龙门式红枣施肥机设计.docx

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龙门式红枣施肥机设计

前言

随着科学技术的高速发展，农业机械的普遍使用，大量减轻了农民的劳动强度，同时也提高了生产效率，进而提高了农副产品的产量。

本文介绍了一种红枣果树园施肥机械，主要是施液态肥，主有以下内容，从课题的提出，大量查阅相关文献资料，了解当前农用施肥机械的发展状况，比较了国内的发展趋势。

然后提出了本文的设计方案，进行相关零件的设计计算及校核，绘制了二维工程图，最后在SolidWorks中建立了其三维模型，为施肥机械的设计优化提供了一种思路及方法。

关键词：

农业机械；施肥机；三维；SolidWorks

目录

1概述1

1.2国内外研究现状1

1.3设计内容3

1.4设计意义3

2方案分析4

2.1设计任务4

2.2方案确定4

2.3带轮的参数7

2.4本章小结7

3施肥机结构设计8

3.1总体方案设计8

3.2减速器的设计8

3.3链传动设计8

3.4轴承选择12

3.5联轴器的选择13

3.6键的选择14

3.7本章小节14

4三维建模15

4.1SolidWorks软件介绍15

4.2主要零件建模16

4.3辅助零件建模19

4.3装配图建模20

4.4本章小节21

总结22

致谢23

参考文献24

工程概况

枣园通过矮化密植栽培技术达到了优质丰产的目标，起到了示范标本作用。

通过矮化密植，能够提高单位面积产量，提高果实商品率，取得较大的经济效益，是实现红枣早产，丰产高效的好路子，由此看来这种红枣种植模式在以后有很大的推广空间和发展潜力。

据此，本课题主要研究基红枣矮化密植的种植模式下的龙门式红枣施肥机。

1概述

果树施肥是果树生产中关键作业环节，施肥质量直接影响果树养分的吸收状况，合理施肥能使果树获得良好的生长条件。

为果树的高效施肥提供了新的技术途径，可有效解决目前人工施肥劳动强度大、土壤污染严重的问题。

因此，实现果园施肥机械化对解放劳动力、确保果树营养需求，提高施肥效率和果农增收非常重要。

挖坑施肥机的种类很多，如果按与配套动力的挂接方式对其进行分类，可分为悬挂式、手提式、牵引式和自走式施肥机。

1.2国内外研究现状

1.2.1施肥机研究现状

目前，在果树施肥工作中，多数果农仍沿用传统的人工挖沟或挖坑撒肥的方式，该方法肥料利用率低，大大增加了果农的劳动强度。

相比开沟施肥等其它施肥方式而言，挖穴施肥伤根少、有利于肥料的持续吸收，更节约能耗。

我国果树施肥技术处于刚刚起步阶段，机械化水平很低，多数果园仍采用人工作业，劳动强度大、效率低。

目前，国内使用的施肥机械只能完成机械钻孔和人工辅助施肥，施肥量无法实现精密控制，而且作业成本高，生产率低，劳动强度大。

相比之下，国外的施肥机械普遍采用了液压、电子、计算机等新技术进行控制来提高其作业质量，实现精量施肥，但机器成本较高，一次性投入较大，且与我国传统的果园种植模式不相匹配，不利于机具的通过作业。

针对目前果树施肥中存在的问题，可以从两方面来考虑：

一是依靠园艺技术来改善种植模式，实现机具与园艺配套，从而保证机具顺利进行园间施肥作业，但依目前来看，调整传统的果园种植模式很难实现；二是根据果树生长情况及营养需求，进行土地喷淋定量施肥，有效提高肥料利用率和作业效率。

1.2.2发展趋势

目前从国内外学者对农用施肥机的研究及其应用分析，开沟机大致有4个发展趋势：

1）专业化

由于国家经济的发展和施肥机工作效率高、沟型好等特点，应用施肥机的领域也越来越多。

设计适应煤炭、水利、农田、城建、军事各方面需要的新品种专业化施肥机成为未来施肥机机械领域的研究方向之一。

针对不同需求设计开发的专业施肥机有其各自的特点。

以农

用施肥机为例，一般农用施肥机需有良好的切草和入土能力，对土壤的翻动小，并在施肥机上安装种肥分施部件，保证部分土壤自然回落沟底，盖住肥料。

如北京农业工程大学于丽娟设计的免耕小麦播种施肥器包括输肥管、滑刀、输种管等结构。

2）大型化

为适应我国重大工程项目需要，开发大、中型施肥机是未来挖掘机械领域的发展趋势。

目前最大的施肥机功率达到1100kw，质量136t，开沟深1.8m、宽4.5m。

为配合施肥机大型化更好的发展，整车系统驱动是关键技术，目前一般采用液压机械式驱动或柴油电力驱动。

3）节能化

随着国家经济的飞速发展，大量工程机械所消耗的能源和排放无日无夜在不断增加。

为了保护人类赖以生存的环境，实现全球可持续发展的目标，努力达到人、设备、环境和谐统一，开发环保节能型产品已成为工程机械重要发展趋势。

针对施肥机的设计研究，可从以下几方面体现节能理念：

一是选用低油耗、低排放、低噪音、低公害的发动机，提高液压系统效率和防渗漏，降低整车振动和噪声；二是在设计中尽量采用可再生材料和低环境负荷的材料，使废弃零部件处理的污染最小化和综合成本的最优化；三是应用人机工程学改善工作条件，使施肥机不仅操作简便，而且工作环境舒适、安全，整机的控制和操纵更加趋向于人性化。

4）机电一体化

机电一体化指将机械、电子、信息处理和控制以及软件有机地结合起来，以计算机为主要特征的自动化技术。

目前国内外工程机械最显著发展趋势是机械的机电一体化。

针对施肥机而言，在某些带有危险性作业现场不适宜人工操作，可以采用无线电远程遥控开沟机作业，例如可在施肥机上安装模似传感器（模式压力、温度和转向角等）和数字传感器，信号通过分析处理，由控制器控制施肥机完成调速、换挡、转向等动作，在坡度作业施肥机可装备带倾斜仪的防倾翻装置。

为提高施肥机工作效率，及时对重要部件进行维修检查，可在这些部位配置传感器，通过监控分析传感器信号，进行故障预测，排除潜在故障，保证机器的正常运行，监控的主要部件是：

发动机油压、辅助转向泵流量、马达转速及流量、制动油、气压等。

此外，运用机电一体技术，可以使人工操纵作业简单化，能够完成纯机械操纵系统难以实现的精细操纵作业：

还可根据负荷条件和施肥地质条件变化，自动调节液压马达转速和发动机油门，使发动机输出功率得以有效利用。

1.3设计内容

根据我国实际情况，结合红枣树的营养需求，设计了一种果树喷淋施肥装置，该装置采用龙门式，一次可对两行土地进行喷淋施肥，其株行距为：

2×3M，高度为1.5m。

将柴油机与泵安置在平板上，以此为支撑部件，并采用一定的传动装置和施肥装置，进一步提高工作效率。

此外，工作部件和机架都是采用国家标准型材，保证机器良好的通用性。

1.4设计意义

果树园林业是现代化大农业的重要组成部分和富民工程的重要途径，喷淋施肥是果树生产管理中的重要技术措施，其合理与否直接影响果树生长、产量、果品质量及经济效益。

因此，研制出一种适于果园喷淋施肥的机械，对减少人力和物力资源的浪费、提高劳动生产率具有重要意义，主要表现在以下几个方面：

首先，能降低果农劳动强度。

果园产业是劳动和技术双密集产业。

目前，国内还没有用于果园的喷淋施肥机械，在该环节上主要以人工为主，工作环境恶劣、劳动强度大、生产效率低。

因此研制山地果园喷淋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。

果园机械的应用，能很好的控制果生产过程中的施肥用量，降低化肥在土壤中的残留量。

同时还能改善果树的生长环境，提高其对自然灾害和病虫草害的抵抗能力，促进果园的增产，带动果农增收。

最后，促进新农村建设。

对果园进行机械化生产，能促进果园的土地流转，实现规模化经营，提高效益。

另外，果树四季常绿，树姿优美，能够美化农村环境，提高农民的幸福指数。

综上所述，研制果园施肥机刻不容缓。

研发果园施肥机，是为了更好地促进果园产业化的发展，提高山地果园的机械化生产程度，降低生产成本。

喷淋施肥机的研制，可降低果农的劳动强度，提高果园的作业效率，促进果品的保值增值。

另外，从经济学角度考虑，该喷淋施肥机研制成本低、操作简单、运行可靠、维修方便，降低果的生产成本，具有可观的经济效益。

2方案分析

2.1设计任务

总体设计的任务为拟订设计方案，选择动力机，确定传动比并合理分配传动比，计算传动装置的运动和动力参数，为各级传动零件设计、装配图设计做准备。

该施肥机具有如下特点：

1）结构简单，操作方便。

2）效率高，开沟深度、宽度可调。

3）与柴油机配套使用，能适应不同地形作业，不用时可去掉不影响柴油机其它使用。

总体设计的任务为拟订设计方案，选择动力，确定传动比并合理分配传动比，计算传动装置的运动和动力参数，为各级传动零件设计、装配图设计和三维建模做准备。

2.2方案确定

由于本次设计的要求是设计一种小型液态施肥机，工作环境在红枣园。

株行距为：

2X3，高度为1.2~1.5mm，一次要以对两行植株同时喷淋施肥。

还要充分考虑施肥机应该利于移动，重量不宜过大，我们用提高传动装置的效率的方式，并且传动平稳，从而来减少能耗，降低运行费用。

所以应选用传动效率较高的链轮传动进行传动，以达到要求。

在满足功能的前提下应尽量简化以降低费用。

图2-1传动原理图

在设计二级和二级以上的减速器时，合理地分配各级传动比是很重要的，因为它将影响减速箱的轮廓尺寸和重量以及润滑的条件。

具体的传动方案如下：

柴油机输出动力一部分给离心泵进行肥料的喷淋，另一部分通过联轴器→二级锥齿轮减速器→联轴器→离合器→链传动→车轮，供整个装置的行走。

2.2.1柴油机选择

根据本次设计的具体要求，要求输入的功率在4kw~9kw的范围内，所以初步选定柴油机为14.7kw，其转速在540r/min，其配套实际输出功率P1＝14.7X60%＝8.82kw。

2.2.2拟订传动方案

1）传动机构方案

本次设计的一个重点之一就是如何正确合理的设计传动装置，由于本次设计是设计一种果园施肥机，所以保证此类施肥机具有少能耗高效率的特点则显得有为重要，再者本次设计是要求设计一种三轮行走装置，不需要改变动力传递方向，用一般齿轮传动与链传动就能满足设计要求。

2）传动装置布置

许多传递装置往往需要选用不同的传动机构，以多级传动方式组成，而传动先后顺序的变化将对整机的性能和结构尺寸产生重要影响，必须合理安排，本次设计采用4级传动，首先通过联轴器将柴油机上的动力传到机架上，然后通过减速器输出到联轴器，最后通过链传动来带动车轮运动。

3）传动比分配

在设计二级和二级以上的减速器时，合理地分配各级传动比是很重要的，因为它将影响减速箱的轮廓尺寸和重量以及润滑的条件，传动比分配的基本原则如下：

A.各种传动的传动比，均有其合理应用的范围，通常不应超过。

B.各级传动的承载能力近于相等。

C.各级传动中的大齿轮浸入油中的深度大致相近，从而使润滑最为方便。

D.分配传动比时，应注意使各传动件尺寸协调、结构匀称，避免发生相互干涉。

如设计二级齿轮减速传动时，若传动比分配不当，可能会导致中间轴大齿轮与低速轴发生干涉。

E.对于多级减速传动，可按照“前小后大”（即由高速级向低速级逐渐增大）的原则分配传动比，且相邻两级差值不要过大。

这种分配方法可使各级中间轴获得较高转速和较小的转矩，因此轴及轴上零件的尺寸和质量下降，结构较为紧凑。

增速传动也可按这一原则分配。

F.在多级齿轮减速传动中，传动比的分配将直接影响传动的多项技术经济指标。

例如：

传动的外廓尺寸和质量很大程度上取决于低速级大齿轮的尺寸，低速级传动比小些，有利于减小外廓尺寸和质量。

闭式传动中，齿轮多采用溅油润滑，为避免各级大齿轮直径相差悬殊时，因大直径齿轮浸油深度过大导致搅油损失增加过多，常希望各级大齿轮直径相近。

故适当加大高速级传动比，有利于减少各级大齿轮的直径差。

令1、2、3、4轴的输入功率和输入转矩分别为P1、P2、P3、P4，T