果园挖穴施肥机的设计Word文件下载.docx

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1.1课题研究的意义3

1.2国内外定量挖坑施肥机发展状况3

1.3国内外果园挖坑定量施肥机存在的问题4

1.4研究的内容和方法4

1.5预期目标4

1.6重点研究的关键问题及解决思路5

1.7工作条件及解决方法5

2果园挖穴施肥机的总体设计5

2.1果园挖穴施肥机方案的选择5

2.2果园挖穴施肥机的结构7

2.3果园挖穴施肥机的原理8

3施肥机主要部件的设计8

3.1土壤收集器的设计8

3.2螺旋钻头的设计9

4机械传动部分的设计10

4.1机械传动结构10

4.2传动比以及传动转速的计算11

5挖穴施肥机的施肥箱设计12

5.1施肥箱12

5.2排肥轮的设计与排肥量的计算12

6果园挖穴施肥机接近开关的设计13

6.1接近开关的选择13

6.2电容式接近开关与其定量施肥的原理15

7轴的校核16

7.1主动轴的校核16

总结18

致谢19

参考文献20

1绪论

1.1课题研究的意义

机械化施肥是提高水果产品的品质和产量的一种有效方式，但是由于我国在研究机械化施肥技术万面的起步晚对应的研究技术不成熟，在果园施肥方面采用的最多的还是人工施肥。

但因其效率低劳动强度大人工成本高等原因已经影响到了我国果林行业的发展，人们对于机械化施肥的需求越来越强烈。

在这种情况下我国借鉴国外先进的技术和经验以及结合本土实际情况研究出了符合我国果林行情的各种施肥机械。

但是我国国内缺少着机械化施肥机械使得很多地区都无法实现机械化施肥，而机械化的显著优点就是对比人工作业具有更高的效率，在现代农业快速发展的前提下我国对于施肥的机械化需求度越来越高而相对应的施肥机械却有待开发。

特别是针对挖坑机的研究挖。

挖坑机的作用是开挖施肥坑洞，我国在果园施肥主要是先使用挖坑机进行开挖坑洞然后再人工进行施肥及土壤回填。

我国针对挖坑机的研究开发晚于国外，现在我国使用的挖坑机虽都能针对不同环境进行挖坑，可是功能单一挖坑之后就闲置无法满足机械化施肥作业的需求。

虽然现在国内对于果园机械化方面的扶持力度不断增加，但我国在果园机械化施肥技术及机械上还存在许多问题。

特别是近几年国内果园种植的面积不断增大如何因地制宜的选择施肥肥料、施肥量、施肥间隔都是我国需要深入研究的问题。

而针对施肥机械的研究应该从挖沟、精量施肥、覆土、压埋的多功能一体化的机械施肥机开发为主。

所以设计此类的施肥机械成为了不可避免的选择。

1.2国内外定量挖坑施肥机发展状况

1.2.1国外定量挖坑施肥机发展现状

国外很早就开始了对于定量施肥机等精确农业技术的研究和发展，早在80年代末美国的土壤研究专家们就已经提出了精确农业这个概念。

一直到现在精确农业在全世界广泛发展。

精确农业追求的就是在追求农业生产效益提高的同时减少农业生态环境的污染。

而日本在于定量施肥机械等精确农业的进展也是相当快的，而其生产的自走式高性能挖坑整地一体化施肥机采用柴油机作为动力，行走装置轮胎外还配备有行走脚，一般用轮胎行驶，坡地高时用行走脚行走。

而英国生产的05H8300型号的挂式挖坑机械和美国的悬挂式挖坑机，钻头之间可以调节距离，工作效率高。

1.2.2国内定量挖坑施肥机发展现状

我国对于精确农业的思想也已经逐步被社会所接受，并将一部分的研究成果应用在了实际中。

就精确农业而讲目前我国比较有代表性的研究机构有：

中国农业大学精细农业研究中心，北京农业信息技术研究中心，上海精确农业公司，浙江大学精确农业研究中心，中国农业科学院，黑龙江八一农垦大学和吉林大学精确农业研究中心等。

吉林大学马成林教授作为精确农业学科带头人开辟了精确农业研究的新方向，他已经完成了国家“九五”攻关项目“变量深施肥机的研制”和吉林省科委项目“精确农业自动变量施肥技术的研究”，对如何实施精确农业自动变量施肥技术进行了深入地探讨，提出了分步实施“精确农业”的设想：

第一步进行手控变量投入；

第二步采用智能化机具进行全自动变量投入。

吉林大学为了适第一步手控变量投入技术的应用，已完成了“手动变量深施肥机”的研究开发。

目前正在吉林省榆树市进行“机械化精确施肥技术示范”，已开始第二步“精确农业”研究示范应用。

1.3国内外果园挖坑定量施肥机存在的问题

目前，我国使用的施肥机也只能完成机械钻孔和人工辅助施肥，施肥量不能实现精密控制，而且作业成本高，生产率低下，劳动强度高。

相比之下外国的施肥机械采用了电子、液压、计算机等新型技术进行自动化控制来提高作业质量，实现精量施肥，但是其机械成本高，一次性投入较大，且于我国传统的果园种植模式也并不匹配，不利于机具的的通过作业。

1.4研究的内容和方法

就针对于目前果园挖坑施肥中存在的问题，可以从两个方面来考虑：

第一是依靠园艺技术来改善种植模式，实现机具于园艺技术配套，从而保证机具顺利进行果园田间施肥作业，但就依目前来看，调整传统的果园施肥模式是很难实现的；

第二是根据果树生长情况及营养需求，进行挖坑定量施肥，一次性完成挖坑、施肥、覆土工作，有效的提高肥料的利用率和工作效率。

所以必须根据我国的实际情况，结合果树的营养需求，设计一个能够实现挖坑、施肥、覆土一体化的果园挖坑施肥机，并且具备一定的检测和精确施肥的能力，成为本设计重点内容。

1.5预期目标

（1）果园挖坑施肥机作业方便，结构简单，通用性好，噪音小，使用寿命长。

（2）施肥机施肥效率高、能实现精密施肥、并有一定覆土能力。

（3）可以在田间、果树林上作业，人工劳动量少，同时动力上要消耗少。

（4）制造价格便宜，容易普及，能满足果园农户的使用的要求。

1.6重点研究的关键问题及解决思路

该果园定量施肥机的主要动力源是由拖拉机的后动力输出来实现动力提供的，并由齿轮的传动作用传动给各个工作部件，实现挖坑、施肥、和覆土。

在施肥过程中由电涡式接近开关实现施肥量的精确控制。

（1）选择合适动力传递方式，设计工作装置和传动装置。

（2）运用AutoCAD软件，绘制二维零件图和装配图。

（3）利用有限元分析和Solidworks进行虚拟样机设计，完成整机各零部件的三维建模。

1.7工作条件及解决方法

塔里木大学位于南疆中心位置，校内有实习工厂、土槽实验室、农业工程重点实验室等，设计条件较好，为项目开展提供了场地和基本条件。

校内拥有优良的硬件环境，机械电气化工程学院拥有先进的实验设备和机械加工制造设备，并且师资力量雄厚，完全可以满足果园挖穴施肥机的工作条件

2果园挖穴施肥机的总体设计

2.1果园挖穴施肥机方案的选择

2.1.1果园挖穴施肥机的几种样式

目前，在果园施肥工作和过程中，多数果园农户仍采用传统的人工挖沟或挖穴撒肥的方式，该方法的肥料利用率低，大大增加了果农的工作强度。

相比开沟施肥等其他的施肥方式来讲，挖穴施肥减少了对果树根部的伤害、有利于肥料的持续性吸收，更加节约能耗。

图片2-1中所展示的是一种小型手提式果园挖穴施肥机，此类施肥机已被多数果农采用，得到了一定程度的推广。

这种挖穴机采用的是一汽油机作为动力，动力强劲，由单人或是双人手提操作，方便使用效率又高，而且可以根据果园的需要来跟换不同的钻头。

实用、方便，但是挖穴工作结束以后要使用人力来将液体或固体肥料填埋到坑穴中，比较适合于拖拉机无法通过的地形复杂的山地、丘陵等地区。

图2-1手提式挖穴施肥机

图片2-2所展示的是悬挂挖穴式施肥机，广泛用于果树的挖穴施肥作业，也可以用于独立的挖穴作业。

其挖穴机设置在机架的后端，拖拉机设置在机架的后部，但其施肥工作需要人工操作，所以虽然提高了施肥作业效率但是肥料利用率却低下。

图2-2悬挂式挖穴施肥机

图片2-3为山东农业大学韩大勇等人根据果树标准化施肥技术的要求，研制设计的一种自走式施肥机，该施肥机由发动机驱动液压泵供油，电磁阀控制马达旋转，带动钻头转动，另外一个电磁阀控制升降液压缸，带动钻头由上往下进行钻孔作业，挖出的土壤搜集器，由单片机控制步进电机来驱动排肥器工作，实现定量施肥。

图2-3自走式施肥机

2.1.2果园挖穴施肥机方案的制定

为了实现预定功能制定了一个方案：

使用已拖拉机为输出动力源的挖穴施肥机，施肥机钻头转速由拖拉机马力和减速器的减速作用来确定，并采用土壤收集器来进行土壤的混合和施肥。

为满足定量施肥的要求，利用电容式接近开关来检查于土壤的距离来封闭或是开启施肥管来控制施肥量。

2.2果园挖穴施肥机的结构

果园挖穴施肥机主要由，机架、施肥箱、后动力输出轴、齿轮箱总成、土壤收集器等构成。

本机能在果园施肥作业中实现挖穴、施肥、覆土作业，大幅度减少劳动力，提高肥料利用率。

比较使用果树农户的需要。

13点悬挂装置、2机架、3链条、4施肥箱、5排肥轮、

6覆土装置、7排肥管、8土壤收集器、9弹簧、

10挖穴钻头、11齿轮箱总成、12主动轴、13从动轴、

14后动力输出轴。

图2-4果园挖穴机结构图

2.3果园挖穴施肥机的原理

本果园施肥机主要有齿轮箱总成、传动箱总成、3点悬挂装置、覆土装置、排肥箱、土壤收集器、机架等部分组成如图4.工作原理如下所述：

（1）利用拖拉机的牙也悬挂系统将施肥机挂在施肥机后方。

（2）施肥机的动力由拖拉机的后动力输出轴经传动轴总成传至于齿轮箱。

（3）动力经过齿轮箱的减速、换向，作用于竖直方向和水平方向的两传动轴，带动排肥装置实施肥料添加。

（4）在螺旋钻头于土壤接近时电容式接近开关开始开启排肥管，螺旋钻头开始钻孔时由其螺旋的提升作用，将土壤和肥料至于土壤收集器内混合；

在螺旋钻孔结束提升过程中，肥料和土壤由土壤收集器置入钻孔中，并在施肥机前进是由覆土装置覆土。

来实现整机钻孔、施肥、覆土一体化要求。

3施肥机主要部件的设计

3.1土壤收集器的设计

土壤收集器主要以外套筒、内套筒和弹簧构成。

其外套同和内套筒因为要和土壤、肥料相接触所以采用耐磨性能比较好65Mn刚。

在螺旋钻头对土壤开始进行钻孔工作时，土壤收集器的内套筒受力向上收缩，通过螺旋钻的螺旋叶片的提升作用，将土壤提升至搜集器内部，随后土壤与肥料接触混合并在螺旋钻提升后随着土壤收集器向下进入钻孔内部，其结构图如下3-1所示。

图3-1土壤收集器结构图

3.2螺旋钻头的设计

3.1.1螺旋刀片的参数的选择

刀片的选择：

选用梯形刀片比较事宜，安装角度以小于30

比较合适。

刀片的厚度/mm：

8~10；

刀刃的厚度/mm：

0.2~0.8；

刀片的材料：

65SiMnRe钢或65Mn刚

刀片的硬度：

HRC46~HRC60

3.1.2螺旋钻头的外径

螺旋钻头的外径是根据施肥坑洞的直径确定的，螺旋钻头的外径应略微大于施肥坑洞的直径，而随着土壤类型的不同其差异也有所不同。

所以其螺旋钻的外径可以以下面的公式确定；

（3-1）

其中，D为螺旋钻头的外径；

D0为施肥坑洞的直径，取0.38m。

将数据代入式子

（1），得出

根据果园挖穴施肥机的工作要去，固取D=0.36m。

3.1.3螺旋钻头的长度的确定

一般的螺旋钻头的长度H应不小于坑深H0，即

；

该施肥