甘蔗中耕施肥機肥料斗固定設置研究

□ 劉海濤

（廣西大學行健文理學院，廣西 南寧 530005）

廣西是甘蔗主要種植地之一，廣西糖料蔗種植面積占全國糖料蔗種植面積的60%以上，據統計在甘蔗的種植、耕作、收獲、綜合等方面，耕作環節的機械化率較高［1-4］。從甘蔗的種植到收獲，所使用的機械也比較多，甘蔗的種植機械主要有3種類型，分別為實時切種式、預切種式以及整稈式［5-7］。甘蔗的中耕施肥培土機械按動力大小可以分為小型甘蔗中耕施肥培土機械和懸掛式甘蔗中耕施肥培土機械，其中小型甘蔗中耕施肥培土機械是以手扶拖拉機、微型拖拉機為動力，例如3ZFS-1型甘蔗中耕施肥培土機；懸掛式甘蔗中耕施肥培土機械是以中大型拖拉機為動力，例如3ZFS-2型甘蔗中耕施肥培土機［8］。甘蔗的收獲機械主要有2種類型，分別為切段式甘蔗收獲機械和整稈式甘蔗收獲機械，切段式甘蔗收獲機械主要有4GZQ-120型甘蔗聯合收獲機、4GZ-200型甘蔗收獲機、4GQ-130型甘蔗收獲機、4GDL-91型履帶式甘蔗聯合收獲機等；整稈式甘蔗收獲機械主要有HS1800型甘蔗聯合收獲機、4GL-1型甘蔗聯合收獲機、4GD-36型甘蔗聯合收獲機、4GZZ-97型甘蔗聯合收獲機等［9-11］。

甘蔗的中耕施肥可有效提高甘蔗的產量，也是甘蔗生產過程的環節之一［12］。由于利用機械進行甘蔗中耕施肥，可以提高工作效率，減少人力勞動，減少肥料的浪費，施肥效果好，現已廣泛應用在甘蔗生產過程中。國內對甘蔗的中耕施肥機械進行了大量研究，取得較多成果［13-18］。甘蔗中耕施肥機械的排肥裝置性能的好壞是影響施肥效果的主要原因之一，根據化肥的種類、施肥要求等不同，主要有外槽輪式、螺旋式、振動式以及轉盤式等排肥裝置。而排肥裝置的肥料斗多采用螺栓固定，如圖1所示，存在施肥后清理殘余肥料時拆卸不方便的問題，為了方便對肥料斗、圓盤等處殘留的肥料進行清理，采用可升降式肥料斗結構。

圖1 肥料斗采用螺栓固定

一、技術路線

本研究采用的技術路線主要為國內外相關材料的收集、確定研究的方向、采用可升降式肥料斗結構、CreoParametric建模、CreoSimulate進行有限元分析等，如圖2所示。

圖2 技術路線

二、結構及原理

采用可升降式肥料斗的排肥裝置結構簡圖，如圖3所示，由肥料斗、可升降支撐桿、安裝底座、固定刮板、圓盤、肥料漏斗等組成。當甘蔗中耕施肥機工作時，可升降支撐桿將肥料斗固定在施肥高度位置，電動機驅動圓盤轉動，肥料在重力的作用下從肥料斗流到圓盤內，并在固定刮板處上升并偏移，當偏移至邊緣時肥料就可以落到肥料漏斗，順著排肥管均勻地落到已經開好的溝中，對甘蔗進行施肥。清理時，通過可升降支撐桿將肥料斗升高后固定不動，方便對肥料斗、圓盤等處殘留的肥料進行清理。

圖3 排肥裝置結構簡圖

三、建立模型

CREO軟件有很多功能，應用廣泛。CREO軟件主要有曲面設計、鈑金設計、模具開發、管路設計、零件設計、造型設計、電路設計、鑄造件設計、工程圖制作、應力分析、自動測量、產品裝配、產品數據管理、機構仿真和有限元素分析等功能，在機械、汽車、玩具、工業設計、電訊、家電、電子、以及高科技等行業廣泛應用。本研究采用CREO軟件進行建模和有限元分析，首先打開Creo Parametric，點擊【新建】，如圖4所示。

圖4 Creo Parametric【新建】對話框

根據可升降式肥料斗結構，利用Creo Parametric軟件建立肥料斗、可升降支撐桿、安裝底座等模型，建立的模型如圖5所示。

圖5 建立的模型

四、有限元分析

利用Creo Parametric建立模型后，對建立的簡化模型進行有限元分析有幾種方法，方法一將Creo Parametric軟件中建立的模型保存為★.x＿t格式的文件，再將★.x＿t文件導入到ANSYS Work bench中，設置材料屬性、進行網格劃分、施加載荷與約束、分析計算、查看分析結果等；方法二利用Creo Simulate對建好的模型進行有限元分析，優點是不用再導入到其他有限元分析軟件中，可以減少對模型的處理、轉換時間。由于對簡單零件進行有限元分析，CREO和ANSYS的計算結果比較接近，本文根據可升降式肥料斗結構特點，采用第二種方法，在Creo Simulate中進行有限元分析。

Creo Simulate可以做動態分析、模態分析、靜態分析、疲勞分析、失穩分析、預應力分析和優化設計研究等，應用廣泛。將利用Creo Parametric建立的模型導入到Creo Simulate中，定義材料屬性、添加約束、添加載荷、劃分網格等步驟后進行有限元分析，其分析結果如圖6所示，可升降支撐桿所受的最大應力小于材料的許用應力，采用可升降支撐桿結構滿足使用要求。

圖6 應力云圖

五、結語

隨著科技的發展，各種機械廣泛應用在甘蔗生產過程中，其中甘蔗中耕施肥機械種類很多。在我國廣西甘蔗種植面積較大，對甘蔗生產過程中使用機械的工作效率要求越來越高，本文根據甘蔗中耕施肥機排肥裝置的結構特點，采用可升降式肥料斗結構，利用Creo Parametric建立模型，在Creo Simulate中進行有限元分析，有限元分析結果為可升降支撐桿滿足使用要求。采用可升降式肥料斗結構方便對施肥后殘留的肥料進行清理，可以提高甘蔗中耕施肥機械的工作效率，為甘蔗中耕施肥機械的研究提供參考。