手扶式自动施肥机设计

马思旋 刘特成 吴昕炜 施伟辰

摘 要： 随着人们平均生活水平的不断提高和科学技术的发展，土地作业越趋向机械化。根据农艺的要求，深施肥不但能提高肥料的肥效还可以充分节约肥料，使农作物充分吸收肥料的营养从而茁壮生长。根据我国近年来的基本国情，大批青壮劳动力外出，考虑现有劳动力不足等特点，特设计出此款轻巧易操作的手扶式自动施肥机。此款手扶式自动施肥机自动完成定深度开沟、精量施肥以及覆土等功能，以精准的控制来适应施肥作业的各种地貌特点。

关键词： 开沟；施肥；覆土；易操作；轻便

【中图分类号】 S224.21 【文献标识码】 A 【文章编号】 2236-1879（2018）11-0157-03

0 引言

我国一直以来就是一个农业大国，农业的发展源远流长，从古至今，农业经济一直是我国经济的重要组成部分。随着科学技术的发展和人们生活水平的不断提高，农业机械化已经成为当今世界的主要趋势。农业机械化不仅给农民们减轻了负担，而且使作业效率得到了不断提升。

影响农作物产量和质量的一个重要因素就是机械化的施肥技术。现有的大多数农作物的行距和株距都较小，现存的绝大多数的田间作业机械都因动力不足和自身体积较大等缺点而很难方便、自如的进入土地中进行行间作业。如今，满足消费者要求的作业机械设备严重缺乏，我国对兼具效率高、體积小、自重小以及适应各种工作环境等优点的机械设备需求也越来越迫切。因此，开发研制适合大面积农作物作业的小型自动施肥机具有重要的现实意义。

1 总体方案的拟定

1.1 总体结构设计。

根据施肥需要设计的多功能施肥机，如图1所示。

1.2 施肥机工作原理。

总体结构设计如图1所示，包括汽油机、传递结构、工作部分。汽油机是整个施肥机的动力来源，离合器控制车体的行走和排肥器的转动。汽油机输出的转速通过皮带轮传到减速器，经由减速器减速通过链轮传递到主轴。当离合器闭合时，减速器输出的转速将通过主轴的一端传递到另一端，再通过传动链将转速传到地轮，带动地轮向前转动。同时地轮轴将转速通过传动链传递给排肥装置的轴，使施肥功能在地轮开始转动时同时开启。当槽轮转动时，肥料在排肥轮槽齿的强制推动下经排肥口排出，并通过排肥管播洒在沟槽中。此时，安装在排肥装置后侧的覆土装置在车体的向前带动下，将沟槽两边的土壤回填到沟槽里面并压平，施肥作业完成。

1.3主要参数的确定。

（1）链轮转速。

查阅相关资料，拟定链轮转速n1=120r/min，人行走速度V1=1.4m/s，车的速度V2=1m/s，地轮直径D为240mm，地轮链轮转速n2为80r/min，排肥器链轮n4=50r/min。

（2）汽油油机的选择。

根据查阅的相关资料，由犁耕牵引阻力的经验公式[23]

P=kab

式中，P为牵引阻力，a为耕深，b为耕宽，k为犁耕比阻，取k=7，可得开沟犁的牵引阻力P=1890N，拟定开沟器在作业深度为15cm时所受的阻力为1890N。根据经验设定地轮及覆土板的总阻力100N，作业速度为1m/s，所以施肥机所需要的总功率为P=Fv=1.99kW，选定型号：KT152F通用汽油机。

1.4传动装置的动力参数计算。

KT152F汽油机的满载转速为3600r/min[2]，要求的输出为50r/min，80r/min，则总传动比为72与45。

一级V带传动比i1=3，二级锥齿轮传动比i2=3.3，三级链传动比i3=3，四级链传动比i41=2.4，i42=2。主轴n1=120r/min，传递轴n2=80r/min，排肥器n3=50r/min，机械效率取0.96。各轴传递的功率如下：

各轴所传递的转矩T1为225.4，T2为225.4，T3为360.6，单位为Nm。

2主要零部件的选择与设计

2.1 皮带轮设计。

得出皮带轮功率为2.42KW。根据Pca=2.42KW，小带轮转速n1=1200r/min，小带轮直径d=112mm，选取皮带型号为SPA型V带。

V带的基准长度Ld和传动中心距a根据0.7（dd1+dd2）

得到为250mm。主动轮上包角a1约为171°，皮带根数为2根。V带带轮选用HT200。由于大皮带轮的D1-d1 =136≥100，采用孔板式，具体结构如图2所示。

2.2 减速器锥齿轮设计计算。

减速器锥齿轮中的参数如表1所示，其中1均代表大齿轮，2均代表小齿轮。

2.3 轴的直径估算。

根据工况，小齿轮采用齿轮轴结构，选用45钢。减速器高速轴的最小直径为30mm，减速器低速轴最小直径为55mm。根据主轴的受力分析情况，如图3所示，根据公式[1]

得到主轴的强度校核结果为安全。

3 主要部件的设计

3.1排肥装置的设计。

排肥器由两个有效工作长度不同的槽轮组成。当所需施肥量为30kg/亩时，将插板插入到大槽轮的上面，让肥箱输出的肥料只经过小槽轮排出。当需要的肥料量为50kg/亩时，将插板插入到小槽轮的上方。当所需的肥料为80kg/亩时，无需插板。确定两个槽轮的有效工作长度分别为74mm以及45mm，排肥轴结构如图4所示。

3.2 开沟器的结构设计。

此款开沟器可以调节三种深度，在开沟器的上方有三个相距5cm的螺栓孔，当从上方数第一个孔安装固定在车体上时，犁体所开沟深为15cm依次安装即可实现不同开沟深度。以此来实现根据不同的需求，来设置施肥机开沟器不同的沟深，由此实现了“因地制宜”，具体结构如图5所示。

3.3覆土板结构设计。

覆土板的总体设计方案如图6所示，材料为铸铁。由两个焊座、一个带有角度的梁以及两个板组成。

当整个施肥机前进时，安装在排肥装置后侧的覆土装置开始工作。将开沟器开沟时翻到沟两侧的土回填，覆土完成。

4 总结

1.随着科学技术的发展和人们生活水平的不断提高，农业机械化已经成为当今世界的主要趋势。现在大多的施肥方法是地表撒施，它有肥料利用率低、化肥损失严重、肥效持续时间短、肥量难以控制等缺点，易造成施肥过量，从而污染环境，化肥深施技术是解决上述问题的有效措施之一。

2.此款手扶式自动施肥机，它小巧、方便、易操作。

3.此施肥机在定深度开沟和精量施肥方面有较为新颖的设计。

参考文献

[1] 濮良贵等.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2006.35-40

[2] 成大先等.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2010.147-150

[3] 吉俊宝等.基于微型开沟机的施肥覆土装置设计[J].华中农业大学学报，2013，（7） ：1-4