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畢業(yè)設(shè)計 16 屆畢業(yè)設(shè)計 果園挖穴施肥機(jī)的設(shè)計 學(xué)生姓名 學(xué) 號 所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院 專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機(jī)械化與其自動化 班 級 指導(dǎo)老師 日 期 2016.05 機(jī)械電氣化工程學(xué)院制 前 言 我國是生產(chǎn)水果的大國，無論是在面積上還是在水果產(chǎn)品的產(chǎn)量上都是位居世界第一的。但是由于果園管理和種植技術(shù)的落后使得水果產(chǎn)品的品質(zhì)下降，所以果園施肥技術(shù)和方式就成了提高水果產(chǎn)品的品質(zhì)的一大因素。雖然果園施肥方式呈現(xiàn)多樣化的趨勢，但是果園機(jī)械化施肥卻處于一種比較低下的水平。甚至在一些地方還采用著人工施肥的方式，這樣使得施肥工作繁重、效率低下、而肥料的腐蝕性對人體造成著傷害等，消耗著大量人力物力卻無法達(dá)到提高水果產(chǎn)量和品質(zhì)的提升。所以機(jī)械化施肥和肥料的利用率成了設(shè)計的重點。就此果園定量挖坑施肥機(jī)可以解決，機(jī)械化施肥和提高肥料利用率的難題。 關(guān)鍵詞：果園；挖穴；施肥機(jī) 目 錄 1緒論 3 1.1課題研究的意義 3 1.2國內(nèi)外定量挖坑施肥機(jī)發(fā)展?fàn)顩r 3 1.3國內(nèi)外果園挖坑定量施肥機(jī)存在的問題 4 1.4研究的內(nèi)容和方法 4 1.5預(yù)期目標(biāo) 4 1.6重點研究的關(guān)鍵問題及解決思路 5 1.7工作條件及解決方法 5 2果園挖穴施肥機(jī)的總體設(shè)計 5 2.1果園挖穴施肥機(jī)方案的選擇 5 2.2果園挖穴施肥機(jī)的結(jié)構(gòu) 7 2.3果園挖穴施肥機(jī)的原理 8 3施肥機(jī)主要部件的設(shè)計 8 3.1土壤收集器的設(shè)計 8 3.2螺旋鉆頭的設(shè)計 9 4機(jī)械傳動部分的設(shè)計 10 4.1機(jī)械傳動結(jié)構(gòu) 10 4.2傳動比以及傳動轉(zhuǎn)速的計算 11 5挖穴施肥機(jī)的施肥箱設(shè)計 12 5.1施肥箱 12 5.2排肥輪的設(shè)計與排肥量的計算 12 6果園挖穴施肥機(jī)接近開關(guān)的設(shè)計 13 6.1接近開關(guān)的選擇 13 6.2電容式接近開關(guān)與其定量施肥的原理 15 7軸的校核 16 7.1主動軸的校核 16 總 結(jié) 18 致 謝 19 參考文獻(xiàn) 20 1緒論 1.1課題研究的意義 機(jī)械化施肥是提高水果產(chǎn)品的品質(zhì)和產(chǎn)量的一種有效方式，但是由于我國在研究機(jī)械化施肥技術(shù)萬面的起步晚對應(yīng)的研究技術(shù)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(qiáng)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(jī)械化施肥的需求越來越強(qiáng)烈。在這種情況下我國借鑒國外先進(jìn)的技術(shù)和經(jīng)驗以及結(jié)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(jī)械。 但是我國國內(nèi)缺少著機(jī)械化施肥機(jī)械使得很多地區(qū)都無法實現(xiàn)機(jī)械化施肥，而機(jī)械化的顯著優(yōu)點就是對比人工作業(yè)具有更高的效率，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)快速發(fā)展的前提下我國對于施肥的機(jī)械化需求度越來越高而相對應(yīng)的施肥機(jī)械卻有待開發(fā)。特別是針對挖坑機(jī)的研究挖。 挖坑機(jī)的作用是開挖施肥坑洞，我國在果園施肥主要是先使用挖坑機(jī)進(jìn)行開挖坑洞然后再人工進(jìn)行施肥及土壤回填。我國針對挖坑機(jī)的研究開發(fā)晚于國外，現(xiàn)在我國使用的挖坑機(jī)雖都能針對不同環(huán)境進(jìn)行挖坑，可是功能單一挖坑之后就閑置無法滿足機(jī)械化施肥作業(yè)的需求。 雖然現(xiàn)在國內(nèi)對于果園機(jī)械化方面的扶持力度不斷增加，但我國在果園機(jī)械化施肥技術(shù)及機(jī)械上還存在許多問題。特別是近幾年國內(nèi)果園種植的面積不斷增大如何因地制宜的選擇施肥肥料、施肥量、施肥間隔都是我國需要深入研究的問題。而針對施肥機(jī)械的研究應(yīng)該從挖溝、精量施肥、覆土、壓埋的多功能一體化的機(jī)械施肥機(jī)開發(fā)為主。所以設(shè)計此類的施肥機(jī)械成為了不可避免的選擇。 1.2國內(nèi)外定量挖坑施肥機(jī)發(fā)展?fàn)顩r 1.2.1國外定量挖坑施肥機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 國外很早就開始了對于定量施肥機(jī)等精確農(nóng)業(yè)技術(shù)的研究和發(fā)展，早在80年代末美國的土壤研究專家們就已經(jīng)提出了精確農(nóng)業(yè)這個概念。一直到現(xiàn)在精確農(nóng)業(yè)在全世界廣泛發(fā)展。精確農(nóng)業(yè)追求的就是在追求農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益提高的同時減少農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的污染。而日本在于定量施肥機(jī)械等精確農(nóng)業(yè)的進(jìn)展也是相當(dāng)快的，而其生產(chǎn)的自走式高性能挖坑整地一體化施肥機(jī)采用柴油機(jī)作為動力，行走裝置輪胎外還配備有行走腳，一般用輪胎行駛，坡地高時用行走腳行走。而英國生產(chǎn)的05H8300型號的掛式挖坑機(jī)械和美國的懸掛式挖坑機(jī)，鉆頭之間可以調(diào)節(jié)距離，工作效率高。 1.2.2國內(nèi)定量挖坑施肥機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 我國對于精確農(nóng)業(yè)的思想也已經(jīng)逐步被社會所接受，并將一部分的研究成果應(yīng)用在了實際中。就精確農(nóng)業(yè)而講目前我國比較有代表性的研究機(jī)構(gòu)有：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)精細(xì)農(nóng)業(yè)研究中心，北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心，上海精確農(nóng)業(yè)公司，浙江大學(xué)精確農(nóng)業(yè)研究中心，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院，黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)和吉林大學(xué)精確農(nóng)業(yè)研究中心等。吉林大學(xué)馬成林教授作為精確農(nóng)業(yè)學(xué)科帶頭人開辟了精確農(nóng)業(yè)研究的新方向，他已經(jīng)完成了國家“九五”攻關(guān)項目“變量深施肥機(jī)的研制”和吉林省科委項目“精確農(nóng)業(yè)自動變量施肥技術(shù)的研究”，對如何實施精確農(nóng)業(yè)自動變量施肥技術(shù)進(jìn)行了深入地探討，提出了分步實施“精確農(nóng)業(yè)”的設(shè)想：第一步進(jìn)行手控變量投入；第二步采用智能化機(jī)具進(jìn)行全自動變量投入。吉林大學(xué)為了適第一步手控變量投入技術(shù)的應(yīng)用，已完成了“手動變量深施肥機(jī)”的研究開發(fā)。目前正在吉林省榆樹市進(jìn)行“機(jī)械化精確施肥技術(shù)示范”，已開始第二步“精確農(nóng)業(yè)”研究示范應(yīng)用。 1.3國內(nèi)外果園挖坑定量施肥機(jī)存在的問題 目前，我國使用的施肥機(jī)也只能完成機(jī)械鉆孔和人工輔助施肥，施肥量不能實現(xiàn)精密控制，而且作業(yè)成本高，生產(chǎn)率低下，勞動強(qiáng)度高。相比之下外國的施肥機(jī)械采用了電子、液壓、計算機(jī)等新型技術(shù)進(jìn)行自動化控制來提高作業(yè)質(zhì)量，實現(xiàn)精量施肥，但是其機(jī)械成本高，一次性投入較大，且于我國傳統(tǒng)的果園種植模式也并不匹配，不利于機(jī)具的的通過作業(yè)。 1.4研究的內(nèi)容和方法 就針對于目前果園挖坑施肥中存在的問題，可以從兩個方面來考慮：第一是依靠園藝技術(shù)來改善種植模式，實現(xiàn)機(jī)具于園藝技術(shù)配套，從而保證機(jī)具順利進(jìn)行果園田間施肥作業(yè)，但就依目前來看，調(diào)整傳統(tǒng)的果園施肥模式是很難實現(xiàn)的；第二是根據(jù)果樹生長情況及營養(yǎng)需求，進(jìn)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。 所以必須根據(jù)我國的實際情況，結(jié)合果樹的營養(yǎng)需求，設(shè)計一個能夠?qū)崿F(xiàn)挖坑、施肥、覆土一體化的果園挖坑施肥機(jī)，并且具備一定的檢測和精確施肥的能力，成為本設(shè)計重點內(nèi)容。 1.5預(yù)期目標(biāo) （1）果園挖坑施肥機(jī)作業(yè)方便，結(jié)構(gòu)簡單，通用性好，噪音小，使用壽命長。 （2）施肥機(jī)施肥效率高、能實現(xiàn)精密施肥、并有一定覆土能力。 （3）可以在田間、果樹林上作業(yè)，人工勞動量少，同時動力上要消耗少。 （4）制造價格便宜，容易普及，能滿足果園農(nóng)戶的使用的要求。 1.6重點研究的關(guān)鍵問題及解決思路 該果園定量施肥機(jī)的主要動力源是由拖拉機(jī)的后動力輸出來實現(xiàn)動力提供的，并由齒輪的傳動作用傳動給各個工作部件，實現(xiàn)挖坑、施肥、和覆土。在施肥過程中由電渦式接近開關(guān)實現(xiàn)施肥量的精確控制。 （1）選擇合適動力傳遞方式，設(shè)計工作裝置和傳動裝置。 （2）運(yùn)用Auto CAD軟件，繪制二維零件圖和裝配圖。 （3）利用有限元分析和Solidworks進(jìn)行虛擬樣機(jī)設(shè)計，完成整機(jī)各零部件的三維建模。 1.7工作條件及解決方法 塔里木大學(xué)位于南疆中心位置，校內(nèi)有實習(xí)工廠、土槽實驗室、農(nóng)業(yè)工程重點實驗室等，設(shè)計條件較好，為項目開展提供了場地和基本條件。校內(nèi)擁有優(yōu)良的硬件環(huán)境，機(jī)械電氣化工程學(xué)院擁有先進(jìn)的實驗設(shè)備和機(jī)械加工制造設(shè)備，并且?guī)熧Y力量雄厚，完全可以滿足果園挖穴施肥機(jī)的工作條件 2果園挖穴施肥機(jī)的總體設(shè)計 2.1果園挖穴施肥機(jī)方案的選擇 2.1.1果園挖穴施肥機(jī)的幾種樣式 目前，在果園施肥工作和過程中，多數(shù)果園農(nóng)戶仍采用傳統(tǒng)的人工挖溝或挖穴撒肥的方式，該方法的肥料利用率低，大大增加了果農(nóng)的工作強(qiáng)度。相比開溝施肥等其他的施肥方式來講，挖穴施肥減少了對果樹根部的傷害、有利于肥料的持續(xù)性吸收，更加節(jié)約能耗。 圖片2-1中所展示的是一種小型手提式果園挖穴施肥機(jī)，此類施肥機(jī)已被多數(shù)果農(nóng)采用，得到了一定程度的推廣。這種挖穴機(jī)采用的是一汽油機(jī)作為動力，動力強(qiáng)勁，由單人或是雙人手提操作，方便使用效率又高，而且可以根據(jù)果園的需要來跟換不同的鉆頭。實用、方便，但是挖穴工作結(jié)束以后要使用人力來將液體或固體肥料填埋到坑穴中，比較適合于拖拉機(jī)無法通過的地形復(fù)雜的山地、丘陵等地區(qū)。 圖2-1 手提式挖穴施肥機(jī) 圖片2-2所展示的是懸掛挖穴式施肥機(jī)，廣泛用于果樹的挖穴施肥作業(yè)，也可以用于獨立的挖穴作業(yè)。其挖穴機(jī)設(shè)置在機(jī)架的后端，拖拉機(jī)設(shè)置在機(jī)架的后部，但其施肥工作需要人工操作，所以雖然提高了施肥作業(yè)效率但是肥料利用率卻低下。 圖2-2 懸掛式挖穴施肥機(jī) 圖片2-3為山東農(nóng)業(yè)大學(xué)韓大勇等人根據(jù)果樹標(biāo)準(zhǔn)化施肥技術(shù)的要求，研制設(shè)計的一種自走式施肥機(jī)，該施肥機(jī)由發(fā)動機(jī)驅(qū)動液壓泵供油，電磁閥控制馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，帶動鉆頭轉(zhuǎn)動，另外一個電磁閥控制升降液壓缸，帶動鉆頭由上往下進(jìn)行鉆孔作業(yè)，挖出的土壤搜集器，由單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動排肥器工作，實現(xiàn)定量施肥。 圖2-3 自走式施肥機(jī) 2.1.2果園挖穴施肥機(jī)方案的制定 為了實現(xiàn)預(yù)定功能制定了一個方案： 使用已拖拉機(jī)為輸出動力源的挖穴施肥機(jī)，施肥機(jī)鉆頭轉(zhuǎn)速由拖拉機(jī)馬力和減速器的減速作用來確定，并采用土壤收集器來進(jìn)行土壤的混合和施肥。為滿足定量施肥的要求，利用電容式接近開關(guān)來檢查于土壤的距離來封閉或是開啟施肥管來控制施肥量。 2.2果園挖穴施肥機(jī)的結(jié)構(gòu) 果園挖穴施肥機(jī)主要由，機(jī)架、施肥箱、后動力輸出軸、齒輪箱總成、土壤收集器等構(gòu)成。本機(jī)能在果園施肥作業(yè)中實現(xiàn)挖穴、施肥、覆土作業(yè)，大幅度減少勞動力，提高肥料利用率。比較使用果樹農(nóng)戶的需要。 1 3點懸掛裝置、 2 機(jī)架、 3 鏈條、 4 施肥箱、 5 排肥輪、 6 覆土裝置 、7 排肥管、8 土壤收集器、 9 彈簧、 10 挖穴鉆頭、 11 齒輪箱總成、 12 主動軸、 13 從動軸、 14 后動力輸出軸。 圖2-4 果園挖穴機(jī)結(jié)構(gòu)圖 2.3果園挖穴施肥機(jī)的原理 本果園施肥機(jī)主要有齒輪箱總成、傳動箱總成、3點懸掛裝置、覆土裝置、排肥箱、土壤收集器、機(jī)架等部分組成如圖4.工作原理如下所述： （1）利用拖拉機(jī)的牙也懸掛系統(tǒng)將施肥機(jī)掛在施肥機(jī)后方。 （2）施肥機(jī)的動力由拖拉機(jī)的后動力輸出軸經(jīng)傳動軸總成傳至于齒輪箱。 （3）動力經(jīng)過齒輪箱的減速、換向，作用于豎直方向和水平方向的兩傳動軸，帶動排肥裝置實施肥料添加。 （4）在螺旋鉆頭于土壤接近時電容式接近開關(guān)開始開啟排肥管，螺旋鉆頭開始鉆孔時由其螺旋的提升作用，將土壤和肥料至于土壤收集器內(nèi)混合；在螺旋鉆孔結(jié)束提升過程中，肥料和土壤由土壤收集器置入鉆孔中，并在施肥機(jī)前進(jìn)是由覆土裝置覆土。來實現(xiàn)整機(jī)鉆孔、施肥、覆土一體化要求。 3施肥機(jī)主要部件的設(shè)計 3.1土壤收集器的設(shè)計 土壤收集器主要以外套筒、內(nèi)套筒和彈簧構(gòu)成。其外套同和內(nèi)套筒因為要和土壤、肥料相接觸所以采用耐磨性能比較好65Mn 剛。在螺旋鉆頭對土壤開始進(jìn)行鉆孔工作時，土壤收集器的內(nèi)套筒受力向上收縮，通過螺旋鉆的螺旋葉片的提升作用，將土壤提升至搜集器內(nèi)部，隨后土壤與肥料接觸混合并在螺旋鉆提升后隨著土壤收集器向下進(jìn)入鉆孔內(nèi)部，其結(jié)構(gòu)圖如下3-1所示。 圖3-1 土壤收集器結(jié)構(gòu)圖 3.2螺旋鉆頭的設(shè)計 3.1.1 螺旋刀片的參數(shù)的選擇 刀片的選擇：選用梯形刀片比較事宜，安裝角度以小于30°比較合適。 刀片的厚度/mm：8~10； 刀刃的厚度/mm：0.2~0.8； 刀片的材料：65 SiMnRe 鋼或65Mn 剛 刀片的硬度：HRC46~HRC60 3.1.2 螺旋鉆頭的外徑 螺旋鉆頭的外徑是根據(jù)施肥坑洞的直徑確定的，螺旋鉆頭的外徑應(yīng)略微大于施肥坑洞的直徑，而隨著土壤類型的不同其差異也有所不同。所以其螺旋鉆的外徑可以以下面的公式確定； D=0.92~0.98D0 （3-1） 其中，D為螺旋鉆頭的外徑；D0為施肥坑洞的直徑，取0.38m。將數(shù)據(jù)代入式子（1），得出 D=0.349~0.372m 根據(jù)果園挖穴施肥機(jī)的工作要去，固取D=0.36m。 3.1.3 螺旋鉆頭的長度的確定 一般的螺旋鉆頭的長度H應(yīng)不小于坑深H0，即H≥H0；該施肥機(jī)的挖穴深度H0=0.30m，故取=0.30m。 挖穴鉆頭的螺旋升角α，有 α<90°-（ρ1+ρ2） （3-2） 其中，ρ1為土壤對于剛的摩擦角，取30°；ρ2為土壤之間的摩擦角，取40° 把以上的數(shù)據(jù)都代入式子（2）中，得到 α<90°-（30°+40°），得到α<20° 根據(jù)我國國內(nèi)挖穴用的螺旋鉆的實驗要求，α=（15°~22°），因此該設(shè)計中取α=16° 。 螺旋鉆頭的導(dǎo)程h。有公式為 h=πDtanα=0.18m （3-3） 所以螺旋鉆頭的設(shè)計為 圖3-2 螺旋鉆頭圖 4機(jī)械傳動部分的設(shè)計 4.1機(jī)械傳動結(jié)構(gòu) 本挖穴施肥機(jī)根據(jù)功能要求采用了兩級齒輪傳動，傳動部分借助于后動力減速器和其3個直傘齒輪構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)圖如圖4-1所示 圖4-1 機(jī)械傳動部分結(jié)構(gòu)圖 其中，1為后動力傳輸裝置， 2為主動齒輪，3從動齒輪為其鏈輪和螺旋鉆頭提供動力輸出。 根據(jù)螺旋鉆頭的傳動需要的總傳矩，分別設(shè)計了直傘齒輪（2、3、4）其參數(shù)如下 齒輪 2：z1=20，d1=285mm 齒輪 3：z2=25，d2=367mm 齒輪 4：z3=15，d3=285mm 齒輪 1、2、4傳動：模數(shù)m1=6，寬度b1=60 4.2傳動比以及傳動轉(zhuǎn)速的計算 本施肥機(jī)采用的是以拖拉機(jī)后動力輸出軸為傳動提供動力，如果采用東風(fēng)904農(nóng)用拖拉機(jī)為動力源其傳輸轉(zhuǎn)速為540（r/min）。已知傳動公式為； i=z1z2=D2D1 （4-2） 本施肥機(jī)后動力輸出裝置是采用傳動比1:1減速來輸出的動力經(jīng)過齒輪1和各個齒輪減速來改變轉(zhuǎn)速，已知齒輪2的齒數(shù)為20齒輪3為25其傳動比為； i=2025=0.8 其于螺旋鉆頭的齒輪之間的傳動比為； i=2515=1.6 求出其傳動比后計算其轉(zhuǎn)速，其公式為； n1=i×n0 其中n0為東風(fēng)904農(nóng)用拖拉機(jī)轉(zhuǎn)速540（r/min），n1為從動齒輪轉(zhuǎn)速 n1=0.8×540=432（r/min） 在算出螺旋鉆孔的速度，將n0=432，i=1.6 代入得到 n1=1.6×432=691（r/min） 為后續(xù)計算排肥量方便，將大鏈輪和小鏈輪傳動比和轉(zhuǎn)速計算出來，所以將z1為27、z2為13得到傳動比為 i=2713=2 計算出小鏈輪轉(zhuǎn)速為 n1=2×432=864（r/min） 5挖穴施肥機(jī)的施肥箱設(shè)計 5.1施肥箱 施肥箱為整體式焊接結(jié)構(gòu)，采用單一的排種口，箱體采用了厚度為1mm的鐵板，采用等腰梯形結(jié)構(gòu)，箱體沒有死角，使肥料的殘余量少，有利于肥料進(jìn)入排肥輪中。 根據(jù)施肥裝置的通用尺寸參數(shù)，并結(jié)合果園施肥機(jī)的設(shè)計要求，確定了如下尺寸： 施肥箱的開口出寬度為度a1=600mm；施肥箱下底的寬度為b1=500mm；施肥箱高度h=600mm；工作幅度l=300mm；排肥箱容積為V=ha+bl2=98L。 排肥口尺寸設(shè)置為：長a2=100mm；b2=50mm。 5.2排肥輪的設(shè)計與排肥量的計算 排肥輪應(yīng)便于制造和清理，并且能使化肥均勻地落到筒底的輸送管道中。為了充分利用重力輸送化肥，排肥元件置于排肥器的下部，使排肥性能不受箱內(nèi)化肥充滿程度以及地面斜度和沖擊力的影響。本施肥機(jī)械要求排肥量在5~90kg之間，因此選用外槽星輪式排肥裝置，星輪每轉(zhuǎn)排肥量q為： q=aFZσ+hr1000 （5-1） 式子中 F-排肥輪每單個齒槽面積（cm2），R=5cm，F(xiàn)=πR22=39.25； δ0-排肥輪每個齒厚（cm），取δ0=0.5； h-活門的開度（cm），即活門至星輪最下端的距離，取h=20； α-肥料充滿系數(shù)，決定于肥料物理狀態(tài)、濕度和其流動性，一般取α=0.7； Z-排肥輪輪齒的槽數(shù)，取Z=10； r-排肥單位容積質(zhì)量（gL），取r=1500。 將以上所示的各個參數(shù)帶入式子（1），得星輪每轉(zhuǎn)排肥料量q為 q=8.4kg 根據(jù)已知條件，可以按照下列公式計算出施肥機(jī)每公頃排肥量Q，即； Q=15mnq1000δ （5-1） 式子中，m為排肥器數(shù)量，取m=1；n為排肥器轉(zhuǎn)動速（rmin），n=864；δ為排肥輪損失率（%）取δ=30。 將各個參數(shù)代入式（2），得每公頃排肥量Q為 Q=362kg 每個鉆孔內(nèi)應(yīng)排出的化肥量q0為 q0=Qj 其中，j為每公頃果園內(nèi)的果樹株數(shù)，設(shè)取為j=500。則 q0=0.72kg 所以每株果樹的施肥量約為0.5kg。 6果園挖穴施肥機(jī)接近開關(guān)的設(shè)計 6.1接近開關(guān)的選擇 接近開關(guān)是一中無需要與運(yùn)動部件進(jìn)行機(jī)械直接的接觸而可以操作的位置開關(guān)，當(dāng)物體接近開關(guān)的感應(yīng)面到動作距離的時候，不需要機(jī)械接觸及施加任何壓力即可使開關(guān)動作，從而使驅(qū)動直流電器或給計算機(jī)（plc)裝置提供控制指令。接近開關(guān)是種開關(guān)型傳感器（即無觸點開關(guān)），它既有行程開關(guān)、微動開關(guān)的特性，同時具有傳感性能，且動作可靠強(qiáng)，性能穩(wěn)定，頻率響應(yīng)快，應(yīng)用壽命長，抗干擾能力強(qiáng)等、并具有防水、防震、耐腐蝕等特點。產(chǎn)品有電感式、電容式、霍爾式、交、直流型。 接近開關(guān)又稱是無觸點式接近開關(guān)，是理想的電子開關(guān)量的傳感器。當(dāng)金屬檢測體接近開關(guān)的感應(yīng)區(qū)域時候，開關(guān)就能無接觸，無壓力、無火花、迅速發(fā)出電氣指令，準(zhǔn)確反應(yīng)出運(yùn)動機(jī)構(gòu)的位置和行程，即使用于一般的行程控制，其定位精度、操作頻率、使用壽命、安裝調(diào)整的方便性和對惡劣環(huán)境的適用能力上，是一般機(jī)械式行程開關(guān)所不能相比較的。它廣泛地應(yīng)用于機(jī)床、冶金、化工、輕紡和印刷等行業(yè)。在自動控制系統(tǒng)中可作為限位、計數(shù)、定位控制和其自動保護(hù)環(huán)節(jié)等。 而接近開關(guān)的種類和原理分別有； 電容式接近開關(guān) 圖6-1 為電容式接近開關(guān) 這種開關(guān)的測量通常是構(gòu)成電容器的一個極板，而另一個極板是開關(guān)的外殼。這個外殼在測量過程中通常是接地或與設(shè)備的機(jī)殼相連接。當(dāng)有物體移向接近開關(guān)時，不論它是否為導(dǎo)體，由于它的接近，總要使電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，從而使電容量發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化，由此便可控制開關(guān)的接通或斷開。這種接近開關(guān)檢測的對象，不限于導(dǎo)體，可以絕緣的液體或粉狀物等。 霍爾接近開關(guān) 圖6-2 霍爾接近開關(guān) 霍爾元件是一種磁敏元件。利用霍爾元件做成的開關(guān)，叫做霍爾開關(guān)。當(dāng)磁性物件移近霍爾開關(guān)時，開關(guān)檢測面上的霍爾元件因產(chǎn)生霍爾效應(yīng)而使開關(guān)內(nèi)部電路狀態(tài)發(fā)生變化，由此識別附近有磁性物體存在，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。這種接近開關(guān)的檢測對象必須是磁性物體。 光電式接近開關(guān) 圖6-3 光電式接近開關(guān) 利用光電效應(yīng)做成的開關(guān)叫光電開關(guān)。將發(fā)光器件與光電器件按一定方向裝在同一個檢測頭內(nèi)。當(dāng)有反光面（被檢測物體）接近時，光電器件接收到反射光后便在信號輸出，由此便可“感知”有物體接近。 而本施肥機(jī)才用在接近開關(guān)與地面的距離來控制施肥管封閉與開啟，所以只有電容式接近開關(guān)比較合適于本施肥機(jī)的要求，故選擇電容式接近開過作為感應(yīng)和開關(guān)裝置。 6.2電容式接近開關(guān)與其定量施肥的原理 電容式接近開關(guān)屬于一種具有開關(guān)量輸出的位置傳感器,它是由兩個同軸金屬電極構(gòu)成，很象“打開的”電容器電極，該兩個電極構(gòu)成一個電容，串聯(lián)在RC振蕩的回路內(nèi)。電源接通時，RC振蕩器不振蕩，當(dāng)一個目標(biāo)朝著電容器的電極靠近時，電容器的容量增加，使振蕩器開始振蕩，通過后級電路的處理，將停振和振蕩兩種信號轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號，從而起到了檢測有無物體存在的目的。該傳感器能檢測金屬物體，也能檢測非金屬物體，對金屬物體可以獲得最大的動作距離，對非金屬物體動作距離決定于材料的介電系數(shù)，介電系數(shù)變得越大，可獲得的動作距離越大。大多數(shù)的電容式接近開關(guān)都有一個多圈的螺旋電位器，用于開關(guān)距離的調(diào)整，其部分材料的介電常數(shù)如圖； 圖6-4 部分材料的介電常數(shù) 本果園施肥機(jī)其在挖穴過程中利用施肥機(jī)與地面距離的變化來實現(xiàn)感應(yīng)器感應(yīng)地面來實現(xiàn)，肥料的定量施肥的。但其中重點在于感應(yīng)器與地面達(dá)到多少距離時施肥，本果園施肥機(jī)螺旋鉆頭與地面開始接觸到開始鉆孔時施肥管開啟使肥料進(jìn)入土壤收集器來與土壤混合為宜，所以根據(jù)材料介電常數(shù)來確定電容式接近開關(guān)于地面距離為15cm時施肥比較時候于本施肥機(jī)，也合理于傳感器的感應(yīng)范圍。 7軸的校核 7.1傳動軸的校核 軸的校核是選擇軸和其強(qiáng)度計算的重要已經(jīng)，計算其扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。 圖7-1 主動軸的結(jié)構(gòu)視圖 選用45#調(diào)制，硬度為217~255HBS 軸的直徑約為d=36mm 轉(zhuǎn)速為n1=540 根據(jù)軸直徑公式得出其扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度 WT=πd316=0.2d3=9331 mm2 (7-1) 7.1.2軸長支反力 根據(jù)軸承支反力的作用點以及軸承和齒輪在軸上的安裝位置，建立力學(xué)模型。 水平面的支反力：RA=RB=Ft/2 =1606.43 N 垂直面的支反力：由于選用深溝球軸承則Fa=0 那么RA’=RB’ =Fr×65.5/131=584.695 N 畫彎矩圖 主動軸剖面處的彎矩： 水平面的彎矩：MC=RA×65.5×0.001=105.221 Nm 垂直面的彎矩：MC1’= MC2’=RA’×65.5×0.001=38.297 Nm 合成彎矩： (7-2) 畫轉(zhuǎn)矩圖： T= Ft×d1/2=3212.86×70/2×0.001=112.45 Nm 畫當(dāng)量彎矩圖 因為是單向回轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩為脈動循環(huán)，α=0.6 可得右起第三段剖面C處的當(dāng)量彎矩： (7-3) 7.1.3判斷危險截面并驗算強(qiáng)度 右起第三段剖面C處當(dāng)量彎矩最大，而其直徑與相鄰段相差不大，所以剖面C為危險截面。 已知MeC2=130.34Nm ,由課本表13-1有: ［σ-1］=60Mpa 則： σe= MeC2/W= MeC2/(0.1·D43) =130.34×1000/(0.1×553)=7.8 Nm<［σ-1］ 右起第一段D處雖僅受轉(zhuǎn)矩但其直徑較小，故該面也為危險截面： (7-4) σe= MD/W= MD/(0.1·D13) =67.47×1000/(0.1×303)=34.99 Nm<［σ-1］ 所以確定的尺寸是安全的 。 總 結(jié) 此次設(shè)計的任務(wù)是完成果園挖穴施肥機(jī)的設(shè)計。這是我們在大學(xué)期間所進(jìn)行的一次非常全面的設(shè)計，為自己在大學(xué)四年所學(xué)習(xí)知識的全面總結(jié)和鞏固，使我們初步了解和掌握做設(shè)計的基本步驟、基本方法，通過本環(huán)節(jié)把我們在大學(xué)期間所學(xué)課程中所獲得的理論知識在設(shè)計實踐中加以綜合和運(yùn)用，把大學(xué)四年以來來所學(xué)的知識貫穿起來，使理論知識和生產(chǎn)實踐密切的結(jié)合起來，為我將來的實際工作打下了堅實的基礎(chǔ)。 這是一個非常全面而系統(tǒng)的設(shè)計題目，非常鍛煉人。從方案的論證到最終的設(shè)計，涉及的領(lǐng)域包括：機(jī)械制圖，機(jī)械原理，工程材料，機(jī)械設(shè)計等等。通過設(shè)計實踐，提高我計算、制圖能力；使我們能熟練地應(yīng)用有關(guān)參考資料、計算圖表、手冊、圖集、規(guī)范，熟悉有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)械方面知識得到系統(tǒng)的鞏固和提升。在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計的同時，我還學(xué)到了許多新的知識，如Solidworks，CAD2008的使用和WORD、POWERPOINT等軟件的應(yīng)用。 我深刻的認(rèn)識到，要想成為一名合格的工程設(shè)計人員只是掌握本專業(yè)的知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，應(yīng)該具有更加淵博的知識，如應(yīng)該對計算機(jī)應(yīng)用，農(nóng)產(chǎn)品的特性，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀等各個方面能力進(jìn)行加強(qiáng)。 在設(shè)計過程中也曾遇到很多的問題，但通過查閱相關(guān)的書籍、手冊以及老師的精心指導(dǎo)，都得到了解決，設(shè)計過程基本順利完成。 致 謝 畢業(yè)在即，四年的大學(xué)生活已接近尾聲，經(jīng)過三個多月的不斷努力，在賀小偉老師的悉心指導(dǎo)下，設(shè)計任務(wù)基本完成了。在撰寫論文期間，我要衷心的感謝我的指導(dǎo)老師賀小偉，從設(shè)計的選題、實施到撰寫、修改和定稿，賀小偉均傾注了大量的心血。導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)、熱忱鼓勵不僅使我樹立了深遠(yuǎn)的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處事的道理。還有，導(dǎo)師淵博的專業(yè)知識，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實無華、平易近人的人格魅力將使我終生受益。同時我還要感謝大學(xué)期間各位任課老師在學(xué)習(xí)上給予我的指導(dǎo)和幫助，感謝他們四年來的辛勤栽培，他們的關(guān)懷和熏陶讓我在這四年里收獲頗豐。 最后，也感謝和我一起學(xué)習(xí)的同窗朋友，他們給了我無數(shù)的關(guān)心和鼓勵，也讓我的大學(xué)生活充滿了溫暖和歡樂，感謝他們的陪伴與幫助，愿我們以后的人生都可以充實、多彩與快樂！ 參考文獻(xiàn) [1]張洪,張學(xué)軍,鄢金山,史增錄,牟國良,于蒙杰. 密植果園挖穴施肥機(jī)挖穴鉆頭的設(shè)計及試驗研究[J]. 農(nóng)業(yè)科技與裝備,2013,02:39-41. 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