【正文】 1 甘蔗種植機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 第 1章 引言 農(nóng)業(yè)機(jī)械化是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志和技術(shù)撐點(diǎn) 。 但美中不足的是 ， 全國(guó)各農(nóng)業(yè)生產(chǎn)行業(yè)均有相應(yīng)的生產(chǎn)機(jī)械 ， 唯獨(dú)甘蔗生產(chǎn)機(jī)械的研制與推廣 ， 幾乎還在 “零”起點(diǎn)上徘徊。甘蔗生產(chǎn)的種植、收獲等主要環(huán)節(jié)，至令仍然延續(xù)幾千年的手工操作方式，使蔗糖生產(chǎn)成為一個(gè)技術(shù)含量不高的落后產(chǎn)業(yè)，拖了中國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的后腿。 入世后，我國(guó)糖業(yè)市場(chǎng)已經(jīng)成為世界糖業(yè)市場(chǎng)和重要組成部分，我國(guó)糖業(yè)正直接面對(duì)競(jìng)爭(zhēng)激烈的國(guó)際糖市，面臨國(guó)際糖市低糖價(jià)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。由于人工生產(chǎn)甘蔗勞動(dòng)強(qiáng)度大、工效低、成本高，是甘蔗生產(chǎn)成 本居高不下的主要原因，而甘蔗成本占了我國(guó)制糖總成本的比例高達(dá) 70%，削弱了我國(guó)糖業(yè)在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。 甘蔗是一年收獲一次的熱帶和亞熱帶農(nóng)作物，并且收獲和種植為同一季節(jié)，即邊收邊種，所以需要大量的勞動(dòng)力 。 近年來(lái)，由于城市化進(jìn)程的加快，農(nóng)業(yè)人中基數(shù)在逐步縮小，甘蔗墾區(qū)從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的勞動(dòng)力嚴(yán)重缺乏，不得不花高價(jià)雇請(qǐng)大量外來(lái)民工從事甘蔗種植和收割的工作，大大地增加了生產(chǎn)成本，同時(shí)由于季節(jié)性地雇用大量民工，人員流動(dòng)性大，難于管理，使當(dāng)?shù)厣鐣?huì)治安不斷惡化等一系列問(wèn)題出現(xiàn)。更為嚴(yán)重的是，隨著西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，使得 來(lái)自西部欠發(fā)達(dá)地區(qū)的民工越來(lái)越少，由于雇請(qǐng)不到勞動(dòng)力，使得部分不得不丟荒。可以說(shuō)解決甘蔗生產(chǎn)勞動(dòng)力不足，勞動(dòng)強(qiáng)度大，成本高等一系列問(wèn)題，一個(gè)有效的辦法就是發(fā)展甘蔗機(jī)械化生產(chǎn)。 從現(xiàn)實(shí)情況看，甘蔗生產(chǎn)機(jī)械化水平低已經(jīng)成為制約我國(guó)糖業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展、較好地實(shí)現(xiàn)與國(guó)際市場(chǎng)接軌的瓶頸，只有突破這個(gè)瓶頸，我國(guó)制糖業(yè)才能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化規(guī)模經(jīng)營(yíng)，而只有實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、產(chǎn)業(yè)化規(guī)模經(jīng)營(yíng)，才能大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善甘蔗生產(chǎn)條件，降低甘蔗生產(chǎn)成本，提高國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。因此，開(kāi)發(fā)、研制和推廣技術(shù)先進(jìn)、功能齊全的甘蔗機(jī)械及其配套技術(shù)，滿足甘蔗生 產(chǎn)發(fā)展的需要，就成了當(dāng)前我國(guó)制糖來(lái)時(shí)不我待具有劃時(shí)代意義的關(guān)鍵性任務(wù)。 據(jù)糖業(yè)年報(bào)報(bào)導(dǎo)， 2021年我國(guó)甘蔗種植面積 1710萬(wàn)畝， 2021年食糖產(chǎn)量為 1063萬(wàn)噸（ 1994年為 602萬(wàn)噸），而食糧消費(fèi)量為 1200萬(wàn)噸，人均不到 9公斤（世界平均為 21公斤，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家人均 50公斤以上），隨著國(guó)民生活水平的提高，食糖消費(fèi)水平量將有較大的增長(zhǎng)。另外，由于近年來(lái)石油價(jià)格的不斷上漲，各國(guó)都在積極尋求新的替代能源，而酒精作為一種可再生的清潔能源，越來(lái)越受到人們的重視。我國(guó)是世界上主要石油進(jìn)口國(guó)之一，油價(jià)的高漲給我國(guó)國(guó)民經(jīng) 濟(jì)的發(fā)展帶來(lái)了嚴(yán)重的影響嶄家有關(guān)部門已經(jīng)制定了在汽油中摻入 10%酒精的相關(guān)政策。甘蔗作為制糖工業(yè)的主要原料和可和產(chǎn)酒精的能源作物，將在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中起到越來(lái)越重要的作用。由此可見(jiàn)，實(shí)現(xiàn) 甘蔗 生產(chǎn)機(jī)械化不 僅 有著巨大的用武之地，而且有著十分廣闊的發(fā)展前景。 而且開(kāi)發(fā)研制甘蔗生產(chǎn)機(jī)械，將會(huì)極大地減輕蔗農(nóng)的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高甘蔗的畝產(chǎn)量，增加蔗農(nóng)收入，提高蔗農(nóng)種植甘蔗的積極性，也是貫徹落實(shí)黨中央關(guān)于“三農(nóng)”問(wèn)題的具體體現(xiàn)。 澳大利亞和歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家在上世紀(jì)末已基本實(shí)現(xiàn)甘蔗生產(chǎn)全程機(jī)械化，大大地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低了甘蔗 的生產(chǎn)成本（我國(guó)的甘蔗生產(chǎn)成本是澳大利亞的兩倍）。我國(guó)在上世紀(jì)七、八十年代起就開(kāi)始研制甘蔗種植機(jī)，工作過(guò)程是先用開(kāi)溝犁開(kāi)溝，人工將整條甘蔗種連續(xù)關(guān)入喂入筒，由兩對(duì)輸送膠輥夾持蔗苗關(guān)到溝內(nèi)，由旋轉(zhuǎn)的切割刀2 切斷成斷落入溝內(nèi)，同時(shí)噴藥消毒，然后施肥、回土，配套動(dòng)力多為中型輪式拖拉機(jī)。但普遍存在如下問(wèn)題：（ 1）對(duì)開(kāi)彎曲的蔗種不易喂入，而我國(guó)主要蔗區(qū)因風(fēng)害嚴(yán)重，甘蔗多數(shù)為彎曲；（ 2）若以蔗梢為蔗種，蔗種短且工效低，影響使用效果；（ 3）傷芽率高，由于切割是隨意的，不可避免地會(huì)切傷蔗種。因面無(wú)法推廣應(yīng)用。而在上世紀(jì)九十年 代我國(guó)農(nóng)墾系統(tǒng)開(kāi)始引進(jìn)國(guó)外成套甘蔗生產(chǎn)機(jī)械（主要是美國(guó)和澳大利亞的），由于國(guó)外的甘蔗種植機(jī)械對(duì) 于 我國(guó)目前相對(duì)粗放的環(huán)境條件和現(xiàn)狀存在著以下共同的問(wèn)題：（ 1）機(jī)型大，要求種植行 距 — (而我國(guó)目前為 1m— )；（ 2）國(guó)外的甘蔗種植機(jī)均屬牽引式，轉(zhuǎn)彎半徑大（ 6m以上），田間地頭需要人工配合種植的面積較多；（ 3）漏播率和傷芽率高（兩者 加起來(lái)達(dá) 12%20%）。 為了解決以上問(wèn)題，我國(guó)已投入了大量人力物力，值的高興的是， 一種多功能自動(dòng)化甘蔗種植機(jī)已由湛江市一農(nóng)機(jī)制造企業(yè)研發(fā)成功，并通過(guò)了農(nóng)業(yè)部熱 帶作物機(jī)械質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心的實(shí)操檢驗(yàn)，經(jīng)鑒定該技術(shù)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。 這種甘蔗種植機(jī)能一次性進(jìn)行開(kāi)溝、施肥、排種、噴除草劑、覆蓋地膜等種植工序，施肥和排種較均勻，開(kāi)溝質(zhì)量和覆蓋地膜質(zhì)量可靠，能大大減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。特別是適用于大面積甘蔗種植作業(yè)。經(jīng)多次試驗(yàn)表明，每畝增產(chǎn) 500－ 1000 公斤，約增產(chǎn) 10％－20％。而機(jī)械種植成本僅為 10 元／畝，大大低于 55－ 60 元／畝的人工種植費(fèi)。 3 第 2 章 創(chuàng)新設(shè)計(jì) 概述 2． 1 主要研究?jī)?nèi)容 擬研制適合我國(guó)甘蔗產(chǎn)區(qū)的多功能機(jī)電一體化甘蔗種植 機(jī)，用于種植已切割成段的蔗種，需要重點(diǎn)研究的內(nèi)容是： （ 1）我國(guó)甘蔗生產(chǎn)區(qū)地處西南部丘陵地區(qū)，種植環(huán)境較復(fù)雜，尤其是在陰雨天，土壤的承重能力較差，因此要解決好種植機(jī)牽引與行走的問(wèn)題。 （ 2）由于蔗種粗細(xì)不均且彎曲，在種植時(shí)要求不能損傷蔗芽，需解決如何將雜亂無(wú)章、不規(guī)則的蔗種 均勻、有序地排列到蔗溝的難題。 （ 3）根據(jù)深耕淺種的農(nóng)藝要求，甘蔗種植有深開(kāi)溝、回土、下肥、覆薄土、排種、噴灌、培土、覆蓋地臘、壓膜、噴除草劑等道工序，需解決如何能準(zhǔn)確、協(xié)調(diào)地一次性完成所有種植工序。 （ 4）需解決國(guó)外種植機(jī)轉(zhuǎn)彎半徑大的難 題。 2． 2 以上甘蔗種植機(jī)的總體分析 為進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì)，現(xiàn)分析以上甘蔗種植機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)。 （ 1）整機(jī)按照功能聯(lián)合、結(jié)構(gòu)組合、性能綜合的技術(shù)思路進(jìn)行設(shè)計(jì)，能一次性地完成兩行甘蔗種植，作業(yè)效率高，完全適合我國(guó)甘蔗種植環(huán)境和符合農(nóng)藝要求 ； （ 2）排種、排肥裝置固定于車廂上，使蔗種、肥料裝載量大，且施肥位置較合理，有得蔗苗的根系及時(shí)吸收肥料中養(yǎng)分，保證蔗苗的生長(zhǎng)速度 ； （ 3）采用自走式設(shè)計(jì)方案，行走并轉(zhuǎn)采用橡膠履帶，使轉(zhuǎn)彎靈活、半徑小，對(duì)地面壓力小，不易使土壤板結(jié)，適合各種土壤條件作業(yè)，且可在公路上行駛，轉(zhuǎn)移較方便 ； （ 4）地 膜 拉力平衡、松緊一致，使蔗芽容易穿透地 膜 ，蔗種比人工種植早發(fā)芽，特別適用于抗旱種植 ； （ 5）采用復(fù)合犁，一次必完成所有種植工序 ； （ 6） 排種裝置 采用人工喂種，自動(dòng)化程度不高，影響效率提高，勞動(dòng)強(qiáng)度大。 通過(guò)以上分析，現(xiàn)有甘蔗種植機(jī)在農(nóng)藝上已基本滿足生產(chǎn)需要， 但在結(jié)構(gòu)上還有所不足，在以下內(nèi)容中， 本文 將就 機(jī)構(gòu) 進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。 對(duì)甘蔗種植機(jī)的改進(jìn)方案 現(xiàn)有種植機(jī) 的所有傳動(dòng)都采用機(jī)械傳動(dòng)，體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且傳動(dòng)的效率比較低。 （ 1） 全新設(shè)計(jì)后所有的技術(shù)指標(biāo)都不低于現(xiàn)有機(jī)型的技術(shù)指標(biāo)。具體參數(shù)以現(xiàn)有機(jī)型為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，所有驅(qū)動(dòng)裝置都采用液壓系統(tǒng)，通過(guò)一臺(tái) 四 缸柴油 發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力 總體示意圖： 4 圖 21 總體示意圖 （ 2）采用整體機(jī)架設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)機(jī)架的承載 、 傳力 、 連接各功 用。 在滿足強(qiáng)度和剛度要求的條件下重量盡量輕，且制造工藝簡(jiǎn)單，快速，成本低。 （ 3） 系統(tǒng)采用履帶，液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)，對(duì)其進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。在滿足使用要求的前提下系統(tǒng)重量盡量輕，制造工藝簡(jiǎn)單，整體布局合理，制造成本低 。 5 第 ３ 章 甘蔗種植 機(jī) 的 柴油機(jī) 選擇 3． 1 計(jì)算功率 根據(jù)實(shí)際情況， 柴油機(jī)主要功 率在 3個(gè)犁上， 犁耕作業(yè)所許的拖拉機(jī)牽引力為： 3 3 0 4 0 0 .6 2 1 6 0T i KP zb h k? ? ? ? ? ?Kgf 式中： z犁鏵數(shù) ib 單體犁鏵寬度（ cm） kh 耕深（ cm） k土壤比阻 2kgfcm，由《機(jī)械工程手冊(cè)》查得 k=。 ? ?1. 1 1. 2 23 76 25 92TN TPP?? Kgf 選擇 TNP 為 2500 Kgf 犁耕作業(yè)所需拖拉機(jī)發(fā)電機(jī)的功率 eN? 計(jì)算： 270TN ie rPvN ???= 馬力 式中： iv 基本工作擋發(fā)揮出額定牽引力時(shí)的實(shí)際速度 《查機(jī)械工程手冊(cè)》得 iv =6kmh r? 牽引效率，查《機(jī)械工程手冊(cè)》得 r? =? ? 因 此 ，選擇發(fā)動(dòng)機(jī)功率在 100 馬路左右邊能保證次機(jī)器在各種復(fù)雜環(huán)境下的工作要求。 3． 2 發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇 根據(jù)以上的數(shù)據(jù)， 本種植機(jī)選用中型柴油機(jī)。參照人民郵電出版社任致程編《 農(nóng)用柴油機(jī)原理使用及維護(hù)》選用東風(fēng) 135 系列電啟動(dòng)中型柴油機(jī) 即 可滿足要求。 主要參數(shù)見(jiàn)下表 31： 表 31 發(fā)動(dòng)機(jī)的主要參數(shù) 型號(hào) 汽缸數(shù) 4 4 汽缸排列 單行方式 單行方式 汽缸直徑（ mm） 135 135 活塞行程 140 150 沖程數(shù) 4 4 燃燒室形式 “ W”形直接噴射式 “ W”形直接噴射式 6 壓縮比 17 活塞總排量（ L） 8 12 小 時(shí) 功 功率（ KW 轉(zhuǎn)速（ R/Min） 1500 1500 平均有效壓力（千帕） 588 活塞平均速度 m/s 7 率 燃油耗率 g/Kw*h = = 機(jī)油耗率 = = 持續(xù)功率 功率 KW 53 轉(zhuǎn)速（ r/min） 1500 1500 可配電機(jī)功率（ KW） 50 調(diào)速率 =5% =5% 主軸轉(zhuǎn)向 （面向輸出端） 逆時(shí)針 逆時(shí)針 啟動(dòng)方式 電啟動(dòng) 電啟動(dòng) 冷卻方式 閉式循環(huán)水冷卻 閉式循環(huán)水冷卻 凈重 Kg 870 870 外形尺寸（長(zhǎng) *寬 *高） 1250*777*1235 3． 2． 1 柴油與機(jī)油的選用 甘蔗種植機(jī)適用在熱帶亞熱帶的甘蔗 生產(chǎn)區(qū)，在此地區(qū)，夏季氣候炎熱 ，應(yīng)選用輕柴油，一般說(shuō)來(lái)夏季應(yīng)用 0 號(hào)柴油，冬季可用 10 號(hào)柴油。機(jī)油可選用 CA40（老牌號(hào)為 HC14