小型施肥旋耕聯合作業機的設計

馬巍　劉文亮　姜彩宇

摘要：針對中國目前農家有機肥仍采用傳統式的人力撒施，缺少合適的撒施機械問題，設計了一種小型施肥旋耕聯合作業機。該機在田間萬能管理機旋耕的基礎上增加了追肥部分，在施完肥后，馬上旋耕，保證有機肥及時跟土壤攪拌混合，減少肥效損失。通過對帶傳動的設計計算、減速器的選擇、肥箱及轉盤設計、零部件的設計驗證總體設計方案，確定了整機結構。

關鍵詞：小型施肥旋耕聯合作業機；有機肥；均勻度；驗證

中圖分類號：S224.22 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）11-2135-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.11.036

Abstract： In order to solve the problem which farm manure is still using the traditional type of human applicator in China and the lack of suitable mechanical spreader， we designed and calculated small fertilizer rotary cultivator. It added additional fertilizer structure on the basis of field management. After applying fertilizer， cultivated land immediately. It ensure that the organic fertilizer and soil mixing in time. We determined the whole structure， through the design and calculation of belt transmission， the choice of the reducer， fertilizer box and rotary table structural design.

Key words： small fertilizer rotary cultivator；organic fertilizer；uniformity；digital design

中國是農業大國，每年由于各種畜禽糞便和農作物秸稈產生有機固體廢棄物達30多億t，體積龐大，人工處理方式費時費力[1，2]。大量的有機固體廢棄物若沒有及時處理和合理利用，日積月累，就會造成生態環境污染，所以本研究根據中國農業種植以個體種植戶為主的國情設計了一種小型施肥旋耕聯合作業機，將這些有機固體廢棄物再生利用，改良土壤，以期提高農業生產力。

1 總體設計方案

機體框架采用角鋼、方鋼焊合。考慮到傳動比較大且需要將動力轉換90 °，減速器采用蝸輪蝸桿式，盡量減小減速器的外形尺寸。甩盤采用聚氯乙烯，圓盤與立軸安裝要有剛性套筒加強強度。肥箱采用鋼板焊接，框架多采用角鋼焊接（圖1、表1）。

工作時，發動機動力經變速箱后將動力由帶傳動到蝸輪蝸桿減速機，經減速后帶動蝸輪蝸桿減速箱立軸上的圓盤高速旋轉，將肥料均勻撒在待耕田間。同時，動力經變速箱后同時經一級減速器減速后驅動旋耕機，將剛剛撒施過的肥料充分地攪拌，實現一次性完成肥料深施和機械旋耕聯合作業的目的。

2 帶傳動的設計

2.1 帶輪的設計

為便于計算和減小不利的因素，從發動機往后依次定為：帶輪Ⅰ、帶輪Ⅱ和帶輪Ⅲ，且外徑相等。轉盤所需基本功率p=0.05 kW，轉盤直徑d=300 mm，蝸桿蝸輪傳動效率為80%，軸承損失功率為1%。

根據具體工況所匹配得到帶Ⅱ的基本數據為普通V帶Z型，帶Ⅱ的參數見表2。

由p3

帶輪設計：為便于帶的匹配，帶輪的各個參數采用統一標準來制定，帶輪按標準來設計，帶輪Ⅲ的參數見表3。

2.3 帶的應力分析

帶的傳動過程中應力有以下幾種：

4 肥箱及轉盤設計

4.1 施肥旋耕機肥箱設計與理論分析

影響肥箱下料的因素包括肥箱的形狀（根據加工的方便選擇方形）、肥箱傾角大小、肥料的粒度、開口位置（偏口的中心多遠）、開口尺寸、肥料的摩擦角（內摩擦角和壁面摩擦角）[12，13]。

4.2 轉盤設計

綜合考慮作業機形體裝配尺寸大小、功能發揮以及肥的撒施效果，初定轉盤的直徑為D=0.3 m，肥的撒施寬度范圍在0.3～1.4 m。撒施高度h=50 cm。

4.3 轉速范圍的確定

5 性能試驗及分析

為了檢驗小型施肥旋耕聯合作業機的作業性能，在查閱資料和前期試驗的基礎上選取有機肥的含水率、轉速、葉片組1直徑、葉片組2直徑4個影響因素，采用正交試驗的方法對以上各參數進行優選，試驗過程采取在小型施肥旋耕聯合作業機肥箱周圍均勻布置7個小盒，通過測量撒施機同一工作過程中小盒有機肥的質量，取平均偏差作為正交試驗數據分析影響撒施機性能的主次因素[14，15]（圖3）。根據各因素對小型施肥旋耕聯合作業機撒施均勻性的影響，繪制各因素的效應曲線[14，15]，見圖4。

從圖4可以看出，葉片的偏心距離對小型施肥旋耕聯合作業機撒施均勻性的影響很大，而轉速影響作用最小。各因素影響作用大小的排列順序：第二組葉片偏心距離、有機肥含水率、第一組葉片偏心距離、水平圓盤轉速。

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