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果園開溝施肥機(jī)的設(shè)計
張盼1 李平1
(1. 塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院, 阿拉爾 843300)
摘要:隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整,葡萄、紅棗已成為兵團(tuán)優(yōu)勢林果經(jīng)濟(jì)發(fā)展和職工增收致富的新亮點和支柱產(chǎn)業(yè)。兵團(tuán)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(jī)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(qiáng)度大,施肥難以保證均勻。采用果園開溝施肥機(jī)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(jī)具。因此,符合生產(chǎn)要求的果園開溝施肥機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)中具有重要的現(xiàn)實意義。
關(guān)鍵詞:林果經(jīng)濟(jì);開溝與施肥;作業(yè)效率;均勻
中圖分類號:TD451 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
0引言
隨著我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)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(dǎo)致果園種植密度大,果樹矮化,果樹間距小,不利于現(xiàn)有機(jī)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(tuán)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(jī)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(jī)具。人工開溝施肥,勞動強(qiáng)度大,工作效率低,施肥均勾度差;果園開溝施肥機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)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(qiáng)度。果園開溝施肥機(jī)不僅能大大降低果農(nóng)勞動強(qiáng)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(jī)器對果樹樹進(jìn)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(hù)生態(tài)環(huán)境。再次,提供優(yōu)質(zhì)和安全的果品。果樹機(jī)械的應(yīng)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(jī)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(jī)對于生產(chǎn)具有非常重要的現(xiàn)實意義。
1總體設(shè)計思路
果園開溝施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)主要由機(jī)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(shè)計原理
開溝裝置是本機(jī)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(zhuǎn)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(jī)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(jī)結(jié)構(gòu)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(jī)采用拖拉機(jī)動力輸出軸輸出動力驅(qū)動傳動機(jī)構(gòu),通過萬向節(jié)、齒輪箱帶動開溝刀軸、開溝刀轉(zhuǎn)動,達(dá)到開溝的目的。設(shè)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(jī)地輪和地輪鏈輪是作為一個整體裝配的。當(dāng)機(jī)具前進(jìn)時,地輪和地輪鏈輪同時轉(zhuǎn)動,地輪鏈輪通過鏈傳動帶動肥料箱中的絞龍轉(zhuǎn)動實現(xiàn)排肥作業(yè)。準(zhǔn)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(guān)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(zhuǎn)。
1.2設(shè)計總體結(jié)構(gòu)
果園開溝施肥機(jī)的總體結(jié)構(gòu)示意圖,如圖1所示。
作業(yè)時,拖拉機(jī)懸掛裝置與機(jī)架三點懸掛聯(lián)接,整機(jī)質(zhì)量由拖拉機(jī)承擔(dān)。
拖拉機(jī)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(zhuǎn)實現(xiàn)開溝。
當(dāng)機(jī)具前進(jìn)時,地輪和地輪鏈輪同時轉(zhuǎn)動,地輪鏈輪通過鏈傳動帶動肥料箱中的絞龍轉(zhuǎn)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(jī)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(jī)整體結(jié)構(gòu)圖
2關(guān)鍵部件的設(shè)計
2.1開溝裝置的設(shè)計
開溝裝置是本機(jī)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(zhuǎn)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(jī)處于最大開溝深度是傳動箱底部離地間隙。其數(shù)學(xué)表達(dá)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(jī)結(jié)構(gòu)越緊湊,消耗的功率越小,故取開溝圓盤裝置回轉(zhuǎn)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(jī)開溝刀盤回轉(zhuǎn)直徑為D=2R =1000mm,可求得刀盤轉(zhuǎn)速n=≈133.76~286.62r/min。取較大值時,拋土較遠(yuǎn)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,為了使開溝后土粒可以順利拋出,取切削線速度為11.5m/s,求得刀盤轉(zhuǎn)速為219r/min。
2.2施肥傳動系統(tǒng)的設(shè)計
果園開溝施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)地輪和地輪鏈輪是作為一個整體裝配的。當(dāng)機(jī)具前進(jìn)時,地輪和地輪鏈輪同時轉(zhuǎn)動,地輪鏈輪通過鏈傳動帶動肥料箱中的絞龍轉(zhuǎn)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(jī)具前進(jìn)一個株距時,絞龍生產(chǎn)率為
Q =vg/S (3-2)
其中,v為機(jī)具的前進(jìn)速度,v=1km/h;g為施肥量,g=3.3kg /株;S為機(jī)具前進(jìn)距離,S=0.633m。代入各參數(shù),計算得Q=5.21t/h。
絞龍轉(zhuǎn)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(jī)前進(jìn)速度) 為1km/h,由此計算得地輪轉(zhuǎn)速n0=50.28r/min,則地輪傳動的傳動比i=n/n0=1.14。因此,設(shè)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(shè)計
開溝施肥機(jī)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(zhuǎn)。本設(shè)計中的這種結(jié)構(gòu)使覆土圓盤既能在x-y平面內(nèi)左右轉(zhuǎn)動,自身又能沿轉(zhuǎn)桿360度旋轉(zhuǎn),可以充分滿足覆土圓盤需要的斜度。
3總結(jié)
本文以果園主要果樹(葡萄、紅棗等)為研究和服務(wù)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(biāo),結(jié)合專業(yè)知識以及實踐基礎(chǔ),提出了一種果園開溝施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)具。本機(jī)具有以下特點:
(1) 本機(jī)器結(jié)構(gòu)簡單、緊湊,各個零件的要求較低,便于生產(chǎn)加工;
(2)該機(jī)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(jī)成本低,效率較高,和小型四輪拖拉機(jī)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(jì)要求,以及實際生產(chǎn)要求。
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