中耕施肥機的工作裝置設(shè)計計算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u20115中耕施肥機的工作裝置設(shè)計計算案例 187771排肥裝置的設(shè)計 1129072排肥控制裝置 3146943培土裝置設(shè)計 61排肥裝置的設(shè)計根據(jù)馬鈴薯種植農(nóng)藝要求，馬鈴薯追肥階段所施肥料為顆粒狀的馬鈴薯專用復合肥（硫酸鉀型）或尿素。馬鈴薯專用復合肥為白色橢球形固體顆粒、微毒、微溶于水；尿素為無色透明球狀固體顆粒，易溶于水[44-47]。兩種肥料特性如表1.1所示。表1.1肥料特性參數(shù)表Table1.1Fertilizercharacteristicparametertable肥料種類性狀含水率%體積質(zhì)量g/L自然休止角φ尿素顆粒-72035復合肥顆粒8.776628中耕施肥機選用外槽輪式排肥器，此排肥器結(jié)構(gòu)簡單，通用性好且經(jīng)濟實惠，適用于排施松散性好的顆粒狀化肥，可通過改變槽輪上凹槽的工作長度調(diào)節(jié)排肥量，外槽輪的轉(zhuǎn)速與機組前進速度成正比例相關(guān)[30,31]。如圖1.18所示。1.肥料1.肥料箱3.排肥輪圖1.18外槽輪式排肥器Figure1.18Outergroovewheeltypefertilizerdischargingdevice根據(jù)所施肥料的特性和用量，參考JB/T9783-2013《播種機外槽輪排種器》中的型式和基本參數(shù)，設(shè)計出的排肥輪排肥器結(jié)構(gòu)如圖1.19所示。1.阻塞套1.外槽輪圖1.19排肥輪結(jié)構(gòu)示意圖Figure1.19Schematicdiagramofthestructureofthefertilizerwheel外槽輪和阻塞套相互嚙合，兩者中間有一個壓縮彈簧，通過調(diào)節(jié)旋鈕改變彈簧的壓縮量，從而控制槽輪的工作長度，實現(xiàn)排肥量的控制。排肥器工作時，肥料在重力的作用下自然流動到凹槽之中，排肥軸帶動外槽輪轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)排肥作業(yè)。外槽輪式排肥器的槽輪每轉(zhuǎn)一圈的排肥量可按下式計算：（2-5）式中：d—外槽輪的直徑，單位為厘米（cm）；L—工作長度，單位為厘米（cm）；γ—肥料的密度，單位為克每立方厘米（g/cm3）；α0—槽內(nèi)的肥料充滿系數(shù)；fq—單個凹槽的截面積，單位為平方厘米（cm2）；t—槽輪凹槽節(jié)距，單位為厘米（cm），t=πdzλ—帶動層特性系數(shù)?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)彈簧的壓縮量來改變排肥器上參與工作的凹槽長度、通過調(diào)節(jié)變速器的檔位改變軸的轉(zhuǎn)速，多個因素共同作用實現(xiàn)排肥量的調(diào)節(jié)。而槽數(shù)的多少和槽徑的大小都會對排肥均勻性產(chǎn)生影響。設(shè)計的外槽輪最大工作長度為45mm，設(shè)計了3槽、6槽、8槽、12槽不同槽數(shù)和凹槽半徑，以上參數(shù)都會對排肥量產(chǎn)生一定影響。2排肥控制裝置中耕施肥機的排肥控制裝置由鏈輪、鏈條、施肥離合器、施肥量調(diào)節(jié)器、落肥管、施肥鏟等構(gòu)件組成，主要功能是實現(xiàn)施肥量的調(diào)節(jié)、施肥位置的控制。1.掛接架1.支撐架3.肥料箱4.施肥鏈輪5.排肥器6.施肥量調(diào)節(jié)螺母7.施肥位置調(diào)節(jié)器圖1.21排肥裝置三維結(jié)構(gòu)示意圖Fig1.21Schematicdiagramofthethree-dimensionalstructureofthefertilizerdischargingdevice田間作業(yè)時，機具在馬鈴薯壟溝中行進，兩側(cè)是馬鈴薯植株，為提高肥料的有效利用率，追肥時應(yīng)將肥料施撒在距離植株10cm左右的位置，且要在靠近壟溝這一側(cè)，并在肥料上覆土。鏈條帶動排肥器軸轉(zhuǎn)動時同步帶動外槽輪旋轉(zhuǎn)而實現(xiàn)排肥，肥料顆粒通過塑料軟管落入施肥鏟中再落到馬鈴薯種植壟面上或土壤中，在距離馬鈴薯植株靠壟溝方向5cm～10cm的距離上形成一條寬約3cm的肥料帶。轉(zhuǎn)動施肥量調(diào)節(jié)螺母改變外槽輪和阻塞套之間彈簧的壓縮量，以此改變槽輪的工作長度，實現(xiàn)施肥量的控制。左右兩條肥料帶之間的距離和離地高度也可調(diào)控，寬度調(diào)節(jié)范圍40cm～65cm，離地高度調(diào)節(jié)范圍0cm～12cm。通過調(diào)節(jié)各部件的工作狀態(tài)，此施肥裝置可適用于馬鈴薯單壟單行、單壟雙行以及平作幾種栽培模式。施肥裝置結(jié)構(gòu)如圖1.21所示。施肥離合器為牙嵌式離合器，通過螺栓安裝在主機架上。正常施肥時由彈簧的推力保持嚙合；當收緊離合器控制線時，撥片壓縮彈簧，迫使牙嵌式離合件與鏈輪分離，停止施肥。具體結(jié)構(gòu)如圖1.22所示。1.主機架1.螺栓3.左側(cè)軸承座4.彈簧5.離合器控制線6.撥片7.牙嵌式離合件8.牙嵌式離合鏈輪9.右側(cè)軸承座10.離合器鏈輪11.離合器傳動軸圖1.22施肥離合器二維裝配圖Figure1.22Two-dimensionalassemblydrawingoffertilizationclutch彈簧參數(shù)設(shè)計：（1）彈簧的選型與材質(zhì)參數(shù)彈簧的預(yù)緊力要適中，正常工作時，彈簧應(yīng)保持壓縮狀態(tài)，提供一定的推力。不需施肥時，由拉線迫使撥片進一步壓縮彈簧，達到最大壓縮狀態(tài)，斷開施肥鏈輪。初始載荷F1約為50N，最大載荷F2約為100N。最終根據(jù)GB/T1239.6-1992中的相關(guān)規(guī)定，選定熱卷壓縮彈簧（RY），端部樣式為兩端圈并緊不磨，材料為碳素彈簧鋼絲，其中的B級適用于低應(yīng)力，其切變模量G=79GPa，彈性模量E=206GPa，許用切應(yīng)力[τ]=541.2MPa（2）彈簧的結(jié)構(gòu)尺寸彈簧曲度系數(shù)K由下式計算：K=4C?14C?4式中C為彈簧的旋繞比，它決定了彈簧中徑D和材料直徑d的比值，應(yīng)根據(jù)表1.4選取。表1.4彈簧旋繞比取值范圍表Tab1.4Rangetableofspringwindingratio線徑d/mm0.2~0..40.5~1.01.1~1.21.5~6.07.0~16≥18旋繞比C7~145~125~104~94~84~16初步選取旋繞比C=10，帶入式2-6可得彈簧的曲度系數(shù)K=1.14。彈簧材料直徑由下式計算：d=1.6KCF式中：d—彈簧材料直徑，mm；K—彈簧曲度系數(shù)；F2—最大載荷，N。最終選取彈簧材料直徑d=2mm、彈簧中徑D=20mm。接下來計算彈簧剛度，其計算公式如下：k=F式中：k—彈簧剛度，N/mm；λmax—最大工作變形量，mm。設(shè)計最大工作變形量為10mm，帶入式2-8求得彈簧剛度k=5N/mm。最終確定彈簧有效圈數(shù)n，其計算公式如下：n=Gd求得彈簧有效圈數(shù)n=4，選取彈簧的端部結(jié)構(gòu)形式為兩端并緊不磨平，總?cè)?shù)在有效圈數(shù)的基礎(chǔ)上加兩圈，故最終求得的總?cè)?shù)為6。彈簧參數(shù)如表1.5所示。表1.5彈簧參數(shù)Tab1.5Springparameters線徑d/mm中徑D/mm自由長度H0/mm剛度k/(N/mm)有效圈數(shù)材料2204554碳素彈簧鋼3培土裝置設(shè)計馬鈴薯中耕追肥機使用的培土器為壁式開溝培土器，主要作用是將施撒的馬鈴薯肥料覆蓋并進行培土、修壟。中耕培土可以有效增加馬鈴薯種植區(qū)域土壤的透氣性，有利于馬鈴薯對肥料和水分的吸收，促進馬鈴薯根系的生長發(fā)育。具體起壟培土過程中壟形和土壤參數(shù)不同，因此要對其后部的鏟面進行調(diào)節(jié)，通過改變鏟面的角度與幅寬，可以更好地適應(yīng)不同的工作環(huán)境[48,49]。根據(jù)云南省秋季馬鈴薯種植農(nóng)藝，繪制壟形見圖1.23。圖1.23壟形斷面圖Fig1.23ridgecrosssection圖中h0為耕前壟高，h1為中耕深度，a0為壟頂寬，L為行距，φ為土壤自然休止角（一般為40°～50°），圖中耕作前溝底寬未標出，前往陸良縣實地考察馬鈴薯種植情況取得的數(shù)據(jù)為200mm。由壟形圖可以看出，由工作部件翻動的土壤體積計算公式為：V=S·λh式中：V—被培土器翻動的土壤體積；S—機具前進距離；λ—土壤膨脹系數(shù)；h1—中耕深度；a1—培土器底部寬度。培土器工作時與壟的接觸狀態(tài)，如圖1.24所示。圖1.24培土器與土壤接觸圖Figure1.24Thecontactdiagramofthesoilcultivatorandthesoil由此看出培土器適用于特定壟型需要滿足以下幾個條件：1.由培土器翻動的土壤體積大于需要的培土體積；1.培土器與壟接觸面和地面的角度小于土壤自然休止角，才能鏟鋤壟斜面上的雜草；4.培土器的高度應(yīng)大于原壟高和中耕深度之和，才能保障土壤不會越過培土器頂部落回到溝底；5.培土器鏟面最大幅寬應(yīng)大于相鄰兩壟頂之間的寬度，才能將土壤和肥料推送到壟頂上植株根部。根據(jù)以上條件，取L=600mm，a1=150mm，h1=100mm，λ=1.25，φ=50°。培土器的結(jié)構(gòu)是成對配置的兩個培土曲面，現(xiàn)有繪制曲面的主要方法有：水平直元線法、曲元線法、傾斜直元線法和翻土曲線法[50]。本次設(shè)計使用水平直元線法，其原理為：一條直元線沿著一條導曲線，按照元線角θ的變化規(guī)律，由上而下平行移動，構(gòu)成了一個連續(xù)曲面。具體過程如下：（1）導曲線的確定導曲線位于左右兩個培土曲面的中心，由三段組成：初始直線段S0、碎土曲線段S1、培土曲線段S2。其中初始直線段S0的角度為培土器的入土角α0，取值一般為25°～35°。碎土曲線段S1影響培土器的碎土效果并起到抬高土壤的作用，培土曲線段S2主要是為了推動，起到覆土、培土的作用。本培土器的導曲線方程為：Y=0.58X式中X為導曲線橫坐標，mm；Y為導曲線縱坐標，mm。根據(jù)上述計算結(jié)果，培土器導曲線如圖1.25所示。圖1.25培土器