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XX大學(xué)
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告
課題名稱 果園挖穴施肥機(jī)的設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
學(xué) 號(hào)
所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院
專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化
班 級(jí)
指導(dǎo)教師
起止時(shí)間 2015.10.15-2016.5.25
機(jī)械電氣化工程學(xué)院教務(wù)辦制
填 表 說 明
一、學(xué)生撰寫《開題報(bào)告》應(yīng)包含的內(nèi)容：
1、本課題來源及研究的目的和意義；
2、本課題所涉及的問題在國內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀及分析；
3、對課題所涉及的任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析；
4、本課題需要重點(diǎn)研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路；
5、完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法；
6、完成本課題的工作方案及進(jìn)度計(jì)劃；
7、主要參考文獻(xiàn)（不少于7篇）。
二、本報(bào)告必須由承擔(dān)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）課題任務(wù)的學(xué)生在接到“畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書”的兩周內(nèi)獨(dú)立撰寫完成，并交指導(dǎo)教師審閱。
三、開題報(bào)告要求手寫體，字?jǐn)?shù)在3000字以上，由學(xué)生在本報(bào)告冊內(nèi)填寫，頁面不夠可自行添加A4紙張。
四、每個(gè)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）課題須提交開題報(bào)告一式三份，一份學(xué)生本人留存，一份指導(dǎo)教師存閱，一份學(xué)生所在學(xué)院存檔，備檢備查。
一 本題來源及研究的目的和意義
1.1 課題的來源：自選題
1.2 研究的目的
機(jī)械化施肥是提高水果產(chǎn)品的品質(zhì)和產(chǎn)量的一種有效方式，但是由于我國在研究機(jī)械化施肥技術(shù)萬面的起步晚對應(yīng)的研究技術(shù)不成熟，在果園施肥方面采用的最多的還是人工施肥。但因其效率低勞動(dòng)強(qiáng)度大人工成本高等原因已經(jīng)影響到了我國果林行業(yè)的發(fā)展，人們對于機(jī)械化施肥的需求越來越強(qiáng)烈。在這種情況下我國借鑒國外先進(jìn)的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)以及結(jié)合本土實(shí)際情況研究出了符合我國果林行情的各種施肥機(jī)械。
1.3 研究的意義
本課題設(shè)計(jì)采用機(jī)械化的設(shè)備對果園進(jìn)行施肥。設(shè)備能在理論上有效提高肥料的利用率，節(jié)省人力資源，提高果園的產(chǎn)量。課題的實(shí)施是為果園機(jī)械化施肥提供合理的設(shè)計(jì)方案。
二 課題所涉及的問題在國內(nèi)外現(xiàn)狀及分析
2.1 施肥機(jī)械的研究現(xiàn)狀及存在的問題
施肥機(jī)械是使用工具將固態(tài)或液態(tài)化肥施入土壤。隨著施肥機(jī)械的普及、發(fā)展與科研隊(duì)伍的不斷加強(qiáng)、擴(kuò)大，經(jīng)過基礎(chǔ)理論、技術(shù)與機(jī)具研究、設(shè)計(jì)開發(fā)等研究工作，施肥機(jī)械的研制已取得了大量成果。施肥機(jī)械可分為很多類型:按照施肥方式可分為撒肥機(jī)、種肥施肥機(jī)與追肥施肥機(jī)，且應(yīng)用都較為普遍;按照化肥狀態(tài)可分為施液態(tài)化肥與固態(tài)化肥兩種，其中液態(tài)化肥的研究較為落后與狹窄。較為先進(jìn)的變量施肥機(jī)械也已經(jīng)取得了大量研究成果。
2.2 追肥施肥機(jī)的研究現(xiàn)狀及問題
追肥施肥機(jī)械是在作物生長發(fā)育的同時(shí)施用化肥的機(jī)械，現(xiàn)今追肥機(jī)的研究達(dá)到了一定水平。張傳斌研制的 TX － 12 型煙草定量穴灌追肥機(jī)不僅可定量追肥、灌溉，還可在田間輕便移動(dòng)，工作效率高，尤其適用于干旱地區(qū);王金星等研制了一種通過高準(zhǔn)確率傳感器將信號(hào)傳給單片機(jī)以達(dá)到自動(dòng)控制的智能煙草定量穴施追肥機(jī)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化與煙草的低損傷率。為了解決干旱地區(qū)作物苗期中耕、追肥作業(yè)的高成本、復(fù)雜與低效率問題，崔歡虎等人研制出了以節(jié)約水資源為基礎(chǔ)的中耕保墑追肥機(jī)。經(jīng)過多年試驗(yàn)，其機(jī)具所需動(dòng)力小、效率高且輕便靈活，可為廣大農(nóng)民接受。
農(nóng)民大量使用的追肥機(jī)大都采用簡單的四桿機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)副容易產(chǎn)生磨損，維修較為困難，必將影響作業(yè)效果。輸肥管在施肥機(jī)下降上升過程的往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中容易造成變形而形成縫隙，就可能會(huì)使肥料在縫隙中漏掉。我國大多農(nóng)民容易在作物的非最佳追肥期施用追肥，且采用的封壟蹚地后追肥的方式對時(shí)間把握不準(zhǔn)確也將引起倒伏，且也容易造成對植物根系損害而導(dǎo)致減產(chǎn)。由于農(nóng)村勞動(dòng)力減少，農(nóng)民為了節(jié)省時(shí)間與精力，將追肥與種肥同時(shí)施入土壤，必然會(huì)出現(xiàn)燒種燒苗的現(xiàn)象。農(nóng)民在追肥時(shí)，同樣容易出現(xiàn)忽視有機(jī)肥與部分微量元素的重要性的問題。
2.3 變量施肥機(jī)械的研究現(xiàn)狀與存在的問題
由于變量施肥機(jī)械具有綜合評(píng)價(jià)效果顯著、可按需施肥并可調(diào)節(jié)及施肥準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為施肥機(jī)械的主要研究方向之一。馬旭等研究了便捷、穩(wěn)定的手控與自控變量施肥機(jī)械，可與播種機(jī)配套使用，成為“3S 技術(shù)”的基礎(chǔ)。針對我國國情，王秀等人研制了不僅可以配套國產(chǎn)拖拉機(jī)，還可以在GPS 協(xié)助下按照系統(tǒng)網(wǎng)格劃分所得的處方圖實(shí)現(xiàn)變量施肥的機(jī)械，并試驗(yàn)了不同齒槽轉(zhuǎn)速所對應(yīng)的精確排肥量，以確定最優(yōu)轉(zhuǎn)速。為了解決施肥機(jī)械受到拖拉機(jī)行駛速度及排肥軸轉(zhuǎn)速等對排肥量的影響，陳廣大等設(shè)計(jì)了以 AＲM 微處理器為核心、通過 PID 自動(dòng)調(diào)節(jié)排肥量的控制系統(tǒng)，可達(dá)到排肥穩(wěn)定、均勻與精度高的效果。針對不同規(guī)格大小農(nóng)田的網(wǎng)格劃分并確定位置的高難度問題，于英杰等人確定了一種自動(dòng)識(shí)別算法。該算法使用 AＲM 控制器采集傳感器信號(hào)，能適應(yīng)農(nóng)田形狀的變化，精度高，穩(wěn)定性較好。
我國的變量施肥機(jī)具相對于發(fā)達(dá)國家起步較晚，變量施肥機(jī)械使用的傳感器等設(shè)備未國產(chǎn)化而導(dǎo)致了儀器昂貴。我國大多數(shù)農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱，尤其是中西部山區(qū)，難以接受機(jī)械的使用成本。我國處于概念階段的變量施肥機(jī)械，其一幅寬較小，其二采用的差分 GPS 系統(tǒng)的精確度較低，可能會(huì)導(dǎo)致以周圍較近區(qū)域的處方量為依據(jù)施肥，將偏離施肥目的。機(jī)具大多只能實(shí)現(xiàn)總量的變量配比，而多元素的精確變量配比卻難以實(shí)現(xiàn)。專家在決策分析時(shí)容易脫離實(shí)際，由于其研究系統(tǒng)過于復(fù)雜，結(jié)果也與最終實(shí)際相差較大，有的時(shí)候甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于普通的決策。由于變量施肥機(jī)大多懸掛于拖拉機(jī)，將會(huì)受到土壤環(huán)境的限制，不適宜大幅度轉(zhuǎn)彎或翻梗，穩(wěn)定性將會(huì)直接受到影響。
2.4 解決問題的對策與措施
1)加強(qiáng)施肥機(jī)械與施肥技術(shù)的研究，將農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝結(jié)合起來。國家應(yīng)該同時(shí)加強(qiáng)施肥機(jī)械與施肥技術(shù)的投入，重視機(jī)具與技術(shù)的基礎(chǔ)理論與應(yīng)用的研究，如播種施肥機(jī)種子與化肥比例的精確數(shù)據(jù)研究。研究符合農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化機(jī)具與技術(shù)的同時(shí)，還應(yīng)把由中小企業(yè)生產(chǎn)的機(jī)具，且適應(yīng)于中小型農(nóng)場的施肥機(jī)具考慮在內(nèi)。
加強(qiáng)不同施肥機(jī)械的研制，尤其是針對地域差異、氣候差異與植物在生長周期差異時(shí)所對應(yīng)的機(jī)具研究，以達(dá)到“聯(lián)合作業(yè)、一機(jī)多用”，且可施有機(jī)肥。將液力、氣力理論應(yīng)用到純機(jī)械式施肥機(jī)具上以提高機(jī)具的自動(dòng)化程度，使效率高、污染小與精確度高的機(jī)具替代落后裝備。機(jī)具的研究應(yīng)具有針對性，尤其是針對出現(xiàn)問題概率較高的部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，如肥料輸送管道易堵塞及部件強(qiáng)度不夠而容易產(chǎn)生的疲勞損失的問題。
現(xiàn)代施肥技術(shù)綜合性強(qiáng)，技術(shù)、機(jī)具與制肥三者缺一不可，應(yīng)增強(qiáng)其技術(shù)與工作人員的交流與合作，探索出三者相互配套且有機(jī)結(jié)合的一系列應(yīng)用理論。
2)加強(qiáng)科研成果的推廣，開展技術(shù)與機(jī)具應(yīng)用培訓(xùn)。改變我國施肥機(jī)械與施肥技術(shù)落后現(xiàn)狀的最好辦法是加強(qiáng)科研部門與農(nóng)業(yè)推廣部門的緊密聯(lián)合，以達(dá)到事半功倍的效果。應(yīng)該鼓勵(lì)施肥技術(shù)與機(jī)具研制人員對農(nóng)民進(jìn)行技術(shù)與機(jī)械的應(yīng)用培訓(xùn)，既可以使科研人員不脫離農(nóng)村實(shí)際，又可以增強(qiáng)農(nóng)民的技術(shù)與機(jī)械的應(yīng)用水平，糾正農(nóng)民的錯(cuò)誤施肥方式，學(xué)會(huì)保養(yǎng)與維修施肥機(jī)械，從而減少因?yàn)榉绞藉e(cuò)誤而導(dǎo)致的環(huán)境問題。
國內(nèi)施肥機(jī)械大都來自中小企業(yè)的生產(chǎn)，應(yīng)該在農(nóng)村展開調(diào)查，擇優(yōu)選擇效率高的機(jī)具進(jìn)行再開發(fā)與研究后向農(nóng)民推廣應(yīng)用。同時(shí)，應(yīng)利用各大農(nóng)業(yè)高校與農(nóng)業(yè)科研部門的科研項(xiàng)目，將項(xiàng)目的研究理論以及實(shí)驗(yàn)機(jī)加以改造為應(yīng)用機(jī)，再投向于農(nóng)村，實(shí)現(xiàn)科研價(jià)值的最大化。
3) 淘汰落后機(jī)具，加大機(jī)具的補(bǔ)貼力度。結(jié)合國家對環(huán)境友好型施肥機(jī)具的補(bǔ)貼政策，強(qiáng)制報(bào)廢農(nóng)村低效率、化肥高污染的施肥機(jī)具，并予以相應(yīng)的補(bǔ)貼。對于技術(shù)或機(jī)具使用的材料，尤其是污染大的材料，應(yīng)該被環(huán)保材料取締;淘汰落后機(jī)具，實(shí)現(xiàn)先進(jìn)高效率機(jī)械的應(yīng)用推廣，推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)程。
為了實(shí)現(xiàn)高精度機(jī)械與技術(shù)的推廣應(yīng)用，一是應(yīng)盡量減少機(jī)具與技術(shù)的制造與應(yīng)用成本，尤其是針對精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)所使用的成本;二是加大政府對先進(jìn)機(jī)具與技術(shù)的補(bǔ)貼力度，除了補(bǔ)貼農(nóng)民購買機(jī)具或儀器時(shí)所需的成本外，還需要加大農(nóng)民對技術(shù)與機(jī)具培訓(xùn)所需經(jīng)費(fèi)的補(bǔ)貼。
2.5 棗園施肥技術(shù)
肥料的選擇應(yīng)符合生產(chǎn)無公害果品的要求, 應(yīng)以堆肥、漚肥、圈肥、作物秸稈、餅肥、微生物肥、腥肥等有機(jī)肥料為主, 適量使用無機(jī)化學(xué)肥料, 使有機(jī)、無機(jī)肥料配合運(yùn)用。有機(jī)肥包括: 堆肥、漚肥、圈肥、作物秸稈、餅肥、微生物肥、腥肥等; 無機(jī)肥包括: 礦物磷肥( 磷礦粉) 、礦物氮肥、礦物鉀肥、石灰石, 按土壤養(yǎng)分狀況優(yōu)化配制的氮肥、磷肥、鉀肥以及符合要求的無機(jī)復(fù)合肥, 以銅、鋅、鐵、錳、硼、鉬等微量元素及有益元素為主配制的肥料。
1.基肥
基肥是供給冬棗樹生長的基本肥料。一般春秋兩季均可施入, 但以秋季在果實(shí)采收后至落葉前為好, 這時(shí)期葉片仍有一定的光合效能, 根系處于年周期中最后一個(gè)生長高峰, 有利于礦質(zhì)營養(yǎng)的吸收及有機(jī)營養(yǎng)的轉(zhuǎn)化積累。秋施基肥的目的就在于增加樹體的貯藏營養(yǎng), 以滿足翌年萌芽、花芽分化和開花坐果的需求。
增施基肥結(jié)合深耕改土, 以有機(jī)肥為主, 化肥為輔。應(yīng)采用多穴散施法, 禁止采用溝狀施肥法, 提倡“穴施肥水”法。幼樹( 5 年生以下) 株施有機(jī)肥 25 千克～50 千克, 尿素或磷酸二銨 0.15 千克～0.4 千克, 鈣鎂磷肥1 千克～2 千克; 成齡樹株施有機(jī)肥 100 千克～150 千克, 尿素或磷酸二銨 0.4 千克～1 千克, 鈣鎂磷肥 2 千克～4 千克, 硫酸鉀 1.5 千克或草木灰 10 千克。
2.地下追肥
追肥每年進(jìn)行 3 次, 分別在萌芽前、坐果期、果實(shí)膨大期進(jìn)行。
冬棗生長的前期, 是各器官對營養(yǎng)爭奪的激烈時(shí)期, 此時(shí)往往由于樹體的貯藏營養(yǎng)不足而影響各器官的正常生長發(fā)育, 乃至造成開花坐果不良, 果實(shí)發(fā)育受阻。因此, 這次追肥可使冬棗樹萌芽整齊一致, 生長旺, 棗吊長, 葉片大, 有利于花芽分化, 不僅保證了冬棗樹的正常生長對營養(yǎng)的需求,而且有利于產(chǎn)量的提高。這次追肥, 以速效氮磷為主。幼樹株施磷酸二銨 0.1 千克～0.2 千克, 成齡樹株施磷酸二銨 0.3 千克～0.4 千克。
6 月上旬開花坐果期消耗養(yǎng)分多, 而往往由于營養(yǎng)不足, 造成大量落花落果, 所以花期追肥十分重要, 這次追肥, 可促進(jìn)枝葉健壯生長, 提高花芽分化質(zhì)量, 提高坐果率, 減少落花落果, 有利于果實(shí)的生長發(fā)育。用肥的種類以氮肥為主, 幼樹株施尿素 0.1千克～0.2 千克, 成齡樹株施尿素 0.25 千克～0.4 千克。
7 月上旬幼果膨大期追肥, 這次追肥的目的, 主要是減少生理落果, 促進(jìn)果實(shí)膨大, 提高果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)。此期施入氮磷鉀及微量元素復(fù)合肥, 幼樹株施0.4 千克～0.5 千克, 成齡樹株施 0.6 千克～1 千克。
3.根外追肥
根外追肥也叫葉面噴肥, 就是在冬棗樹生長季節(jié), 將肥料配成一定濃度的液體, 噴灑在樹體上。此法簡單易行, 用肥量少, 見效快, 一般噴后 1～2 小時(shí)就能進(jìn)入葉中加工合成, 被樹體利用, 增產(chǎn)效果十分明顯。
葉面噴肥是冬棗樹追肥中不可缺少的一種施肥方法, 花前、花期、幼果期和生長后期, 葉面噴施尿素溶液, 可以增補(bǔ)土壤供應(yīng)氮素的不足, 使葉片色澤加深, 提高光合效能, 因而有助于養(yǎng)分積累和產(chǎn)量的提高。花期噴施硼素, 有利于提高坐果率。幼果期噴施磷、鉀素溶液, 可提高果實(shí)品質(zhì)和產(chǎn)量。因土壤鹽堿引起的缺鐵黃葉, 噴施鐵素可使黃葉轉(zhuǎn)綠, 對恢復(fù)樹勢也有較好的效果。葉面噴肥, 花期宜單用, 其它時(shí)期可以結(jié)合防治病蟲, 與某些可以混配的農(nóng)藥混合使用。從 5 月下旬開始, 每隔半月左右葉面噴施一次。噴肥時(shí), 應(yīng)注意把肥料噴在葉片的背面, 因植物葉片的背面吸收養(yǎng)分的速度比葉片正面大。噴肥應(yīng)在無風(fēng)的晴天進(jìn)行, 一天之中, 以下午 4～5 點(diǎn)到傍晚最好, 其次是早晨到上午 10 點(diǎn)前。因?yàn)橹形鐨鉁馗?蒸發(fā)量大, 影響肥料的利用率, 甚至引起肥害。葉面噴肥的濃度參考如下: 尿素 0.3%～0.5%; 硫酸鉀 0.4%; 硝酸鉀 0.5%～1%; 硫酸鋅 0.3%; 硫酸亞鐵 0.3%; 硫酸鎂 0.1%; 硼砂 0.5%～0.7%; 過磷酸鈣浸出液 2%; 草木灰浸出液 4%; 硫酸二氫鉀0.3%。
三、對課題所涉及的任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析
3.1 課題任務(wù)要求
本施肥機(jī)械主要用于棗園的田間施肥，通過選擇合適的方法設(shè)計(jì)施肥機(jī)，使此施肥機(jī)能因地制宜的對棗園合理施肥。
3.2 課題設(shè)計(jì)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析
本施肥機(jī)械主要用于棗園的田間施肥，綜合國內(nèi)施肥技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀分析，國內(nèi)微耕技術(shù)并未成熟，但是使用微耕機(jī)施肥器進(jìn)行施肥對于棗園比較適合，隨著微耕機(jī)的前進(jìn)，利用定量施肥機(jī)的錐頭將土壤耕開形成20-25cm深度，肥料中的肥料不斷攪拌并由肥料箱灌入土壤，隨后埋起土壤。綜上所述，該設(shè)計(jì)是可行的。
四 本課題需要重點(diǎn)研究的關(guān)鍵的問題及解決的思路
4.1 本課題需要研究的重點(diǎn)問題
需要滿足棗園田間施肥量合理性要求。微耕機(jī)施肥器主要包括：機(jī)架、發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、側(cè)減速器、手把組合、旋轉(zhuǎn)錐頭、肥料箱、攪拌器、輸送管以及覆土裝置組陳。
4.2 本課題需要研究的難點(diǎn)問題解決的思路
我國微耕技術(shù)并未成熟，所以為了解決微耕機(jī)施肥器的棗園施肥問題，必須設(shè)計(jì)一個(gè)合理的結(jié)構(gòu)，首先為了肥料的合理利用方面，微耕機(jī)施肥器的耕作耕深要有限深裝置保證，耕深不能超過20-25cm。然后是微耕機(jī)施肥器前進(jìn)速度，要保證肥料的合理施肥量。而肥料箱中的肥料要均勻的輸送至被開耕的土壤底部，所以肥料箱的大小，輸送管以及覆土裝置的設(shè)計(jì)也尤為重要。
五 完成本課題需要的工作條件及解決的辦法
完成本課題所必須做的工作有利用學(xué)校圖書館及互聯(lián)網(wǎng)查閱大量資料，了解棗園田間施肥機(jī)的基本性質(zhì)，施肥機(jī)結(jié)構(gòu)、原理等，了解各種類型的棗園田間施肥機(jī)的特點(diǎn)。關(guān)鍵問題可請求老師指導(dǎo)或通過同學(xué)討論，選擇適合棗園田間施肥機(jī)的類型，對擬定的施肥機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)算，利用Auto CAD等繪圖軟件繪制出施肥機(jī)的零件圖，裝配圖，反復(fù)對設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行檢驗(yàn)、校核。
六 工作方案及進(jìn)度計(jì)劃
工作方案：設(shè)計(jì)總體含括→機(jī)架、發(fā)動(dòng)機(jī)部分裝置設(shè)計(jì)→旋轉(zhuǎn)錐頭→肥料箱、攪拌器→鏈輪→輸料罐以及機(jī)體有機(jī)組合。
進(jìn)度計(jì)劃：
第1周—第2周 通過查找文獻(xiàn)資料，了解施肥機(jī)的國內(nèi)外現(xiàn)狀。
第2周—第5周 設(shè)計(jì)果園挖穴施肥機(jī)的總體方案。
第6周—第9周 對果園挖穴施肥機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。
第10周—第12周 撰寫設(shè)計(jì)說明書，對部分問題修改、調(diào)整。
第13周—第14周 整理資料準(zhǔn)備答辯。
七 參考文獻(xiàn)
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