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摘要针对果园深施肥的要求，对果园开沟深施肥机的整体结构进行研究，设计了一款果园开沟深施肥机械，包括总体结构、开沟器和排肥槽。该施肥机的投入使用，将会极大地减轻果农的劳作强度，提高果园深施肥效率，从而提高产果量和果品质，将产生很好的经济效益。
关键词果园；开沟；深施肥；结构设计
中图分类号S224.22文献标识码A文章编号0517-6611（2014）23-08086-03
作者简介程梅（1976- ），女，安徽枞阳人，技术员。
收稿日期20140620随着近年国民生活水平的不断提高，水果已经成为大众日常生活中续粮食、蔬菜后的第3大农作物。目前我国水果种植的面积和产量均已位居世界前列。要提高果园的产量和水果品质，针对果树的施肥环节非常重要。果园施肥时不仅要考虑相应果树的生长特性和季节特性，更需要注重施肥深度。因此根据农艺要求，深施肥不但能提高肥效和节约肥料， 还能促进作物根系往下生长， 有利于果树增强抗旱抗倒伏能力[1]。因为从植物的生物学角度来分析，深施肥更能够促进果树根系的生长，从而有利于作物对营养物质的吸收[2]。开沟机是一种开挖沟渠的专用机械，随着农业的飞速发展和人类对机械化设备要求的提高开沟机也被应用于果树和园林作业中，从而使得开沟机的发展得到了迅速提升。但是目前我国有关果园开沟深施肥方面的机具仍然非常匮乏，有关这一方面的研究与设计报道均较少。因此，果园开沟深施肥机的研制和投入使用就显得非常迫切[3]。为此笔者设计了一款适合果园深施肥的行走式开沟机具。
1总体方案设计
1.1总体结构设计开沟深施肥机的总体结构设计如所示。
总体机构设计示意图果园开沟深施肥机械效果图该机具的主要工作流程分为3个步骤：开沟、施肥、覆土。该机具由10个功能机构组成，各个零部件的具体名称已经在结构示意图中详细标出，其中开沟器和排肥器的设计是该文讨论的主要内容。
1.2工作原理该机具主要目的是利用开沟机的开沟功能，排肥槽的排肥功能和覆土器的覆土功能等，从而实现整个开沟深施肥全程自动化机械作业的过程。为了满足田间劳作的强动力消耗，该机具的动力来源采用柴油机动力。柴油机的动力输出是通过飞轮上的皮带传递到变速箱内，变速箱内部的动力进行齿轮传动，传动后的一部分动力通过皮带轮和皮带（即带传动）传输到装有开沟器的轴上，带动该轴的转动，进而带动开沟器的旋转，完成开沟过程。另一部分动力同样通过皮带轮和皮带（带传动）传输到装有行走轮的轴上，带动该轴的转动，进而带动行走轮进行行走，整个开沟深施肥机便可前行[4]。在行走轮行走的同时，该轴上的一部分动力通过链传动传递到排肥器内部的轴上，带动排肥器内轴的转动，装在排肥器内的肥料在自身重力和机械振动双重作用下落入开出的沟中，实现施肥过程。覆土器悬挂在开沟深施肥机的尾部，在整个机器前行时可以实现均匀覆土功能。
1.3传动设计排肥轴的传动方式的选择主要有3种，即带传动、涡轮蜗杆传动和链传动。当传动比较大时，就选用涡轮蜗杆传动；当传动比偏小时，采用链传动和带传动。
涡轮蜗杆传动具有结构紧凑，传动平稳，冲击力小等优点，但是其传动效率低，并且摩擦损失大。带传动的优点是结构简单，成本低，传动平稳，但是传动过程中容易发生打滑现象。链传动的效率高，同时对于安装和制造的精度要求低，总体成本较低。综合上述情况，选择链传动作为排肥轴的传动方式。此外，考虑到外轮槽式排肥器的结构简单、操作方便和通用性好等優点，所以也可选择外轮槽式排肥器作为该处所用。传动机构设计参数选择设定如下：
传动机构设计参数
柴油机的功率 12 kW输出转速 2 000 r/min沟深 200 mm沟宽 300 mm行走轮转速 40 r/min行走轮直径 0.8 m开沟器转速 200 r/min
2关键零部件设计
2.1开沟器的设计旋耕刀主要用于圆盘开沟器，同时圆盘开沟器可分为单圆盘开沟器和双圆盘开沟器。双圆盘开沟器的特点是：切土时类似于滑刀切削入土，能够切断土中残根，对土壤的适应能力较强，工作可靠；但是自身重量大，开沟阻力也较大，结构复杂，造价高。单圆盘开沟器的特点是：相比较双圆盘开沟器自身重量轻，入土能力更强，结构也比较简单；但是播幅较窄。这里主要考虑到开沟器的结构简单和追求成本较低，所以选择单圆盘开沟器[5]。
我国的旋耕机标准采用的是齿轮-链轮和全齿轮传动2种方式。刀轴传动分为侧边和中间传动，同时侧边传动又包括链传动和齿轮传动。由于链传动相对齿轮传动成本较低并且操作简单，同时结合旋耕机的工作原理，所以选用侧边链传动更合理。
对于该开沟器，可以通过加大圆盘的直径来实现提高开沟沟深的目的。开沟器的设计如所示。
旋耕机刀片根据可知，开沟器主要包括弯刀片，刀盘，刀轴和紧定螺栓。旋耕刀片的排列方式对旋耕质量影响很大，旋耕刀片的排列方式与秸秆粉碎灭茬机刀片的排列方式相似。有单螺旋线、双螺旋线、星形、对称排列等几种。但是不管哪种排列均应满足，刀片轴受力均衡，径向受力平衡和相邻两刀片径向夹角要大的要求[6]。开沟器的旋耕刀片排列如所示。
旋耕刀片结构从可以看出，该开沟器共有6把弯刀刀片，为了保证刀片切土的均匀性，刀盘上6把弯刀是均匀分布的，每相邻两把弯刀之间夹角是60°，也就保证了相续入土的两弯刀之间夹角是60°。因此，该机具选择确定为旋耕弯刀开沟器[7]。
2.2排肥器的设计考虑到果园施肥要求排肥器的结构简单、操作方便、通用性好，选择了外轮槽式排肥器作为排肥装置，其结构如所示。工作时，先旋转调节轴套，根据施肥需要调整排肥器槽轮的长度，确定排肥量的大小。然后拉开插板，启动开沟机的发动机，动力从发动机传到开沟机的行走轮轴，开沟机的行走轮通过链传动传输到排肥轴，排肥轴带动槽轮转动，肥箱的复合肥在振动和重力的作用下落到排肥器，进入排肥管，洒落在肥沟内，实现施肥。由于排肥轴的动力是由行走轮提供的，故当完成施肥作业后，要将插板关闭，以防止开沟机在行走过程中复合肥被施出，造成浪费[8]。同时将覆土器悬挂在开沟深施肥机的尾部，覆土器结构示意图如所示。 2.3排肥装置的传动设计设计肥料箱一次装肥额度为25～30 kg，排肥装置采用链传动，并且动力从微型开沟机的行走轮传递给排肥轴。微型手扶开沟机行走轮有两个档位，快速档n1=35 r/min，慢速档n2=30 r/min。通过查文献行业标准，外槽轮排肥器在正常工作时排肥轴转速30～35 r/min、排肥轮工作长度20～25 mm，考虑到该机器工作时的平稳性，故取行走轮慢速档作为工作档位[9]。
3结论
该篇论文主要針对如何对现代果园进行了开沟深施肥机具研究，并对开沟深施肥机进行了整体机械结构设计。园艺工作中的深施肥对土地的开沟深度有较高的要求，开出的沟深越深，深施肥就越方便[6]。因此，在对关键部件参数进行选定后，又对机器的带传动进行了相关分析，整个研究和设计得出以下结论：排肥器与覆土器机构示意图（1）选用旋耕弯刀片作为开沟刀，旋耕刀主要用于圆盘式开沟器，考虑到自身结构和经济性选用单圆盘式开沟器。
（2）选用外轮槽式排肥器进行排肥，主要考虑到其结构简单、操作方便和适用性好。
（3）整个机器的传动主要由带传动；采用带传动实现动力从柴油机到开沟器的传递；采用带传动和齿轮传动结合实现动力从柴油机到行走轮的传递，采用链传动实现动力从行走轮到排肥轴的传递。
参考文献
[1] 张加清，刘丽敏，陈长卿.大棚果园开沟深施肥的设计研究[J].新疆农机化，2012（3）：58-60.
[2] 李德胜，郭辉.果园施肥开沟机的研究现状[J].农业科技与装备，2011（6）：53-55.
[3] 宗跃.挖沟机械的发展状况及市场前景[J].工程机械，2001（7）：50-53.
[4] 安志国.GC65G型轮式挖沟机的使用[J].工程机械，2003（10）：51-54.
[5] 冉志伟，张汝坤，吴福明，等.1KS22型双轴开沟机设计研究[J].云南农业大学学报，2005，20（6）：850-853.
[6] 李宝筏.农业机械学[M].北京：中国农业出版社，2003.
[7] 王京凤.微型遥控果园开沟机的设计分析与优化[D].杨凌：西北农林科技大学，2010.
[8] 耿端阳，张道林，王相友，等.新编农业机械学[M].北京：国防工业出版社，2011.
[9] 濮良贵，纪名刚.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2005.安徽农业科学2014年
关键词果园；开沟；深施肥；结构设计
中图分类号S224.22文献标识码A文章编号0517-6611（2014）23-08086-03
作者简介程梅（1976- ），女，安徽枞阳人，技术员。
收稿日期20140620随着近年国民生活水平的不断提高，水果已经成为大众日常生活中续粮食、蔬菜后的第3大农作物。目前我国水果种植的面积和产量均已位居世界前列。要提高果园的产量和水果品质，针对果树的施肥环节非常重要。果园施肥时不仅要考虑相应果树的生长特性和季节特性，更需要注重施肥深度。因此根据农艺要求，深施肥不但能提高肥效和节约肥料， 还能促进作物根系往下生长， 有利于果树增强抗旱抗倒伏能力[1]。因为从植物的生物学角度来分析，深施肥更能够促进果树根系的生长，从而有利于作物对营养物质的吸收[2]。开沟机是一种开挖沟渠的专用机械，随着农业的飞速发展和人类对机械化设备要求的提高开沟机也被应用于果树和园林作业中，从而使得开沟机的发展得到了迅速提升。但是目前我国有关果园开沟深施肥方面的机具仍然非常匮乏，有关这一方面的研究与设计报道均较少。因此，果园开沟深施肥机的研制和投入使用就显得非常迫切[3]。为此笔者设计了一款适合果园深施肥的行走式开沟机具。
1总体方案设计
1.1总体结构设计开沟深施肥机的总体结构设计如所示。
总体机构设计示意图果园开沟深施肥机械效果图该机具的主要工作流程分为3个步骤：开沟、施肥、覆土。该机具由10个功能机构组成，各个零部件的具体名称已经在结构示意图中详细标出，其中开沟器和排肥器的设计是该文讨论的主要内容。
1.2工作原理该机具主要目的是利用开沟机的开沟功能，排肥槽的排肥功能和覆土器的覆土功能等，从而实现整个开沟深施肥全程自动化机械作业的过程。为了满足田间劳作的强动力消耗，该机具的动力来源采用柴油机动力。柴油机的动力输出是通过飞轮上的皮带传递到变速箱内，变速箱内部的动力进行齿轮传动，传动后的一部分动力通过皮带轮和皮带（即带传动）传输到装有开沟器的轴上，带动该轴的转动，进而带动开沟器的旋转，完成开沟过程。另一部分动力同样通过皮带轮和皮带（带传动）传输到装有行走轮的轴上，带动该轴的转动，进而带动行走轮进行行走，整个开沟深施肥机便可前行[4]。在行走轮行走的同时，该轴上的一部分动力通过链传动传递到排肥器内部的轴上，带动排肥器内轴的转动，装在排肥器内的肥料在自身重力和机械振动双重作用下落入开出的沟中，实现施肥过程。覆土器悬挂在开沟深施肥机的尾部，在整个机器前行时可以实现均匀覆土功能。
1.3传动设计排肥轴的传动方式的选择主要有3种，即带传动、涡轮蜗杆传动和链传动。当传动比较大时，就选用涡轮蜗杆传动；当传动比偏小时，采用链传动和带传动。
涡轮蜗杆传动具有结构紧凑，传动平稳，冲击力小等优点，但是其传动效率低，并且摩擦损失大。带传动的优点是结构简单，成本低，传动平稳，但是传动过程中容易发生打滑现象。链传动的效率高，同时对于安装和制造的精度要求低，总体成本较低。综合上述情况，选择链传动作为排肥轴的传动方式。此外，考虑到外轮槽式排肥器的结构简单、操作方便和通用性好等優点，所以也可选择外轮槽式排肥器作为该处所用。传动机构设计参数选择设定如下：
传动机构设计参数
柴油机的功率 12 kW输出转速 2 000 r/min沟深 200 mm沟宽 300 mm行走轮转速 40 r/min行走轮直径 0.8 m开沟器转速 200 r/min
2关键零部件设计
2.1开沟器的设计旋耕刀主要用于圆盘开沟器，同时圆盘开沟器可分为单圆盘开沟器和双圆盘开沟器。双圆盘开沟器的特点是：切土时类似于滑刀切削入土，能够切断土中残根，对土壤的适应能力较强，工作可靠；但是自身重量大，开沟阻力也较大，结构复杂，造价高。单圆盘开沟器的特点是：相比较双圆盘开沟器自身重量轻，入土能力更强，结构也比较简单；但是播幅较窄。这里主要考虑到开沟器的结构简单和追求成本较低，所以选择单圆盘开沟器[5]。
我国的旋耕机标准采用的是齿轮-链轮和全齿轮传动2种方式。刀轴传动分为侧边和中间传动，同时侧边传动又包括链传动和齿轮传动。由于链传动相对齿轮传动成本较低并且操作简单，同时结合旋耕机的工作原理，所以选用侧边链传动更合理。
对于该开沟器，可以通过加大圆盘的直径来实现提高开沟沟深的目的。开沟器的设计如所示。
旋耕机刀片根据可知，开沟器主要包括弯刀片，刀盘，刀轴和紧定螺栓。旋耕刀片的排列方式对旋耕质量影响很大，旋耕刀片的排列方式与秸秆粉碎灭茬机刀片的排列方式相似。有单螺旋线、双螺旋线、星形、对称排列等几种。但是不管哪种排列均应满足，刀片轴受力均衡，径向受力平衡和相邻两刀片径向夹角要大的要求[6]。开沟器的旋耕刀片排列如所示。
旋耕刀片结构从可以看出，该开沟器共有6把弯刀刀片，为了保证刀片切土的均匀性，刀盘上6把弯刀是均匀分布的，每相邻两把弯刀之间夹角是60°，也就保证了相续入土的两弯刀之间夹角是60°。因此，该机具选择确定为旋耕弯刀开沟器[7]。
2.2排肥器的设计考虑到果园施肥要求排肥器的结构简单、操作方便、通用性好，选择了外轮槽式排肥器作为排肥装置，其结构如所示。工作时，先旋转调节轴套，根据施肥需要调整排肥器槽轮的长度，确定排肥量的大小。然后拉开插板，启动开沟机的发动机，动力从发动机传到开沟机的行走轮轴，开沟机的行走轮通过链传动传输到排肥轴，排肥轴带动槽轮转动，肥箱的复合肥在振动和重力的作用下落到排肥器，进入排肥管，洒落在肥沟内，实现施肥。由于排肥轴的动力是由行走轮提供的，故当完成施肥作业后，要将插板关闭，以防止开沟机在行走过程中复合肥被施出，造成浪费[8]。同时将覆土器悬挂在开沟深施肥机的尾部，覆土器结构示意图如所示。 2.3排肥装置的传动设计设计肥料箱一次装肥额度为25～30 kg，排肥装置采用链传动，并且动力从微型开沟机的行走轮传递给排肥轴。微型手扶开沟机行走轮有两个档位，快速档n1=35 r/min，慢速档n2=30 r/min。通过查文献行业标准，外槽轮排肥器在正常工作时排肥轴转速30～35 r/min、排肥轮工作长度20～25 mm，考虑到该机器工作时的平稳性，故取行走轮慢速档作为工作档位[9]。
3结论
该篇论文主要針对如何对现代果园进行了开沟深施肥机具研究，并对开沟深施肥机进行了整体机械结构设计。园艺工作中的深施肥对土地的开沟深度有较高的要求，开出的沟深越深，深施肥就越方便[6]。因此，在对关键部件参数进行选定后，又对机器的带传动进行了相关分析，整个研究和设计得出以下结论：排肥器与覆土器机构示意图（1）选用旋耕弯刀片作为开沟刀，旋耕刀主要用于圆盘式开沟器，考虑到自身结构和经济性选用单圆盘式开沟器。
（2）选用外轮槽式排肥器进行排肥，主要考虑到其结构简单、操作方便和适用性好。
（3）整个机器的传动主要由带传动；采用带传动实现动力从柴油机到开沟器的传递；采用带传动和齿轮传动结合实现动力从柴油机到行走轮的传递，采用链传动实现动力从行走轮到排肥轴的传递。
参考文献
[1] 张加清，刘丽敏，陈长卿.大棚果园开沟深施肥的设计研究[J].新疆农机化，2012（3）：58-60.
[2] 李德胜，郭辉.果园施肥开沟机的研究现状[J].农业科技与装备，2011（6）：53-55.
[3] 宗跃.挖沟机械的发展状况及市场前景[J].工程机械，2001（7）：50-53.
[4] 安志国.GC65G型轮式挖沟机的使用[J].工程机械，2003（10）：51-54.
[5] 冉志伟，张汝坤，吴福明，等.1KS22型双轴开沟机设计研究[J].云南农业大学学报，2005，20（6）：850-853.
[6] 李宝筏.农业机械学[M].北京：中国农业出版社，2003.
[7] 王京凤.微型遥控果园开沟机的设计分析与优化[D].杨凌：西北农林科技大学，2010.
[8] 耿端阳，张道林，王相友，等.新编农业机械学[M].北京：国防工业出版社，2011.
[9] 濮良贵，纪名刚.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2005.安徽农业科学2014年