机械5

目录 摘要： 1 1农业机械化概述2 1.1发展农业机械化的重要意义2 1.2农业机械以及耕作方式的简介3 1.3农业机械化的发展阶段4 2虚实并存理论4 2.1虚实并存理论的原理与应用4 2.2虚实并存理论国内外发展5 2.3虚实并存理论的研究意义6 3振动深松技术以及应用6 3.1振动深松意义6 3.2国内外研究现状分析7 3.3几种新型振动深松机及相关机型概况8 3.4小结8 4振动深松机工作原理9 4.1振动深松机的运动分析9 4.2振动深松部件的受力分析12 5总体结构的设计18 5.1总体设计18 5.2深松铲的设计18 5.3深松铲柄的设计19 5.4基于solidworks的总装配图20 5.5翻滚轮的设计20 5.6减速器前撑的设计21 5.7减速箱21 6总结21 致谢22 参考文献23 本文首先研究了国内外农业机械化的发展现状和重要意义，重点说明了耕地机械的类型，并阐述了土壤的虚实并存的原理(讲述如何使土壤中的水。肥、气、热如何的循环利用)，参考国内外振动深松机结构，设计出一种符合中国国情的新型耕作机械振动深松机。 在设计振动深松机的过程中，首先研究了振动深松机的运动过程和受力情况。振动是为了减少耕作阻力，而深松则是为了打破犁底层。在振动深松机的设计过程中，首先是构思整机结构，使用solidworks进行三维实体建模并进行强度硬度校合，设计出主要的零部件，其次进行关键零部件的自底向上的装配方式和干涉分析，振动深松机主要包括机架、深松铲等子装配，最后进行整机的三维装配，在整机装配过程中又采用自顶而下的装配方式，设计出一些连接件。 考虑到农艺上因素，进行了结构的修改设计，重新设计了深松铲的尺寸，是深松铲设计生产符合标准化要求。达到优化设计的目的。 1.1发展农业机械化的重要意义 农业现代化，既是指由传统农业向现代农业转化的过程，也是指农业综合能力实现现代化目标的过程。一般认为，农业现代化是在一定的生产条件下，具有现代素质的农业劳动力，利用现代农业生产手段，高效地生产出能够满足社会需求的，可持续发展的高质量农产品。农业机械化是农业现代化的基础内容和主要标志之一，可以说，没有机械化就没有现代化。在我国现代化建设过程中，农业机械化就有相当重要的地位和作用。但时至今日，我国的农业现代化水平仍然比较低，农产品的国际竞争力不强，与国外发达的农业机械化的差距仍较大。 农业机械化依靠大工业生产出的劳动工具，按照自然科学的研究成果，必然会大大提高农业劳动生产率，提高资源的利用率，提升农产品的市场竞争力，增加农民收入，实现可持续发展。20世纪末，美国在评价20世纪什么工程技术对人类社会进步起巨人推动作用时，把农业机械化”列为二十项最伟大的工程技术成就之一。 千百年来，农业机械作为先进农业生产力的代表，引发了农业生产方式的根本变革和农民生活方式的改变。农业机械化的源头可以追溯到原始农业生产工具的使朋。我国古代创造发明的风车，水车、水碾，谷粒清选扇车以及播种用的耧、牛、马车等，都是领先的农业生产工具，代表着当时世界较高的“农业机械化”水平。但明代中期以后，专制社会的禁锢，外强的入侵，加上时常发生的战乱阻碍了农业生产工具的发展。在我们停滞不前时，西方的农业机械却发展微快，耕整机、播种施肥机、中耕除草机，以及后来的动力配套机械等相继发明并投入使用。自新中国成立以来，我国的农业机械化进入新的发展时期，20世纪50年代的新式畜力农机具，60年代的手扶拖拉机，70年代的自走式水稻插秧机、立式割台收割机，以及80年代以后的联合收割机等等都是我国发展农业机械化的成果。然而，这些与发达国家的农业机械化水平仍然有很大差距。大力推进农业机械化的作用和重要性具体表现在： (1)农业机械化可增加农产品的产量。先进的机械化耕作技术和畜牧方式、高效的现代耕作方法必将比传统农业生产技术有助于生产更多的粮食。 (2)农业机械化可改善农业生产条件。农机化可为大宗连片，规模化经营的作物提供良好的条件，降低劳动强度，节省劳作时间，从而降低受自然灾害影响的概率；良好的机械化耕作有利于保护土壤，促进作物生产发育；机械化化肥深施既可提高化肥使用的效率，又可保护生态环境。 (3)机械化可增加农民收入。推进农机化有利于发展外向型刨新农业，提高农产品的生产加工、保鲜、储运能力，增加农产品的附加值，促进农业生产综合能力的提高，增加农产品的竞争力，使农业增效、农民增收。当前，北京和上海代表我国农业机械化的最高水平， 这两地的农民人均纯收入都高于全国人均水平。2003年，北京农村住户每人平均年收入为5601.55元，上海为6653.92元，均高于当年全国2622.24元的平均水平。 (4)农业机械化有利于减少农业人口。农机化使耕地、栽种、施肥、植保、灌溉以及收获等主要生产环节更高效、高质地完成，畜牧饲养设备使畜牧生产工业化。让更多的农业劳动力转移到第二、第三产业。 (5)农业机械化有助于促进农村文明进步。农机化改变了农民的生活方式，更新了农民的思想观念，提高了劳动者的技术水平，增加了资金积累，促进了农村文明进步和小城镇的建设。 1.2农业机械以及耕作方式的简介 1.2.1常用农业机械的简介 拖拉机拖拉机是农业生产的基本动力，也是农业机械中最常用、最普遍的机械，各国的农业机械化也几乎都是从拖拉机的使用，改良和普及开始。随着拖拉机所牵引的配套农机具日益增多。农民操作拖拉机的时间也在增加。今天对拖拉机的要求不仅仅是功率大、实用而且更多地最求操作更便捷舒适，要求拖拉机快速、灵活、噪音低、振动孝污染少。 铧式犁铧式犁是土壤耕作最为常用的机具，它的主要工作部件是由犁铧、犁臂等组成的犁体。犁铧和犁壁的工作面为连续、光滑的犁体曲面，其形状和参数根据不同的土壤和耕作要求选取，并碎土和覆盖杂草残茬等作用。双向犁是铧式犁的一种改进形式，带有左翻和右翻两纽犁体(普通铧式犁都是右翻犁体)，或带有翻垡方向可以变换的一组犁体，使犁在耕作的来回行程都向同侧翻土，耕后地表不留沟梗 圆盘犁圆盘犁的工作部件是与铅垂面(即和水平面垂直的平面)约成20°倾角、与前进方向成40°～50°骗角的凹面圆盘，作业时，圆盘在土壤的反作用力的作用下转动前进，由圆盘刃口切下的土垡沿凹面升起并翻转下落。圆盘犁能切碎干硬土块，切断草根和小树根。它适用于多石、多草和潮湿粘重的士壤以及高产绿肥田的秸秆还田后的翻耕作业。 圆盘耙圆盘耙是由成排排列的凹面圆盘配置而成。作业时，圆盘的刃口平面与地面乖直，而与前进方向成一偏角。它用于翻耕后的碎土平整、收获后的浅耕灭茬等。 中耕机中耕机用于作物生跃期问的松土、除草、开沟和培土等项作业，常用的工作部件有除草铲、松土铲、通用铲和培土器等。 旋耕机旋耕机的工作部件旋耕刀装在一根水平横轴上，并且均匀配置一组切土刀片。有拖拉机动力输出轴通过传动装置驱动，旋转切土和碎土。旋耕机是和拖拉机配套作业的机具，按配套动力分为手扶拖拉机配套旋耕机和轮式拖拉机配套旋耕机两大类。与犁耕和耙耕作业相比，旋耕作业具有碎土性能好、适应性广、作业效率高等优点、在我国大江南北，无论水田，旱土，旋耕机的应用十分广泛。 此外，联合收割机、播种机、喷雾枝保机等也是重要的农业机械，这些机械常见而且常用，在此不再详述。 1.2.2先进的耕作方式简介 先进的农业机械是与先进的耕作方式紧密联系的。在近几年的农业生产中，常提及的耕作方式主要包括以下几种： 保护性耕作它的定义是：用大量的秸秆残茬覆盖地表，将耕作减少到只要保证种子发芽即可，并主要用农药来控制杂草和病虫害。保护性耕作的基本要点可以概括为：秸秆覆盖、免耕播种、以松代翻、化学除草。 免耕是指完全取消铧式犁翻，并且不进行其它突然作业。实行免耕的农场使用的机械仅有三种，即播种机、喷雾枝保机械和联合收割机。 少耕取消犁耕的基础上，为保证播种、疏松土壤和除草等农事而保留少量的土壤作业，其要点是减少耕作次数和强度。少耕主要包括深松、浅松和浅旋、浅耙等播种前的表土整备耕作等。 1.2.3高科技的现代农业机械 当前，以全球卫星定位系统(简称GPS)、地理信息系统(简称GIS)等为代表的高科技设 备应用到农业机械中，它们代表着当前世界农业机械化的最高水平，极大提高了农业生产水平。 1.3农业机械化的发展阶段 1.3.1农业机械化的发展阶段 农业机械化的实现不是一蹴而就的，而是随着社会经济的发展步步推进。对于农业机械化已经全面实现的国家，它们的起步到基本实现农业机械化少则经历20余年。多则经历了40余年的时问。归纳国外已经全面实现农业机械化的国家的农业机械化历程，他们的发展大致可以分为三个阶段：初步的农业机械化、基本的农业机械化和全面的农业机械化。 (1)初步的农业机械化特点：农田耕整地，主要粮食作物的播种和收获、脱粒、加工、捧灌等固定作业及运输机械化程度到80％～90％；役备逐年下降，将近一半为机械动力所替代：农业人口、农业劳动力占总人口的比重较小，约为20％～30％；农业劳动生产率高，农畜产品高；基本形成区域化、专业化种植和经营。 (2)基本农业机械化特征为：各种农机动力不断增氏，特别是拖拉机及配套机具联合收割机，基本上趋于饱和；役畜进一步减少，变为食用音，畜牧业在农牧业产值中的比例逐步增长；配套农机具品种繁多，机械作业项目迅速增加，除难度较大的作业项目外，都基本上实现了机械化作业；与农艺的结合更加密切和广泛，相互适应，协调发展。 (3)全面农业机械化特征有：农机农艺进一步结合，新的作业项目不断出现，如棉花、蔬菜和水果等较难作业项目也实现了机械化作业，作业机具幅宽也增加，工作速度快，作业效率高；农业机械趋于自动化，液压传动技术、电子技术广泛应用于各种农业机械，许多机械如播种机、榷保喷雾机，施肥机等与微电脑结合，自动控制、无人操纵的农业机械也已出现；设施农业不断发展，农业工厂化已逐步实现；农业资源配置更加合理；新能源的开发利用受到重视，提倡无机农业，如节约油耗，少耕免耕，太阳能、风能，地热的利用，用农业废物开发沼气等。当然，由于各国农业发展历程的道路不同，农业机械化的推进进程不同，各国不一定都表现出明显的农机化三阶段。 2虚实并存理论 2.1虚实并存理论的原理与应用 虚实并存耕作是农学中土壤耕作和农业机械化学科交叉，农机农艺相结合的机械化耕作技术，是一种全新的耕作方式。虚实并存耕作是指土壤耕作机具作业时，根据农艺的需要在拖拉机牵引耕具动土作业时，耕具之间留有朱耕的空白地面。也就是在耕地后耕层中有纵向耕和不耕土壤同时存在。也称局部耕作，或非全面耕作，属于少耕范畴。在全国各地的试验示范推广中都取得了很好的效果。 虚实并存耕作是以虚实并存效应为核心，按照不同地域的风土条件，在不同部位、深度、间隔，以及不同作物、不同时期采用配套机具进行的土壤基本耕作作业。它可以与覆盖，浅翻、旋耕、耙茬等表土作业相结合，进行复式作业；可以带苗作业，减缓农时季节紧张期；也可与播种、收获等其他农业措施相结合，耕种结合、耕管结合、耕收结合，形成一整套纳入耕作制度中的、建立在试验示范基础上的、可初步定量指导生产的土壤机械化耕作技术体系。经过对土壤水肥气热、作物生理生态、微生物区系，技术经济，以及近地小气候和耕作农田环境进行的连续测试而积累的系统数据的分析，并在十余省区，百余县市和国外欧、亚、非、澳数国的试验验证，揭示了当耕作的琉松土壤(虚，好气环境)与朱扰动的紧实土壤(实，嫌气环境)，孔隙度差值达到一定量，并以一定距离(间隔)和深度同时并列存在予同一耕层中，就会改变二者土壤水、热、养分通常的上、下垂直运移规律，出现侧向的水平运移。从而改变其分布状况，创造出一种同时存在水库、热库、肥库三种土壤状态独特的耕层土壤环境，促使生活在其中的微生物和作物根系产生一系列生理、生态变化。在提高作物产量的同时，可在实部提高腐殖质相对含量，培肥土壤，在耕作范畴内达到用养结合，被称之为“虚实并存效应”，是人工创造的农田土壤环境。试验研究表明，它是节能改土型、节水型、节本增效型、优质高产高效型耕作具备多功能，适应大田农业生产的实用技术，是一种全新的耕作方式。但是能量守恒，物质不灭定律决定了，单靠物理手段提高作物产量是在土地中掠夺资源，是行不通的。多年来，明显的可以看出土壤肥力一F降。甚至有完全依靠自然肥力维持生产，啃地力“老本”的“竭泽而渔”的方法。黑龙江省二十世纪九十年代曾集农学、土壤、耕作、水利、农机、生态六学会之专家多年经验与研讨提出，全省1.3亿亩耕地，每年只有14.8％产出投入比平衡；40.4％投少产多，肥力下降，34.8％投入极少，10％只取不投。也就是有85.2％耕地入不敷出，越种越瘦。1986年全省从土壤中带走的氮、磷养分，加上水土流失的总量为21.6亿亩和13亿亩，归还率只有53.9％和5l％。有机质和钾归还率只有50％和10％。这在北方早地具有一定的代表性。投入不足只是土壤退化作用的一个方面，实际上土壤方面包括了物理、化学、生物三个方面。土壤物理方面：地面板结、结构恶化、硬结、风蚀、沙化；化学土壤方面：酸化、盐碱化，有机质减少、化学污染；生物方面：肥力衰退、动植物微生物区系数量减少、活性减退。解决土壤褪化是指土壤用养结合，永续利用，关系到农业生产能够保持后劲，保持持续发展的百年、万年大计。 虚实并存耕作一方面消灭和减少地表径流，使雨水保留在农田中，防止除草剂和化肥因径流进入地面水体而污染江河湖泊；另一方面由于虚部只占耕地的1／3～1／4，且渗透能力比实部增加40％以上，因此改变雨水渗入土壤中全面淋洗耕层，将活动性强的污染物溶解于水中带地下水的方式，成为只淋溶1／3～l／4局部土壤。大大减少了携带的可溶性污染物。另外由于从全面缓慢渗入变成集中水量单点渗入，加快了渗透速度，减少了淋洗溶解化肥、农药的时间，从而也减轻了污染。这样就保护了地面和地下水源，改善了生态环境。美国土壤学家威廉爱德化兹30年的研究也支持了虚实并存耕作课题组的这一观点。 2.2虚实并存理论国内外发展 当前世界有三大耕作体系；前苏联著名土壤专家威廉斯，根据北方土壤团粒结构理论，认为土地要全面翻耕；1934年在美国暴发震惊世界的黑风暴(dust bowl)，刮去了大量地表沃土，基于黑风暴的教训，创立了免耕法；而我国具有数千年精耕细作的优良传统，也孕育并产生了虚实并存耕作的理论和方法。 (1)国内现状 耕作界研究耕作方法从应用技术，配套机具三方面进行。从应用技术方面看，有“吕和三定三看耕作法”，结合经验，看天、看地、看墒情定具体耕作法，起到保苗增产作用。还有水平沟种植法，沟垄种植法、山西大寨的“三深耕种法”。从配套机具方面看，黑龙江农机研究所从传统机具改进中对凿形铲作了系统研究提山了深松铲标准，研制了一系列深松机具。例如深松机I、Ⅱ、Ш型，83一整地机等。 1972年黑龙江省农机科技人员在分析了黑龙江省同有垅作几个基本问题的分析与探讨研究国内外各种耕法，提山了“三五耕法”，其中“三”是指浅翻深松，轮沟深松和深中耕；“五”是指保水，保土，保肥。保苗，保产。与克山县第二良种物农业科技人员提出的“立体耕法”合并成为深松耕法。1976年在《深松法耕法名词解释》中提出了“秋后垄沟施肥，可以隔垄深松垄沟使肥土相融，松后耢平成为两垄一平台，达到密植，增加绿色面积”，深松耕法的轮廓基本形成。黑龙江八一农人和省农机科研人员在省内耕作效应研究基础上设计提出了“大豆垅三藏培法”和“三深精播耕地法”，以及相应的配套机具(杨方仁，梁恒录。1988)。西北农大、河托省农机局也根据东北耕作研究结果，引进机具改装，提出了“渭北草原深松覆盖技术”和“华北虚实并存耕作技术”，都取得了显著的效果。 (2)国外现状 从国外看，最早提山耕作学原理，从耕作效应的理论与实践来指导土壤机械耕作的是前苏联的±壤学和农业生物学者威廉斯，在19世纪后期他提山的团粒结构理论以及有结构、无结构土壤为核心的平翻耕作在世界上影响相当广泛。20世纪30年代美国等西方国家鉴于黑风暴的教训，提出了免耕法，到20世纪70年代末形成了理论和技术体系，但美国和加拿大认为免耕法与深松相结合是土壤的发展方向，1976年以来，美国、加拿大在我国的深松耕法的启发下，试行了深松和免耕相结合的新耕法，前苏联也在20世纪70年代也开始研究间隔深松。1988年7月和1991年7月在尼日利亚的伊巴丹举行的国际土壤耕作研究组织(ISTRO)第十二、十八届世界代表大会，中国代表被邀请参加，把虚实并存耕作介绍的国际耕作界，初次定为，得到充分肯定和广泛赞誉。1993年4月11日在波兰的卢布林参加ISTRO第14届世界代表大会组织委员会，在哈萨克斯坦国际土壤耕作学术讨论会上，虚实并存耕作再次被介绍、推广。1994年7月中国代表去丹麦奥尔堡参加了ISTRO第13届世界代表大会，主持了土壤耕作史专业委员会第一次会议，并把虚实并存耕作改为spaci
ng tillage。 2.3虚实并存理论的研究意义 正确的耕作方式是有史以来人类一直在认真探索的重大课题。土壤耕作是传统农业中耕作、栽培、施肥三大支柱中最基本、最古老的一环。30年代，美苏等高度发达的工业国家因相继发生“黑色尘暴’，而极力提倡免耕。70年代末，美国政府称免耕法是美国对人类的一大贡献；加拿大、澳大利亚等国甚至立法取消铧式犁，这些引起人们对铧犁耕翻的深刻反思。应不应该取消翻耕?机械耕作在农业生产中的作用是什么?它对调节土壤的水肥气热，对作物和微生物的作用如何评价?对美国极力提倡的免拼法、前苏联威廉斯主张的平翻耕法的团粒结构理论、以及我国五千年精耕细作的优良传统又如何评价?这些涉及到机械耕作中肥力转化和增产理论机制的二个基础理题，引起了广泛重视和立项研究。 自1975年以来，虚实并存耕作课题组对“深松耕法”增产理论和肥力转化机制应用理论研究的基础上，又对古今中外的耕作理论和技术进行了广泛的调查研究，总结出了虚实并存耕作理论和技术，经过多年试验研究，取得了初步成效。我国正向现代化迈进，对充分挖掘农业增产潜力，实现农业的持续稳产、高产、防止土壤退化，为实现我国农业的两个根本转变和农业现代化具有重要现实意义；它深刻揭示了人、畜、机耕的耕作原理，是农作学的基础理论研究重要内容之一。 “虚实并存”耕层结构，虚部疏松的土壤结构有利于水分和空气进入及养分的分解与释放；实部是嫌气环境，有利于土壤嫌气微生物活动，并能促进腐殖质的形成，达到保存土壤中养分的作用。这种耕层结构协调了水、肥、气、热的贮供矛盾，提高了土壤肥力。同时，虚实耕层结构在一定深度和距离内孔隙度差值达10％以上时，能够改土壤中水、肥、气、热的上，下垂直运移为横向运移，改变分布状况，调节了供需关系，从而创造出一种独特的土壤环境，为农作物的生氏创造良好条件。此项技术还具有土壤的用养结合，抗御旱涝，促进作物高产稳产，促进农作物增产，对今后旱作农业的发展具有重要的指导意义。 我国农业历千年而地力不衰，从古至今养活这一方人口，为世界所瞩目，诺贝尔奖获得者国际著名人士美国的布劳格博士盛誉中国传统农艺技术是世界上已知最惊人的成果之一。其科技精髓至今还没有全面揭示，有机物还田的化学因素，豆科作物固氯与合理轮作使作物均衡吸收养分的生物因素是世界公认的二方面原因，已经对世界农业产生了影响。精耕细作中的土壤耕作是物理因素，传统观念认为机械耕作是力学手段，加工土壤，只用地，不能养地，没有得至应有的重视。我们的研究证实虚实产并存耕作是通过调节土壤空隙，控制耕层中好气和嫌气性生物学两大过程，进而减少消耗，相对培肥土壤。一方面从内因上加强土壤体质，保持地力不衰；另一方面抗蚀保土解决水土流失，从外因上加强土壤体格，保护土壤不受破坏。同时抗御洪涝早灾，减轻污染，保护地面和地下水源，补给地下水，改善耕地的生态环境。又可节省能源，钢铁消耗，减轻资源压力。降低生产成本，投资少，而且一次投资可氏期重复使用，覆盖面大，经济效益高。这些从内因、外因、生态环境、资金投入和社会资源等多方面形成了良性循环，从而实现粮食高产稳产与培肥土壤并重。这样从土壤耕作基础上为农业保持和增强了发展后劲实现可持续发展农业。 3振动深松技术以及应用