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專家系統(tǒng)與應(yīng)用程序
基于模糊集理論的有效性的評估農(nóng)業(yè)機械
摘要：
農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)的服務(wù)質(zhì)量是代表農(nóng)業(yè)成功的基本因素之一。從這個意義上說,有一個明確需要定義這些機器質(zhì)量的具體指標(biāo),它有可能決定哪些機器適合不同工作條件。服務(wù)的技術(shù)系統(tǒng)概念的有效性代表質(zhì)量的一個綜合指標(biāo)。本文運用模糊集理論定義的有效性和可靠性、可維護性和功能作為影響指標(biāo)的有效性。在這個意義上的模型評估的有效性拖拉機作為農(nóng)業(yè)的典型代表機器已經(jīng)形成。本模型是基于集成上述的語言描述。利用模糊集理論和max-min成分影響指標(biāo)，模型進(jìn)行了測試。同一類別的三個拖拉機為例,利用的氣候和土壤條件在更廣泛的貝爾格萊德(塞爾維亞)地區(qū)。即使在這個實驗中條件是非常重要參數(shù) , 相比于其他操作，實現(xiàn)的效果差異也達(dá)到大致相等
。
1.介紹
為達(dá)到擴張的全球農(nóng)產(chǎn)品的要求，實現(xiàn)更大的農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展。人們普遍認(rèn)識到當(dāng)代農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中需要適當(dāng)?shù)臋C器和設(shè)備，仔細(xì)和詳細(xì)規(guī)劃的需求和控制所有相關(guān)的生物、技術(shù)、技術(shù)和其他進(jìn)程。最終結(jié)果的準(zhǔn)確、可靠的預(yù)測為每個指定的操作,以及完整的作物生產(chǎn)過程中,。要求加強了引入復(fù)雜的實驗,數(shù)學(xué),農(nóng)業(yè)科學(xué)統(tǒng)計,機械和其他方法都是特別重要的。在過去的幾十年。除了上述的要求,一個適當(dāng)?shù)募夹g(shù)體系必須滿足生產(chǎn)力的標(biāo)準(zhǔn),期望的作物生產(chǎn)。在大多數(shù)情況下,在塞爾維亞，tractor-machinery農(nóng)場系統(tǒng)的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過最優(yōu)級別(尼克里奇′,2005),增加成本作物生產(chǎn)。目前,現(xiàn)有的數(shù)學(xué)優(yōu)化方法、支持的高性能計算機有效地解決優(yōu)化問題(Dette &韋伯達(dá)菲et al .,1990;1994;Mileusnic′,2007;等等)。一個最優(yōu)的技術(shù)體系的形成為我們生產(chǎn)了更便宜的食品,高度影響拖拉機的可靠性、可維護性和系統(tǒng)的功能。
與系統(tǒng)科學(xué)發(fā)展同樣,實際上的開始是IIWorld戰(zhàn)爭后,在適當(dāng)?shù)墓こ毯涂茖W(xué)文獻(xiàn)定義了一系列的概念,來描述技術(shù)系統(tǒng)的基本特征的點的服務(wù)質(zhì)量?？煽啃缘闹笜?biāo)是技術(shù)系統(tǒng)和行為操作,技術(shù)指標(biāo)和可維護性systembehaviors期間的失敗可以表示為大多數(shù)可辨認(rèn)的概念。這兩個概念及其實現(xiàn)最先進(jìn)的發(fā)展。有效性的概念被定義在試圖描述同時技術(shù)操作系統(tǒng)的行為和失敗的時期。這概念考慮可靠性和可用性的表演,以及提出了技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計的功能(Papic&Milovanovic2007)。換句話說,一個技術(shù)系統(tǒng)的有效性的概率,一個成功的功能系統(tǒng)技術(shù)和執(zhí)行所需的準(zhǔn)則函數(shù)限制允許的差異對于給定時間和給定的周圍條件。雖然在相同的精神,一些作者定義有效性有所不同。在(Ebramhimipour &鈴木,2006)被定義為總體有效性的指標(biāo)包含效率、可靠性和可用性。這兩個引用定義包括并行關(guān)于可靠性和可用性,雖然可用性包括可靠性和可維護性(Ivezic′,Tanasijevic′,& Ignjatovic′,2008)。因此它可以商定有效性是影響可靠性、可維護性的功能。可靠性系統(tǒng)不斷的被定義為特征保持操作abilitywithin允許的差異極限在現(xiàn)在;可維護性的能力是預(yù)防和發(fā)現(xiàn)故障及損壞,系統(tǒng)更新通過參加技術(shù)和操作能力和功能維修,功能實現(xiàn)功能的程度要求,即調(diào)整環(huán)境,或更準(zhǔn)確系統(tǒng)運行的條件。
監(jiān)測的可靠性和可維護性是常見的監(jiān)控時間的狀態(tài)顯示(圖1)可靠性和可維護性的函數(shù)可以確定,以及操作的平均時間和平均時間相關(guān)。主要問題出現(xiàn)在形成時間的照片數(shù)據(jù)監(jiān)控和記錄。在現(xiàn)實條件的機器應(yīng)該連接到信息系統(tǒng)將準(zhǔn)確記錄每一個失敗、持續(xù)時間和修復(fù)程序。這通常是昂貴或簡易監(jiān)測機器的性能,即關(guān)閉的,是不精確的。此外,提供的統(tǒng)計數(shù)據(jù)處理時間的狀態(tài)要求所有的機器在平等的條件下工作,這是難以實現(xiàn)。至于技術(shù)體系的功能,沒有共同的方法測量和量化。這在本文的原因,為了評估的有效性, 將使用專業(yè)知識和分析機器判斷工作的工作過程。應(yīng)用專業(yè)知識判斷主要用于文學(xué),主要是為數(shù)據(jù)處理和評估的技術(shù)系統(tǒng)而言:風(fēng)險(Li 廖,2007)、安全(王2000;王、楊、&森1995)或可靠性，用專業(yè)知識判斷自然的語言形式。因此,數(shù)學(xué)和邏輯概念模型進(jìn)行處理的經(jīng)驗判斷,即計算的語言描述,模糊集合理論使用(Klir &元,1995;枝,1996)。應(yīng)用模糊今天集代表了最常用的工具之一各領(lǐng)域解決問題的優(yōu)化(黃顧,&杜,2006)和識別(陳,1996)過程問題。Cai(1996)提出了不同的概述應(yīng)用程序方面的模糊方法在系統(tǒng)失敗工程,這是一個接近效能評估問題。應(yīng)用模糊邏輯理論和專家系統(tǒng)(遼、一般2011;Liebowitz,1988)也用于解決優(yōu)化問題的農(nóng)業(yè)機械領(lǐng)域。(Abbaspour-Fard Rohani & Abdolahpour,2011)的基礎(chǔ)上神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用程序,在拖拉機預(yù)測失敗。(Yu,你們&趙,2010)模糊數(shù)學(xué)、可靠性理論和多目標(biāo)優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用設(shè)計拖拉機最終傳動。機器的可預(yù)測性和可靠性,顯著依賴于其有效性的技術(shù)系統(tǒng)。本文的觀點是根據(jù)模糊集理論的利用率建立模型的有效性。從而說明模糊集是用于分析可靠性、可維護性和功能表現(xiàn)(部分指標(biāo)的有效性)以及為他們?nèi)谌胄?。他們的工作是以這種有效模型質(zhì)量的方式評估技術(shù)系統(tǒng)。模型可以作為標(biāo)準(zhǔn)購買決策相關(guān)的任何程序,系統(tǒng)的操作或維護,修理的預(yù)測和維護成本。質(zhì)量和功能的建議模型有效性的確定農(nóng)業(yè)所示機械、拖拉機。
2?；谀：挠行员憩F(xiàn)評估理論
數(shù)學(xué)和概念模型的有效性評估實際上是在兩個步驟:總結(jié)模糊命題的部分的效性指標(biāo);模糊提到的分成一個指標(biāo)——合成。模糊命題過程為代表的聲明,包括語言變量基于可用的信息技術(shù)系統(tǒng)。在這個意義上它必須定義語言的名字變量,代表不同的等級的效果考慮技術(shù)系統(tǒng)和定義的模糊集描述提到的變量。作文是一個模型,它提供了影響結(jié)構(gòu)有效性性能的指標(biāo)。
2.1。模糊模型解決問題
第一步創(chuàng)建的模糊有效性模型(E)評估本身和定義語言變量以及可靠性(R)、可維護性(M)和功能(F)有關(guān).許多語言變量,它可以發(fā)現(xiàn)最大數(shù)量的理性,人類可辨認(rèn)的表達(dá)式可以同時識別(王et al .,1995)。然而,識別的考慮甚至較小的特征數(shù)量的變量可以有用,因為專家的判斷(Ivezic′et al .,2008)模糊集的靈活性一般包括過渡現(xiàn)象。根據(jù)以上,五個語言變量為代表的有效性表現(xiàn)包括:窮,充足,平均,和優(yōu)秀。這些語言形式變量給出適當(dāng)?shù)娜悄：?Klir 元,1995),圖2所示。
在圖2中,j = 1,。實際上,5代表的計量單位有效性。因此,部分指標(biāo)的有效性:R、M和F,隸屬函數(shù)l:在下一步中,執(zhí)行max-min組成。馬克斯-敏成分,也稱為悲觀,經(jīng)常用于模糊代數(shù)作為一個綜合模型(Ivezic′et al .,2008;Tanasijevic et al .,2011;王王et al .,1995;2000)。這個想法是為了讓整體評估(E)等于部分虛擬代表評估。這評估被確定為之間的最好的一個最壞的打算部分成績(R、M或F)。
它可以得出的結(jié)論是,所有的元素(R、M和F)E有同等影響E,max-min組成以并行方式被使用,這將部分的到綜合指標(biāo)。在文學(xué)(Ivezic′et al .,2008;etal .,1995)max-min成分通過運營商”和“和”或“提供一個優(yōu)勢在其他的某些元素在合成的過程中,也使用。
準(zhǔn)確地說,如果我們看看三個部分指標(biāo),即他們的隸屬函數(shù)(1),可以使C:= j3 = 53組合
的隸屬度函數(shù)。每一種組合代表一個可能的合成效果評估(E)。
這個表達(dá)式(6)有必要映射回E模糊集(圖2)。最佳(王et al .,1995),用于轉(zhuǎn)換方法E描述(6)形成定義等級的會員模糊集:貧窮、充足,平均,和優(yōu)秀的好。這個過程被公認(rèn)為識別。最佳方法是使用距離E(d)之間通過“max-min”成分(6)和每個人E表達(dá)式(根據(jù)圖2)來表示的程度E是確認(rèn)每個模糊集的有效性(圖2)。越接近勒(6)是第i個語言變量,小迪。距離di等于零,如果勒(6)只是第i個相同隸屬度函數(shù)的表達(dá)式。在這種情況下,E不應(yīng)該評估其他表達(dá)式,由于這些表達(dá)式的排他性。假設(shè)迪民(i = 1,。,5)是最小的距離對Ej,讓a1,。,a5代表相對的倒數(shù)距離(計算相應(yīng)的比率距離di(7)和迪民提到的值)。然后,人工智能
:
1.一個說明性的例子
作為一個說明性的例子對農(nóng)業(yè)機械的評價有效性,比較分析三個拖拉機A1 B2、本文給出和C2。
在拖拉機7.146 l發(fā)動機LO4V TCD 2013安裝。謝謝從35%的扭矩儲備,拖拉機是能夠滿足所有需求預(yù)期表現(xiàn)最差的農(nóng)業(yè)操作在農(nóng)業(yè)?？偼侠瓩C質(zhì)量是16000公斤。根據(jù)經(jīng)濟合作與發(fā)展組織(代碼2)報告最大動力輸出軸功率測量在2200轉(zhuǎn)243千瓦的燃油消耗率嗎198 g /千瓦小時(ECE-R24)。發(fā)動機的最大扭矩1482海里在引擎1450 rpm的政權(quán)。傳動裝置是精心“不一樣的”傳達(dá)。事業(yè)聯(lián)動機制是一個類別II / III與提升11800公斤。
在拖拉機B2和C2 8.134 l發(fā)動機6081 hrw37 JD安裝,儲備扭矩的40%,這能夠滿足所有的拖拉機需求預(yù)期表現(xiàn)最差的農(nóng)業(yè)在農(nóng)業(yè)操作。拖拉機總重量是14000公斤。根據(jù)經(jīng)合組織(代碼2)報告最大的權(quán)力來衡量動力輸出軸在2002轉(zhuǎn)217千瓦燃料消耗率193克/千瓦小時(ECE-R24)。在發(fā)動機最大扭矩1320海里轉(zhuǎn)速為1400 rpm。傳播是“AutoPower。聯(lián)動機制是一個類別II / III 10790丹的提升力。
兩個模型都是電子控制拖拉機發(fā)動機和燃料供給系統(tǒng),滿足排放法規(guī)。從提交的技術(shù)特點的拖拉機,B和C看到所有三個拖拉機全功能forperforming困難操作不同的農(nóng)業(yè)技術(shù)生產(chǎn)。拖拉機B和C有相同的技術(shù)特征,和實踐是相同的類型和模式,除了拖拉機B進(jìn)入操作在2007年5月,一輛拖拉機C 6月2007年。一輛拖拉機實驗農(nóng)場,這是技術(shù)文檔的基本模型,在7月份進(jìn)入操作2009年。保持農(nóng)業(yè)技術(shù)的主要任務(wù)提供功能和機器的可靠性。維護所有三個拖拉機是通過機器商店所擁有的用戶升級選擇。
十個工程師(分析師)致力于維護和操作拖拉機的采訪。他們評價R,D和F表1中給出。首先,拖拉機是計算的有效性?？梢钥闯隹煽啃允怯墒姆治鰩熢u為優(yōu)秀(6/10 = 0.6),平均三(0.3)和一樣好(0.1)。以這種方式獲得評估R在表單中，在下一步中,這些評估是映射在模糊集(圖1)為了獲得評估(1)。例如,可靠性在這個例子中確定(11),它是語言0.6變量優(yōu)秀加入重量。
因此,模糊集優(yōu)秀定義為:Rexc=(1/0,1/0,1/0,4/0.25 5/1.0)(據(jù)嗎圖1)。這樣的特定的值模糊集優(yōu)秀Rexc0.6 =(1 / 0.6(0),2 / 0.6(0),3 / 0.6(0),4 /(0.25 - 0.6),5 /(1.0 - 0.6)}。剩下的四個語言變量被以同樣的方式對待。最后對于每個j = 1,。5具體隸屬度函數(shù)(最后一行,表2)被添加到最后拖拉機可靠性模糊形式(1):這些fuzzificated評估(11)和(12)是合成所必需的評估的有效性,使用max-min邏輯。在這種情況下可以使C = 53 = 125組合,走出48的結(jié)果。
第一個結(jié)果是組合2-2-3:E2-2-3(0.025,0.05,0.125),哪里X2-2-3 =(2 + 2 + 3)/ 3 = 2(四舍五入為整數(shù))。最小值的隸屬度函數(shù)這一結(jié)果的是0.025。其他的結(jié)果和相應(yīng)的我的值如表3所示。所有這些結(jié)果都可以圍繞尺寸X = 2、3、4和5。拖拉機在很大程度上為0.30065(與30%)評估那么好,拖拉機在很大程度上0.27538(27.5%)評估一樣好,而拖拉機C在很大程度上為0.25468平均(25.5%)評估。它可以得出的結(jié)論是,C是最糟糕的,當(dāng)拖拉機只是稍微比B,特別是如果我們看到的評估為優(yōu)秀的28.8%,而B的程度23.8%的程度。分析了拖拉機可以提出的有效性如圖3。,它可以更清楚地看到,拖拉機的最大的效果。如果這個評估(EA,EB,EC)defuzzificated是重心點計算- Z(Bowles & Pelaez,1995),我們得到了評估的效果如下:
這就意味著在1 - 5(即從貧困的規(guī)模優(yōu)秀)拖拉機是最好的和拖拉機C是最壞的打算。驗證的實現(xiàn)結(jié)果,統(tǒng)計分析的可用性,像家庭與有效性概念,已經(jīng)被使用。那在我們的模型顯示,拖拉機是最好的,和C的壞的效果。在現(xiàn)實中,如果我們分析的可用性,它是看到2904 moto-hours拖拉機在工作3130年可用moto-hours;如果10000 moto-hours計算,在9244年的工作將花費moto-hours。拖拉機B的10004年moto-hours可用,它花9069moto-hours在工作,和拖拉機C 9981可用moto-hours花了9045年的工作。實驗表明,更可靠和有效的拖拉機是少是延遲。在某種程度上,這個初始的優(yōu)勢消滅更糟糕的物流交付備件的時候涉及到拖拉機,拖拉機a . 1100年moto-hours工作可憐的物流在維護希望8個工作日, 一個給定的拖拉機和它極大地影響了可維護性的下降帶來的好處,因此相同的效率(內(nèi)部技術(shù)PKB)總剝削的下降。
1.結(jié)論
本文提出一種模型有效性的評估技術(shù)系統(tǒng)、精確農(nóng)業(yè)機械、基于模糊集理論。表現(xiàn)作為整體的有效性指標(biāo)系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量,即為整個測量技術(shù)系統(tǒng)的可用性?？煽啃?、可維護性和功能表演已經(jīng)公認(rèn)的有效性參數(shù)或指標(biāo)。語言可以被任命為形式所有提到的共同特征指標(biāo)。因此模糊集理論出現(xiàn)自然工具建模的有效性。在本文中,應(yīng)用模糊集理論,這是必要的定義:語言變量及其描述隸屬函數(shù)、模糊規(guī)則的組成和模型集成和去模糊化。模糊的成分即max-min邏輯已經(jīng)被用于集成的有效性指標(biāo)有效性的整體性能,最適合集成的方法模糊集的隸屬函數(shù)和質(zhì)心點去模糊化的模糊數(shù)的計算數(shù)值。Max-min組合模型,它暴露在這篇文章中,沒有以這種方式處理相應(yīng)的文獻(xiàn)。另外,在案例研究中,模型的模糊化的問卷調(diào)查的結(jié)果,它代表的正是所積累的方式工程師的知識和技能。
提出的模型可以作為一個簡單的工具的快速估計的有效性即為農(nóng)業(yè)服務(wù)的質(zhì)量機械、基于專家判斷和估計。在同時,該模型不需要復(fù)雜的IT基礎(chǔ)設(shè)施。分析實現(xiàn)模糊集和適當(dāng)?shù)哪：行钥煽啃浴⒖删S護性和功能表現(xiàn)可以糾正措施的指導(dǎo)購買的方向嗎的設(shè)備,結(jié)構(gòu)調(diào)整,改變的維護政策或管理/運營商變更
本文具體分析了三個拖拉機,標(biāo)志著一個B和C,這表明更高效的拖拉機越頻繁宕機。在某種程度上,這種最初的優(yōu)勢就終止了窮交付備件物流。
感謝
研究工作得到了塞爾維亞共和國教育部和科學(xué)界的支持。
畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
課題名稱：
大蒜收獲機設(shè)計
畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
課題名稱
大蒜收獲機設(shè)計
課題來源
教師科研
課題類型
工程設(shè)計
1．選題的背景及意義：
大蒜作為我國最重要的經(jīng)濟作物之一，對出口經(jīng)濟做出了巨大的貢獻(xiàn)，既可調(diào)味，又可入藥，廣受歡迎。種植面積廣，伴隨而來的是收獲難度高。國外已有大蒜聯(lián)合收獲機投入使用，國內(nèi)的機械化水平卻不高。大蒜的最佳收獲時間較短，實現(xiàn)機械化能最大限度地減少時間和人力的投入，產(chǎn)品能提前進(jìn)入市場。目前使用的收獲機還有諸多缺陷，這樣的問題亟待解決，這也意味著這一方向的研究前景十分廣闊。
2．研究內(nèi)容擬解決的主要問題：
1. 自走式手扶大蒜收獲機總體傳動方案
2. 振動劇烈，人機交互體驗差
3. 升降裝置開關(guān)繁瑣
4. 轉(zhuǎn)向費力而困難
5. 整車受力不均，結(jié)構(gòu)欠合理，工藝性差
6. 防塵性能差
3．研究方法技術(shù)路線：
研究方法：（1）文獻(xiàn)研究法。（2）調(diào)查法。（3）模型法。（4）定量分析法。（5）定性分析法。
技術(shù)路線：文獻(xiàn)搜集、實地測量→建立空間模型→有限元分析，進(jìn)一步找出缺陷→優(yōu)化設(shè)計→模擬實驗、數(shù)值分析，判斷是否合理→修正模型→細(xì)節(jié)優(yōu)化，制作使用說明書→生產(chǎn)試運行
4．研究的總體安排和進(jìn)度計劃：
第一周 布置畢業(yè)設(shè)計題目，進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計調(diào)研（實習(xí)）。
第二周 畢業(yè)設(shè)計調(diào)研（實習(xí)）。
第三周 收集相關(guān)資料。完成開題報告。
第四周 原理設(shè)計、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
第五周 傳動系統(tǒng)設(shè)計
第六周 工作機構(gòu)設(shè)計
第七周 工作機構(gòu)設(shè)計
第八周 控制系統(tǒng)設(shè)計
第九周 強度校核及零部件優(yōu)化設(shè)計
第十周 三維實體造型并畫必要的零件圖及裝配圖的工程圖
第十一周 仿真分析
第十二周 翻譯英文資料
第十三周 編寫、整理設(shè)計說明書
5．主要參考文獻(xiàn)：
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指導(dǎo)教師意見：
指導(dǎo)教師簽名： 2015 年 3 月 12 日
教研室意見：
通過，同意開題。
教研室主任簽名： 2015 年 3 月 12 日
學(xué)院意見：
通過，同意開題。
教學(xué)院長簽名： 2015 年 3 月 12 日
《大蒜收獲機的優(yōu)化設(shè)計》的文獻(xiàn)綜述
內(nèi)容摘要
本文主要對國內(nèi)外的大蒜機械化收獲技術(shù)進(jìn)行調(diào)查，了解國外機械化收獲農(nóng)作物的水平，摸清國內(nèi)大蒜收獲機械化的現(xiàn)狀，重點分析不同收獲機在作業(yè)過程中存在的問題，充分借鑒各型號的優(yōu)點，學(xué)習(xí)農(nóng)機各系統(tǒng)的設(shè)計方法，以期形成一套優(yōu)化設(shè)計方案。
關(guān)鍵詞：大蒜收獲機 手扶拖拉機 問題分析 優(yōu)化設(shè)計
第1章 前言
大蒜，產(chǎn)于中亞和西亞。兩千多年前，出使西域的張騫將其帶回國來。人們不僅發(fā)現(xiàn)它是風(fēng)味絕佳的調(diào)料品，還能去腥殺菌，各家各戶大范圍地種植起來?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)又發(fā)現(xiàn)了它的醫(yī)學(xué)價值，有防治心血管疾病、抗氧化的功效，在H7N9禽流感時期發(fā)揮著重要的作用。然而廣受歡迎的大蒜，收獲起來可不是一件容易的事。山東是全國最大的大蒜種植區(qū)，當(dāng)?shù)氐乃廪r(nóng)也抱怨收蒜很累，手都要磨出泡，更別說經(jīng)年累月蹲在田里，面朝黃土背朝天。除此之外，人工收蒜時間長，一旦錯過最好的時期，損失就十分嚴(yán)重。于是，在國內(nèi)，一些大蒜收獲機應(yīng)運而生。大蒜收獲機是指在大蒜的成熟時期，用于對大蒜進(jìn)行挖掘、去土、輸送、整理、切莖、收集、轉(zhuǎn)運等農(nóng)藝環(huán)節(jié)或單項、或多項、或全部環(huán)節(jié)進(jìn)行收獲的農(nóng)機具。
山東省在2013年以一定規(guī)模采用了大蒜收獲機，其較高的效率受到蒜農(nóng)的歡迎，河南、江蘇等地也紛紛仿效。然而，這幾年過去，大蒜收獲機暴露出越來越多的問題。
第2章 國內(nèi)外大蒜收獲機分析
2.1國外大蒜收獲機
2.1.1美國TopAir公司GW和GL系列
以下是美國TopAir公司GW 4400型大蒜收獲機[1]實體結(jié)構(gòu)示意圖：
前方由動力源拖拉機帶動液壓及動力連接機構(gòu)實現(xiàn)整機的行走功能。在作業(yè)過程中，挖掘鏟深入泥土將大蒜蒜須切斷，連同部分泥土一起挖掘上來，到達(dá)分離輸送鏈，經(jīng)分離輸送之后到達(dá)鋪條機構(gòu)。若無其他輔助農(nóng)機，挖掘的大蒜將直接拋入田中。
因其分離輸送鏈并沒有特殊的分離土塊的裝置，所以有一個比較明顯的缺點是土塊分離不完全，這也是部分國產(chǎn)大蒜收獲機一個待解決的問題。
下圖是該公司GL 2400大蒜撿拾機，為在GW 4400上加裝撿拾裝置后的農(nóng)機：
其裝備撿拾裝置之后，配合一名工作人員，能夠完成大蒜挖掘、去土、輸送、撿拾、整理等功能，已經(jīng)是初具雛形的聯(lián)合收獲機，在國內(nèi)外處于領(lǐng)先水平。其收蒜效率大大提升。
但是全程帶蒜秧作業(yè)，經(jīng)過的環(huán)節(jié)越多，機器的負(fù)擔(dān)越大，消耗的能源越多。
2.1.2法國ERME公司RL系列和RE系列
法國是歐洲農(nóng)業(yè)最發(fā)達(dá)的國家之一，其機械化、現(xiàn)代化程度高，以中小農(nóng)場的經(jīng)營方式為主。法國政府鼓勵建立高等、中等農(nóng)業(yè)教育，極大提高了農(nóng)民的素質(zhì)。在其大蒜種植區(qū)，農(nóng)民們愿意投資大蒜收獲機，收獲機械得到廣泛應(yīng)用。
下圖是法國打捆式大蒜收獲機：
RL1型收獲機適合于逐行收獲。在其對準(zhǔn)一行大蒜之后，分禾器將此行大蒜與別行區(qū)分開來，然后進(jìn)行挖掘作業(yè)，夾持膠帶將大蒜送至打捆機構(gòu)，拍土。當(dāng)大蒜數(shù)量達(dá)到一定值時，打捆機構(gòu)進(jìn)行打捆。然后工作人員操縱開關(guān)把蒜捆送至后側(cè)。
此機器的操作對工作人員要求有點高：工作人員不僅要控制整機前進(jìn)方向，避免駛?cè)肫渌庑校€要隨時注意捆蒜機構(gòu)中蒜秧的數(shù)量，長時間作業(yè)容易出錯。
下圖是該公司RE1型單行切秧式大蒜聯(lián)合收獲機：
其工作原理與RL1型有許多相似之處，但其具備切秧機構(gòu)，還配備工人清洗切下的大蒜頭，無疑為后續(xù)工作省去了許多麻煩。
我們仔細(xì)觀察就能發(fā)現(xiàn)，無論是RL1還是RE1，都是單行收獲。雖然之后推出的RL和RE其他系列能一次收獲最多達(dá)5行，但是為了不損傷大蒜，對蒜行的要求是間距50cm左右。在中國，土地資源一向是農(nóng)民們十分珍惜的，蒜行間距從13cm到35cm不等，主要集中在20cm左右。照搬國外的技術(shù)肯定是行不通的。但是其切秧機構(gòu)的配置值得我們學(xué)習(xí)。
2.1.3西班牙J.J.BROCH 公司
西班牙是世界第二大大蒜出口國，近幾年更是成為歐洲最大的大蒜生產(chǎn)商。大蒜的機械化收獲占據(jù)著重要地位。
西班牙J.J.BROCH 公司也生產(chǎn)打捆式和切秧式收獲機：
相比較法國ERME公司的產(chǎn)品，西班牙公司注重了舒適性，給打捆式加上了頂棚，也更注重效率，針對打捆式和切秧式分別研制出兩行和四行的機型，但同時兩行打捆式需要2名操作人員。但不適用于國內(nèi)，原因與上面是一樣的。切秧式要求的最小行距是35cm，不能滿足國內(nèi)大部分蒜距要求。
2.2國內(nèi)大蒜收獲機
2.2.1 4DS_1000型大蒜挖掘機
需求是發(fā)明之母。山東金鄉(xiāng)縣是中國著名的大蒜之鄉(xiāng)。進(jìn)出口、致富增收的愿望讓人們不堪重負(fù)，迫切需要實現(xiàn)收獲的機械化。4DS_1000型大蒜收獲機[2]根據(jù)山東省農(nóng)業(yè)機械管理局的“大蒜挖掘機”的項目合同書終于研制出來。
其可與泰山-12型拖拉機配套使用。拖拉機經(jīng)齒輪箱將動力傳至挖掘系統(tǒng)和撥禾器的變速箱。其主要采用旋轉(zhuǎn)刀具進(jìn)行挖掘。作業(yè)過程中，旋轉(zhuǎn)刀具在土中不斷旋轉(zhuǎn)，切斷大蒜根系，同時松動泥土，將大蒜拱起，一次來是蒜土分離。前后撥禾器將蒜頭撥向兩邊，防止輪胎壓蒜。
然而，土表之下的情況難以確定。如遇石塊較多的土壤，旋轉(zhuǎn)刀具的損失就會過多。同時，原研究人員也提出，此機型適用于平原地區(qū)。對于起伏幅度過大或者過于頻繁的地貌就不適宜了。不過4DS_1000型一改國外通過“挖”的起蒜方式，采用旋轉(zhuǎn)刀具，為大蒜的挖掘提供了新思路。
2.2.2 4DS-2型大蒜挖掘機[3]
它與拖拉機的掛接方式采用的是三點懸掛式，驅(qū)動輪附加同軸的鏈輪作為動力源。作業(yè)過程中，驅(qū)動輪帶動大鏈輪，接著帶動小鏈輪轉(zhuǎn)動。小鏈輪作為一個動力樞紐，通過錐齒輪、離合器的傳動使拋擲輪轉(zhuǎn)動。拋擲輪的作用是將挖掘鏟挖掘上來的蒜土進(jìn)行分離。
然而，效率并不高。通過實地實驗，作業(yè)效率大概是4DS_1000型的2/3。不過，其緊湊的結(jié)構(gòu)值得學(xué)習(xí)，蒜土分離的方案值得借鑒。
2.2.3 4S-85型大蒜挖掘機
4S-85型大蒜收獲機[4]，主要由挖掘裝置、碎土裝置、分離裝置、輸送裝置、鋪放裝置等部分組成。
4S-85與東風(fēng)—12型手扶拖拉機配套可一次完成破土、碎石、切根、篩選集條等各項作業(yè)。機器到達(dá)田間，液壓升降裝置降下，挖掘鏟靠自身重力入土至指定深度。行進(jìn)過程，挖掘鏟切斷大蒜根須，蒜土一起進(jìn)入碎土輥，再進(jìn)過泥土分離器的作用將土去除。去土的大蒜從兩防滑輪之間落入田里。
在實地實驗過程中，出現(xiàn)了一些故障：一是振動挖掘鏟臂偏心連桿機構(gòu)中的螺紋連桿螺絲損壞，主要是因為加工材料選用45鋼，而且后期淬火和退火處理工藝不過關(guān)；二是振動挖掘鏟斷裂，經(jīng)仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)，鏟身使用的65Mn鋼板上有缺口，當(dāng)振動挖掘鏟碰上田埂等造成應(yīng)力集中導(dǎo)致斷裂。[5]
2.2.3 4S-6型大蒜挖掘機[6]
該機具與8.8kW以上的手扶拖拉機配套使用，限深輪一端為前進(jìn)方向。工作時操作液壓裝置使機身下沉到指定深度，大蒜經(jīng)過旋轉(zhuǎn)犁刀8、分秸器9、犁刀-振動篩聯(lián)合體之后被拋入田中。期間，工作人員操作位于機身后部的方向盤和液壓手柄。
振動分離的方案值得借鑒，但是大蒜在振動篩上的行程較短，蒜土分離未必充分；另一方面，操作人員位于機身后部，視野不夠開闊，所以對方向的操控要求比較高。
第3章 總結(jié)
經(jīng)過對文獻(xiàn)資料的分析，發(fā)現(xiàn)：
1.國外的大蒜收獲機已經(jīng)有較高的自動化水平，能夠完成大蒜挖掘、去土、輸送、撿拾、整理等功能，具備撿拾裝置和切秧裝置的機型大大減少了工作量。但是有些機型蒜土分離不充分。收獲機對行距的要求也不符合我國國情。
2.國內(nèi)的收獲機設(shè)計的思路還是比較開闊的：有使用旋轉(zhuǎn)刀具切斷蒜須的，有使用拋擲輪或者振動篩來分離蒜土的。但是機器暴露在外的部分較多，一方面零部件容易損壞老化，另一方面蒜秧易纏結(jié)在機身上，除此之外易操作性（視野、方向盤是否省力）和舒適性（振動引起的不適）這樣的人機交互體驗還需改進(jìn)。自動化水平還需向發(fā)達(dá)國家看齊。
3.我們要借鑒國外先進(jìn)機型的優(yōu)點，結(jié)合國產(chǎn)機器的問題，在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行優(yōu)化，使機器更加穩(wěn)定；在功能上進(jìn)行優(yōu)化，使機器更易用；在細(xì)節(jié)上進(jìn)行優(yōu)化，使操作人員更舒適。
4.下一步的目標(biāo)：以一體的剛性結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，改善傳動路線，優(yōu)化挖掘、分離蒜土的機構(gòu)，合理安排操作人員的位置來改善視野和工作環(huán)境。
參考文獻(xiàn)
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[10] Jiannong Song，Jianjun Liu. Mechanized Harvest of Garlic: A Review.[A]. Collection of Extent Abstracts of 2004 CIGR International Conference Volume.2[C].2004
指導(dǎo)教師意見：
文獻(xiàn)查閱豐富，條理清楚，具有一定的深度和時間性，能反映出這一專題的歷史背景、研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，情報學(xué)價值。對課題研究具有較高的價值。
指導(dǎo)教師簽名： 2014年 2 月 17日
教研室審查意見：
同意。
室主任簽名： 2014 年 2 月 18 日
學(xué)院審查意見：
同意。
教學(xué)院長簽名： 2014 年 2 月 20 日
自走式大蒜收獲機設(shè)計
作者姓名：
摘要
近年來，農(nóng)業(yè)的發(fā)展受到了大家的重視，其中包括怎樣實現(xiàn)大蒜機械化收獲，而大蒜作為國內(nèi)主要農(nóng)作物之一，它的地位毋庸置疑，并且大蒜的經(jīng)濟性越來越顯著，所以大蒜機械化收獲受到關(guān)注。大蒜的傳統(tǒng)人工收獲包括大蒜的挖掘、剪徑以及拾掇、裝運，人工勞動強度非常大，效率也不高，丟失比較厲害。又因為大蒜的季節(jié)性強，要求收獲時間短，所以大蒜的機械化收獲就顯得尤為重要。
為此，結(jié)合已有的大蒜收獲機結(jié)構(gòu)，研發(fā)了一種新型的自走式手扶大蒜收獲機。該機包含大蒜的扶苗桿、切莖刀具、挖掘鏟、運輸鏈條、收集網(wǎng)袋等機械裝置。先采用高速旋轉(zhuǎn)刀具對大蒜進(jìn)行切徑，并用扶苗桿對大蒜苗進(jìn)行一個簡單的扶持以便于去除蒜秧。然后利用平面三角挖掘鏟挖起大蒜，通過運輸鏈條實現(xiàn)大蒜與土壤的分離，最后將大蒜收集到機器收集框的網(wǎng)袋里面。設(shè)計在上面的柴油機能提供充足的動力，運用二級減速箱減速，保證整個過程的行走速度在合理范圍內(nèi)。并結(jié)合摩擦離合器，來控制大蒜收獲機的啟動和停止。
關(guān)鍵詞：手扶大蒜收獲機;平面三角挖掘鏟; 大蒜與土壤的分離;減速箱
Design of self-propelled?garlic harvester
Abstract
In recent years, everybody attach importance to the development of agriculture, including how to carry out the garlic harvest mechanization, and garlic is one of the main plant of agricultural in our country, It is in the position in agriculture is very important, and garlic economy is more and more useful, So people are concerned about garlic mechanized harvest. Traditional artificial way of garlic harvest is digging, garlic harvesting and ripping, shipment, artificial results will be very tired, the efficiency is not high, the situation of the loss of garlic is very serious. And since the harvest of garlic is very seasonal, require short time of the harvesting, so the garlic mechanized harvesting is particularly important.
Therefore, It combined the garlic harvester has a structure, the design of a new type of self-propelled walking harvester for garlic. The machine of machinery including clamping garlic seedlings tool rod ，the knife cut the seedling of garlic ，digging shovel，transportation chain，collecting bag ，etc. First of all, the use of high speed rotary tool cutting diameter of garlic, and the tool rod clamp the seedlings of garlic to remove it easily. Then garlic is digging up by Triangle-flat-shovel, garlic and soil be separated by the transport chain, the garlic is collecting mesh the bag of collection box. Design on the diesel engine provides ample power, using gear box reducer to slow the rotation speed, ensure the whole process of the walking speed in a reasonable range, and combined with the friction-clutch control start and stop of the garlic harvester.
Keywords: self-propelled?walking?harvester for garlic; Triangle-flat-shovel; the separation of?garlic?and soil; the gear box.
目錄
第1章 緒論 5
1.1研究目的和意義 5
1.2大蒜收獲的農(nóng)藝要求 6
1.3國內(nèi)外大蒜收獲機械現(xiàn)狀 7
1.4本文研究內(nèi)容和預(yù)期成果 13
第2章 大蒜收獲機整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 15
2.1設(shè)計要求 15
2.2總體結(jié)構(gòu)及工作原理 15
2.3大蒜收獲機結(jié)構(gòu)組成 17
2.4大蒜收獲機的創(chuàng)新性 17
第3章 傳動裝置設(shè)計 19
3.1動力源 19
3.2減速裝置 20
3.3離合器 25
第4章 切莖裝置設(shè)計 28
4.1切莖裝置總述 28
4.2刀具的形狀以及參數(shù) 28
4.3限深輪 29
4.4扶禾稈 30
4.5清理裝置 30
4.6切莖裝置的傳動 30
第5章 起蒜和蒜土分離裝置設(shè)計 32
5.1起蒜裝置 32
5.2蒜土分離置 33
5.3挖掘鏟部位輔助裝置 34
第6章 行走輪及其軸的校核 35
6.1行走輪 35
6.2行走輪軸的校核 35
結(jié)論 39
致謝 40
參考文獻(xiàn) 41
第1章 緒論
1.1研究目的和意義
近年來，大蒜在人們心中的地位日益提高。大蒜是半年生草本植物，百合科蔥屬，富含營養(yǎng)，口味獨特，用途廣泛[2]。大蒜具有奇強的抗菌消炎作用，現(xiàn)在知道能有抗菌效果的天然植物中大蒜是最明顯的作物。既能抗疲勞、抗衰老、保護肝功能，也能抗癌、防癌、治療陽痿、保護心血管。另外大蒜在工業(yè)方面，可做一些調(diào)味品，食品添加劑原材料，也可以用來做飼料添加劑和美容化妝品的原材料[1]。
根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）統(tǒng)計，最近的某一年全球大蒜收獲大約1400萬噸，收獲面積約為1706萬畝。而其中，國內(nèi)大蒜收獲面積就為956萬畝，產(chǎn)量為1060萬噸，占世界總量的3/4，為世界第一大蒜生產(chǎn)國，統(tǒng)計到參與的蒜農(nóng)多達(dá)500多萬戶[1]。國內(nèi)把大部分大蒜使用于內(nèi)銷和深加工。山東金鄉(xiāng)縣、河南沈丘縣、江蘇邳州市、廣西玉林市等地是大蒜主要出口的地方。臨近港口的華北大平原山東、河南、江蘇三省的接壤部分受地理位置和氣候條件影響，種植規(guī)模尤為突出，也就是說在山東金鄉(xiāng)縣500公里范圍內(nèi)集中種植的大蒜長勢以及質(zhì)量明顯的好于其他種植地區(qū)[1]。目前由于國內(nèi)處于社會產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型階段，大部分青壯年進(jìn)城打工，導(dǎo)致農(nóng)村勞動力相對短缺時代，留在農(nóng)村大多是老人、婦孺以及讀書的孩子。因此每到大蒜收獲季節(jié)，大蒜收獲的人工價格為每畝500元~700元，人工收獲是要從地里把大蒜挖出來并用剪刀剪斷大蒜根須和蒜莖，并且這個時候處于農(nóng)忙時，蒜農(nóng)都得集中在一星期把大蒜收獲，缺工短力。所以把人工收獲轉(zhuǎn)為機械收獲，不僅能減少勞動力、節(jié)約成本，也能很好的把利益最大化。并由于大蒜收獲季節(jié)主要集中在5月，種植面積大、產(chǎn)量多，若為人工收獲，那么人工勞動強度特別大，其中損傷大蒜的情況也比較多，收獲效率也會降低。大蒜收獲效率低和大蒜損傷率高的這些問題成為了大蒜收獲的關(guān)鍵，另外這些也將影響到大蒜后續(xù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[1]。迫切解決大蒜機械化收獲，把人工收獲轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械收獲，已經(jīng)成為大蒜產(chǎn)業(yè)的重要的一步。
目前，國外已經(jīng)有了幾種大蒜收獲機，有的技術(shù)與裝備比較成熟，也有的是初代產(chǎn)品，研發(fā)階段。但是，國內(nèi)外作業(yè)環(huán)境不同，收獲方式也有區(qū)別，所以很難適應(yīng)國內(nèi)一些地區(qū)的需求。國內(nèi)也有個人及團體研發(fā)了幾款大蒜收獲機，目前來說，跟發(fā)達(dá)國家開發(fā)的大蒜收獲機相比較，國內(nèi)的大蒜收獲近還有一些不足，生產(chǎn)力需要提高?，F(xiàn)階段，蒜農(nóng)還是依靠人工來完成大蒜的收獲，有少部分地區(qū)使用半機械大蒜挖掘犁，但是它容易傷蒜，效率也不高，難以滿足蒜農(nóng)的需求。所以如果現(xiàn)在有一款的大蒜收獲機作業(yè)效率高，適用性強，那么它就很容易被人采納以及廣泛的推廣。
本文根據(jù)大蒜收獲的需求，并結(jié)合農(nóng)村生產(chǎn)模式的特點設(shè)計一款手扶式大蒜收獲機。初步計劃設(shè)計一款中小型的大蒜收獲機，適用于農(nóng)村低成本高效率的經(jīng)濟特點，并且努力提高大蒜收獲機的作業(yè)質(zhì)量，簡單設(shè)計機械結(jié)構(gòu) ，減少功率上其他方面的浪費。
1.2大蒜收獲的農(nóng)藝要求
大蒜果實生長在土壤中，屬于莖塊薯類農(nóng)作物，半年生草本植物，百合科蔥屬。它果實大小不一樣，是影響大蒜機械收獲的因素之一；大蒜收獲時大蒜土壤堅實度和土質(zhì)含水量，不同地方是有差異的；大蒜收獲時蒜頭剛剛從地里翻起還比較鮮嫩，這個時候怕弄傷大蒜，然后太陽直射對大蒜也有影響；這些綜合在一起，都是設(shè)計大蒜收獲機要考慮的，大蒜收獲作業(yè)條件變化大，所以說大蒜機械化收獲不容易[2]。
大蒜成熟后，其收獲時長是有時間限制。大蒜太早收獲時大蒜不一定成熟飽滿，經(jīng)過微微陽光照射后，大蒜皮會癟下去產(chǎn)量和美觀都打不到要求；收獲太晚時大蒜會因為長勢過多，容易大蒜裂頭。綜上所述，大蒜的最好在七天之內(nèi)完成收獲。如果大蒜沒有在這七天之內(nèi)收獲完成，大蒜的質(zhì)量和售價都會受到一定程度的影響。
因為大蒜農(nóng)藝收獲的要求特別高，大蒜機械化收獲的機具同樣的得有很高的作業(yè)能力。大蒜收獲機要在不同土壤、不同土質(zhì)的環(huán)境下工作，適應(yīng)能力要很強，并且可靠操作性高，工作效率好等特點。大蒜收獲機要一次作業(yè)能完成，切莖、挖掘、去土、收集，可直接放到運輸車上。再放置到大蒜集中地。全程應(yīng)該減少人力的參與，從而降低了人工勞動強度，提高了大蒜收獲的機械化。同時，要注意大蒜收獲過程中的收貨質(zhì)量，盡量減少大蒜的損傷率和太陽暴曬度[9]。
1.3國內(nèi)外大蒜收獲機械現(xiàn)狀
①國外大蒜收獲機現(xiàn)狀
現(xiàn)階段國外大蒜機械化收獲的技術(shù)比較成熟，并且推廣性強。美國，法國，西班牙等國家都生產(chǎn)了比較好大蒜收獲機。下面介紹幾種大蒜收獲機生產(chǎn)公司和機型：
1）美國TopAir公司。美國TopAir公司是以生產(chǎn)大蒜收獲機和洋蔥收獲機而出名。該公司生產(chǎn)的大蒜收獲機主要有大蒜挖掘鋪條機和大蒜撿拾機，都是分段式工作[5]。
大蒜挖掘鋪條機。圖1-1為GW4400型4行大蒜挖掘鋪條機結(jié)構(gòu)圖，其工作原理：先用挖掘鏟直接從土壤中挖起大蒜，然后由挖掘鏟和挖掘鏟上部的拔輪共同工作，把大蒜和泥土帶至分離輸送鏈上，分離輸送鏈將大部分泥土在運送過程從大蒜中分離出來，去掉泥土后的大蒜頭經(jīng)過集條裝置被鋪放在地面上，對大蒜進(jìn)行少許的晾曬。該機還能夠安裝其他輔助裝置：①切頂裝置，安裝刀具切斷大蒜莖稈，實現(xiàn)大蒜機械化“聯(lián)合收獲”；②風(fēng)選裝置，利用風(fēng)選裝置去除碎葉和其他較輕的雜質(zhì)。此機具和90kw功率的拖拉機配套使用，生產(chǎn)效率為20 hm^2/h，一次兩行，壟距為100~112mm。該機由拖拉機后驅(qū)動軸提供動力，由液壓系統(tǒng)控制整個裝置機械結(jié)構(gòu)。該機缺點是收獲的大蒜中會有少許土塊，而且該機不能單獨作業(yè)還需要和大蒜撿拾機一起配套作業(yè)[3]、[4]。
圖1-1 GW4400型4行大蒜挖掘鋪條機
1.鋪條機構(gòu) 2.液壓及動力連接機構(gòu) 3.挖掘鏟
4.分離輸送鏈 5.車輪
大蒜撿拾機。圖1-2是該公司生產(chǎn)的GL2400型大蒜撿拾機結(jié)構(gòu)示意圖，其工作原理：首先經(jīng)過前面裝置大蒜已經(jīng)鋪放成條，用撿拾鏟和撥輪從土壤中撿拾到分離輸送鏈上，利用分離輸送鏈抖動，在大蒜運送過程中，清理部分泥土，然后大蒜經(jīng)傳送鏈傳遞，進(jìn)入清選機內(nèi)，將混入大蒜中的雜物利用風(fēng)選系統(tǒng)清理掉，再將經(jīng)過初步清理的大蒜頭送至人工工作臺進(jìn)行進(jìn)一步清理泥土，此時有兩名人工參與到機具作業(yè)過程中，一處是在凈蒜較多的一側(cè)，工人用手撿掉運輸線上的土塊，另外一處是土塊較多的一側(cè)，工人從土塊中挑選出大蒜，最后由輸送裝置將大蒜送進(jìn)其后跟著行走的收集車上，再送到大蒜集中地。此大蒜撿拾機配套動力是110KW功率的拖拉機，生產(chǎn)效率為0.82/h,作業(yè)行距為400~420mm。該機和GW4400型4行大蒜挖掘鋪條機一起配套使用，可以完成大蒜聯(lián)合收獲。該機是由拖拉機后驅(qū)動軸驅(qū)動，其上裝有液壓控制等操作系統(tǒng)，作業(yè)效率高。該機不足之處是在收獲過程中，機具容易纏繞雜草，并且預(yù)留蒜莖過長[4]。
圖1-2 GL2400型大蒜撿拾機
1.車輪 2.分離輸送鏈 3.清選機 4.人工撿拾平臺
5.輸送器 6.液壓及動力連接 7.撿拾鏟
2）法國ERME公司。該公司在法國是比較有名的農(nóng)業(yè)機械機具生產(chǎn)廠家，生產(chǎn)的大蒜聯(lián)合收獲機得到眾人廣泛的認(rèn)可，其中代表機具有打捆式和切秧式大蒜收獲機，這兩款收獲機的動力是由拖拉機所帶的液壓裝置提供。這兩種收獲機有一個比較明顯的優(yōu)點就是：經(jīng)該機收獲后的大蒜，后續(xù)生產(chǎn)非常容易。但是，該機作業(yè)效率相對與其他機具來說比較低[4]。
打捆式大蒜聯(lián)合收獲機。圖1-3 RL1型單行打捆式大蒜聯(lián)合收獲機的結(jié)構(gòu)示意圖， 其工作原理：分禾器5將大蒜莖導(dǎo)入夾持膠帶7中，挖掘鏟6挖斷大蒜根莖，夾持膠帶7夾持大蒜莖經(jīng)傳送到打捆機構(gòu)1，同時拍土裝置拍打大蒜根須部，清理其附著在上面的泥土。當(dāng)一定數(shù)量的蒜秧被打捆器收集時，打捆器打捆蒜秧并送至橫向輸送帶，然后人工控制橫向輸送帶開關(guān)把蒜秧送至后側(cè)。該機具配套36.75KW（50hp）功率的拖拉機，行走速度約4km/h，RL1型可以相對拖拉機橫向移動130cm，最小收獲行距為40cm。
圖1-3 RE1型單行打捆式大蒜聯(lián)合收獲機
1. 打捆機構(gòu) 2.工作人員座椅 3.機架 4.液壓連接系統(tǒng)
5.分禾器 6.挖掘鏟 7.夾持膠帶 8.車輪 9.橫向輸送帶
切秧式大蒜聯(lián)合收獲機。圖1-4為RE1型單行切秧式大蒜聯(lián)合收獲機結(jié)構(gòu)示意圖，其工作原理與打捆式收獲機類似，其結(jié)構(gòu)有蒜秧夾持輸送裝置、大蒜的挖掘裝置和大蒜清土裝置等機械裝置，大蒜蒜莖被夾持輸送膠帶8送至切秧機構(gòu)1中，刀具切斷蒜莖后，蒜頭掉進(jìn)橫向輸送鏈3上，然后由橫向輸送鏈3送到其后的收集網(wǎng)袋中，進(jìn)行自動化收集。該機具在撿拾工作臺上需要一名工人進(jìn)行人工清選大蒜。該機配套44.1kw（60hp）功率的拖拉機，行走速度約3km/h。行距要求為43~55cm[4]。
圖1-4 RE1型單行切秧式大蒜聯(lián)合收獲機
1.切秧機構(gòu) 2.揀拾工作臺 3.橫向輸送鏈
4.噸袋拖桿 5.車輪 6.液壓連接系統(tǒng) 7.機架
8.夾持膠帶 9.挖掘鏟 10.分禾器
3）西班牙J.J.BROCH。
打捆式大蒜聯(lián)合收獲機。圖1-5為兩行打捆式大蒜聯(lián)合收獲機的結(jié)構(gòu)示意圖，其工作原理與RL型打捆式大蒜收獲機類似，相當(dāng)于把其兩個機具組合在一起使用。該機具配套44.1kw（60hp）功率的拖拉機，作業(yè)效率為2~3/d,該機作業(yè)是需要兩名工作人員同時工作，該機最小行距為40cm[4]。
圖1-5 兩行打捆式大蒜聯(lián)合收獲機
1.分禾器 2.液壓連接系統(tǒng) 3.工作人員座椅
4.夾持膠帶 5.橫向輸送帶 6.拍土器 7.挖掘鏟
切秧式大蒜聯(lián)合收獲機。圖1-6為4行切秧式大蒜聯(lián)合收獲機的結(jié)構(gòu)示意圖，其工作原理與RE型切秧式大蒜收獲機類似，相當(dāng)于把其4個機具組合在一起。該機具配套735kw（100hp）功率的拖拉機，工作效率為45/h，行距在400mm以上[4]。
圖1-6 4行切秧式大蒜聯(lián)合收獲機
1.液壓連接系統(tǒng) 2.夾持膠帶3.切秧機構(gòu)
4.拍土器 5.機架 6.挖掘鏟7.機架 8.分禾器
另外，韓國，日本等也研發(fā)出了幾種大蒜收獲機，韓國有16種以上關(guān)于大蒜的機械專利，日本有8種以上關(guān)于大蒜的機械專利，基本上是以小型收獲機。這些機具可以一次完成大蒜的挖掘、運輸、去土和自動收集等農(nóng)藝工序，工作行距為40cm左右。它們的工作性能都不錯，但是作業(yè)效率有待提高、經(jīng)濟性低，不利于在國內(nèi)大面積推廣。
②國內(nèi)大蒜收獲機現(xiàn)狀
近幾年來，國內(nèi)漸漸重視農(nóng)業(yè)機具方面的生產(chǎn)發(fā)展能力，實行農(nóng)民購買農(nóng)業(yè)機器的會有補貼的利民政策，大蒜收獲機也從中慢慢發(fā)展起來，越來越多的大蒜收獲機被研發(fā)出來。國內(nèi)已有42項關(guān)于大蒜收獲機械的實用專利，被商家采用并投入在生產(chǎn)線的將20種。這些農(nóng)業(yè)機具，有的是只能夠收獲大蒜的收獲機具，有的是能夠收獲土豆、花生等共用的收獲地下農(nóng)作物機具，包括分段式收獲機和聯(lián)合收獲機。但是，由于大蒜播種因各地域的性質(zhì)不同而沒有統(tǒng)一，大蒜在地里不規(guī)則生長，所以大蒜機械化收獲沒有大面機的推廣。
下面介紹幾款國內(nèi)的大蒜收獲機：
(1)4DS-1000型大蒜挖掘機。圖1-7為4DS-1000大蒜挖掘機的結(jié)構(gòu)示意圖圖，其工作原理：拖拉機輸出軸提供動力經(jīng)變速箱傳遞給挖掘輪裝置，另外傳動裝置將一部分動力傳遞給后撥禾裝置的減速箱中。此機具挖掘裝置采用旋轉(zhuǎn)式挖掘刀具，并且解決了一個大蒜地膜纏繞在機具上難清理的問題。同時為了避免拖拉機輪胎行走時壓傷大蒜，該機具設(shè)計了前、后撥禾器將蒜頭撥向兩邊，減少了大蒜損傷率。該機具配套動力為泰山-12型拖拉機，行距要求為18~30cm，一次作業(yè)4行，工作幅度100cm，生產(chǎn)效率0.1/h，另外該機使用液壓系統(tǒng)控制升降[6]。
圖1-7 4DS-1000大蒜挖掘機
1.齒輪箱 2.傳動鏈條 3.旋轉(zhuǎn)刀具 4.限深輪 5.撥禾器
6.機體 7.后撥禾器
（2）4DS-2型大蒜收獲機。圖1-8為4DS-2大蒜挖掘機結(jié)構(gòu)示意圖，該機是由拖拉機拖動，采用3點懸掛方式，動力源為拖拉機驅(qū)動輪和同軸鏈輪，解決了拖拉機取力困難的問題該機可以調(diào)節(jié)挖掘深度，整機縱向長度較小，機組的縱向穩(wěn)定性高，該機具配套動力為泰山-12型拖拉機，一次收獲2行，挖掘深度在12~150mm范圍內(nèi)，生產(chǎn)率為0.067hm^2/h[6]。
圖1-8 4DS-2大蒜挖掘機
1.手扶拖拉機 2.限深輪 3.挖掘鏟 4.分離輸送鏈 5.傳動鏈
（3）4S-85收獲機。圖1-9為4S-85大蒜收獲機結(jié)構(gòu)示意圖，該機具配套東風(fēng)-12型手扶拖拉機，可以一次完成碎土、斷根、蒜土分離、集條鋪放等農(nóng)業(yè)環(huán)節(jié)。該機適用于沙性土壤里工作，篩選裝置能夠使蒜頭和土完全分離，并集中在一起鋪放?？傮w來說，該大蒜收獲機工作是效率不錯，大幅度降低了人工收獲的勞動強度，并且此款大蒜收獲機得到了當(dāng)?shù)厮廪r(nóng)們的肯定[6]。
圖1-9 4S-85大蒜收獲機
1.限深輪 2.液壓千斤頂 3.機體 4.手扶拖拉機離合器
5.拖拉機底盤6.液壓泵 7.柴油機 8.防滑輪
9.左右撥禾輪 10.泥土分離器 11.碎土輥 12.挖掘鏟
③大蒜收獲機存在的問題
盡管已有了這么多的大蒜收獲機，但是或多或少還存在一些問題：
1）大蒜收獲機具因為種植模式的阻礙而難以推廣。各地方蒜農(nóng)的大蒜種植方式各不一樣，沒有形成規(guī)范、統(tǒng)一的大蒜種植模式，使大蒜收獲機具難以去適應(yīng)各種各樣的種植模式。舉例說明，有些地區(qū)蒜農(nóng)是采用壟作式種植，有些地區(qū)蒜農(nóng)是采用平播式種植，并且每行之間的距離不規(guī)范，沒有規(guī)范的種植模式。并且有些蒜農(nóng)在大蒜地里套種其他農(nóng)作物，不同蒜農(nóng)套種農(nóng)作物不一樣，另外就算套種同一種農(nóng)作物，它的行距又是不一樣的，單個大蒜收獲機適應(yīng)不同種植模式的要求就比較困難。綜上所述，因為大蒜收獲機的適用性，造成某一地區(qū)的大蒜收獲機在另外地區(qū)的復(fù)雜推廣形勢[2]。
2）大蒜收獲機設(shè)計本身存在的一些問題。①大蒜收獲機適用性不高。有些大蒜收獲機能在土質(zhì)呈粘性的環(huán)境下很好工作，但是在沙性土壤中工作情況就不行；②有些大蒜收獲機設(shè)計缺少清理輔助結(jié)構(gòu)，大蒜收獲機很容易被塑料薄膜和大蒜蒜稈纏繞，從而影響到大蒜機械收獲質(zhì)量[2]。
所以，開發(fā)一款效率高、適用性廣的大蒜收獲機勢在必行。
1.4本文研究內(nèi)容和預(yù)期成果
1）研究內(nèi)容
本設(shè)計針對大蒜收獲時的一些問題，并考慮到大蒜種植的地方大量的使用手扶拖拉機，根據(jù)農(nóng)機動力這些特點，設(shè)計一款由9.7KW柴油機提供動力并結(jié)合二級減速箱的手扶大蒜收獲機。[5]該自走式手扶大蒜收獲機能夠完成大蒜的切徑、挖掘蒜頭、蒜土分離、輸送蒜頭和自動收集到網(wǎng)袋等作業(yè)，能夠滿足大蒜的農(nóng)藝環(huán)節(jié)收獲要求。同時該機設(shè)計為可拆卸結(jié)構(gòu)，當(dāng)把切莖裝置拆下來后，剩余作業(yè)部件能夠用于馬鈴薯，花生等農(nóng)作物的收獲。也可以拆卸柴油機，用作其他用途?？傮w來說，該機提高了農(nóng)業(yè)機具的使用率，避免了資源浪費，減輕了農(nóng)民的一些經(jīng)濟負(fù)擔(dān)。
2）預(yù)期成果
經(jīng)過本章節(jié)開始所闡述的大蒜收獲機研究目的和意義、研究內(nèi)容、以及分析了國內(nèi)外目前大蒜收獲機的現(xiàn)狀后，得出了一個結(jié)論：適合國內(nèi)現(xiàn)在農(nóng)業(yè)需求的大蒜收獲機還沒有被設(shè)計出來。為此，預(yù)針對大蒜收獲機收獲效率不高、推廣難等問題，設(shè)計一款手扶大蒜收獲機。本次設(shè)計的預(yù)期成果是：設(shè)計一臺能一次自動完成對大蒜切莖、起蒜、去土、收集等農(nóng)藝環(huán)節(jié)的打算收獲機，并且該機具有收獲效率高，作業(yè)性能良好，推廣容易等特點。
另外本次畢業(yè)設(shè)計，先根據(jù)已有的資料，初步確定設(shè)計方向，并結(jié)合所學(xué)的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計方法和步驟，確定設(shè)計一款自走式并能夠?qū)嵭新?lián)合收獲的大蒜收獲機的方案，并且該機結(jié)構(gòu)有創(chuàng)新點，總結(jié)歸納技術(shù)路線如圖1-10所示：
文獻(xiàn)檢索、調(diào)研
綜合分析已有機具、找出存在問題
設(shè)計結(jié)構(gòu)方案
建立三維模型
行走輪軸的強度校核
圖1-10 設(shè)計路線
第2章 大蒜收獲機整體結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.1設(shè)計要求
參考已有的地下農(nóng)作物機械收獲技術(shù)要求，特別是塊根、塊莖作物機械化收獲技術(shù)要求，然后根據(jù)蒜農(nóng)的基本需求，大蒜機械化收獲的要求如下：
1）起蒜和蒜土分離。收獲機能完整的挖起大蒜，并且對大蒜的損傷要達(dá)到很少或者沒有的情況，大蒜損傷包括蒜皮被劃傷、切傷以及大蒜被壓傷，大蒜的機械化收獲大蒜損傷率應(yīng)低于1%[8]。
2）有足夠的工作幅度以及不掉蒜、不漏蒜。大蒜的機械化收獲工作幅度是被限制的，所以工作幅度應(yīng)該盡量大，其收獲效率高。大蒜一次收獲中，不應(yīng)該有掉蒜、漏蒜的情況發(fā)生，避免人工的再次撿拾，增加勞動強度[9]。
3）防護裝置應(yīng)該做好。機器作業(yè)地方有很多雜草和蒜秧，防護裝置是保護工作部件不被纏繞，機具工作流暢、不被打斷。
4）有一定的適應(yīng)性。該機能夠在不同土質(zhì)、不同濕度的情況下正常工作；能夠在蒜秧倒伏、蒜秧干枯或者青綠的情況下正常工作；在大蒜生長地平坦或者低洼的情況下，也能正常工作[10]。
5)機具能一機多用，增加機器使用率。該機不僅能夠在大蒜收獲中，還能夠其他農(nóng)作收獲過程中使用，提高機器使用效率，減少蒜農(nóng)購買其他機具。
6)機器便于操作，保養(yǎng)方便。為了使機器便于操作和保養(yǎng)方便，設(shè)計該機具時，盡量使其結(jié)構(gòu)簡單，減少不必要的輔助裝置，使用低成本的材料。
2.2總體結(jié)構(gòu)及工作原理
該機由扶禾稈、切莖刀具、挖掘鏟、輸送裝置、收集網(wǎng)袋、以及減速裝置等機械結(jié)構(gòu)組成。圖2-1為大蒜收獲機結(jié)構(gòu)圖，
1 2 3 4 5 6
7 8 9 10 11 12 13 14 15
圖2-1 大蒜收獲機
1.皮帶 2.柴油機 3.變速箱殼 4.換擋器 5.機架
6.手扶架 7.扶禾稈 8.錐齒輪殼 9.刀具稈 10.刀具
11.限深輪12.挖掘鏟 13.傳輸鏈 14.大行走輪 15.收集框
其工作原理為，該機作業(yè)時高速旋轉(zhuǎn)切徑刀具切斷大蒜的莖；挖掘鏟對深陷土壤中大蒜進(jìn)行松土和挖起；挖掘鏟后的一塊橫板，把大蒜收到傳輸鏈條上；在傳輸鏈條上對大蒜進(jìn)行蒜土分離；大蒜運送到鏈條后端，落入套在收集框上的收集網(wǎng)袋，完成大蒜的收集作業(yè)。其中扶禾稈在機具行進(jìn)時，夾持蒜莖，便于刀具切斷。該機可以一次自動完成對大蒜切徑、起蒜、去土、收集等農(nóng)藝環(huán)節(jié)的大蒜收獲機。該機結(jié)構(gòu)簡單，由手扶稈控制行走速度和行走方向。該機由手搖啟動方式，現(xiàn)在有前檔和空檔位，由離合器控制，和減速器聯(lián)合使用。該機由轉(zhuǎn)速2300r/min、最大功率9.7kw（13馬力）的ZH195A柴油機提供動力。工作幅度為650mm，一次收獲三行，挖掘深度40mm，機具行走速度約為2.52km/h，行距要求為160mm。該機不同于一些收獲機的先起蒜、再切莖過程，而是先切莖、再起蒜。并且多行作業(yè)，提高了機具工作效率。
該機啟動方式是先將離合器置于空檔，手搖啟動柴油機，然后回到手扶架位置即兩手握住手扶稈，再將離合器置于前檔，機具行走。手扶架上有操縱機構(gòu)，用來控制制動裝置，機具的行走速度和行走方向的轉(zhuǎn)變，還包括控制油門和變速等功能。
2.3大蒜收獲機結(jié)構(gòu)組成
大蒜收獲機的是由很多裝置組成起來的，大蒜收獲機的結(jié)構(gòu)組成如圖2-2所示：
動力源 9.7kw ZH195A柴油機
刀具
扶禾桿
切莖裝置 萬向輪
清理裝置
切莖裝置的傳動
挖掘鏟
大蒜收獲機
傳輸抖動裝置 傳輸鏈和抖動輪
傳動裝置 減速箱配套離合器
行走裝置 使用高摩擦力的橡膠輪胎
控制裝置 控制啟動、變向、停止等
其他裝置 制動裝置、收集柵條和收集框
圖2-2 大蒜收獲機
下面會根據(jù)大蒜收獲機的結(jié)構(gòu)組成對其裝置結(jié)構(gòu)一一做詳細(xì)介紹
2.4大蒜收獲機的創(chuàng)新性
該機在結(jié)構(gòu)上的設(shè)計的創(chuàng)新點歸納為：
1.改變的大蒜收獲的順序，把切莖環(huán)節(jié)提前，并能夠完成聯(lián)合收獲；
2.增加了新的結(jié)構(gòu)在大蒜收獲機中，在大蒜收獲機的切莖裝置安裝粉碎刀具，粉碎大蒜秧苗。其裝置不僅能防止雜物纏繞刀具桿上，也能清理秧苗在大機器前的堆積，粉碎后還能做肥料。
3.該機可拆卸?？梢圆鹦肚星o裝置，其余作業(yè)部件可以收獲土豆、花生等農(nóng)作物；柴油機可以拆卸，可用于其他動力源的輸出。這種“一機多用”模式對機器的使用效率非常高，不會閑置機具，也可以少購買一些農(nóng)業(yè)機具，并且在以后的的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，“一機多用”模式肯定能得到極大的推廣。
第3章 傳動裝置設(shè)計
3.1動力源
1）動力源的放置
動力源可以和作業(yè)部件分開，也可以裝在作業(yè)部件上。
方案一：作業(yè)部件和手扶拖拉機配套使用。設(shè)計大蒜收獲機的作業(yè)部件包括切莖、起蒜、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)，然后懸掛在手扶拖拉機前面。通過控制手扶拖拉機來驅(qū)動大蒜作業(yè)部件工作。
方案二：動力源單獨使用，設(shè)計傳動裝置和換擋裝置。使用一款柴油機，裝在作業(yè)部件機架上，動力經(jīng)皮帶傳遞給傳動系統(tǒng)。操縱機構(gòu)同樣安裝在手扶稈上，控制其動力輸出和轉(zhuǎn)向等操作。
方案一的大蒜收獲機的農(nóng)藝環(huán)節(jié)要有收集裝置，當(dāng)作業(yè)部件和收獲拖拉機配套使用時，其收集裝置不能合理的設(shè)計出來。方案二的農(nóng)機機具其結(jié)構(gòu)簡單，便于操作和保養(yǎng)，另外柴油機可拆卸，當(dāng)農(nóng)機閑置下來時可以把柴油機用到其他方面。經(jīng)過綜合考慮，選用方案二，柴油機安裝在作業(yè)部件上。設(shè)計其傳動系統(tǒng)，減速裝置，以及手扶桿操作系統(tǒng)等必要裝置。
2）動力源的選擇
參考已有的大蒜收獲機動力源提供的功率，選擇一款高功率、高轉(zhuǎn)矩、低轉(zhuǎn)速的柴油機。所以該機動力源是由沂南縣瑞豐內(nèi)燃機有限公司生產(chǎn)的ZH195A柴油機提供動力，表3-1是該柴油機的明細(xì)參數(shù)，
表 3-1 柴油機技術(shù)規(guī)格
項目
規(guī)格
項目
規(guī)格
型號
ZH195A
燃油消耗率（g/kw h）
≤256.5
形式
單缸、臥式、四沖程
機油消耗率（g/kw h）
≥2.72
燃燒方式
直噴式
冷卻方式
蒸發(fā)水冷
缸徑×行程（mm）
95×100
潤滑方式
壓力與飛濺復(fù)合式
壓縮比
18±1
啟動方式
手搖啟動
1小時功率
9.7kw
凈重量（kg）
108
12小時功率
8.82kw
功率輸出方式
飛輪端輸出
額定轉(zhuǎn)速
2300r/min
外形尺寸
670×378×560
此款柴油機啟動極其簡單，輸出功率很大、損耗油量低，并且具備外形體積小、整體重量輕等特點，另外它的操作方便、維護簡單、可靠性好。該柴油機用途非常廣泛，可用于小型工程機械的產(chǎn)品中，如農(nóng)用手扶拖拉機、玉米粉粹機，配合使用提供動力 [7] 。
3.2減速裝置
1）變速總述
大蒜收獲機先用皮帶傳動傳遞給傳動裝置，傳動裝置輸出使用鏈條傳動。因為鏈條傳動適合在惡劣的環(huán)境下運行。大蒜收獲機的行走速度要控制在2~3km/h，而動力源提供的轉(zhuǎn)速在2300r/min,所以使用減速器把速度控制下來。下面計算其傳動比，
行走輪的直徑D=680mm
而 V=ωR （3-1）
ω=2πN （3-2）
所以，N= （3-3）
取V=0.7m/s
所以，N=30.4r/min
而柴油機額定轉(zhuǎn)速n=2300r/min
那么λ==75.66
經(jīng)過初步計算，需要四級減速，所以采用一個二級減速箱，并在減速箱的兩端也在減速。減速箱和離合器配套使用，離合器用來控制機具的檔位。
設(shè)減速箱的兩端傳動比分別為λa、λb,二級減速箱傳動比為λ0。λa=2，λb=3.23，λ0=11.745。下面對減速箱是對減速箱的具體計算過程。
2）減速箱計算
根據(jù)文獻(xiàn)[19]，可知齒輪傳動效率， =0.96，=0.99，=0.97，
（1）分配傳動比
設(shè)減速箱兩級傳動比分別為，λ1、λ2，λ1=（1.3~1.5）λ2，兩級大齒輪直徑相近，去λ1=1.4λ2。所以，λ1=4.05，λ2 =2.9。
（2）計算各軸轉(zhuǎn)速 （r/min）
柴油機額定轉(zhuǎn)速n=2300
Ⅰ軸（高速軸）
轉(zhuǎn)速：n= （3-4）
Ⅱ軸（中間軸）
轉(zhuǎn)速：n= （3-5）
Ⅲ軸（低速軸）
轉(zhuǎn)速：n= （3-6）
（3）計算各軸輸入功率
輸柴油機輸出功率：P=P=9.7KW
Ⅰ軸（高速軸）：P=P （3-7）
Ⅱ軸（中間軸）：P=P （3-8）
=8.94KW
Ⅲ軸（低速軸）：PP （3-9）
=8.59KW
（4）計算各軸輸出轉(zhuǎn)矩：
柴油機輸出轉(zhuǎn)矩：T=9.55=9.55 （3-10）
=4.03N
Ⅰ軸（高速軸）輸入轉(zhuǎn)矩：
T=9.55 （3-11）
Ⅱ軸（中間軸）輸入轉(zhuǎn)矩：
T=9.55 （3-12）
Ⅲ軸（低速軸）輸入轉(zhuǎn)矩：
TN （3-13）
將上述計算結(jié)果統(tǒng)計在表3-2內(nèi)，如下：
表3-2各軸的功率、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速
軸 號
功率（KW）
轉(zhuǎn)矩（N）
轉(zhuǎn)速（）
柴油機
9.7
4.03
2300
Ⅰ軸
9.312
7.7
1150
Ⅱ軸
8.94
3.01
283.5
Ⅲ軸
8.59
8.38
97.91
（5）齒輪參數(shù)
表3-3為高級齒輪參數(shù)，如下：
表3-3高速級齒輪相關(guān)參數(shù)（單位mm）：
名稱
符號
計算公式及說明
模數(shù)
M
2.5
壓力角
齒頂高
2.5
齒根高
=(+)m=3.75
全齒高
=(+)m=5.62
分度圓直徑
=m Z=35
163.75
齒頂圓直徑
=m=37.5
=（）=166.25
齒根圓直徑
=31.875
=160.625
基圓直徑
=
=
中心距
表3-4為低級齒輪參數(shù)，如下：
表3-4低速級齒輪相關(guān)參數(shù)（單位mm）
名稱
符號
計算公式及說明
模數(shù)
m
4
壓力角
齒頂高
=4
齒根高
=(+)m=5
全齒高
=(2+)m=9
分度圓直徑
=m Z=54
=m176
齒頂圓直徑
=（）m=58
=（）m=180
齒根圓直徑
=()m
=49
=()m
=171
基圓直徑
（1）軸類零件設(shè)計
軸Ⅰ
分析其軸上零件裝配，其軸Ⅰ設(shè)計如圖3-1所示：
圖3-1 軸Ⅰ
其軸上受力圖以及軸的彎矩圖和扭矩圖如圖3-2所示：
圖3-2 軸Ⅰ
軸Ⅱ
分析其軸上零件裝配，其軸設(shè)計如圖3-3所示：
圖3-3軸Ⅱ
其軸上受力圖以及軸的彎矩圖和扭矩圖如圖3-4所示：
圖3-4軸Ⅱ
軸Ⅲ
分析其軸上零件裝配，其軸設(shè)計如圖3-5所示：
圖3-5 軸Ⅲ
其軸上受力圖以及軸的彎矩圖和扭矩圖如圖3-6所示：
圖3-6 軸Ⅲ
3.3離合器
離合器使用彈簧摩擦離合器，安裝在變速箱殼內(nèi)，是柴油機和減速器的過渡件[16]。其主要作用是控制傳動系統(tǒng)的結(jié)合和分離，通過操縱桿實現(xiàn)控制機具的空檔和前檔檔位。用于機具的啟動、停止和轉(zhuǎn)向，其結(jié)構(gòu)圖如圖3-7所示。
圖3-7 摩擦離合器
控制裝置在手扶桿上，用手扶桿上的扶手把控制大蒜收獲機的啟動、停止以及轉(zhuǎn)向。
1）機具的啟動和停止。
（1）換擋原理
機具啟動和停止的控制結(jié)構(gòu)圖如圖3-8所示，檔位桿控制著離合器與變速箱的輸入軸的分離和接合。離合器在正常情況下處于接合狀態(tài)，當(dāng)機具啟動時控制B方向手把，檔位桿移向B位置，將檔位桿置于空檔位置，啟動后控制B方向手把，檔位桿移向A位置，將檔位桿置于行進(jìn)檔，離合器接合機具運行；機具停止時，控制B方向手把，檔位桿移向B位置，離合器分離，然后柴油機停止，機具停止。B方向手把使用旋鈕式的單行程，不會自動回程:當(dāng)檔位桿移向B位置后，如果不控制手把，檔位桿不會沿著A方向返回A位置。
1 2 3
A B
圖3-8 控制結(jié)構(gòu)圖
1. 彈簧 2.檔位桿 3.剎車線
（2）離合器控制結(jié)構(gòu)圖
檔位桿和離合器通過弧形連接桿相連，研究汽車離合器的控制連接方式，設(shè)計該機具離合器控制連接結(jié)構(gòu)圖如圖3-9所示。[16] A位置連接柴油機傳入到變速箱的軸，B位置連接減速箱輸入軸,檔位桿沿著C方向移動。當(dāng)機具空檔時，檔位桿移向C位置帶動其連桿向左移動，其后離合器內(nèi)壓板和摩擦盤分離，離合器處于分離狀態(tài)；當(dāng)檔位桿回位時，連接桿向右移動，其后離合器內(nèi)壓板和摩擦盤接合，離合器處于接合狀態(tài)。該離合器控制結(jié)構(gòu)參照汽車離合器連接方式，檔位桿和手扶拖拉機剎車線連接。
C
A B
圖3-9 離合器控制連接圖
2）機具的轉(zhuǎn)向
該機在車輪與行走輪軸連接位置安裝摩擦離合器，實現(xiàn)該機的轉(zhuǎn)向。當(dāng)需要轉(zhuǎn)向時，握緊要轉(zhuǎn)向的那一側(cè)的手扶桿上的轉(zhuǎn)向手把，使該側(cè)離合器分離，切斷其驅(qū)動力，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。另外需要注意的是，應(yīng)該盡量避免起步時候和下坡的轉(zhuǎn)向。
第4章 切莖裝置設(shè)計
4.1切莖裝置總述
切莖裝置是一個組合結(jié)構(gòu)，如圖4-1所示，實現(xiàn)大蒜稈莖的扶起和對大蒜稈莖的切斷功能。它是由柴油機提供轉(zhuǎn)速，傳給皮帶輪3，再通過皮帶輪2傳遞給齒輪殼1，齒輪殼1內(nèi)有一對錐齒輪，實現(xiàn)變向過程，然后傳給刀具桿上的刀具，高速旋轉(zhuǎn)，切斷蒜桿。扶禾稈5是大蒜收獲機行走時，對倒地的蒜苗扶起，并對其行程一個夾持力，便于刀具的切徑。限深及導(dǎo)向輪8在機具在行走時控制其方向和入土深度。
當(dāng)卸下切莖裝置時，該機還可以收獲土豆，花生等農(nóng)作物，同樣滿足其收獲的農(nóng)藝環(huán)節(jié)。切莖裝置用螺釘和整機機架連接，便于固定和拆卸方便。
1 2 3 4
5 6 7 8
圖4-1 切莖裝置
1.齒輪殼 2.皮帶3.皮帶輪4.機架
5.扶禾稈6.刀具7.刀具桿8.限深輪
4.2刀具的形狀以及參數(shù)
在錐齒輪殼內(nèi)有一對傳動比為1的錐齒輪，把動力源提供的轉(zhuǎn)速改變方向。切莖位置有三把刀具，刀具如圖4-2所示，旋轉(zhuǎn)刀具切斷大蒜稈莖，三道刀具工作增寬作業(yè)幅度。該刀具采用W18Gr4V ，這種原材料是在鹽浴爐或箱式爐中加熱到1200～1275℃然后油冷，用540～570的溫度回火，硬度HRC不小于63。適合做高速旋轉(zhuǎn)的工具鋼 [20] 。
刀具小圓直徑 D1=100mm
刀尖直徑 D2=190mm
刀具厚度 H=6mm
所以，刀具轉(zhuǎn)速ω=2πn=14444r/min 圖4-2 刀具
而刀具功率P=9.7kw
所以，刀具轉(zhuǎn)矩為T=9.55=4.03N
該刀具片刃使用5片可以形成不對稱的一個合理的力學(xué)動力,當(dāng)單片葉片不具備動力勢能時,其他的雙片片處于勢能狀態(tài),雙片勢能葉片自然可以輕松帶動一片暫時不具備勢能葉片,可以節(jié)省能量，并且提高工作效率。
4.3限深輪
安裝在切莖裝置上的行走輪有限深作用。其結(jié)構(gòu)如圖4-3所示，切莖裝置在行走時，該輪在土壤上行走，控制其后的挖掘鏟陷入土中深度。其結(jié)構(gòu)上部配合軸承安裝在機架上，其支架能夠在動載或者靜載中水平360度旋轉(zhuǎn)，在收獲機轉(zhuǎn)向時能自由旋轉(zhuǎn)。
圖4-3限深輪
限深輪離地面的高度可以調(diào)整，通過移動上下兩個桿孔位置對齊，來調(diào)整其高度限深輪離地面的高度，然后用螺釘緊固如圖4-4所示。
圖4-4 升降孔位
4.4扶禾稈
在機具前端部位的機構(gòu)是扶禾稈。其作用是機具行進(jìn)時扶起倒伏蒜莖，并對高于土壤的大蒜莖上部行程一個夾持力，平衡刀具切莖時大蒜的泥土阻力，有便于大蒜的切莖。其結(jié)構(gòu)為圓形柵條，向下彎折，減少泥土擁堵阻力。另外其在于大蒜上部，不會對大蒜有損傷。
4.5清理裝置
機具在行進(jìn)時，工作順序是先對大蒜秧苗的切斷，再起蒜，那么就會遇到蒜秧在機具的刀具位置堆積以及收蒜時有蒜秧混入的情況，為了解決這一問題。設(shè)計了其清理裝置：在切莖刀具桿上安裝粉碎刀具，對蒜秧進(jìn)行粉碎，即使個別蒜秧沒有被粉碎，因為刀具旋轉(zhuǎn)不會堆積在收獲機前面，粉碎后的蒜秧在經(jīng)過后面的傳輸抖動裝置時，會掉落到地上，不會收集到收集框內(nèi)。該刀具結(jié)構(gòu)如圖4-5所示
圖4-5 粉碎刀具
此結(jié)構(gòu)裝置也是本次設(shè)計的一個創(chuàng)新點，把蒜秧粉碎到地里，作為后續(xù)農(nóng)作物的肥料，合理性和可行性都很高。
4.6切莖裝置的傳動
把柴油機提供的動力經(jīng)皮帶輪和轉(zhuǎn)軸傳到齒輪殼，齒輪殼內(nèi)的一對錐齒輪實行傳遞的轉(zhuǎn)向但不變速，再傳給刀具桿，其上刀具高速旋轉(zhuǎn)先切斷蒜秧、后粉碎蒜秧。錐齒輪圖4-6為:
其主要參數(shù)為：M=2 D=60mm B=20mm α=20°
傳動比λ =1
刀具轉(zhuǎn)速n=2300r/min
圖4-6 錐齒輪
此錐齒輪選用標(biāo)準(zhǔn)件。
第5章 起蒜和蒜土分離裝置設(shè)計
5.1起蒜裝置
1）挖掘鏟選用
挖掘鏟的任務(wù)是以帶最少的泥土量挖掘大蒜，并使土壤松碎，把大蒜送到其后的分離裝置上，并要求其所受阻力小，減少能量損失。用于該大蒜收獲機的可以使用平面鏟和曲面鏟，下面提供兩種方案對比。
方案一：
本方案選用三角平面鏟。三角平面鏟如圖5-1所示，三角平面鏟外形是三角形，鏟面平整，作業(yè)時由鏟柄推向土壤中，破土并取蒜，所受阻力小。
圖5-1 三角平面鏟
方案二：
本方案選用曲面鏟。曲面鏟的鏟面分為凹和凸性，增加了挖掘面積，泥土也很容易掉落。一般使用在有運動軌跡的挖掘機上。圖5-2所示的是凹面鏟。
圖5-2 凹面鏟
參考土豆、花生等作物的收獲機，三角平面鏟用的最為廣泛，曲面鏟應(yīng)用相對較少?？紤]整機的作業(yè)時，工作阻力比較大，能量損失也比較大，為了減少不必要的功率損失，減少其他阻力，故選擇方案一，使用三角平面鏟。
經(jīng)過以上的思考，并且其他結(jié)構(gòu)已經(jīng)設(shè)計完成，所以本次設(shè)計結(jié)構(gòu)成型，下面具體介紹大蒜收獲機的各個裝置。
2）挖掘鏟的參數(shù)確定
在方案選擇時分析了挖掘鏟的選用。該三角平面鏟鏟主要的參數(shù)包括鏟的形狀斜角γ，工作角度α以及其寬度B。鏟工作角度α越小，鏟的運行阻力也就越小，其值應(yīng)該小于22°，所以選α=18°；鏟寬B=110mm；鏟高H=80mm，為了保證鏟的清理能力，鏟的形狀斜角γ的大小應(yīng)該滿足不等式（2-1）：
90°-γ>φ （5-1）
其中，φ為土壤對鏟刃的摩擦角，大多數(shù)取27°~35°，
所以選γ=80°。
5.2蒜土分離置
蒜土分離裝置用傳輸抖動實現(xiàn)，傳輸鏈形狀如圖7-1所示。傳輸抖動裝置由桿條、鏈條和凸輪構(gòu)成。在傳輸鏈的中部位置，設(shè)計一個偏心抖動輪，緊靠輸送鏈條的上邊的底部位置。抖動輪以固定速度轉(zhuǎn)動，其最高點以不規(guī)則圓周運動，鏈條隨著抖動輪發(fā)生周期性變化，從而抖動傳輸鏈抖掉泥土。
抖動輪設(shè)計為凸輪，凸輪抖動輪工作性質(zhì)比較溫和，產(chǎn)生的沖擊力小，工作穩(wěn)定。抖動輪及傳輸鏈條位置如圖5-3所示。兩邊鏈條都有凸輪，兩凸輪之間有一連接稈，使其同步運動。傳輸鏈有規(guī)律的運動，不會兩邊抖動不同。
1 2
圖5-3傳輸鏈
1.鏈條 2.凸輪
另外，在傳輸鏈末端有收集大蒜的裝置，大蒜在傳輸鏈上直接送至收集網(wǎng)袋中。完成其自動收集。
5.3挖掘鏟部位輔助裝置
挖掘鏟輔助裝置。其作用是便于大蒜頭全部的運到傳輸鏈上，不掉蒜頭，避免人工的再撿拾。位于機具同挖掘鏟徑向位置，在機具旁邊，設(shè)計為柵條形狀。
第6章 行走輪及其軸的校核
6.1行走輪
行走輪使用橡膠輪胎,支撐整個機具的多數(shù)重量在土壤上運行，所以其承受能力要求強。因為大蒜收獲機行走速度不快，并且路況不好，載荷性能要求苛刻，所以機具行駛和牽引性能要求都很高，所以采用橡膠輪胎能，具體為人字花紋農(nóng)用機械輪胎。輪胎直徑68cm，輪胎最低點低于地面6cm。
6.2行走輪軸的校核
軸根據(jù)承受載荷的不同，分為轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動軸 [22] 。 轉(zhuǎn)軸既傳動轉(zhuǎn)矩又承受彎矩；傳動軸只傳遞轉(zhuǎn)矩而不承受彎矩或彎矩很??；心軸則只承受彎矩而不傳動轉(zhuǎn)矩，心軸又分為傳動心軸和固定心軸。本次設(shè)計的大蒜收獲機行走輪的軸應(yīng)屬于轉(zhuǎn)軸，給行走輪傳遞轉(zhuǎn)矩和支撐整個機具行走。多數(shù)情況下，軸的工作能力取決于軸的強度，做強度計算，以防止檢驗斷裂和塑性變形。行走輪軸承受機具的大部分重量，并且承受行走時的阻力，軸的強度要求很大。需要特別對軸進(jìn)行理論計算和校核。
軸的設(shè)計是滿足軸的強度要求為準(zhǔn)則，考慮其合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計——保證軸上零件有可靠的工作位置，裝配、拆卸方便，便于軸上零件的調(diào)整。由于軸系部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，先簡化成力學(xué)模型，再進(jìn)行計算。軸的設(shè)計計算中，當(dāng)載荷在零件上分布的長度小于軸長度時，集中載荷被替代成為分布載荷，其載荷上面作用點取軸輪轂寬度的中點，并且不考慮軸與軸上的零件自身重量，軸上支反力作用點的位置處理為鉸支座。但是在本次設(shè)計中，載荷在軸上的分布長度相對于軸的長度來說比較大，不能集中載荷來代替分布載荷。
裝置中軸的受力是其機具的重量整個大蒜收獲機重量以發(fā)動機和減速箱為主，并且承受轉(zhuǎn)矩。對于同時承受彎矩和轉(zhuǎn)矩的軸，可根據(jù)轉(zhuǎn)矩和彎矩的合成強度進(jìn)行計算。當(dāng)機具作業(yè)是所受阻力過大，下面進(jìn)行機具作業(yè)時，軸的校核。
1）按彎扭合成強度計算
根據(jù)其工作情況，簡化軸的結(jié)構(gòu)圖。其材料采用45鋼，調(diào)質(zhì)熱處理工藝。45鋼是中碳結(jié)構(gòu)鋼,冷熱加工性能都不錯,機械性能較好，45鋼調(diào)質(zhì)件淬火后的硬度應(yīng)該達(dá)到HRC56~59不能低于HRC48。
（1）做出軸的計算簡圖
軸上受的載荷是從軸上零件傳來的。計算時，將軸上分布載荷簡化為集中力，其作用點取為載荷分布段的中點。其計算簡圖如圖6-1所示，F(xiàn)為機具行走時所受阻力，查閱資料其公式為：
2F=F1+F2+9.8m （6-1）
F1=9.8fm=9.8×0.3×180N=529.2N （6-2）
F2= s·L·υ·tg (α+φ) +ks
=0.048 ×0.35×1900×9.8 ×tg (20°+30°)+24×0.048
=93.28N （6-3）
2F= F1+F2+