【《某农艺种植中耕追肥机的结构设计案例》11000字】

某农艺种植中耕追肥机的结构设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u9376某农艺种植中耕追肥机的结构设计案例 1152501.1马铃薯中耕追肥机的设计要求 1175661.1.1田间作业环境 1224021.1.2马铃薯种植农艺 334991.1.3主要技术指标 4296701.2中耕追肥机整机设计方案 4264991.1.1设计方案论证 462521.1.2工作原理 798251.3机架设计 837491.3.1主机架的设计 87371.3.2挂接架的设计 8135041.4行走装置设计 9292761.4.1驱动轮的设计 97871.4.2履带板的设计 10273241.4.3承重轮和承重轮轴的设计 11171551.4.4结构与运动参数计算 13139141.4.5履带式行走装置三维建模 15107561.5工作装置设计 15244221.5.1排肥装置的设计 15250371.5.2排肥控制装置 17143071.5.3培土装置设计 2038251.6操控装置设计 23272051.7传动系统的设计 24126691.8功耗计算与发动机选型 251.1马铃薯中耕追肥机的设计要求田间作业环境与马铃薯种植农艺是中耕追肥机的设计的重要前依据，充分掌握相关知识才能有根据地设计主要技术指标。本文通过阅读相关文献、实地调研等方式，参考云南省内马铃薯种植农艺，对丘陵山地马铃薯中耕追肥机进行设计。1.1.1田间作业环境中耕追肥机的设计要考虑机具的作业环境，马铃薯的植株分布情况、垄型参数、土壤类型等条件。首先是土壤参数，机具作业时的土壤应当符合中华人民共和国机械行业标准JB/T7864-2013《中耕追肥机》中规定的要求，即：土壤为含水率在15%~25%之间、坚实度为0.4MPa~1.0MPa的中等壤土。其次是种植模式，不同的种植模式对马铃薯植株分布和作业前垄型有很大影响，云南省内马铃薯种植模式分为平作和垄作，其中垄作又分为单垄单行和单垄双行两种模式，如图1.1所示。a.单垄单行b.单垄双行图1.1马铃薯种植模式Figure1.1Potatoplantingpattern根据NY/T3483-2019《马铃薯全程机械化生产技术规范》中的要求，单垄单行种植模式：马铃薯种薯沿垄的中心线分布，株距d为16cm~30cm，垄高h为20cm~25cm、垄间距L为60cm~90cm。马铃薯单垄单行种植垄形参数如图1.2所示。图1.2马铃薯单垄单行种植垄形参数图Fig1.2Parametermapofridgeshapeofpotatosingleridgeandsinglerowplanting单垄双行种植模式：种薯距离垄边10cm~15cm，两行植株交错呈三角形分布，垄上行距S为17cm~36cm，株距d为15cm~35cm，垄高h为15cm~30cm、垄间距L为100cm~130cm。马铃薯单垄双行种植垄形如图1.3所示。图1.3马铃薯单垄双行种植垄形参数图Fig1.3Parametermapofpotatosingle-rowdouble-rowplantingridgetype1.1.2马铃薯种植农艺云南省马铃薯种植过程中肥料的施用情况为：（1）在耕整地环节，每公顷施15000kg~22500kg的有机肥作为底肥，此次施肥可以提供大部分马铃薯生长过程中所需的营养；在播种环节，在马铃薯种块附近施马铃薯专用复合肥（硫酸钾型），每公顷施1500kg左右，作为种肥；（2）在中耕环节追施两次肥料，第一次施尿素补充氮元素，每公顷150kg、第二次施复合肥补充磷元素和钾元素，每公顷225kg。但根据韩雪丰等人的研究[30]，云南省马铃薯种植过程中农户使用的氮、磷平均盈余量分别为139.2kg/hm2、60.6kg/hm2，钾的亏缺量为59kg/hm2。经调研造成这一现象的主要原因是农户对肥料的用量和施撒位置不符合农艺要求。由于特殊的根茎结构，马铃薯对肥料的吸收效率相对较低，施肥时要注意控制施肥位置和与植株的距离，太近易造成烧苗，太远则影响植株根部的吸收，应使用条施或者穴施，将肥料施撒在距离植株10cm左右的位置，并在肥料上覆土[31]。农户一般在田地中均匀施撒肥料，这种施肥方式的肥料使用量大、利用率也低。针对这些问题，在追肥环节中应改变施肥方式，由撒施改为条施。同时应减少氮肥用量、增加钾肥施用量，使施肥方式规范化、用量标准化。马铃薯的中耕环节对马铃薯产量有很大影响，通过中耕将垄面培宽、培厚，达到起垄和除草的作用，改善土壤的水、肥、透气条件，为马铃薯植株的生长和块茎的膨大提供良好的生长环境[32,33]。马铃薯生长过程中要进行两次中耕培土作业：首次培土是在出苗率达到20%后，培土厚度3cm~5cm；第二次在马铃薯苗高达到15cm~20cm时进行培土，培土厚度在5cm左右。中耕作业应配合施肥和除草同时进行，作业时避免伤根，伤苗率不大于3%，结合第一次培土施适量的尿素，第二次培土施马铃薯专用复合肥（硫酸钾型），肥料要施在垄上距离马铃薯植株10cm附近，施肥后要覆盖严密，覆土厚度≥5cm，行间及垄两侧的杂草应去除干净[34-36]。1.1.3主要技术指标丘陵山地马铃薯中耕追肥机的主要设计技术指标：整机功率、行进速度、作业行数、中耕深度、培土高度、施肥量、作物损伤率等。以上技术指标在相关国家技术标准[37,38]中也有规定，其它的技术指标应当根据机具的作业环境和马铃薯种植农艺要求[39-41]进行设计，其中比较重要的技术指标有：作业行数、中耕深度、培土高度、施肥量调节范围等。作业行数：要适应云南省丘陵地理环境和耕地面积较小的作业环境特点，设计的机具应体积较小且易于操控，使用主体为小农户，作业效率并没有过高要求，故作业行数为1行，机具行走在两垄之间的沟底，一次行走同时对两侧马铃薯植株进行施肥并培土。中耕深度：中耕深度是指完成中耕作业后，从铲锄形成的沟底至未耕地原表面的垂直距离，根据相关国家技术标准和云南省秋季马铃薯种植农艺要求，中耕深度≥5cm。培土高度（肥料覆土厚度）：培土高度是指完成中耕作业后，高于耕前地表（肥料层）的土壤厚度，根据相关国家技术标准和云南省秋季马铃薯种植农艺要求，培土高度（肥料覆盖厚度）≥3cm。施肥量调节范围：施肥量由种植农艺确定，根据云南省马铃薯追肥环节的农艺要求，施肥量调节范围为120kg/hm2-300kg/hm2。1.2中耕追肥机整机设计方案1.1.1设计方案论证中耕追肥机的设计主要研究以下几个方面：1、中耕方式：分为旋耕式、锄铲式；2、排肥方式：分为外槽轮式、水平星轮式、滚轮式等；3、行走方式：分为普通胶轮、铁质圆形棘轮、地轮、履带等。在课题组成员的讨论下，提出了三种马铃薯中耕追肥机方案，下面分别介绍。培土器1.施肥装置3.扶手操控装置4.主机架5.发动机6.减速器7.传动总成8.碎土机构总成图1.4方案一Fig1.4OptionOne方案一：如图1.4所示，本机以小型微耕机作为主体，通过旋耕刀滚对土壤进行旋耕切削，实现碎土、抛土而完成中耕作业，利用旋耕刀与土壤之间的反作用力驱动机具前进；机具中部为地轮和施肥装置，通过地轮驱动链条、链轮进行排肥作业；后方挂接培土器，将洒落到垄面的肥料用土覆盖并对马铃薯植株进行培土。此方案的中耕碎土效果最好，但存在一些问题：（1）旋耕作业时造成的振动较大，影响机具的稳定性，难以保障施肥和中耕作业质量；（2）理论上旋耕刀辊、地轮和培土铲处于同一水平面上（都与耕作土壤接触），但其纵向稳定性较差，实际作业时会出现三者其中之一被架空的现象。导致地轮不转动或附着力低而影响排肥、培土器入土深度不够影响中耕质量；（3）小型微耕机的耕作幅宽较大（约为60cm），而马铃薯两垄之间的沟底宽只有10-20cm，没有足够的空间。1.行走轮1.保险装置总成3.主机架4.皮带传动5.发动机6.齿轮变速箱7.施肥离合装置8.挂接架9.施肥装置10.培土器11.扶手操控装置图1.5方案二Fig1.5OptionTwo方案二：如图1.5所示，此方案设计的行走装置为铁质圆形棘轮，可以适应马铃薯的种植环境。机具在相邻两垄之间的沟底中行走时，发动机带动行走圆形棘轮转动，行走轮轴的另一端通过链传动带动排肥装置进行施肥作业，通过链传动的传动比确定了施肥量与行进速度之间的关系。后方挂接培土器，能同时对两侧的肥料覆土和培土作业。此方案存在一些问题，不是理想的方案：（1）圆形棘轮与耕地接触面积小，驱动力有限且容易打滑；（2）重心分布在机具前侧，机具平衡不易掌握，对机手的操控水平要求较高。（3）实际作业时行进路线难以保证直线，稳定性较差，会影响施肥和培土作业的质量。方案三：如图1.6所示，该方案设计的施肥装置和培土装置与方案二相同，将行走装置改为单履带式，履带宽度12cm，适应沟底宽度。加大与耕地在纵向和横向的接触，保证是面接触。该方案极大地增加了机具与耕地的接触面积，减少了机具对耕地的压实作用，最关键的是行走稳定性大为提高（纵向、横向都有提升），履带上的抓土齿既可以最大幅度的避免打滑，还有一定的碎土功能，是一种较优方案。履带1.减速器3.保险杆4.发动机5.皮带传动6.机架7.施肥装置8.操控装置9.挂接架10.培土装置图1.6方案三Fig1.6OptionThree经过以上三种设计方案的论证与比较得出结论：方案三的单履带式马铃薯中耕追肥机最适合作业环境和马铃薯种植农艺要求，施肥系统有较高的稳定性。1.1.2工作原理履带式马铃薯中耕追肥机工作原理如下：履带式马铃薯中耕追肥机总体结构包括机架、发动机总成、皮带传动总成、变速箱、链传动总成、履带式行走装置和履带张紧装置，以及连接在机架后方的施肥离合装置、排肥装置、施肥铲装置、开沟培土装置和操纵装置等。该机以风冷式柴油机作为动力源，通过皮带将发动机输出轴和变速箱输入轴相连接。变速箱输出轴上安装有履带驱动轮，驱动轮连续啮合履带单体从而驱动机具前进或后退。在驱动轮轴的轴端安装链轮，通过链传动将动力传递给排肥装置的牙嵌式施肥离合器，再通过链条传动带动排肥器的轴旋转迫使外槽轮排肥器一起转动而实现排肥。最后颗粒肥料通过塑料排肥弯管，在重力作用下落至排肥铲后方的马铃薯垄面上（或土壤里）。施肥离合器控制空套链轮与施肥离合器轴的啮合状态，从而控制机具行走时是否施肥（该机具倒退时，离合器必须处于断开状态）。两个外槽轮式排肥器左右对称安装在肥料箱下部，通过塑料软管将排肥器出口与施肥铲连接起来，可调节两施肥铲的高低和两施肥铲的幅宽将肥料撒到指定位置，以适用于不同垄宽、垄高需求。培土装置挂接在机架后方的挂接架最后处，入土深度可调，能一次性完成碎土、翻土并覆盖肥料、培土整形及除草等作业。1.3机架设计1.3.1主机架的设计机架是各部件安装的基础，机架的上方需要安装发动机和施肥离合器；机架的下方需要安装减速器和履带等行走装置；机架的正前方安装保险杠、正后方安装挂接架、后上方安装扶手及操控装置。同时机架亦将各机构总成连接成一个整体；完成行走、施肥、培土、修垄和除草等作业功能。1.右侧板1.上机架3.扶手及挂接架安装位置4.左侧板5.下机架图1.8机架结构示意图Figure1.8Schematicdiagramofrackstructure主机架的组成由上机架、左侧板、右侧板和下机架构件组成。在保证机架结构刚度与强度的前提条件下，选用厚度为3mm的普通碳素钢板材，通过激光切割技术、折弯加工技术和焊接制作形成各个构件，由螺栓相互连接固定。板件周边进行折弯处理，制作简单、连接拆卸便捷，能够根据安装需求增加打孔位置。履带式行走装置、保险杠总成、发动机总成、变速箱总成、扶手架总成、挂接装置等部件通过螺栓或销轴安装在机架上。主机架结构如图1.8所示。1.3.2挂接架的设计挂接架通过连接销与机架后部连接，实现牵引拖挂，选用尺寸为16×90，型号为GB/T882-2008的B型销轴和尺寸为3.2×32，型号为GB/T91-2000的开口销进行连接；通过挂接架前端左右两侧的调节螺栓来保证对中连接，或偏置连接（图中画出了孔位，未绘制螺栓和螺母）。挂接架是中耕追肥机后半部分的结构支撑部件，其主要安装施肥系统总成、培土铲和功能扩展等装置，为保证施肥机作业时的稳定可靠以及考虑到整机的经济性，挂接架采用方管焊接而成，其结构设计如图1.9所示。1.连接机架的挂接框1.排肥装置安装孔3.培土铲安装槽4.施肥宽度调节器安装槽图1.9挂接架结构示意图Figure1.9Schematicdiagramofthestructureofthemountingframe1.4行走装置设计行走底盘系统是马铃薯中耕追肥机的关键部件，受作业环境的限制，机具要行驶在两垄马铃薯中间或垄沟中，沟底并不平整且宽度较窄，经试验探索后选用履带式行走装置。履带式行走装置能够在两垄之间的沟中行走，与地面之间的接触面积较大，不会过度的压实土壤影响中耕作业；运行平稳且不易打滑，能够保障行驶的相对稳定从而更好地实现施肥作业；履带的爬坡能力和适应性也较好，可适应松软土壤、地形相对复杂的工作环境。1.4.1驱动轮的设计驱动轮选择轮齿结构，它与履带板相互啮合，通过转动的拨齿驱动各履带节板连续运动而牵引机具行驶。驱动轮的直径和节距不应过大，这样动力半径就较小，并且履带接地长度不变的情况下小节距履带具有更多的抓土齿，附着性能更好。驱动轮动力半径R由节距t及轮齿齿数Z共同决定，如式2-1所示：R=(0.54+cot(180°/Z))t/2(2-1)由上式可知，驱动轮动力半径与节距成正比，与齿数成反比。驱动轮的节距越小，动力半径就越小，并且相同接地长度的情况下小节距履带具有更多的履带抓土齿，附着性能更好；轮齿齿数越多，驱动轮动力半径越小，尽管随着轮齿齿数的增大，单位时间内轮齿与履带碰撞的齿数增多，履带及驱动轮轮齿更易发生疲劳破坏，但同时轮齿与履带碰撞引起的加速度波动亦随轮齿的增多而趋于平缓。综上所述，选定双履带式动力底盘行驶装置的驱动轮齿数为Z=10，节距为t=70mm，由此可得驱动轮动力半径R=(0.54+cot(180°/10))×70/2=126.6mm。该款驱动轮的齿厚为14mm、齿根圆直径为180mm，中心孔与减速器动力输出轴通过键、紧定螺钉连接，选择GB/T1096-2003的A型（圆头）平键，基本尺寸b×h为6×6，长度L为30mm，选择GB/T78-2007内六角的锥端紧定螺钉M10×20。驱动轮与主动轴之间形成的配合不应过紧，便于拆卸和更换履带装置中损坏的零部件，选用基轴制H8/h7的间隙配合。其结构与主要参数如图1.10所示。图1.10驱动轮二维图Figure1.10Two-dimensionaldiagramofdrivingwheel1.4.2履带板的设计履带板上的导向齿内侧与驱动轮齿啮合，外侧与承重轮啮合，避免脱齿现象的发生。各履带节板相互之间通过芯轴链接，芯轴装入后将紧定螺钉拧紧防止芯轴脱出。机具本身的重力使得履带板底部的抓土齿陷入土壤之中，可以提高该机具与土壤之间的牵引附着力。根据作业环境和主动轮、负重轮的设计参数，设计的履带宽度为120mm，节距t=70mm，抓土齿入土深度为30mm，各节履带板之间通过芯轴相互连接，结构如图1.11所示。1.导向齿1.抓土齿3.限位螺栓4.履带芯轴图1.11履带板三维模型Figure1.11Three-dimensionalmodeloftrackshoe1.4.3承重轮和承重轮轴的设计承重轮通过轮轴与下机架联接，承重轮直接和履带接触并与履带之间产生滑滚运动，在机具底部起到支撑和调节履带松紧度的功能。承重轮的数量与分布形式决定了履带接地面积和对土壤的压力，与主动轮之间的安装位置决定了履带的轨迹形状。经设计，承重轮分为内承重轮、外承重轮两部分，相互啮合后通过轴承安装在承重轮轴上，其直径应与驱动轮的节圆直径相同，为190mm。具体结构和参数如图1.12、1.13和1.14所示。图1.12内承重轮二维图Figure1.12Two-dimensionaldiagramofinnerbearingwheel图1.13外承重轮二维图Figure1.13Two-dimensionaldiagramofouterbearingwheel图1.14承重轮轴二维图Figure1.14Two-dimensionaldrawingofload-bearingaxle各节履带环绕在驱动轮与承重轮外侧，通过主动轮的拨齿和履带板上的导向齿提高其防脱齿性能。每对承重轮与轴之间有两个轴承，轴承型号为：GB/T276-2013中的6204RS型深沟球轴承，RS代表轴承一端带有密封圈，可以防止在田间工作时泥土进入轴承内部，延长轴承的寿命。轴承外还套有端盖，与机架之间有限位套筒，通过螺母和弹簧垫片紧固在机架上。其装配图如图1.15所示。1.螺栓紧固件1.承重轮轴3.机架4.内承重轮5.外承重轮6.限位套筒7.履带芯轴8.限位螺栓9.履带板图1.15履带承重轮装配图Figure1.15Assemblydrawingoftrackload-bearingwheels1.4.4结构与运动参数计算履带接地长度L与履带板的宽度b共同影响着行走装置的性能，宽而短的履带滚动力大，功率消耗大，不易打滑；窄而长的履带，滚动阻力较小，牵引附着性能优越，但其转向阻力较大，左右平衡性差，转弯困难。查阅相关资料显示[42-43]，履带宽长比b／L=0.2～0.3时，履带行驶装置具有较好的综合动力性能。马铃薯两垄之间的沟底宽度为100mm～200mm，故设计的履带宽度d=120mm，带入下式：b0.3可得接地长度L的取值范围为：400mm≦L≦600mm，此处取500mm。设计驱动轮数量为1，节圆直径190mm，驱动轮中心离地高度为250mm；承重轮数量为2，外径190mm，两个承重轮之间的轴距为310mm。绘制二维简图如1.16所示。图1.16行走装置简图Figure1.16Sketchofwalkingdevice履带式行走装置的行进速度为：V=St式中：V—行进速度，m/s；S—驱动轮每转一圈带动履带行驶的距离，m；r—驱动轮节圆半径，m；n—驱动轮转速，r/m。设计的行进速度V在1m/s至1.5m/s之间，驱动轮节圆半径r=90mm，代入式2-3中求得驱动轮转速n应在1.77r/s至1.68r/s之间。履带式行走装置的预紧力由公式2-4计算：F=Lc式中：F—履带预紧力，N；Lc—驱动轮和承重轮之间的距离，mm；G0—单节履带板的重量，N；t—履带节距，mm；h—履带自然下垂量，mm。履带自然下垂量h由驱动轮和承重轮之间的距离决定，两者关系如下式：h=(0.015~0.03)Lc(2-5)将Lc=207mm代入得履带自然下垂量h的范围在3.105mm~6.21mm，代入式2-4求得履带预紧力F的范围在21.5N~43N。1.4.5履带式行走装置三维建模履带式行走装置由驱动轮、承重轮、履带、芯轴、预紧力调节装置等零部件组成，主要功能是驱动机具前进。根据前文计算结果，绘制三维模型如图1.17所示。1.承重轮1.下机架3.驱动轮4.履带5.预紧力调节装置图1.17行走装置三维模型Figure1.17Three-dimensionalmodelofwalkingdevice1.5工作装置设计1.5.1排肥装置的设计根据马铃薯种植农艺要求，马铃薯追肥阶段所施肥料为颗粒状的马铃薯专用复合肥（硫酸钾型）或尿素。马铃薯专用复合肥为白色椭球形固体颗粒、微毒、微溶于水；尿素为无色透明球状固体颗粒，易溶于水[44-47]。两种肥料特性如表1.1所示。表1.1肥料特性参数表Table1.1Fertilizercharacteristicparametertable肥料种类性状含水率%体积质量g/L自然休止角φ尿素颗粒-72035复合肥颗粒8.776628中耕施肥机选用外槽轮式排肥器，此排肥器结构简单，通用性好且经济实惠，适用于排施松散性好的颗粒状化肥，可通过改变槽轮上凹槽的工作长度调节排肥量，外槽轮的转速与机组前进速度成正比例相关[30,31]。如图1.18所示。1.肥料1.肥料箱3.排肥轮图1.18外槽轮式排肥器Figure1.18Outergroovewheeltypefertilizerdischargingdevice根据所施肥料的特性和用量，参考JB/T9783-2013《播种机外槽轮排种器》中的型式和基本参数，设计出的排肥轮排肥器结构如图1.19所示。1.阻塞套1.外槽轮图1.19排肥轮结构示意图Figure1.19Schematicdiagramofthestructureofthefertilizerwheel外槽轮和阻塞套相互啮合，两者中间有一个压缩弹簧，通过调节旋钮改变弹簧的压缩量，从而控制槽轮的工作长度，实现排肥量的控制。排肥器工作时，肥料在重力的作用下自然流动到凹槽之中，排肥轴带动外槽轮转动，实现排肥作业。外槽轮式排肥器的槽轮每转一圈的排肥量可按下式计算：（2-5）式中：d—外槽轮的直径，单位为厘米（cm）；L—工作长度，单位为厘米（cm）；γ—肥料的密度，单位为克每立方厘米（g/cm3）；α0—槽内的肥料充满系数；fq—单个凹槽的截面积，单位为平方厘米（cm2）；t—槽轮凹槽节距，单位为厘米（cm），t=πdzλ—带动层特性系数。可以通过调节弹簧的压缩量来改变排肥器上参与工作的凹槽长度、通过调节变速器的档位改变轴的转速，多个因素共同作用实现排肥量的调节。而槽数的多少和槽径的大小都会对排肥均匀性产生影响。设计的外槽轮最大工作长度为45mm，设计了3槽、6槽、8槽、12槽不同槽数和凹槽半径，以上参数都会对排肥量产生一定影响。1.5.2排肥控制装置中耕施肥机的排肥控制装置由链轮、链条、施肥离合器、施肥量调节器、落肥管、施肥铲等构件组成，主要功能是实现施肥量的调节、施肥位置的控制。1.挂接架1.支撑架3.肥料箱4.施肥链轮5.排肥器6.施肥量调节螺母7.施肥位置调节器图1.21排肥装置三维结构示意图Fig1.21Schematicdiagramofthethree-dimensionalstructureofthefertilizerdischargingdevice田间作业时，机具在马铃薯垄沟中行进，两侧是马铃薯植株，为提高肥料的有效利用率，追肥时应将肥料施撒在距离植株10cm左右的位置，且要在靠近垄沟这一侧，并在肥料上覆土。链条带动排肥器轴转动时同步带动外槽轮旋转而实现排肥，肥料颗粒通过塑料软管落入施肥铲中再落到马铃薯种植垄面上或土壤中，在距离马铃薯植株靠垄沟方向5cm～10cm的距离上形成一条宽约3cm的肥料带。转动施肥量调节螺母改变外槽轮和阻塞套之间弹簧的压缩量，以此改变槽轮的工作长度，实现施肥量的控制。左右两条肥料带之间的距离和离地高度也可调控，宽度调节范围40cm～65cm，离地高度调节范围0cm～12cm。通过调节各部件的工作状态，此施肥装置可适用于马铃薯单垄单行、单垄双行以及平作几种栽培模式。施肥装置结构如图1.21所示。施肥离合器为牙嵌式离合器，通过螺栓安装在主机架上。正常施肥时由弹簧的推力保持啮合；当收紧离合器控制线时，拨片压缩弹簧，迫使牙嵌式离合件与链轮分离，停止施肥。具体结构如图1.22所示。1.主机架1.螺栓3.左侧轴承座4.弹簧5.离合器控制线6.拨片7.牙嵌式离合件8.牙嵌式离合链轮9.右侧轴承座10.离合器链轮11.离合器传动轴图1.22施肥离合器二维装配图Figure1.22Two-dimensionalassemblydrawingoffertilizationclutch弹簧参数设计：（1）弹簧的选型与材质参数弹簧的预紧力要适中，正常工作时，弹簧应保持压缩状态，提供一定的推力。不需施肥时，由拉线迫使拨片进一步压缩弹簧，达到最大压缩状态，断开施肥链轮。初始载荷F1约为50N，最大载荷F2约为100N。最终根据GB/T1239.6-1992中的相关规定，选定热卷压缩弹簧（RY），端部样式为两端圈并紧不磨，材料为碳素弹簧钢丝，其中的B级适用于低应力，其切变模量G=79GPa，弹性模量E=206GPa，许用切应力[τ]=541.2MPa（2）弹簧的结构尺寸弹簧曲度系数K由下式计算：K=4C−14C−4式中C为弹簧的旋绕比，它决定了弹簧中径D和材料直径d的比值，应根据表1.4选取。表1.4弹簧旋绕比取值范围表Tab1.4Rangetableofspringwindingratio线径d/mm0.2~0..40.5~1.01.1~1.21.5~6.07.0~16≥18旋绕比C7~145~125~104~94~84~16初步选取旋绕比C=10，带入式2-6可得弹簧的曲度系数K=1.14。弹簧材料直径由下式计算：d=1.6KCF式中：d—弹簧材料直径，mm；K—弹簧曲度系数；F2—最大载荷，N。最终选取弹簧材料直径d=2mm、弹簧中径D=20mm。接下来计算弹簧刚度，其计算公式如下：k=F式中：k—弹簧刚度，N/mm；λmax—最大工作变形量，mm。设计最大工作变形量为10mm，带入式2-8求得弹簧刚度k=5N/mm。最终确定弹簧有效圈数n，其计算公式如下：n=Gd求得弹簧有效圈数n=4，选取弹簧的端部结构形式为两端并紧不磨平，总圈数在有效圈数的基础上加两圈，故最终求得的总圈数为6。弹簧参数如表1.5所示。表1.5弹簧参数Tab1.5Springparameters线径d/mm中径D/mm自由长度H0/mm刚度k/(N/mm)有效圈数材料2204554碳素弹簧钢1.5.3培土装置设计马铃薯中耕追肥机使用的培土器为壁式开沟培土器，主要作用是将施撒的马铃薯肥料覆盖并进行培土、修垄。中耕培土可以有效增加马铃薯种植区域土壤的透气性，有利于马铃薯对肥料和水分的吸收，促进马铃薯根系的生长发育。具体起垄培土过程中垄形和土壤参数不同，因此要对其后部的铲面进行调节，通过改变铲面的角度与幅宽，可以更好地适应不同的工作环境[48,49]。根据云南省秋季马铃薯种植农艺，绘制垄形见图1.23。图1.23垄形断面图Fig1.23ridgecrosssection图中h0为耕前垄高，h1为中耕深度，a0为垄顶宽，L为行距，φ为土壤自然休止角（一般为40°～50°），图中耕作前沟底宽未标出，前往陆良县实地考察马铃薯种植情况取得的数据为200mm。由垄形图可以看出，由工作部件翻动的土壤体积计算公式为：V=S·λh式中：V—被培土器翻动的土壤体积；S—机具前进距离；λ—土壤膨胀系数；h1—中耕深度；a1—培土器底部宽度。培土器工作时与垄的接触状态，如图1.24所示。图1.24培土器与土壤接触图Figure1.24Thecontactdiagramofthesoilcultivatorandthesoil由此看出培土器适用于特定垄型需要满足以下几个条件：1.由培土器翻动的土壤体积大于需要的培土体积；1.培土器与垄接触面和地面的角度小于土壤自然休止角，才能铲锄垄斜面上的杂草；4.培土器的高度应大于原垄高和中耕深度之和，才能保障土壤不会越过培土器顶部落回到沟底；5.培土器铲面最大幅宽应大于相邻两垄顶之间的宽度，才能将土壤和肥料推送到垄顶上植株根部。根据以上条件，取L=600mm，a1=150mm，h1=100mm，λ=1.25，φ=50°。培土器的结构是成对配置的两个培土曲面，现有绘制曲面的主要方法有：水平直元线法、曲元线法、倾斜直元线法和翻土曲线法[50]。本次设计使用水平直元线法，其原理为：一条直元线沿着一条导曲线，按照元线角θ的变化规律，由上而下平行移动，构成了一个连续曲面。具体过程如下：（1）导曲线的确定导曲线位于左右两个培土曲面的中心，由三段组成：初始直线段S0、碎土曲线段S1、培土曲线段S2。其中初始直线段S0的角度为培土器的入土角α0，取值一般为25°～35°。碎土曲线段S1影响培土器的碎土效果并起到抬高土壤的作用，培土曲线段S2主要是为了推动，起到覆土、培土的作用。本培土器的导曲线方程为：Y=0.58X式中X为导曲线横坐标，mm；Y为导曲线纵坐标，mm。根据上述计算结果，培土器导曲线如图1.25所示。图1.25培土器导曲线图Fig.1.25Guidecurveofhiller（2）元线角的确定根据元线角的变化规律不同，最终的培土曲面有不同的类型，半螺旋扭柱型有较强的翻土性能和碎土性能，常用于较粘重土壤或水田作业，应用较广。元线角θ与高度h之间的方程为：θ=32（0≤h＜22.5）1.6操控装置设计扶手操控装置是农机作业人员操控马铃薯中耕追肥机进行作业的重要部件，扶手架由空心圆管折弯而成，中耕追肥机的启动、熄火、油门控制、换挡、施肥离合器的工作状态等控制器安装在扶手架上。左侧扶手把上装有施肥离合控制器，通过捏合控制接线，其连接于施肥离合装置上离合器拨片控制施肥机是否施肥。换挡手柄有四个控制挡位：1位档是慢速前进、2位档是快速前进、3位档是怠速（空挡）运转、4挡位是后退。右侧扶手上是油门控制拨片，可以控制进入发动机的燃油流量，从而决定发动机转速，实现增大或者减少输出功率。如图1.26所示。1.扶手架1.熄火开关3.油门开关4.挡位手柄4.施肥器离合手柄图1.26扶手操纵总成设计简图Fig.1.26Designsketchofarmrestcontrolassembly1.7传动系统的设计履带式中耕施肥机的动力传递经过三个部分：（1）从发动机的输出轴传递到变速箱的动力输入轴。田间作业环境复杂，载荷波动较大，发动机输出轴的转速较高，作为传递发动机动力输出动力的第一级传动方式要求适应高转速且在面对较大的瞬时载荷时起到过载保护，故选用带传动。选用型号为A900Li930Ld的三角皮带和配套的皮带轮。主动带轮的直径D1=80mm，从动带轮的直径D2=125mm。发动机传递动力到行走轮装置的带传动传动比为：i1=D1D2（2）从变速箱动力输出轴传递到行走装置和施肥离合器。齿轮变速箱具有运行稳定、传动比可调等优点，采用两个前进挡和一个空档；发动机的动力经过变速箱，可以降低轴的转速并加大扭矩，将动力传递给后续的工作装置；大部分传递到履带式行走装置的主动轮，小部分传递给施肥装置。为了减少设计和试制成本，齿轮减速器购买市场上现有的成熟产品，在此仅进行各级传动比的设定：由发动机选型可知其输出轴转速为3000r/min，经皮带传动减速后为1920r/min，即是减速器输入轴的转速。设计的机具行进速度在1m/s至1.5m/s之间，减速器输出转速即驱动轮转速n应在1.77r/s~1.68r/s之间。则传动比i应在11~18之间，输出档位取4档，前进一档时的传动比i2=16.5，前进二档的传动比i3=11.5，空档的传动比i4=0，倒挡的传动比为i5=19.5。（3）从施肥离合器传递到施肥装置。施肥装置工作时要求动力传递平稳且无滑动，故选用链传动。链传动设计包括链条选型、中心距的确定、链轮的设计等方面：链条传动将动力传递到施肥装置，其中的载荷并不大，选用型号为ISO081的滚子链条，其节距P=11.7，滚子外径d1=7.75，链条内链节内宽b1=6.25。绘制中耕追肥机三维模型后测定主动链轮到离合器链轮的中心距为256.6mm，离合器链轮到施肥链轮的中心距为354.6mm。各链轮齿数均为12，传动比为1。施肥链轮的二维图如图1.2