河南农业大学
学 士 学 位 论 文
题 目 农作物播种施肥机
学位申请人姓名 杨建
导 师 姓 名 梁爱琴
学 科 专 业 机械设计制造及其自动化
中国 郑州
2012年 月
分类号 密级
河南农业大学学士学位论文
论文题目： 农作物播种施肥机
英文题目： Crop sowing machinery
学位申请人： 杨建
导 师： 梁爱琴
专 业： 机械设计制造及其自动化
论文提交 学位授予
日 期： 日 期：
致谢
时光荏苒，不知不觉四年大学生涯就要结束，在此论文即将完成的时候，我想对所有给予过我关心和帮助的老师、同学、亲人表示衷心的感谢和诚挚的敬意。
首先要感谢我的导师梁爱琴教授给与我悉心的知道和帮助。这半年来，梁老师在学习上给与我不厌其烦的指导、教诲；在生活上，给与我无微不至的关怀和照顾。正是由于此，我才顺利的走到今天，并学习到许多书本以外的道理和知识。导师渊博的知识不断启拨着我的心智，为我开启一道通往知识殿堂的大门。导师严谨的治学态度，对科学的孜孜以求、一丝不苟的精神。给我留下了难以磨灭的印象。他广阔的胸襟和正直的为人，不断地在潜移默化中影响我的人格，完善自我，使我受益匪浅。在这里我要特别感谢我的导师。
在大学这段紧张而又愉快的学习过程中，我结识很多的好朋友，因此我要特别感谢同窗杨正伟、王国庆、王永超、张业雷、黄嘉威等在学习和生活中的帮助和支持，感谢室友汪乐、夏秋凯、张进益给了我一个温馨的学习和生活环境。
感谢我的父母、亲人正是他们的关心支持和理解使得论文得以顺利完成。我真心的祝愿他们身体健康，生活幸福。
最后向百忙之中评阅论文的各位专家、教授表示衷心的感谢！
杨建
2014年6月于河南农业大学
目录
1、摘要„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 1
2、文献综述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 2
2.1文献选题背景„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 2
2.2本行业国内外现状„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 3
3、整机系统的方案设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 5
一：摘要
多行式农作物根部施肥机是根据农作物的行宽以及不同地区农作物的种植特点不同所设计的一款施肥行间距可调的农作物根部施肥机，本施肥机可以使多种肥料不用采取搅拌措施即达到多种肥料混合施肥，并且本机器的开沟设施采用小犁式开沟器，不但可以起到开沟的作用而且可以起到给农作物松土去草的作用，虽然施肥机的劳动强度大，但是本机器采用了双地轮简单的解决了这一问题。
本论文的写作背景是根据我国北方土地贫瘠需要追肥，本产品不适合水田作业，本产品采用转动圆盘排肥简单的解决了化肥的搅拌不均匀问题，同时本机器是也保证了施肥的精量性。经过各环节确定量及种类以后，化肥经过导管进入土壤，从而达到给农作物根部精量施肥的目的。
本机器的优点是可以提高追肥效率并且使追肥定量化。
关键字：多行、可调、小犁式、精量、导管、施肥机
abstract Multi-line type crop roots machinery is based on crop line width and different parts of the crop planting characteristics of the designed a different application line spacing is adjustable crop roots machinery, the machinery can make many kinds of fertilizer need not stir
measures which meet a variety of mixed fertilizer fertilization, and the machine furrowing facilities using small plough type opener, not only can play the role of furrowing and can play a role for cultivating crops to grass, although machinery intensity of labor is big, but this
machine adopts the double round simple solved this problem.
Writing background of this paper is based on the land of the north China need fertilizer, this product is not suitable for paddy field operation, this product USES the rotating disk distributing simple can solve the problem of uneven fertilizer mixing, this machine is
also to ensure the precise of fertilization. After each link to determine the amount and types, fertilizer through the catheter into the soil, so as to achieve the aim of precise fertilization to crop root.
This machine has the advantage that can improve the efficiency of fertilizer and fertilizer quantity.
Key words: multiple lines, adjustable, small plough type, precise, catheters, machinery
r
二： 文献综述
2.1文献选题背景
现在我国的旱地作物一般采用的追肥措施一般都是手撒肥或者直接选择不追肥，虽然有一部分作物采用了深土施肥，但是他们采用的依然是传统的播种机械追肥，这样的追肥方式一来是容易对农作物根部产生破坏，二来这种施肥方式不能很好的保持土壤的水分，另一种就是施肥的肥料种类有限制，不能满足多种肥料的混合使用，鉴于此类情况我们设计了这种既能保证对农作物根部施肥，又能不让水土流失还能使几种肥料共同精量的施用，目前的一些能保证精量施肥的机器大多都是采用高端的定量系统，此系统虽然提高了施肥的精准性但是这种机器的成本造价高，而且在实际应用中会因为时间滞后性而带来不当的作业问题，这种高端产品虽然能提高精准度但是其中的数据管理、地理信息、还有计算机技术无一不增加额外成本和人力投入并且这些设备通常比较复杂，控制难度较大、价格比较高，但是就简单施肥来说并不是需要多么高的精准量，我们应在施肥机上做的就是减小成本增加性能，这样才能保证农民的根本利益。
2.2本行业国内外现状
2.2.1本行业国外现状
19世纪40年代英国的一位科学家安排了长期肥效实验，此实验开启了世界科学施肥技术的探索历程，从此各位科学工作者们在施肥量以及施肥种类和施肥方式还有施肥时间等各个方面展开了大量的调查研究工作，早在20世纪50年代美国就在他们农场的联合收割机上装载了GPS 系统，虽然只是一个小小的小系统但是此系统却代表着从此人类在农业技术上进入了精准化的时代。到了20世纪90年代的时候，精准的农业技术已经在欧美国家发展的势不可挡，并且已经具有了相当的规模。
日本在精准农业精准农业施肥领域进行的研究处于示范阶段，但是日本的研究方向偏向于水稻种植。这也是因为日本是一个岛国的原因吧，为了提高产量和作物的耕作方便性日本政府专门启动了“21世纪农业机械紧急开发课题”的研究，也将精准农业相关技术列入计划。看来日本的机械化水平也是不低，并且日本的投资量也是相当大的。
法国使用的肥料撒播和植保机器相对来讲在全部农业机械中的自动化水平最高，而且法国的变量离心撒播机和变量自动喷雾机在GPS 和GIS 的支持下已经投入到生产和
使用中了，法国的“女骑士”肥料撒播变量控制系统已经在各类离心式肥料撒播机上广泛应用了。这种变量系统不但在法国国内应用广泛，并且在法国出口的农业机械上也是常见。
值得一提的是俄罗斯的全俄农机化研究所自行研制并进行了田间试验的自动变量施肥机，是在排肥口装一个电磁铁和共振片，通过控制电磁频率，使共振片震动，达到开启和闭合的目的，从而自动控制排废量的变化。德国的AMAZONE 公司已经开发成功并且投入使用的主要用于小麦和大麦燕麦等麦类作物春季追肥的实时自动变量施肥机，是基于处方图通过液压马达控制变量施肥的。
这就是目前来说比较有代表的几个国家的几类施肥机的现状，虽然各有各的短处，但是已经足以代表世界施肥界目前的最高水平和现状，虽然有的施肥机造价不菲，但是科学就得投入，慢慢改进应该会降低造价的。
2.2.2国内施肥机的现状概括
可以这么说我国的施肥历史，19世纪氮肥从日本输入到我国的台湾，从此我国就进入了施肥的农业新时代，自从新中国成立了以后，中国共产党和国家非常重视我国的科学施肥工作，而且中央在北京召开了全国土壤肥料工作会议，举国商讨我国的肥料使用工作大计，会议提出来我国应该将科学施肥作为发展粮食生产的重要措施之一。在1970年和1981年开展的两次大规模的化肥肥效实验，总结出了测土配方技术服务模式，初步建立了全国测土配方施肥技术体系。
虽然化肥给我国的粮食生产带来了特别大的效益但是随着我国的化肥用量的增加，施肥方法又成为了我国的焦点问题，传统的施肥方法大量使用人力，人的工作不但不能完美的做好施肥和追肥工作，而且造成了肥料的大量浪费，人的土壤表面施肥造成了大量的肥料不能被农作物所吸收这样就降低了施肥效益，要是想提高化肥的吸收效率就必须提高施用浓度，这样也造成化肥的大量浪费，所以怎么样才能提高化肥的施用效率，什么样的机器才能解放人类的双手，这又成为一个全国性的农业机械装备焦点问题。
上海首先迈出了这一步，20世纪80年代上海在计算机指导下的测土施肥机俱进研究，并且在生产上取得了良好的效果。90年代后开始对精准农业大量投资，国内在引进消化吸收国外的研究成果的基础上研究探讨适合我们中国国情的施肥机器，并且很快取得成效在实践上展开了应用，就目前来说我国的精准农业机械主要使用的是GPS 定位土壤取样化验、利用地理信息系统产生各种信息，从而反馈到控制系统调节施肥量和
种类，最有代表性的要说利用GPS 进行直线作业导航自动控制的黑龙江垦区大西江农场的约翰迪尔变量施肥播种机，此施肥播种机也能代表我国的先进水平上海的某所大学也研制出了我国第一台适合南方地区农业技术和耕作环境特点的基于GPS/GIS/GPRS的智能变量施肥、播种、旋耕复合机。突破了国际上变量施肥机依赖处方的瓶颈，实现了智能变量、人工自动适应变量的多模式下的变量施肥作业。
吉林某大学也研制出来了2SF-2型变量深施肥机，并且完成了手动和自动控制两种操作方式的实验，结果表明，此施肥机能够完成他的设计目标实现精准作业，应用最广泛的还是数北京农林科学院农业信息化工程技术研究中心研制的2F-VRT1变量施肥机、1GG-VRT1旋耕变量施肥机，该设备主要根据用户设置施肥量或上位控制计算机处方施肥量，实时GPS 位置信号及作业行走速度信号，该机也支持手动和自动两种操作方式，目前该机的应用也已经开始推广了，主要推广地还是在北京、新疆建设兵团。上海等等。
我国的农机具的研究相对于国外发达国家来说起步比较晚，目前还和发达国家有很大的差距，这些差距体现在我国的田间作业图层与农具的借口软件信息技术不过硬，缺乏统一的农业信息标准和资源共享机制，农机作业现在还没有实现国产化，机械制造成本高农民难以接受、所以推广起来有非常大的难度。所以我国应该开展适合我国国情的精确施肥研究和实践。从我国各个地区的农业现实出发，考虑各个地方的发展不均衡性实现提高我国机械化农业作业的大范围化，而且我们应该开发一些省时、省力、省工、结构简单、实用性好、使用寿命长的肥料施用器，为我国农民的田间耕作创造好的设备基础。
三：整机系统的方案设计
如下图
1—机架 2—料斗 3-传动轴2 4-施肥器 5-地轮支撑 6-传动轴1 7-轴 支架 8-地轮轴 9-料箱支撑 10-油 箱 11-三角钢支撑 12-地轮 13-导肥管 14-开沟器 15-地轮支撑 16-传动轴3 17-主动链轮 18、19、20-从动链轮
图1
如图一所示的农作物根部施肥机，它主要由机架、料箱、三点悬接装置、地轮、动力传动装置（分别包括链传动和齿轮传动）、盘式排肥器、剪铲式开沟器等组成。该机器是由功率为11KW 的拖拉机牵引工作，拖拉机经过三点悬接装置与施肥机相连。在拖拉机的牵引带动下，地轮开始转动，地轮的转动引起装在地轮轴上的链轮（主动轮）开始转动带动链条的转动，此时由于链条转动又带动了排肥轴的转动，然后排肥器开始工作，肥料经过齿轮的拨动排出肥料，而排肥器上多加工的孔可以保证施肥量的大小，这种机械式调整施肥量大大的减小了生产机器的成本。而由于是地轮直接带动的
所以也保证了施肥的均匀性，排肥器中的肥料经过导种盒导入输肥管，经输肥管达到
河南农业大学学士论文
开沟器，由于开沟器和地轮保持稳定的高度差，所以能保证播种肥料深度一致，这就是农作物根部施肥机的基本概述。
优点：（1）此机器带有两个地轮，由于地轮的转动增加摩擦力，保证传动的可靠， 动力足
（2）此机器采用三点悬接装置，能保证行走的稳定性，也增加了基础作业强度。
（3）排肥器使用了简单的圆盘装置，比较其他的排肥器缩小了成本，但却没
有减小施肥准确性。
（4）排肥器上有多个孔，能随时调节排肥量的多少，比较方便地控制了肥料
的播种量。
（5）机架材料选用的是空心方钢，减少了机体的总重量，提高了拖拉机的工
作效率。
缺点：（1）此机器不适合南方水田作业
（2）此机器只能人工大概调节施肥量，不能达到高精调节。
设计的主要内容有：
（1） 确定了料箱大小，排肥器、开沟器材料和种类，地轮、传动装置等等。
（2） 确定了各结构的尺寸参数，并进行理论分析和计算。
（3） 计算出动力系统和传动系统的合理性。
3.1农作物根部施肥机的主要技术参数
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四：各部件结构的设计
4.1 机架的设计
机架的技术要求 机架就像人体的骨骼，在整个排肥过程中起到了领导作用，它连接了拖拉机和排肥机，支撑了整个排肥机，拖拉机的拖动装置和三点悬接装置相连接，牵引整个排肥机排肥前进。机架采用空心方钢，采用空心方钢不仅节省了材料，而且减轻了整机的重量，机架和拖拉机相连的部分采用了三角形的稳定结构，三角架的连接固定性好。并且装在机架上的排肥轴也起到了加固机架的作用，机架上装了部分轴支座，这个不仅使我们的传动目的得以实现，并且也使我们的机架更加牢固。如下图二为机架的简图及其大体尺寸。
图二
4.2肥料箱的设计
肥料箱的作用主要是用来盛装肥料用的，在拖拉机带动排肥的过程中不断地向排肥
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器提供肥料，虽然肥料箱看起来很简单，但是它也是很重要的，它的设计直接能影响到排肥的质量和作业速度，因此设计肥料箱时应注意以下几点：
（1）容积大，因为如果肥料箱太小的话机器在大块地作业时不能保证肥料的及时
供给，即使我们能保证在地头加肥，那也至少得保证肥料箱的容积足够机器在地里来回施肥一次。
（2）开口要比较大，因为如果肥料箱开口比较小的话，当我们在给肥料箱加肥的
时候容易将肥料撒到肥料箱外面，这样会造成肥料的浪费。
（3）关于肥料箱死角问题，肥料箱要确保底部有倾角，保证所有的肥料顺着倾角
流到排肥器，不能让肥料箱出现能藏肥料的死角，肥料箱的尺寸要根据肥料肥量来设计，肥料箱的尺寸以及结构如下图所示：
图三
4.3肥料箱的容量计算
肥料箱的体积应与地的情况有关系的，体积的大小直接影响各种阻力的大小，直接
影响排肥机作业的质量，此外肥料也不能装满，如果装的太满路面颠簸将会撒出肥料。但是装的太少又会影响排肥量，因此在计算单个肥箱体积时采用体积系数增大体积计算式为：
V=0.1k*l*B*Q/p（公式1）
V —肥料箱的容积；l —要求每次的施肥长度
B —工作幅宽； Q—单位面积施肥量
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P —肥料的密度； k=1.25（体积系数）
4.4排肥器
4.4.1排肥器的技术标准
排肥器是农作物根部施肥机的核心执行机构，在整个排肥的过程中起到了中流砥柱的作用，它的作用就是将料箱里的肥料按照排肥要求精量稳定的排出，肥料再经过导肥管，输送到开沟器开的土沟到达农作物根部，下面就是排肥器的技术要求：
（1）：要能达到精量、稳定、连续的排肥
（2）：要能调节排肥量
（3）：排肥过程中能将多种肥料混匀
（4）：清洁起来比较方便，一般不能让肥料堵住排肥器
（5）：要在高速或低速的情况下均能稳定排肥
（6）：拆装比较方便
这就是排肥器的一些简单的技术要求，一般排肥器应均能达到此标准。
4.4.2 排肥器的设计
目前排肥器的机构种类比较多，其工作原理不尽相同，下面我们来看看本排肥器的工作原理如图四
图四
此排肥器是根据本机器的简单原理自行设计的盘式排肥器，我们姑且将
缺两个口的圆盘叫做缺口圆盘，将装化肥并且底部有孔的空心圆柱叫做有孔空心圆柱。我们将缺口圆盘装入有孔圆柱内，当然他们之间的距离一定得小于化肥的最小直径，防止化肥影响盘的转动。那我们再看看此排肥器的工作原理，由地轮转动经过传动机构传到圆盘，带动圆盘转动，而在圆盘的转动过程中，圆盘上孔会不断地使空心圆柱上的孔间接接触到肥料，肥料将会沿着孔进入导肥管，由导肥管送到开沟器，加上机器在运动时会产生振动，这样就将它的缺点转化应用，在产生振动的同时，即会在肥箱内形成不停的肥料流，肥料不易发生堵塞、架空、结块。该机器适用于干燥粒状化肥，不适用与吸湿性强的花费，该机的结构比较简单，但是工作阻力也是相当大，但是用拖拉机带动的话会解决此问题，该机制造简单，装配容易，通用性好。该机使用拖拉机带动，速度的大小不会影响排肥的量，因为它们的转动均是由拖拉机轮转动引起的，即使要改变排肥量的话，也是相当的简单，将所有的双孔堵住一个即可，这种人工调肥量是十分方便地，这样就将施肥量缩小了一般，所以本机器的调节范围比较大，调节档间距也比较大。
4.4.3排肥量的计算
设机器在行距为X 的田间施肥，机器上有N 个导肥器，每个导肥器上有2个进肥口，则在1KM 的田里的一个导肥器应施地段长度为：
L=10000/X(公式二)
L-导肥器施肥的地段长度
X-行距
若要求单位面积的施肥量为Y ，则机器工作时每个出肥口在单位地段
长度上的排肥量为：
q=Y/N*2L=X*Y*0.00004/N*2(公式三)
Y-单位面积施肥量
2-代表两个导肥孔
q-每个出肥口在单位地段长度上的排肥量
N-导肥器个数
4.4.4施肥能力计算
施肥机的施肥能力是指单位时间内单个排肥口的排肥量：
W=q*v=X *Y *v (公式四) 36N *2
v-施肥机前进的速度
w-排肥机的排肥能力
其他符号意义和上述一样
4．5开沟器的设计
4.5.1开沟器的设计准则
开沟器是根据化肥的撒播深度要求，开出沟穴，，并引导化肥落入沟穴内，同时还应该具有一定的覆土能力，一般设计时我们应该尽量让沟穴的宽度和深度一致，尽量使土层翻动的程度小一点，最重要的是我们一定要让开沟器具有一定的回土能力，也就是说让湿土在下面挨着化肥，而干土裸露在外面，同时开沟器应该有良好的入土功能，不能缠上草，不易 被堵塞，另外我们还要尽可能的减小开沟器的工作阻力。
4.5.2本机器的开沟器
本机器采用小犁式开沟器，小犁的两个面夹角比较小，体型比较窄，开沟时对土壤的翻转比较小，使干土和湿土混合的比较少，满足本机器的需要。
图5 图6
当开沟器工作时，小犁扎入土层，潜入到地下。随着牵引机器的牵引不断地向前进，由于小犁有垂直角度，所以随着移动可以将土层轻轻抬起，土流绕开沟器向后流出，直接把沟底的花费覆盖住，在开沟器的整个工作过程中，化肥完全被湿土掩埋有利于化肥的溶解被农作物吸收，
由于地轮的
限制，会确定开沟器的深度，开沟器的小犁采用有角度有斜度的设计，保证本机器即使遇到土质比较硬的土地也能轻松的工作。
4.6传动系统的设计及其校核
为了保证化肥排肥的时候能有效连续的工作，首先要让我们的施肥机的传动部分有可靠地传动比，没有打滑，根据本机器的设计要求，本机器因地制宜不但使用了可靠地链传动，而且部分传动还采用了比较精确的齿轮传动, 这样的配合不仅能保证传动的整体无打滑现象，也能保证传动的精确性，而且传动的效率也很高。链传动主要用在要求工作可靠，两轴相距较远，重载，工作环境恶劣的环境下，关键是他的传动比较平稳，所以我选择了一部分链传动，而至于那一部分锥齿轮传动，是因为传动需要在横竖轴之间进行，必须用圆锥齿轮来改变传动的方向，但是此处传递的功率比较小，而且传动比为1，所以此处对齿轮的要求不是很高，为了保证齿轮的寿命，我在此处特意加了齿轮油箱，保证齿轮的正常运行。传动的过程如图7所示。拖拉机带动机架前进，随之地轮带动地轮轴转动，主动链轮开始转动，动力由主动链轮 经链条传递到从动链轮，带动排肥轴进行转动，开始排肥。
图七 图八
1-排肥盘 2-支撑 3-圆锥齿轮2 4-圆锥齿轮1 5-地轮 6-地轮轴
7-主动链轮 8-中间链轮轴 9-中间链轮1
10-传动轴1 11-从动链轮 12-中间链轮2
本机器的传动过程为动力由5-地轮→6-地轮轴→7-主动链轮
→9-中间链轮1→8-中间链轮轴→12-中间链轮2→4圆锥齿轮1
→3-圆锥齿轮2→1-排肥盘
4.5.2传动比的计算
在实际播种的过程中，拖拉机的有效行进速度V=3km/h，盘式排肥器每圈每行平均排肥量为N=24粒，排肥器工作中打滑的几率记为a ，如果每次下肥之间的距离为2公分，根据精量设计的要求，排肥器的要求实际转速为n （r/min）的公式为： V +1 n==104.2r/min（公式五） 1+a ）N
上式中：n-排肥器的实际转速
V-拖拉机行进速度V=3km/h=5000cm/min
N-排肥器每圈每行下肥量
a-机器行进打滑几率
注：实际工作中排肥器打滑的主要有提供驱动力的地轮，实际传动中地轮会出现滑移的情况，查得《农业机械学》中在耕地比较精细的地块中工作时地轮打滑率为0.03. 所以地轮的实际转速为n2
V
n2=πD (1-0. 03) =51.3r/min(公式六)
上式中：n2-地轮的实际转速
D-地轮的直径—32cm
即传动比i=n =2.03（公式七） n 2
4.5.3传动机构中各链轮和齿轮的尺寸确定
地轮轴与排肥轴之间的距离为543毫米，当选取一对齿轮进行齿轮啮合时会使得齿轮的尺寸过大，为此我设计了采用链轮带动的办法，但是当采取
一对链轮带动时链将会被垂直装配，这样不符合装配原则，所以我又采用了中间轮过度。在需要改变传动方向的链轮轴和排肥盘轴之间用一对圆锥齿轮啮合，此对圆锥齿轮只改变传动的方向而不改变传动比，由于两个轴直径相等，所以采用的齿轮参数也是相同的，而链轮则不同，主动链轮和中间链轮1的传动比为1：2，而中间链轮2和从动链轮轮的传动比为1。 其实圆锥齿轮1、圆锥齿轮2、中间链轮1、中间链轮2均为惰轮只是充当动力传动的作用，不参与传动比的计算。
圆锥齿轮的参数均为：m=2(模数) z=16（齿数） a=20（压力角） 链轮参数：单排、主动轮齿数38 、从动轮齿数19 中间轮和从动轮参数完全一样。
5结论
通过这段时间对农作物施肥播种机的设计我得出了以下结论：
（1） 本机采用三点悬挂式连接装置，可以与拖拉机相连接，并且本机适
用性较强，使用范围较广。
（2） 本机机架采用空心方钢，重量轻，省材料。
（3） 本机地轮采用中空式的，节省材料，但是性能却没有打折。
（4） 本机采用链轮和齿轮传动，传动比较精确。
（5） 本机器零件比较通用，机构比较灵活拆装比较方便。
（6） 本机器排肥器采用橡胶材料，质量比较小，价格比较便宜。
此次的设计由于时间比较仓促和本人在本科期间所学知识有限，所以本机器肯定有很多不足，比如说排肥器的精量性，还有开沟器的挂草会影响排肥质量等等，这些还都需要进一步深度考究。
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致谢
时光荏苒，不知不觉四年大学生涯就要结束，在此论文即将完成的时候，我想对所有给予过我关心和帮助的老师、同学、亲人表示衷心的感谢和诚挚的敬意。
首先要感谢我的导师梁爱琴教授给与我悉心的知道和帮助。这半年来，梁老师在学习上给与我不厌其烦的指导、教诲；在生活上，给与我无微不至的关怀和照顾。正是由于此，我才顺利的走到今天，并学习到许多书本以外的道理和知识。导师渊博的知识不断启拨着我的心智，为我开启一道通往知识殿堂的大门。导师严谨的治学态度，对科学的孜孜以求、一丝不苟的精神。给我留下了难以磨灭的印象。他广阔的胸襟和正直的为人，不断地在潜移默化中影响我的人格，完善自我，使我受益匪浅。在这里我要特别感谢我的导师。
在大学这段紧张而又愉快的学习过程中，我结识很多的好朋友，因此我要特别感谢同窗杨正伟、王国庆、王永超、张业雷、黄嘉威等在学习和生活中的帮助和支持，感谢室友汪乐、夏秋凯、张进益给了我一个温馨的学习和生活环境。
感谢我的父母、亲人正是他们的关心支持和理解使得论文得以顺利完成。我真心的祝愿他们身体健康，生活幸福。
最后向百忙之中评阅论文的各位专家、教授表示衷心的感谢！
杨建
2014年6月于河南农业大学
目录
1、摘要„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 1
2、文献综述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 2
2.1文献选题背景„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 2
2.2本行业国内外现状„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 3
3、整机系统的方案设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 5
一：摘要
多行式农作物根部施肥机是根据农作物的行宽以及不同地区农作物的种植特点不同所设计的一款施肥行间距可调的农作物根部施肥机，本施肥机可以使多种肥料不用采取搅拌措施即达到多种肥料混合施肥，并且本机器的开沟设施采用小犁式开沟器，不但可以起到开沟的作用而且可以起到给农作物松土去草的作用，虽然施肥机的劳动强度大，但是本机器采用了双地轮简单的解决了这一问题。
本论文的写作背景是根据我国北方土地贫瘠需要追肥，本产品不适合水田作业，本产品采用转动圆盘排肥简单的解决了化肥的搅拌不均匀问题，同时本机器是也保证了施肥的精量性。经过各环节确定量及种类以后，化肥经过导管进入土壤，从而达到给农作物根部精量施肥的目的。
本机器的优点是可以提高追肥效率并且使追肥定量化。
关键字：多行、可调、小犁式、精量、导管、施肥机
abstract Multi-line type crop roots machinery is based on crop line width and different parts of the crop planting characteristics of the designed a different application line spacing is adjustable crop roots machinery, the machinery can make many kinds of fertilizer need not stir
measures which meet a variety of mixed fertilizer fertilization, and the machine furrowing facilities using small plough type opener, not only can play the role of furrowing and can play a role for cultivating crops to grass, although machinery intensity of labor is big, but this
machine adopts the double round simple solved this problem.
Writing background of this paper is based on the land of the north China need fertilizer, this product is not suitable for paddy field operation, this product USES the rotating disk distributing simple can solve the problem of uneven fertilizer mixing, this machine is
also to ensure the precise of fertilization. After each link to determine the amount and types, fertilizer through the catheter into the soil, so as to achieve the aim of precise fertilization to crop root.
This machine has the advantage that can improve the efficiency of fertilizer and fertilizer quantity.
Key words: multiple lines, adjustable, small plough type, precise, catheters, machinery
r
二： 文献综述
2.1文献选题背景
现在我国的旱地作物一般采用的追肥措施一般都是手撒肥或者直接选择不追肥，虽然有一部分作物采用了深土施肥，但是他们采用的依然是传统的播种机械追肥，这样的追肥方式一来是容易对农作物根部产生破坏，二来这种施肥方式不能很好的保持土壤的水分，另一种就是施肥的肥料种类有限制，不能满足多种肥料的混合使用，鉴于此类情况我们设计了这种既能保证对农作物根部施肥，又能不让水土流失还能使几种肥料共同精量的施用，目前的一些能保证精量施肥的机器大多都是采用高端的定量系统，此系统虽然提高了施肥的精准性但是这种机器的成本造价高，而且在实际应用中会因为时间滞后性而带来不当的作业问题，这种高端产品虽然能提高精准度但是其中的数据管理、地理信息、还有计算机技术无一不增加额外成本和人力投入并且这些设备通常比较复杂，控制难度较大、价格比较高，但是就简单施肥来说并不是需要多么高的精准量，我们应在施肥机上做的就是减小成本增加性能，这样才能保证农民的根本利益。
2.2本行业国内外现状
2.2.1本行业国外现状
19世纪40年代英国的一位科学家安排了长期肥效实验，此实验开启了世界科学施肥技术的探索历程，从此各位科学工作者们在施肥量以及施肥种类和施肥方式还有施肥时间等各个方面展开了大量的调查研究工作，早在20世纪50年代美国就在他们农场的联合收割机上装载了GPS 系统，虽然只是一个小小的小系统但是此系统却代表着从此人类在农业技术上进入了精准化的时代。到了20世纪90年代的时候，精准的农业技术已经在欧美国家发展的势不可挡，并且已经具有了相当的规模。
日本在精准农业精准农业施肥领域进行的研究处于示范阶段，但是日本的研究方向偏向于水稻种植。这也是因为日本是一个岛国的原因吧，为了提高产量和作物的耕作方便性日本政府专门启动了“21世纪农业机械紧急开发课题”的研究，也将精准农业相关技术列入计划。看来日本的机械化水平也是不低，并且日本的投资量也是相当大的。
法国使用的肥料撒播和植保机器相对来讲在全部农业机械中的自动化水平最高，而且法国的变量离心撒播机和变量自动喷雾机在GPS 和GIS 的支持下已经投入到生产和
使用中了，法国的“女骑士”肥料撒播变量控制系统已经在各类离心式肥料撒播机上广泛应用了。这种变量系统不但在法国国内应用广泛，并且在法国出口的农业机械上也是常见。
值得一提的是俄罗斯的全俄农机化研究所自行研制并进行了田间试验的自动变量施肥机，是在排肥口装一个电磁铁和共振片，通过控制电磁频率，使共振片震动，达到开启和闭合的目的，从而自动控制排废量的变化。德国的AMAZONE 公司已经开发成功并且投入使用的主要用于小麦和大麦燕麦等麦类作物春季追肥的实时自动变量施肥机，是基于处方图通过液压马达控制变量施肥的。
这就是目前来说比较有代表的几个国家的几类施肥机的现状，虽然各有各的短处，但是已经足以代表世界施肥界目前的最高水平和现状，虽然有的施肥机造价不菲，但是科学就得投入，慢慢改进应该会降低造价的。
2.2.2国内施肥机的现状概括
可以这么说我国的施肥历史，19世纪氮肥从日本输入到我国的台湾，从此我国就进入了施肥的农业新时代，自从新中国成立了以后，中国共产党和国家非常重视我国的科学施肥工作，而且中央在北京召开了全国土壤肥料工作会议，举国商讨我国的肥料使用工作大计，会议提出来我国应该将科学施肥作为发展粮食生产的重要措施之一。在1970年和1981年开展的两次大规模的化肥肥效实验，总结出了测土配方技术服务模式，初步建立了全国测土配方施肥技术体系。
虽然化肥给我国的粮食生产带来了特别大的效益但是随着我国的化肥用量的增加，施肥方法又成为了我国的焦点问题，传统的施肥方法大量使用人力，人的工作不但不能完美的做好施肥和追肥工作，而且造成了肥料的大量浪费，人的土壤表面施肥造成了大量的肥料不能被农作物所吸收这样就降低了施肥效益，要是想提高化肥的吸收效率就必须提高施用浓度，这样也造成化肥的大量浪费，所以怎么样才能提高化肥的施用效率，什么样的机器才能解放人类的双手，这又成为一个全国性的农业机械装备焦点问题。
上海首先迈出了这一步，20世纪80年代上海在计算机指导下的测土施肥机俱进研究，并且在生产上取得了良好的效果。90年代后开始对精准农业大量投资，国内在引进消化吸收国外的研究成果的基础上研究探讨适合我们中国国情的施肥机器，并且很快取得成效在实践上展开了应用，就目前来说我国的精准农业机械主要使用的是GPS 定位土壤取样化验、利用地理信息系统产生各种信息，从而反馈到控制系统调节施肥量和
种类，最有代表性的要说利用GPS 进行直线作业导航自动控制的黑龙江垦区大西江农场的约翰迪尔变量施肥播种机，此施肥播种机也能代表我国的先进水平上海的某所大学也研制出了我国第一台适合南方地区农业技术和耕作环境特点的基于GPS/GIS/GPRS的智能变量施肥、播种、旋耕复合机。突破了国际上变量施肥机依赖处方的瓶颈，实现了智能变量、人工自动适应变量的多模式下的变量施肥作业。
吉林某大学也研制出来了2SF-2型变量深施肥机，并且完成了手动和自动控制两种操作方式的实验，结果表明，此施肥机能够完成他的设计目标实现精准作业，应用最广泛的还是数北京农林科学院农业信息化工程技术研究中心研制的2F-VRT1变量施肥机、1GG-VRT1旋耕变量施肥机，该设备主要根据用户设置施肥量或上位控制计算机处方施肥量，实时GPS 位置信号及作业行走速度信号，该机也支持手动和自动两种操作方式，目前该机的应用也已经开始推广了，主要推广地还是在北京、新疆建设兵团。上海等等。
我国的农机具的研究相对于国外发达国家来说起步比较晚，目前还和发达国家有很大的差距，这些差距体现在我国的田间作业图层与农具的借口软件信息技术不过硬，缺乏统一的农业信息标准和资源共享机制，农机作业现在还没有实现国产化，机械制造成本高农民难以接受、所以推广起来有非常大的难度。所以我国应该开展适合我国国情的精确施肥研究和实践。从我国各个地区的农业现实出发，考虑各个地方的发展不均衡性实现提高我国机械化农业作业的大范围化，而且我们应该开发一些省时、省力、省工、结构简单、实用性好、使用寿命长的肥料施用器，为我国农民的田间耕作创造好的设备基础。
三：整机系统的方案设计
如下图
1—机架 2—料斗 3-传动轴2 4-施肥器 5-地轮支撑 6-传动轴1 7-轴 支架 8-地轮轴 9-料箱支撑 10-油 箱 11-三角钢支撑 12-地轮 13-导肥管 14-开沟器 15-地轮支撑 16-传动轴3 17-主动链轮 18、19、20-从动链轮
图1
如图一所示的农作物根部施肥机，它主要由机架、料箱、三点悬接装置、地轮、动力传动装置（分别包括链传动和齿轮传动）、盘式排肥器、剪铲式开沟器等组成。该机器是由功率为11KW 的拖拉机牵引工作，拖拉机经过三点悬接装置与施肥机相连。在拖拉机的牵引带动下，地轮开始转动，地轮的转动引起装在地轮轴上的链轮（主动轮）开始转动带动链条的转动，此时由于链条转动又带动了排肥轴的转动，然后排肥器开始工作，肥料经过齿轮的拨动排出肥料，而排肥器上多加工的孔可以保证施肥量的大小，这种机械式调整施肥量大大的减小了生产机器的成本。而由于是地轮直接带动的
所以也保证了施肥的均匀性，排肥器中的肥料经过导种盒导入输肥管，经输肥管达到
河南农业大学学士论文
开沟器，由于开沟器和地轮保持稳定的高度差，所以能保证播种肥料深度一致，这就是农作物根部施肥机的基本概述。
优点：（1）此机器带有两个地轮，由于地轮的转动增加摩擦力，保证传动的可靠， 动力足
（2）此机器采用三点悬接装置，能保证行走的稳定性，也增加了基础作业强度。
（3）排肥器使用了简单的圆盘装置，比较其他的排肥器缩小了成本，但却没
有减小施肥准确性。
（4）排肥器上有多个孔，能随时调节排肥量的多少，比较方便地控制了肥料
的播种量。
（5）机架材料选用的是空心方钢，减少了机体的总重量，提高了拖拉机的工
作效率。
缺点：（1）此机器不适合南方水田作业
（2）此机器只能人工大概调节施肥量，不能达到高精调节。
设计的主要内容有：
（1） 确定了料箱大小，排肥器、开沟器材料和种类，地轮、传动装置等等。
（2） 确定了各结构的尺寸参数，并进行理论分析和计算。
（3） 计算出动力系统和传动系统的合理性。
3.1农作物根部施肥机的主要技术参数
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四：各部件结构的设计
4.1 机架的设计
机架的技术要求 机架就像人体的骨骼，在整个排肥过程中起到了领导作用，它连接了拖拉机和排肥机，支撑了整个排肥机，拖拉机的拖动装置和三点悬接装置相连接，牵引整个排肥机排肥前进。机架采用空心方钢，采用空心方钢不仅节省了材料，而且减轻了整机的重量，机架和拖拉机相连的部分采用了三角形的稳定结构，三角架的连接固定性好。并且装在机架上的排肥轴也起到了加固机架的作用，机架上装了部分轴支座，这个不仅使我们的传动目的得以实现，并且也使我们的机架更加牢固。如下图二为机架的简图及其大体尺寸。
图二
4.2肥料箱的设计
肥料箱的作用主要是用来盛装肥料用的，在拖拉机带动排肥的过程中不断地向排肥
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器提供肥料，虽然肥料箱看起来很简单，但是它也是很重要的，它的设计直接能影响到排肥的质量和作业速度，因此设计肥料箱时应注意以下几点：
（1）容积大，因为如果肥料箱太小的话机器在大块地作业时不能保证肥料的及时
供给，即使我们能保证在地头加肥，那也至少得保证肥料箱的容积足够机器在地里来回施肥一次。
（2）开口要比较大，因为如果肥料箱开口比较小的话，当我们在给肥料箱加肥的
时候容易将肥料撒到肥料箱外面，这样会造成肥料的浪费。
（3）关于肥料箱死角问题，肥料箱要确保底部有倾角，保证所有的肥料顺着倾角
流到排肥器，不能让肥料箱出现能藏肥料的死角，肥料箱的尺寸要根据肥料肥量来设计，肥料箱的尺寸以及结构如下图所示：
图三
4.3肥料箱的容量计算
肥料箱的体积应与地的情况有关系的，体积的大小直接影响各种阻力的大小，直接
影响排肥机作业的质量，此外肥料也不能装满，如果装的太满路面颠簸将会撒出肥料。但是装的太少又会影响排肥量，因此在计算单个肥箱体积时采用体积系数增大体积计算式为：
V=0.1k*l*B*Q/p（公式1）
V —肥料箱的容积；l —要求每次的施肥长度
B —工作幅宽； Q—单位面积施肥量
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P —肥料的密度； k=1.25（体积系数）
4.4排肥器
4.4.1排肥器的技术标准
排肥器是农作物根部施肥机的核心执行机构，在整个排肥的过程中起到了中流砥柱的作用，它的作用就是将料箱里的肥料按照排肥要求精量稳定的排出，肥料再经过导肥管，输送到开沟器开的土沟到达农作物根部，下面就是排肥器的技术要求：
（1）：要能达到精量、稳定、连续的排肥
（2）：要能调节排肥量
（3）：排肥过程中能将多种肥料混匀
（4）：清洁起来比较方便，一般不能让肥料堵住排肥器
（5）：要在高速或低速的情况下均能稳定排肥
（6）：拆装比较方便
这就是排肥器的一些简单的技术要求，一般排肥器应均能达到此标准。
4.4.2 排肥器的设计
目前排肥器的机构种类比较多，其工作原理不尽相同，下面我们来看看本排肥器的工作原理如图四
图四
此排肥器是根据本机器的简单原理自行设计的盘式排肥器，我们姑且将
缺两个口的圆盘叫做缺口圆盘，将装化肥并且底部有孔的空心圆柱叫做有孔空心圆柱。我们将缺口圆盘装入有孔圆柱内，当然他们之间的距离一定得小于化肥的最小直径，防止化肥影响盘的转动。那我们再看看此排肥器的工作原理，由地轮转动经过传动机构传到圆盘，带动圆盘转动，而在圆盘的转动过程中，圆盘上孔会不断地使空心圆柱上的孔间接接触到肥料，肥料将会沿着孔进入导肥管，由导肥管送到开沟器，加上机器在运动时会产生振动，这样就将它的缺点转化应用，在产生振动的同时，即会在肥箱内形成不停的肥料流，肥料不易发生堵塞、架空、结块。该机器适用于干燥粒状化肥，不适用与吸湿性强的花费，该机的结构比较简单，但是工作阻力也是相当大，但是用拖拉机带动的话会解决此问题，该机制造简单，装配容易，通用性好。该机使用拖拉机带动，速度的大小不会影响排肥的量，因为它们的转动均是由拖拉机轮转动引起的，即使要改变排肥量的话，也是相当的简单，将所有的双孔堵住一个即可，这种人工调肥量是十分方便地，这样就将施肥量缩小了一般，所以本机器的调节范围比较大，调节档间距也比较大。
4.4.3排肥量的计算
设机器在行距为X 的田间施肥，机器上有N 个导肥器，每个导肥器上有2个进肥口，则在1KM 的田里的一个导肥器应施地段长度为：
L=10000/X(公式二)
L-导肥器施肥的地段长度
X-行距
若要求单位面积的施肥量为Y ，则机器工作时每个出肥口在单位地段
长度上的排肥量为：
q=Y/N*2L=X*Y*0.00004/N*2(公式三)
Y-单位面积施肥量
2-代表两个导肥孔
q-每个出肥口在单位地段长度上的排肥量
N-导肥器个数
4.4.4施肥能力计算
施肥机的施肥能力是指单位时间内单个排肥口的排肥量：
W=q*v=X *Y *v (公式四) 36N *2
v-施肥机前进的速度
w-排肥机的排肥能力
其他符号意义和上述一样
4．5开沟器的设计
4.5.1开沟器的设计准则
开沟器是根据化肥的撒播深度要求，开出沟穴，，并引导化肥落入沟穴内，同时还应该具有一定的覆土能力，一般设计时我们应该尽量让沟穴的宽度和深度一致，尽量使土层翻动的程度小一点，最重要的是我们一定要让开沟器具有一定的回土能力，也就是说让湿土在下面挨着化肥，而干土裸露在外面，同时开沟器应该有良好的入土功能，不能缠上草，不易 被堵塞，另外我们还要尽可能的减小开沟器的工作阻力。
4.5.2本机器的开沟器
本机器采用小犁式开沟器，小犁的两个面夹角比较小，体型比较窄，开沟时对土壤的翻转比较小，使干土和湿土混合的比较少，满足本机器的需要。
图5 图6
当开沟器工作时，小犁扎入土层，潜入到地下。随着牵引机器的牵引不断地向前进，由于小犁有垂直角度，所以随着移动可以将土层轻轻抬起，土流绕开沟器向后流出，直接把沟底的花费覆盖住，在开沟器的整个工作过程中，化肥完全被湿土掩埋有利于化肥的溶解被农作物吸收，
由于地轮的
限制，会确定开沟器的深度，开沟器的小犁采用有角度有斜度的设计，保证本机器即使遇到土质比较硬的土地也能轻松的工作。
4.6传动系统的设计及其校核
为了保证化肥排肥的时候能有效连续的工作，首先要让我们的施肥机的传动部分有可靠地传动比，没有打滑，根据本机器的设计要求，本机器因地制宜不但使用了可靠地链传动，而且部分传动还采用了比较精确的齿轮传动, 这样的配合不仅能保证传动的整体无打滑现象，也能保证传动的精确性，而且传动的效率也很高。链传动主要用在要求工作可靠，两轴相距较远，重载，工作环境恶劣的环境下，关键是他的传动比较平稳，所以我选择了一部分链传动，而至于那一部分锥齿轮传动，是因为传动需要在横竖轴之间进行，必须用圆锥齿轮来改变传动的方向，但是此处传递的功率比较小，而且传动比为1，所以此处对齿轮的要求不是很高，为了保证齿轮的寿命，我在此处特意加了齿轮油箱，保证齿轮的正常运行。传动的过程如图7所示。拖拉机带动机架前进，随之地轮带动地轮轴转动，主动链轮开始转动，动力由主动链轮 经链条传递到从动链轮，带动排肥轴进行转动，开始排肥。
图七 图八
1-排肥盘 2-支撑 3-圆锥齿轮2 4-圆锥齿轮1 5-地轮 6-地轮轴
7-主动链轮 8-中间链轮轴 9-中间链轮1
10-传动轴1 11-从动链轮 12-中间链轮2
本机器的传动过程为动力由5-地轮→6-地轮轴→7-主动链轮
→9-中间链轮1→8-中间链轮轴→12-中间链轮2→4圆锥齿轮1
→3-圆锥齿轮2→1-排肥盘
4.5.2传动比的计算
在实际播种的过程中，拖拉机的有效行进速度V=3km/h，盘式排肥器每圈每行平均排肥量为N=24粒，排肥器工作中打滑的几率记为a ，如果每次下肥之间的距离为2公分，根据精量设计的要求，排肥器的要求实际转速为n （r/min）的公式为： V +1 n==104.2r/min（公式五） 1+a ）N
上式中：n-排肥器的实际转速
V-拖拉机行进速度V=3km/h=5000cm/min
N-排肥器每圈每行下肥量
a-机器行进打滑几率
注：实际工作中排肥器打滑的主要有提供驱动力的地轮，实际传动中地轮会出现滑移的情况，查得《农业机械学》中在耕地比较精细的地块中工作时地轮打滑率为0.03. 所以地轮的实际转速为n2
V
n2=πD (1-0. 03) =51.3r/min(公式六)
上式中：n2-地轮的实际转速
D-地轮的直径—32cm
即传动比i=n =2.03（公式七） n 2
4.5.3传动机构中各链轮和齿轮的尺寸确定
地轮轴与排肥轴之间的距离为543毫米，当选取一对齿轮进行齿轮啮合时会使得齿轮的尺寸过大，为此我设计了采用链轮带动的办法，但是当采取
一对链轮带动时链将会被垂直装配，这样不符合装配原则，所以我又采用了中间轮过度。在需要改变传动方向的链轮轴和排肥盘轴之间用一对圆锥齿轮啮合，此对圆锥齿轮只改变传动的方向而不改变传动比，由于两个轴直径相等，所以采用的齿轮参数也是相同的，而链轮则不同，主动链轮和中间链轮1的传动比为1：2，而中间链轮2和从动链轮轮的传动比为1。 其实圆锥齿轮1、圆锥齿轮2、中间链轮1、中间链轮2均为惰轮只是充当动力传动的作用，不参与传动比的计算。
圆锥齿轮的参数均为：m=2(模数) z=16（齿数） a=20（压力角） 链轮参数：单排、主动轮齿数38 、从动轮齿数19 中间轮和从动轮参数完全一样。
5结论
通过这段时间对农作物施肥播种机的设计我得出了以下结论：
（1） 本机采用三点悬挂式连接装置，可以与拖拉机相连接，并且本机适
用性较强，使用范围较广。
（2） 本机机架采用空心方钢，重量轻，省材料。
（3） 本机地轮采用中空式的，节省材料，但是性能却没有打折。
（4） 本机采用链轮和齿轮传动，传动比较精确。
（5） 本机器零件比较通用，机构比较灵活拆装比较方便。
（6） 本机器排肥器采用橡胶材料，质量比较小，价格比较便宜。
此次的设计由于时间比较仓促和本人在本科期间所学知识有限，所以本机器肯定有很多不足，比如说排肥器的精量性，还有开沟器的挂草会影响排肥质量等等，这些还都需要进一步深度考究。
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