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XX大學 畢業(yè)論文（設計）開題報告 課題名稱 果園挖穴施肥機的設計 學生姓名 學 號 所屬學院 機械電氣化工程學院 專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機械化及其自動化 班 級 指導教師 起止時間 2015.10.15-2016.5.25 機械電氣化工程學院教務辦制 填 表 說 明 一、學生撰寫《開題報告》應包含的內(nèi)容： 1、本課題來源及研究的目的和意義； 2、本課題所涉及的問題在國內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀及分析； 3、對課題所涉及的任務要求及實現(xiàn)預期目標的可行性分析； 4、本課題需要重點研究的、關鍵的問題及解決的思路； 5、完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法； 6、完成本課題的工作方案及進度計劃； 7、主要參考文獻（不少于7篇）。 二、本報告必須由承擔畢業(yè)論文（設計）課題任務的學生在接到“畢業(yè)論文（設計）任務書”的兩周內(nèi)獨立撰寫完成，并交指導教師審閱。 三、開題報告要求手寫體，字數(shù)在3000字以上，由學生在本報告冊內(nèi)填寫，頁面不夠可自行添加A4紙張。 四、每個畢業(yè)論文（設計）課題須提交開題報告一式三份，一份學生本人留存，一份指導教師存閱，一份學生所在學院存檔，備檢備查。 一 本題來源及研究的目的和意義 1.1 課題的來源：自選題 1.2 研究的目的 機械化施肥是提高水果產(chǎn)品的品質和產(chǎn)量的一種有效方式，但是由于我國在研究機械化施肥技術萬面的起步晚對應的研究技術不成熟，在果園施肥方面采用的最多的還是人工施肥。但因其效率低勞動強度大人工成本高等原因已經(jīng)影響到了我國果林行業(yè)的發(fā)展，人們對于機械化施肥的需求越來越強烈。在這種情況下我國借鑒國外先進的技術和經(jīng)驗以及結合本土實際情況研究出了符合我國果林行情的各種施肥機械。 1.3 研究的意義 本課題設計采用機械化的設備對果園進行施肥。設備能在理論上有效提高肥料的利用率，節(jié)省人力資源，提高果園的產(chǎn)量。課題的實施是為果園機械化施肥提供合理的設計方案。 二 課題所涉及的問題在國內(nèi)外現(xiàn)狀及分析 2.1 施肥機械的研究現(xiàn)狀及存在的問題 施肥機械是使用工具將固態(tài)或液態(tài)化肥施入土壤。隨著施肥機械的普及、發(fā)展與科研隊伍的不斷加強、擴大，經(jīng)過基礎理論、技術與機具研究、設計開發(fā)等研究工作，施肥機械的研制已取得了大量成果。施肥機械可分為很多類型:按照施肥方式可分為撒肥機、種肥施肥機與追肥施肥機，且應用都較為普遍;按照化肥狀態(tài)可分為施液態(tài)化肥與固態(tài)化肥兩種，其中液態(tài)化肥的研究較為落后與狹窄。較為先進的變量施肥機械也已經(jīng)取得了大量研究成果。 2.2 追肥施肥機的研究現(xiàn)狀及問題 追肥施肥機械是在作物生長發(fā)育的同時施用化肥的機械，現(xiàn)今追肥機的研究達到了一定水平。張傳斌研制的 TX － 12 型煙草定量穴灌追肥機不僅可定量追肥、灌溉，還可在田間輕便移動，工作效率高，尤其適用于干旱地區(qū);王金星等研制了一種通過高準確率傳感器將信號傳給單片機以達到自動控制的智能煙草定量穴施追肥機，可實現(xiàn)自動化與煙草的低損傷率。為了解決干旱地區(qū)作物苗期中耕、追肥作業(yè)的高成本、復雜與低效率問題，崔歡虎等人研制出了以節(jié)約水資源為基礎的中耕保墑追肥機。經(jīng)過多年試驗，其機具所需動力小、效率高且輕便靈活，可為廣大農(nóng)民接受。 農(nóng)民大量使用的追肥機大都采用簡單的四桿機構，運動副容易產(chǎn)生磨損，維修較為困難，必將影響作業(yè)效果。輸肥管在施肥機下降上升過程的往復運動過程中容易造成變形而形成縫隙，就可能會使肥料在縫隙中漏掉。我國大多農(nóng)民容易在作物的非最佳追肥期施用追肥，且采用的封壟蹚地后追肥的方式對時間把握不準確也將引起倒伏，且也容易造成對植物根系損害而導致減產(chǎn)。由于農(nóng)村勞動力減少，農(nóng)民為了節(jié)省時間與精力，將追肥與種肥同時施入土壤，必然會出現(xiàn)燒種燒苗的現(xiàn)象。農(nóng)民在追肥時，同樣容易出現(xiàn)忽視有機肥與部分微量元素的重要性的問題。 2.3 變量施肥機械的研究現(xiàn)狀與存在的問題 由于變量施肥機械具有綜合評價效果顯著、可按需施肥并可調(diào)節(jié)及施肥準確度高等優(yōu)點，已經(jīng)成為施肥機械的主要研究方向之一。馬旭等研究了便捷、穩(wěn)定的手控與自控變量施肥機械，可與播種機配套使用，成為“3S 技術”的基礎。針對我國國情，王秀等人研制了不僅可以配套國產(chǎn)拖拉機，還可以在GPS 協(xié)助下按照系統(tǒng)網(wǎng)格劃分所得的處方圖實現(xiàn)變量施肥的機械，并試驗了不同齒槽轉速所對應的精確排肥量，以確定最優(yōu)轉速。為了解決施肥機械受到拖拉機行駛速度及排肥軸轉速等對排肥量的影響，陳廣大等設計了以 AＲM 微處理器為核心、通過 PID 自動調(diào)節(jié)排肥量的控制系統(tǒng)，可達到排肥穩(wěn)定、均勻與精度高的效果。針對不同規(guī)格大小農(nóng)田的網(wǎng)格劃分并確定位置的高難度問題，于英杰等人確定了一種自動識別算法。該算法使用 AＲM 控制器采集傳感器信號，能適應農(nóng)田形狀的變化，精度高，穩(wěn)定性較好。 我國的變量施肥機具相對于發(fā)達國家起步較晚，變量施肥機械使用的傳感器等設備未國產(chǎn)化而導致了儀器昂貴。我國大多數(shù)農(nóng)民的經(jīng)濟基礎薄弱，尤其是中西部山區(qū)，難以接受機械的使用成本。我國處于概念階段的變量施肥機械，其一幅寬較小，其二采用的差分 GPS 系統(tǒng)的精確度較低，可能會導致以周圍較近區(qū)域的處方量為依據(jù)施肥，將偏離施肥目的。機具大多只能實現(xiàn)總量的變量配比，而多元素的精確變量配比卻難以實現(xiàn)。專家在決策分析時容易脫離實際，由于其研究系統(tǒng)過于復雜，結果也與最終實際相差較大，有的時候甚至遠遠低于普通的決策。由于變量施肥機大多懸掛于拖拉機，將會受到土壤環(huán)境的限制，不適宜大幅度轉彎或翻梗，穩(wěn)定性將會直接受到影響。 2.4 解決問題的對策與措施 1)加強施肥機械與施肥技術的研究，將農(nóng)機與農(nóng)藝結合起來。國家應該同時加強施肥機械與施肥技術的投入，重視機具與技術的基礎理論與應用的研究，如播種施肥機種子與化肥比例的精確數(shù)據(jù)研究。研究符合農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化機具與技術的同時，還應把由中小企業(yè)生產(chǎn)的機具，且適應于中小型農(nóng)場的施肥機具考慮在內(nèi)。 加強不同施肥機械的研制，尤其是針對地域差異、氣候差異與植物在生長周期差異時所對應的機具研究，以達到“聯(lián)合作業(yè)、一機多用”，且可施有機肥。將液力、氣力理論應用到純機械式施肥機具上以提高機具的自動化程度，使效率高、污染小與精確度高的機具替代落后裝備。機具的研究應具有針對性，尤其是針對出現(xiàn)問題概率較高的部件進行優(yōu)化設計，如肥料輸送管道易堵塞及部件強度不夠而容易產(chǎn)生的疲勞損失的問題。 現(xiàn)代施肥技術綜合性強，技術、機具與制肥三者缺一不可，應增強其技術與工作人員的交流與合作，探索出三者相互配套且有機結合的一系列應用理論。 2)加強科研成果的推廣，開展技術與機具應用培訓。改變我國施肥機械與施肥技術落后現(xiàn)狀的最好辦法是加強科研部門與農(nóng)業(yè)推廣部門的緊密聯(lián)合，以達到事半功倍的效果。應該鼓勵施肥技術與機具研制人員對農(nóng)民進行技術與機械的應用培訓，既可以使科研人員不脫離農(nóng)村實際，又可以增強農(nóng)民的技術與機械的應用水平，糾正農(nóng)民的錯誤施肥方式，學會保養(yǎng)與維修施肥機械，從而減少因為方式錯誤而導致的環(huán)境問題。 國內(nèi)施肥機械大都來自中小企業(yè)的生產(chǎn)，應該在農(nóng)村展開調(diào)查，擇優(yōu)選擇效率高的機具進行再開發(fā)與研究后向農(nóng)民推廣應用。同時，應利用各大農(nóng)業(yè)高校與農(nóng)業(yè)科研部門的科研項目，將項目的研究理論以及實驗機加以改造為應用機，再投向于農(nóng)村，實現(xiàn)科研價值的最大化。 3) 淘汰落后機具，加大機具的補貼力度。結合國家對環(huán)境友好型施肥機具的補貼政策，強制報廢農(nóng)村低效率、化肥高污染的施肥機具，并予以相應的補貼。對于技術或機具使用的材料，尤其是污染大的材料，應該被環(huán)保材料取締;淘汰落后機具，實現(xiàn)先進高效率機械的應用推廣，推進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進程。 為了實現(xiàn)高精度機械與技術的推廣應用，一是應盡量減少機具與技術的制造與應用成本，尤其是針對精準農(nóng)業(yè)所使用的成本;二是加大政府對先進機具與技術的補貼力度，除了補貼農(nóng)民購買機具或儀器時所需的成本外，還需要加大農(nóng)民對技術與機具培訓所需經(jīng)費的補貼。 2.5 棗園施肥技術 肥料的選擇應符合生產(chǎn)無公害果品的要求, 應以堆肥、漚肥、圈肥、作物秸稈、餅肥、微生物肥、腥肥等有機肥料為主, 適量使用無機化學肥料, 使有機、無機肥料配合運用。有機肥包括: 堆肥、漚肥、圈肥、作物秸稈、餅肥、微生物肥、腥肥等; 無機肥包括: 礦物磷肥( 磷礦粉) 、礦物氮肥、礦物鉀肥、石灰石, 按土壤養(yǎng)分狀況優(yōu)化配制的氮肥、磷肥、鉀肥以及符合要求的無機復合肥, 以銅、鋅、鐵、錳、硼、鉬等微量元素及有益元素為主配制的肥料。 1.基肥 基肥是供給冬棗樹生長的基本肥料。一般春秋兩季均可施入, 但以秋季在果實采收后至落葉前為好, 這時期葉片仍有一定的光合效能, 根系處于年周期中最后一個生長高峰, 有利于礦質營養(yǎng)的吸收及有機營養(yǎng)的轉化積累。秋施基肥的目的就在于增加樹體的貯藏營養(yǎng), 以滿足翌年萌芽、花芽分化和開花坐果的需求。 增施基肥結合深耕改土, 以有機肥為主, 化肥為輔。應采用多穴散施法, 禁止采用溝狀施肥法, 提倡“穴施肥水”法。幼樹( 5 年生以下) 株施有機肥 25 千克～50 千克, 尿素或磷酸二銨 0.15 千克～0.4 千克, 鈣鎂磷肥1 千克～2 千克; 成齡樹株施有機肥 100 千克～150 千克, 尿素或磷酸二銨 0.4 千克～1 千克, 鈣鎂磷肥 2 千克～4 千克, 硫酸鉀 1.5 千克或草木灰 10 千克。 2.地下追肥 追肥每年進行 3 次, 分別在萌芽前、坐果期、果實膨大期進行。 冬棗生長的前期, 是各器官對營養(yǎng)爭奪的激烈時期, 此時往往由于樹體的貯藏營養(yǎng)不足而影響各器官的正常生長發(fā)育, 乃至造成開花坐果不良, 果實發(fā)育受阻。因此, 這次追肥可使冬棗樹萌芽整齊一致, 生長旺, 棗吊長, 葉片大, 有利于花芽分化, 不僅保證了冬棗樹的正常生長對營養(yǎng)的需求,而且有利于產(chǎn)量的提高。這次追肥, 以速效氮磷為主。幼樹株施磷酸二銨 0.1 千克～0.2 千克, 成齡樹株施磷酸二銨 0.3 千克～0.4 千克。 6 月上旬開花坐果期消耗養(yǎng)分多, 而往往由于營養(yǎng)不足, 造成大量落花落果, 所以花期追肥十分重要, 這次追肥, 可促進枝葉健壯生長, 提高花芽分化質量, 提高坐果率, 減少落花落果, 有利于果實的生長發(fā)育。用肥的種類以氮肥為主, 幼樹株施尿素 0.1千克～0.2 千克, 成齡樹株施尿素 0.25 千克～0.4 千克。 7 月上旬幼果膨大期追肥, 這次追肥的目的, 主要是減少生理落果, 促進果實膨大, 提高果實產(chǎn)量和品質。此期施入氮磷鉀及微量元素復合肥, 幼樹株施0.4 千克～0.5 千克, 成齡樹株施 0.6 千克～1 千克。 3.根外追肥 根外追肥也叫葉面噴肥, 就是在冬棗樹生長季節(jié), 將肥料配成一定濃度的液體, 噴灑在樹體上。此法簡單易行, 用肥量少, 見效快, 一般噴后 1～2 小時就能進入葉中加工合成, 被樹體利用, 增產(chǎn)效果十分明顯。 葉面噴肥是冬棗樹追肥中不可缺少的一種施肥方法, 花前、花期、幼果期和生長后期, 葉面噴施尿素溶液, 可以增補土壤供應氮素的不足, 使葉片色澤加深, 提高光合效能, 因而有助于養(yǎng)分積累和產(chǎn)量的提高?；ㄆ趪娛┡鹚? 有利于提高坐果率。幼果期噴施磷、鉀素溶液, 可提高果實品質和產(chǎn)量。因土壤鹽堿引起的缺鐵黃葉, 噴施鐵素可使黃葉轉綠, 對恢復樹勢也有較好的效果。葉面噴肥, 花期宜單用, 其它時期可以結合防治病蟲, 與某些可以混配的農(nóng)藥混合使用。從 5 月下旬開始, 每隔半月左右葉面噴施一次。噴肥時, 應注意把肥料噴在葉片的背面, 因植物葉片的背面吸收養(yǎng)分的速度比葉片正面大。噴肥應在無風的晴天進行, 一天之中, 以下午 4～5 點到傍晚最好, 其次是早晨到上午 10 點前。因為中午氣溫高,蒸發(fā)量大, 影響肥料的利用率, 甚至引起肥害。葉面噴肥的濃度參考如下: 尿素 0.3%～0.5%; 硫酸鉀 0.4%; 硝酸鉀 0.5%～1%; 硫酸鋅 0.3%; 硫酸亞鐵 0.3%; 硫酸鎂 0.1%; 硼砂 0.5%～0.7%; 過磷酸鈣浸出液 2%; 草木灰浸出液 4%; 硫酸二氫鉀0.3%。 三、對課題所涉及的任務要求及實現(xiàn)預期目標的可行性分析 3.1 課題任務要求 本施肥機械主要用于棗園的田間施肥，通過選擇合適的方法設計施肥機，使此施肥機能因地制宜的對棗園合理施肥。 3.2 課題設計預期目標的可行性分析 本施肥機械主要用于棗園的田間施肥，綜合國內(nèi)施肥技術發(fā)展現(xiàn)狀分析，國內(nèi)微耕技術并未成熟，但是使用微耕機施肥器進行施肥對于棗園比較適合，隨著微耕機的前進，利用定量施肥機的錐頭將土壤耕開形成20-25cm深度，肥料中的肥料不斷攪拌并由肥料箱灌入土壤，隨后埋起土壤。綜上所述，該設計是可行的。 四 本課題需要重點研究的關鍵的問題及解決的思路 4.1 本課題需要研究的重點問題 需要滿足棗園田間施肥量合理性要求。微耕機施肥器主要包括：機架、發(fā)動機、離合器、側減速器、手把組合、旋轉錐頭、肥料箱、攪拌器、輸送管以及覆土裝置組陳。 4.2 本課題需要研究的難點問題解決的思路 我國微耕技術并未成熟，所以為了解決微耕機施肥器的棗園施肥問題，必須設計一個合理的結構，首先為了肥料的合理利用方面，微耕機施肥器的耕作耕深要有限深裝置保證，耕深不能超過20-25cm。然后是微耕機施肥器前進速度，要保證肥料的合理施肥量。而肥料箱中的肥料要均勻的輸送至被開耕的土壤底部，所以肥料箱的大小，輸送管以及覆土裝置的設計也尤為重要。 五 完成本課題需要的工作條件及解決的辦法 完成本課題所必須做的工作有利用學校圖書館及互聯(lián)網(wǎng)查閱大量資料，了解棗園田間施肥機的基本性質，施肥機結構、原理等，了解各種類型的棗園田間施肥機的特點。關鍵問題可請求老師指導或通過同學討論，選擇適合棗園田間施肥機的類型，對擬定的施肥機進行設計，計算，利用Auto CAD等繪圖軟件繪制出施肥機的零件圖，裝配圖，反復對設計內(nèi)容進行檢驗、校核。 六 工作方案及進度計劃 工作方案：設計總體含括→機架、發(fā)動機部分裝置設計→旋轉錐頭→肥料箱、攪拌器→鏈輪→輸料罐以及機體有機組合。 進度計劃： 第1周—第2周 通過查找文獻資料，了解施肥機的國內(nèi)外現(xiàn)狀。 第2周—第5周 設計果園挖穴施肥機的總體方案。 第6周—第9周 對果園挖穴施肥機的結構進行具體設計。 第10周—第12周 撰寫設計說明書，對部分問題修改、調(diào)整。 第13周—第14周 整理資料準備答辯。 七 參考文獻 [1]袁文勝,金梅,吳崇友,肖體瓊. 國內(nèi)種肥施肥機械化發(fā)展現(xiàn)狀及思考[J]. 農(nóng)機化研究,2011,12:1-5. [2]董子安,鄭秀社,陳超燕. 冬棗合理施肥量田間試驗研究[J]. 中國園藝文摘,2012,03:22-23. [3]甘久霖. 冬棗生產(chǎn)機械化技術[J]. 農(nóng)民致富之友,2014,14:189-190. [4]張柯柯,盧劍鋒,張富貴. 微耕機的結構設計與動力學分析[J]. 農(nóng)機化研究,2012,04:58-61+68. [5]劉翠,張安戰(zhàn),郭天部. 微耕機 果園的理想機具[J]. 農(nóng)機科技推廣,2008,12:50. [6]程紅平,郭金躍. 棗園管理機械化配套設備及技術探析[J]. 農(nóng)機推廣與安全,2003,05:6-7. [7]劉昭祥. 棗園施肥方法探究[J]. 甘肅農(nóng)業(yè),2013,12:16-17. [8]鐘衛(wèi)東,路奎波. 多功能微耕機的改造與應用[J]. 新農(nóng)業(yè),2013,19:48-50. 學生簽名 年 月 日 指導教師審閱意見 指導教師簽名 年 月 日