2F-1.5型有機肥撒施機的設計
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畢業(yè)設計中文摘要
2F-1.5型有機肥撒施機的設計
摘要
有機肥在我國使用歷史悠久，但我國的相關的機械設備發(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，結合我國目前的人均耕地面積小的實際情況，設計適合的有機肥撒施機具有重要意義。
本次設計的目標是設計一臺牽引式的固態(tài)有機肥撒施機，在查閱大量資料和文獻的基礎上，最終確定了要設計一個容量為2m3，撒施幅寬為1.5m，工作效率為一小時22畝的有機肥撒施機。
選擇方形肥箱，輸送裝置為刮板輸送裝置，選擇液壓馬達驅動并且用鏈傳動達到減速和運行的目的。選用高強度圓環(huán)鏈作為輸送鏈條，驅動鏈輪的窩眼數(shù)確定為6，鏈傳動傳動比為6，傳動軸直徑選擇為55mm。
拋撒裝置選用圓盤拋撒，拋撒圓盤的直徑為0.5m，兩拋撒圓盤中心距為0.5m，拋撒圓盤距地面的高度為0.4m，拋撒圓盤轉速為135r/min，拖拉機動力輸出軸輸出的動力通過一個萬向節(jié)，經(jīng)過一個輸入齒輪箱，完成第一次減速，又經(jīng)過兩個相同的拋撒傳動齒輪箱，完成第二次減速，帶動圓盤轉動。選用三組相同的錐齒輪減速器，傳動比為2。
關鍵詞：有機肥；撒施機；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)設計英文摘要
目 錄
1 緒論 1
1.1 研究的背景及意義 1
1.2 國內(nèi)外有機肥撒施機研究現(xiàn)狀 2
1.2.1 國外有機肥撒施機研究現(xiàn)狀 2
1.2.2 國內(nèi)有機肥撒施機研究現(xiàn)狀 4
1.3 研究的主要內(nèi)容和技術路線 5
1.3.1 研究的主要內(nèi)容 6
1.3.2 研究的技術路線 6
2 有機肥撒施機的工作原理及整體設計 8
2.1 有機肥撒施機的工作原理 8
2.2 有機肥撒施機的整體設計 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 撒施機輸送裝置的設計 9
3.1 刮板設計 9
3.2 鏈條的選擇 10
3.3 驅動鏈輪的設計 12
3.4 傳動機構的設計 13
3.5 傳動軸的校核 17
4 撒施機拋撒裝置的設計 19
4.1 圓盤的選擇 19
4.2 傳動機構的設計 19
4.2.1 錐齒輪減速器的設計 19
4.2.2 軸的設計 27
5 結論 30
參 考 文 獻 32
致 謝 35
2F-1.5型有機肥撒施機的設計
1 緒論
1.1 研究的背景及意義
早在距今9000年左右的“新石器時代”中國農(nóng)業(yè)就已經(jīng)起源，在夏商周時期就奠定了農(nóng)業(yè)社會基礎，肥料使用歷史悠久，其中有機肥占據(jù)主要位置。早在二三千年以前的奴隸社會中就有了鋤草肥田這一類的文字記載。隨后，戰(zhàn)國時期的《荀子·富國篇》中記載：“地可使肥，多糞肥田”；魏晉時期撰寫的《齊民要術》中也講述了 “踏糞法”；明代《寶坻勸農(nóng)書》中也明確記載了“蒸糞法、煨糞法、窖糞法”等有機肥制造方式。
現(xiàn)在，農(nóng)村人口有9億，占全國總人口總數(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)技術的發(fā)展，有機肥快速走進了人們的視野。很多種植戶和養(yǎng)殖戶都選擇有機肥作為肥料的一種。市場上的有機肥是把動植物的廢棄物經(jīng)過高溫發(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。有機肥種類繁多、性質(zhì)各異，但有共同的特點：資源豐富，種類多數(shù)量大，來源廣；有機質(zhì)含量高，養(yǎng)分齊全營養(yǎng)全面；肥效穩(wěn)定，作用時間長，有后勁；肥田養(yǎng)地，有利于保護生態(tài)環(huán)境。有機肥的生產(chǎn)與應用符合我國現(xiàn)代高效、環(huán)保農(nóng)業(yè)發(fā)展需求。
有機肥使用范圍廣，撒施量大，但目前我國主要的耕作方式還是以家庭為單位，耕地面積小且不集中，在有機肥撒施技術裝備方面還比較缺乏，傳統(tǒng)的有機肥撒施方式主要還是依靠人工手動拋撒，這種方式勞動強度大且效率低下，撒施不均勻，人工成本很高，降低了人們對于使用有機肥的積極性，導致有機肥的使用受到了很大的限制，已經(jīng)不能夠適應現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)的需求。
使用有機肥撒施機可以有效地減輕工人的勞動強度，節(jié)約勞動力，節(jié)省勞動成本，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。有機肥撒施機在使用過程中需配有相應的牽引動力設備，而拖拉機也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常用的牽引動力設備。近年來，國家積極出臺各種相關政策，給予農(nóng)機購置補貼，且比率不斷增長，減輕了人們購置農(nóng)業(yè)機械的負擔，提升了人們對于機械拋撒有機肥的熱情，有機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，結合農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化需求，需要設計新型高效的有機肥撒施機，有機肥撒施機的使用是符合我國國情的，適應市場需求的。在設計過程中，充分考慮機構的經(jīng)濟性和實用性，還要做到輸送量穩(wěn)定，拋撒均勻，不斷改進結構，以達到有機肥撒施機械化，減輕人力物力，符合農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化要求。
1.2 國內(nèi)外有機肥撒施機研究現(xiàn)狀
1.2.1 國外有機肥撒施機研究現(xiàn)狀
在早期農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，人們幾乎只使用有機肥料，由于有機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70年代就研制出了簡易的畜拉式有機肥撒施機這類較為自動化的機械，依靠馬匹來拉動作業(yè)。經(jīng)過工程師們不斷地完善，到了20世紀70年代就基本實現(xiàn)了有機肥撒施的全程機械化作業(yè)，如今已經(jīng)達到較高技術水平，朝著大型化和智能化的方向發(fā)展。
根據(jù)有機肥的物理形態(tài)不同，可以分為液態(tài)有機肥撒施機和固態(tài)有機肥撒施機；根據(jù)撒施機的行走方式不同，又可以分為自走式撒施機和牽引式撒施機[10]。
液態(tài)有機肥撒施機一般包括罐體、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)有機肥撒施機，這幾類機械用罐裝肥料，而后通過泵將肥料輸送至各個拋撒管道中，將液態(tài)有機肥直接注入土壤中，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，肥料損失和對環(huán)境的污染都比較小[1]。現(xiàn)在，液態(tài)有機肥撒施機的容量更加大，功能更加全面更加多樣化且作業(yè)更加精準，施肥更加精細，避免了更多不必要的浪費。例如美國研制的Nutri-Placer型液態(tài)有機肥撒施機[5]罐體容量可達7.7m3，撒施幅寬可達19.8m。但是液態(tài)有機肥撒施機結構復雜，而且液態(tài)有機肥的處理比較麻煩并且需要特定的場所和裝備，所以應用并不廣泛[13]。
圖 1 液態(tài)有機肥撒施機
固態(tài)有機肥撒施機一般包括肥料箱、肥料輸送裝置以及肥料拋撒裝置。根據(jù)拋撒裝置的驅動方式的不同可分位地輪驅動和拖拉機動力輸出軸驅動兩類。地輪驅動式撒施機在小型撒肥機上應用較廣[10]，主要包括機架、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力均由地輪提供，通過拖拉機牽引，一側地輪通過鏈傳動將動力傳遞給輸送鏈板，另一側的地輪將動力傳遞給拋撒裝置，完成整個將肥料輸送至拋撒裝置并均勻拋撒的過程。
拖拉機動力輸出軸驅動式有機肥撒施機主要應用于大型撒肥機上，工作效率高且撒施均勻性好。常見應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；拋撒裝置有圓盤式和螺旋式兩種。圓盤式拋撒裝置在工作時通過螺旋或刮板輸送裝置將肥料輸送至肥箱后部的拋撒圓盤，由拖拉機后動力輸出軸驅動圓盤轉動，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，但由于結構限制，撒施量比較少，適合撒肥量要求小的田地。國外較為先進的機型有英國Kverneland公司生產(chǎn)的EL系列撒肥機[12]，如圖2所示。該系列機型采用雙圓盤結構，結構緊湊，肥箱容量最大可達1.4m3工作幅寬最大達到21m。
圖 2 EL系列雙圓盤式有機肥撒施機
螺旋式有機肥撒施機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，需要大型的牽引設備來牽引[5]，撒肥量一般較大，肥料箱里的肥料經(jīng)過輸送裝置輸送至螺旋拋撒裝置，經(jīng)過螺旋拋撒輥的高速旋轉均勻拋撒至田地。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，應用更為廣泛。較為先進的機型有法國庫恩公司ProPush系列豎軸螺旋式有機肥撒施機[5]，如圖3所示，液壓推進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養(yǎng)價值。
圖 3 ProPush系列豎軸螺旋式有機肥撒施機
1.2.2 國內(nèi)有機肥撒施機研究現(xiàn)狀
在國內(nèi)，有機肥撒施機研究起步較晚，研究比較落后，一直到20世紀初期，仍然是靠原始的人工拋撒這種消耗人力物力的方法實現(xiàn)有機肥在田地的撒施，勞動強度大成本高，效率低下，近年來，國家大力發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)，農(nóng)業(yè)機械化研究開始起步，在農(nóng)村勞動力越來越緊缺的情況下，有機肥撒施用機械代替人工成為滿足以上政策的必備條件[3]。
我國對于液態(tài)有機肥撒施機的研究起步較晚，20世紀50年代中期才開始使用手動噴霧施肥器；到了60年代中期開始引進國外先進的動力設備；直到80年代初期，才開始自發(fā)研制國產(chǎn)機械，經(jīng)過研究人員的不斷努力，相繼研制出了不同型號的液態(tài)有機肥撒施機[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)有機肥撒施機[7]；第一師第一團研制出2FYA-4.2-2 型液氨施肥機[1]；黑龍江省農(nóng)業(yè)機械科學院研制出 FY-400 型多功能液態(tài)施肥機等等機型[1]。但這些機型在實際使用過程中都存在或多或少的問題，如工作效率低下、排肥不穩(wěn)定、肥料浪費嚴重等，與國外同類型撒施機相比差距仍然較大。目前，我國的液態(tài)有機肥撒施機主要還是依賴于進口，自主研發(fā)的先進機型很少。目前我國較為先進的2FYP-12型液態(tài)有機肥撒施機如圖4所示。
圖 4 2FYP-12型有機肥撒施機
對于固態(tài)有機肥撒施機，近十年以來，在國家相關政策的支持下，研究和研制開始起步，特別是2010年后，國內(nèi)有機肥撒施機的研究快速發(fā)展，但主要還是以仿制改進國外有機肥撒施機為主。研發(fā)的主要機型有：吉林大學生物與農(nóng)業(yè)工程學院研制的2SF-2型變量深施肥機[7]；吉林農(nóng)業(yè)大學研制的NSJ-B型有機肥撒施機Error! Reference source not found.，如圖5所示；新疆農(nóng)五師九十團農(nóng)機部研制的2FQ-1.8型有機肥撒施機等[5]。目前較為典型的螺旋式有機肥撒施機如圖6所示，圓盤式有機肥撒施機如圖7所示。
圖 5 NSB-J型有機肥撒施機
圖 6 螺旋式有機肥撒施機 圖 7 圓盤式有機肥撒施機
1.3 研究的主要內(nèi)容和技術路線
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)技術的全面快速發(fā)展，結合農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化需求以及我國具體國情，需要設計新型高效的有機肥撒施機。有機肥撒施機的設計和使用是符合我國國情的，適應市場需求的。在設計過程中，不僅要充分考慮機構的經(jīng)濟性和實用性，還要做到輸送量穩(wěn)定，拋撒均勻，不斷改進結構，以達到有機肥撒施機械化，減輕人力物力，提高撒施均勻性及生產(chǎn)效率。
參考國內(nèi)外已有的有機肥撒施機的成熟機型以及我國的標準，結合我國國情及實際的使用情況，設計一種牽引式有機肥撒施機，工作幅寬為1.5米，容量為2立方米，工作效率為一小時22畝，對其中的主要部件進行設計。主要研究內(nèi)容如下：
1）.通過查閱資料，了解有機肥撒施機的發(fā)展，結構及工作原理等。根據(jù)這些內(nèi)容選擇合適的參數(shù)，對有機肥撒施機進行整體設計。
2）.根據(jù)整體的規(guī)劃對輸送裝置進行設計，確定具體的設計方案，選擇合適的傳動機構，驅動方式，傳動裝置并進行校核。
3）.對拋撒裝置進行設計，確定合適的拋撒形式，選擇驅動形式，設計拋撒裝置等并進行校核。
4）.根據(jù)具體的設計及計算數(shù)據(jù)繪出相應的裝配圖及零件圖，完成設計說明書。
1.3.2 研究的技術路線
根據(jù)本課題的研究目標和內(nèi)容，制定研究的技術路線如圖8所示：
開始
確定課題
查閱文獻
確定總體設計方案
方案預估
N
設計有機肥撒施機
Y
整體結構設計
拋撒裝置的設計
輸送裝置的設計
結論
結束
圖 8 研究的技術路線圖
35
2 有機肥撒施機的工作原理及整體設計
2.1 有機肥撒施機的工作原理
本次的設計目標是設計一個牽引式的固態(tài)有機肥撒施機，大體上由牽引桿、肥料箱、輸送裝置、拋撒裝置、傳動裝置幾部分組成。本次設計主要是對輸送裝置、拋撒裝置以及他們的傳動部分進行設計。輸送裝置用液壓馬達驅動，將肥料輸送至肥箱后側，再經(jīng)由拋撒裝置均勻拋撒出去。
2.2 有機肥撒施機的整體設計
2.2.1 肥箱的選擇
肥料箱的設計應考慮到需要的容量，所裝肥料的特性等問題，考慮到我國人均耕地面積小，大部分是小塊地的現(xiàn)狀，拋撒幅寬不宜過寬，設計目標幅寬為1.5m，肥箱的容積為2m3。根據(jù)我國對于車輛規(guī)格及道路寬度的相關規(guī)定，普通車輛的寬度一般在1.6～1.8m，較大型的物流運輸車寬度一般不超過2.5m，除此之外，由于鄉(xiāng)村道路寬度大多是在4m左右，為了保證所設計的牽引式有機肥撒施機能正常通過道路到達田間，將肥料想寬度設計為1m，為了保證容量，長度設計為2.8m，高度設置為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致的粘連等問題。在肥料堆積時，堆積容量可以達到2m3。
在肥料箱前面還要安裝一個高的防護網(wǎng)，可以防止肥料在撒肥過程中飛濺到前方，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，強度高，耐磨性好使用壽命長。
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，但由于肥料和螺旋葉片摩擦力大，所以單位動力消耗大，易磨損，且輸送過程中容易引起堵塞。在兩個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。
刮板輸送裝置則很好的避免了螺旋輸送裝置的缺點，可以輸送粉狀，顆粒以及小塊狀物料，同時也可以很好的照顧到廢料箱底部的每一個位置，不容易產(chǎn)生死角導致肥料殘留。同時，刮板輸送裝置結構簡單，輸送能力強，運行平穩(wěn)，所以，本次設計采用刮板輸送裝置對肥料進行輸送。
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，需要大型的牽引設備來牽引。
圓盤拋撒裝置圓盤式拋撒裝置在工作時刮板輸送裝置將肥料輸送至肥箱后部的拋撒圓盤，由拖拉機后動力輸出軸輸出動力驅動圓盤轉動，利用離心力和肥料與圓盤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。這類撒施機由于結構限制，撒施量比較少，適合撒肥量要求小的田地。根據(jù)以上，本次設計選擇圓盤拋撒裝置，為了是撒施更加均勻，提高作物產(chǎn)量，減少肥料浪費，采用雙圓盤拋撒。
2.3 本章小結
本章介紹了此次要設計的固態(tài)有機肥撒施機的工作原理，查閱資料和文獻，根據(jù)實際情況，完成了撒施機的總體設計，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式拋撒裝置。
3 撒施機輸送裝置的設計
3.1 刮板設計
根據(jù)總體設計方案，肥料箱長度2.8m，所以刮板需要運行的長度也是2.8m。為了防止刮板和肥料箱的側壁摩擦阻力過大，導致磨損，減少使用壽命，需要在肥料箱側壁和刮板之間留有一定的間隙。然而，間隙過大又會導致肥料遺漏在肥料箱側壁，導致漏刮，造成肥料的浪費，所以要選擇合適的間隙值，以確保肥料沒有浪費的同時保證輸送正常且裝置使用壽命長。
查閱文獻[11]，目前，刮板輸送裝置中刮板長度與料箱側壁之間的間隙值合理的選擇參考表1。
表 1 刮板長度與料箱側壁間隙值
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)總體設計，選擇4號角鋼作為刮板材料，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
刮板個數(shù)/個
940
20
4
4
370
15
3.2 鏈條的選擇
由于肥料箱的大小不一，刮板輸送裝置會有單鏈、雙鏈、多鏈之分，考慮到本次設計的肥料箱較大，所以選擇雙鏈。刮板輸送裝置的鏈條大多運用高強度圓環(huán)鏈，它具有很好的耐磨性，使用壽命長，強度高，本次設計選用10×40高強度圓環(huán)鏈。
圖 9 高強度圓環(huán)鏈
要保證肥料輸送穩(wěn)定，輸送裝置機械使用壽命長，就需要保證圓環(huán)鏈強度夠高，需要對圓環(huán)鏈進行校核。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)中華人民共和國國家標準（GB/T—13566.1/ISO3944:1992）《肥料 堆密度的測定》規(guī)定，肥料的堆積密度是760kg/m3，按照肥箱滿載來計算，肥料的質(zhì)量m0：
(3.1)
式中：
—肥料堆積密度，760kg/m3；
—肥料箱滿載時肥料的體積，2m3；
查機械手冊和計算，可以得到圓環(huán)鏈和刮板的總質(zhì)量為m1為72kg。
則刮板輸送裝置運行過程中所受的最大阻力Wf：
(3.2)
式中：
m0—肥箱滿載時肥料的質(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；
刮板輸送裝置運行過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—刮板輸送裝置運行過程中所受的最大阻力；
所以，刮板運輸裝置運行過程中所受的總阻力為11.78kN，查閱機械設計手冊，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—鏈條短破負荷，kN；
λ—鏈條的負荷不均勻系數(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高強度圓環(huán)鏈的短破負荷為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：
滿足強度要求。
3.3 驅動鏈輪的設計
圓環(huán)鏈鏈輪齒數(shù)過多時會導致尺寸過大，進而導致肥料輸送速度過大，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高強度圓環(huán)鏈，查閱手冊，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 傳動機構的設計
查閱資料可知[19]，根據(jù)我國標準，牽引式有機肥撒施機作業(yè)時行駛速度大約在6～12km/h，綜合考慮后選擇撒施機行進速度為10km/h。有機肥撒施機撒施的目標幅寬為1.5m，則拋撒一公頃田地所需要的時間t：
(3.7)
式中：
S0—一公頃的面積，10000㎡；
B—拋撒的目標幅寬，1.5m；
V—拖拉機行駛速度，m/s；
則t=2400s。
每公頃田地需要拋撒的有機肥量應該控制在10t～40t之間，而有機肥的堆積密度在760kg/m3，所以每公頃土地所需要拋撒的有機肥體積應該保持在13.16m3～52.63m3之間。則刮板的運行速度v0：
(3.8)
式中：
V—撒施每公頃土地需要的有機肥體積，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間，s；
根據(jù)設計目標，肥料箱的寬度為1m，高度為0.6m所以，刮板的運行速度：
傳動機構的驅動力由拖拉機的液壓系統(tǒng)通過一個液壓馬達來傳遞，通過減速后將動力傳遞給傳動系統(tǒng)，帶動驅動鏈輪從而帶動刮板進行運動，傳動方式選擇鏈傳動。
鏈傳動中傳動軸的轉速n0：
(3.9)
(3.10)
式中：
v0—刮板運行速度，mm/s；
r0—驅動鏈輪的節(jié)圓半徑，r0=D02，mm；
則傳動軸轉速n0=1.31r/min～5.26r/min。
初選鏈傳動傳動比i=6，則液壓馬達轉速n=7.89r/min～31.55r/min，由于拖拉機液壓系統(tǒng)額定壓力為16MPa，流量Q為26.4L/min，所以當選用的液壓馬達轉速n最大時所需要的排量q:
(3.11)
式中：
Q—拖拉機液壓系統(tǒng)流量，L/min；
所以，q=836.77ml/r，綜合考慮成本和使用情況，選用液壓馬達的型號為BM6-800，排量為800ml/r。
刮板傳動所需要的功率P：
(3.12)
式中：
W—刮板輸送裝置運行過程中收到的總阻力，kN;
v0—刮板運行速度，m/s；
得出，刮板傳動所需要的功率p=0.13kW～0.52kW。
根據(jù)鏈輪傳遞功率P和小鏈輪的轉速n0，查機械設計手冊可得，應選取型號為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的鏈節(jié)數(shù)Lp=95.8，取96節(jié)。
圖 13 大鏈輪
3.5 傳動軸的校核
刮板輸送裝置的傳動軸由兩個滑動軸承支撐，通過鍵與驅動鏈輪以及傳動機構的大鏈輪鏈接，主要承受扭轉作用力，設計合適的軸可以提高運行的平穩(wěn)程度，增加可靠性，增長使用壽命。
軸的材料用45號鋼，軸的直徑d：
(3.21)
式中：
P—軸傳遞的功率，kW；
n—軸的轉速，r/min；
查閱機械設計手冊，得到45號鋼的A0應取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）強度校核
傳動機構的扭矩通過大鏈輪傳遞給傳動軸，傳動軸又帶動驅動鏈輪開始旋轉從而帶動刮板運動，因此在傳動軸在大鏈輪處所受扭矩最大，該界面是危險截面，由于在輸送過程中所承受的最大阻力為11.8kN，驅動鏈輪節(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。
扭轉應力τ：
(3.22)
(3.23)
式中：
T—危險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，危險截面處扭轉應力τ=28.7MPa。
扭轉時安全系數(shù)：
(3.24)
式中：
τ-1—軸的扭轉剪切疲勞極限，查機械設計手冊取155MPa；
Kτ—疲勞極限的綜合影響系數(shù)，查手冊取1.62；
τa—軸所受扭轉剪切交應變的應力幅值，τa=τm；
φτ—扭轉時的平均應力折合為應力幅的折算系數(shù)，查手冊取0.07；
τm—軸所受扭轉剪切交應變的平均應力，τm=τ2=14.35MPa；
得到扭轉時軸的安全系數(shù)Sτ=6.39＞[S]=1.5。強度滿足要求
2）剛度校核
由于軸主要受扭轉作用，軸的截面的扭轉角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，查機械設計手冊，得到G=8.1×104 MPa；
Ip—軸截面的極慣性矩，mm4，對于圓軸， ；
得到軸的截面的扭轉角φ=0.74°/m＜[φ]，剛度滿足要求。
4 撒施機拋撒裝置的設計
本次設計的目標是設計一個雙圓盤拋撒裝置，目標拋撒幅寬為1.5m，拋撒裝置的動力由拖拉機后動力輸出軸提供，為了撒施機可以更好地推廣，選用我國保有量較大的鐵牛—55（56）拖拉機作為配套設備，最大功率為48kw，后動力輸出軸轉速為540r/min。
4.1 圓盤的選擇
采用雙圓盤結構，每個圓盤上均勻分布兩對推肥板，推肥板材質(zhì)采用角鋼。
由于刮板的長度為0.9m，為了保證肥料可以全部落在拋撒圓盤上，避免造成浪費，圓盤的半徑取0.5m，兩圓盤圓心距為0.5m，圓盤距地面的距離根據(jù)資料結合實際情況，取0.4m，本次設計目標撒施幅寬為1.5m，假設有效撒施幅寬為實際撒施幅寬的60％，則實際撒施幅寬為2.5m。
根據(jù)已選的牽引裝備，拖拉機動力輸出軸轉速為540r/min，拖拉機動力輸出后，經(jīng)過萬向節(jié)和減速器將動力傳送到圓盤上，根據(jù)實際情況，選取減速器總傳動比為4，則圓盤上的實際轉速為135r/min，此時圓盤拋撒裝置的實際拋撒幅寬為2.52m。
4.2 傳動機構的設計
4.2.1 錐齒輪減速器的設計
拋撒裝置的動力來源是拖拉機的動力輸出軸，動力輸出后帶動萬向節(jié)和錐齒輪減速器最終帶動圓盤轉動，傳動比為4:1，傳動系統(tǒng)的結構圖如圖14所示。
圖 14 拋撒裝置傳動結構圖
由圖可知，拖拉機動力輸出軸輸出的動力通過一個萬向節(jié)后，先經(jīng)過一個輸入齒輪箱12，完成第一次減速，然后又經(jīng)過兩個相同的拋撒傳動齒輪箱34，完成第二次減速，這兩個拋撒錐齒輪減速器最終帶動圓盤轉動，完成均勻拋撒過程。整個機構總的傳動比為4:1，則第一組錐齒輪減速器的傳動比i1與第二組錐齒輪減速器傳動比i2均為2，為了簡化設計和裝置的結構，兩組減速器采用同樣的齒輪大小。
假設肥料顆粒落在拋撒圓盤上的a點，根據(jù)以下公式可以求出該肥料顆粒飛離圓盤所需要的時間t：
(4.1)
(4.2)
(4.3)
(4.4)
式中：
r0—a點據(jù)拋撒圓盤圓心的距離，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，拋撒圓盤從肥料落在圓盤上到肥料飛出圓盤所轉過的角度
(4.5)
得到θ=129.7°，取θ=100°。
降落在a點的肥料顆粒飛出圓盤時的相對速度：
(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時的絕對速度：
(4.7)
將t=0.16s帶入，得到vr=2.41m/s；va=4.76m/s。
（1）計算各軸的輸入功率
首先應計算拋撒圓盤上所消耗的功率;
(4.8)
(4.9)
式中：
m—有機肥撒施機一公頃田地所能撒施的有機肥質(zhì)量，kg；
t—有機肥撒施機撒施一公頃田地所需要的時間，s；
va—絕對速度，m/s；
在整體設計中，我們明確一公頃撒施肥料質(zhì)量最大可達40t，需要1200s，代入得拋撒圓盤上所消耗的功率P=0.5035kw。
則每個拋撒圓盤所消耗的功率：
(4.10)
式中：
k—功率分配不均勻系數(shù)，取1.1；
得出每個拋撒圓盤上消耗的功率為0.28kw。則每個軸上的輸入功率：
(4.11)
(4.12)
(4.13)
拖拉機動力輸出軸的輸入功率：
(4.14)
式中：
η1—滾動軸承效率，取0.99；
η2—錐齒輪傳動效率，取0.96
η3—萬向節(jié)傳動效率，取0.97；
計算得出各軸的輸入功率：PIII=0.28kw；PII=0.59kw；PI=0.62kw；P0=0.64kw。
各軸的轉速:n0=n1=540r/min; n2=270r/min; n3=135r/min。
各軸的輸入轉矩可以根據(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）錐齒輪減速器的設計：
減速器的傳動比i=2，輸入功率PI=0.62kw，主動輪轉矩TI=10.95N/m，主動輪轉速n1=540r/min。
選用直齒圓錐齒輪傳動，壓力角取為α=20°，小齒輪材料為45號鋼調(diào)質(zhì)處理，硬度為240HBS，大齒輪材料為45號鋼正火處理，硬度為200HBS，初選7級精度。
選小齒輪齒數(shù)z1=24，則大齒輪齒數(shù)z2=z1×i=24×2=47。
按齒面接觸疲勞強度設計
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；
計算重合度系數(shù)Zε:
計算分錐角
(4.17)
(4.18)
計算得出：δ1=27.05°；δ2=62.95°。
當量齒數(shù)：
(4.19)
(4.20)
當量齒輪重合度：
(4.21)
(4.22)
(4.23)
(4.24)
計算得到：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，計算得出小齒輪分度圓直徑d1t≥65.59mm
圓周速度v
當量齒寬系數(shù)?d
載荷系數(shù)KH:
(4.25)
式中：
KA—使用系數(shù)，取1；
KV—動載系數(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；
則實際載荷系數(shù)KF=1.37。
按實際載荷系數(shù)求分度圓直徑：
計算模數(shù)
取標準模數(shù)m=3mm。
確定傳動尺寸
實際傳動比：
大端分度圓直徑：
齒寬中點分度圓直徑：
錐頂距：
齒寬：
取b=24mm。
齒根彎曲疲勞強度條：
(4.26)
圓周力：
(4.27)
查機械設計手冊可以得出:
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—動載系數(shù)，根據(jù)圓周速度和精度等級取1.05；
KFα—齒間載荷分配系數(shù)，取1.2；
KFβ=1.261，結合寬高比，查手冊得KFβ=1.051。
則載荷系數(shù)KF=1.324。
查手冊可以得到：
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;
齒根彎曲疲勞強度滿足要求，可以選用7級精度。
由于傳動裝置中的齒輪減速箱的傳動比相同，為了簡化設計和裝置的結構，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)的計算：
計齒根高：
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 軸的設計
（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—軸的轉速，r/min；
取A0=110，則計算得d≥11.52mm。
該軸通過萬向節(jié)與拖拉機動力輸出軸連接，根據(jù)相關規(guī)定，與鐵?！?5配套的萬向節(jié)為18馬力級十字軸、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，查設計手冊得b×h=10mm×8mm（GB/T1096-2003）,鍵長24mm。鍵的工作長度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，查設計手冊得b×h=8mm×7mm（GB/T1096-2003）,鍵長24mm。鍵的工作長度l=L-b=16mm；
II軸上與齒輪2配合的鍵選用A型鍵，查設計手冊得b×h=8mm×7mm（GB/T1096-2003）,鍵長24mm。鍵的工作長度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，查設計手冊得b×h=6mm×6mm（GB/T1096-2003）,鍵長24mm。鍵的工作長度l=L-b=18mm。
5 結論
本次設計的目標是設計一臺牽引式的固態(tài)有機肥撒施機，提出設想后，查閱大量資料和文獻，了解了國內(nèi)外相同機械的發(fā)展情況，分析了各自的優(yōu)缺點，結合我國國情和已有的此類機械的實際使用情況，最終確定了要設計一個容量為2m3，撒施幅寬為1.5m，工作效率為一小時22畝的有機肥撒施機，對其主要部件以及各自傳動方式進行的具體的設計校核。
對比了相似的機型的具體情況，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，同時堆積肥料容量滿足設計目標。肥箱的底板采用高錳鋼板，結實耐磨使用壽命長，同時肥料箱前面還要安裝一個高的防護網(wǎng)，可以防止肥料在撒肥過程中飛濺到前方，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行比較，選用刮板輸送可以減少肥料的浪費，刮送更干凈，但要注意刮板與肥箱側壁之間應保留一定的間隙，避免產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象，影響裝置正常運行。
為了保證運行平穩(wěn)，輸送裝置選擇液壓馬達驅動并且用鏈傳動達到減速和運行的目的。通過計算肥料和鏈板總質(zhì)量得出了裝置運行過程中所受的總阻力從而選用10×40高強度圓環(huán)鏈作為輸送鏈條，驅動鏈輪的窩眼數(shù)確定為6，節(jié)圓直徑為159.3mm，刮板材料選用4號角鋼，經(jīng)過計算傳動軸的轉速結合拖拉機液壓系統(tǒng)的額定壓力，選擇液壓馬達型號為BM6-800，液壓馬達輸出的動力經(jīng)鏈傳動減速后傳遞到傳動軸帶動驅動鏈輪轉動從而帶動刮板運輸，鏈傳動中傳動比為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)過計算及校核，選擇傳動軸直徑為55mm。
拋撒裝置選用圓盤拋撒裝置，根據(jù)目標拋撒幅寬確定了拋撒圓盤的直徑為0.5m，兩拋撒圓盤中心距為0.5m，拋撒圓盤距地面的高度為0.4m，計算得出拋撒圓盤轉速為135r/min，從而確定了拋撒裝置總傳動比為4。拖拉機動力輸出軸輸出的動力通過一個萬向節(jié)后，先經(jīng)過一個輸入齒輪箱，完成第一次減速，然后又經(jīng)過兩個相同的拋撒傳動齒輪箱，完成第二次減速，這兩個拋撒錐齒輪減速器最終帶動圓盤轉動，完成均勻拋撒過程。
根據(jù)肥料顆粒落在拋撒圓盤上的運動軌跡和速度分析，計算出來撒施一公頃田地拋撒圓盤需要消耗的功率，從而確定了每根軸的功率，轉速，轉矩，并且據(jù)此對錐齒輪減速器進行設計，為了簡化裝置節(jié)約成本，最終選用三組相同的減速器完成整個拋撒裝置的傳動，傳動比為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)以及整個傳動裝置所需要的具體要求，對三根軸以及其與齒輪配和的鍵進行了設計，最終完成了整個拋撒裝置的設計。
參 考 文 獻
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