【文章內(nèi)容簡介】 內(nèi)的肥料由于自身重力的作用與肥料槽摩擦力之間的作用，肥料不與絞龍的螺旋一起旋轉(zhuǎn)運動[17]。因此，肥料只能沿肥料槽的方向移動，直至到達肥料口，可以實現(xiàn)穩(wěn)定輸肥的功能。 圖38絞龍式排肥器結(jié)構(gòu)簡圖螺旋面作用在有機肥顆粒上的力如圖34所示。從圖可以看出螺旋升角為а的旋轉(zhuǎn)螺旋面作用在距軸線處的有機肥顆粒上的力為由于有機肥與葉片之間的摩擦力，合力方向與螺旋面的法線方向偏離角（角為螺旋面與有機肥之間的摩擦角）。分解為與因此顆粒在力、作用下分別沿軸向運動與徑向旋轉(zhuǎn)運動，即軸向運動與旋轉(zhuǎn)運動的復合運動，所以隨著絞龍旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)對有機肥輸送。圖39 螺旋面作用在有機肥顆粒上的力螺旋葉片有滿面式、帶式、齒式及槳式等多種形式。由于有機肥料種類多，施肥量大，所以排肥器葉片選擇螺旋推力大、適應(yīng)性廣的齒式螺旋葉片。螺旋軸由空心鋼管制成。軸承受相同的扭矩的條件下，所需的材料，空心軸比實心軸的重量小很多。螺旋軸的材料根據(jù)使用場合不同，可采用碳素鋼、合金鋼、不銹鋼、灰鑄鐵、青銅、高分子聚合物等材質(zhì)制造。對各種材料的性能、價格等因素對比，采用碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235的空心軸制成。既能滿足強度、剛度等性能要求，還可以降低制造成本，減少螺旋軸的自重，所以螺旋軸采用Q235鋼。兩端軸頭采用45鋼。螺旋葉片釆用鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235制造，既能滿足絞龍的性能要求，制造成本經(jīng)濟合理。按照公式[18]， 輸肥量根據(jù)作業(yè)實際情況需要選取。又據(jù)公式，可以推導出：式中：—絞龍輸送裝置的輸送量，根據(jù)生產(chǎn)實際取10t/h；—螺旋葉片直徑，m；n—螺旋轉(zhuǎn)速，r/min；S—螺旋螺距，m；—物料的單位容積質(zhì)量，；—傾斜輸送系數(shù)，水平布置，；—物料填充系數(shù)，；A—物料的綜合特性系數(shù)。計算得出D=，計算圓整后取D=。表32物料特性系數(shù)物料塊度磨琢性舉例KA粉狀半磨琢性石灰~75粒狀磨琢性硫鐵礦粉~35粉狀磨琢性爐渣粒~30粉狀無磨琢性面粉~50小塊狀半磨琢性煤~40小塊狀 磨琢性干爐渣~25有機肥顆粒的運動分解如圖310所示。圖310有機肥顆粒的運動分解由圖可以看出，在不考慮摩擦力的情況下，有個附加的物料流。有機肥運動會受到這種附加的物料流的影響，絞龍在達到一定的轉(zhuǎn)速之前，影響并不顯著。但超過一定的轉(zhuǎn)速時，物料就會產(chǎn)生垂直于輸送方向的運動。將物料的運動速度V分解為兩個互相垂直的運動速度，即式中， 在螺距一定情況下，隨物料與螺旋軸線的距離r的變化如圖36所示。由圖可知，在半徑長度范圍內(nèi)，速度是由小變大的，因此，物料在絞龍的轉(zhuǎn)動過程中就會產(chǎn)生垂直于輸送方向的運動?？拷菪S的物料的大、??；反之，靠近螺旋外側(cè)的物料的大、小。這將使內(nèi)層物料較容易隨絞龍轉(zhuǎn)動，因而絞龍轉(zhuǎn)速對輸肥量影響較大，絞龍轉(zhuǎn)速高則輸肥量大、生產(chǎn)效率高，轉(zhuǎn)速低，則效率太低。但是絞龍轉(zhuǎn)速不能太高，因為當轉(zhuǎn)速超過極值時，物料因離心力太大而向外拋出，以致無法輸送。根據(jù)輸肥量、螺旋直徑和有機肥特性，在滿足輸送要求的前提下，轉(zhuǎn)速不宜過高，更不允超過它的臨界轉(zhuǎn)速，初步選擇絞龍轉(zhuǎn)速為45r/min。圖311 軸向速度徑向速度隨r的變化曲線螺距的大小一方面決定著螺旋升角的大小，另一方面還決定著在物料在一定的填充系數(shù)下運行的滑移面，所以螺距的大小對排肥器的輸送能力有很大影響。螺旋面與肥料的摩擦關(guān)系以及速度各分量間的適當分布關(guān)系是確定最合理的螺距的兩個關(guān)鍵條件[19]。通常依據(jù)經(jīng)驗公式當D =，S=。螺旋軸徑與螺距共同決定了螺旋葉片的升角的大小，亦即決定著肥料的運動方向和速度各分量間的分布關(guān)系。一般軸徑計算公式為，取d=，得d=。為滿足覆土厚度的要求，需要將開溝器拋至兩側(cè)的土回填進施肥后的溝壑里，通過施肥機上的覆土器完成覆土作業(yè)將大量減輕勞動強度。目前常用的覆土器有以下幾種：圓盤式、刮板式、鏈環(huán)式、彈齒式和爪盤式等。當覆土量大、行距大且要求覆土嚴密時，常常使用圓盤式和刮板式兩種覆土器；后面三種覆土器為全幅覆蓋，主要用于行距較窄的條播施肥方式。考慮到覆土量大和加工安裝方便的原因，本文采用刮板式覆土器。覆土裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖312所示:1刮板2支架3套筒4壓簧5導桿圖312覆土裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計圖該裝置主要由刮板、支架、導桿、壓簧和套筒等組成。刮板和加強筋焊接在支架上，支架與導桿之間通過螺栓連接，套筒與導桿通過開口銷固定在一起，兩個套筒之間裝有壓簧。導桿上端設(shè)有多個螺栓孔，導桿可通過螺栓與施肥機機架連接，安裝方便。工作時，開溝器開出條形溝壑，并將土壤拋至溝壑的兩側(cè)形成橫截面為三角形形狀的土堆。刮板隨施肥機前進，兩邊的土堆受到垂直于刮板內(nèi)側(cè)的正壓力，所以兩邊的土堆會向溝內(nèi)側(cè)移動回填到溝壑中，對肥料進行覆蓋，實現(xiàn)覆土功能。設(shè)計合理的肥料箱應(yīng)滿足以下要求[20]：(1)必須有足夠的容量，以減少添加肥料次數(shù)，提高勞動效率。但施肥箱的體積也不宜過大，肥箱過大不僅使牽引阻力增大，而且肥箱在工作中會來回晃動對施肥效果也會有影響。(2)添加肥料簡便，不殘留肥料及易清理。(3)肥料蓋應(yīng)關(guān)閉緊密，以防止雨水滲入，降低機具壽命。(4)施肥箱應(yīng)有足夠的硬度及剛度、重量不宜過重和耐用度好，并且肥箱內(nèi)外應(yīng)涂油漆以防止腐蝕。該機為葡萄有機肥施肥機，田間施肥量大，為了提高施肥效率，所以肥料箱需要具有較大容積，肥料箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖313所示。圖313肥箱結(jié)構(gòu)設(shè)計施肥箱主要由箱體和排肥口等構(gòu)成，肥箱底部中間設(shè)有弧形料槽，用于安裝排肥軸；肥箱右側(cè)焊接矩形板，排肥器所排肥料通過該矩形板落入地溝中。肥料箱前后兩側(cè)面由矩形鋼板組成，鋼板尺寸為長1800mm，寬500mm；左右兩側(cè)面為近似梯形的鋼板，上底邊長1000mm，下底邊長200mm；肥料箱上端幵口，下端由半徑為100mm的弧形料槽。肥料箱可分為兩部分進行計算，上部分是長為1800mm、寬為1000mm，高為500mm的長方體，下部分是一個截面為梯形的六面體，由幾何關(guān)系可得：。離合器在機器運轉(zhuǎn)中可將系統(tǒng)隨時分離或接合。對離合器的基本要求有：接合平穩(wěn)，分離迅速而徹底；耐磨性好和有足夠的散熱能力。離合器的類型很多，常用的可分為牙嵌式和摩擦式兩大類[21]。(1)牙嵌式離合器牙嵌式離合器是由兩個端面帶牙的套筒、平鍵、滑環(huán)和對中環(huán)所組成，如圖314所示。套筒1與軸緊配，而套筒2可以沿著平鍵3在另一根軸上移動。通過移動滑環(huán)4可使兩個套筒接合或分離。中環(huán)5安裝在套筒1中，作用是便于兩軸對中。 圖 314牙嵌式離合器牙嵌式離合器牙的形狀有三角形、梯形和鋸齒形。三角形牙用在傳遞中、小轉(zhuǎn)矩的離合器上，牙數(shù)為15～60；梯形牙的特點是強度高，可傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，當牙磨損后產(chǎn)生牙側(cè)間隙時，梯形牙可補償產(chǎn)生的牙側(cè)間隙；鋸齒形只能單向工作，反轉(zhuǎn)時產(chǎn)生較大的軸向分力能夠強迫離合器自行分離，一般用于特定的工作條件處。(2)圓盤摩擦離合器圓盤摩擦離合器傳遞轉(zhuǎn)矩的方式是在主動摩擦盤轉(zhuǎn)動時，由兩個圓盤的接觸面間產(chǎn)生的摩擦力矩來傳遞的，有單、多片式兩種。圖315為單片式離合器，在主動軸上安裝摩擦盤1，從動軸上安裝摩擦盤2，操縱環(huán)3的作用是使摩擦盤2沿著從動軸移動。當摩擦盤1接合時，摩擦盤2則被力Q壓在摩擦盤1上，兩圓盤接觸面間產(chǎn)生的摩擦力矩就將主動軸上的轉(zhuǎn)矩傳到從動軸上。圖315單片式摩擦離合器本文采用簡易的牙嵌式離合器，其結(jié)構(gòu)簡單、易于加工制造以及工作性能可靠。離合器的一部分通過平鍵與減速器的動力輸出軸連接，另一部分空套在軸上與排肥器的小鏈輪成為一體。當離合器嚙合時，鏈輪和軸一起轉(zhuǎn)動；當離合器分離時，空套在軸上的一半與鏈輪實行空轉(zhuǎn)。根據(jù)軸徑的尺寸，參考《機械設(shè)計手冊》確定離合器的參數(shù)。為了保證離合器工作性能的可靠，因此在設(shè)計離合器時，按下式計算扭矩： (31)式中，——工作儲備系數(shù)；——離合器需傳遞的扭矩 ——離合器的許用扭矩以安裝在小鏈輪軸上的離合器為例進行計算,已知: 取 ，帶入式（31）中，可以得到滿足工作要求。寧夏大學碩士學位論文 第四章 開溝器受力及有限元分析第四章 開溝器受力及有限元分析鏟柄和鏟刀的連接部分即錐銷，由于其面積相對于整體而言過小，其受的阻力也是很小的，所以此部分的受力可以忽略不計。所以，開溝阻力的主要承受部位是開溝器鏟柄工作段和鏟刀[22] [23]，研究時可將鏟柄和鏟刀分開進行受力分析。開溝器總的工作阻力可以看做兩部分的受力之和，即 ，代表開溝器鏟刀部分受到的作用力，代表開溝器鏟柄部分受到的作用力。開溝器工作時，鏟刀可看做為一個斜面在土壤中做水平勻速運動，在運動過程中使土壤的前端面發(fā)生剪切失效，因此，對開溝器鏟刀部分的受力分析可以參照 Soehne對傾斜耕作部件在土壤中做直線運動的分析。由鏟刀受力分析可知，作用在鏟刀上的力包括牽引力、鏟尖刃部切割土壤而產(chǎn)生的阻力、鏟刀刀面對土壤切削破壞的阻力、與土壤之間的摩擦阻力以及土壤重力形成的法向載荷[24]。圖41 鏟頭受力分析圖對深開溝器的鏟刀面進行受力分析，建立平衡方程并整理可得： (41) 式中： —代表水平牽引力；—代表鏟刀的入土角，這里取值為；—代表作用到鏟刀上的正壓力，由于鏟刀對土壤有一個擠壓力，這個力實際上是土壤對鏟頭的反作用力，施力物體是土壤；—代表鏟刀與土壤之間的摩擦系數(shù)，；k—代表單位寬度上土壤的純切削阻力；b—代表鏟刀面的寬度。在不考慮一般的土壤中有石塊、殘余植物等雜物致使刀口磨損的情況下，土壤的純切削阻力是非常小的，故忽略該部分受力[25]。因為鏟刀受到的力和牽引力大小相等，方向相反，得式（42）： (42)式（42）中兩部分的內(nèi)容都包括法向壓力因此開溝器的鏟刀受到的力主要是來自土壤的反作用力，圖42是土壤對鏟刀作用力簡圖，主要對其工作時鏟起的土塊進行受力分析，用數(shù)學方程建立水平和垂直方向上的平衡方程式，如下： (43) (44)上式中：G —代表開溝器鏟刀上部的土壤的重力；—代表土壤之間的摩擦系數(shù)，取值 ；—代表前部法向載荷；—代表后部法向載荷；—代表開溝器入土角，取值為30176。；—代表傾斜角，取值為 52176。；代表剪切失效面積，C 代表土壤的單位粘聚力，數(shù)值為。圖42 鏟頭與土壤接觸面的受力分析連立式(42) 、(43) 、(44)，得： (45)其中，本文設(shè)計的開溝器的鏟刀為矩形，鏟刀上方土塊重量G可以通過式(46)進行計算d 。 (46)其中：式中：—表示土壤密度，這里取平均值2650g—表示重力加速度，d—表示鏟刀的寬度，；—表示鏟刀上