微型耕作機的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計-以合盛1Z-135型微耕機為研究對象
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學院本科生畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告表
論文(設(shè)計)名稱
微型耕作機的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計
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一、研究或設(shè)計的目的和意義:
本次設(shè)計的重點是對微型耕作機的動力部分、機械傳動部分、旋耕刀具部分和工作部件機安全性等部分進行的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。
窗體頂端
在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,農(nóng)民離不開先進適用的農(nóng)機新技術(shù)、新機具。迫切需要運用農(nóng)機新技術(shù)、新機具來改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件,減輕勞動強度,提高機械化水平。微型耕作機的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的舒適性原則產(chǎn)品是否好用,直接關(guān)系到“人性化”的設(shè)計是否能通過產(chǎn)品被人所接受,要設(shè)計出以人為中心、方便、舒適、適用的產(chǎn)品,設(shè)計人員必須協(xié)調(diào)多方面因素,包括:動機因素、美學因素、人機工程學因素、環(huán)境因素、文化因素等。運用人機工程學對產(chǎn)品的安全進行分析和設(shè)計目的是為了使用者在操作時不易發(fā)生誤操作以及不影響操作者的身心健康,使產(chǎn)品更具人性化。
2、 研究或設(shè)計的國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢:
在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,對于丘陵和山地的翻耕,農(nóng)民離不開先進適用的微型耕作機。運用它來改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件,減輕勞動強度,提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率,進而推動農(nóng)業(yè)的發(fā)展。隨著農(nóng)業(yè)機械化的大力推廣,微型耕作機操作簡單、成本低,適應(yīng)山區(qū)丘陵耕作。
微型耕作機是指功率≤7.5KW,可直接用動力結(jié)構(gòu)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)工作部件運轉(zhuǎn),主要用于果園、菜地、丘陵坡地等作業(yè)而設(shè)計的農(nóng)機產(chǎn)品。由于其結(jié)構(gòu)緊湊、操作靈活、維修方便等特點,因而廣泛應(yīng)用于丘陵的旱地、果園、菜地以及煙地的旋耕等環(huán)境的耕地作業(yè)。微型耕作機以柴油機或汽油機為動力,它可以在田間自由行使,便于人們使用和存放,省去了大型農(nóng)用機械無法進入山地的煩惱,是廣大農(nóng)民消費者替代牛耕的最佳選擇。微耕機在國內(nèi)生產(chǎn)和銷售的機型主要有兩款:一款是由風冷汽油機或水冷柴油機作為動力,皮帶或齒輪箱作為傳動裝置,耕作寬度大約為500-1200mm的旋耕刀具,?價格一般在2000-3500元之間,經(jīng)濟性較好,結(jié)構(gòu)也較為簡單,適合經(jīng)濟條件較差,用途較為簡單的地區(qū)使用。
中國是一個丘陵和山區(qū)占主要地表的以農(nóng)業(yè)為主的國家。近年來 ,隨著農(nóng)業(yè)改革的不斷深入和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整 , 我國的設(shè)施農(nóng)業(yè)得到了迅速發(fā)展。為適應(yīng)廣大農(nóng)民對溫室大棚機械化作業(yè)要求和山區(qū)丘陵、小田塊作業(yè)的需要, 我國自 20 世紀 90 年代初出現(xiàn)了多功能管理機, 又叫微型耕作機。歷經(jīng)十余年的歷程, 微型耕作機得到了一定的發(fā)展, 國內(nèi)眾多的科研生產(chǎn)單位陸續(xù)嘗試開發(fā)了一些較為適用的各型機具。農(nóng)業(yè)機械化已成為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標志。改革開放以來,我國農(nóng)業(yè)機械化水平取得了突飛猛進的發(fā)展,但是耕作機械的研究開發(fā),與國外相比仍然存在著較大的差距。因此,必須正視這種現(xiàn)狀,努力發(fā)展我國的耕作機械。
1.1 國外技術(shù)水平現(xiàn)狀
近幾年來,一些發(fā)達國家不斷將高、新、尖技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機械上來,使農(nóng)業(yè)機械不斷向智能化發(fā)展。國外的小型微耕機械發(fā)展較早,目前主要以日本、韓國、意大利、法國和美國等國家的產(chǎn)品為代表。歐洲國家的產(chǎn)品以園藝作業(yè)為主,主要功能有旋耕、剪草、短距離運輸?shù)?,而亞洲國家的產(chǎn)品則以農(nóng)業(yè)為主。歐洲機型的發(fā)動機動力軸多向后輸出,通過一對傘齒輪與輪軸齒輪箱連接,并通過傳動軸驅(qū)動剪草機、清雪機和粉碎機等園藝機具,這時扶手轉(zhuǎn)到發(fā)動機前面,其優(yōu)點是整機結(jié)構(gòu)緊湊 ,但驅(qū)動一些農(nóng)用機具時傳動不太方便,工作部件安裝位置不好布置。亞洲3.7kw以上機型在旱地深旋作業(yè)時多采用攪刀,這種刀的特點是碎土性能差(在一定轉(zhuǎn)速和前進速度下方可達到碎土性能要求);功率消耗大,所以動力小的機型不宜采用這種刀型。國外機型大部分都具有以下主要特點:小巧、靈活,外形美觀,操作方便(操作手把能旋轉(zhuǎn)并可調(diào)節(jié)高低);采用排放量低的小型汽油機或柴油機為動力;可方便、簡單??焖俚馗鼡Q多種部件,完成多項作業(yè)。目前,國外耕作機的發(fā)展趨勢主要有以下幾個方面:
1) 耕作機械產(chǎn)品向多品種、系列化方向發(fā)展。專業(yè)生產(chǎn)大中型耕作機械的松山株式會社和小橋工業(yè)株式會社的產(chǎn)品有50多個系列200多個品種,驅(qū)動耙產(chǎn)品有近30多個系列100個品種,且具有不同的配套動力、耕深、耕幅供用戶選用。
2) 向?qū)挿?、高速、高效方向發(fā)展。意大利“CELLI”公司的KR-P600型動力耙與132~176kW拖拉機配套,作業(yè)幅寬達到6m,耕深可達30cm;日本松山和小橋公司制造的寬幅水田驅(qū)動耙可折疊,配套動力為25.7~47.8kW,作業(yè)幅寬達3~4.17m,行駛或入庫時機體可對折將幅寬縮至1.8cm,與配用拖拉機輪幅相當。
3)向降低功耗、減少土壤有害壓實、聯(lián)合作業(yè)機具方向發(fā)展。將松土、碎土、作畦、起壟、開溝、播種、施肥和噴藥等多種作業(yè)中的幾項結(jié)合在 一個機組中,1次性作業(yè)行程即可同時完成幾項作業(yè)。德國的U155/4型耕—耙聯(lián)合機具的半懸掛犁與滾齒耙構(gòu)成組配式聯(lián)合作業(yè)機組,1次性作業(yè)可完成犁耕及耕后表層碎土。意大利的RA/50C型深松—犁耕聯(lián)合機具是由7齒深松機和8組圓盤犁組配而成,松土深度80~100cm,犁耕深度40~50cm。兩個機具用液壓缸連接,通過拖拉機的液壓輸出進行控制作業(yè)深度,并實現(xiàn)作業(yè)狀態(tài)與運輸狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。
4) 耕作機械向智能化與自動化方向發(fā)展。由于先進的制造技術(shù)、新材料的涌現(xiàn),電子技術(shù)、通訊技術(shù)等的進步,電子監(jiān)控、液壓和自動控制等技術(shù)在耕作機械上得到了廣泛的應(yīng)用。 在美國、加拿大等國家應(yīng)用液壓控制圓盤耙。圓盤耙組偏角的調(diào)整由液壓油缸(或絲桿機構(gòu))來實現(xiàn),同時可根據(jù)農(nóng)藝要求、土壤條件在作業(yè)時無極調(diào)節(jié)偏角,減輕了勞動強度。
5) 向工廠化農(nóng)業(yè)小型多功能機具發(fā)展。日本、西班牙以及韓國等國家采用了先進的小型動力和耕整機具,其動力一般為2.2~3.7kW的汽油機,可以減少棚室內(nèi)的污染;同時操縱把手可水平360°方向及垂直方向多級調(diào)整位置,使機具操縱靈活,并可在棚室側(cè)邊作業(yè)。
1.2 國內(nèi)耕作機的現(xiàn)狀
我國耕作機械起步較晚,經(jīng)歷了從犁鏵式耕地機、圓盤式耕地機、螺旋式耕地機和鏈式耕地機的四個發(fā)展歷程。在我國除極少數(shù)單位引進國外的連續(xù)式耕地機外,國產(chǎn)耕地機仍處于設(shè)計研發(fā)的初步階段。耕地機的歷史悠久,早期的犁鏵工具就是耕地機的雛形,只不過沒有動力驅(qū)動。到了上世紀 50 年代開始,伴隨著機械化的普及,而且在一些相關(guān)的部件和結(jié)構(gòu)原理沒有成型和系統(tǒng)的研究戰(zhàn)后的發(fā)達國家開始使用機械耕地機進行大范圍的農(nóng)耕化作業(yè),大大提高了勞動生產(chǎn)率?,F(xiàn)在隨著技術(shù)的不斷進步和日益增多的工作要求,耕地設(shè)備的研究走進了一個新的時代,較為成型的耕地設(shè)備不斷涌現(xiàn)。但國內(nèi)的耕地機的研究和使用起步比較晚。到了60 年代,旋轉(zhuǎn)式耕地機已發(fā)展成為一種先進的連續(xù)挖土機械。適宜開挖梯形截面的農(nóng)用溝渠。由于它牽引阻力小,能均勻散耕地內(nèi)土壤,工作效率高,因而獲得迅速的發(fā)展和廣泛的使用。從 70 年代末期開始,以鏈式耕地機的研究逐漸興起,到了 80 年代中期,美國等國已經(jīng)有了較為成型的鏈式耕地設(shè)備。隨著改革開放的不斷深入,生產(chǎn)建設(shè)全面啟動,城市土方施工工程規(guī)模越來越大,各方面都面臨著巨大的挖溝工作量。經(jīng)過 40 多年的發(fā)展,在耕地機應(yīng)用方面,以其生產(chǎn)效率高,成本低,設(shè)備簡單,組裝方便而被廣泛應(yīng)用。其工作效率突出,且擴大了使用范圍。目前國內(nèi)廠家生產(chǎn)的微耕機產(chǎn)品從地域上可分為南方型和北方型。南方機型結(jié)構(gòu)形式以參照歐洲的機型為主,在旋耕刀方面又吸取了日本產(chǎn)品的特點,初期以水田作業(yè)為主,逐步發(fā)展成水旱兼用。代表機型為廣西藍天和重慶合盛等微耕機產(chǎn)品。北方機型以參照韓國和我國臺灣的機型為主,代表機型有山東津通達機械廠和北京多力多公司等生產(chǎn)的微耕機產(chǎn)品。從性能和功能上也分為兩種類型:一種是功能少(動力小于3.7kw、配套機具少)、操作不夠方便(手把不能調(diào)節(jié)、無轉(zhuǎn)向離合器、前進和后退檔位少)的機型,價格較低;另一種是機型功能較多(可配套機具多),使用可靠性高,操作方便,但價格略高。售價低于3000元/臺的微耕機多配水冷柴油機,3.7kw以上的多配風冷柴油機或汽油機。微型耕作機的發(fā)展現(xiàn)狀還有以下幾個方面:
1)大中型與小型機具并存,小型機具占主導地位。目前,我國微型耕整機、水田耕整機、手扶拖拉機配套農(nóng)機具、18.4kW以下四輪拖拉機配套的小型耕整機具,在水田、山區(qū)以及北方廣大農(nóng)村的耕整地機械化中起著重要作用。驅(qū)動型耕作機械產(chǎn)品產(chǎn)量比較大且形成小行業(yè)的主要是旋耕機。20世紀80年代末的更新?lián)Q代產(chǎn)品與老產(chǎn)品比較,具有作業(yè)質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高、能耗低和可靠性高等優(yōu)點。
2)聯(lián)合作業(yè)機發(fā)展較快。聯(lián)合作業(yè)機具因具有搶農(nóng)時、省能耗、減少機具對土壤壓實等優(yōu)點,在國內(nèi)得到了較快的發(fā)展。全國各地結(jié)合當?shù)氐霓r(nóng)藝要求研制以旋耕機為主體的聯(lián)合作業(yè)機(如淺旋耕條播機、少耕條播機及旋耕播種施肥機等),已有60多種規(guī)格不同型號的產(chǎn)品,年產(chǎn)量在1.5萬~2萬臺左右。 國內(nèi)采用驅(qū)動工作部件的聯(lián)合作業(yè)機,多數(shù)是以旋耕機刀輥為主要工作部件,可實現(xiàn)旋耕、深松、起壟、滅茬等作業(yè)工序中的兩個以上項目的聯(lián)合作業(yè)。其產(chǎn)品有深松旋耕機、松旋起壟機、滅茬起壟機、碎土整地機等,多數(shù)產(chǎn)品動力在36.8kW以上。國內(nèi)驅(qū)動式圓盤犁自20世紀80年代后期開始研制,現(xiàn)在也有較好的使用效果。
3) 農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展促進了農(nóng)具的開發(fā)與生產(chǎn)。為了適合南方地區(qū)推廣的少耕深松耕作制度,開發(fā)了以齒桿為深松部件的深松機產(chǎn)品,并在一部分地區(qū)應(yīng)用。為適應(yīng)旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)的需要,開發(fā)了全方位的深松機并形成了系列產(chǎn)品。為了適應(yīng)秸稈粉碎還田、根茬粉碎還田的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要,秸稈還田機、根茬粉碎還田機成為推廣使用最快的產(chǎn)品之一。為了滿足大棚、溫室內(nèi)耕整地作業(yè)的需要,一些小型耕整機具已經(jīng)生產(chǎn)并且得到推廣使用。
1.3 微型耕作機發(fā)展存在的問題
1)微型耕作機存在的局限性
目前,我國所研發(fā)的微型耕作機結(jié)構(gòu)都較為簡單,功能相對少。很多機型配用的是柴油機或者汽油機作為動力,但是它的噪音以及污染排放這些問題仍然未解決,大部分還處于少量生產(chǎn)階段,安全性能差、性能不穩(wěn)定以及可靠性差,影響和限制了它的應(yīng)用和推廣。另一方面,由于產(chǎn)品檔次不高,結(jié)構(gòu)質(zhì)量和外形尺寸大,也限制了其應(yīng)用領(lǐng)域,特別是在一些山地和丘陵,越來越不能滿足形勢發(fā)展的需求。
2)維修成本較高,使用水平較低。
機器出故障的一個重要原因是使用的不恰當。一些用戶為了減少費用,往往使用不再規(guī)定范圍內(nèi)標號的燃油,再加上一些燃油的品質(zhì)較差,經(jīng)常使發(fā)動機出現(xiàn)一些故障。再而,微型耕作機工作的環(huán)境差,長時間的連續(xù)超負荷作業(yè),由于塵土漫天飛揚,發(fā)動機的濾清器會堵塞,然后就造成了發(fā)動機發(fā)熱。若出現(xiàn)“拉缸”等問題,就需要更換整個缸體,加上一些維修費,農(nóng)戶又得花費一筆錢,因此,維修費用就自然而然的增加了。
3)操作微型耕作機的安全性問題
用戶缺乏操作知識和維護保養(yǎng)知識,存在安全隱患。操作不規(guī)范,有小故障不當回事、不及時維修,不僅容易發(fā)生機械故障,而且可能帶來安全事故,因此,安全問題不能忽視。
4)制造工藝水平不高。材料以市場供應(yīng)的為標準,但已經(jīng)滿足不了設(shè)計的要求。然而國際上已普遍采用新材料、新工藝,例如高強鑄鐵、低合金鋼模鍛。如西德杜齊微型耕作機,刀齒強度為10,并且其箱體零件薄壁鑄造新工藝、熱處理工藝、多刀加工中心和柔性加工自動線等。
1.4 微型耕作機的發(fā)展趨勢
1)向自動化和智能化的方向發(fā)展。我國農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)成本相比國外高的主要原因是因為我國的勞動力占的比例高,機械成本占的比例低。因此,倘若我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能夠大幅度的提高機械化、自動化水平,肯定可以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率,以便于降低農(nóng)產(chǎn)品成本。
2)以人為本,相關(guān)設(shè)計人性化。在微型耕作機的設(shè)計研發(fā)上, 設(shè)計人員需要結(jié)合我國的實際情況, 以人機工程學相關(guān)的原理為根據(jù),優(yōu)化整體的結(jié)構(gòu), 對其進行二次開發(fā) , 增加一些安全防護的裝置 ,并且進行人性化設(shè)計, 以使其操作起來簡單 , 減小農(nóng)用機械用戶的勞動強度, 提高它的操作舒適性。
3)微型耕作機多功能化以及價格適中。以國內(nèi)先進機型和技術(shù)作為基礎(chǔ),根據(jù)我國的各地域的氣候土壤環(huán)境特點,重視用戶的作業(yè)習慣,揚長避短,研發(fā)配套作業(yè)水平高、功能多樣、價格適中,并且適合我國國情的微型耕作機。產(chǎn)品的特點要以提高作業(yè)質(zhì)量和效率為主,并且要求結(jié)構(gòu)簡單以及性能完善。不斷配套新機具、增加一些新功能,在完善農(nóng)用功能的基礎(chǔ)上,逐漸向城市園林、園藝領(lǐng)域擴展,例如配套剪草、掃雪和枝葉粉碎機具等。盡管現(xiàn)在農(nóng)村經(jīng)濟有較大的發(fā)展,但從總體上來說人均收入仍然較低。該機型的價格定位應(yīng)合理,要低于進口機價格。
4) 操作應(yīng)更簡單,更換部件快。在速度調(diào)節(jié)方面,用戶操作手柄、前進和后退調(diào)節(jié)的時候更加方便。微型耕作機與配套機具的連接應(yīng)采用快速掛接裝置,拆換的時候更簡單,更加快速,更好的減輕了操作者的勞動強度和節(jié)約更換農(nóng)機具的時間。同時也要選用適應(yīng)性強的發(fā)動機,至少有低噪聲、排放少、動力強勁和適應(yīng)性強這些特點,發(fā)動機才會更多地被應(yīng)用。
三、主要研究或設(shè)計內(nèi)容,需要解決的關(guān)鍵問題和思路:
針對微型耕作機的結(jié)構(gòu)優(yōu)化進行初步設(shè)計。
主要內(nèi)容包括:
①微型耕作機動力部分的選擇;
②機械傳動方式的選型以及設(shè)計計算;
③旋耕刀具部分的選擇;
④工作部件的優(yōu)化設(shè)計及安全性;
主要思路:①提出可行性方案進行分析;②根據(jù)人機工程學的設(shè)計原理及方法,進行合理設(shè)計;③確定動力部分的最優(yōu)選擇;④確定機械傳動方式的相關(guān)選型以及設(shè)計計算;⑤確定旋耕刀具的選擇,進行最佳選擇;⑥工作部件的優(yōu)化設(shè)計及安全性,進行最簡化;⑦最后按設(shè)計任務(wù)的要求,編寫出方案的詳細文字說明,繪出說明方案的相關(guān)圖紙。
四、完成畢業(yè)論文(設(shè)計)所必須具備的工作條件及解決的辦法:
主要工作條件及解決方法如下:
1、查閱、整理相關(guān)資料;
2、與設(shè)計相關(guān)的工具書:學院提供、教學相關(guān)教材、圖書館查閱及網(wǎng)上收集等;
3、圖紙設(shè)計:利用計算機輔助設(shè)計,自己擁有電腦;
4、指導老師的幫助,發(fā)現(xiàn)疑難問題及時主動向指導老師請教;
5、同學之間的團結(jié)互助,大家共同學習、共同探討、共同進步;
6、自己認真思考,積極參與。
五、工作的主要階段、進度與時間安排:
第五周(2017年03月27日—2017年04月02日):
通過查閱微型耕作機的相關(guān)資料以及調(diào)研,編寫了開題報告表和文獻綜述。
第六周(2017年04月03日—2017年04月09日):
通過上周所查閱的相關(guān)資料,完成了畢業(yè)設(shè)計說明書摘要以及第一章相關(guān)資料的整理和編寫。
第七周(2017年04月10日—2017年04月16日):
通過前兩周的資料以及相關(guān)文獻整合,本周完成了技術(shù)創(chuàng)新點以設(shè)計思路的提出,同時進行了微型耕作機結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的可行性分析。
第八周(2017年04月17日—2017年04月23日):
完成微型耕作機的整機結(jié)構(gòu)及工作原理的編寫,動力部分的選型。
第九周(2017年04月24日—2016年04月30日):
微型耕作機機械傳動部分的設(shè)計計算。
第十周(2017年05月01日—2016年05月07日):
微型耕作機機械傳動部分齒輪設(shè)計計算和旋耕刀具的選擇。
第十一周(2017年05月08日—2017年05月14日):
微型耕作機的工作部件優(yōu)化設(shè)計及安全性,結(jié)束語、參考文獻和致謝語的編寫。
第十二周(2017年05月15日—2016年05月21日):
畢業(yè)論文(設(shè)計)初稿評閱,學生按反饋意見繼續(xù)修改。
第十三周(2017年05月22日—2017年05月28日):
畢業(yè)論文(設(shè)計)查重通過后定稿,并將紙質(zhì)稿交給指導老師和評閱老師評閱。
第十四周(2017年05月29日—2017年06月04日):
畢業(yè)論文(設(shè)計)答辯,提交畢業(yè)論文(設(shè)計)成績,不合格者進入緩答辯環(huán)節(jié)。
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七、指導教師意見和建議:
指導教師(簽字): 年 月 日
說明:1、論文(設(shè)計)類型:A—理論研究;B—應(yīng)用研究;C—設(shè)計等;
2、論文(設(shè)計)來源:指來源于科研項目、生產(chǎn)/社會實際、教師選題或其他(學生自擬)等;
3、各項欄目空格不夠,可自行擴大。
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