自走式小型大豆播种机 排肥器的结构设计.docx
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自走式小型大豆播种机排肥器的结构设计
本科生毕业论文（设计）
题目＿＿精密大豆播种机＿＿＿＿＿
学院＿＿机电工程学院＿＿＿＿＿
专业班级＿农业机械化及其自动化07级2
学生姓名＿＿XXX＿＿＿＿＿
指导教师XX
撰写日期：
2011年5月10日
摘要
我国的农业生产及农业机械化发展较快，化肥产量及施肥量逐年增加，播种机械化及播种同时施种肥的要求与日俱增。
本文主要是针对我国普遍撒播的碳铵等易潮解、粘结，易挥发、易分解的肥料而对排肥机械结构进行的改进设计。
通过一些已有记录的和进行的实验数据而设计改进了振动搅龙式排肥结构。
这种排肥结构主要是由肥箱、肥箱底座、振动板、拨轮、螺旋排肥搅龙和肥量调节板组成，其结构基本原理是肥料在受到振动板振动的作用下，而在箱内形成肥料流。
这样的结构能使肥料不易发生堵塞、架空和结块。
这种排肥结构适合我国的排肥机械农业现状，有益普遍推广。
关键词：
肥量调节板，拨轮-凸轮，振动板，排肥器
TheSubjectofUndergraduateGraduationProjectofHEAU
Abstract
China'sagriculturalproductionandrapiddevelopmentofagriculturalmechanization,fertilizersandfertilizerproductionincreasedyearbyyear,sowingandplantingmechanizationkindsoffatwhileincreasingdemandforfacilities.Thisarticleisforgeneralbroadcastoftheammoniumbicarbonateandsoeasytodeliquescence,bond,volatile,decompositionofmanureandfertilizerontheschedulefortheimprovementofthemechanicalstructuredesign.Somehavebeenrecordedbytheexperimentaldataandisdesignedtoimprovethevibrationoffertilizerauger-typestructure.Thisstructureismainlyoffertilizerfromthefertilizerbox,fertilizertankbase,vibrationplate,trackwheel,screwaugeroffertilizerandmanurevolumecontrolpanels,thestructureofthebasicprincipleissubjecttovibrationplatefertilizerundertheactionofvibration,andinformedinsidethefertilizerflow.Suchastructurecannoteasilycloggedfertilizer,overhead,andagglomeration.ThestructureoffertilizerforagriculturalmachineryinChina'scurrentsituationoffertilizer,goodforgeneralpromotion.
KeyWords：
Fatvolumecontrolboard；JogDial–cam；vibrationplate,；fertilizerapparatus
1引言
播种作业是农业生产过程中的关键环节，而施肥是调节土壤构成、改善植物生育和营养的重要措施。
同样需要采取科学的手段，保质保量满足作物生长需求。
机械化播种施肥较人工均匀准确，深浅一致，而且效率较高、速度快，同时为田间管理作业创造良好的条件，是实现农业现代化的重要技术手段之一。
但我国的化肥生产能力和品种都与农业生产的需要很不相称。
由于碳酸氢铵是在我国占据绝对优势的化学肥料，所以就要求我们设计出一种性能较好的排肥器械来解决这种易潮解的化肥的排施。
在此已有许多的人士设计出不同的排肥器械，像槽轮式、振动式排肥，并且农机专家张波屏通过对碳酸氢铵进行的大量实验所得数据观察分析，进而设计了双振动弹簧搅龙排肥器械，同时让我们了解到了一些可贵的有关碳铵特性及排肥器机理的认识。
本文就是在前人研究的基础之上，对已有的施肥器械进行了优化改进设计，从而达到提高农业的劳动生产效率的目的。
2种肥简介
2.1固态种肥的分类及施用方法
施肥的必要性：
施肥可提高土壤的肥力。
所施的肥料应与土壤的物理状态和化学成分相符合，并且能补充土壤中的养分。
因此，对某种土壤和植物来说，并非所有的肥料都是有益的施肥和其他措施配合进行，可以改善土壤的结构和加强各种微生物的生命力。
植物可以吸收的养分基本上依靠微生物的活动而形成。
在施肥时应估计到土壤微生物本身也需要营养，对于土壤微生物的有益生命活动力来讲，无论是有机养分还是矿物质养分都是需要的。
微生物的繁殖及死亡使土壤中的有机质不断增加，这种有机质分解后变成植物可吸收的养分。
几种常用固态肥料及施用方法简介：
（1）碳酸氢铵：
分子式NH4HCO3，含氮17%左右。
肥料水溶液呈碱性反应；化学性质不稳定，易分解挥发损失氨，易发生潮解、结块，不残留任何副成分，被称为“气肥”。
可作基肥、追肥，不宜作种肥。
施肥时一不离土，二不离水。
（2）硫酸铵：
分子式NH4SO4，一般称为标准氮肥。
含N20～21％。
肥料水溶液呈弱酸性反应；物理性质好（不吸湿、不结块），属于生理酸性肥料，长期单独施用会使土壤酸化。
适宜作基肥、追肥和种肥，适宜各种作物，喜硫作物施用效果更好。
施用时不宜长期单独施用，石灰性土壤或水田要深施，水田不宜长期施用。
（3）硝酸铵：
分子式NH4NO3，含N33－34％。
肥料水溶液呈弱酸性反应；施入土壤后，NH4+和NO3－都能被作物吸收。
适宜作追肥，不宜作基肥和种肥。
适宜各种作物和土壤。
施用时不宜与有机肥混合施用，易造成嫌气条件，发生硝化作用；不宜水田施用，避免硝态氮的淋失和反硝化损失氮。
（5）硝酸钙：
又称挪利硝石，分子式Ca（NO3）2，含N13－15％。
肥料水溶液呈弱碱性反应；吸湿性极强，应在干燥通风处保存；生理碱性肥料，含Ca2+，能改善土壤的物理性质；适宜作追肥，不能作种肥。
适于各种土壤，特别是缺钙的酸性土壤更好，不宜于水田上施用。
另外可作根外追肥，可提高葡萄、苹果、番茄等果树、蔬菜的产量、品质和贮藏性能。
（6）尿素：
分子式CO（NH2）2，含N44－46％。
固态肥料含氮最高的优质肥料，是化学合成的有机小分子化合物。
易溶于水，水溶液呈中性反应；高温潮湿的环境下易潮解。
生理中性肥料，施入土壤后一小部分以分子态吸收，大部分经脲酶作用转化为（NH4）2CO3被吸收，肥效较NH4+—N和NO3－—N慢，作追肥时，要提前4－5天施用；对土壤无不良反应。
可作基肥，追肥，不提倡作种肥，最适宜作根外追肥；适于各种土壤和作物，石灰性和碱性土壤施用时要深施覆土，防止氨的挥发。
（7）硝酸铵钙是由硝酸铵和粉状碳酸钙按一定比例混合而成的含氮素和钙质的化学肥料。
硝酸铵钙作为硝酸铵的改良品种，基本属于中性肥料，对酸性土壤有改良作用。
该肥施入土壤后酸碱度变化很小，因而不会引起土壤板结，同时能降低活性铝的浓度，减少铝对磷的固定，能促进土壤中有益微生物的活动。
（8）过磷酸钙。
主要成分分子式为Ca（H2PO4）2·H2O，含有效磷（P2O5）14-20%。
产品色泽与磷矿原料有关，一般为灰色或淡黄色的粉末。
次要成分是无水硫酸钙，约占总量的50%，含有3-5%的游离酸及次生的磷酸铁、铝等化合物，是一种酸性肥料，有一定的吸湿结块性。
贮存过程中，有磷的退化作用，一般不宜存放超过一年半。
过磷酸钙适于各种土壤和作物，可作基肥、追肥和叶面喷施用。
（9）重过磷酸钙。
重过磷酸钙是用磷酸分解磷矿石而制成，是含磷最高的磷肥。
主要成分和普通过磷酸钙一样，含有效磷（P2O5）42-50%，含有4-8%的游离酸，不含或很少含石膏。
由于其含磷是过磷酸钙的约三倍，故有重过磷酸钙或三料过磷酸钙之称。
重过磷酸钙的性质比过磷酸钙稳定，易溶于水。
（10）钙镁磷肥。
钙镁磷肥主要成分是磷酸三钙Ca3（PO4）2，含磷P2O5）14-20%，同时还含有氧化钙（约40%），氧化硅（约20%）以及氧化镁等，属于枸溶性磷肥。
产品外观为灰白、灰绿、灰黑色粉末。
呈微碱性，不吸湿结块，无腐蚀性。
钙镁磷肥适合于各种作物，但用于喜钙的豆科作物及喜硅的禾谷类作物效果更好；在酸性土壤上施用效果好于石灰性土壤；宜作基肥施用，施用前最好与优质有机肥料混合堆沤20-30天。
1.2肥料特性
1、化肥特性
化肥虽有固体、液体之分，但目前固体化肥最常用。
固体化肥虽然都属散粒体，且为粉状，晶状或粒状，但各自的物理力学特性差异很大，也直接影响到施肥机的工作性能。
下面是几种化肥的肥料特性：
表1-1肥料特性
名称
外形
含水率（%）
容重（g/L）
休止角（。
）
尿素
硫酸铵
硝酸铵
碳酸铵
磷酸铵
过磷酸钙
颗粒
粒状
结晶
粉状
结晶
粉粒状
0.93
2.13
2.87
2
16
720
943
1010
920
840
880
35
44
35
37
（1）吸湿性
绝对干燥的化肥是没有的，如碳铵国标为3.5%以下，但在仓库、露天存放后，可高达10%以上，甚至伪劣产品的更有甚者。
吸湿、渐解、流动性差、粘结力增大、摩擦系数增大、排肥器堵塞、排肥管不畅、箱内架空。
（2）几何性
指颗粒尺寸大小，1-5mm流动性最好。
若小于0.07mm，则机排施困难；尺寸过大，不适气力式排施，不易悬浮、流动。
（3）流动性
化肥下落，自然堆积，形成锥体，锥底角即自然休止角，其大小代表流动性。
流动性与颗粒的形状、大小、表态、结块等因素相关。
碳铵流动性最差；尿素最好。
当其它条件相同时，排肥量与休止角成反比。
大于550的休止角，使大多数排肥器无法正常工作。
（4）架空性
若在装有化肥的容器底部拨出部分化肥，看其是否会在该处形成空穴，是！
则为架空，即周围和上方肥不流动、不塌陷，由此排肥器空排，地里出现断条。
可架空的化肥应在排配器内放搅拌器，或称破拱装置。
（5）粘结性
粉状和晶状化肥当水分较重时，受压力搅拌作用，易粘结成块状堵塞排肥器，为此有时还设破碎机构。
2排肥器
2.1排肥器性能要求
化肥排肥器主要针对颗粒状和粉状的固态化肥，目前用于生产的大都是机械强排完成化肥的条播，在工作中能完成搅动和排肥，防止化肥结拱。
化肥排肥器应满足以下性能要求：
（1）要有一定的排肥能力，排肥量应符合农业技术要求。
一般施化肥量在5—30公斤/亩的范围内可调。
排肥量要稳定、均匀和不架空。
排肥性能对肥箱中的肥料的多少、地形的倾斜起伏以及作业时意外的振动颠簸等反应不敏感。
（2）要能施播多种肥料，通用性好。
由于我国生产和使用的肥料品种很多，其物理机械特性各异，因此，要求排肥器除了能排施流动较好的晶粒状化肥和复合颗粒化肥外，应还能施粉状的易吸湿潮解的和结块的流动性差的化肥。
（3）排肥器的工作阻力要小，使用调节方便，工作可靠；要便于作业后肥箱内肥料的清理。
（4）排肥器所有与肥料接触的机构、零件应能防腐蚀和耐磨。
最好采用防腐蚀耐磨的材料。
2.2排肥器的种类及特点
目前用于中耕作物精密播种上的排肥器形式较多，主要有水平星轮式、槽轮式、转盘刮刀式、搅龙式、摆斗式和振动式等。
其中槽轮式排肥器只能排施晶体状化肥和复合肥料，转盘刮刀式、搅龙式水平星轮式排肥器能排施晶状化肥、复合颗粒肥和干燥粉状化肥；而振动式和摆斗式排肥器除了能排施上述肥料外，还能排施易潮解的粉状化肥（如碳酸氢铵等），但含水率超过一定范围后排肥质量变差。
（1）水平星轮式排肥器
主要工作部件为绕垂直轴转动的水平星轮，工作时，通过传动机构带动排肥星轮转动，肥箱内的肥料被星轮齿槽及星轮表面带动，经肥量调节活门后，输送到椭圆形的排肥口，肥料靠自重或打肥锤的作用落入输肥管内。
常采用相邻两个星轮对转以消除肥料架空和锥齿轮的轴向力。
该排肥器的肥箱底部装有活页式铰链，箱底可以打开，便于消除残存的化肥；星轮的拆卸也很方便：
排肥量的调节可以通过调节手柄改变排肥活门的开度来实观。
该排肥器适合排晶状化肥和复合颗粒肥，还可以排施干燥粉状化肥。
排施含水量高的粉状化肥时，排肥星轮被化肥粘结，易发生架空和堵塞。
主要用于谷物条播机上。
（2）外槽轮式排肥器
其主要工作部件槽轮工作过程类似于外槽轮式排种器，还可以把它换成钉齿轮，其工作原理相同。
钉轮式排肥器用于排施流动性较好的颗粒化肥时，排肥稳定性与均匀性都较好；其特点是结构较简单，适用于排流动性好的松散化肥和复合粒肥。
排粉状及潮湿的化肥时，易出现架空和断条等现象，且槽轮易被肥料粘附而堵塞，失去排肥能力。
（3）螺旋式排肥器
工作时螺旋回转，将肥料推入排肥管。
排肥螺旋叶片有普通形、中空形和钢丝弹簧形三种。
叶片式施肥量大，但对肥料压实作用亦大，只适于排施粒状及干燥的粉状化肥，对吸水性强、松散性差的化肥，肥料易架空、叶片易粘结化肥而无法工作。
中空叶片对肥料压实作用较小、施肥量较叶片式均匀，其它特点与叶片式相同。
钢丝弹簧式不易被肥料粘附，排施潮湿肥料的能力较前两种强，但对吸水性很强而松散性较差的化肥如碳铵、粉状过磷酸钙、磷矿粉等的适应性仍然较差。
在排肥量小时，螺旋式排肥器的排肥均匀性都比较差。
（4）水平刮板式排肥器
此排肥器是为我国解决碳酸氢铵排施问题而研制的一种排肥器。
它的基本特征是由在水平面旋转的曲面刮板或弹击别板将化肥排出。
其优点是能可靠地排碳酸氢铵等流动性差的化肥，排肥稳定性较好；缺点是排肥阻力较大和不适于流动件好的颗粒状化肥。
（5）搅—拨轮式排肥器
搅刀—波轮式排肥器是一种通用性排肥器。
它的肥箱内装有搅肥刀，在排肥口下方装有拨肥轮。
其突出特点是能有效地消除肥料的“架空”，可靠地排施含水量很大的碳酸氢铵。
当肥料吸湿后别的排肥器无法排出时，这种排肥器能有效地工作。
这种排肥器结构简单，排肥工艺过程简单，供排关系协调、通畅。
排肥稳定性勺均匀性良好，并可通用于排施颗粒状化肥，还可用于播种玉米、大豆与机械脱绒棉籽。
缺点是清肥不便，工作阻力大，作为双行或单行追肥机比较合适，不适合在多行谷物条播机上做做排肥部件。
（6）振动式排肥器
由肥箱、振动板、振动凸轮等组成。
工作时，凸轮使振动板不断振动，使化肥在肥箱内循环运动，可消除肥箱内化肥的“架空”。
并使之沿振动板斜面下滑，经排肥口排出。
排肥量大小用调节板调节，对流动性较好的化肥，可更换调节板。
由于振动关系，肥料排量受肥箱内肥料多少、肥料密度、粘结力等的影响较大，排肥量的稳定性和均匀性较差。
现用的振动式排肥器上，振动板倾角为600、振幅18mm、频率250次／分。
2.2排肥器的选择
振动式排肥器分为单振动槽轮式和双振动方槽式两种。
图2-1单振动排肥器图2-2双振动排肥器
1-振动板2-肥料箱3-调节板1-前振板2-肥料箱3-后振板
4-拨轮4-调节板5-方槽轮
此两种排肥器的共同特点是，利用振动力来消除肥料箱内可能出现的瞬时架空现象，实现连续的正常供肥，而排肥过程基本上都是槽轮刮送。
在排出晶状流动性好的化肥时，这种供排关系的解决是比较理想的，结构比较简单，动力消耗少。
但是对于排出碳铵这种含水量较大的化肥，供排矛盾仍无法解决，最后导致排肥元件的粘附堵塞，排肥工艺过程恶化，排肥性能变差。
图示为两种排肥器排施碳酸氢铵的实验结果：
图2-3
1—双振动排肥器2—单振动排肥器
由图一可见，当碳铵含水量小于5.64%时，双振动排肥器的排量稳定性变异系数最大不超过3.53%，排量相当稳定，均匀度也好。
当碳铵含水量超过5.64%以后，稳定性变异增大，排肥过程恶化，均匀度变差。
同时不难看出，单振动排肥器的排量稳定性曲线跌宕起伏比较剧烈，排量变化很大，均匀性较差。
排量稳定性曲线（图一）反映了排肥过程中肥料密度的变化，反映了排肥器内部供排关系的协调程度。
不难看出，在碳铵含水量小于5.64%时，双振动排肥器的供排关系明显优于单振动，具有较好的排肥性能。
在单振动式排肥器中，振动板是肥料箱的一部分，承担着大部分肥重。
在排肥轮拨动下，振动板打开长方形开口，肥料在重力作用下落入排肥槽轮的凹槽中，再被旋转排出。
单振动产生的力场破坏了箱内可能产生的粘结或架空，并将最低部的肥料推向肥箱的竖壁，一部分肥料落出箱外。
处于肥箱底部临近排出口的肥料在其排出以前经过反复的振实挤压，密度不断加大。
在振动板打开的一瞬间下落的肥料体积可能相差不大，但其重量却可能相差悬殊，特别是后期排量与前期排量相比可能相差很大。
这就是排量稳定性变化大的根本原因，也是均匀度差的主要原因。
对于晶状化肥，压密可能性不会变化，但其自流作用却是引起振动排肥不稳定的另一原因，特别在单振动无排肥轮的情况下。
双振动排肥器的受力情况如图示。
在肥料箱内部，整个肥料分别处于两个不同倾斜角度振板的振动力场作用下，而且振动相位不同，一上一下交错进行，因而不会产生像单振动那样的单向振动和挤压，不会引起严重的压密或架空。
其振动供肥消除箱内肥料架空的效果是很好的，在结构上避免了消耗功率很大的旋转式搅拌器，结构简单，供排关系合理，在一般湿度的肥料情况下，其排肥稳定性和均匀性是相当好的。
图2-4双振动排肥器受力分析
1—前振板2—肥箱3—后振板4—方槽轮
由试验可以看出，排量随振动频率的增大而增加，但有瞬时反常现象。
它说明：
对不同含水量的化肥来说，存在着一个最佳振动频率；在排肥过程中可能出现瞬时的供排失调现象。
表2—2排量与振频和含水量的关系
含水量
0.35
2—3
5—6
7—8
排肥口
频率（次/min）
最大
最小
最大
最小
最大
最小
最大
最小
168
198
228
258
288
318
654.0
878.1
1088.5
1468.9
898.5
1183.0
318.3
435.0
595.3
440.2
678.1
784.1
58.8
89.4
84.5
140.5
131.5
116.7
62.0
73.4
61.3
77.0
68.1
65.3
33.4
59.4
49.7
64.8
76.7
97.0
22.5
35.2
37.0
31.3
41.6
46.0
36.4
29.8
23.7
48.7
48.7
38.2
21.3
28.8
41.7
33.5
57.3
82.2
注：
化肥品种为碳铵
由表2—1可见：
当碳铵含水量（0.35%）很小时，即干粉末状态，排量随振频的增大而增大，供排关系协调，排量比较稳定；当含水量为2%—3%、5%—6%时，最大排肥口的排肥规律性比较正常，排量随振频增大而增加。
而最小排肥口的排肥则反常，供排失调，排量忽多忽少，架空和堵塞时有发生。
当含水量为7%—8%时，排量极不稳定，排肥器不能正常工作。
综上所述，单、双振动式排肥器在解决箱内均衡供肥、消除架空方面是有效的，同时又是节省能耗的，特别是双振动式排肥器。
2.3振动式排肥器的设计要求
（1）要有一定的排肥能力，排肥量稳定均匀，不受肥箱是肥料的多少、地形倾斜起伏及作业速度等因素的影响。
（2）能施播多种肥料，通用性好。
即要求排肥器除了能排施流动性好的晶、粒状化肥和复合颗粒化肥外，应能排施流动性差的粉状化肥。
（3）排肥量调节灵敏、准确，调节范围能适应不同化肥品种与不同作物的施用要求。
（4）排肥可靠，工作阻力小，使用调节方便。
便于作业后清理残存化肥。
（6）排肥器所有与肥料接触的机构、零件最好采用防腐耐磨材料制造。
2.3.1调量板
排肥量的调节主要靠移动调节板和改变排肥孔大小来达到。
排施流动性好的化肥时，为了防止振动板停止振动后仍有肥料自流，而设有孔状调节板，在调节板上有300个直径为3.8mm的圆孔，移动调节板，改变排肥圆孔的数目，可达到不同的排肥量。
2.3.2拨轮—凸轮
凸轮决定振动板的振幅和振动频率。
凸轮的凸齿高度决定振幅大小。
振幅过小，不能形成肥料上下循环的肥料流，也不能克服肥料之间的粘结力，因而出现架空、振幅过大、动力消耗过大和传动阻力过大。
振幅一般为18mm—20mm。
在一定转速下，凸轮的齿数决定振动频率，振动频率过低，排肥均匀性变坏。
振动频率太高则肥料被振起后尚未下落，第二次振动又使肥料振起，其结果使实际振幅变小。
对于排施易潮解的粉状化肥，其振动频率为250—280min-1较好。
表2—3几种振动式排肥器参数
机器型号
肥箱容积
（L）
振幅
（mm）
振频
（min-1）
凸轮转速
（r/min）
凸轮齿数
排肥口个数
排肥口尺寸
（mm）
2BZ-46
30
18
225—310
56—78
4
2
50×60
BZT—2
16
15
150—170
37—42
4
2
20×40
BZT—46
35
20
270—280
67—70
4
1
32×132
图2-5凸轮-拨轮
2.3.3肥箱
肥料箱根据给定的装载量（一般容积范围为30—70L）和考虑到排肥器的布置进行设计。
装载量不大的悬挂式机器采用角锥形或锥形。
装载量很大的机器设计成横断面为梯形的菱形肥料箱（车厢型），箱壁倾斜成45°—60°。
前后壁做成垂直的或往外倾斜85°。
一面箱壁做成倾斜的，箱壁与水平的斜角必须大于肥料的崩落角（崩落角大约为33°—70°）。
此外，为了克服架空，箱内装有破坏架空的装置。
图2-6肥箱类型
图2-7箱体
3结语
本课题主要是对播种施肥机械上的施肥机械进行研究改进设计，通过对前人的设计研究进行考察探究而衍生出自己的一套见解。
这不仅让我学到了新的知识，让我对播种施肥机械进行了多方面的了解而且也让我对我国农业机械现代化有了更新的认识。
另外本课题直接采用了Solidworks三维设计，是设计者能够了解产品的每一个细节，增强了真实性和通用性，并利用参数化的设计思想，使零件的设计、修改变得简单易行。
结合当前种植业发展的新特点，播种施肥机械的研制应向中小型侧重；所设计的播种机要求能一次性完成开沟、播种、施肥、覆土以及镇压等工作。
在研究内容上，重点解决劳动强度大，用工多的手工播种作业。
本设计就是利用Solidworks软件进行设计、装配和干涉检查，使设计周期大大缩短，设计产品质量进一步提高。
现有农业机械产品，在提高使用可靠性、通用性和适应性的同时，将向多功能、高功效、低成本和节省能源的方向发展系列产品，研制开发新一代农业机械产品，并不断学习、借鉴先进技术，向先进水平迈进。
但无论怎样，开发研制新产品，引进吸收国外先进技术，这些都必须与我国国情相结合，适合我国自然、经济条件和农业生产的特点，否则农业就没有了生命力。
参考文献
[1]许剑平，谢宇峰，徐涛.
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