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三维SW 9张CAD图纸与说明书全套资料 果园开沟施肥机的设计【三维SW】【9张CAD图纸与说明书全套资料】 果园 施肥 设计 三维 SW CAD 图纸 说明书 全套 资料

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塔里木大学毕业论文（设计）中期检查记录表2016年4月18日学生姓名张盼班级农机16-3班课题名称果园开沟施肥机的设计课题完成进度（学生自述） 目前机具各装置的主要零部件三维图已画完，下阶段的任务是完成装配图及编写说明书。存在的问题及整改措施（学生自述）存在的问题：对某些装置的结构不太清楚，零件之间的配合有效问题。整改措施：实地考察，参观相关机具，以了解相类似的装置结构。 关于零件之间的配合问题，在画三维图之前需精确计算出各零部件的尺寸，这样才能做到准确配合。指导教师意见（课题进展情况、优缺点、整改措施等）指导教师签名 年 月 日学院意见负责人签名 年 月 日塔里木大学毕业论文（设计）任务书学院机械电气化工程学院班级农机16-3学生姓名张盼学号8031212325课题名称果园开沟施肥机的设计起止时间2015年10月15日 2016年5月25日（共 12周）指导教师李平职称副教授课题内容随着农业产业结构的调整，葡萄、红枣已成为新疆兵团优势林果经济发展和职工增收致富的新亮点和支柱产业。新疆兵团目前葡萄的栽培面积为4.8万hm2，红枣的栽培面积为 10.9 万 hm2；但在葡萄、红枣栽培过程中机械化生产水平还不高，尤其缺乏专用配套的果园开沟施肥机具。在葡萄、红枣施肥作业环节，除了采用人工开沟、施肥外，仅部分使用了犁铧式开沟机辅助开沟作业，仍然需要人工完成施肥及埋沟填平工作。所以需要一种专门的果园开沟施肥机具。1）查找相关文献，了解国内外开沟施肥机的发展现状与相关工艺。2）查找专利及相关文献，熟悉了解开沟施肥机的结构。3）利用机械传动理论及原理，对开沟施肥机进行传动设计和机构设计。4）利用solidworks设计软件，设计开沟施肥机的三维实体模型，并生成关键部件及装配图工程图。拟定工作进度（以周为单位）第一周：查找相关资料，熟悉课题内容。第二周：撰写开题报告，并制定总体方案。第三至八周：设计开沟施肥机的三维实体模型，并生成关键部件及装配图工程图。第九周：对开沟施肥机进行传动设计和机构设计。第 十 周：撰写毕业论文，修改图纸中存在的问题。第十一周：编写答辩提纲，准备答辩。第十二周：答辩主要参考文献1新疆生产建设兵团统计局，国家统计局兵团调查总队新疆生产建设兵团统计年鉴2014M.北京:中国统计出版社,20142尹大庆,韩永俊,张建平.工程开沟机工作机理的研究J.农机化研究2003(3):77783袁京生,陈坤.国外开沟机技术现状及产品特点J.工程机械与维修,2011(6):1501514李德胜,郭辉.果园施肥开沟机的研究现状J.农业科技与装备,2011(6):53555韩永俊，尹大庆,冯江,等.1KL100 型立式螺旋开沟机的设计J.农机化研究，2000(4):6668任务下达人（签字）年 月 日任务接受人意见任务接受人签名 年 月 日注：1、此任务书由指导教师填写，任务下达人为指导教师。2、此任务书须在学生毕业实践环节开始前一周下达给学生本人。3、此任务书一式三份，一份留学院存档，一份学生本人留存，一份指导教师留存。果园开沟施肥机的设计张盼1 李平1(1. 塔里木大学机械电气化工程学院， 新疆 阿拉尔 843300）摘要：随着农业产业结构的调整，葡萄、红枣已成为新疆兵团优势林果经济发展和职工增收致富的新亮点和支柱产业。新疆兵团目前葡萄的栽培面积为4.8万公顷，红枣的栽培面积为10.9万公顷；但在葡萄、红枣栽培过程中机械化生产水平还不高，果树的施肥主要依靠人工作业，作业效率低，劳动强度大，施肥难以保证均匀。采用果园开沟施肥机来代替人工开沟施肥，不但可以节省大量劳动力，提高作业效率降低生产成本，而且开沟与施肥质量也比人工要好。为了确保开沟施肥质量、提高作业效率、降低生产成本就需要一种作业性能稳定的开沟施肥机具。因此，符合生产要求的果园开沟施肥机在国民经济中具有重要的现实意义。关键词：林果经济；开沟与施肥；作业效率；均匀中图分类号:TD451文献标识码：A0引言随着我国农业产业结构的优化调整，特色林果业己成为农民致富的一条重要渠道，传统的种植模式导致果园种植密度大，果树矮化，果树间距小，不利于现有机具通行。果树的开沟施肥作为果树保质增产的必要园艺环节，目前基本还处于人工作业阶段。新疆兵团目前葡萄的栽培面积为4.8万公顷，红枣的栽培面积为10.9万公顷；但在葡萄、红枣栽培过程中机械化生产水平还不高，尤其缺乏专用配套的果园开沟施肥机具。人工开沟施肥，劳动强度大，工作效率低，施肥均勾度差；果园开沟施肥机在国民经济中具有重要的现实意义，主要表现在以下几个方面。首先，能降低果农劳动强度。果园开沟施肥机不仅能大大降低果农劳动强度，改善生产条件，还能解决劳动力季节性短缺的问题。其次，能提高农业资源利用率。利用机器对果树树进行施肥，施肥均匀，能提高肥料的利用率，还能减少肥料对水土资源的污染，保护生态环境。再次，提供优质和安全的果品。果树机械的应用，能很好的控制果树生产过程中的施肥用量，降低化肥在土壤中的残留量。在葡萄、红枣施肥作业环节，除了采用人工开沟、施肥外，仅部分使用了犁铧式开沟机辅助开沟作业，仍然需要人工完成施肥及埋沟填平工作。这样不仅浪费了大量的人力、无力，而且效率较低。因此果园开沟施肥联合作业机对于生产具有非常重要的现实意义。1总体设计思路 果园开沟施肥联合作业机主要由机架、圆盘开沟装置、施肥装置、埋沟覆土装置、传动系统和地轮限深装置等部分组成。1.1设计原理 开沟装置是本机的主要工作部件，主要由开沟刀盘和开沟刀组成。开沟刀盘回转半径取决于刀轴传动箱尾部圆角半径、最大开沟深度及开沟机处于最大开沟深度时传动箱底部离地间隙8。在满足开沟深度要求的前提下，开沟圆盘工作半径越小，整机结构越紧凑，消耗的功率越小。通过计算得到合适的尺寸。果园开沟施肥联合作业机采用拖拉机动力输出轴输出动力驱动传动机构，通过万向节、齿轮箱带动开沟刀轴、开沟刀转动，达到开沟的目的。设计合适的传动箱、齿轮和轴的尺寸。此果园开沟施肥联合作业机地轮和地轮链轮是作为一个整体装配的。当机具前进时，地轮和地轮链轮同时转动，地轮链轮通过链传动带动肥料箱中的绞龙转动实现排肥作业。准确实际链轮、链条和绞龙叶片方向。覆土的质量与覆土圆盘的倾斜角度有密切的关系，要得到合适的倾斜角度需使覆土圆盘能在两个维度里旋转。1.2设计总体结构果园开沟施肥机的总体结构示意图，如图1所示。作业时，拖拉机悬挂装置与机架三点悬挂联接，整机质量由拖拉机承担。拖拉机的动力输出轴通过万向联轴器与传动箱相连，传动箱内有两个锥齿轮及三个直齿轮，将动力通过开沟传动轴传至开沟刀盘，刀盘旋转实现开沟。当机具前进时，地轮和地轮链轮同时转动，地轮链轮通过链传动带动肥料箱中的绞龙转动实现排肥作业。覆土装置将土回填入沟内，完成整个作业过程。1.机架 2.传动箱 3.肥料箱 4.排肥传动装置 5.地轮限深装置6.覆土装置 7.排肥装置 8.开沟装置图1 开沟施肥机整体结构图2关键部件的设计2.1开沟装置的设计 开沟装置是本机的主要工作部件，主要有开沟刀盘和开沟刀组成，如图3-1所示。开沟刀盘回转半经取决于刀轴传动箱尾部圆半径r、最大开沟深度及开沟机处于最大开沟深度是传动箱底部离地间隙。其数学表达式为 r+ (3-1) 其中，各项参数为: r = 90mm，=400mm，=10mm。 将上述参数带入后可得: 500mm在满足开沟深度要求的前提下，开沟圆盘工作半径越小，整机结构越紧凑，消耗的功率越小，故取开沟圆盘装置回转半径为 500mm。为了使土粒能够顺利抛出，切土刀的最大线速度通常在5 12m/s范围内选取。该机开沟刀盘回转直径为D=2R =1000mm，可求得刀盘转速n=133.76286.62r/min。取较大值时,抛土较远而均匀，并有利于切断土中作物残根等，但功耗较大、生产率降低。由于开沟深度较深，为了使开沟后土粒可以顺利抛出，取切削线速度为11.5m/s，求得刀盘转速为219r/min。2.2施肥传动系统的设计果园开沟施肥联合作业机地轮和地轮链轮是作为一个整体装配的。当机具前进时，地轮和地轮链轮同时转动，地轮链轮通过链传动带动肥料箱中的绞龙转动实现排肥作业。按每667施肥量 1 000kg、行距3.5m计算，开沟施肥时每米施肥量约为5.23kg，在连续施肥的情况下，机具前进一个株距时，绞龙生产率为 Q =vg/S (3-2) 其中，v为机具的前进速度，v=1km/h;g为施肥量,g=3.3kg /株;S为机具前进距离，S=0.633m。代入各参数,计算得Q=5.21t/h。绞龙转速的计算公式为 n=Q/( 47D2sc) (3-3) 其中，Q为铰龙生产率Q=5.21t/h;D为螺旋叶片直径选取D=0.15m;s为螺旋叶片的螺距,选取s= 0.15m;c 为倾斜修正系数，倾斜角度5时,c=0.9;为物料的容重，取=0.8t/m3;为充满系数，选取=0.8。计算得n=57.02r/min。取地轮直径d=380mm，地轮线速度(即拖拉机前进速度) 为1km/h，由此计算得地轮转速n0=50.28r/min,则地轮传动的传动比i=n/n0=1.14。因此,设计施肥传动个链轮齿数为: 地轮链轮 Z6= 23，中间过渡链轮和铰龙链轮为 Z7=Z8=Z9=20。2.3 覆土装置的设计开沟施肥机开沟并施肥后由覆土装置将沟填平，要保证覆土质量，覆土圆盘需要有合适的斜度。要满足此斜度，需使覆土圆盘能在两个维度里旋转。本设计中的这种结构使覆土圆盘既能在x-y平面内左右转动，自身又能沿转杆360度旋转，可以充分满足覆土圆盘需要的斜度。3总结本文以新疆果园主要果树（葡萄、红枣等）为研究和服务对象，针对其矮化、密植的种植特点，以功耗低、可操作性好为目标，结合专业知识以及实践基础，提出了一种果园开沟施肥联合作业机具。本机具有以下特点：（1） 本机器结构简单、紧凑,各个零件的要求较低，便于生产加工； （2）该机器工作可靠，能较好地满足果园的开沟和施肥工作，在田间作业时对土壤的要求不高，对于新疆沙土地的实际条件，可以实现较高的工作效率。本文介绍的果园开沟施肥机成本低，效率较高，和小型四轮拖拉机配合使用，具有操作简单，占地面积小等诸多优势。能较好的满足承包户的经济要求，以及实际生产要求。参考文献1新疆生产建设兵团统计局，国家统计局兵团调查总队新疆生产建设兵团统计年鉴2014M.北京:中国统计出版社,20142尹大庆,韩永俊,张建平.工程开沟机工作机理的研究J.农机化研究2003(3):77783袁京生,陈坤.国外开沟机技术现状及产品特点J.工程机械与维修,2011(6):1501514李德胜,郭辉.果园施肥开沟机的研究现状J.农业科技与装备,2011(6):53555韩永俊，尹大庆,冯江,等.1KL100 型立式螺旋开沟机的设计J.农机化研究，2000(4):66686张汝坤,吴福明,冉国伟，等.1KS22 型双轴开沟机设计研究J.云南农业大学学报,2005，20(6):8508537阿布里孜巴斯提，兰秀英，贡献，等.1K40型偏置式果园开沟机的研制J.新疆农机化，2009(4):36378刘天星,卜永清，何彦平，等.圆盘式开沟埋草一体机的研究J.中国农机化学报，2014，35(2):155158塔里木大学毕业论文（设计）开题报告课题名称 果园开沟施肥机的设计 学生姓名 张盼 学 号 8031212325 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 农业机械化及其自动化 班 级 农机16-3班 指导教师 李平 起止时间 2015.10.15-2016.5.25 机械电气化工程学院教务办制填 表 说 明一、学生撰写开题报告应包含的内容：1、本课题来源及研究的目的和意义；2、本课题所涉及的问题在国内（外）研究现状及分析；3、对课题所涉及的任务要求及实现预期目标的可行性分析；4、本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路；5、完成本课题所必须的工作条件及解决的办法；6、完成本课题的工作方案及进度计划；7、主要参考文献（不少于7篇）。二、本报告必须由承担毕业论文（设计）课题任务的学生在接到“毕业论文（设计）任务书”的两周内独立撰写完成，并交指导教师审阅。三、开题报告要求手写体，字数在3000字以上，由学生在本报告册内填写，页面不够可自行添加A4纸张。四、每个毕业论文（设计）课题须提交开题报告一式三份，一份学生本人留存，一份指导教师存阅，一份学生所在学院存档，备检备查。1 本题来源及研究的目的和意义1.1 课题的来源：自选题1.2 研究的目的 随着农业产业结构的调整，葡萄、红枣已成为新疆兵团优势林果经济发展和职工增收致富的新亮点和支柱产业。新疆兵团目前葡萄的栽培面积为4.8万公顷，红枣的栽培面积为10.9万公顷；但在葡萄、红枣栽培过程中机械化生产水平还不高，尤其缺乏专用配套的果园开沟施肥机具。所以需要一种专门的果园开沟施肥机具。1.3 研究的意义 在葡萄、红枣施肥作业环节，除了采用人工开沟、施肥外，仅部分使用了犁铧式开沟机辅助开沟作业，仍然需要人工完成施肥及埋沟填平工作。这样不仅浪费了大量的人力、物力，而且效率较低。因此果园开沟施肥联合作业机对于生产具有非常重要的现实意义。2 本课题国内外研究现状2.1 国内外果园开沟施肥机的研究现状 国内外的开沟机从工作原理上主要分为铧式犁开沟机、旋转开沟机和链刀式开沟机。在国外，开沟机主要用于土方施工，如美国GunterZimmerman公司生产的轮盘式开沟机主要用于开设墙基、铺设水电管网、灌溉和光缆; 欧洲Northland Trenching公司代理的 Inter drain1622HT 型刀链式开沟机可以将挖出的泥土输送到机器两侧或一侧。我国对开沟机的研究开发主要用在有机肥开沟机方面。2000 年，东北农业大学研制的 1KL 100 型立式螺旋开沟机可以在旱田及水田地挖沟，作业后沟壁平整、沟内残土少。2005年12月，云南农业大学研制的1KS 22型双轴开沟机采用双轴立式结构，可以同时完成切土和抛土进行开沟作业。2009年2月，新疆农业科学院农业机械化研究所研制了lK40型偏置式果园开沟机，主要用于果园施肥沟、种树开沟。但是，上述机型都不能适应新疆兵团林果(葡萄、红枣)的施肥作业。 3 本课题需要重点研究的关键的问题及解决的思路3.1需要重点研究的主要问题开沟装置的设计 开沟装置是本机的主要工作部件，主要由开沟刀盘和开沟刀组成。开沟刀盘回转半径取决于刀轴传动箱尾部圆角半径、最大开沟深度及开沟机处于最大开沟深度时传动箱底部离地间隙。在满足开沟深度要求的前提下，开沟圆盘工作半径越小，整机结构越紧凑，消耗的功率越小。开沟传动系统的设计 果园开沟施肥联合作业机采用拖拉机动力输出轴输出动力驱动传动机构，通过万向节、齿轮箱带动开沟刀轴、开沟刀转动，达到开沟的目的。施肥传动系统的设计 此果园开沟施肥联合作业机地轮和地轮链轮是作为一个整体装配的。当机具前进时，地轮和地轮链轮同时转动，地轮链轮通过链传动带动肥料箱中的绞龙转动实现排肥作业。四 完成本课题需要的工作条件及解决的办法 （1）查阅有关资料选择相关参数及材料,设计果园开沟施肥机。 （2）设计完各零部件后，进行装配组合，试验设计的可靠性。 （3）运用Solidworks软件，绘制三维零件图和装配图。 （4）运用三维设计软件完成整机各零部件的三维建模并进行运动仿真。五 工作方案及进度计划工作方案： 1、设计并绘制出果园开沟施肥机的总体构造。 2、查阅相关资料合理选择和设计零件。 3、合理设计开沟刀盘、地轮等装置。 4、绘制所有零部件并查阅相关说明，各零部件尺寸要啮合达到合适效果。 5、组装装配图并生成三维立体模型，观察效果并加以改进。进度计划： 第 一 周：查找相关资料、熟悉课题内容。 第 二 周：撰写开题报告，并制定总体方案。 第三周至第八周：设计果园开沟施肥机的三维实体模型图，并生成关键部件及装配图 工程图。 第 九 周：对果园开沟施肥机进行传动设计和机构设计。 第 十 周：撰写毕业论文，修改图纸中存在的问题。 第十一周：编写答辩提纲，准备答辩。 第十二周：答辩六 参考文献1新疆生产建设兵团统计局，国家统计局兵团调查总队新疆生产建设兵团统计年鉴 2014M.北京:中国统计出版社,20142尹大庆,韩永俊,张建平.工程开沟机工作机理的研究J.农机化研究2003(3):77 783袁京生,陈坤.国外开沟机技术现状及产品特点J.工程机械与维修,2011(6):150 1514李德胜,郭辉.果园施肥开沟机的研究现状J.农业科技与装备,2011(6):53555韩永俊，尹大庆,冯江,等.1KL-100型立式螺旋开沟机的设计J.农机化研究， 2000(4):66686张汝坤,吴福明,冉国伟，等.1KS22 型双轴开沟机设计研究J.云南农业大学学 报,2005,20(6):8508537阿布里孜巴斯提，兰秀英，贡献，等.1K40型偏置式果园开沟机的研制J.新 疆农机化,2009(4):36378刘天星,卜永清，何彦平，等.圆盘式开沟埋草一体机的研究J.中国农机化学报， 2014,35(2):155158 学生签名 张盼 2015年10月15日指导教师审阅意见指导教师签名 年 月 日开题报告 报告人 张盼指导教师 李平 机械电气化工程学院 2015年11月28日 果园开沟施肥机的设计 目录 1 2 3 4 课题研究的目的与意义 研究的关键的问题及解决思路 工作方案及进度计划 课题内容 课题研究的目的与意义 随着农业产业结构的调整 葡萄 红枣已成为新疆兵团优势林果经济发展和职工增收致富的新亮点和支柱产业 新疆兵团目前葡萄的栽培面积为4 8万hm2 红枣的栽培面积为10 9万hm2 但在葡萄 红枣栽培过程中机械化生产水平还不高 尤其缺乏专用配套的果园开沟施肥机具 在葡萄 红枣施肥作业环节 除了采用人工开沟 施肥外 仅部分使用了犁铧式开沟机辅助开沟作业 仍然需要人工完成施肥及埋沟填平工作 果园开沟施肥机的设计研究 就是针对新疆矮 密的种植模式而研发的 对提高我国林果收获机械化水平具有重要意义 课题内容 作业时 拖拉机悬挂装置与机架三点悬挂联接 拖拉机的动力输出轴通过万向联轴器与传动箱相连 将机架支腿收起 整机质量由拖拉机承担 研究的关键的问题及解决思路 研究的主要问题 在满足开沟深度要求的前提下 开沟圆盘工作半径越小 整机结构越紧凑 消耗的功率越小 要使土粒能够顺利抛出 并且抛土远而均匀 按农艺标准 葡萄 红枣施肥机械应达到以下两点要求 一是施肥深度应达地下15cm以下 二是既可施化肥又可施农家肥 且施肥量可调 研究的关键的问题及解决思路 解决思路 详细计算最大开沟深度及开沟机处于最大开沟深度时传动箱底部离地间隙等因素 从而得出开沟圆盘的半径以及圆盘转速 当机具前进时 地轮和地轮链轮同时转动 地轮链轮通过链传动带动肥料箱中的绞龙转动实现排肥作业 要合理设计地轮链轮 过渡链轮和铰龙链轮的齿数 工作方案及进度计划 工作方案 1 设计并绘制出果园开沟施肥机的总体构造 2 分析设计施肥机及其运动轨迹 3 查阅相关资料合理选择牵引车辆等设备 4 合理设计开沟 传动 施肥等装置 5 绘制所有零部件并查阅相关说明 各零部件尺寸要啮合达到合适果 6 组装装配图并生成三维立体模型 观察效果并加以改进 工作方案及进度计划 进度计划 第01周 第03周查阅文献 撰写开题报告 第04周 第06周根据现有的机型构思自己的设计方案 第07周 第08周据工作要求 计算并查阅手册 选择和设计各零 件 第09周 第10周运用AUTOCAD软件 绘制二维零件图和装配图 第10周 第12周运用Solidworks完成整体零件的三维模型 第12周 第13周从工艺性能 经济性能 适用性能等方面对产品 进行综合评价 核修正 完成产品说明书 第14周整理毕业设计说明书和图纸等资料 准 备答辩 谢谢聆听 16届毕业设计 果园开沟施肥机的设计 学生姓名 张盼 学 号 8031212325 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 农业机械化及其自动化 班 级 16-3 指导老师 李平 日 期 2016.05 塔里木大学机械电气化工程学院制前 言随着农业产业结构的调整，葡萄、红枣已成为新疆兵团优势林果经济发展和职工增收致富的新亮点和支柱产业。新疆兵团目前葡萄的栽培面积为4.8万公顷，红枣的栽培面积为10.9万公顷；但在葡萄、红枣栽培过程中机械化生产水平还不高，果树的施肥主要依靠人工作业，作业效率低，劳动强度大，施肥难以保证均匀。采用果园开沟施肥机来代替人工开沟施肥，不但可以节省大量劳动力，提高作业效率降低生产成本，而且开沟与施肥质量也比人工要好。为了确保开沟施肥质量、提高作业效率、降低生产成本就需要一种作业性能稳定的开沟施肥机具。因此，符合生产要求的果园开沟施肥机在国民经济中具有重要的现实意义。关键词：林果经济；开沟与施肥；作业效率；均匀目 录 1 绪论11.1 果园开沟施肥机的理论和意义11.2 果园开沟施肥机研究现状11.3重点研究的关键问题及解决思路22 果园开沟施肥机总体结构及工作原理22.1 果园开沟施肥机的总体结构22.2 果园开沟施肥机的基本参数与工作原理43 果园开沟施肥机关键部位的设计53.1 开沟装置的设计53.2 开沟传动系统的设计73.3 施肥传动系统的设计83.4 覆土装置的设计与造型94 主要零件的计算与校核104.1链轮的选型与设计计算104.2链轮轴的设计计算与校核12 4.3开沟传动轴的设计计算与校核145特殊零件的设计165.1覆土圆盘斜度调节装置的设计165.2排肥绞龙的设计175.3传动箱箱体的设计19总 结21致 谢22参考文献23塔里木大学毕业设计1 绪论1.1 果园开沟施肥机的理论和意义随着我国农业产业结构的优化调整，特色林果业己成为农民致富的一条重要渠道，传统的种植模式导致果园种植密度大，果树矮化，果树间距小，不利于现有机具通行。果树的开沟施肥作为果树保质增产的必要园艺环节，目前基本还处于人工作业阶段。新疆兵团目前葡萄的栽培面积为4.8万公顷，红枣的栽培面积为10.9万公顷；但在葡萄、红枣栽培过程中机械化生产水平还不高，尤其缺乏专用配套的果园开沟施肥机具。人工开沟施肥，劳动强度大，工作效率低，施肥均勾度差；果园开沟施肥机在国民经济中具有重要的现实意义，主要表现在以下几个方面。首先，能降低果农劳动强度。果园开沟施肥机不仅能大大降低果农劳动强度，改善生产条件，还能解决劳动力季节性短缺的问题。其次，能提高农业资源利用率。利用机器对果树树进行施肥，施肥均匀，能提高肥料的利用率，还能减少肥料对水土资源的污染，保护生态环境。再次，提供优质和安全的果品。果树机械的应用，能很好的控制果树生产过程中的施肥用量，降低化肥在土壤中的残留量。在葡萄、红枣施肥作业环节，除了采用人工开沟、施肥外，仅部分使用了犁铧式开沟机辅助开沟作业，仍然需要人工完成施肥及埋沟填平工作。这样不仅浪费了大量的人力、无力，而且效率较低。因此果园开沟施肥联合作业机对于生产具有非常重要的现实意义。1.2 果园开沟施肥机研究现状 国内外的开沟机从工作原理上主要分为铧式犁开沟机、旋转开沟机和链刀式开沟机。在国外，开沟机主要用于土方施工，如美国GunterZimmerman公司生产的轮盘式开沟机主要用于开设墙基、铺设水电管网、灌溉和光缆;欧洲Northland Trenching公司代理的 Interdrain1622HT 型刀链式开沟机可以将挖出的泥土输送到机器两侧或一侧。我国对开沟机的研究开发主要用在有机肥开沟机方面。2000 年,东北农业大学研制的1KL100型立式螺旋开沟机可以在旱田及水田地挖沟，作业后沟壁平整、沟内残土少。2005年12月，云南农业大学研制的1KS22型双轴开沟机采用双轴立式结构，可以同时完切土和抛土进行开沟作业。2009年2月，新疆农业科学院农业机械化研究所研制了lK40型偏置式果园开沟机，主要用于果园施肥沟、种树开沟。但是，上述机型都不能适应新疆兵团林果(葡萄、红枣)的施作业。固定工作部件型最常见的是摔式开沟机，该开沟机具有结构简单、生产率高、成本低等优点，但结构笨重，工作时牵引阻力大，开的沟形需要人工修理。其应用于农田水利是在上个世纪年代，到年代中期，又逐渐被圆盘式开沟器所取代，当前主要应用于一些经济作物的播种（陆欣，和海底开沟管理（迟令宝，等领域。旋转工作部件型又称旋转开沟机，形式有多种，常见的有圆盘开沟机，根据圆盘的数目又可分为单圆盘和双圆盘开沟机，该种类型的开沟机都是用一个旋转的转子切削土壤开沟，一般功率消耗比较大。非连续旋转工作部件的开沟机主要用于工程机械，常见的有挖掘机，该种机型生产率低、体积庞大、功耗大、成本高，一般应用于大型排灌工程。目前，新疆兵团葡萄、红枣种植行距 34m，普遍采用矮、密的种植模式，要求开沟施肥机具必须适应在狭小空间作业的条件，且最大40cm，深度可调整，开沟距作物根茎 5080cm。针对新疆兵团在果园经济作物葡萄、红枣种植模式及在施肥过程中人工成本高、用工量大、强度高、生产效率低等问题，提出了此果园开沟施肥机。1.3重点研究的关键问题及解决思路开沟装置是开沟施肥机的关键部件，此外，施肥装置和覆土装置也是设计的重点。开沟装置设计开沟装置是本机的主要工作部件，主要由开沟刀盘和开沟刀组成。开沟刀盘回转半径取决于刀轴传动箱尾部圆角半径、最大开沟深度及开沟机处于最大开沟深度时传动箱底部离地间隙8。在满足开沟深度要求的前提下，开沟圆盘工作半径越小，整机结构越紧凑，消耗的功率越小。通过计算得到合适的尺寸。开沟传动设计果园开沟施肥联合作业机采用拖拉机动力输出轴输出动力驱动传动机构，通过万向节、齿轮箱带动开沟刀轴、开沟刀转动，达到开沟的目的。设计合适的传动箱、齿轮和轴的尺寸。施肥传动设计此果园开沟施肥联合作业机地轮和地轮链轮是作为一个整体装配的。当机具前进时，地轮和地轮链轮同时转动，地轮链轮通过链传动带动肥料箱中的绞龙转动实现排肥作业。准确实际链轮、链条和绞龙叶片方向。覆土装置设计覆土的质量与覆土圆盘的倾斜角度有密切的关系，要得到合适的倾斜角度需使覆土圆盘能在两个维度里旋转。2 果园挖沟机总体结构及工作原理2.1 果园挖沟机的总体结构 果园开沟施肥联合作业机主要由机架、圆盘开沟装置、施肥装置、埋沟覆土装置、传动系统和地轮限深装置等部分组成，如图1所示。 1.机架 2.传动箱 3.肥料箱 4.排肥传动装置 5.地轮限深装置 6.覆土装置 7.排肥装置 8.开沟装置 图2-1 开沟施肥机整体结构图三维立体图如下。图2-2 总装图2.2 果园开沟施肥机的基本参数与工作原理果园开沟施肥机基本参数表2-1 果园开沟施肥机基本参数项目单位参 数整机尺寸( 长宽高)mm282412101771肥箱尺寸( 长宽高)mm10801100710配套动力kw40.45 挂结形式三点悬挂肥箱容积m0.5开沟深度mm200 400作业速度km/h1纯工作小时生产率hm/h 0.5果园开沟施肥机的工作原理作业时，拖拉机悬挂装置与机架三点悬挂联接，整机质量由拖拉机承担。图2-3 悬挂架拖拉机的动力输出轴通过万向联轴器与传动箱相连，传动箱内有两个锥齿轮及三个直齿轮（如图2-4所示），将动力通过开沟传动轴传至开沟刀盘，刀盘旋转实现开沟。开沟传动系统如图2-5所示。 图2-4 传动箱 图2-5 开沟传动系统当机具前进时，地轮和地轮链轮同时转动，地轮链轮通过链传动带动肥料箱中的绞龙转动实现排肥作业。如图2-6所示。图2-6 排肥传动系统如图2-7所示的覆土装置将土回填入沟内，完成整个作业过程。图 2-7 覆土装置3 果园开沟施肥机关键部位的设计3.1开沟装置的设计 开沟装置是本机的主要工作部件，主要有开沟刀盘和开沟刀组成，如图3-1所示。开沟刀盘回转半经取决于刀轴传动箱尾部圆半径r、最大开沟深度及开沟机处于最大开沟深度是传动箱底部离地间隙。其数学表达式为 r+ (3-1) 其中，各项参数为: r = 90mm，=400mm，=10mm。 将上述参数带入后可得: 500mm在满足开沟深度要求的前提下，开沟圆盘工作半径越小，整机结构越紧凑，消耗的功率越小，故取开沟圆盘装置回转半径为 500mm。为了使土粒能够顺利抛出，切土刀的最大线速度通常在5 12m/s范围内选取。该机开沟刀盘回转直径为D=2R =1000mm，可求得刀盘转速n=133.76286.62r/min。取较大值时,抛土较远而均匀，并有利于切断土中作物残根等，但功耗较大、生产率降低。由于开沟深度较深，为了使开沟后土粒可以顺利抛出，取切削线速度为11.5m/s，求得刀盘转速为219r/min。图3-1 开沟装置土壤容重是土壤在未破坏的自然结构下，单位容积中的重量，通常以表示。土壤容重大小反映土壤结构、透气性、透水性能以及保水能力的高低，一般耕作层土壤容重11.8103N/m3，土层越深则容重越大。被甩抛土壤与沟道土壤的摩擦功耗： （3-2） 其中：代表土壤的内摩擦系数，见表2-3。表2-3 土壤摩擦系数土壤名称内摩擦系数外摩擦系数砂0.58一0.750.73粘土0.7一10.5一0.75小块砾石0.9一1.1泥土灰0.75一10.6一0.75饱含水分的粘土 0.18一0.42碎石 0.9 0.84 开沟刀移动土壤的功耗 （3-3）其中：代表土壤阻力系数，对大多数土壤取45 代表移动土壤到开沟边的最大距离，一般取0.40.5，本文取0.4则开沟装置总功耗为： （3-4） 3.2 开沟传动系统的设计果园开沟施肥机采用拖拉机动力输出轴输出动力驱动传动机构，通过万向节、齿轮箱带动开沟刀轴、开沟刀转动，达到开沟的目的。开沟传动系统简图如图3-2所示，各齿轮的齿数分别为Z2= 24，Z1= 17，Z3= 17，Z4= 24，Z5= 30。开沟刀盘转速为219r /min，拖拉机输出转速取540r /min，则总传动比i总2.47。1. 轴锥齿轮Z2 2.轴锥齿轮Z1 3.万向节 4.齿轮箱 5.轴直齿轮Z3 6.轴轮Z4 7.轴直齿轮Z5 8.联轴器 9.开沟装置图3-23.3 施肥传动系统的设计果园开沟施肥联合作业机地轮和地轮链轮是作为一个整体装配的。当机具前进时，地轮和地轮链轮同时转动，地轮链轮通过链传动带动肥料箱中的绞龙转动实现排肥作业。按每667施肥量 1 000kg、行距3.5m计算，开沟施肥时每米施肥量约为5.23kg，在连续施肥的情况下，机具前进一个株距时，绞龙生产率为 Q =vg/S (3-2)其中，v为机具的前进速度，v=1km/h;g为施肥量,g=3.3kg /株;S为机具前进距离，S=0.633m。代入各参数,计算得Q=5.21t/h。绞龙转速的计算公式为 n=Q/( 47D2sc) (3-3)其中，Q为铰龙生产率Q=5.21t/h;D为螺旋叶片直径选取D=0.15m;s为螺旋叶片的螺距,选取s= 0.15m;c 为倾斜修正系数，倾斜角度5时,c=0.9;为物料的容重，取=0.8t/m3;为充满系数，选取=0.8。计算得n=57.02r/min。取地轮直径d=380mm，地轮线速度(即拖拉机前进速度) 为1km/h，由此计算得地轮转速n0=50.28r/min,则地轮传动的传动比i=n/n0=1.14。因此,设计施肥传动个链轮齿数为: Z2= 24，Z1= 17，Z3= 17，Z4= 24，Z5= 30。地轮链轮 Z6=23，中间过渡链轮和铰龙链轮为 Z7=Z8=Z9=20。施肥传动系统简图如图3-3所示。1. 轴锥齿轮Z2 2.轴锥齿轮Z1 3.万向节 4.齿轮箱 5.轴直齿Z36. 轴直齿轮Z4 7.轴直齿轮Z5 8.联轴器 9.开沟装置图 3-33.4 覆土装置的设计与造型 开沟施肥机开沟并施肥后由覆土装置将沟填平，要保证覆土质量，覆土圆盘需要有合适的斜度。要满足此斜度，需使覆土圆盘能在两个维度里旋转。以图3-4所示零件为核心，将覆土装置设计为图3-5所示，这种结构使覆土圆盘既能在x-y平面内左右转动，自身又能沿转杆360度旋转，可以充分满足覆土圆盘需要的斜度。图3-4 二级调节杆图3-5 覆土装置4 主要零件的计算与校核4.1链轮的选型与设计计算链轮：带嵌齿式扣链齿的轮子,用以与节链环或缆索上节距准确的块体相啮合一种实心或带辐条的齿轮,与滚子链啮合以传递运动。链条参数根据GB1243.1-83 链条参数见表4-1。表4-1 链条参数链条节距链条滚子外径内链板高度链条排距内链节内宽44.4525.414.9712648.8725.22图4-1 链条链轮参数如图4-1链轮模型，计算得出链轮参数见表4-2所示。表4-2 链轮参数链轮齿数链轮节距链轮节圆直径链轮齿侧凸缘直径链轮齿宽 1544.45213.7927 163 24 1244.45171.7416 120 24 1344.45185.7379 135 24 1844.45255.9774 206 24 图4-2链轮模型选定主动链轮齿数13，从动链轮齿数11。链条和链轮关键参数的计算过程如下链速：齿顶圆直径齿根圆直径4.2链轮轴的设计计算与校核轴的选择表3-1轴的常用材料及主要力学性能材料及热处理毛坯直径mm硬度HBS强度极限/MPa屈服强度/MPa弯曲疲劳极限/MPa应用说明45正火100149 -187520270250有较好的塑性和适当的强度，可做一般曲轴、转轴等选取轴的材料为45碳素钢，正火处理。根据地轮的转动速度得输出为 ， （4-1)求作用在轴上的力 已知轴的直径为=50。圆周力： （4-2） 径向力： （4-3） 法向力: 强度校核 查阅机械设计手册可知此轴在挖沟的过程中主要受到的是转矩，根据设计手册可得到公式： （4-4） 由设计参数我们可设功率为15kW，链条速度为1m/s，由v=rw取A=107，该轴材料为45钢 所以得到 50mm 已知：，圆周力： 径向力： 取折合系数，代入上式得 计算危险截面处轴的直径轴材料为45号钢，调质处理，查得 ，查的许用弯曲应力 ， 考虑到键槽对轴的削弱，将d值加大4，故， 粗取轴径为60，轴一为低速轴，合适，安全。4.3开沟传动轴的设计计算与校核输入高速轴的，、 求作用在齿轮上的力 因为已知低速级小齿轮分度圆直径为 圆周力： （4-5） 径向力： 法向力： 初步确定最小直径 没有特殊要求，选轴材料为45钢，调制处理，HBS为：217255 强度校核已知：轴的结构如下页图，圆周力： 径向力： 作用在轴左端带轮上外力: 径向力： 作用在轴左端带轮上外力 垂直面的支承反力 水平面的支承反力 F力在支点产生的反力 根据设计参数可得：主动链轮的扭矩：M=FR=PR/v=15KN273mm=4095Nm该轴为实心轴，查阅设计手册计算其极惯性矩和抗扭截面模量分别：Jp=0.1D4=51.2cm2 (4-6) Wn= 扭转强度条件： 由于采用的45钢做材料 代入数据进行计算显然满足条件。这里我们不进行扭转刚度条件校核因为扭转强度条件显示极限应力远小于许用应力。5特殊零件的设计5.1覆土圆盘斜度调节装置的设计 果园中被开沟器甩出来的土需要覆土装置回填进施肥后的沟壑中，以满足覆土厚度的要求。目前常用的覆土器有刮板式、圆盘式、弹齿式、爪盘式、链环式等。前面两种覆土器主要用于行距较宽、覆土量大、覆土严密等情况下，后面三种覆土器为全幅覆盖，要用于行距较窄的条播施肥方式。 本设计的开沟施肥机开沟并施肥后由覆土装置将沟填平，要保证覆土质量，覆土圆盘需要有合适的斜度。要满足此斜度，需使覆土圆盘能在两个维度里旋转。以图5-2所示零件为核心，将覆土装置设计为图5-1所示，这种结构使覆土圆盘既能在x-y平面内左右转动，自身又能沿转杆360度旋转，可以充分满足覆土圆盘需要的斜度。 图 5-1 二级调节杆 图 5-2 覆土圆盘工作时，开沟器开出的沟槽横断面为梯形，并将土壤抛用至沟两边，在两边分别形成两行横截面为三角形形状的土堆。漫土装置悬挂在手扶幵沟机后面，通过底座的限位螺栓的调节，使刮板与地面保持一定高度。两块弧形刮板呈“八”字形放置，刮板随幵沟机向前推进，给两边的土一个里直于刮板内侧的正压力，在正压力的作用下，使两边的土向沟内侧移动，进入沟槽中，对肥料进行覆盖，实现覆土功能。遇到起伏不平整地面时，刮板下端受到地面的作用力，刮板、限位套筒及导杆上移，使整个覆土装置在滑槽内卜移。由于整个覆土装置与地面呈一定角度悬挂，在装置整体上移的同时还会产生向前运动的趋势，为了防止导杆卡死在山地相橘园开沟施肥机的设计与研究导套内，故在导套内装有直线轴承，减少导杆与导套的摩擦。当恢复平地时，在压賛的作用下，整个覆土装置下移至初始状态，实现仿形功能。如图5-3所示。图 5-3 覆土装置5.2排肥绞龙的设计 作物施肥分为基肥、种肥和追肥。基肥又叫底肥，是在播种前施入地面的肥料，它的施肥方法主要有撒施法、条施法、穴施法和分层施肥法；种肥是在作物播种、栽培块莲或移植幼苗时使用的肥料，它的施肥方式主要有拌种法、浸种法、沾秧根法、盖种肥法；追肥是在作物生育阶段对其施加的肥料，主要以有机肥为主，追肥的方法有撒施法、条施法、穴施法、环施法和喷施法。根据施肥的方法不同，排肥器的种类也不一样，本课题研究的施肥装置主要用于山地果园的追肥，故主要以肥为主。常用的排肥器主要有以下几种：外槽轮式排肥器 工作原理类似于外槽轮式排种器，肥箱下面装有排肥盒，颗粒状复合肥料重力作用下进入肥盒，排肥轴的转动使肥盒内的化肥从肥盒的槽轮中流出，该排肥器结构简单、排均勾稳定，主要用于排施流动性较好的颗粒状复合肥，排粉状或潮湿的化肥时，容易堵塞槽轮，失去排肥能力。星轮式排肥器 该排肥器的工作原理是利用星轮的旋转将星齿间的化肥强制排出，其排肥稳定变异系数的变化范围为星轮的拆卸也很方便；为了便于清除残存在肥箱内的化肥，在肥箱底部装有活页式铰链，可以直接打开箱底进行清理。螺旋式排肥器 工作原理是利用排肥螺旋的回转将肥料推入排肥肥管，排肥螺旋叶片有三种，分别是普通型、中空型和钢丝弹簧型。该排肥器适用于一次性装肥量较大的场合，排肥量小时，排肥的均匀性较差。水平刮板式排肥器 工作原理是利用曲面刮板或者弹击刮板在水平面上旋转将化肥排出，主要用于碳酸氧铵等流动性差的化肥的排施，排肥稳定性好，但排肥阻力大，不适用于流动性好的颗粒状复合肥。搅刀一拨轮式排肥器 该排肥器的结构特点是利用搅刀筒和排肥轮两部件的配合，一方面消除了碳铵在肥箱内架空和堵塞的可能性；另一方面，利用强制排肥原理确保排肥量稳定均勾（谷谒白，。该排肥器制造工艺简单、通用性好，可以广泛应用于各种大型和小型的施肥机具上。振动式排肥器 工作原理是利用凸轮的转动带动振动板不断振动，使化肥在肥箱内循环运动，并沿振动板斜面下滑至排肥口排出。该种排肥方式可消除肥箱内化肥的“架空”，排肥量的大小由调节板调节。由于振动关系，肥箱内肥