农业机械设计

题目：旋耕施肥播种联合作业机课程设计学院名称：农业装备工程学院专业班级：学 号：学生姓名：指导教师：日 期： 2015年1月18日农业装备工程学院课程设计任务书目 题 计 设1设计技术参数机410k 拉 450 拖ok4 型77艸 w 6m2cmkk 55kg:800cm;a 7 方 0-.75黑三解mmJ设计要求加；椅 ? - Z 人亦软 oT图 组册M$ 每恪算 、一 、 1 2工 作 量1? #) 1 各 版 印 打 子 电 份 完怡 人W 每孙工作计划、 计 设 组成 分完 日日绩 1329喊 月 月 交 00提 -: 日 日 日 2 4 0 112 月 月 月 1 1 1目录1. 综述报告1.1 引言1.2国内研究现状及发展趋势1.3 解决的技术问题1.4 研究的目的和意义2. 旋耕灭茬施肥播种联合作业机2.1 整机技术开发2.2 排种器、排肥器设计2.3 种箱设计2.4 传动系统设计2.4.1 旋耕灭茬传动机构设计2.4.2 施肥播种传动机构设计3. 旋耕施肥播种联合工作机配套动力计算3.1 旋耕灭茬所需动力计算3.2 播种施肥所需动力计算3.3 机组空行所需动力计算4. 样机设计5. 参考文献1 综述报告1.1 引言农业联合作业技术是在农业生产中将多种机具多道工序在一台机具上得以实现的农业 作业技术。农业联合作业技术是现代化的农业生产技术，是现代化农业的发展之路，是实现 资源浪费和降低成本的重要方式。联合作业机具有效率高、作业成本低、农机利用率高和节 约能源等多种优点。目前国内使用的联合作业机主要是针对我国北方旱作耕地的，针对南方 的机型较少，本文给出了旋耕灭茬施肥播种联合作业机的设计方案，适合小麦和油菜的施肥 播种。1.2国内研究现状及发展趋势近年来，为了推广和普及机械化秸秆还田作业，我省加大了对稻麦秸秆还田机的科研投 入，已开发出多种秸秆还田作业机具，并投向了市场，如江苏银华春翔机械制造有限公司的 云山牌1JH-170A型秸秆粉碎还田机、连云港市连扬旋耕机厂的华连牌1GQN-200JMJ型秸秆 还田耕整机、江苏沃野机械制造有限公司生产的1GM-175型旋耕灭茬机等。虽然我省用于 稻麦田的旋耕灭茬、秸秆还田机技术已基本成熟，并大力推广使用。然而从实际使用情况看， 农民的接受程度还没有得到充分提高，究其原因：一方面农民对秸秆还田可以改善土壤结构， 增加土壤肥力，改善农业生态环境认识不足；另一方面秸秆的综合利用水平不高，加上现有 的秸秆还田机械功能单一，在还田后还需要进行施肥播种二次作业，增加了拖拉机对农田的 压实程度，增加了生产环节，提高了生产成本，最终增加了农民的经济负担。与农民急切想 要的既功能多样化又省工节本的农业机械，有很大的差距。旋耕灭茬、施肥播种联合作业机是在20世纪90年代，根据农艺需求和节约能源的需要， 在成型的灭茬机和旋耕机的基础上，逐渐产生发展起来的新型土壤耕作机具。一次下地能够 完成旋耕、秸秆掩埋、播种和镇压作业，从而大大减少了因机器多次进出田间而造成的对土 壤的压实，提高了机器的综合作业效率，节省了土地耕作的成本，降低了作业费用，是现在 土壤耕作机械中首选机型之一。目前国内的联合作业机机具按工作部件的运动形式可分为两大类：一类是由多种从动部 件组合而成的联合作业机具，主要是完成松土、碎土、起垄、播种、施肥、覆土、镇压等作 业工序。现有资料表明，旋耕灭茬、施肥播种联合作业机型主要针对北方保护地耕作，如沈 阳市农机化研究所研制的120/180型多功能联合作业机、山西省农机研究所研制的2BFG210 型旋耕施肥播种机。而针对南方稻麦秸秆还田旋耕施肥播种联合作业机具，除了江苏南通农 机研究所严栋梁等人于1999 年申请了国家实用新型专利“稻麦秸秆还田旋耕施肥播种机” 外，还未见成熟机型报道。1.3 解决的技术问题新型稻麦秸秆还田施肥播种机械，是将旋耕灭茬、秸秆还田、施肥、播种、镇压多项技 术集成在一起，实现联合作业，以达到一机多用、一机多能的目的。由于功能的增加，将给 整机的研发带来一定的难度，为此该技术重点解决了以下几个主要技术问题：1. 整机结构设计优化问题。合理布局、优化设计，力求使整，结构紧凑，装配、拆卸 方便。2. 动力匹配合理问题。合理设计传动机构，减小各机具的功耗，提高机组作业效率。3. 施肥深度和播种深度的稳定问题。由于旋耕灭茬时土块抛撒作用较强，同时碎土中 含草量高，因而对施肥深度和播种深度的稳定性影响较大，为此需合理设计排肥头和排种头 结构，合理布置排肥器和排种器在整机中的位置，使施肥深度、播种深度稳定在农艺要求的 范围内。4. 施肥、播种均匀性问题。除了排种器、排肥器本身因素会影响施肥、播种均匀性外， 驱动施肥、排种器的工作速度能否匹配也是一个重要方面，为此需合理选用施肥、排种器的 驱动方式，优化设计施肥、排种器驱动机构，提高施肥、播种的均匀性。1.4 研究的目的和意义作物秸秆是农业生产中宝贵的有机肥源。秸秆中含有大量有机质、氮、磷、钾和微量元 素，据测定，每500kg秸秆（约1亩）含氮3.6kg、磷0.45kg、钾5kg。然而每年夏秋收割季 节，农田里焚烧秸秆的烟雾就成了环境灾难，不少身在城市中的居民也深受其害。烧秸秆带 来的不仅仅是环境问题，从更深层次看，秸秆能否还田甚至是我国未来粮食能否良性增产的 关键之一，因此搞好秸秆还田是改善土壤物理性状，提高土壤肥力，实现农业可持续发展战 略的一项重要措施。联合作业技术已成为农业生产发展的主要趋势，特别是耕整种植联合作 业技术已开始全面推广。本文就是为了实现联合作业，以达到一机多用、一机多能的目的。2旋耕灭茬施肥播种联合作业机2.1整机技术开发针对南方稻麦种植特点，设计的旋耕灭茬、施肥播种联合作业机如图1所示，整机主要有万向传动轴总成、旋耕灭茬总成、罩壳栅栏总成、播种施肥总成、镇压装置总成等组成,1.三角悬挂总成2.旋耕灭茬传动总成3.中央变速器4.种肥箱5.罩壳栅栏调节装置6.罩壳栅栏总成7.排肥排种传动总成&压力调节弹簧9.镇压轮10.排种排肥管调节装置图11GHB-175型旋耕灭茬施肥播种联合作业机结构示意图其中旋耕灭茬采用反旋耕作方式、施肥播种采用传统的外槽轮式排种器。整机采用框架式结 构，可拆式组合机构，包括秸秆还田旋耕机构、施肥播种机构、镇压传动机构等。在旋耕灭茬总成部分，旋耕刀排列采用了双螺旋线形式排列旷,为了改善碎土率和抛土 效果，适应浅播种、深施肥需要，设计了上下及倾斜度均可调节的栅栏，加密栅栏齿，缩短 栅栏齿的长度。这样可以提高栅栏对短茬的拦截率且不堵塞；在施肥播种部分，采用了可上 下调节的排种排肥管，可以根据土壤水分多少以及碎土效果，有效改变播种施肥深度，进而 提高施肥播种质量。2.2排种器、排肥器设计排种器是谷物播种机的核心部件，其工作质量优劣直接影响到种子的着床出苗、分蘖, 以至于影响到农产品的质量。目前油菜类作物播种的排种器以气吸式居多。气吸式排种器对 种子的尺寸和形状要求不严，不必对种子严格进行按尺寸分级，伤种率小，可提高播种作业 速度。需要动力输出轴带动风机产生负压，负压室压力一般要达到0.003MPa。传动结构较 复杂，真空室气密性要求也较高。本设计采用的排种器、排肥器是气吸式式排种器和螺旋外 槽轮式排肥器。如图2，图3所示。图生n彌腔外肄轮式卄押IS图2气吸式排种器图3 排肥器以下是我们小组在实验室测绘的气吹式排种器，与前面所展示的气吸式排种器不同，气 吹式排种器优点:不同外形几何尺寸的种子均有良好的充种性能;种子均在气流下完成充种、 携种、剔种，伤种率很低，并且可在较高的作业速度(8km/h )下完成排种作业。缺点：该排 种器多在较高压气流的作用下完成排种工作，高压气流多为拖拉机输出动力或者独立动力输 出带动风机旋转形成，动力消耗大。如图4。气吹式排种器由外壳、端盖、排种槽轮，强制 排种轮等组成。排种轮图4气吹式排种器气吸式排种器的设计计算2.2.1滚筒吸孔孔径Karayel.D等人研究表明在理想条件下，吸孔孔径一定程度上影响正负压区压力值，吸 孔孔径越小，气室内相对压力值越高10-11。针对油菜、大豆等近似球形的种子，采用经验公式12：d = (0.640.66)b (1)式中：b 种子的平均宽度根据华杂9号油菜物理特性可知油菜为(1.52.2mm),代入式中可获得孔径大小在(0.96T.32mm),取孔径 1.2mm。2.2.2滚筒转速排种器工作过程时，种子在自身重力及吸孔处负压力作用下被吸附。当排种器转速过 高，吸孔经过充种区、投种区时间太短，易漏吸、漏吹造成漏播指数升高；当转速过低时， 不能满足播种机生产率要求，且充种时间长造成重播指数过高，影响排种性能。根据播种机理论小时生产率确定外滚筒的转速范围下限。播种机理论小时生产率为：S =(B + b ) V。由相邻两粒种子时间间隔得式(2)=旦=型(2)V Zw Zn3.6 g g式中S 理论小时生产率，取S=0.30.6hm2/hB播种机工作幅宽，取B=1.8mb 沟宽，取b=0.2mV 拖拉机前进速度L油菜株距，按农艺要求取L = 70mmZ 外滚筒吸孔数量，取Z = 20n 外滚筒转速(r/min) g故V = S；1.6(km/h)，则n = 16.67V。g LZ为了保证种子株距的稳定性，一般取V =1.52.4 km/h，计算得外滚筒的转速范围下限为：16.67Vn min 17.8r / min(3)g minLZ外滚筒排种器转速范围上限满足吸孔处极限线速度小于0.3m/s，即满足公式(4)：RnV = g Qr =20102 ；（4）1 nQ 9 x 0.022式中：n排种器个数；Q1每亩最大播种量;而每亩镇压轮的转数为：Sn =2 L xnd1666.71.75 x 0.7855）式中：S每亩地面积/m2镇压轮工作宽幅/md镇压轮直径/mn 486由 （4）和（5）式可得所需最大传动比为：i 2二 q 4.76； n 10213 旋耕施肥播种联合工作机配套动力计算旋耕灭茬播种机所需动力主要包括旋耕灭茬部件和播种施肥部件以及牵引阻力。3.1 旋耕灭茬所需动力计算利用旋耕比阻法Z 计算逆转旋耕机所需功率。设旋耕比阻为K，则旋耕机所需功率为 rP =100B h V K = 5390W(7)175m r式中：B 旋耕机工作幅宽/m，取1.75m；h耕深/m，取 0.15m ；v机组前进速度/ m/s,取1.1m/s ；mkr旋耕比阻，根据本机耕深取旋耕比阻为1.4kg /cm2 ；根据灭茬机刀轴转速与功率之间的关系可曲线知灭茬所需功率为55.6KW。因此，取 刀轴的总功率消耗为11KW,即P二11 KW 。3.2 播种施肥所需动力计算播种施肥阻力根据每米播幅的平均阻力来计算，根据试验，当播深为35厘米时，每米幅宽工作阻力为125公斤，当播深为6厘米时，每米幅宽工作阻力为170公斤7。厂 Fv 125 x 1.75 x 1.1P 二m 二二 2000W2 120 120P =工=170x 5 X 口 = 2730W.31208)1209)式中：P2播种所需功率/w；P3施肥所需功率/w；F播种工作阻力/kg；F 2施肥工作阻力/kg；Vm机组前进速度/m/s。取机械传动效率0.7，得旋耕灭茬、施肥播种所需功率为： P + P + P 11+ 2.0+2.73 ,0.7P =123 =沁 225KW(10)e耳f rT3.3 机组空行所需动力计算农机具在运输状态移动时所产生的阻力10，11即 空行牵引阻力。根据比重可知配有本联合作业机的拖拉机机组的空行牵引阻力占工作牵引阻力的50%左右，取 50%，即其空行时的功率为：PFvP 二一e 4-m4 F v322.5 x 1.12 x 1.3沁 9.5KW11)式中：F 4空行牵引阻力/ N；F3工乍牵引阻力/N ；v机组前进速度/m/s ；mv空行时前进速度/m/s。由（10）和（11）式可确定配套拖拉机功率为：P = P + P = 32KW - 43.5PS（12）总 e 4由于实际工况的复杂性，取配套动力为4555PS的中型拖拉机。4样机设计首先对各个部件进行调研设计，设计制作技术图纸并归档。其次进行三维建模，建立 虚拟样机。下面是我们设计的旋耕施肥播种机的模型。总装图1111 IIIII1排种排肥总成排种器架气吸式排种器5 参考文献1 严栋梁，费建楷，窦继美等稻麦秸秆还田旋耕施肥播种机P,中国专利：ZL98227816.02 高丽红旋拼刀的设计及排列浅析J.机械管理开发，2007.4 (2)： 16183 何忠良，辛惠芬.旋耕机刀片排列规则的探讨.山西农机学术版J.2000.14(12): 20214 吕小荣，努尔夏提，朱马西等.我国秸秆还田技术现状与发展前J.2004.9:41425 文立阁，李建桥，崔占荣等.我国灭茬机具及其刀具的发展现J.2006.5(5)10136 许剑平,孙仕明,徐 涛等.灭茬旋耕深松起垄通用机传动系统的研究设计.农机化研究J2003.4(2)1381397 镇江农业机械学院.农业机械学：上册M.中国农业机械出版社，1981： 1811848 北京农业机械化学院.农业机械学：上册M.农业出版社，1981：1092339 王怀奥，王勇.秸秆切碎灭茬机的模型研究与参数优化.农机化研究J.2005.9(5):10610710 机械电子工业部洛阳拖拉机研究所.拖拉机设计手册：机械工业出版社，199411 农业大词典编辑委员会.农业大词典.农业出版社，1998