果園開溝深施肥機機械結構設計

摘要針對果園深施肥的要求，對果園開溝深施肥機的整體結構進行研究，設計了一款果園開溝深施肥機械，包括總體結構、開溝器和排肥槽。該施肥機的投入使用，將會極大地減輕果農的勞作強度，提高果園深施肥效率，從而提高產果量和果品質，將產生很好的經濟效益。

關鍵詞果園；開溝；深施肥；結構設計

中圖分類號S224.22文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）23-08086-03

作者簡介程梅（1976- ），女，安徽樅陽人，技術員。

收稿日期20140620隨著近年國民生活水平的不斷提高，水果已經成為大眾日常生活中續糧食、蔬菜后的第3大農作物。目前我國水果種植的面積和產量均已位居世界前列。要提高果園的產量和水果品質，針對果樹的施肥環節非常重要。果園施肥時不僅要考慮相應果樹的生長特性和季節特性，更需要注重施肥深度。因此根據農藝要求，深施肥不但能提高肥效和節約肥料， 還能促進作物根系往下生長， 有利于果樹增強抗旱抗倒伏能力[1]。因為從植物的生物學角度來分析，深施肥更能夠促進果樹根系的生長，從而有利于作物對營養物質的吸收[2]。開溝機是一種開挖溝渠的專用機械，隨著農業的飛速發展和人類對機械化設備要求的提高開溝機也被應用于果樹和園林作業中，從而使得開溝機的發展得到了迅速提升。但是目前我國有關果園開溝深施肥方面的機具仍然非常匱乏，有關這一方面的研究與設計報道均較少。因此，果園開溝深施肥機的研制和投入使用就顯得非常迫切[3]。為此筆者設計了一款適合果園深施肥的行走式開溝機具。

1總體方案設計

1.1總體結構設計開溝深施肥機的總體結構設計如所示。

總體機構設計示意圖果園開溝深施肥機械效果圖該機具的主要工作流程分為3個步驟：開溝、施肥、覆土。該機具由10個功能機構組成，各個零部件的具體名稱已經在結構示意圖中詳細標出，其中開溝器和排肥器的設計是該文討論的主要內容。

1.2工作原理該機具主要目的是利用開溝機的開溝功能，排肥槽的排肥功能和覆土器的覆土功能等，從而實現整個開溝深施肥全程自動化機械作業的過程。為了滿足田間勞作的強動力消耗，該機具的動力來源采用柴油機動力。柴油機的動力輸出是通過飛輪上的皮帶傳遞到變速箱內，變速箱內部的動力進行齒輪傳動，傳動后的一部分動力通過皮帶輪和皮帶（即帶傳動）傳輸到裝有開溝器的軸上，帶動該軸的轉動，進而帶動開溝器的旋轉，完成開溝過程。另一部分動力同樣通過皮帶輪和皮帶（帶傳動）傳輸到裝有行走輪的軸上，帶動該軸的轉動，進而帶動行走輪進行行走，整個開溝深施肥機便可前行[4]。在行走輪行走的同時，該軸上的一部分動力通過鏈傳動傳遞到排肥器內部的軸上，帶動排肥器內軸的轉動，裝在排肥器內的肥料在自身重力和機械振動雙重作用下落入開出的溝中，實現施肥過程。覆土器懸掛在開溝深施肥機的尾部，在整個機器前行時可以實現均勻覆土功能。

1.3傳動設計排肥軸的傳動方式的選擇主要有3種，即帶傳動、渦輪蝸桿傳動和鏈傳動。當傳動比較大時，就選用渦輪蝸桿傳動；當傳動比偏小時，采用鏈傳動和帶傳動。

渦輪蝸桿傳動具有結構緊湊，傳動平穩，沖擊力小等優點，但是其傳動效率低，并且摩擦損失大。帶傳動的優點是結構簡單，成本低，傳動平穩，但是傳動過程中容易發生打滑現象。鏈傳動的效率高，同時對于安裝和制造的精度要求低，總體成本較低。綜合上述情況，選擇鏈傳動作為排肥軸的傳動方式。此外，考慮到外輪槽式排肥器的結構簡單、操作方便和通用性好等優點，所以也可選擇外輪槽式排肥器作為該處所用。傳動機構設計參數選擇設定如下：

傳動機構設計參數

柴油機的功率 12 kW輸出轉速 2 000 r/min溝深 200 mm溝寬 300 mm行走輪轉速 40 r/min行走輪直徑 0.8 m開溝器轉速 200 r/min

2關鍵零部件設計

2.1開溝器的設計旋耕刀主要用于圓盤開溝器，同時圓盤開溝器可分為單圓盤開溝器和雙圓盤開溝器。雙圓盤開溝器的特點是：切土時類似于滑刀切削入土，能夠切斷土中殘根，對土壤的適應能力較強，工作可靠；但是自身重量大，開溝阻力也較大，結構復雜，造價高。單圓盤開溝器的特點是：相比較雙圓盤開溝器自身重量輕，入土能力更強，結構也比較簡單；但是播幅較窄。這里主要考慮到開溝器的結構簡單和追求成本較低，所以選擇單圓盤開溝器[5]。

我國的旋耕機標準采用的是齒輪-鏈輪和全齒輪傳動2種方式。刀軸傳動分為側邊和中間傳動，同時側邊傳動又包括鏈傳動和齒輪傳動。由于鏈傳動相對齒輪傳動成本較低并且操作簡單，同時結合旋耕機的工作原理，所以選用側邊鏈傳動更合理。

對于該開溝器，可以通過加大圓盤的直徑來實現提高開溝溝深的目的。開溝器的設計如所示。

旋耕機刀片根據可知，開溝器主要包括彎刀片，刀盤，刀軸和緊定螺栓。旋耕刀片的排列方式對旋耕質量影響很大，旋耕刀片的排列方式與秸稈粉碎滅茬機刀片的排列方式相似。有單螺旋線、雙螺旋線、星形、對稱排列等幾種。但是不管哪種排列均應滿足，刀片軸受力均衡，徑向受力平衡和相鄰兩刀片徑向夾角要大的要求[6]。開溝器的旋耕刀片排列如所示。

旋耕刀片結構從可以看出，該開溝器共有6把彎刀刀片，為了保證刀片切土的均勻性，刀盤上6把彎刀是均勻分布的，每相鄰兩把彎刀之間夾角是60°，也就保證了相續入土的兩彎刀之間夾角是60°。因此，該機具選擇確定為旋耕彎刀開溝器[7]。

2.2排肥器的設計考慮到果園施肥要求排肥器的結構簡單、操作方便、通用性好，選擇了外輪槽式排肥器作為排肥裝置，其結構如所示。工作時，先旋轉調節軸套，根據施肥需要調整排肥器槽輪的長度，確定排肥量的大小。然后拉開插板，啟動開溝機的發動機，動力從發動機傳到開溝機的行走輪軸，開溝機的行走輪通過鏈傳動傳輸到排肥軸，排肥軸帶動槽輪轉動，肥箱的復合肥在振動和重力的作用下落到排肥器，進入排肥管，灑落在肥溝內，實現施肥。由于排肥軸的動力是由行走輪提供的，故當完成施肥作業后，要將插板關閉，以防止開溝機在行走過程中復合肥被施出，造成浪費[8]。同時將覆土器懸掛在開溝深施肥機的尾部，覆土器結構示意圖如所示。

2.3排肥裝置的傳動設計設計肥料箱一次裝肥額度為25～30 kg，排肥裝置采用鏈傳動，并且動力從微型開溝機的行走輪傳遞給排肥軸。微型手扶開溝機行走輪有兩個檔位，快速檔n1=35 r/min，慢速檔n2=30 r/min。通過查文獻行業標準，外槽輪排肥器在正常工作時排肥軸轉速30～35 r/min、排肥輪工作長度20～25 mm，考慮到該機器工作時的平穩性，故取行走輪慢速檔作為工作檔位[9]。

3結論

該篇論文主要針對如何對現代果園進行了開溝深施肥機具研究，并對開溝深施肥機進行了整體機械結構設計。園藝工作中的深施肥對土地的開溝深度有較高的要求，開出的溝深越深，深施肥就越方便[6]。因此，在對關鍵部件參數進行選定后，又對機器的帶傳動進行了相關分析，整個研究和設計得出以下結論：排肥器與覆土器機構示意圖（1）選用旋耕彎刀片作為開溝刀，旋耕刀主要用于圓盤式開溝器，考慮到自身結構和經濟性選用單圓盤式開溝器。

（2）選用外輪槽式排肥器進行排肥，主要考慮到其結構簡單、操作方便和適用性好。

（3）整個機器的傳動主要由帶傳動；采用帶傳動實現動力從柴油機到開溝器的傳遞；采用帶傳動和齒輪傳動結合實現動力從柴油機到行走輪的傳遞，采用鏈傳動實現動力從行走輪到排肥軸的傳遞。

參考文獻

[1] 張加清，劉麗敏，陳長卿.大棚果園開溝深施肥的設計研究[J].新疆農機化，2012（3）：58-60.

[2] 李德勝，郭輝.果園施肥開溝機的研究現狀[J].農業科技與裝備，2011（6）：53-55.

[3] 宗躍.挖溝機械的發展狀況及市場前景[J].工程機械，2001（7）：50-53.

[4] 安志國.GC65G型輪式挖溝機的使用[J].工程機械，2003（10）：51-54.

[5] 冉志偉，張汝坤，吳福明，等.1KS22型雙軸開溝機設計研究[J].云南農業大學學報，2005，20（6）：850-853.

[6] 李寶筏.農業機械學[M].北京：中國農業出版社，2003.

[7] 王京鳳.微型遙控果園開溝機的設計分析與優化[D].楊凌：西北農林科技大學，2010.

[8] 耿端陽，張道林，王相友，等.新編農業機械學[M].北京：國防工業出版社，2011.

[9] 濮良貴，紀名剛.機械設計[M].北京：高等教育出版社，2005.安徽農業科學2014年