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花生收獲機(jī)的設(shè)計(jì)與仿真開題報(bào)告
一、課題研究的意義
中國(guó)花生種植面積約為433萬hm2，是世界第二種植大國(guó)[1]。長(zhǎng)期以來，由于花生種植、收獲和加工大都是靠人工完成的。勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低。據(jù)初步估算，整個(gè)花生生產(chǎn)過程中，花生的收獲所用工時(shí)為整個(gè)過程的三分之一以上。而這一階段的作業(yè)成本占整個(gè)花生生產(chǎn)成本的50%以上。很顯然的，對(duì)花生收獲機(jī)械過程實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)是降低收獲時(shí)期作業(yè)成本，保證增產(chǎn)增收的有效方法。
針對(duì)我國(guó)尤其是山東、江蘇、河南、河北等省市花生收獲機(jī)械的研究現(xiàn)狀和發(fā)展的新形式要求，目前，國(guó)際經(jīng)濟(jì)趨于全球化,我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械面臨著新的機(jī)遇和嚴(yán)峻
考驗(yàn)研究設(shè)計(jì)花生收獲機(jī)，對(duì)提高我國(guó)花生收獲機(jī)械化水平具有重要意義。
二、現(xiàn)狀及分析
花生收獲作業(yè)包括挖掘花生、除土、鋪條晾曬、撿拾、摘果和清洗等。由于世界各地經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)力發(fā)展不平衡，國(guó)外花生聯(lián)合收獲機(jī)械的研究起步較早，收獲的全過程已全部實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)，而我國(guó)基本上還是以人工和畜力為主，機(jī)械化程度低。
2.1國(guó)外花生收獲機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀
發(fā)達(dá)國(guó)家，特別是美國(guó)，收獲形式為典型的兩段式收獲：即先用花生挖掘機(jī)將花生挖掘出來、除土后成條鋪放于田間，待花生晾干后，再用帶撿拾器的花生收獲機(jī)撿拾摘果。發(fā)達(dá)國(guó)家（地區(qū)）的機(jī)械化花生收獲主要有兩種技術(shù)模式，一種是以美國(guó)、加拿大、歐洲等國(guó)為代表的大型全程機(jī)械化分段收獲技術(shù)集成模式，由挖掘機(jī)、撿拾機(jī)、摘果機(jī)和秧蔓處理等設(shè)備分別完成挖掘、清土、摘果和秧蔓處理等作業(yè)；另一種是以日本、韓國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣省為代表的小型自走式聯(lián)合收獲技術(shù)模式，由一臺(tái)設(shè)備一次性完成花生收獲中的挖掘、清土、摘果、集果和秧蔓處理等作業(yè)。日本、韓國(guó)及中國(guó)臺(tái)灣省的種植制度、生產(chǎn)規(guī)模和氣候條件等與中國(guó)大陸較為接近，其花生聯(lián)合收獲技術(shù)裝備對(duì)我們具有較大的借鑒意義?；ㄉ?lián)合收獲和稻麥聯(lián)合收獲一樣，同樣有半喂入和全喂入之分，全喂入花生聯(lián)合收獲存在功耗大、傷果率高、夾帶損失大等問題。JohnDeere公司和KelleyManufacturing公司研制生產(chǎn)的花生分段收獲機(jī)械代表了世界最先進(jìn)的水平。
2.2國(guó)內(nèi)花生收獲機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀
我國(guó)花生收獲機(jī)械化水平無論是同其他主要糧食作物相比，還是同世界發(fā)達(dá)國(guó)家相比，均處于較低水平。花生收獲機(jī)械正處于發(fā)展期，目前以分段收獲為主，部分地區(qū)用花生挖掘犁，少部分地區(qū)采用花生收獲（挖掘）機(jī)，聯(lián)合收獲技術(shù)剛剛起步。
聊城市農(nóng)機(jī)研究所與青島即墨市利源金屬制品廠聯(lián)合研制了4BH-2小型背負(fù)式聯(lián)合收獲機(jī)，取得了突破性發(fā)展。
山東雙力集團(tuán)也研發(fā)了4HD-1型花生聯(lián)合收獲機(jī)，可一次完成挖掘、分離、摘果、清洗、集果等作業(yè)。
同時(shí)，萊陽農(nóng)學(xué)院等單位研制了4H-2型花生收獲機(jī)，該機(jī)突破了以往機(jī)型挖掘鏟與分離鏈相配合的傳統(tǒng)工作方式，創(chuàng)建擺動(dòng)挖掘原理，將挖掘與除土分離兩個(gè)機(jī)構(gòu)融為一體：收獲部件利用反平行四邊形機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了兩工作部件的等角度、反方向擺動(dòng)，使機(jī)架承受的側(cè)向力相互平行，機(jī)組工作平穩(wěn)；：收獲部件擺動(dòng)前進(jìn)，工作阻力小。4H2型花生收獲機(jī)是目前應(yīng)用推廣較好的機(jī)械。該機(jī)械適應(yīng)當(dāng)前的種植體制,選用農(nóng)村普遍應(yīng)用的8.8～13 kW小四輪拖拉機(jī)為配套動(dòng)力,可與多功能花生播種覆膜機(jī)配套使用,是唯一可以將殘膜同花生一起收起,減少地膜殘余量的有效機(jī)械。但該收獲機(jī)的主要參數(shù)未進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與理論分析,，特別是重要的傳動(dòng)部件沒有進(jìn)行最佳結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)參數(shù)的確定。工作時(shí),，有關(guān)參數(shù)需要逐步調(diào)試,，影響花生收獲機(jī)的性能與作業(yè)質(zhì)量。為此,，進(jìn)一步從理論上研究4H2型花生收獲機(jī),，對(duì)其主要參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析,對(duì)推動(dòng)花生產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。
2.3傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)機(jī)理分析
4H2型花生收獲機(jī)主要由限深輪、傳動(dòng)軸、偏心傳動(dòng)輪、連桿、長(zhǎng)擺桿、立軸、收獲部件、長(zhǎng)連桿、擺桿、懸掛裝置、機(jī)架等零部件組成。工作過程中,，花生收獲機(jī)在拖拉機(jī)的牽引下一方面前進(jìn),，一方面動(dòng)力通過拖拉機(jī)的動(dòng)力輸出軸、萬向節(jié)、傳動(dòng)軸,，帶動(dòng)偏心傳動(dòng)輪以一定的速度轉(zhuǎn)動(dòng);：偏心膠帶輪則通過連桿帶動(dòng)長(zhǎng)擺桿運(yùn)動(dòng),，隨之帶動(dòng)長(zhǎng)連桿、擺桿運(yùn)動(dòng)。由于長(zhǎng)擺桿、擺桿分別通過立軸、收獲部件。由于挖掘鏟后部連接的縱向分離柵條在不停地作扇形擺動(dòng),，使得被挖起的土壤和花生的混合體松碎。密度大的土壤在運(yùn)動(dòng)中從柵條間隙中落下;：而密度小的花生莢果,，在運(yùn)動(dòng)中上浮,，實(shí)現(xiàn)了花生與土壤良好分離。隨后花生植株繼續(xù)向后歸攏輸送,，最后整齊地平鋪在挖掘后的地面。
2.4國(guó)內(nèi)外研究存在問題
（1）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝、拆卸不方便，操作不便；
（2）采用機(jī)械振動(dòng)的方式采收花生，其偏心振動(dòng)頻率高、振幅小，按要求正確操作；
（3）生產(chǎn)率較低，采凈率低，范圍不廣。
2.5研究的內(nèi)容與方法
根據(jù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的花生收獲機(jī)研究現(xiàn)狀與萊陽農(nóng)學(xué)院等單位研制了4H-2型花生收獲機(jī)密植模式的特點(diǎn)急需開發(fā)適于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，收獲效果好，對(duì)花生損傷少的收獲裝置。該課題的主要研究?jī)?nèi)容有：依據(jù)花生收獲裝置的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出花生收獲機(jī)，并利用Autodesk、Solidworks等軟件進(jìn)行繪圖與實(shí)體繪制設(shè)計(jì)出花生收獲機(jī)整體結(jié)構(gòu)主要由設(shè)備主要包括底盤、傳動(dòng)系統(tǒng)和作業(yè)組件，整體采用側(cè)向配置式，底盤采用450型半喂入稻麥聯(lián)合收割機(jī)底盤等組成；：動(dòng)力設(shè)備提供動(dòng)力，使整個(gè)收獲裝置向前行走；除雜與收集裝置負(fù)責(zé)收集與除雜工作；：傳動(dòng)系統(tǒng)采用分路傳動(dòng)，并配有液壓無級(jí)變速系統(tǒng)；作業(yè)組件包括扶禾裝置、挖掘裝置、夾持輸送裝置、清土裝置、摘果裝置、清選系統(tǒng)和集果系統(tǒng)等。試驗(yàn)考核和示范應(yīng)用表明，該機(jī)性能穩(wěn)定，作業(yè)順暢，主要指標(biāo)為：果實(shí)損失率2.3%，摘果破損率0.45%，果實(shí)清潔度99%，設(shè)備可靠性系數(shù)96.2%，各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)均達(dá)到或超過該機(jī)的設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)。
討論分析了收獲機(jī)的基礎(chǔ)參數(shù)，參考動(dòng)力設(shè)備參數(shù)，既要保證工作要求，又要盡量減小功率消耗。根據(jù)選定的有關(guān)參數(shù)，由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出收獲機(jī)移動(dòng)所需的功率，根據(jù)該功率選擇合適的動(dòng)力設(shè)備。
該課題應(yīng)用的研究方法：理論設(shè)計(jì)、繪制模擬樣機(jī)圖并進(jìn)行仿真模擬。既要保證工作要求，又要盡量使其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
2.6預(yù)期目標(biāo)
（1）整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，尺寸小，機(jī)動(dòng)性好。；
（2）電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源，造價(jià)低、可靠性高、使用簡(jiǎn)便，而且可以避免土壤壓實(shí)，對(duì)溫室環(huán)境的污染小。；
（3）適于溫室土壤耕作，有利于減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率和生產(chǎn)率，對(duì)提高溫室機(jī)械化作業(yè)的水平有一定的價(jià)值。
三、重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題及解決思路
根據(jù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的花生收獲機(jī)設(shè)計(jì)適用于山東、江蘇、河南、河北等省市密植模式的花生收獲裝置，要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采摘效果好，對(duì)花生損傷少。
1.選擇合適配套動(dòng)力，設(shè)計(jì)工作裝置、收集除土裝置和行走裝置。
2.運(yùn)用Autodesk繪制二維裝配圖和零件圖。
3.利用Solidworks繪制三維圖。
四、工作條件及解決方法
塔里木大學(xué)位于南疆中心位置，花生有一定的種植面積，為項(xiàng)目開展提供了便利的原材料基地。這是本項(xiàng)目順利實(shí)施應(yīng)具備的良好外部科研環(huán)境。塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院擁有先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室和加工設(shè)備，校內(nèi)擁有優(yōu)良的硬件環(huán)境和雄厚的師資力量，這些都為課題的實(shí)施提供了保障。
4.1工作條件
指導(dǎo)教師一名，電腦一臺(tái)（必須有windows辦公軟件，CAD制圖軟件，proe三維制圖軟件）設(shè)計(jì)地點(diǎn)（如實(shí)驗(yàn)室），機(jī)械原理，機(jī)械設(shè)計(jì)等各種相關(guān)專業(yè)書籍及機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)等工具書。
4.2 解決方法
指導(dǎo)教師由學(xué)院分配，電腦自備能滿足要求，設(shè)計(jì)地點(diǎn)由學(xué)院提供，各種書籍可自備或者到圖書館借。
五、工作方案及進(jìn)度
第1～2周 查閱相關(guān)文獻(xiàn)，撰寫開題報(bào)告。
第3～4周 根據(jù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的花生收獲機(jī)確定花生收獲裝置的總體設(shè)計(jì)方案，繪制總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
第5～6周 根據(jù)工作要求，計(jì)算并查閱相關(guān)手冊(cè)，選擇和設(shè)計(jì)各零部件。
第7～9周 運(yùn)用AutoCAD軟件，繪制二維零件圖和裝配圖。
第10～11周 運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件完成整機(jī)各零部件的三維建模并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。
第12周 從工藝性能，經(jīng)濟(jì)性能，實(shí)用性能等方面對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)、校核、修正。
第13周 完成設(shè)計(jì)說明書。
第14周 整理材料，準(zhǔn)備答辯。
六 參考文獻(xiàn)
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