葡萄园化肥深施机的设计

摘要

葡萄施肥是葡萄园生产中的重要作业环节，施肥质量直接影响葡萄的产量和品质。我国葡萄园施肥机械的研制处于刚刚起步阶段，机械化水平很低，劳动强度大、效率低下，严重影响到果农种植葡萄的积极性。
　　 针对上述问题研制了葡萄园化肥深施机。该机主要由机架、动力传动装置、偏心振动装置、开沟器及施肥装置等几部分组成。通过AutoCAD和三维绘图软件Pro/E完成了各零部件的设计，经Pro/E完成整机的虚拟装配后，对关键零部件运用相关软件进行了运动学分析和有限元分析，验证其可行性。完成样机的加工后，对施肥深度进行了试验。本文具体研究工作如下：
　　 通过理论计算，完成了各装置中零部件的选型和设计。机架采用三点悬挂装置；开沟器选用凿形开沟器，包括铲刀和铲柄两部分；施肥装置主要包括地轮机构、链传动、肥料箱、排肥机构和输肥管等几部分。为了解决开沟器工作阻力大，施肥机械无法用小动力拖拉机带动的问题，运用振动减阻的机理设计了偏心振动机构，实现了开沟器振动开沟的功能。该机构主要由偏心轮、连杆、振动臂和支点轴等组成，使开沟器的振动方向垂直于拖拉机的前进方向。工作时拖拉机动力输出轴输出动力，通过万向联轴器将动力传递给变速箱。变速箱变速后带动偏心机构转动，由连杆带动振动臂使之绕支点轴做简谐振动，从而带动开沟器在土壤中振动开沟。转轴和偏心轮代替偏心轴实现偏心功能，使机械加工节省了材料，降低了成本。
　　 运用ADAMS软件和Pro/MECHANIC软件对开沟器分别进行了运动学仿真和有限元分析。利用ADAMS软件对开沟器铲刀的铲尖进行轨迹模拟，得出了不同施肥深度、不同b值(b为振动臂支点轴孔中心至其前端销轴孔中心的距离)的各种轨迹曲线。通过对比得知，在施肥深度为600mm条件下，b值为200mm时，铲尖振幅为19.2mm，此为最佳方案。通过Pro/MECHANIC对设计的两种开沟器模型分别进行了有限元分析，得到了应力云图、位移云图和应变云图。通过对比分析得知：假设在施肥深度和受力相同的情况下，开沟器-Ⅱ的最大应力和最大位移量均小于开沟器-Ⅰ。利用Pro/E的行为建模功能对铲柄进行优化分析，改进了开沟器铲柄的结构，使之在受到相同耕作阻力的情况下降低了最大应力值。
　　 在理论分析的基础上，完成了样机的生产试制和园间试验。样机试验结果表明，在拖拉机前进速度为1.5～3km/h的条件下，双行开沟施肥最大深度为0.35m，单行开沟施肥最大深度可达0.5m，能够满足果农的要求。葡萄园振动式化肥深施机能够一次完成开沟、施肥、覆土工作，完全代替了机械开沟、人工施肥和人工覆土的三道工序，提高葡萄园作业效率、减轻果农负担。并且该施肥机械还可用于枸杞等经济作物，实现一机多用，具有良好的社会效益和经济效益。