2F-1.5型有機(jī)肥撒施機(jī)的設(shè)計(jì)
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畢業(yè)設(shè)計(jì)中文摘要
2F-1.5型有機(jī)肥撒施機(jī)的設(shè)計(jì)
摘要
有機(jī)肥在我國(guó)使用歷史悠久，但我國(guó)的相關(guān)的機(jī)械設(shè)備發(fā)展仍比較落后，拋撒需要大量人力物力，效率低下且效果并不理想，結(jié)合我國(guó)目前的人均耕地面積小的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)適合的有機(jī)肥撒施機(jī)具有重要意義。
本次設(shè)計(jì)的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一臺(tái)牽引式的固態(tài)有機(jī)肥撒施機(jī)，在查閱大量資料和文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，最終確定了要設(shè)計(jì)一個(gè)容量為2m3，撒施幅寬為1.5m，工作效率為一小時(shí)22畝的有機(jī)肥撒施機(jī)。
選擇方形肥箱，輸送裝置為刮板輸送裝置，選擇液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)并且用鏈傳動(dòng)達(dá)到減速和運(yùn)行的目的。選用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈作為輸送鏈條，驅(qū)動(dòng)鏈輪的窩眼數(shù)確定為6，鏈傳動(dòng)傳動(dòng)比為6，傳動(dòng)軸直徑選擇為55mm。
拋撒裝置選用圓盤(pán)拋撒，拋撒圓盤(pán)的直徑為0.5m，兩拋撒圓盤(pán)中心距為0.5m，拋撒圓盤(pán)距地面的高度為0.4m，拋撒圓盤(pán)轉(zhuǎn)速為135r/min，拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸輸出的動(dòng)力通過(guò)一個(gè)萬(wàn)向節(jié)，經(jīng)過(guò)一個(gè)輸入齒輪箱，完成第一次減速，又經(jīng)過(guò)兩個(gè)相同的拋撒傳動(dòng)齒輪箱，完成第二次減速，帶動(dòng)圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)。選用三組相同的錐齒輪減速器，傳動(dòng)比為2。
關(guān)鍵詞：有機(jī)肥；撒施機(jī)；輸送裝置；拋撒裝置
Design of 2F-1.5 type organic fertilizer applicator
Abstract
Organic fertilizer has a long history of use in China, but the development of related machinery and equipment in China is still relatively backward. Dispersal requires a lot of manpower and material resources, the effect is not ideal. Combined with the actual situation of the small per capita arable land area in China at present, it is of great significance to design suitable organic fertilizer applicator.
The goal of this design is to design a tractor-type solid organic fertilizer spreader. It is finally determined to design a capacity of 2m3, the width of the spreader is 1.5m, and the working efficiency is 22 mu per hour.
Choose square fertilizer box, conveying device for scraper conveying device, choose hydraulic motor drive and chain drive to achieve the purpose of deceleration and operation. The high strength circular chain is selected as the conveying chain. The number of holes in the drive sprocket is determined as 6, the chain transmission ratio is determined as 6, and the diameter of the drive shaft is selected as 55mm.
Dispersing device adopts disc dispersing device. The diameter of the dispersing disc is 0.5m, the center distance between two dispersing disks is 0.5m, the height of the dispersing disc is 0.4m, and the speed of the dispersing disc is 135r/min. The output power of the tractor passes through a universal joint and an input gearbox .The second deceleration is completed through two identical spreading transmission gearboxes to drive the disc to rotate. Choose three groups of the same bevel gear reducer, transmission ratio is 2.
Key words: organic fertilizer; Spreader;Conveying device; Scatters device
畢業(yè)設(shè)計(jì)英文摘要
目 錄
1 緒論 1
1.1 研究的背景及意義 1
1.2 國(guó)內(nèi)外有機(jī)肥撒施機(jī)研究現(xiàn)狀 2
1.2.1 國(guó)外有機(jī)肥撒施機(jī)研究現(xiàn)狀 2
1.2.2 國(guó)內(nèi)有機(jī)肥撒施機(jī)研究現(xiàn)狀 4
1.3 研究的主要內(nèi)容和技術(shù)路線 5
1.3.1 研究的主要內(nèi)容 6
1.3.2 研究的技術(shù)路線 6
2 有機(jī)肥撒施機(jī)的工作原理及整體設(shè)計(jì) 8
2.1 有機(jī)肥撒施機(jī)的工作原理 8
2.2 有機(jī)肥撒施機(jī)的整體設(shè)計(jì) 8
2.2.1 肥箱的選擇 8
2.2.2 輸送裝置的選擇 8
2.2.3 拋撒裝置的選擇 9
3 撒施機(jī)輸送裝置的設(shè)計(jì) 9
3.1 刮板設(shè)計(jì) 9
3.2 鏈條的選擇 10
3.3 驅(qū)動(dòng)鏈輪的設(shè)計(jì) 12
3.4 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 13
3.5 傳動(dòng)軸的校核 17
4 撒施機(jī)拋撒裝置的設(shè)計(jì) 19
4.1 圓盤(pán)的選擇 19
4.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 19
4.2.1 錐齒輪減速器的設(shè)計(jì) 19
4.2.2 軸的設(shè)計(jì) 27
5 結(jié)論 30
參 考 文 獻(xiàn) 32
致 謝 35
2F-1.5型有機(jī)肥撒施機(jī)的設(shè)計(jì)
1 緒論
1.1 研究的背景及意義
早在距今9000年左右的“新石器時(shí)代”中國(guó)農(nóng)業(yè)就已經(jīng)起源，在夏商周時(shí)期就奠定了農(nóng)業(yè)社會(huì)基礎(chǔ)，肥料使用歷史悠久，其中有機(jī)肥占據(jù)主要位置。早在二三千年以前的奴隸社會(huì)中就有了鋤草肥田這一類的文字記載。隨后，戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的《荀子·富國(guó)篇》中記載：“地可使肥，多糞肥田”；魏晉時(shí)期撰寫(xiě)的《齊民要術(shù)》中也講述了 “踏糞法”；明代《寶坻勸農(nóng)書(shū)》中也明確記載了“蒸糞法、煨糞法、窖糞法”等有機(jī)肥制造方式。
現(xiàn)在，農(nóng)村人口有9億，占全國(guó)總?cè)丝诳倲?shù)的70％之多，農(nóng)業(yè)人口有7億，占產(chǎn)業(yè)農(nóng)人口數(shù)的50.1％。隨著人民生活水平的提高和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，有機(jī)肥快速走進(jìn)了人們的視野。很多種植戶和養(yǎng)殖戶都選擇有機(jī)肥作為肥料的一種。市場(chǎng)上的有機(jī)肥是把動(dòng)植物的廢棄物經(jīng)過(guò)高溫發(fā)醇滅菌處理后的一種肥料，消除了其中的有害物質(zhì)，有機(jī)質(zhì)含量較多，含量大部分都在40%以上，氮、磷、鉀含量在5%以上。有機(jī)肥種類繁多、性質(zhì)各異，但有共同的特點(diǎn)：資源豐富，種類多數(shù)量大，來(lái)源廣；有機(jī)質(zhì)含量高，養(yǎng)分齊全營(yíng)養(yǎng)全面；肥效穩(wěn)定，作用時(shí)間長(zhǎng)，有后勁；肥田養(yǎng)地，有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境。有機(jī)肥的生產(chǎn)與應(yīng)用符合我國(guó)現(xiàn)代高效、環(huán)保農(nóng)業(yè)發(fā)展需求。
有機(jī)肥使用范圍廣，撒施量大，但目前我國(guó)主要的耕作方式還是以家庭為單位，耕地面積小且不集中，在有機(jī)肥撒施技術(shù)裝備方面還比較缺乏，傳統(tǒng)的有機(jī)肥撒施方式主要還是依靠人工手動(dòng)拋撒，這種方式勞動(dòng)強(qiáng)度大且效率低下，撒施不均勻，人工成本很高，降低了人們對(duì)于使用有機(jī)肥的積極性，導(dǎo)致有機(jī)肥的使用受到了很大的限制，已經(jīng)不能夠適應(yīng)現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)的需求。
使用有機(jī)肥撒施機(jī)可以有效地減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約勞動(dòng)力，節(jié)省勞動(dòng)成本，使得效率更高，撒施均勻性更好，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量也得到很大提升。有機(jī)肥撒施機(jī)在使用過(guò)程中需配有相應(yīng)的牽引動(dòng)力設(shè)備，而拖拉機(jī)也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常用的牽引動(dòng)力設(shè)備。近年來(lái)，國(guó)家積極出臺(tái)各種相關(guān)政策，給予農(nóng)機(jī)購(gòu)置補(bǔ)貼，且比率不斷增長(zhǎng)，減輕了人們購(gòu)置農(nóng)業(yè)機(jī)械的負(fù)擔(dān)，提升了人們對(duì)于機(jī)械拋撒有機(jī)肥的熱情，有機(jī)肥使用更加被大眾接受。
為了解放生產(chǎn)力，提高生產(chǎn)效率，結(jié)合農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化需求，需要設(shè)計(jì)新型高效的有機(jī)肥撒施機(jī)，有機(jī)肥撒施機(jī)的使用是符合我國(guó)國(guó)情的，適應(yīng)市場(chǎng)需求的。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分考慮機(jī)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，還要做到輸送量穩(wěn)定，拋撒均勻，不斷改進(jìn)結(jié)構(gòu)，以達(dá)到有機(jī)肥撒施機(jī)械化，減輕人力物力，符合農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化要求。
1.2 國(guó)內(nèi)外有機(jī)肥撒施機(jī)研究現(xiàn)狀
1.2.1 國(guó)外有機(jī)肥撒施機(jī)研究現(xiàn)狀
在早期農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，人們幾乎只使用有機(jī)肥料，由于有機(jī)肥需求量大且撒施難度大，而人工撒施效率低下，早在19世紀(jì)70年代就研制出了簡(jiǎn)易的畜拉式有機(jī)肥撒施機(jī)這類較為自動(dòng)化的機(jī)械，依靠馬匹來(lái)拉動(dòng)作業(yè)。經(jīng)過(guò)工程師們不斷地完善，到了20世紀(jì)70年代就基本實(shí)現(xiàn)了有機(jī)肥撒施的全程機(jī)械化作業(yè)，如今已經(jīng)達(dá)到較高技術(shù)水平，朝著大型化和智能化的方向發(fā)展。
根據(jù)有機(jī)肥的物理形態(tài)不同，可以分為液態(tài)有機(jī)肥撒施機(jī)和固態(tài)有機(jī)肥撒施機(jī)；根據(jù)撒施機(jī)的行走方式不同，又可以分為自走式撒施機(jī)和牽引式撒施機(jī)[10]。
液態(tài)有機(jī)肥撒施機(jī)一般包括罐體、抽吸裝置、撒施裝置以及行走平衡系統(tǒng)四大部分。目前有三類液態(tài)有機(jī)肥撒施機(jī)，這幾類機(jī)械用罐裝肥料，而后通過(guò)泵將肥料輸送至各個(gè)拋撒管道中，將液態(tài)有機(jī)肥直接注入土壤中，第一種為管道式，第二種為鞋靴式，第三種為楔形式，其中，楔形式效果最好，肥料損失和對(duì)環(huán)境的污染都比較小[1]?，F(xiàn)在，液態(tài)有機(jī)肥撒施機(jī)的容量更加大，功能更加全面更加多樣化且作業(yè)更加精準(zhǔn)，施肥更加精細(xì)，避免了更多不必要的浪費(fèi)。例如美國(guó)研制的Nutri-Placer型液態(tài)有機(jī)肥撒施機(jī)[5]罐體容量可達(dá)7.7m3，撒施幅寬可達(dá)19.8m。但是液態(tài)有機(jī)肥撒施機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且液態(tài)有機(jī)肥的處理比較麻煩并且需要特定的場(chǎng)所和裝備，所以應(yīng)用并不廣泛[13]。
圖 1 液態(tài)有機(jī)肥撒施機(jī)
固態(tài)有機(jī)肥撒施機(jī)一般包括肥料箱、肥料輸送裝置以及肥料拋撒裝置。根據(jù)拋撒裝置的驅(qū)動(dòng)方式的不同可分位地輪驅(qū)動(dòng)和拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸驅(qū)動(dòng)兩類。地輪驅(qū)動(dòng)式撒施機(jī)在小型撒肥機(jī)上應(yīng)用較廣[10]，主要包括機(jī)架、肥料箱、地輪、輸肥裝置以及撒肥裝置，輸送裝置和拋撒裝置的動(dòng)力均由地輪提供，通過(guò)拖拉機(jī)牽引，一側(cè)地輪通過(guò)鏈傳動(dòng)將動(dòng)力傳遞給輸送鏈板，另一側(cè)的地輪將動(dòng)力傳遞給拋撒裝置，完成整個(gè)將肥料輸送至拋撒裝置并均勻拋撒的過(guò)程。
拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸驅(qū)動(dòng)式有機(jī)肥撒施機(jī)主要應(yīng)用于大型撒肥機(jī)上，工作效率高且撒施均勻性好。常見(jiàn)應(yīng)用廣泛的肥料輸送裝置有刮板式輸送裝置、螺旋式輸送裝置兩類；拋撒裝置有圓盤(pán)式和螺旋式兩種。圓盤(pán)式拋撒裝置在工作時(shí)通過(guò)螺旋或刮板輸送裝置將肥料輸送至肥箱后部的拋撒圓盤(pán)，由拖拉機(jī)后動(dòng)力輸出軸驅(qū)動(dòng)圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，將肥料均勻拋撒出去，有較高的工作效率。這類撒施工作幅寬較大，但由于結(jié)構(gòu)限制，撒施量比較少，適合撒肥量要求小的田地。國(guó)外較為先進(jìn)的機(jī)型有英國(guó)Kverneland公司生產(chǎn)的EL系列撒肥機(jī)[12]，如圖2所示。該系列機(jī)型采用雙圓盤(pán)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，肥箱容量最大可達(dá)1.4m3工作幅寬最大達(dá)到21m。
圖 2 EL系列雙圓盤(pán)式有機(jī)肥撒施機(jī)
螺旋式有機(jī)肥撒施機(jī)又分為橫軸螺旋和豎軸螺旋兩種，比較適用于平原和大面積的農(nóng)場(chǎng)，需要大型的牽引設(shè)備來(lái)牽引[5]，撒肥量一般較大，肥料箱里的肥料經(jīng)過(guò)輸送裝置輸送至螺旋拋撒裝置，經(jīng)過(guò)螺旋拋撒輥的高速旋轉(zhuǎn)均勻拋撒至田地。與橫軸螺旋相比，豎軸螺旋功耗較大，但拋撒幅寬也比較大，效率更高，應(yīng)用更為廣泛。較為先進(jìn)的機(jī)型有法國(guó)庫(kù)恩公司ProPush系列豎軸螺旋式有機(jī)肥撒施機(jī)[5]，如圖3所示，液壓推進(jìn)式的肥料輸送裝置可以撒播所有類型的固態(tài)物料，輸送平穩(wěn)快速，配合立式拋撒器，拋撒更加均勻，最大程度地利用肥料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。
圖 3 ProPush系列豎軸螺旋式有機(jī)肥撒施機(jī)
1.2.2 國(guó)內(nèi)有機(jī)肥撒施機(jī)研究現(xiàn)狀
在國(guó)內(nèi)，有機(jī)肥撒施機(jī)研究起步較晚，研究比較落后，一直到20世紀(jì)初期，仍然是靠原始的人工拋撒這種消耗人力物力的方法實(shí)現(xiàn)有機(jī)肥在田地的撒施，勞動(dòng)強(qiáng)度大成本高，效率低下，近年來(lái)，國(guó)家大力發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)，農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究開(kāi)始起步，在農(nóng)村勞動(dòng)力越來(lái)越緊缺的情況下，有機(jī)肥撒施用機(jī)械代替人工成為滿足以上政策的必備條件[3]。
我國(guó)對(duì)于液態(tài)有機(jī)肥撒施機(jī)的研究起步較晚，20世紀(jì)50年代中期才開(kāi)始使用手動(dòng)噴霧施肥器；到了60年代中期開(kāi)始引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的動(dòng)力設(shè)備；直到80年代初期，才開(kāi)始自發(fā)研制國(guó)產(chǎn)機(jī)械，經(jīng)過(guò)研究人員的不斷努力，相繼研制出了不同型號(hào)的液態(tài)有機(jī)肥撒施機(jī)[1]。例如，新疆石河子原農(nóng)業(yè)局研制出2FY-16型懸掛式液態(tài)有機(jī)肥撒施機(jī)[7]；第一師第一團(tuán)研制出2FYA-4.2-2 型液氨施肥機(jī)[1]；黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械科學(xué)院研制出 FY-400 型多功能液態(tài)施肥機(jī)等等機(jī)型[1]。但這些機(jī)型在實(shí)際使用過(guò)程中都存在或多或少的問(wèn)題，如工作效率低下、排肥不穩(wěn)定、肥料浪費(fèi)嚴(yán)重等，與國(guó)外同類型撒施機(jī)相比差距仍然較大。目前，我國(guó)的液態(tài)有機(jī)肥撒施機(jī)主要還是依賴于進(jìn)口，自主研發(fā)的先進(jìn)機(jī)型很少。目前我國(guó)較為先進(jìn)的2FYP-12型液態(tài)有機(jī)肥撒施機(jī)如圖4所示。
圖 4 2FYP-12型有機(jī)肥撒施機(jī)
對(duì)于固態(tài)有機(jī)肥撒施機(jī)，近十年以來(lái)，在國(guó)家相關(guān)政策的支持下，研究和研制開(kāi)始起步，特別是2010年后，國(guó)內(nèi)有機(jī)肥撒施機(jī)的研究快速發(fā)展，但主要還是以仿制改進(jìn)國(guó)外有機(jī)肥撒施機(jī)為主。研發(fā)的主要機(jī)型有：吉林大學(xué)生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院研制的2SF-2型變量深施肥機(jī)[7]；吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的NSJ-B型有機(jī)肥撒施機(jī)Error! Reference source not found.，如圖5所示；新疆農(nóng)五師九十團(tuán)農(nóng)機(jī)部研制的2FQ-1.8型有機(jī)肥撒施機(jī)等[5]。目前較為典型的螺旋式有機(jī)肥撒施機(jī)如圖6所示，圓盤(pán)式有機(jī)肥撒施機(jī)如圖7所示。
圖 5 NSB-J型有機(jī)肥撒施機(jī)
圖 6 螺旋式有機(jī)肥撒施機(jī) 圖 7 圓盤(pán)式有機(jī)肥撒施機(jī)
1.3 研究的主要內(nèi)容和技術(shù)路線
1.3.1 研究的主要內(nèi)容
為了解放生產(chǎn)力，提高生產(chǎn)效率，隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技和生產(chǎn)技術(shù)的全面快速發(fā)展，結(jié)合農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化需求以及我國(guó)具體國(guó)情，需要設(shè)計(jì)新型高效的有機(jī)肥撒施機(jī)。有機(jī)肥撒施機(jī)的設(shè)計(jì)和使用是符合我國(guó)國(guó)情的，適應(yīng)市場(chǎng)需求的。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅要充分考慮機(jī)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，還要做到輸送量穩(wěn)定，拋撒均勻，不斷改進(jìn)結(jié)構(gòu)，以達(dá)到有機(jī)肥撒施機(jī)械化，減輕人力物力，提高撒施均勻性及生產(chǎn)效率。
參考國(guó)內(nèi)外已有的有機(jī)肥撒施機(jī)的成熟機(jī)型以及我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合我國(guó)國(guó)情及實(shí)際的使用情況，設(shè)計(jì)一種牽引式有機(jī)肥撒施機(jī)，工作幅寬為1.5米，容量為2立方米，工作效率為一小時(shí)22畝，對(duì)其中的主要部件進(jìn)行設(shè)計(jì)。主要研究?jī)?nèi)容如下：
1）.通過(guò)查閱資料，了解有機(jī)肥撒施機(jī)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)及工作原理等。根據(jù)這些內(nèi)容選擇合適的參數(shù)，對(duì)有機(jī)肥撒施機(jī)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)。
2）.根據(jù)整體的規(guī)劃對(duì)輸送裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定具體的設(shè)計(jì)方案，選擇合適的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)方式，傳動(dòng)裝置并進(jìn)行校核。
3）.對(duì)拋撒裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定合適的拋撒形式，選擇驅(qū)動(dòng)形式，設(shè)計(jì)拋撒裝置等并進(jìn)行校核。
4）.根據(jù)具體的設(shè)計(jì)及計(jì)算數(shù)據(jù)繪出相應(yīng)的裝配圖及零件圖，完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。
1.3.2 研究的技術(shù)路線
根據(jù)本課題的研究目標(biāo)和內(nèi)容，制定研究的技術(shù)路線如圖8所示：
開(kāi)始
確定課題
查閱文獻(xiàn)
確定總體設(shè)計(jì)方案
方案預(yù)估
N
設(shè)計(jì)有機(jī)肥撒施機(jī)
Y
整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
拋撒裝置的設(shè)計(jì)
輸送裝置的設(shè)計(jì)
結(jié)論
結(jié)束
圖 8 研究的技術(shù)路線圖
35
2 有機(jī)肥撒施機(jī)的工作原理及整體設(shè)計(jì)
2.1 有機(jī)肥撒施機(jī)的工作原理
本次的設(shè)計(jì)目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)牽引式的固態(tài)有機(jī)肥撒施機(jī)，大體上由牽引桿、肥料箱、輸送裝置、拋撒裝置、傳動(dòng)裝置幾部分組成。本次設(shè)計(jì)主要是對(duì)輸送裝置、拋撒裝置以及他們的傳動(dòng)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。輸送裝置用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，將肥料輸送至肥箱后側(cè)，再經(jīng)由拋撒裝置均勻拋撒出去。
2.2 有機(jī)肥撒施機(jī)的整體設(shè)計(jì)
2.2.1 肥箱的選擇
肥料箱的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到需要的容量，所裝肥料的特性等問(wèn)題，考慮到我國(guó)人均耕地面積小，大部分是小塊地的現(xiàn)狀，拋撒幅寬不宜過(guò)寬，設(shè)計(jì)目標(biāo)幅寬為1.5m，肥箱的容積為2m3。根據(jù)我國(guó)對(duì)于車(chē)輛規(guī)格及道路寬度的相關(guān)規(guī)定，普通車(chē)輛的寬度一般在1.6～1.8m，較大型的物流運(yùn)輸車(chē)寬度一般不超過(guò)2.5m，除此之外，由于鄉(xiāng)村道路寬度大多是在4m左右，為了保證所設(shè)計(jì)的牽引式有機(jī)肥撒施機(jī)能正常通過(guò)道路到達(dá)田間，將肥料想寬度設(shè)計(jì)為1m，為了保證容量，長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為2.8m，高度設(shè)置為0.6m。采用方形肥料箱，避免了V形肥料箱容易產(chǎn)生的肥料由于濕度太大而導(dǎo)致的粘連等問(wèn)題。在肥料堆積時(shí)，堆積容量可以達(dá)到2m3。
在肥料箱前面還要安裝一個(gè)高的防護(hù)網(wǎng)，可以防止肥料在撒肥過(guò)程中飛濺到前方，避免駕駛員受到傷害，也可以減少肥料的損失。肥料箱的底板采用高錳鋼板，強(qiáng)度高，耐磨性好使用壽命長(zhǎng)。
2.2.2 輸送裝置的選擇
輸送裝置根據(jù)輸送的形式不同主要有刮板輸送裝置以及螺旋輸送裝置兩類[3]，螺旋輸送裝置輸送能力強(qiáng)，但由于肥料和螺旋葉片摩擦力大，所以單位動(dòng)力消耗大，易磨損，且輸送過(guò)程中容易引起堵塞。在兩個(gè)螺旋輸送攪龍之間容易產(chǎn)生死角，有肥料殘留，造成肥料浪費(fèi)。
刮板輸送裝置則很好的避免了螺旋輸送裝置的缺點(diǎn)，可以輸送粉狀，顆粒以及小塊狀物料，同時(shí)也可以很好的照顧到廢料箱底部的每一個(gè)位置，不容易產(chǎn)生死角導(dǎo)致肥料殘留。同時(shí)，刮板輸送裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸送能力強(qiáng)，運(yùn)行平穩(wěn)，所以，本次設(shè)計(jì)采用刮板輸送裝置對(duì)肥料進(jìn)行輸送。
2.2.3 拋撒裝置的選擇
肥料拋撒裝置根據(jù)拋撒形式的不同可以分為螺旋拋撒和圓盤(pán)拋撒兩類[10]。螺旋拋撒裝置又分為橫軸螺旋和豎軸螺旋兩大類，撒肥量一般較大，工作效率高，與橫軸螺旋相比，豎軸螺旋拋撒幅寬更大，效率更高，應(yīng)用較廣泛。但螺旋式拋撒方式一般比較適用于平原和大面積的農(nóng)場(chǎng)，需要大型的牽引設(shè)備來(lái)牽引。
圓盤(pán)拋撒裝置圓盤(pán)式拋撒裝置在工作時(shí)刮板輸送裝置將肥料輸送至肥箱后部的拋撒圓盤(pán)，由拖拉機(jī)后動(dòng)力輸出軸輸出動(dòng)力驅(qū)動(dòng)圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，利用離心力和肥料與圓盤(pán)之間的摩擦力等力將肥料均勻拋撒出去，有較高的工作效率。這類撒施機(jī)由于結(jié)構(gòu)限制，撒施量比較少，適合撒肥量要求小的田地。根據(jù)以上，本次設(shè)計(jì)選擇圓盤(pán)拋撒裝置，為了是撒施更加均勻，提高作物產(chǎn)量，減少肥料浪費(fèi)，采用雙圓盤(pán)拋撒。
2.3 本章小結(jié)
本章介紹了此次要設(shè)計(jì)的固態(tài)有機(jī)肥撒施機(jī)的工作原理，查閱資料和文獻(xiàn)，根據(jù)實(shí)際情況，完成了撒施機(jī)的總體設(shè)計(jì)，確定了肥箱的形態(tài)大小為2.8m×1m×0.6m的方形肥箱，選擇肥料輸送裝置為刮板式輸送裝置，肥料拋撒裝置為雙圓盤(pán)式拋撒裝置。
3 撒施機(jī)輸送裝置的設(shè)計(jì)
3.1 刮板設(shè)計(jì)
根據(jù)總體設(shè)計(jì)方案，肥料箱長(zhǎng)度2.8m，所以刮板需要運(yùn)行的長(zhǎng)度也是2.8m。為了防止刮板和肥料箱的側(cè)壁摩擦阻力過(guò)大，導(dǎo)致磨損，減少使用壽命，需要在肥料箱側(cè)壁和刮板之間留有一定的間隙。然而，間隙過(guò)大又會(huì)導(dǎo)致肥料遺漏在肥料箱側(cè)壁，導(dǎo)致漏刮，造成肥料的浪費(fèi)，所以要選擇合適的間隙值，以確保肥料沒(méi)有浪費(fèi)的同時(shí)保證輸送正常且裝置使用壽命長(zhǎng)。
查閱文獻(xiàn)[11]，目前，刮板輸送裝置中刮板長(zhǎng)度與料箱側(cè)壁之間的間隙值合理的選擇參考表1。
表 1 刮板長(zhǎng)度與料箱側(cè)壁間隙值
肥料箱寬度/mm
120
160
200
250
320
400
500
630
800
1000
間隙值/mm
7.5
10
10
15
15
15
15
20
20
20
根據(jù)總體設(shè)計(jì)，選擇4號(hào)角鋼作為刮板材料，刮板的各參數(shù)表2所示。
表 2 所選刮板各參數(shù)
刮板長(zhǎng)度/mm
刮板高度/mm
刮板寬度/mm
刮板厚度/mm
刮板間隔/mm
刮板個(gè)數(shù)/個(gè)
940
20
4
4
370
15
3.2 鏈條的選擇
由于肥料箱的大小不一，刮板輸送裝置會(huì)有單鏈、雙鏈、多鏈之分，考慮到本次設(shè)計(jì)的肥料箱較大，所以選擇雙鏈。刮板輸送裝置的鏈條大多運(yùn)用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈，它具有很好的耐磨性，使用壽命長(zhǎng)，強(qiáng)度高，本次設(shè)計(jì)選用10×40高強(qiáng)度圓環(huán)鏈。
圖 9 高強(qiáng)度圓環(huán)鏈
要保證肥料輸送穩(wěn)定，輸送裝置機(jī)械使用壽命長(zhǎng)，就需要保證圓環(huán)鏈強(qiáng)度夠高，需要對(duì)圓環(huán)鏈進(jìn)行校核。肥料輸送裝置整體受力圖如圖10所示。
圖 10 刮板輸送裝置受力圖
根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T—13566.1/ISO3944:1992）《肥料 堆密度的測(cè)定》規(guī)定，肥料的堆積密度是760kg/m3，按照肥箱滿載來(lái)計(jì)算，肥料的質(zhì)量m0：
(3.1)
式中：
—肥料堆積密度，760kg/m3；
—肥料箱滿載時(shí)肥料的體積，2m3；
查機(jī)械手冊(cè)和計(jì)算，可以得到圓環(huán)鏈和刮板的總質(zhì)量為m1為72kg。
則刮板輸送裝置運(yùn)行過(guò)程中所受的最大阻力Wf：
(3.2)
式中：
m0—肥箱滿載時(shí)肥料的質(zhì)量，1520kg；
m1—刮板和鏈條的總質(zhì)量72kg；
g—重力加速度，取9.8m/s2；
f—肥料與肥料箱底板的摩擦系數(shù)，取0.7；
f1—圓環(huán)鏈與肥料箱底板的摩擦系數(shù)，取0.4；
刮板輸送裝置運(yùn)行過(guò)程中所受到的總阻力W：
(3.3)
式中：
ωf—附加阻力系數(shù)，取1.1；
Wf—刮板輸送裝置運(yùn)行過(guò)程中所受的最大阻力；
所以，刮板運(yùn)輸裝置運(yùn)行過(guò)程中所受的總阻力為11.78kN，查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，得到圓環(huán)鏈的安全系數(shù)n：
(3.4)
式中：
i—刮板鏈的鏈條數(shù)；
Sp—鏈條短破負(fù)荷，kN；
λ—鏈條的負(fù)荷不均勻系數(shù)；
S—圓環(huán)鏈所承受的最大的牽引力，kN；
由于裝置采用雙圓環(huán)鏈，所以i取2，根據(jù)查閱資，可以得到10×40高強(qiáng)度圓環(huán)鏈的短破負(fù)荷為130KN，鏈條的不均勻系數(shù)取0.85，圓環(huán)鏈所承受最大牽引力為11.78KN，則：
滿足強(qiáng)度要求。
3.3 驅(qū)動(dòng)鏈輪的設(shè)計(jì)
圓環(huán)鏈鏈輪齒數(shù)過(guò)多時(shí)會(huì)導(dǎo)致尺寸過(guò)大，進(jìn)而導(dǎo)致肥料輸送速度過(guò)大，為了避免這一現(xiàn)象，選擇鏈輪齒數(shù)為6。
則鏈輪的中心夾角得半角：
(3.5)
式中：
Z—鏈輪的齒數(shù)，z=6；
則=30°。
鏈輪的節(jié)圓直徑D0：
(3.6)
式中：
P—圓環(huán)鏈的節(jié)距，mm；
d—圓環(huán)鏈的直徑，mm；
—鏈輪中心夾角的半角，30°；
由于圓環(huán)鏈條選用的是10×40高強(qiáng)度圓環(huán)鏈，查閱手冊(cè)，可以得到鏈條的節(jié)距P為40mm，直徑d為10mm，則D0=159.3mm。
鏈輪的節(jié)距P0：
鏈輪的齒頂圓直徑Dc：
圖 11 圓環(huán)鏈輪
3.4 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
查閱資料可知[19]，根據(jù)我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，牽引式有機(jī)肥撒施機(jī)作業(yè)時(shí)行駛速度大約在6～12km/h，綜合考慮后選擇撒施機(jī)行進(jìn)速度為10km/h。有機(jī)肥撒施機(jī)撒施的目標(biāo)幅寬為1.5m，則拋撒一公頃田地所需要的時(shí)間t：
(3.7)
式中：
S0—一公頃的面積，10000㎡；
B—拋撒的目標(biāo)幅寬，1.5m；
V—拖拉機(jī)行駛速度，m/s；
則t=2400s。
每公頃田地需要拋撒的有機(jī)肥量應(yīng)該控制在10t～40t之間，而有機(jī)肥的堆積密度在760kg/m3，所以每公頃土地所需要拋撒的有機(jī)肥體積應(yīng)該保持在13.16m3～52.63m3之間。則刮板的運(yùn)行速度v0：
(3.8)
式中：
V—撒施每公頃土地需要的有機(jī)肥體積，m3；
B0—肥料箱的寬度，m；
H0—肥料箱的高度，m；
T—拋撒一公頃田地所需要的時(shí)間，s；
根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)，肥料箱的寬度為1m，高度為0.6m所以，刮板的運(yùn)行速度：
傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)力由拖拉機(jī)的液壓系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)液壓馬達(dá)來(lái)傳遞，通過(guò)減速后將動(dòng)力傳遞給傳動(dòng)系統(tǒng)，帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)鏈輪從而帶動(dòng)刮板進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)方式選擇鏈傳動(dòng)。
鏈傳動(dòng)中傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速n0：
(3.9)
(3.10)
式中：
v0—刮板運(yùn)行速度，mm/s；
r0—驅(qū)動(dòng)鏈輪的節(jié)圓半徑，r0=D02，mm；
則傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速n0=1.31r/min～5.26r/min。
初選鏈傳動(dòng)傳動(dòng)比i=6，則液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速n=7.89r/min～31.55r/min，由于拖拉機(jī)液壓系統(tǒng)額定壓力為16MPa，流量Q為26.4L/min，所以當(dāng)選用的液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速n最大時(shí)所需要的排量q:
(3.11)
式中：
Q—拖拉機(jī)液壓系統(tǒng)流量，L/min；
所以，q=836.77ml/r，綜合考慮成本和使用情況，選用液壓馬達(dá)的型號(hào)為BM6-800，排量為800ml/r。
刮板傳動(dòng)所需要的功率P：
(3.12)
式中：
W—刮板輸送裝置運(yùn)行過(guò)程中收到的總阻力，kN;
v0—刮板運(yùn)行速度，m/s；
得出，刮板傳動(dòng)所需要的功率p=0.13kW～0.52kW。
根據(jù)鏈輪傳遞功率P和小鏈輪的轉(zhuǎn)速n0，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可得，應(yīng)選取型號(hào)為16A的滾子鏈，他的節(jié)距p=25.4mm，滾子直徑d1=15.88mm，綜合考慮空間和成本，選取小鏈輪齒數(shù)為9齒，則小鏈輪的分度圓直徑d1:
(3.13)
式中：
P—滾子鏈節(jié)圓直徑，mm；
z1—小鏈輪齒數(shù)；
則可以得出，小鏈輪得分度圓直徑d1=74.26mm。
小鏈輪齒頂圓直徑dα1：
(3.14)
得出，小鏈輪齒頂圓直徑dα1=83.5mm。
小鏈輪的齒根圓直徑 df1：
df1=d1-d=58.38mm (3.15)
圖 12 小鏈輪
根據(jù)小鏈輪的尺寸參數(shù)及傳動(dòng)比，可以得到大鏈輪的參數(shù)，大鏈輪齒數(shù)z2=iz1=54，則大鏈輪分度圓直徑d2：
=436.84mm (3.16)
大鏈輪齒頂圓直徑dα2：
(3.17)
大鏈輪齒根圓直徑 df2：
df2=d2-d=460.96mm (3.18)
根據(jù)計(jì)算得出的數(shù)據(jù)，可以中心距：
(3.19)
可以得到a0=（30-50）×25.4=762-1270mm，取中心距=800mm，得出相應(yīng)的鏈節(jié)數(shù)Lp：
(3.20)
式中：
—鏈條中心距，mm；
P—鏈條節(jié)圓直徑，mm；
z1—小齒輪齒數(shù)；
z2—大齒輪齒數(shù)：
則可以得到選用的滾子鏈相應(yīng)的鏈節(jié)數(shù)Lp=95.8，取96節(jié)。
圖 13 大鏈輪
3.5 傳動(dòng)軸的校核
刮板輸送裝置的傳動(dòng)軸由兩個(gè)滑動(dòng)軸承支撐，通過(guò)鍵與驅(qū)動(dòng)鏈輪以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的大鏈輪鏈接，主要承受扭轉(zhuǎn)作用力，設(shè)計(jì)合適的軸可以提高運(yùn)行的平穩(wěn)程度，增加可靠性，增長(zhǎng)使用壽命。
軸的材料用45號(hào)鋼，軸的直徑d：
(3.21)
式中：
P—軸傳遞的功率，kW；
n—軸的轉(zhuǎn)速，r/min；
查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，得到45號(hào)鋼的A0應(yīng)取126～103，這里的軸主要受扭矩作用，A0取較小值110，則可以得到軸的直徑d≥53.17mm，初選d=55mm。
1）強(qiáng)度校核
傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的扭矩通過(guò)大鏈輪傳遞給傳動(dòng)軸，傳動(dòng)軸又帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)鏈輪開(kāi)始旋轉(zhuǎn)從而帶動(dòng)刮板運(yùn)動(dòng)，因此在傳動(dòng)軸在大鏈輪處所受扭矩最大，該界面是危險(xiǎn)截面，由于在輸送過(guò)程中所承受的最大阻力為11.8kN，驅(qū)動(dòng)鏈輪節(jié)圓直徑為159.3mm，
大鏈輪處所受的最大扭矩為：T=11.8×159.32=939.87N·m。
扭轉(zhuǎn)應(yīng)力τ：
(3.22)
(3.23)
式中：
T—危險(xiǎn)截面處所受最大扭矩，N·m；
W—軸的抗扭截面系數(shù)，mm3；
d—軸的直徑，mm；
可以求得，危險(xiǎn)截面處扭轉(zhuǎn)應(yīng)力τ=28.7MPa。
扭轉(zhuǎn)時(shí)安全系數(shù)：
(3.24)
式中：
τ-1—軸的扭轉(zhuǎn)剪切疲勞極限，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)取155MPa；
Kτ—疲勞極限的綜合影響系數(shù)，查手冊(cè)取1.62；
τa—軸所受扭轉(zhuǎn)剪切交應(yīng)變的應(yīng)力幅值，τa=τm；
φτ—扭轉(zhuǎn)時(shí)的平均應(yīng)力折合為應(yīng)力幅的折算系數(shù)，查手冊(cè)取0.07；
τm—軸所受扭轉(zhuǎn)剪切交應(yīng)變的平均應(yīng)力，τm=τ2=14.35MPa；
得到扭轉(zhuǎn)時(shí)軸的安全系數(shù)Sτ=6.39＞[S]=1.5。強(qiáng)度滿足要求
2）剛度校核
由于軸主要受扭轉(zhuǎn)作用，軸的截面的扭轉(zhuǎn)角φ：
(3.25)
式中：
T—軸所承受的扭矩，N·mm
G—軸材料的剪切彈性模量，MPa，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，得到G=8.1×104 MPa；
Ip—軸截面的極慣性矩，mm4，對(duì)于圓軸， ；
得到軸的截面的扭轉(zhuǎn)角φ=0.74°/m＜[φ]，剛度滿足要求。
4 撒施機(jī)拋撒裝置的設(shè)計(jì)
本次設(shè)計(jì)的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)雙圓盤(pán)拋撒裝置，目標(biāo)拋撒幅寬為1.5m，拋撒裝置的動(dòng)力由拖拉機(jī)后動(dòng)力輸出軸提供，為了撒施機(jī)可以更好地推廣，選用我國(guó)保有量較大的鐵?！?5（56）拖拉機(jī)作為配套設(shè)備，最大功率為48kw，后動(dòng)力輸出軸轉(zhuǎn)速為540r/min。
4.1 圓盤(pán)的選擇
采用雙圓盤(pán)結(jié)構(gòu)，每個(gè)圓盤(pán)上均勻分布兩對(duì)推肥板，推肥板材質(zhì)采用角鋼。
由于刮板的長(zhǎng)度為0.9m，為了保證肥料可以全部落在拋撒圓盤(pán)上，避免造成浪費(fèi)，圓盤(pán)的半徑取0.5m，兩圓盤(pán)圓心距為0.5m，圓盤(pán)距地面的距離根據(jù)資料結(jié)合實(shí)際情況，取0.4m，本次設(shè)計(jì)目標(biāo)撒施幅寬為1.5m，假設(shè)有效撒施幅寬為實(shí)際撒施幅寬的60％，則實(shí)際撒施幅寬為2.5m。
根據(jù)已選的牽引裝備，拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸轉(zhuǎn)速為540r/min，拖拉機(jī)動(dòng)力輸出后，經(jīng)過(guò)萬(wàn)向節(jié)和減速器將動(dòng)力傳送到圓盤(pán)上，根據(jù)實(shí)際情況，選取減速器總傳動(dòng)比為4，則圓盤(pán)上的實(shí)際轉(zhuǎn)速為135r/min，此時(shí)圓盤(pán)拋撒裝置的實(shí)際拋撒幅寬為2.52m。
4.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
4.2.1 錐齒輪減速器的設(shè)計(jì)
拋撒裝置的動(dòng)力來(lái)源是拖拉機(jī)的動(dòng)力輸出軸，動(dòng)力輸出后帶動(dòng)萬(wàn)向節(jié)和錐齒輪減速器最終帶動(dòng)圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)比為4:1，傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖14所示。
圖 14 拋撒裝置傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖
由圖可知，拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸輸出的動(dòng)力通過(guò)一個(gè)萬(wàn)向節(jié)后，先經(jīng)過(guò)一個(gè)輸入齒輪箱12，完成第一次減速，然后又經(jīng)過(guò)兩個(gè)相同的拋撒傳動(dòng)齒輪箱34，完成第二次減速，這兩個(gè)拋撒錐齒輪減速器最終帶動(dòng)圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，完成均勻拋撒過(guò)程。整個(gè)機(jī)構(gòu)總的傳動(dòng)比為4:1，則第一組錐齒輪減速器的傳動(dòng)比i1與第二組錐齒輪減速器傳動(dòng)比i2均為2，為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和裝置的結(jié)構(gòu)，兩組減速器采用同樣的齒輪大小。
假設(shè)肥料顆粒落在拋撒圓盤(pán)上的a點(diǎn)，根據(jù)以下公式可以求出該肥料顆粒飛離圓盤(pán)所需要的時(shí)間t：
(4.1)
(4.2)
(4.3)
(4.4)
式中：
r0—a點(diǎn)據(jù)拋撒圓盤(pán)圓心的距離，mm；
F—輔助摩擦系數(shù)，取0.4；
可以得出k=0.02m；λ1=9.57；λ2=-20.87；t=0.16 s。
從而可以得出，拋撒圓盤(pán)從肥料落在圓盤(pán)上到肥料飛出圓盤(pán)所轉(zhuǎn)過(guò)的角度
(4.5)
得到θ=129.7°，取θ=100°。
降落在a點(diǎn)的肥料顆粒飛出圓盤(pán)時(shí)的相對(duì)速度：
(4.6)
為了提高肥料撒施的均勻性，撒肥葉片通常與拋撒圓盤(pán)直徑之間成一定角度φ，這里取φ=15°，肥料顆粒飛出拋撒圓盤(pán)時(shí)的絕對(duì)速度：
(4.7)
將t=0.16s帶入，得到vr=2.41m/s；va=4.76m/s。
（1）計(jì)算各軸的輸入功率
首先應(yīng)計(jì)算拋撒圓盤(pán)上所消耗的功率;
(4.8)
(4.9)
式中：
m—有機(jī)肥撒施機(jī)一公頃田地所能撒施的有機(jī)肥質(zhì)量，kg；
t—有機(jī)肥撒施機(jī)撒施一公頃田地所需要的時(shí)間，s；
va—絕對(duì)速度，m/s；
在整體設(shè)計(jì)中，我們明確一公頃撒施肥料質(zhì)量最大可達(dá)40t，需要1200s，代入得拋撒圓盤(pán)上所消耗的功率P=0.5035kw。
則每個(gè)拋撒圓盤(pán)所消耗的功率：
(4.10)
式中：
k—功率分配不均勻系數(shù)，取1.1；
得出每個(gè)拋撒圓盤(pán)上消耗的功率為0.28kw。則每個(gè)軸上的輸入功率：
(4.11)
(4.12)
(4.13)
拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸的輸入功率：
(4.14)
式中：
η1—滾動(dòng)軸承效率，取0.99；
η2—錐齒輪傳動(dòng)效率，取0.96
η3—萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)效率，取0.97；
計(jì)算得出各軸的輸入功率：PIII=0.28kw；PII=0.59kw；PI=0.62kw；P0=0.64kw。
各軸的轉(zhuǎn)速:n0=n1=540r/min; n2=270r/min; n3=135r/min。
各軸的輸入轉(zhuǎn)矩可以根據(jù)公式得出：
(4.15)
代入得：T0=11.29N/m；TI=10.95N/m；TII=20.82N/m; TIII=19.79N/m。
（2）錐齒輪減速器的設(shè)計(jì)：
減速器的傳動(dòng)比i=2，輸入功率PI=0.62kw，主動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩TI=10.95N/m，主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速n1=540r/min。
選用直齒圓錐齒輪傳動(dòng)，壓力角取為α=20°，小齒輪材料為45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)處理，硬度為240HBS，大齒輪材料為45號(hào)鋼正火處理，硬度為200HBS，初選7級(jí)精度。
選小齒輪齒數(shù)z1=24，則大齒輪齒數(shù)z2=z1×i=24×2=47。
按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
小齒輪分度圓直徑：
(4.16)
式中：
KHt=1.3；
?R—齒寬系數(shù)，取0.3；
ZH—區(qū)域系數(shù)，取2.49；
ZE—-材料的彈性影響系數(shù)，取189.8MPa；
計(jì)算重合度系數(shù)Zε:
計(jì)算分錐角
(4.17)
(4.18)
計(jì)算得出：δ1=27.05°；δ2=62.95°。
當(dāng)量齒數(shù)：
(4.19)
(4.20)
當(dāng)量齒輪重合度：
(4.21)
(4.22)
(4.23)
(4.24)
計(jì)算得到：Zv1=26.95°；Zv2=103.35°；αa1=28.98°；αa2=22.80°；εav=1.42；
重合度系數(shù)Zε=0.93。
將以上數(shù)據(jù)代入式4.28，計(jì)算得出小齒輪分度圓直徑d1t≥65.59mm
圓周速度v
當(dāng)量齒寬系數(shù)?d
載荷系數(shù)KH:
(4.25)
式中：
KA—使用系數(shù)，取1；
KV—?jiǎng)虞d系數(shù)，取1.08；
KHα—齒間載荷分配系數(shù)，取1；
KHβ—齒向載荷分布系數(shù)，取1.27；
則實(shí)際載荷系數(shù)KF=1.37。
按實(shí)際載荷系數(shù)求分度圓直徑：
計(jì)算模數(shù)
取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=3mm。
確定傳動(dòng)尺寸
實(shí)際傳動(dòng)比：
大端分度圓直徑：
齒寬中點(diǎn)分度圓直徑：
錐頂距：
齒寬：
取b=24mm。
齒根彎曲疲勞強(qiáng)度條：
(4.26)
圓周力：
(4.27)
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可以得出:
YFa1=2.57，YFa2=2.18
YSa1=1.6，YSa2=1.79
圓周速度:
(4.28)
寬高比:
(4.29)
(4.30)
載荷系數(shù)：
(4.31)
式中：
KV—?jiǎng)虞d系數(shù)，根據(jù)圓周速度和精度等級(jí)取1.05；
KFα—齒間載荷分配系數(shù)，取1.2；
KFβ=1.261，結(jié)合寬高比，查手冊(cè)得KFβ=1.051。
則載荷系數(shù)KF=1.324。
查手冊(cè)可以得到：
小齒輪得齒根彎曲疲勞極限
大齒輪的齒根彎曲疲勞極限
彎曲疲勞系數(shù)
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.25，則：
(4.32)
(4.33)
綜上，可以求出齒根彎曲疲勞極限;
齒根彎曲疲勞強(qiáng)度滿足要求，可以選用7級(jí)精度。
由于傳動(dòng)裝置中的齒輪減速箱的傳動(dòng)比相同，為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和裝置的結(jié)構(gòu)，均采用同樣的減速器，齒輪大小和參數(shù)均相同。
（3）齒輪的其他參數(shù)的計(jì)算：
計(jì)齒根高：
齒頂高：
全齒高:
齒厚:
齒頂圓直徑：
齒根圓直徑：
齒頂角：
齒根角
齒頂錐角：
齒根錐角：
4.2.2 軸的設(shè)計(jì)
（1）I軸
軸傳遞的扭矩T1=10.69N·m，軸傳遞的功率PI=0.62kW，軸的轉(zhuǎn)速n1=540r/min。
初步估算軸的最小直徑:
(4.34)
式中：
P—軸傳遞的功率，kW；
n—軸的轉(zhuǎn)速，r/min；
取A0=110，則計(jì)算得d≥11.52mm。
該軸通過(guò)萬(wàn)向節(jié)與拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸連接，根據(jù)相關(guān)規(guī)定，與鐵?！?5配套的萬(wàn)向節(jié)為18馬力級(jí)十字軸、活節(jié)叉、自由伸縮軸與介軸，其中活節(jié)叉的花鍵槽為8-38×32×6,所以取d=38mm。
圖 15 I軸簡(jiǎn)圖
圖中各數(shù)據(jù)如下：
軸的各段直徑：d=38mm d1=43mm d2=47mm d3=50mm d4=55mm；
軸的各段長(zhǎng)度：a=100mm b=40mm c=30mm。
II軸上與齒輪1配合的鍵選用A型鍵，查設(shè)計(jì)手冊(cè)得b×h=10mm×8mm（GB/T1096-2003）,鍵長(zhǎng)24mm。鍵的工作長(zhǎng)度l=L-b=14mm。
（2）II軸
軸傳遞的扭矩TII=20.82N·m，傳遞的功率PII=0.59kW,轉(zhuǎn)速n2=270r/min，A0取115，根據(jù)式4.34，可以求得II軸的最小直徑：
取d=17mm。
圖 16 II軸簡(jiǎn)圖
圖中各數(shù)據(jù)如下：
軸的各段直徑：d=d9=17mm d1=d8=20mm d2=d7=23mm d3=25mm d4=27mm d6=30mm d5=35mm；
軸的各段長(zhǎng)度：a=d=85mm b=230mm c=320mm。
II軸上與齒輪3配合的鍵選用A型鍵，查設(shè)計(jì)手冊(cè)得b×h=8mm×7mm（GB/T1096-2003）,鍵長(zhǎng)24mm。鍵的工作長(zhǎng)度l=L-b=16mm；
II軸上與齒輪2配合的鍵選用A型鍵，查設(shè)計(jì)手冊(cè)得b×h=8mm×7mm（GB/T1096-2003）,鍵長(zhǎng)24mm。鍵的工作長(zhǎng)度l=L-b=16mm。
（3）III軸
軸傳遞的扭矩TIII=19.79N·m，傳遞的功率PIII=0.28kW,轉(zhuǎn)速n3=135r/min，A0取115，根據(jù)式4.34，可以求得III軸的最小直徑：
取d=16mm。
圖 17 III軸簡(jiǎn)圖
圖中各數(shù)據(jù)如下：
軸的各段直徑：d=d5=16mm d1=d4=20mm d2=23mm d3=27mm ；
軸的各段長(zhǎng)度：a=62mm b=15mm c=50mm。
III軸上與齒輪4配合的鍵選用A型鍵，查設(shè)計(jì)手冊(cè)得b×h=6mm×6mm（GB/T1096-2003）,鍵長(zhǎng)24mm。鍵的工作長(zhǎng)度l=L-b=18mm。
5 結(jié)論
本次設(shè)計(jì)的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一臺(tái)牽引式的固態(tài)有機(jī)肥撒施機(jī)，提出設(shè)想后，查閱大量資料和文獻(xiàn)，了解了國(guó)內(nèi)外相同機(jī)械的發(fā)展情況，分析了各自的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合我國(guó)國(guó)情和已有的此類機(jī)械的實(shí)際使用情況，最終確定了要設(shè)計(jì)一個(gè)容量為2m3，撒施幅寬為1.5m，工作效率為一小時(shí)22畝的有機(jī)肥撒施機(jī)，對(duì)其主要部件以及各自傳動(dòng)方式進(jìn)行的具體的設(shè)計(jì)校核。
對(duì)比了相似的機(jī)型的具體情況，選擇2.8m×1m×0.6m的方形肥箱，與V形肥箱相比，不容易產(chǎn)生肥料之間粘連的情況，同時(shí)堆積肥料容量滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。肥箱的底板采用高錳鋼板，結(jié)實(shí)耐磨使用壽命長(zhǎng)，同時(shí)肥料箱前面還要安裝一個(gè)高的防護(hù)網(wǎng)，可以防止肥料在撒肥過(guò)程中飛濺到前方，避免駕駛員受到傷害，也可以減少肥料的損失。
在螺旋輸送裝置和刮板輸送裝置間進(jìn)行比較，選用刮板輸送可以減少肥料的浪費(fèi)，刮送更干凈，但要注意刮板與肥箱側(cè)壁之間應(yīng)保留一定的間隙，避免產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象，影響裝置正常運(yùn)行。
為了保證運(yùn)行平穩(wěn)，輸送裝置選擇液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)并且用鏈傳動(dòng)達(dá)到減速和運(yùn)行的目的。通過(guò)計(jì)算肥料和鏈板總質(zhì)量得出了裝置運(yùn)行過(guò)程中所受的總阻力從而選用10×40高強(qiáng)度圓環(huán)鏈作為輸送鏈條，驅(qū)動(dòng)鏈輪的窩眼數(shù)確定為6，節(jié)圓直徑為159.3mm，刮板材料選用4號(hào)角鋼，經(jīng)過(guò)計(jì)算傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速結(jié)合拖拉機(jī)液壓系統(tǒng)的額定壓力，選擇液壓馬達(dá)型號(hào)為BM6-800，液壓馬達(dá)輸出的動(dòng)力經(jīng)鏈傳動(dòng)減速后傳遞到傳動(dòng)軸帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)刮板運(yùn)輸，鏈傳動(dòng)中傳動(dòng)比為6，小鏈輪齒數(shù)確定為9，分度圓直徑74.26mm；大鏈輪齒數(shù)為54，分度圓直徑436.84mm，經(jīng)過(guò)計(jì)算及校核，選擇傳動(dòng)軸直徑為55mm。
拋撒裝置選用圓盤(pán)拋撒裝置，根據(jù)目標(biāo)拋撒幅寬確定了拋撒圓盤(pán)的直徑為0.5m，兩拋撒圓盤(pán)中心距為0.5m，拋撒圓盤(pán)距地面的高度為0.4m，計(jì)算得出拋撒圓盤(pán)轉(zhuǎn)速為135r/min，從而確定了拋撒裝置總傳動(dòng)比為4。拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸輸出的動(dòng)力通過(guò)一個(gè)萬(wàn)向節(jié)后，先經(jīng)過(guò)一個(gè)輸入齒輪箱，完成第一次減速，然后又經(jīng)過(guò)兩個(gè)相同的拋撒傳動(dòng)齒輪箱，完成第二次減速，這兩個(gè)拋撒錐齒輪減速器最終帶動(dòng)圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，完成均勻拋撒過(guò)程。
根據(jù)肥料顆粒落在拋撒圓盤(pán)上的運(yùn)動(dòng)軌跡和速度分析，計(jì)算出來(lái)撒施一公頃田地拋撒圓盤(pán)需要消耗的功率，從而確定了每根軸的功率，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩，并且據(jù)此對(duì)錐齒輪減速器進(jìn)行設(shè)計(jì)，為了簡(jiǎn)化裝置節(jié)約成本，最終選用三組相同的減速器完成整個(gè)拋撒裝置的傳動(dòng)，傳動(dòng)比為2，小錐齒輪分度圓直徑確定為72mm，大錐齒輪分度圓直徑確定為141mm，模數(shù)為3mm。根據(jù)齒輪的參數(shù)以及整個(gè)傳動(dòng)裝置所需要的具體要求，對(duì)三根軸以及其與齒輪配和的鍵進(jìn)行了設(shè)計(jì)，最終完成了整個(gè)拋撒裝置的設(shè)計(jì)。
參 考 文 獻(xiàn)
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