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果園開溝施肥機的設計
張盼1 李平1
(1. 塔里木大學機械電氣化工程學院， 阿拉爾 843300）
摘要：隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結構的調(diào)整，葡萄、紅棗已成為兵團優(yōu)勢林果經(jīng)濟發(fā)展和職工增收致富的新亮點和支柱產(chǎn)業(yè)。兵團目前葡萄的栽培面積為4.8萬公頃，紅棗的栽培面積為10.9萬公頃；但在葡萄、紅棗栽培過程中機械化生產(chǎn)水平還不高，果樹的施肥主要依靠人工作業(yè)，作業(yè)效率低，勞動強度大，施肥難以保證均勻。采用果園開溝施肥機來代替人工開溝施肥，不但可以節(jié)省大量勞動力，提高作業(yè)效率降低生產(chǎn)成本，而且開溝與施肥質(zhì)量也比人工要好。為了確保開溝施肥質(zhì)量、提高作業(yè)效率、降低生產(chǎn)成本就需要一種作業(yè)性能穩(wěn)定的開溝施肥機具。因此，符合生產(chǎn)要求的果園開溝施肥機在國民經(jīng)濟中具有重要的現(xiàn)實意義。
關鍵詞：林果經(jīng)濟；開溝與施肥；作業(yè)效率；均勻
中圖分類號:TD451 文獻標識碼：A
0引言
隨著我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結構的優(yōu)化調(diào)整，特色林果業(yè)己成為農(nóng)民致富的一條重要渠道，傳統(tǒng)的種植模式導致果園種植密度大，果樹矮化，果樹間距小，不利于現(xiàn)有機具通行。果樹的開溝施肥作為果樹保質(zhì)增產(chǎn)的必要園藝環(huán)節(jié)，目前基本還處于人工作業(yè)階段。兵團目前葡萄的栽培面積為4.8萬公頃，紅棗的栽培面積為10.9萬公頃；但在葡萄、紅棗栽培過程中機械化生產(chǎn)水平還不高，尤其缺乏專用配套的果園開溝施肥機具。人工開溝施肥，勞動強度大，工作效率低，施肥均勾度差；果園開溝施肥機在國民經(jīng)濟中具有重要的現(xiàn)實意義，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。首先，能降低果農(nóng)勞動強度。果園開溝施肥機不僅能大大降低果農(nóng)勞動強度，改善生產(chǎn)條件，還能解決勞動力季節(jié)性短缺的問題。其次，能提高農(nóng)業(yè)資源利用率。利用機器對果樹樹進行施肥，施肥均勻，能提高肥料的利用率，還能減少肥料對水土資源的污染，保護生態(tài)環(huán)境。再次，提供優(yōu)質(zhì)和安全的果品。果樹機械的應用，能很好的控制果樹生產(chǎn)過程中的施肥用量，降低化肥在土壤中的殘留量。在葡萄、紅棗施肥作業(yè)環(huán)節(jié)，除了采用人工開溝、施肥外，僅部分使用了犁鏵式開溝機輔助開溝作業(yè)，仍然需要人工完成施肥及埋溝填平工作。這樣不僅浪費了大量的人力、無力，而且效率較低。因此果園開溝施肥聯(lián)合作業(yè)機對于生產(chǎn)具有非常重要的現(xiàn)實意義。
1總體設計思路
果園開溝施肥聯(lián)合作業(yè)機主要由機架、圓盤開溝裝置、施肥裝置、埋溝覆土裝置、傳動系統(tǒng)和地輪限深裝置等部分組成。
1.1設計原理
開溝裝置是本機的主要工作部件，主要由開溝刀盤和開溝刀組成。開溝刀盤回轉半徑取決于刀軸傳動箱尾部圓角半徑、最大開溝深度及開溝機處于最大開溝深度時傳動箱底部離地間隙［8］。在滿足開溝深度要求的前提下，開溝圓盤工作半徑越小，整機結構越緊湊，消耗的功率越小。通過計算得到合適的尺寸。
果園開溝施肥聯(lián)合作業(yè)機采用拖拉機動力輸出軸輸出動力驅(qū)動傳動機構，通過萬向節(jié)、齒輪箱帶動開溝刀軸、開溝刀轉動，達到開溝的目的。設計合適的傳動箱、齒輪和軸的尺寸。
此果園開溝施肥聯(lián)合作業(yè)機地輪和地輪鏈輪是作為一個整體裝配的。當機具前進時，地輪和地輪鏈輪同時轉動，地輪鏈輪通過鏈傳動帶動肥料箱中的絞龍轉動實現(xiàn)排肥作業(yè)。準確實際鏈輪、鏈條和絞龍葉片方向。
覆土的質(zhì)量與覆土圓盤的傾斜角度有密切的關系，要得到合適的傾斜角度需使覆土圓盤能在兩個維度里旋轉。
1.2設計總體結構
果園開溝施肥機的總體結構示意圖，如圖1所示。
作業(yè)時，拖拉機懸掛裝置與機架三點懸掛聯(lián)接，整機質(zhì)量由拖拉機承擔。
拖拉機的動力輸出軸通過萬向聯(lián)軸器與傳動箱相連，傳動箱內(nèi)有兩個錐齒輪及三個直齒輪，將動力通過開溝傳動軸傳至開溝刀盤，刀盤旋轉實現(xiàn)開溝。
當機具前進時，地輪和地輪鏈輪同時轉動，地輪鏈輪通過鏈傳動帶動肥料箱中的絞龍轉動實現(xiàn)排肥作業(yè)。
覆土裝置將土回填入溝內(nèi)，完成整個作業(yè)過程。
1.機架 2.傳動箱 3.肥料箱 4.排肥傳動裝置 5.地輪限深裝置
6.覆土裝置 7.排肥裝置 8.開溝裝置
圖1 開溝施肥機整體結構圖
2關鍵部件的設計
2.1開溝裝置的設計
開溝裝置是本機的主要工作部件，主要有開溝刀盤和開溝刀組成，如圖3-1所示。開溝刀盤回轉半經(jīng)取決于刀軸傳動箱尾部圓半徑r、最大開溝深度及開溝機處于最大開溝深度是傳動箱底部離地間隙。其數(shù)學表達式為
Ｒ≥r++ (3-1)
其中，各項參數(shù)為: r = 90mm，=400mm，=10mm。
將上述參數(shù)帶入后可得:
Ｒ≥500mm
在滿足開溝深度要求的前提下，開溝圓盤工作半徑越小，整機結構越緊湊，消耗的功率越小，故取開溝圓盤裝置回轉半徑為 500mm。為了使土粒能夠順利拋出，切土刀的最大線速度通常在5～ 12m/s范圍內(nèi)選取。該機開溝刀盤回轉直徑為D=2R =1000mm，可求得刀盤轉速n=≈133.76～286.62r/min。取較大值時,拋土較遠而均勻，并有利于切斷土中作物殘根等，但功耗較大、生產(chǎn)率降低。由于開溝深度較深，為了使開溝后土?？梢皂樌麙伋?，取切削線速度為11.5m/s，求得刀盤轉速為219r/min。
2.2施肥傳動系統(tǒng)的設計
果園開溝施肥聯(lián)合作業(yè)機地輪和地輪鏈輪是作為一個整體裝配的。當機具前進時，地輪和地輪鏈輪同時轉動，地輪鏈輪通過鏈傳動帶動肥料箱中的絞龍轉動實現(xiàn)排肥作業(yè)。按每667施肥量 1 000kg、行距3.5m計算，開溝施肥時每米施肥量約為5.23kg，在連續(xù)施肥的情況下，機具前進一個株距時，絞龍生產(chǎn)率為
Q =vg/S (3-2)
其中，v為機具的前進速度，v=1km/h;g為施肥量,g=3.3kg /株;S為機具前進距離，S=0.633m。代入各參數(shù),計算得Q=5.21t/h。
絞龍轉速的計算公式為
n=Q/( 47D2scγΦ) (3-3)
其中，Q為鉸龍生產(chǎn)率Q=5.21t/h;D為螺旋葉片直徑選取D=0.15m;s為螺旋葉片的螺距,選取s= 0.15m;c 為傾斜修正系數(shù)，傾斜角度≤5°時,c=0.9;γ為物料的容重，取γ=0.8t/m3;Φ為充滿系數(shù)，選取Φ=0.8。計算得n=57.02r/min。取地輪直徑d=380mm，地輪線速度(即拖拉機前進速度) 為1km/h，由此計算得地輪轉速n0=50.28r/min,則地輪傳動的傳動比i=n/n0=1.14。因此,設計施肥傳動個鏈輪齒數(shù)為: 地輪鏈輪 Z6= 23，中間過渡鏈輪和鉸龍鏈輪為 Z7=Z8=Z9=20。
2.3 覆土裝置的設計
開溝施肥機開溝并施肥后由覆土裝置將溝填平，要保證覆土質(zhì)量，覆土圓盤需要有合適的斜度。要滿足此斜度，需使覆土圓盤能在兩個維度里旋轉。本設計中的這種結構使覆土圓盤既能在x-y平面內(nèi)左右轉動，自身又能沿轉桿360度旋轉，可以充分滿足覆土圓盤需要的斜度。
3總結
本文以果園主要果樹（葡萄、紅棗等）為研究和服務對象，針對其矮化、密植的種植特點，以功耗低、可操作性好為目標，結合專業(yè)知識以及實踐基礎，提出了一種果園開溝施肥聯(lián)合作業(yè)機具。本機具有以下特點：
（1） 本機器結構簡單、緊湊,各個零件的要求較低，便于生產(chǎn)加工；
（2）該機器工作可靠，能較好地滿足果園的開溝和施肥工作，在田間作業(yè)時對土壤的要求不高，對于沙土地的實際條件，可以實現(xiàn)較高的工作效率。
本文介紹的果園開溝施肥機成本低，效率較高，和小型四輪拖拉機配合使用，具有操作簡單，占地面積小等諸多優(yōu)勢。能較好的滿足承包戶的經(jīng)濟要求，以及實際生產(chǎn)要求。
參考文獻
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