥机对于大多数农田和拖拉机来说还是太大，大多数小地块上的拖拉机只 有 10KW 至 18KW。 2. 免耕深施肥机为三点悬挂式，但与大多数中国产拖拉机悬挂装置不配套。 3. 开沟器无法沿不平整的土地行走，造成施肥深度和随后的出苗差异太大。由于圆盘 的材料问题圆盘式开沟器在中国还很难生产。 4. 分开的镇压装置使镇压和回土的土壤不平，还有种深不一致的问题。 5. 免耕深施肥机的设计对中国生产商来说比较复杂和昂贵。亚马逊牌种肥并施机构难 以保养，价格较高。 在 2002 年，研究人员对一种新型免耕深施肥机的潜力表示了认同，认为它能解决法波 免耕深施肥机遇到的问题。本文研究的目的就是免耕深施肥机的设计。 1.2 国内外研究现状 在秸秆覆盖地中免耕种植最大的问题就是易发生拥挤，而且目前可见到的几种防堵的 方法和举措（如无动力滚动盘、开沟器两侧指盘拨草轮、鸭咀式穴播器等）在使用效果上 尚存在种种的不足。 秸秆覆盖地免耕深施肥机采用的是“动力圆盘断草、与动力圆盘贴合的夹持式开沟器同 位分层施肥”的方法，高速回转的动力圆盘能形成有效的切断能力，就如同圆盘式割草机和 砂轮切割机一样，从而解决了无动力圆盘机体重，切割迟钝，性能不可靠的问题；夹持式 同位分层开沟器与动力圆盘结合在一起能很好的防止未切断的秸秆在开沟器上缠挂，可达 到不出现堵塞的要求。 2MBF-6 型秸杆覆盖地免耕深施肥机是一种在已覆有秸杆的地中能一次性完成行方向 秸杆切断、同位分层施肥和中后镇压等多项作业的保护性耕作机具，整体形式与配置如图 1-1 所示 图 1-1 秸秆覆盖地免耕深施肥机结构示意图 免耕深施肥机设计 - 1 - 1-三点悬挂装置，2-电动机，3-施肥箱，4-施肥器，5-施肥管 6-支撑轮， 7-开沟器， 8-开沟圆盘， 9-传动装置 全机主要由机架、三点悬挂装置、动力传动装置（包括中间锥齿轮传动箱） 、切草圆盘 刀锟（刀轴上安装 6 个圆盘） 、夹持式同位分层种肥开沟器、种肥箱总成、镇压轮、仿形地 轮以及排肥传动系统等组成。 基本设计参数： 配套拖拉机 丰收180 型轮式拖拉机 （13.2KW/18PS） 动力圆盘直径回转速度 (mmr/min) 400234 行距行数 （cm行） 206 施肥深度 （cm） 35 施肥深度 (cm) 同位分层，深 56 作业速度 (kmh) 36 机具重量 （kg） 320 1.3 本装置的研究内容及技术路线 李立科研究员作为我国著名的旱地农业专家，在长期的科研实践中，提出了“高留茬， 秸杆覆盖，少免耕种植”的治本之策，引起了国家领导的高度重视，为此我们的毕业设计任 务是设计与之相适应的免耕地免耕深施肥机，设计出为上述种植模式相配套服务的一种保 护性免耕深施肥机具。 2 免耕深施肥机的整机设计 2.1 免耕深施肥机的性能要求 施肥深度 120150mm，肥料量可以调节，作业行数 2 行。动力的配套适应性应符合 拖拉机的额定功率大于机具在作业中所消耗的功率这一原则。具体要求如下： 免耕深施肥机设计 - 2 - 1）结构简单，使用维修方便，行距、播种量和播深的调节简便可靠 2）开沟器深浅符合要求，能够将土壤埋的土壤中 3）有较强的通用性，能完成施肥和覆土等工作 4）深度均匀，施肥量均匀 2.2 免耕深施肥机的整机结构设计 该装置主要由机架、地轮及传动机构、悬挂装置、肥箱、肥料输出控制装置、开沟器及 覆土器等。本施肥机能够实现不同肥料的精准施肥，提高了播肥量的方便性和准确性，工 作可靠。 2.3 机具主要性能参数确定及计算 2.3.1 作业过程中施肥机功率消耗计算 （1）机具在作业中要消耗的功率 P1 作业中机具消耗的功率主要由圆盘刀切入土层及切断秸秆消耗的功率 P 刀和开沟器在 受牵引破土中消耗的功率 P 刀两部分组成，驱动排种器和排肥器的功率较小，几乎不予考 虑。 a.圆盘刀组消耗的功率 P 刀借助圆盘式切碎器设计资料所提供的数据，每个圆盘刀切割的阻力 Ni 为： Ni=qs(kgf) 式（2.1） 式中：q比阻，即单位刃口长度上的切割阻力（kg/cm）,可取值为 0.6kg/cm。 S参加切割的圆盘刃口长度（cm） 对于本机：在圆盘入土 8cm，盘直径为400mm 的情况下，可由图 2-1 计算出参与切 割的刃口长度 S =37.7cm 图 2-1 受力分析图 代入有关数值，可得 Ni=0.637.7=22.6（kgf） 免耕深施肥机设计 - 3 - 刀轴共安装 6 只圆盘 圆盘刀组上所受总的切割阻力 N 为 （kgf）135.6622.6 6 1 NiN i 再根据功率求解公式： （2.2） 60 2n r P=r v N= vN= P 刀 式中： 圆盘边沿线速度(m/s) R圆盘半径为 r=200mm w圆盘回转角速度（弧度/秒） n圆盘转速,这里为 287 并代入具体值，则可求得 P=135.60.2287.73.14/30=900.312.0（ps） 刀 b. 开沟器消耗的功率 P 开： 开沟器克服土壤阻力所消耗的功率 P按下式计算： 开 P= （2.3） 开 75 1 行 vNi 6 1i 式中 行机具行进速度(m/s),可按拖拉机一般正常作业速度（档）1.4m/s 计 各开沟器所受工作阻力为 （2.4) i h ak =F 式中：k土壤比阻，对未耕但经过圆盘划切的土壤地，取 k=0.4kg/cm a开沟器迎土面宽度（cm）,设计值为 5cm h开沟器入土深度（cm）,按要求 h 为 10cm 代入各有关值，则 Fi=0.4510=20(kg/f) 开沟器工作耗功 P为 开 P=(ps) 开 75 1 行 vNi 6 1i 75 1 1462023. 2 c.机具在作业中实际消耗的功率 P为： 土 P= P+P=12.02.23=14.23(ps) 土刀开 (2) 相应于作业功率，拖拉机发动机应具有的功率 P： 发 拖拉机发动机的额定功率应较作业消耗功率大一些，有所贮备，另外再考虑到动力传 输的机械效率，因此发动机应具有的功率 P 发为： P= （2.5） 发 1 ()Pps 工 式中：发动机贮备系数应在 1.051.1 之间，现可按 1.06 计算 发动机滚动阻力系数，对未耕地可取 0.10.15，这里取 0.12 免耕深施肥机设计 - 4 - 机组总的机械效率，现在按 0.9 计 将各有关值代入公式，则： P=17.7(ps) 发 14 95 . 0 12 . 0 1 06 . 1 (3) 结论 计算结果表明 18ps 的丰收180 型拖拉机与本机具配合使用，动力恰当，满足要求。 2.3.2 拖拉机液压提升能力计算 （1） 液压提升臂具有的额定提升力： 在满足轮式拖拉机操作要求的“悬挂农具后，前轮对地面的压力不得小于拖拉机自重 20%”的前提下，下悬挂臂端所具有的额定提升力可按下式计算 F （2.6） )( )8 . 0()2 . 0( 2 1 kgf fl fLGfLlG 前轮拖 额 式中：F提升臂额定提升力(kgf) 额 G拖拉机最小使用重量(kg)，丰收-180 拖拉机为 1150kg 拖 拖拉机重心到后驱动轮轴心的水平距离（mm） 1 l 丰收-180 型拖拉机为 685mm L拖拉机前后轮距离(mm)，丰收-180 型拖拉机为 1500mm 无量纲系数，旱地用拖拉机取为 0.08 f 运输状态下悬挂杆外端至拖拉机驱动轮轴心的水平 2 l 距离(mm),经测定本机 l2=618mm 代入有关数值后，得 F 为： F= 额 08 . 0 618 )08 . 0 15008 . 0(2 . 01150)08 . 0 15002 . 0685(1150 =1161(kgf) 相对于下悬挂端的额定提升力 F，液压提升力 F在铅锤方向分力 F 额液1液 由图 2-2 计算可得出为： F =2403 (kg) 1液 AO BOF 1 1 额 345 7141161 免耕深施肥机设计 - 5 - 图 2-2 液压提升臂运输状态受力图 （2） 机具处于运输状态，实际需要的液压提升力 F大小 液 图 2-3 机具提升状态图 图 2-3 为机具升起处于运输状态时，提升悬挂装置以及机具重心的状态图，由图提供 的位置关系可列出下式： cos30=GAOF 1 1液机 )40cos30cos( 41 BOBO 代入有关数值即得 F为 1液 F= 1液 30cos )40cosBcos30O(G 1 41 AO BO 机 = 866 . 0 345 )766 . 0 750866 . 0 714(320 =1280（kgf） （3） 由（1） 、 （2）两部分计算结果的对比分析可知：液压提升臂的额定提升力远大于使 机具提升至运输状态所需要的提升力，故丰收-180 型拖拉机悬挂 2MBF-6 型免耕深施肥机 提升能力完全可以得到保证。 2.3.3 机组操向稳定性计算 如前所述,确保轮式拖拉机在悬挂农具后操向稳定性的基本条件是:机组拖拉机前轮上的 免耕深施肥机设计 - 6 - 附着重量不小于拖拉机自重的 20%,即 G前 拖 2G . 0 现根据图 4 所示的关系可列出计算式: G-G 1 G 1 l L 拖前 40cos30cos 41 BOBO 机 代入具体数值即得 G766 . 0 750866 . 0 7143206851150 1500 1 前 (kgf)270 0.2G=230(kg)2 . 01150 拖 G0.2G 前拖 2.3.4 坡道极限倾翻角计算 机组在坡道行使,可能发生前轮离地向后倾翻的最大坡度值仍然可以按如下 步骤求得： （1）利用图 2-3 中的状态关系，先确定拖拉机机重心 O 和机具重心 O分别与拖拉 54 机后轮接地点 D 连线(O D，OD)的长度及它们与水平面的夹角( 和 )： 54 （2.7） 1 1 l h arctg （2.8） N L 2 h arcth （2.9） 2 1 2 15 lhDO （2.10） 22 24N LhDO 以上式中： 拖拉机重心距水平地面高度(m), 1 h 丰收-180 型拖拉机为 0.606m 机具在运输状态,其重心距水平 2 h 地面高度(m),经测定本机为 1.1m 拖拉机重心距后轮轴心水平距离（m） ，丰收180 拖拉机为 1 l 0.685m 运输状态，机具重心在地面投影与拖拉机后轮接地点间的水平 N l 距离（m） ，如前计算为（m）192 . 1 LN 将有关各值代入上式后，即得： 3041 685 . 0 606 . 0 arctg l h arctg 1 1 免耕深施肥机设计 - 7 - 4542 192 . 1 1 . 1 arctg L h arctg N 2 )m(914 . 0 685 . 0 606 . 0 lhDO 222 1 2 15 )m(623 . 1 192 . 1 1.1lhDO 222 N 2 24 （2）设定在道路坡度为时发生翻倾。根据翻倾时拖拉机前轮附着力为零，拖拉机的 辎重相对后轮着地点产生的力矩一定小于或等于机具重力相对后轮接地点形成力矩这一条 件，即可求出安全行驶的最大坡度角，即： )-cos(DOG)(cosDOG 54 拖机 代入有关数值，上式为： )3041(cos914 . 0 1150)4542(cos623 . 1 320 进行三角变换，即可求出坡道行驶翻倾角为： 21 由计算结果可知，机具与丰收180 型拖拉机挂接，道路行驶安全情况较好，一般不 必担心发生后翻倾问题。 2.4 本章小结 本章通过对免耕深施肥机的总体性能要求进行分析，对深施肥机的整体结构进行设计， 同时对其主要性能参数进行计算设计，确定免耕深施肥机的主要结构。 3 主要部件的设计 本机的主要工作部件有：切割圆盘棍、种肥箱、加持式开沟器、侧传动箱的链条、链 轮和锥齿轮箱和施肥传动部分。以下是有关方面的设计计算。 3.1 深施肥开沟器的设计 3.1.1 开沟器的分类 开沟器是施肥机的主要工作部件。能按农业技术要求开出一定深度的种沟，引导肥料 落入，并覆盖湿土。开沟器的工作质量直接影响到施肥质量。因此，要求开出的种沟深浅 一致，深度能调，幅宽合适，沟形整齐，有一定的自行覆土作用，并且干湿土不混，细湿 土先覆盖肥料。 开沟器按其入土角不同可分为锐角和钝角两大类。锐角开沟器主要有锄铲式、翼铲式、 船形铲式、芯铧式等;钝角开沟器主要有单圆盘式、双圆盘式、滑刀式、靴式等。 1）铧式犁开沟 早在 20 世纪 50 年代，铧式犁作为最早开沟的设备就已经被应用于农田建设当中，其 形式主要有悬挂犁及牵引式犁两种。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 30-50cm，主要缺点是土壤硬度不能太大，否则沟形难以保证， 免耕深施肥机设计 - 8 - 且结构笨重，沟边留下的垫条大且不能分散，需人工修理等。特别是工作时牵引阻力很大， 过去常用斯大林 80 拖拉机才能拖动，有的地方要用两台大拖拉机牵引。 图 铧式犁开沟机的工作和结构图 2）圆盘式开沟机 20 世纪 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（见图 2）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，因而获 得迅速发展和广泛应用。许多国家，如意大利、苏联、法国、荷兰、日本等，都有不同型 号的系列产品。此种开沟机其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，铣下来的土壤可按不同的农艺要求，将土壤均匀地抛掷到一侧或两侧 515m 范围以 内的地面上,也可将土壤成条地堆置在沟沿上形成土埂，两圆盘与水平面成 45角，因此开 出沟的断面是上口宽沟底窄的倒梯形开挖的沟渠，沟形整齐，无须辅助加工，但行走慢 （拖拉机以 50400 米/小时的超低速前进） ，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。 图 圆盘式开沟机的工作及结构简图 圆盘式开沟机属于旋转式类型开沟机，开沟工作部件为带有弯刀的圆盘，通过传动轴 带动旋转开沟，目前国内的开沟机主要选用的是圆盘式开沟机。圆盘式开沟机分为前置式 和后置式两种类型。 前置圆盘型开沟机主要是与小马力拖拉机配套，在一些小块农田使用方便，有代表性的机 型为龙宝开沟机制造厂生产的 1K-26 型开沟机，该型开沟机动力传动方面带有快速离合装 置，同时拥有双滑撬，开沟深度调节装置，使作业更高效、更方便。 免耕深施肥机设计 - 9 - 3）立式螺旋开沟机 螺旋式挖沟机，具体地是涉及一种农田排水挖厢沟和围沟用的挖沟机。它是解决已知 的农田排水挖沟时，是采用在旋耕耘机上带有利刀进行挖沟，挖沟机是主轴通过轴承固定 在外壳内，主轴的一端上固定有动力齿轮盘，另一端通过伞形齿轮与被动轴连接，被动轴 的下端固定有螺旋桨，螺旋桨侧面的泥瓦支架上固定有泥瓦。本实用新型不仅可以挖厢沟， 也可以挖围沟，由挖沟机代替人工挖沟，因此工作效率大大提高，彻底解放了劳动生产力， 挖沟的深浅度可以调整，因此保证了挖沟的质量。 20 世纪 90 年代主要以螺旋开沟机为主，江苏省农机局技术中心制研的 1KLZ-27 型螺 旋开沟机采用立式螺旋开沟刀具，开沟部件为直接安装在一根直立轴管上的两组螺旋刀片， 集立铣、周向提升、螺旋叶片惯性抛散等原理于一体，使开沟过程中的切削、提升、抛散 一次完成，其结构简图如图 7 所示。该机工作时土块呈条状沿螺旋线导向两面抛落，以圆 锥对数螺线为基础的立锥式刀具，增强了对不同区域、不同土质的适应性，刀片采用组合 式结构，刀柄、刀刃选用不同的材料，提高了使用寿命。 1 三角带（三条） 2 附加大皮带盘 3 三角带（一条）4 机构 5 尾轮 6 挡土栅 7 括泥板 8 开沟具 图 7 立式螺旋开沟机结构图 3.1.2 开沟器的性能要求 开沟器功用主要是在播种时开出种沟，引导种子和肥料进入种沟内，并使湿土覆盖化 肥，它们种类很多，如铲式、铧式、圆盘式等，不同形式的开沟器对工作条件也有不同的 要求，其中双圆盘开沟器由于圆盘周边有刃口，滚动时，可以切割土块草根和残茬，因此 在整地条件差和土壤湿度较大时也能正常工作，而且工作较稳定，适用于较高速作业；开 沟过程中，不易粘土、堵塞，上下土层相混现象较少。 双圆盘开沟器主要由开沟器柄、圆盘、圆盘毂、开沟器轴、防尘盖等组成，如图所示。其 结构特点是开沟器轴一次冲压成形，与传统开沟器相比，具有无论正转还是反转均不退扣 免耕深施肥机设计 - 10 - 的优点。 1）开沟要平直，沟形整齐，深度一致。且深度要能在 35mm 范围内调节，以适应不 同作物的播深要求。 2）在保证所播种子能够恰好落入种床的前提下，开沟宽度尽可能窄，从而避免上层 干土与下层湿土搅混，并减小水分蒸发。 3）开沟器要具有良好的入土性能，不易被杂草、残茬等土中杂物拥塞。 4）对土壤适应性好，结构简单，工作可靠，使用和调整方便。 3.1.3 开沟器的结构设计 双圆盘开沟器的圆盘与前进方向有一个夹角，其工作原理就是利用圆盘的外侧面将土 推开，从而开出一条种沟或肥沟如图所示。它的研制主要应解决点 m 的位置，两圆盘夹角 和开沟宽度 b 之间的关系。 1.开沟器 2.圆盘 3.圆盘毂 4。开沟器轴 5.防尘盖 图 双圆盘开沟器设计 免耕深施肥机设计 - 11 - 图 开沟原理图 3.2 肥箱的设计 3.2.1 肥箱体积的确定 肥箱体积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。同时，肥箱也不宜装满，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，应用体积系数以适当增大体积，我们采用圆台型肥 箱。 3.2.2 施肥量的计算 设机组在行距为 S（m）的田间施追肥，机组上有 N 个排肥器，每个排肥器有 a 个排肥口， 则在一公顷田地的面积上一个排肥器应施肥的地段长度为： 1000 l SNa 若要求单位面积施肥量为则机组工作时每个排肥口在单位地段长度上的)hm/kg( 3 Q 排肥量为： 4 10 Q qSQ Nal 免耕深施肥机设计 - 12 - 3.3 排肥器的选取 一般来说，排肥器主要有圆盘转盘式、外槽轮式、指盘式、导板轨道式、星轮式、螺旋 式、旋转刮板式以及振动式等。 圆盘转盘式依靠重力和转动的底转盘和排出轮，使化肥在盘底上形成均匀层，利用化 肥与底转盘的摩擦力，经排量调节门输送到左右排出轮处，改变化肥原运动方向，至转盘 边缘落入输肥管排出。可通过调节门高度或转盘转速可调节排肥量。主要适用于排施松散 性好的化肥，但结构较为复杂，其结构如图所示： 1.肥箱 2.排量调节杆 3.圆盘排出轮 4.输肥管 5.转盘清洁器 6.导肥器 7.肥料分配器 8.传动锥齿轮 9.齿圈转盘 图 圆盘转盘式排肥器 外槽轮式排肥器则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。主要适用于排施松散性好的化肥，结构简单，通用性好，结构 如图所示。 免耕深施肥机设计 - 13 - 1.槽轮 2.排肥盒 3.肥箱 图 外槽轮式排肥器 星轮式排肥器主要工作过程是底部转动，筒底上方有一旋转星轮，排肥口开在筒底或 筒侧下方，板式调节门控制排肥量，星轮转动化肥即可连续排出。星轮式排肥器排肥元件 是星轮，箱内化肥被转动的排肥星轮齿槽及星轮表面带动，当充满化肥的齿间转至排肥口 时，靠齿槽的推动和化肥的重力落入输肥管排出。因此，排肥量呈周期性变化，星轮转速 越低变化越大，如图所示。其主要适用于松散性好的粒状和粉状化肥。对吸湿性强的化肥 易架空，当化肥沾满星轮时形成堵塞。 1.排量调节杆 2.肥箱 3.输肥管 4.传动锥齿轮 5.星轮 免耕深施肥机设计 - 14 - 图 星轮式排肥器 最终，我们选用外槽轮排种器结构。其具有结构简单，容易制作。成本低，调节方便、 使用可靠、通用性广、播种量稳定、受地面不平度及机器前进速度影响小等特点。 3.4 覆土装置和镇压轮的设计 3.4.1 覆土器的技术要求 1）覆土严密，深度一致。 2）覆土时不改变种子在种沟内的位置。 3）覆土时不拖堆，不缠草。 3.4.2 覆土器的类型 播种机上常用的覆土器结构型式有：链环式、弹齿式、爪盘式、圆盘式、刮板式等。 链环式、弹齿式、爪盘式为全幅覆盖，常用于行距较窄的谷物条播机；圆盘式、刮板式则 用于覆土量大、要求覆土严密的播种机上。 3.4.3 覆土器的设计 在本装置设计中，我们从采用平面圆盘破茬开沟，各个工作部件开出的沟很窄，因此 其回土较快，施肥结束后图层基本不乱，因此覆土装置我们采用 U 型槽钢覆土以确保覆土 深度。 3.5 镇压轮的选择 目前用于播种机上的镇压轮类型较多，按形状分主要有圆柱形、凸鼓型、凹腰形等； 按材质分有铸铁、钢板冲压或橡胶镇压轮等。本装置在播种结束后我们采用 V 型镇压器进 行全面镇压。 3.6 施肥部分的传动设计 3.6.1 传动方式的选择 为了保证在施肥作业时肥料的连续排放,则要求传动部分要有可靠的传动比、无滑动， 所以不能选用带传动；若选用齿轮传动，虽然有了可靠的传动比，但可能会造成机体过于 庞大，结构比较复杂，同时造价也很高。再者，该传动的工作环境对于齿轮来说不太理想； 除此外可选用链传动。 对于链传动而言，其主要优点有：没有滑动；工况相同时，传动尺寸比较紧凑；不需 要很大的张紧力，作用在转动轴上的载荷较小；效率较高（98%） ；能在温度较高、湿 度较大的环境中使用，造价低；同时由于链传动具有中间元件（链条） ，和齿轮、蜗杆传动 相比较，需要的轴间距离可以很大，这对于我们的设计是比较理想的。故应选用链传动。 免耕深施肥机设计 - 15 - 3.6.2 链传动比 为了保证在施肥作业时肥料的连续排放,则要求传动部分要有可靠的传动比、无滑动。 又由于在施肥传动部分所传动的功率小、速率小，所以所要求的链传动比不是非常的严格， 但也要满足相应要求。经计算，该部分的链传动比 i=1.28。根据以往经验和相关手册，该 传动比完全满足要求。 4 轴的设计 4.1 传动轴的设计 （1） 刀辊转速的确定： 本机圆盘刀辊的转速是参考旋耕机的参数以及传动关系决定，根据丰收180 型拖拉 机的后输出轴的转速，最终确定刀辊的转速为 287.7r/min。 （2） 圆盘刀直径的确定： 对于机动切草圆盘，设计取值为400，设计依据来自土壤耕作机械的理论与计算 一书。椐介绍旋，而且与切割速度有关，当圆盘直径在360420mm 时，消耗的比能最 小。鉴于圆盘的入土深度要达到 810cm，并且需要给刀辊轴和地面之间留出较大的空间， 形成尽可能好的畅通性，同时也为了保证在切割过程中秸秆能被可靠的切断，不产生向前 推移，我们在资料所给的数据的范围中选取400mm 作为圆盘设计值。 （3） 圆盘刀辊两端轴承（型号 308）工作寿命的验算： 机动圆盘刀辊在工作中受到的阻力包括压应力和拉应力两种，而以产生滑切作用的拉 应力为主。这里出于计算简便的考虑，在验算所选轴承工作寿命时，将前面计算出的切割 阻力全部视作压应力。因此，刀辊两端轴承所受的载荷 P 即为： P=0.5622.6=67.8(kgf) 根据机械设计有关轴承选型部分中的推荐值，对此处轴承的预期计算寿命 Ln定为： Ln=25000(h) 由此可依照计算轴承应具有的额定动载荷 C的计算公式，首先算出 C来 3 6 N 10 Ln60 PC 代入有关各数值后可得到： 免耕深施肥机设计 - 16 - =494.2（kgf） 3 6 10 2500023460 67.8C 而查阅轴承使用手册，获知型号 308 的中窄系列单列向心球轴承其具有的额定动载荷 C 等于 3200kgf，显然 CC，此结果说明 308 轴承完全符合本机工作状况。的应用，寿命 有可靠保证。 4.2 轴的计算与校核 轴设计计算 一计算齿轮受的力： 轴传递的转矩： mmNT929.61 1 齿轮上的圆周力： 08075 . 0 929.6122 1 1 m t d T F NFt1534 齿轮上的径向力： 00 1 3426cos201534costgtgFF tr NFr499 轴向力： 00 1 3426sin201534sintgtgFF ta NFa250 二对轴进行结构设计： 确定轴的直径： 选 45 钢经调质处理作轴。 ， 2 /600mmN B 2 /355mmN s 2 /4030mmN T C=118106 3 3 1 1 540 538 . 3 )106118( n P Cd =22.0819.83mm 免耕深施肥机设计 - 17 - 考虑到轴的震动较大，我们取 d=40mm 结构尺寸详见零件图。 三计算支承反力： 水平面反力： 180 2 75.80 250164499 1 R F NFR399 1 180 2 75.80 25019499 2 R F NFR109 2 垂直面反力： 180 1641534 1 R F NFR1398 1 180 191534 2 R F NFR162 2 水平面受力图： 见图 3-1 垂直面受力图： 见图 3-1 画轴弯矩图： 水平面弯矩图： 见图 3-1 垂直面弯矩图： 见图 3-1 合成弯矩图： 合成弯矩 见图 3-1 22 xzxy MMM 画轴转矩图： 轴受转矩： T=T1 T=61929Nmm 转矩图： 见图 3-1 许用应力 许用应力值，用插入法由3表 16.3 查得 ab MP95 0 ab MP55 1 免耕深施肥机设计 - 18 - 应力校正系数 95 55 0 1 b b 58 . 0 画当量弯矩图 当量转矩 929.6158 . 0 TNmmT35920 当量弯矩最大处在平均分度圆处， 2222 3592032022)(TMM 见图 3-1 NmmM48121 轴径校核： mmmm M d b 4561.20 551 . 0 48121 1 . 0 3 3 1 免耕深施肥机设计 - 19 - 一轴受力图 当量弯矩图( 转矩图( 合成弯矩图( 垂直面弯矩图( 垂直面受力图 水平面弯矩图( 水平面受力图 图 3-1 轴一的受力分析图 轴设计计算： 免耕深施肥机设计 - 20 - 一计算齿轮受的力： 轴传递的转矩： T2 T2=118903Nmm 齿轮上的圆周力： 5 . 161 11890322 2 2 m t d T F NFt1472 齿轮上的径向力： 00 2 2663cos201472costgtgFF tr NFr240 轴向力： 00 1 3426sin201534sintgtgFF ta NFa479 二对轴进行结构设计： 确定轴的直径： 选 45 钢经调质处理作轴。 ， 2 /600mmN B 2 /355mmN s 2 /4030mmN T C=118106 3 3 2 2 270 433 . 3 )106118( n P Cd =27.5424.74mm 考虑到轴的震动较大，我们取mmd45 结构尺寸详见零件图。 三计算支承反力： 水平面反力： 545 2 5 . 161 479601980595240 1 R F 免耕深施肥机设计 - 21 - NFR409 1 545 2 5 . 161 479605198050240 2 R F NFR2149 2 垂直面反力： 545 6019805951471 1 R F NFR1825 1 545 6051980501471 2 R F NFR2333 2 水平面受力图： 见图 3-2 垂直面受力图： 见图 3-2 画轴弯矩图： 水平面弯矩图： 见图 3-2 垂直面弯矩图： 见图 3-2 合成弯矩图： 合成弯矩 见图 3-2 22 xzxy MMM 画轴转矩图： 轴受转矩： T=T2 T=118903Nmm 转矩图： 见图 3-2 许用应力 ab MP55 1 应力校正系数 95 55 0 1 b b 58 . 0 画当量弯矩图 当量转矩 11890358 . 0 TNmmT35920 当量弯矩最大处在平均分度圆处， 许用应力值，用插入法由3表 16.3 查得 ab MP95 0 免耕深施肥机设计 - 22 - 2222 68964168009)(TMM NmmM48121 轴径校核： mmmm M d b 4008.32 551 . 0 181612 1 . 0 3 3 1 所以选的轴是安全的。 免耕深施肥机设计 - 23 - 二轴受力图 当量弯矩图( 转矩图( 合成弯矩图( 垂直面弯矩图( 垂直面受力图 水平面弯矩图( 水平面受力图 图 3-2 轴二的受力分析图 免耕深施肥机设计 - 24 - 刀辊轴设计计算： 刀辊轴的结构设计及选择材料： 由于不同的土壤对刀片的阻力不同，含水量不同的土壤对刀片的阻力也不同，以及地 表形状，刀刃的锋利程度的不同等很多原因对刀片的阻力都有影响。所以我们无法得到准 确的刀片阻力。根据我们的实践，我们选择刀辊轴轴径为 d=40mm，选 45 钢经调质处理， 是完全符合我们的工作要求的。 4.3 键的选择与校核 一轴上键的选择和校核： 1 确定平键的类型和尺寸 采用普通圆头平键，查4表 4-1，由 d=40mm 可知键的剖面尺寸为： 812hb 参照轮毂长度 取键长为 L，mml55 1 mmL50 键的标记：键7910965012GB 2 校核强度： 属静联接，校核挤压强度，由3P125 式 7.1 可知校核公式： 4 pp dhl T 式中： 键联接所传递的转矩： 1 TT mmNT 61929 键的工作长度： 1250 bLLmmL38 键的高度 h mmh8 轴的直径 d mmd40 许用挤压应力，由3P126 表 7.1， 2 /100mmN p /37.20 40388 619294 2 pp mmN 强度满足要求 3 决定键与槽的配合，键槽表面粗糙度和键槽的对称度公差： 查4P51，按一般联接对待：键与轴：12N9/h9 键与毂：12Ns/h9 键槽表面粗糙度：工作表面取 3.2，非工作表面取 6.3 （均为值） a R 键槽的对称度公差：按 7 级精度决定对称度公差。 免耕深施肥机设计 - 25 - 二轴上键的选择与校核： 1 确定平键的类型和尺寸 采用普通圆头平键，查4表 4-1，由 d=40mm 可知键的剖面尺寸为： 812hb 参照锥齿轮长度 取键长为 mml55 1 1 LmmL50 1 键的标记：键7910965012GB 参照链轮轮毂长度： 取键长为 mml45 2 2 LmmL45 2 键的标记为：键7910964512GB 2 校核强度： 属静联接，校核挤压强度，由3P125 式 7.1 可知校核公式： 4 pp dhl T 式中：键联接所传递的转矩： 2 TT mmNT118903 键的工作长度： 1250 1 1 bLLmmL38 1 1245 2 2 bLLmmL33 2 键的高度 h mmh8 轴的直径 d mmd40 许用挤压应力，由3P126 表 7.1， 2 /100mmN p /37.20 40388 619294 2 pp mmN 强度满足要求 3 决定键与槽的配合，键槽表面粗糙度和键槽的对称度公差： 查4P51，按一般联接对待：键与轴：12N9/h9 键与毂：12Js/h9 键槽表面粗糙度：工作表面取 3.2，非工作表面取 6.3 （均为值） a R 键槽的对称度公差：按 7 级精度决定对称度公差。 三刀滚轴上键的选择与校核： 1 确定平键的类型和尺寸 采用普通圆头平键，查4表 4-1，由 d=40mm 可知键的剖面尺寸为： 免耕深施肥机设计 - 26 - 812hb 由 可知键的剖面尺寸为mmd45914hb 参照链轮轮毂长度 取键长为 mml45 1 1 LmmL45 1 键的标记：键7910964512GB 参照卡盘长度： 再考虑到行矩调节范围 0100mmmml88 2 取键长为 2 LmmL90 2 键的标记为：键7910969012GB 2 校核强度： 属静联接，校核挤压强度，由3P125 式 7.1 可知校核公式： 4 pp dhl T 式中：键联接所传递的转矩： 3 TT mmNT171220 键的工作长度： 1245 1 1 bLLmmL33 1 1290 2 2 bLLmmL78 2 键的高度： 21,h h mmh8 1 mmh9 2 轴的直径： 21,d d mmd40 1 mmd45 2 许用挤压应力，由3P126 表 7.1， 2 /100mmN p /86.64 40338 1712204 2 1pp mmN 免耕深施肥机设计 - 27 - /26.21 45789 1712204 2 pp mmN 强度满足要求 3.决定键与槽的配合，键槽表面粗糙度和键槽的对称度公差： 查4P51，按一般联接对待：键与轴：12N9/h9 14N9/h9 键与毂：12Js/h9 14Js/h9 键槽表面粗糙度：工作表面取 3.2，非工作表面取 6.3 （均为值） a R 键槽的对称度公差：按 7 级精度决