【正文】 1 甘蔗種植機機構(gòu)設(shè)計 說明書 第 1章 引言 農(nóng)業(yè)機械化是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標志和技術(shù)撐點 。 但美中不足的是 ， 全國各農(nóng)業(yè)生產(chǎn)行業(yè)均有相應(yīng)的生產(chǎn)機械 ， 唯獨甘蔗生產(chǎn)機械的研制與推廣 ， 幾乎還在 “零”起點上徘徊。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)成為一個技術(shù)含量不高的落后產(chǎn)業(yè)，拖了中國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的后腿。 入世后，我國糖業(yè)市場已經(jīng)成為世界糖業(yè)市場和重要組成部分，我國糖業(yè)正直接面對競爭激烈的國際糖市，面臨國際糖市低糖價的嚴峻挑戰(zhàn)。由于人工生產(chǎn)甘蔗勞動強度大、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制糖總成本的比例高達 70%，削弱了我國糖業(yè)在國際市場上的競爭力。 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力 。 近年來，由于城市化進程的加快，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)的勞動力嚴重缺乏，不得不花高價雇請大量外來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，同時由于季節(jié)性地雇用大量民工，人員流動性大，難于管理，使當?shù)厣鐣伟膊粩鄲夯纫幌盗袉栴}出現(xiàn)。更為嚴重的是，隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，使得 來自西部欠發(fā)達地區(qū)的民工越來越少，由于雇請不到勞動力，使得部分不得不丟荒。可以說解決甘蔗生產(chǎn)勞動力不足，勞動強度大，成本高等一系列問題，一個有效的辦法就是發(fā)展甘蔗機械化生產(chǎn)。 從現(xiàn)實情況看，甘蔗生產(chǎn)機械化水平低已經(jīng)成為制約我國糖業(yè)實現(xiàn)跨越式發(fā)展、較好地實現(xiàn)與國際市場接軌的瓶頸，只有突破這個瓶頸，我國制糖業(yè)才能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化規(guī)模經(jīng)營，而只有實現(xiàn)機械化、產(chǎn)業(yè)化規(guī)模經(jīng)營，才能大大提高勞動生產(chǎn)率，改善甘蔗生產(chǎn)條件，降低甘蔗生產(chǎn)成本，提高國際競爭力。因此，開發(fā)、研制和推廣技術(shù)先進、功能齊全的甘蔗機械及其配套技術(shù)，滿足甘蔗生 產(chǎn)發(fā)展的需要，就成了當前我國制糖來時不我待具有劃時代意義的關(guān)鍵性任務(wù)。 據(jù)糖業(yè)年報報導， 2022年我國甘蔗種植面積 1710萬畝， 2022年食糖產(chǎn)量為 1063萬噸（ 1994年為 602萬噸），而食糧消費量為 1200萬噸，人均不到 9公斤（世界平均為 21公斤，歐美發(fā)達國家人均 50公斤以上），隨著國民生活水平的提高，食糖消費水平量將有較大的增長。另外，由于近年來石油價格的不斷上漲，各國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，越來越受到人們的重視。我國是世界上主要石油進口國之一，油價的高漲給我國國民經(jīng) 濟的發(fā)展帶來了嚴重的影響嶄家有關(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，將在國民經(jīng)濟的發(fā)展中起到越來越重要的作用。由此可見，實現(xiàn) 甘蔗 生產(chǎn)機械化不 僅 有著巨大的用武之地，而且有著十分廣闊的發(fā)展前景。 而且開發(fā)研制甘蔗生產(chǎn)機械，將會極大地減輕蔗農(nóng)的勞動強度，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，也是貫徹落實黨中央關(guān)于“三農(nóng)”問題的具體體現(xiàn)。 澳大利亞和歐美等發(fā)達國家在上世紀末已基本實現(xiàn)甘蔗生產(chǎn)全程機械化，大大地提高了勞動生產(chǎn)率和降低了甘蔗 的生產(chǎn)成本（我國的甘蔗生產(chǎn)成本是澳大利亞的兩倍）。我國在上世紀七、八十年代起就開始研制甘蔗種植機，工作過程是先用開溝犁開溝，人工將整條甘蔗種連續(xù)關(guān)入喂入筒，由兩對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)，同時噴藥消毒，然后施肥、回土，配套動力多為中型輪式拖拉機。但普遍存在如下問題：（ 1）對開彎曲的蔗種不易喂入，而我國主要蔗區(qū)因風害嚴重，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，不可避免地會切傷蔗種。因面無法推廣應(yīng)用。而在上世紀九十年 代我國農(nóng)墾系統(tǒng)開始引進國外成套甘蔗生產(chǎn)機械（主要是美國和澳大利亞的），由于國外的甘蔗種植機械對 于 我國目前相對粗放的環(huán)境條件和現(xiàn)狀存在著以下共同的問題：（ 1）機型大，要求種植行 距 — (而我國目前為 1m— )；（ 2）國外的甘蔗種植機均屬牽引式，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 加起來達 12%20%）。 為了解決以上問題，我國已投入了大量人力物力，值的高興的是， 一種多功能自動化甘蔗種植機已由湛江市一農(nóng)機制造企業(yè)研發(fā)成功，并通過了農(nóng)業(yè)部熱 帶作物機械質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心的實操檢驗，經(jīng)鑒定該技術(shù)填補了國內(nèi)空白。 這種甘蔗種植機能一次性進行開溝、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，開溝質(zhì)量和覆蓋地膜質(zhì)量可靠，能大大減輕勞動強度。特別是適用于大面積甘蔗種植作業(yè)。經(jīng)多次試驗表明，每畝增產(chǎn) 500－ 1000公斤，約增產(chǎn) 10％－20％。而機械種植成本僅為 10元／畝，大大低于 55－ 60元／畝的人工種植費。 3 第 2 章 創(chuàng)新設(shè)計 概述 2． 1 主要研究內(nèi)容 擬研制適合我國甘蔗產(chǎn)區(qū)的多功能機電一體化甘蔗種植 機，用于種植已切割成段的蔗種，需要重點研究的內(nèi)容是： （ 1）我國甘蔗生產(chǎn)區(qū)地處西南部丘陵地區(qū)，種植環(huán)境較復雜，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牽引與行走的問題。 （ 2）由于蔗種粗細不均且彎曲，在種植時要求不能損傷蔗芽，需解決如何將雜亂無章、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，需解決如何能準確、協(xié)調(diào)地一次性完成所有種植工序。 （ 4）需解決國外種植機轉(zhuǎn)彎半徑大的難 題。 2． 2 以上甘蔗種植機的總體分析 為進一步改進設(shè)計，現(xiàn)分析以上甘蔗種植機優(yōu)缺點。 （ 1）整機按照功能聯(lián)合、結(jié)構(gòu)組合、性能綜合的技術(shù)思路進行設(shè)計，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吸收肥料中養(yǎng)分，保證蔗苗的生長速度 ； （ 3）采用自走式設(shè)計方案，行走并轉(zhuǎn)采用橡膠履帶，使轉(zhuǎn)彎靈活、半徑小，對地面壓力小，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，自動化程度不高，影響效率提高，勞動強度大。 通過以上分析，現(xiàn)有甘蔗種植機在農(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 機構(gòu) 進行改進設(shè)計。 對甘蔗種植機的改進方案 現(xiàn)有種植機 的所有傳動都采用機械傳動，體積大，結(jié)構(gòu)復雜而且傳動的效率比較低。 （ 1） 全新設(shè)計后所有的技術(shù)指標都不低于現(xiàn)有機型的技術(shù)指標。具體參數(shù)以現(xiàn)有機型為依據(jù)進行設(shè)計，所有驅(qū)動裝置都采用液壓系統(tǒng)，通過一臺 四 缸柴油 發(fā)動機提供動力 總體示意圖： 4 圖 21 總體示意圖 （ 2）采用整體機架設(shè)計，實現(xiàn)機架的承載 、 傳力 、 連接各功 用。 在滿足強度和剛度要求的條件下重量盡量輕，且制造工藝簡單，快速，成本低。 （ 3） 系統(tǒng)采用履帶，液壓馬達驅(qū)動行走機構(gòu)，對其進行機構(gòu)設(shè)計。在滿足使用要求的前提下系統(tǒng)重量盡量輕，制造工藝簡單，整體布局合理，制造成本低 。 5 第 ３ 章 甘蔗種植 機 的 柴油機 選擇 3． 1 計算功率 根據(jù)實際情況， 柴油機主要功 率在 3個犁上， 犁耕作業(yè)所許的拖拉機牽引力為： 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《機械工程手冊》查得 k=。 ? ?1. 1 1. 2 23 76 25 92TN TPP?? Kgf 選擇 TNP 為 2500 Kgf 犁耕作業(yè)所需拖拉機發(fā)電機的功率 eN? 計算： 270TN ie rPvN ???= 式中： iv 基本工作擋發(fā)揮出額定牽引力時的實際速度 《查機械工程手冊》得 iv =6kmh r? 牽引效率，查《機械工程手冊》得 r? =? ? 因 此 ，選擇發(fā)動機功率在 100 馬路左右邊能保證次機器在各種復雜環(huán)境下的工作要求。 3． 2 發(fā)動機的選擇 根據(jù)以上的數(shù)據(jù)， 本種植機選用中型柴油機。參照人民郵電出版社任致程編《 農(nóng)用柴油機原理使用及維護》選用東風 135系列電啟動中型柴油機 即可滿足要求。 主要參數(shù)見下表 31： 表 31 發(fā)動機的主要參數(shù) 型號 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 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 = = 機油耗率 = = 持續(xù)功率 功率 KW 53 轉(zhuǎn)速（ r/min） 1500 1500 可配電機功率（ KW） 50 調(diào)速率 =5% =5% 主軸轉(zhuǎn)向 （面向輸出端） 逆時針 逆時針 啟動方式 電啟動 電啟動 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 *寬 *高） 1250*777*1235 3． 2． 1 柴油與機油的選用 甘蔗種植機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，一般說來夏季應(yīng)用 0 號柴油，冬季可用 10 號柴油。機油可選用 CA40（老牌號為 HC14