机械设计学论文

机械设计学论文题目：多功能铺膜机的设计班级：姓名：学号：导师：2011.6.16设计背景20世纪中叶，随着塑料工业的发展,尤其是农用塑料薄膜的出现，一些工业发达的国家利用塑料薄膜覆盖地面，进行蔬菜和其它作物的生产均获得良好效果。日本最早从1948年开始研究利用，1955年首先应用于草莓覆盖生产，并进行推广，1965年正式开展了研究工作。而我国于70年代初期利用废旧薄膜进行小面积的平畦覆盖，种植蔬菜，棉花等作物。1978年进行试验，1979年开始在华北、东北、西北及长江流域一些地区进行试验、示范、推广。随即生产出厚度为0.015-0.02毫米的聚乙烯薄膜，为发展地面薄膜创造了条件。由于覆盖生产的效果显著，薄膜覆盖生产启蒙及全国，并简称为地膜覆盖。目前，不但应用于蔬菜栽培，也相继用于大田作物、果树、林业、花卉及经济作物的生产。群众称它为“不推自广”的措施。到目前为止，应用地膜覆盖的作物及果林苗木已达几十种。当前地膜不仅用于露地栽培，也用于早春保护设施内的覆盖。不仅在早春覆盖，夏、秋高温季节覆盖也取得良好效果。在我国北方旱区应用地膜覆盖具有抗旱保墒效果。多雨季节地膜覆盖也有防雨、排涝效果，很受生产者欢迎。目前，许多的作物都要在地膜的保温作用下才能萌发出苗，覆盖地膜无疑是一道比较麻烦而又十分重要的工序。采用地膜覆盖栽培后可以改善土壤和近地面的温度及水分状况，起到提高土壤温度，保持土壤水分，改善土壤性状，提高土壤养分供应状况和肥料利用率，改善光照条件，减轻杂草和病虫危害等作用。而此时，地膜覆盖机逐步走向了历史舞台。当前，地膜覆盖的一般模式是：1起垄2铺膜3压土4播种而这种生产模式有很多的弊端：（如图）1需要至少三个人一起操作，这还不算后面播种的工序，非常浪费人力2四道工序先后进行或多人进行，增加了同一块土地面积上的工时，浪费了大量的时间，效率低下3大风天气下拉膜困难，而且手工覆盖后的地膜松弛，影响质量且造成一定的地膜浪费4很难实现较大面积覆盖，不利于广泛推广5铺完膜后很难实现机械化播种，这成为了铺膜技术推广的拦路虎

如今，大批的农民选择外出打工，致使农村劳动力明显减少，使得以上矛盾更加突出，所以必须有一种科学有效的方法来解决这个问题。因此，设计者通过学习相关知识，并结合自己的劳动经历，设计出一款结构简单、操作方便的多功能地膜覆盖机。功能原理设计一，主要功能为了更好的推广地膜覆盖技术，提高作物产率，大力发展农业，使农业逐步走向自动化，机械化。在原有的播种机基础上，加上起垄，铺膜装置，从而起到一次性完成小麦、玉米等农作物的起垄、铺膜、精量播种、施肥、压土等多道工序。提高了作业效率，保证了作业质量，增加了农作物产量，提高了经济效益和社会效益。这种集播种、施肥、铺膜为一体的地膜覆盖机可产生以下效果（如图）桐械种植方式示意圈起垄宽30cm高10cm 垄的横断面为弓形。垄距为60cm，垄的两边深

施化肥，垄上盖膜，两边压土各5cm，膜际播种两行农作物（小麦，玉米），距膜际3cm，播量大约为2.5kg~3kg。二，辅助功能采用这种多功能地膜覆盖机，可以合理的利用土地和种子的利用率，由于播种、施肥、铺膜一次完成，有效的节约了大量的土地和种子，节省了开支。三，铺膜机主要部件设计1，机架改变以前的分体式，采用方管焊接的整体机架，简化了传动装置，简化了结构,减轻了机具重量，降低了成本，提高了机具的通过性。种肥箱采用整体式种、肥箱，与机架固定。肥箱上边呈梯形，下边呈半圆形，排肥机构采用双向螺旋搅龙和大外槽轮排肥器。通过搅龙的旋转双向螺旋将化肥推向施肥口然后通过排肥器将化肥排人肥筒。排种器采用NJ210-8标准小外槽轮，固定在种箱底面。3，起垄装置它是由左右两个集土板和整形板组成，与施肥开沟器组合于一体。在作业时通过集土板把两边土集中到中间，形成垄。在起垄装置设计时，根据农艺要求，起的垄必须是圆弧状。首先是须有集土装置，将两边土豁在中间，形成中间高两边低的拱形垄。其次是成形装置，整理成形。根据此原理我们将起垄装置设计成由左右两件刮土成形板组成。起垄效果的好坏，是影响铺膜质量好坏的关键，因此，经过反复试验，起垄装置结构型式是合理的。在结构尺寸方面，进行了几次调整,集土板的长度由220mm减小120mm到整机效果好。另外，为了方便调整，保证起垄达到设计要求，增设丝杆，调整刮土板的高低。4,铺膜装置是由压膜轮、挂膜架及覆土器组成。压膜轮的结构形状，设计成横截面呈圆弧状的中凹鼓形状。曲面的曲率和重量都是很重要的技术条件。第一，压膜轮的结构形状。第二对曲面的曲率选择，按照结构要求，对曲率r为140mm、148mm、154mm,3种进行了试验，根据试验结果，r为140mm时，虽展膜性好，但压膜轮体积较大重量较重，破膜严重，起垄高度超过10cm;r为148mm时体积较适中，重量轻，消除破膜现象，起垄高度适中，能达到农艺要求。r为154mm时，体积较小，重量轻，消除破膜现象，起垄高度能满足要求，但展膜性较差，覆盖质量差。根据实验结果的认真分析比较，选择曲率r为148mm为宜。第三对于压膜轮重量的选择，进行了G为5kg、8kg、10kg、12kg，4种重量试验，试验结果为G为12kg时，破膜严重，机械作业速度达不到要求G为10kg时，效果明显得到改善，但遇到土地松虚时，破膜时有发生，作业速度达不到理想的要求;G为8kg时，效果比较理想，作业速度也能达到设计要求;G为5kg时，虽然不出现破膜现象，但出现了膜展不开，两边压不住等现象，特别是速度快时，效果更差，根据试验结果压膜轮重量选为7kg-9kg为宜。再就是对挂膜位置的试验，对于此装置进行了两种试验，一种是膜辊安装在机架上方，这样可紧凑结构，提高机具的纵向稳定性，试验结果，虽然紧凑了结构，但由于地膜纵向受力大，加之膜辊与压膜轮之间距离大，在作业过程中，出现地膜往一块收缩的现象另一种是膜辊放置在机架下方起垄器后，压膜轮与机架四连杆铰接。由于膜辊始终与垄背接触，它受到两个力一是垄背的滚动阻力二是牵引力驱使膜辊转动，使地膜展开，加之膜辊与压膜轮之间距离小，所以，地膜纵向受力小，易按照垄的形状展开。因此，选第二种挂膜位置，可以消除地膜偏压，保证铺膜质量。四，铺膜机个别具体机构设计开沟器设计施肥和播种在本设计中采用相同形式的开沟器。影响开沟器性能的因素有入土角a和入土隙角6，见图3所示。（1）入土角a。入土角a主要影响其入土能力和前进阻力，如图（a）所示。入土角过大，滑动切割效果好，避免杂草缠绕，但结构加大；入土角过小，滑切作用减弱，易缠草。根据大量试验研究，保证滑刀对土壤滑切作用的必要条件是a>90°+0，0为土壤与滑刀间的摩擦角，0=14°〜38°。入土角a在120°〜140°范围内，随。增加，前进阻力逐渐减少；知<110°时，前进阻力与a呈线性关系上升。播种机开沟器入土深度在10〜15cm的范围内，其入土角在140°〜145°时，阻力最小。

(b)图1入土隙角6。入土隙角6为开沟器底面与地面之间夹角，p的存在有利于开沟器的入土，如图(b)所示。6过小，入土能力变差，摩擦阻力增加，底边磨损快；6过大，易造成土壤提前回落，肥料不能落在未松动的湿土上，且施肥深度达不到预定要求。通过试验可知，6取50〜100为宜。根据以上条件设计的开沟器，简图如图2。通过试验测定其入土性能和通过性能较好，侧向推移土壤较小，减小了土壤墒情损耗。1，滑刀1，滑刀开沟器铲柄种，肥管图2开沟器结构排种器的确定设计时采用了塑料圆盘式排种器。在排种器工作时，种子靠自动流动的特点充填到圆盘上的异形孔中，随着排种圆盘的转动，在刮种舌的作用下将种子刮入输种管中，然后经开沟器落入种沟中。集土滚筒的设计集土滚筒的作用是将膜上苗带处施一条土带，这样既起到了防止地膜被大风刮起的作用，又省去了人工膜上打孔、掏苗的繁重劳动。滚筒内壁设置螺旋导向板，通过开沟集土圆盘将土推入转动的滚筒内，带有螺旋导向板的滚筒在苗带上方形成一条土带。其结构如图3所示。图3集土滚轮结构实用化设计总体设计要求铺膜机采用3点悬挂式与拖拉机挂接，在总体结构上，首先考虑到该机的作业特点、作业条件及安装调整，在保证机组工作可靠、配套合理、性能稳定和通过性能好的前提下，实现结构紧凑，并在配置中满足如下要求，一是连接和安装工作部件的机架除了要有足够的强度与刚度外，各连接部位应合理。二是支承轮位于整机两侧，要满足运输和作业状态的传动要求并保证其合理负荷。三是各部件结构紧凑，并能保持部件总成相对独立，以便拆装、更换和保管，各部件之间应合理配置，以防止拖堆或堵塞。结构组成该机主要由机架、肥箱、种箱、排种器、放膜杆、起土铲、展膜轮、扶土板、切边铲、压膜滚、压膜轮、扶土盘和集土滚筒等部件组成，如图1、图2所示。3.性能特点配置科学合理。药箱置于拖拉机前部通过胶管与气泵、阀门和喷杆连接，这样可使拖拉机的前后负荷较均匀，有利于机组作业的稳定性。其他部件与机架的连接根据作业要求依次是起土铲、开沟器、地轮、扶土板、喷药杆、切边铲、压膜滚、展膜轮、扶土圆盘和集土滚筒。可深施化肥于种子侧方，一次作业可实现种、肥分施，也可单独进行播种或施肥。排种量、排肥量、播深及穴距均可调整。铺膜前的喷药，实现一次性灭杂草，保证了苗粗、苗壮。膜上筑土带工序，解决了人工打孔、掏苗等繁重劳动。与传统的播种、施肥、喷药及铺膜分段作业相比，具有减少作业次数、减轻土壤压实、利于蓄水保墒和节本增效等优点。主要性能指标外形尺寸2150、1000、900mm，整机质量160kg，配套动力11.03〜16.18kW四轮拖拉机，适应膜宽900〜1200mm,播种深度30〜50mm,作业行数2行，穴距150〜260mm,药箱容积50L，最大施肥量40kg/hm2,喷药液形式为压缩式药筒，工作压力54MPa，生产率0.27〜0.33hm2/h。图二，多功能铺膜机结构L—引槊2一化肥箱3.种干K4一排忡群5..妊嗅轮机压臆轮7,■土港商伽灿山崔土柜以切血铲EL眼动轮并沏器起十铲I』.施杷铲实验情况2007年7月，以2BH-2型为例的多功能铺膜机研制成功，并在当年以单机平均作业15hm2进行试验。经过不断改进，2008-2009年共有12台机器在白城市洮北区林海镇、平台镇及三合乡等5个乡、镇进行实际作业考核，并在2009年达到稳定的工作状态。通过考核证明，此机具作业在播种、施肥、铺膜、喷药、压土和掏苗等作业中效果很好。经大面积多点试验，证实该机具有如下特点。(1)减少土壤水分蒸发。单项作业时，各项作业衔接不上、不连贯，造成土壤水分散失多，在较为干旱的年份，保证不了种子发芽生长所需水分。采用复式作业，则可减少水分散失。试验资料显示，复式作业减少的水分散失相当于1次20〜30mm的降水，可增产20%。(2)减少机车压地次数。采用常规机械完成全部作业内容需要经过5〜6次作业，拖拉机几乎把整个地块压实几遍，使原本疏松的土地变得硬实，严重破坏了土壤结构，不利于农作物生长，形成低产区，影响作物产量。而采用多功能播种机作业后，有效地改善了常规作业造成的土壤板结情况，从而起到增产作用。一般来说，增产幅度可在15%〜20%。商品化设计主要工作参数的确定作业速度一般播种机作业速度为6km/h,考虑该机具体作业条件和微膜的强度,选用作业速度0.5m\s—1.2\s。工作幅宽以2BH-2型为例的多功能铺膜施肥播种机是以丘陵旱地铺膜播种为主，考虑到目前农村实行联产承包责任制，土地条块化以及结构的紧凑性和农艺要求，其工作幅宽选为60cm和120cm两种。播种深度与施肥深度播种深度调节范围3.5cm左右，施肥深度调节范围10cm左右。种子与肥料在耕层内的相对位置该机采用播种同时侧深位施肥的方式，肥料集中，利用率高，损失少，为了避免烧种，要求种子与肥料在耕层内保持最佳相对位置，垂直方向的同一截面上，种子与肥料垂直距离2cm-8cm，水平方向距离3cm以上。施肥量颗粒状化肥耐施量为0.067hm，施量为5kg-25kg，，粉状化肥65kg，碳磷混合125kg。起垄宽及垄高起垄宽度为30cm;起垄高度调节范围5cm-10cm,垄顶呈圆弧状。地膜幅宽根据垄的形状尺寸要求，要求两边压土宽为5cm。根据垄弧长33cm加两边压土宽度7cm约40cm,因此地膜幅宽选40cm。根据以上参数，可以因地制宜，根据农作物得种类，种植的地理位置，环境等因素选择合适的机型，尽最大可能提高弄作物产率，最大化利用好每一份土地。此外考虑到购买者得购买能力，这种多功能铺膜机要尽量向简单化，高效化，价廉化发展。效益分析经济效益机械化精量播种一次完成播种、施肥、覆土、镇压及喷施除草剂等多项作业，可节省播种量，减少2〜3道作业工序，减轻劳动强度，降低生产成本，又能够达到苗齐、苗壮，实现作物增产增收。玉米精量播种较传统播种节省种子22.5〜30.0kg/hm2,省工45〜75个/hm2,降低成本300元/hm2,增产粮食1.5t/hm2；水稻产量与常规栽培基本相同，但减少作业工序，单位面积费用大大降低，节省成本2000元/hm2左右，既可减少动力消耗又可增加农民收入；小麦精量播种可比传统栽培降低播种量52.5〜60.0kg/hm2，增产450〜600kg/hm2；大豆精量播种与常规条播相比可节约种子15kg/hm2，节约种子成本84元/hm2；棉花较传统栽培减少