0003-固态肥料强制施肥机设计【全套7张CAD图+说明书】
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固态肥料强制施肥机设计 Design of solid fertilizer machine目 录摘 要4ABSTRACT5第一章 前言6第二章 施肥机总体研究情况82.1 课题的研究背景及意义82.2国内外施肥机发展现状92.2.1 国外施肥机的研究现状92.2.2 我国施肥机的研究现状112.3 本课题的研究内容122.3.1 技术要求13第三章 固态肥料强制施肥机整体方案的确定143.1 施肥机的分类143.5 施肥机总体方案的设计18第四章 固态肥料强制施肥机关键零部件的设计204.1驱动电动机的选择204.1.1 功率的计算204.1.2 电动机的选择204.2 链传动的设计与计算214.3排肥装置的设计244.3.1材料选择244.3.2螺旋直径的确定244.3.4螺距确定254.4 联轴器的设计校核254.5 联轴器的设计及强度校核274.5.1 联轴器强度计算274.5.2 联轴器的疲劳强度校核284.5.3 联轴器的接触应力校核304.6 轴承的选择和润滑及其寿命计算31第五章 结 论34参考文献35致 谢37摘 要施肥是农业生产中不可缺少的一个环节,机械化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。而现有的肥料种类多,性状复杂,目前固态肥料使用量大,覆盖面宽,但现有的施肥装置大部分采用外槽轮设计,排肥稳定性差,易堵塞,可靠性差,本文设计了一种能完成固态肥料可靠施肥机械。本文设计的固态肥施肥机,减轻了劳动强度,提升了施肥机械化水平,保证了农时、作业质量高、减小了种植成本,为农业生产向集约化、产业化发展提供了有力的设备保障,减少有机肥肥料的施用量,防止土壤板结酸化,实现了农机资源的合理组合,优化配置和充分利用,降低了农机资源的浪费。本文完成了固态肥料强制施肥机的关键部件参数选型,包括对动力的选型、排肥装置、传动系统等进行规范设计。 关键词:农业机械;施肥机;结构设计ABSTRACTFertilization is indispensable in the agricultural production of a link, application of mechanization is artificial uniformly accurate, depth and high efficiency, fast speed, and field management operation create good conditions is realize agricultural modernization of one of the important means. And existing many kinds of fertilizer, complex traits, at present, solid fertilizer using a large amount, wide coverage, but the existing fertilizing device most of the outer grooved wheel design, fertilizer poor stability, easy to plug, poor reliability. In this paper, the design of the a complete solid fertilizer fertilizing is reliable machinery.Solid fertilizer machine designed in this paper, reduce the labor intensity, enhance the level of mechanization of fertilization, guarantees the farming season, high operation quality and reduce the cost of planting, for agricultural production to intensive, industrial development provides a powerful guarantee to the equipment, reduce the amount of organic fertilizer application, prevent the acidification of the soil compaction, to achieve a reasonable combination of agricultural resources, optimized allocation and full utilization, reduce waste of agricultural resources.In this paper, the selection of key components of the solid fertilizer machine is completed, including the selection of the power, fertilizer plant, transmission system and so on.Key words: agricultural machinery; fertilizer applicator; structural design第一章 前言肥料是施于土壤或植物上,能够改善植物生育和营养条件的一切有机和无机物质。肥料一般可分为化学肥料和有机肥料两大类,每一大类中都有固体和液体两种形态。化学肥料一般加工成颗粒状、晶状或粉状,一般只含有一种或两、三种营养元素,但含量高,肥效快,用量也少。有机肥料主要是由人畜粪尿、植物茎叶及各种有机废弃物堆积沤制而成,亦称农家肥。有机肥能增加土壤中有机质含量,改善土壤结构,还能提供作物所需的多种养分。但肥效缓慢。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。联合国粮农组织(FAO)的统计表明,化肥对提高农作物产量的作用占4060%,我国化肥对作物增产的作用占30 40 %。我国化肥总产量占世界的16.6%,总产量仅次于美国,居世界第二位,总施用量占世界的27.5%,居世界第一位。我国粮食生产能取得如此大的成就,很大程度上得益于化肥施用量的增加及施肥技术的不断发展有关。数据显示,2010 年我国化肥用量为4713万t,2011年为 4833万t,2012年全国消耗化肥4875万t。施肥是农业生产中不可缺少的一个环节。现在我国的旱地作物一般采用的追肥措施一般都是手撒肥或者直接选择不追肥,虽然有一部分作物采用了深土施肥,但是他们采用的依然是传统的播种机械追肥,这样的追肥方式一来是容易对农作物根部产生破坏,二来这种施肥方式不能很好的保持土壤的水分,另一种就是施肥的肥料种类有限制,不能满足多种肥料的混合使用,鉴于此类情况我们设计了这种既能保证对农作物根部施肥,又能不让水土流失还能使几种肥料共同精量的施用,目前的一些能保证精量施肥的机器大多都是采用高端的定量系统,此系统虽然提高了施肥的精准性但是这种机器的成本造价高,而且在实际应用中会因为时间滞后性而带来不当的作业问题,这种高端产品虽然能提高精准度但是其中的数据管理、地理信息、还有计算机技术无一不增加额外成本和人力投入并且这些设备通常比较复杂,控制难度较大、价格比较高,但是就简单施肥来说并不是需要多么高的精准量,我们应在施肥机上做的就是减小成本增加性能,这样才能保证农民的根本利益。由于田间施肥作业劳动强度大,效率低,作业成本高,而现有的肥料种类多,性状复杂,目前固态肥料使用量大,覆盖面宽,但现有的施肥装置大部分采用外槽轮设计,排肥稳定性差,易堵塞,可靠性差,因此需要设计一种能完成固态肥料可靠施肥机械。本文设计的固态肥施肥机,减轻了劳动强度,提升了施肥机械化水平,保证了农时、作业质量高、减小了种植成本,为农业生产向集约化、产业化发展提供了有力的设备保障,减少有机肥肥料的施用量,防止土壤板结酸化,实现了农机资源的合理组合,优化配置和充分利用,降低了农机资源的浪费。第二章 施肥机总体研究情况2.1 课题的研究背景及意义作为世界人口最多的国家,且农业为第一产业的中国有着独特的资源,土地面积大,数量多,资源多样化,同时人均占有量极少。随着人口的不断增多,可开发的耕地资源越来越少,这就决定了要保证我国粮食增产必须依靠提高耕地单位面积产量的方法,提高土地生产效率。其中,对于北方寒地区域来讲,粮食产量占全国的比例不容忽略,中耕作业和追肥等农业机械装备的需求也逐步增加,对于有效的提高追肥效率是影响中耕作物产量和质量的重要方式和途径。对于化肥的使用量考虑,其对粮食的总体增产作用约为40。截止到2006年,中国正式称为了世界首位化肥消费和生产国,其投入规模占我国农业消耗总成本的50左右。然后,对于施肥方式和设施而言,其化肥利用率并不可观,对于大部分中耕作物的追肥效率总体分析和统计,总施肥利用率不高于32,这也导致化肥成本持续升高,甚至造成投入和产出效益差不相符,形成经济负增长现象。持续到现在问题仍未解决,肥料利用率低,造成的过度施肥和不必要浪费的物料必然导致对土壤的污染加重,对生态环境造成更深一层的威胁,地力逐渐下降,土壤压力逐年增加,作物生长条件持续恶化。据国家统计局统计,化肥的损失率高达70,同时,通过农艺学专家试验分析,肥料的利用率每增长十个百分点,土壤的富营养化的污染状况约减少六个百分点,此外,有效的降低化肥的不必要输出可避免氨气、硝化作用和氮氧化物对大气的污染,并从很大程度上减少土壤板结和肥力下降的威胁。综上所述,为保证农业的可持续发展和中耕作物的追肥效率,肥料利用率的提高已经是当今的重要问题,需进一步解决。对于提高作物产量,化肥从中占据着主要位置,然后,对于其用量的持续增大和一些负面作用的影响,对现在土壤的污染问题也逐渐扩大,作为作物生长生育环境的重要因素,土壤和环境的质量问题越来越受关注,对于可持续发展的必然要求,化肥的投入量决定土壤的健康质量、富营养化、有机物质的占有量和酸碱性含量。因此,结合现有技术的发展和生态农业的进一步要求,化肥的投入和土壤的保护已经进一步加以重视。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,施肥机械的要求与日俱增。机械化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。农业机械产品设计是中国小农经济机械产品设计的重要组成部分。新颖的造型设计有利于体现产品功能的合理性、技术的先进性和宜人性,从而大幅度提高产品的附加值,增强产品的竞争力。据调查,目前市场上存在的播种施肥中耕机主要有以下问题:(1)功能:市场上存在的一些施肥器,有的只具有施肥这一项功能,并且比较费力,需要两到三个人才能进行施肥,(2)外形体积:市场上存在的手扶施肥播种机具多是采用柴油机,所以体积笨重,我们在使用前从家里运到田地里也是个问题。(3)环保:市场上存在的手扶施肥播种机具多是采用柴油机,在使用中消耗柴油资源而且放出浓烟,中国八亿农民都使用的话,对大气环境的污染是很严重的。因此使用电力作为动力会更加环保。(4)安全:汽油机柴油机在使用前和使用中都多多少少会具有一定的危险性,特别是在使用中如果因为某些零件损坏而导致失控,则会带来更大的不安全因素,所以使用电作为动力是一个不错的选择。 (5)人机交互:遗漏了设计中的与人相关的因素的探讨,忽视解决人-产品-环境-社会系统。(6)人机工程:农业机械造型忽视了与人体工程学的结合。 2.2国内外施肥机发展现状2.2.1 国外施肥机的研究现状日本、美国、英国、加拿大等经济发达国家,经历了20世纪4050年代种植业基本机械化及6070年代畜禽与水产养殖业基本机械化后,90年代的种植业和养殖业已进入高度机械化、现代化阶段。农业机械正向大型、高速、低耗、自动化和智能化发展。美国是当今世界上农业生产现代化程度最高的国家之一,已基本实现了区域化、专业化、机械化、社会化、商品化和网络信息化。一些农场主往往经营上千公顷连片土地,在农业生产的产前、产中、产后的每一个生产环节都使用机械操作,全面实现了机械化。美国已成为世界上农业劳动生产率最高的国家之一。加拿大Flexicoil公司生产的5000型免耕播种施肥机,整机总长约为174米,种行宽度范围为183em366cm。由铲型开沟器和气息式排肥机构组成,以多行作业完成镇压,梁架结构构成开沟装置,可较好的避免堵肥故障,并使空气压缩于肥箱,固定在整机后侧,可代替行走轮的支撑架,即可摆脱肥料量对开沟器土壤压力的限制,使开沟效果和开沟深度有较好的稳定性和一致性。日本在精准农业施肥领域进行的研究处于示范阶段,但是日本的研究方向偏向于水稻种植。这也是因为日本是一个岛国的原因吧,为了提高产量和作物的耕作方便性日本政府专门启动了“21世纪农业机械紧急开发课题”的研究,也将精准农业相关技术列入计划。看来日本的机械化水平也是不低,并且日本的投资量也是相当大的。19世纪40年代英国的一位科学家安排了长期肥效实验,此实验开启了世界科学施肥技术的探索历程,从此各位科学工作者们在施肥量以及施肥种类和施肥方式还有施肥时间等各个方面展开了大量的调查研究工作,早在20世纪50年代美国就在他们农场的联合收割机上装载了GPS系统,虽然只是一个小小的小系统但是此系统却代表着从此人类在农业技术上进入了精准化的时代。到了20世纪90年代的时候,精准的农业技术已经在欧美国家发展的势不可挡,并且已经具有了相当的规模。近几年来看,农业机械中的精密施肥发展速度逐步增加,其中遥感技术也开始在农业机械方面加以应用。而精准农业设施在国外的应用分类较繁多,其中北美的精准农业技术较成熟和先进。法国的农业在精准设施方向的起步同样较晚,但其研究范围和研究内容较多样化,研究精度和深度比较高,在产量图和目标投入话的测定和保护定耕作的方面,法国的农业机械技术较为先进,尤其在电子方面的利用和GPSGIS的系统变量作业,如法国“女骑士”肥料撒播变量控制系统已大量应用于各种类型的离心式肥料施肥机上。德国的农业科学家做出了许多关键研究,例如农业生产技术的提高、经营方式的改善,肥料和农药方面的合理利用和效率提高。如POTSDAMBENNIM农业技术研究所在1993年首次提出GPS定位来解决土壤耕作的多样性和复杂性等问题,因地制宜的合力规划,以处理不同质地和不容区域的作物投入方式。日本京都大学和日本农业机械研究所对对于变量施肥技术在小型地块的应用处于独特地位,其中的作物目标投入卫星导航图和测产量云图都具有独立创新性。其优点是排肥机构具有较强的独立系统,动力源自电机驱动,并可调节转速控制肥量,牵引动力拖拉机有GPS卫星定位,排肥装置由风机输送,运用气流式运动到各个输肥,使肥料颗粒均匀散落至土壤表层,电机单体固定在牵引拖拉机附近,且转速由附载计算机控制,其计算机为主要导航识别机构和变量控制机构,有效提高了施肥准确度和施肥精确度。2.2.2 我国施肥机的研究现状19世纪氮肥从日本输入到我国的台湾,从此我国就进入了施肥的农业新时代。在1970年和1981年开展的两次大规模的化肥肥效实验,总结出了测土配方技术服务模式,初步建立了全国测土配方施肥技术体系。虽然化肥给我国的粮食生产带来了特别大的效益但是随着我国的化肥用量的增加,施肥方法又成为了我国的焦点问题,传统的施肥方法大量使用人力,人的工作不但不能完美的做好施肥和追肥工作,而且造成了肥料的大量浪费,人的土壤表面施肥造成了大量的肥料不能被农作物所吸收这样就降低了施肥效益,要是想提高化肥的吸收效率就必须提高施用浓度,这样也造成化肥的大量浪费,所以怎么样才能提高化肥的施用效率,什么样的机器才能解放人类的双手,这又成为一个全国性的农业机械装备焦点问题。2bj-2式精密播种施肥机的辛莉等人提出,通过施肥驾驶盘旋转,手指尾杆接触,换档杆带动肥料排放阀的导管被打开和关闭的排肥口和孔施肥。精密播种机调整方便孔施肥,肥料的驱动不同的拨号指标置换,可以适应多种作物栽培要求,通过改变肥料覆盖点的范围,来调整与手指接触的杠杆位置。周舟等人开发了一套施肥量可调、精准施肥机可以在不同的温室中自由移动,主要由机架,施肥控制系统,混合泵和管道系统等,可实现滴灌施肥和叶面喷施两种施肥方法,使用少量的肥料为了保证施肥效率。通过试验和田间实践表明,机构简单可行,灵敏度高,可以从很大程度上提高肥料利用率。李宁等人开发的烟草挖外槽轮式施肥机施肥机加装凸轮下方,由外槽轮式排肥箱肥料的施肥均匀地排入凸轮入土口,挖掘轮顺时针驱动链轮,并带动凸轮,凸轮驱动摇臂,摇臂克服复位弹簧的张力致顺时针摆动,施肥阀向下移动,肥粒落入孔管,从而施肥作业。随着我国农业的不断发展,农业机械的发展取得的可喜的成绩,1993年元月,为满足地区及全国对适用中耕施肥机的急迫需求,农垦科学院农机研究所综合国内外各类中耕施肥机的优点,结合地区的具体情况,用9个月的时间成功研制3ZF-6(8)中耕施肥机。近几年我国成功研制出3ZF-150型多功能中耕施肥机,在三年多近两万亩的较大规模实地试验生产考核后,取得了良好地效果,受到了农民地欢迎和认可。这两种中耕施肥机械运用于种植业效果比较突出,对于果树种植模式还不适应,果树地中耕施肥机械还有待研究。上海首先迈出了这一步,20世纪80年代上海在计算机指导下的测土施肥机俱进研究,并且在生产上取得了良好的效果。90年代后开始对精准农业大量投资,国内在引进消化吸收国外的研究成果的基础上研究探讨适合我们中国国情的施肥机器,并且很快取得成效在实践上展开了应用,就目前来说我国的精准农业机械主要使用的是GPS定位土壤取样化验、利用地理信息系统产生各种信息,从而反馈到控制系统调节施肥量和种类,最有代表性的要说利用GPS进行直线作业导航自动控制的黑龙江垦区大西江农场的约翰迪尔变量施肥播种机,此施肥播种机也能代表我国的先进水平上海的某所大学也研制出了我国第一台适合南方地区农业技术和耕作环境特点的基于GPS/GIS/GPRS的智能变量施肥、播种、旋耕复合机。突破了国际上变量施肥机依赖处方的瓶颈,实现了智能变量、人工自动适应变量的多模式下的变量施肥作业。吉林某大学也研制出来了2SF-2型变量深施肥机,并且完成了手动和自动控制两种操作方式的实验,结果表明,此施肥机能够完成他的设计目标实现精准作业,应用最广泛的还是数北京农林科学院农业信息化工程技术研究中心研制的2F-VRT1变量施肥机、1GG-VRT1旋耕变量施肥机,该设备主要根据用户设置施肥量或上位控制计算机处方施肥量,实时GPS位置信号及作业行走速度信号,该机也支持手动和自动两种操作方式,目前该机的应用也已经开始推广了,主要推广地还是在北京、建设兵团。上海等等。我国的农机具的研究相对于国外发达国家来说起步比较晚,目前还和发达国家有很大的差距,这些差距体现在我国的田间作业图层与农具的借口软件信息技术不过硬,缺乏统一的农业信息标准和资源共享机制,农机作业现在还没有实现国产化,机械制造成本高农民难以接受、所以推广起来有非常大的难度。所以我国应该开展适合我国国情的精确施肥研究和实践。从我国各个地区的农业现实出发,考虑各个地方的发展不均衡性实现提高我国机械化农业作业的大范围化,而且我们应该开发一些省时、省力、省工、结构简单、实用性好、使用寿命长的肥料施用器,为我国农民的田间耕作创造好的设备基础。2.3 本课题的研究内容本设计的任务是对固态肥料强制施肥机设计进行结构设计,完成关键部件参数选型及关键零部件校核,包括对动力选型、工作部件结构、传动系统等进行规范设计。通过该设计过程是学生总个运用所学的知识和技能,在实践中提高分析、解决工程实际问题的能力,拓展学生的知识领域,培养学生学习的能力。该课题不仅需要涉及机械结构和机构,还需要涉及到自动化装配等问题。该课题设计到设计、绘图、控制等各方面的知识,可以培养学生综合运用所学知识解决具体工程项目的能力。2.3.1 技术要求本设计的任务是固态肥料强制施肥机的设计,完成关键部件参数选型,包括对动力的选型、排肥装置、传动系统等进行规范设计。1.主要技术参数:配套动力:55kw(拖拉机动力输出);工作效率:4-5亩/h;整机重量:50kg。2.基本要求:1)所设计的固态肥料强制施肥机应具有以下特点:结构设计合理,可以适应不同类型固态肥料的施肥作业; 施肥作业时工作性能稳定,排肥均匀,排量稳定可调,不堵塞,整机达到主要技术参数的要求。2)需要提交的(电子)文稿:(1)完成3张A0图(折合),并要求利用计算机绘图软件绘出装配原理图及各零部件图,正稿电子文档各一份;(2)撰写不少于10000字设计说明书,提交草稿、正稿、正稿电子文档各一份。要求计算合理、数据可靠,格式按湖南农业大学学报(自然科学版)的规定;(3)设计说明书的内容包括:课题的目的和意义;研究的主要内容;整体方案的确定;主要零、部件的选择和设计;工作过程分析与计算:重要零、部件的计算与校核;参考文献;致谢。第三章 固态肥料强制施肥机整体方案的确定3.1 施肥机的分类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。图3-1 星轮式排肥器1活门轴 2 挡肥板 3 排肥活门 4 导肥板 5 星轮6 大锥齿轮 7 活动箱底 8箱底排钩 9 小锥齿轮 10 排肥轴11 轴销 12 输链轴 13 铰链轴 14弹簧 15 排肥器支座(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。图3-2 外槽轮式排肥器1 肥料箱 2 活门插板 3 槽轮 4 导肥管 5 凹形底板(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。对于大批量的排肥量时,效率高并且钢丝弹簧式不易被肥料粘附,排施潮湿肥料的能力强。图3-3 螺旋式排肥器1 插板 2 箱底 3 排肥管 4 排肥螺旋 5 排肥轴 6 链轮7 隔板 8 肥箱(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。图3-4 水平刮板是排肥器1 肥料箱 2 导肥锥体 3 搅拌器 4 排肥刮板 5 弹击器 6 排肥量调节盘7 清洁杆 8 清肥杆传动齿轮 9 排肥口 10 排肥口调节插板 11 导肥管(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。图3-5 搅刀-拨轮式排肥器1 肥箱 2 密封胶垫 3 拨肥轮 4 活门5 排肥门 6 搅刀 7 搅刀筒 8 喂肥叶片(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。图3-6 振动式排肥器1 肥箱 2 铰链 3 振动板 4 肥量调节板5 振动轮 6 排肥螺旋 7 导肥管8 排肥孔3.5 施肥机总体方案的设计为确保整个设计过程井然有序的进行,本课题将按照以下设计方法一步一步的进行展开:通过市场调查和网络调查,进行资料收集,了解目前播肥中国内外的现状,并运用缺点分析法分析现有产品的缺点和不足,以便在以后的设计中尽量避免。 筛选出其中的较优方案,并对较优方案做进一步的细节完善和修改,绘制出最终效果图。运用形态分析法和综合分析法对草图进行筛选,得出最终可行方案对其最终结果进行修改和完善。本次设计采用的是螺旋式播肥器,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。对于大批量的排肥量时,效率高并且钢丝弹簧式不易被肥料粘附,排施潮湿肥料的能力强。如图3所示:图3:固态肥料强制施肥机方案第四章 固态肥料强制施肥机关键零部件的设计4.1驱动电动机的选择4.1.1 功率的计算固态肥料强制施肥机在满足工作要求和性能的情况下,优先选择链传动,可以降低成本,节约能源。根据技术要求,施肥机选用四级单相电动机,同步转速为1500r/min,可满足使用方便,操作简单的要求。首先计算工作机所需输入功率Pw:式中,F播肥阻力,取最大值F=75N; 揉搓阻力系数,f=0.5; n速度(r/min),n=200-220,此处取220r/min; 半径,取0.55m。传动装置总效率: 式中,传动效率,由参考文献1P94页表10-2,; 轴承传动效率,由参考文献1P94页表10-2,。则所需电动机输出功率: 4.1.2 电动机的选择 (1)电动机功率的选择。选择电动机包括选择电动机的类型、结构、功率、转速和型号。在工业上一般采用三相交流电动机,Y系列三相交流异步电动机由于具有结构简单、价格低廉、维护方便等特点,故一般应优先考虑。当转动惯量和启动力矩较小时,可选用Y系列三相交流异步电动机,在经常启动、制动和反转、间歇或短时工作的场合,要求电动机的转动惯量小和过载能力大,应选用YZ和YZR系列三相交流异步电动机,电动机的结构有开启式、防护式、封闭式、防爆式22。在此可选用封闭式的电动机。所以选用Y系列全封闭式笼型三相异步电动机。选择原则:功率选的过小,不能保证工作机的正常工作或使电动机长期过载而过早损坏;功率选的过大,则电动机价格高,且常不在满载下运行,功率因素很低,造成浪费。对于长期连续工作负荷较稳定的负载机械,可根据电动机所需要的功率来选择,选择时应使电动机的额定功率PN稍大于电动机的所需功率。选电动机的额定功率为2.2kw。结合电动机选同步转速1500r/min,易知应选电机型号为Y100L1-4。其参数为额定功率2.2KW,同步转速1500r/min,满载转速1340r/min。(2)确定电动机的转速。同一功率的异步电动机的同步转速有3000r/min、1500 r/min、1000 r/min和750 r/min四种。一般来说,电动机的同步转速高,磁极对数少,轮廓尺寸小、价格低;反之,转速愈低,外轮廓尺寸愈大,价格愈高。由于工作机毛刷滚筒的转速很低,所以不易选用高速电动机,一般应选择同步转速为1500或1000 r/min 的电动机。(3)电动机的型号的确定。根据所要求的的转速和功率选择Y系列三相异步电动机,由机械设计课程设计手册查得可选用电动机Y100L1-4,功率2.2kw,转速1500r/min。因为工作环境,如果不加防护,水有可能进入电动机中导致电机短路而烧坏,于是在设计中选择电机的防护等级为IP44,选取的电机型号为Y100L1-4。4.2 链传动的设计与计算牵引力的计算张力计算牵引力的计算张力 式中:牵引链的计算张力。 而, 所以代入式(3-16)得:则每一根链条上的计算张力为: 故试取的链条合适。最大驱动力计算最大驱动力 式中:最大张紧力; 选用的电动机额定功率; 电动机的起动力矩和额定力矩的比例系数,可从所选电动机样本中查到。 各参数值为:N=3KW,V=0.2m/s,。 故代入式(3-17)得: 链条的最大承载能力为: 此时的安全系数为 符合要求制动力矩的计算 式中:制动力矩; 输送线路中,运行阻力可能减少的系数,一般取; 物料提升的高度总和; 驱动链轮的圆周力; 驱动链轮的分度圆直径; 驱动机构的效率,取。各参数值为:;(因为Z=6,); 则代入式得:(负号表示力矩方向)张紧力的计算 式中:张紧力;张紧链轮上牵引链饶入点的张力; 张紧链轮上牵引力饶出点的张力; 张紧装置的滑快移动阻力,而。式中:阻力系数,由于装置在滑轨上,由此取; 包括轴和链轮在内的张紧装置的重量。 故 代入式得: 齿槽中心分离量:(用于机加工齿) 齿沟圆角半径: 压力角(作用角): 取齿沟角: 取齿廓工作段: 4.3排肥装置的设计根据固态肥料的特点,为了保证定量稳定不堵塞的输送肥料,排肥装置采用螺旋输送,设计一个等螺距、等直径、螺旋面升角为口的单头绞龙。绞龙旋转时对有机肥进行剪切搅拌,同时上绞龙向下输肥,防止肥料拥堵和架空。出肥口设计在箱体后部,实现施肥。螺旋输送结构的原理是:当螺旋轴转动时,由于物料的重力及其与槽体壁所产生的摩擦力,使物料只能在叶片的推送下沿着输送机的槽底向前移动,其情况好像不能旋转的螺母沿着旋转的螺杆作平移运动一样。物料在中间轴承的运移,则是依靠后面前进着的物料的推力。所以,物料在输送机中的运送,完全是一种滑移运动。为了使螺旋轴处于较为有利的受拉状态,一般都将驱动装置和卸料口安放在输送机的同一端,而把进料口尽量放在另一端的尾部附近。 旋转的螺旋叶片将物料推移而进行输送,使物料不与螺旋输送机叶片一起旋转的力是物料自身重量和螺旋输送机机壳对物料的摩擦阻力。4.3.1材料选择螺旋轴的材料根据使用场合不同,可采用碳素钢、合金钢、不锈钢、灰铸铁、青铜、高分子聚合物等材质制造。对各种材料的性能、价格等因素对比,采用碳素结构钢Q235的空心轴制成,既能满足强度、刚度等性能要求,还可以降低制造成本,减少螺旋轴的自重,所以螺旋轴采用Q235,螺旋叶片采用碳素结构钢Q235制造,既能满足绞龙的性能要求,制造成本经济合理。 4.3.2螺旋直径的确定计算得出D=17mm,查标准D取20mm。4.3.4螺距确定螺距不仅决定着螺旋升角,还决定在一定填充系数下物料运行的滑移面,所以螺距的大小直接影响着物料输送过程。输肥量Q和直径D一定时,螺距改变,物料运动的滑移面随着改变,这将导致物料运动速度分布的变化。确定最合理的螺距,应满足螺旋面与物料的摩擦关系以及速度各分量间的适当分布关系两个条件。通常依据经验公式S=k。D,k,为螺距与绞龙直径之比,一般取k=4。当D=20mm时,S=8mm。4.4 联轴器的设计校核 本次设计的联轴器如图4.3所示: 图4-2:联轴器零件图 联轴器长度为150mm ;许用应力 用插入法查得:许用应力值 应力校正系数 当量弯矩 设计的最小直径 联轴器直径 ; 验算合格。4.5 联轴器的设计及强度校核4.5.1 联轴器强度计算 式中:联轴器的均布载荷; 力; 宽度。 式中: 均布载荷; 反力; 长度 式中: 前后均布载荷 式中: 平面上附加的均布力矩按扭转条件计算截面的强度因此截面安全。按弯扭合成条件计算截面因此截面安全。4.5.2 联轴器的疲劳强度校核截面直径最小,且有应力集中;截面为连接处,由于直径发生实然变化,产生明显的应力集中;由于直径最大且无应力集中,故不必对其他地方处进行校核,而只需对、截面进行校核。截面右侧因为截面受扭矩作用,所以由于变化形成的理论应力集中系数由表查取。因,经插值后可查得轴的材料的敏性系数为有效应力集中系数为尺寸系数表面质量系数为处未经表面强化处理,即,则得综合系数值为取 计算安全系数可知其安全。截面左侧 弯曲应力所以 , 扭转应力所以 由于轴径变化形成的理论应力集中系数因,经插值后可查得,轴的材料的敏性系数为,有效应力集中系数为尺寸系数尺寸系数表面质量系数为此处未经表面强化处理,即,则得综合系数值为取 ,计算系数值故安全。4.5.3 联轴器的接触应力校核最大压应力 式中:均布载荷;接触区宽度的一半。 式中:模数;半径; 半径。所以4.6 轴承的选择和润滑及其寿命计算 轴承的选择要考虑一下几个因素: (1)载荷的方向、大小和性质向心轴承主要承受径向载荷,推力轴承主要承受轴向载荷。当滚动轴承同时承受径向和轴向载荷时,可选用角接触球轴承、圆锥滚子轴承;当轴向载荷较小时可选用深沟球轴承。角接触球轴承和圆锥滚子轴承需成对安装使用,一般滚子轴承比球轴承的承载能力大,且承受冲击载荷的能力强。载荷的方向同时来自轴向和径向两个方向,而且轴向载荷与径向载荷相比径向载荷要远远大于轴向载荷。 (2)转速一般轴承的工作转速应低于极限转速。深沟球轴承、角接触轴承和圆柱滚子轴承的极限转速较高,适用于高速运转场合。推力轴承的极限转速较低。 (3)支撑限位要求固定支承限制两个方向的轴向位移,可选用能承受双向轴向载荷的轴承;单向限位支承可选用能承受单方向轴向载荷的轴承;游动支承轴向不限位,可选用内、外圈不可分离的向心支承。(4)调心性能当两个轴承座孔同轴度不能保证或轴的挠度较大时,应选用调心性能好的调心球轴承和调心滚子轴承。(5)刚度要求一般滚子轴承的刚度大,球轴承的的刚度小。角接触球轴承、圆锥滚子轴承采用预紧方法可以提高支承的刚度。轴的径向负荷较大,有来自滚筒、原料和水的压力共同作用,对轴承的刚度要求较高,并要能承受一定冲击力,圆锥滚子轴承采用预紧方法可以提高支承的刚度。根据计算出的轴的尺寸,可从机械传动装置设计手册的圆锥滚子轴承尺寸与性能参数表中选择。所以,选择6206型号轴承。对于选用的轴承需要进行可靠度和疲劳寿命的校核。根据机械设计可知,先计算当量动载荷,载荷分为轴向和径向,但此轴为水平放置,轴向力可以忽略不计,所以只受径向力。当量动载荷的公式: 式中: 当量动载荷,N径向载荷,N;轴向载荷,N; X、Y径向动载荷系数和轴向动载荷系数。所以根据机械设计中表18.7可得本设计的当量动载荷的X和Y分别为1和0。将数据代入得, 所以圆锥滚子轴承的基本额定寿命计算根据公式21: 式中: 当量动载荷,N; 基本额定寿命,常以106r为单位; 寿命指数,球轴承,滚子轴承。若轴承的工作转速为 r/min,可求出以小时为单位的基本额定寿命公式: 代入数据得, =应取。为轴承的预期使用寿命。由于本设备使用于毛刷与水混合时的清洗过程,而且毛刷滚筒要连续工作不可能手工润滑虽然转速很低但长时间工作也会使内部温度升高,所以要选择耐水和耐热的油脂润滑。查机械设计课程设计手册表72知,可选用的性能比较好的通用锂基润滑脂(GB/T 73241994)。由于工作机的转速低,所以温度在100C以下,所以根据机械传动装置设计手册表302得,轴承座的密封可采用垫密封的材料为天然橡胶的橡胶垫片。 第五章 结 论通过这次固态肥料强制施肥机的设计,我认识到了单纯的理论知识学习和实际设计之间的差距。 通过这次毕业设计既锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识,解决实际应用问题的能力,同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计 规范以及电脑制图等其他专业能力的水平,而且通过对整体的掌控,对局部的取舍,以及对细节的斟酌处理,都使我的能力得到了锻炼,经验得到了丰富,并且使我的毅力,意志力以及耐力都得到了不同程度的提高。这些都是我希望得到的 也是毕业设计的目的所在。虽然毕业设计内容繁多,过程繁琐,但我的收获也是非常的多。各种设计方案的适用条件,各种零部件的选用标准,我都是随着设计的不断深入而不断熟悉并学会应用的。从毕业设计中学来的这些宝贵的知识和经验,必然会让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力,更强的沟通力和理解力。本次设计参考了许多资料,吸取了其优点,并在考虑我国实际的基础上完成了固态肥料强制施肥机的设计,表达了自己的设计思想,完成了设计任务。但是由于缺乏生产和设计经验,问题一定很多,这些都需要老师改正,使之更合乎生产实际。参考文献1 许剑平,谢宇峰,徐涛.国内外播种机械的技术现状及发展趋势J;农机化研 究;2011年02期2中国农机院编,农业机械设计手册(上册) M,北京:机械工业出版社,19883中国农业百科全书(农业机械化卷) M,北京:农业出版社,19924张波屏,播种机械设计原理M,北京:机械工业出版社,19825 李建华. 农业机械学M. 北京:中国农业出版社 ,2002: 34-40.6 卜炎. 实用轴承技术手册M,机械工业出版社,2004: 21-33.7 黄成楠.我国施肥机械的现状与发展战略J.中国包装工业,1998(10):6-8.8 ASME Y14.5M-1994 Geometric Dimensioning and 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