5tc029-螺旋推进式水稻变量侧深施肥装置-triz材料比赛用

CONTENTS作品创新背景01初始问题分析02技术方案整理与评价05作品应用价值06系统分析03Triz工具解决问题04作品创新背景作品创新背景我国水稻年产量超2亿吨，超60%人口的主食是大米。目前水稻已成为最主要的粮食作物，因此提高水稻种植水平拥有十分重要的意义。合理施用肥料及提高肥料利用率是节省成本、增加水稻产量的重要因一。PART

ONEPART

TWOPART

THREE我国水稻种植过程施肥很大比例还使用人工或者是

机械抛洒方式施肥。PART

FOUR存在肥料施用量大导致环境问题

突出田间肥料分布

不均匀导致秧苗吸收养分不均等问题。作品创新背景图一人工撒肥图二

水田撒肥机初始问题分析发明问题初始形式分析因此对以水稻侧深施肥装置进行改进设计，应满足如下一些限制条件：在关键部位-排肥管要设计有效防堵结构，防止因排肥管堵塞造成肥料漏施。材料选用应注意控制制造成本，以便于后期推广应用。结构设计尽量简单，便于

和保养。现有水田施肥机械多数采用离心式撒肥和气吹式排肥管排肥。这两种方式分别存在肥料利用率低易污染环境和泥浆极易阻塞排肥管，产生了肥料漏施等缺陷。系统分析系统分析（一）九屏分析通过九屏图的分析，可以分析出水稻侧深施肥装置将要进化的方向，即研究的方向。图3

九屏图系统分析（二）系统完备性法则系统完备性法要求系统包含：动力装置、传输装置、执行装置、控制装置。初步分析，传动装置和执行装置是决定机构效率高低的子系统，应该在这两个子系统上深入研究。图6

螺旋推送杆图5锥齿变速箱图4

侧深施肥机构工作系统系统分析（三）生命曲线水稻机械化施肥是水稻种植业的发展趋势，全自动水稻侧深施肥机是水稻机械化施肥的重要发展对象。从生命曲线来看，目前水稻侧深施肥机械的发展处于“成长期”阶段，新型排肥机构将具有很大的发展前景。图7生命曲线系统分析（四）功能分析系统名称：螺旋推进式水稻变量侧深施肥装置主要功能：使肥料稳定均匀的排放到稻田之中系统组件：柴油机、动力输出轴、螺旋推进器、调整尼龙齿轮、变速齿轮、变速箱、螺旋推送齿轮、过渡链轮、肥料、操作者。图8结构模型系统分析（四）功能分析图3螺旋推进式水稻变量侧深施肥装置功能结构表名称功能功能属性充分不足过度有害动力输出轴→过渡链轮动力传输√螺旋推送齿轮→螺旋推进器动力传输√变速齿轮→调整尼龙齿轮动力传输√调整尼龙齿轮→螺旋推送齿轮动力传输√柴油机→动力输出轴提供动力√变速箱→变速齿轮动力传输√螺旋推进器→肥料输送√过渡链轮→变速箱动力传输√针对变速齿轮到调整尼龙齿轮动力传输能力不足的情况，设计四齿共轴的结构实现齿轮转速的四挡调节，以实现转速与扭矩的兼顾。图9

主动齿轮组轴图10

内外啮合齿轮Tr

i

z工具解决问题Triz工具解决问题（一）最终理想解Triz工具解决问题（二）技术

分析螺旋推送式侧深施肥属于有动力强制排肥，和气吹式排肥相比，具有将肥箱里的肥料与施肥管分开的作用，防止肥料潮解阻塞施肥管。然而螺旋推进器的设计和如何将插秧机动力输出轴动力转化为驱动螺旋推进器旋转的动力在一定程度上会增加制造难度。其中技术和发明原理如下表所示。改善的参数为：No.10力的参数为：No.32可制造性通过查询39x39

矩阵，得知可能的解集，找到符合本问题的发明原理有：15.动态化：使不动的物体变成可动的。37.热膨胀：利用材料热膨胀特性。18.振动：使 的振动或加强振动。01.分割：将物体分为相互独立的几部分；将物体分成容易组装和拆卸的部分；提高物体的可分性。Triz工具解决问题（二）技术

分析分离实现方法采用01分割发明原理，为减小传动部件的加工难度，改善传动的可调

节性，采用分割发明原理将从动力输出

轴到螺旋推进器的传动部件分为：链轮、变速箱、变速齿轮、过渡尼龙齿轮和螺

旋推送齿轮等几部分，除变速箱采用特

制锥齿轮以改变动力传输方向外，其余

部件大多采用加工方便的标准件，为保

证传动比的精确主要使用齿轮传动，结

构如图10所示。其中，变速箱采用锥齿轮传动，从而将纵向动力改变成横向动

力，变速箱机构如图11所示。图10

传构装配图图11变速箱

图Triz工具解决问题（二）物理

分析增大主动齿轮直径会增大扭矩，但由于空间位置有限制不能过大，直径也不能过小，过小会出现扭矩不足的情况，这样就存在了“直径既大又小”的物理

。图12主动齿轮组轴图13内外啮合齿轮Triz工具解决问题（三）物场分析对于主动齿轮，如果单靠它们之间的传动会造成排肥间距小和相邻两螺旋推进器转向相反等问题。侧深机构的物-场分析如图14（a）所示，根据物-场分析的标准解法，增加物质S3来强化有用效用，因此，设计过渡尼龙齿轮，辅助主动螺旋推送齿轮带动螺旋推进器旋转排肥。加大及效率的降低。图14增加物质S3之后的物-场模型图14增加物质S3之后的物-场模型技术方案整理与评价技术方案整理与评价方案1动力分离方案方案1：在肥箱上单独设置一个电，以驱动主动齿轮，该设计使排肥过程与插秧机动力输出轴无关，可直接通过调整电输出频率来控制排肥量，但这样会增加施肥箱重量且增加部件布置安装难度。故不采用。试验方法方案2设计螺旋推进器作为排肥部分的执行装置，与排肥管配合使用，为使肥箱中肥料足量进入排肥管，应将螺旋杆螺纹部分尽量加长，除此之外要将肥料箱设计为倒梯形，以便肥料借助于自身重量向 动。施肥管直径应与螺旋杆保持合适间距，过大会导致肥料流量过大，不易控制，间隙过小会导致螺旋杆转动阻力过大，增加传动负载，部件磨损加剧，排肥部件结构如下图15所示。设计螺旋推进器作为排肥部分的执行装置试验方法方案3将传送方式设计为齿轮传动，即可方便改变传动比又可保证传动的准确。将传动齿轮托板设置在肥箱上方，由于箱体高度较高，螺旋推进器难免会受到肥料挤压产生的径向力而使螺旋推进器在施肥管中产生径向偏移，不利于肥料排量的控制。为此在传动拖板背面设计一个轴套来保证螺旋推进器的偏心度在可接受范围内。螺旋推进器传动系统结构如图16.齿轮传动托板结构设计方案图16螺旋推进器传动系统结构图试验方法最终方案展示及评价经过综合比较考虑，决定采用方案2的执行装置结构设计和方案3的传动结构设计，螺旋推进器侧深施肥装置作业过程如图17装置三维运动仿真所示：图17装置三维运动仿真作品应用价值作品应用价值01目前，市场对水稻侧深装置的需求量呈上升趋势。020304目前，进口的水稻侧深施肥装置虽然技术上较为先进，但存在价格昂贵，