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畢業(yè)論文(設計)開題報告 課題名稱： 單犁式果園中耕機的研究與設計 學生姓名： 學 號： 學 院： 專業(yè)年級： 指導教師： 職 稱： 一 課題名稱及來源： 課題名稱：單犁式果園中耕機 課題來源： 二 研究的目的、意義和國內外研究現(xiàn)狀： 1 研究目的及意義 自治區(qū)總面積160萬km2, 約占全國陸地總面積的1/6，具有發(fā)展特色林果業(yè) 得天獨厚的光熱、水土資源優(yōu)勢。近年來，隨著農業(yè)產業(yè)結構的調整，林果種植面積每年以近10萬hm2的速度遞增，2006年全區(qū)林果種 植總面積達80.4萬hm2,已基本形成了南疆環(huán)塔里 木盆地特色林果生產區(qū)和東疆、北疆林果生產基地， 有效株數(shù)5.05億株，掛果面積約32.76萬hm2，果品 總產量367.7萬t，總產值超過71.5億元，農民人均 .林果純收人達390元，林果業(yè)將成為調整優(yōu)化農業(yè)結構、加速農村經濟發(fā)展、促進農民增收的新亮點和支柱產業(yè)。 隨著林果種植面積的不斷擴大,果園規(guī)?；l(fā)展和規(guī)范化管理的要求日益提高,從而使得果園機械化管理的重要性日益顯著。果園作業(yè)機械可以實現(xiàn)果園的規(guī)范化管理,大幅減輕果農的勞動強度,提高生產效率,節(jié)約勞動成本,提高經濟效益,同時還能減少林果病蟲害的發(fā)生,提高果品品質。由于我國果園作業(yè)機械研究起步較晚,果園機械化基礎較差,因此果園生產機械化程度與歐美等國家還存在著較大差距。針對我國各地林果生產特點研究應用果園作業(yè)機械,對促進林果產業(yè)的健康和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。 2 國內外研究現(xiàn)狀 2.1國內外中耕機研究現(xiàn)狀 中耕機械主要指農作物生長期間用于除草松土表土破板結培土起壟或完成上述作業(yè)同時進行施肥等作業(yè)的機械，包括全面中耕機行間中耕機和專用中耕機全面中耕機用于包括播前整地休閑地管理，化肥和化學藥劑的摻和等種床準備作業(yè) 農作物的行間中耕作業(yè)包括，松土表土破板結間苗除草追肥及行間開溝培土等一些專用中耕機用于果園茶園膠園的專項作業(yè)。 自20世紀60年代以來，國外果園機械發(fā)展較快，相繼研制了多種果園專用動力機械和作業(yè)機械，包括不同功率的果園拖拉機系列及其相應的配套機具，同時改革采用了適應果園機械化作業(yè)要求的果樹栽培方式，使果園作業(yè)由人力作業(yè)逐漸向機械化作業(yè)轉變。 由于多年的實踐經驗以及科技的迅速發(fā)展，美國、西歐等國家對于深松機具的研究己經相當完善，并形成系列，并且已經根據(jù)不同的需要研制和生產了多種深松機具。其松土方式主要有擠壓松土和振動松土兩種形式。目前國外現(xiàn)有深松機具主要與大功率拖拉機相配套，其特點是深松深度大、作業(yè)速度快、質量好、適用于全面深松。其種類主要有機械式深松犁和振動式深松機兩種。機械式深松犁種類較多，其中有代表性的有兩個約翰迪爾公司生產的900V型松土機和西德勞公司生產的懸掛式深松機。懸掛式深松機深松鏟柄的工作面為弧形，其中間部位近似于直線，鏟尖到鏟柄內側面的距離比迪爾深松鏟長。該鏟柄的這種結構使其具有較好的切削性能，無掛草現(xiàn)象。振動式深松機能解決深松犁工作阻力大、能源消耗大的問題。其工作原理都是由拖拉機動力輸出軸驅動偏心振子使犁產生振動，降低牽引阻力，從而提高功率利用率。 對于深松技術的研究，我國起步稍晚。從上世紀60年代初才開始認識到深松技術的重要性并進行了相應的研究。在深松鏟的設計和制造生產方面已經有很多高校、研究院所以及農場等單位做了大量的研究工作，制造出了實際的深松鏟，并且通過實驗和實際生產應用，取得了較好的效果。 2000年，黑龍江省水利科學研究院研制出多功能振動式深松機，該機是改良低產田的新一代土壤改良機，振動深松與其他深松方法比同樣深度條件下可節(jié)省牽引力三分之一左右。 2005年，疆農業(yè)職業(yè)技術學院工程學院研制出1LSX-6曲軸式深松耕作機，一次性完成耕整地作業(yè)耕深可在200~400mm之間調節(jié)。鏟削土壤的切削力大適用于各種土壤的耕整地作業(yè)通過調整深松土鏟與連桿之間的角度，可調整深松土鏟的人土角，改變耕深。 2006年，京延慶農機研究所研制開發(fā)出1SZ-230型深松整地機（圖4所示），該機由前部深松機和后部旋耕機組合而成，聯(lián)合作業(yè)時一次可以完成土壤和表層10cm土壤的碎土、平整土壤達到播種要求。 圖2-1 1SZ-230型深松整地機 圖2-2 1FFSL-5型淺翻深松翻轉犁 2008年黑龍江省農業(yè)機械工程科學研究院設計生產出1FFSL-5型淺翻深松翻轉犁，一次即可對工作幅寬內的土壤進行深松鏟松土和除草鏵切翻表土和埋壓根茬等多項作業(yè)。 2009年云南農業(yè)大學和曲靖市煙草公司經過兩年多的共同研制開發(fā)，經研制出全國首臺新型多功能農業(yè)機械1GQQSN-200旋耕深松起壟聯(lián)合作業(yè)機，它填補了中國農業(yè)煙草機械化生產中的一項空白，為烤煙生產提供高效有力的支撐。 圖2-3 1GQQSN-200旋耕深松起壟聯(lián)合作業(yè)機 2.2犁的種類及設計方法 犁是一種耕地工具，它的主要功能是翻土和碎土以犁鏵為主要工作部件的犁稱為鏵式犁 長期以來耕地所用的主要工具就是鏵式犁 鏵式犁歷史最早，數(shù)量最多，使用最廣泛，每年耗用的數(shù)量也比任何機械多。 鏵式犁種類甚多，可以從各個方面區(qū)分成若干不同的體系。同一臺犁又可以根據(jù)不同的區(qū)分方法給以不同的名稱。由于鏵式犁種類繁多，許多犁兼有幾種性質，例如心土犁按其用途也稱為松土犁; 果園犁也是翻土犁等。此外，還有把一般用途的犁稱為普通犁，把在特定條件下使用的犁(如果園犁偏置犁等)稱作特種犁。 由于歷史的演進和發(fā)展，鏵式犁的某些品種已經被淘汰了，例如畜力拉的乘犁或車犁，機力犁中的繩索牽引犁，雙向犁中的天平犁鍵式犁滾轉犁等，現(xiàn)在都已不用了。從犁的形體構造工作性能及所分布的地區(qū)來看，全世界的鏵式犁可以認為是兩大類：一類是東方型犁，另一類是西方型犁國內外目前常用的有代表性的機引普通犁為懸掛式四鏵犁牽引式五鏵犁半懸掛五鏵犁。下面介紹幾種鏵式犁： 1.調幅犁 過去的犁在由工廠制成以后，其工作幅寬即已固定，使用時不能改變 這樣，在土壤較堅實的地塊上而又要求耕深較大時，拖拉機的牽引功率則無法適應 于是出現(xiàn)了耕作幅寬可以調節(jié)的犁。這種犁的主斜梁可以偏擺，犁體相對于主斜梁的安裝角亦可調整。當拖拉機牽引功率不足，拉不動時，可將主斜梁的角度適當變小，并將犁體在主斜梁上的安裝角同時進行調整，使犁體仍處于正位工作狀態(tài)，這時，犁的總耕幅就減小。反之，犁的總耕幅即可增大。主斜梁和犁體安裝角的變化，可以是有級的，由銷釘?shù)目孜粊碚{節(jié)，也可以是無級的，由螺栓調節(jié) 采用液壓油缸無級調節(jié)的機構，還可以由駕駛員在座位上操縱油路閥門在工作狀態(tài)隨時進行調節(jié)。 圖2-4調幅犁 圖2-5偏置犁 2.偏置犁 鏵式犁耕地是重負荷作業(yè)。在拖拉機的牽引力不是很大時，犁的工作幅寬往往小于拖拉機的輪距寬度這樣，在靠近田埂圍墻溝渠或籬笆時，總是耕不到邊，要留下一條寬30～50CM的未耕地帶，損失不少播種面積。偏置犁的犁體可以相對于拖拉機向側邊偏移一定距離，能將拖拉機輪子無法靠近之處完全耕掉偏置犁的偏移裝置，有采用直接橫移，也有采用平行四桿機構側向擺移位，還有用一根斜桿與兩個弧形板左右偏擺移位的。對于較小的輕型偏置犁用人力移位亦不太費勁。重型犁則采用油缸移位。 3.層耕犁 層耕犁是一種對于土壤進行分層耕作的犁。這種犁可以使上下層土壤互相移位而不使之相混，或是將上中下三層的位置進行變位，以改良土壤，如翻圩壓砂或翻砂壓堿等。層耕犁分兩層犁和三層犁兩種。兩層犁是用一個犁體先將上層土壤翻至前一趟已開好的溝底，然后由另一個犁體將下層土壤鏟起，鋪至上層，其工作過程與帶小前鏵的復式犁類似 前蘇聯(lián)還有一些地方土層結構特殊，耕作時須將上層土壤仍保留在上層，將原在下層的土壤移至中層，而將原在中層的土壤移至下層，這種三層耕作，由三個犁體來完成分層耕作還有一種上翻下松的作業(yè)方式，即將普通犁體的溝底用心土鏟進行8～12CM的松土作業(yè)，以打破犁底的板結層，加深耕作層。 主犁體主要有犁鏵、犁壁、犁側板、犁托和犁柱等組成。犁壁和犁鏵組成犁體曲面，根據(jù)犁體耕翻時土垡運動特點分為滾垡型、竄垡型和滾竄垡型三大類。滾垡型根據(jù)其翻土和碎土作用不同又可分為碎土型、通用型和翻土型。 犁體曲面由鏵刃線、脛刃線、接縫線、頂邊線和翼邊線組成。一般犁體曲面的設計是最重要的。犁體曲面的形狀對加工土壤的質量有至關重要的影響。目前，所應用的犁體曲面的形狀是經過長時間積累、不斷修改、不斷完善而形成的，是一個空間任意曲面，不可能用數(shù)學的方法來真實的描述，只能是用近似的方法，用做圖原理來形成犁體曲面。 目前在設計犁體曲面時所用的方法有三種：水平直元線法、傾斜直元線法、翻土曲線法。其中，水平直元線法技術最為成熟，應用最廣。犁體曲面的設計設計時應注意：1.了解當?shù)剞r業(yè)生產中耕地作業(yè)的基本要求；2.根據(jù)農業(yè)要求確定可能出現(xiàn)的最大耕深；3.根據(jù)土壤性狀及土垡穩(wěn)定鋪放原則確定寬深比K；4.根據(jù)作業(yè)要求確定犁體曲面的工作性能；5.進行設計計算和繪制設計工作圖。 2.3果園中耕機的避讓機構 在果園和橡膠園的中耕作業(yè)中，若采用普通中耕機具，會留下一條非耕作區(qū)，需要用人工進行株間除草松土。為了使工作部件能夠自動伸入株間進行松土除草作業(yè)，國內已經研制了機械式和液壓式自動避讓中耕機。前者是利用曲柄連桿機構。機器前進中觸桿碰 到樹干后，向后擺動，通過拉桿使傳動箱內的曲柄離合器接通，曲柄轉動，通過連桿使活動機架沿固定初深移動。曲柄轉過180°時，避讓距離達到最大。轉過360°時，離合器自動分離，工作部件又回到株間工作。這種機構的橫向運動必須與機器前進速度很好地配合。后者是利用單作用油缸通過觸桿和電磁閥控制，靠彈簧作用回位，使平行四連桿機構擺動，達到伸入株間和回位的目的。工作部件都是采用旋耕機。 國外雙作用油缸式液壓自動避讓機構和機械式自動避讓機構其作用原理有所不同，現(xiàn)簡介如下： 圖2-6為ΦC-0.9A自動避讓旋耕機。旋耕機14裝在鉸接平行四連桿機構上，位于觸桿的后部，旋耕機的避讓動作由雙作用油缸13實現(xiàn)。油缸的液壓油是由拖拉機的液壓系統(tǒng)供給的。高壓油的流向由滑閥7控制。該閥由兩個電磁鐵1和9推動。電器系統(tǒng)的電 源由拖拉機的電氣設備供給。 在彈簧4的作用下，觸桿5總是處在向前的位置。當機器前進時，觸桿碰到樹干，使觸點開關2接通,線圈9有電流通過，使滑閥7移動。拖拉機液壓系統(tǒng)的高壓油進入油缸13的A腔，可動工作部件從樹株間抽出，直到平行四連桿件上的撞桿]0打開開關12。這時，線圈9的電流被切斷，滑閥7在彈簧6和8的作用下回到中立位置，停止給油缸供油。這樣油缸的位置就被固定了。因而伸出去的工作部件的位置也被固定了。 當觸桿5繞過樹干之后，在彈簧4的作用下，轉變?yōu)榕c換向開關的觸點3接觸。于是，線圈1的回路接通，便滑閥7移到另一位置。高壓油與油缸的B腔接通，A腔回油，這時帶旋耕機的工作部件伸入株間去。當平行四連桿機構的撞桿10到斷電器11時.伸出行程終止。這時油缸在伸出位置固定。 圖2-6 ΦC-0.9A自動避讓旋耕機作用原理圖 圖2-7是一種機械式自動避讓裝置。它安裝在中耕機側面的擺桿2上。工作部件繞垂直軸旋轉，由六把刀3周向分布。拖拉機動力輸出軸經傳動軸4帶動工作部件旋轉切削土壤、垂直軸的擺轉由彈簧7和拉桿5控制。拉桿5與觸桿6鉸接，其支點在擺桿2上，并通過柔性桿8與機架1連接。工作部件伸入到株間工作時，在彈簧7的拉力作用下，轉軸上部向后傾斜，切刀只在后部入土，刀片對土壤的切削力引起土壤對它的反作用力，使旋轉著的工作部件保持向樹的株間偏移。偏移量由柔性桿8限制。 當觸桿6碰到樹干時，觸桿通過鉸接的拉桿5將垂直軸上端的變速箱變換位置，使工作部件的回轉軸上端向前傾斜，如圖中的虛線所示位置。這時，刀盤的前端入土，而后端離地。由于土壤對刀片的反作用力，使刀盤退出樹的抹間。在繞過樹干之后，工作部件又重新回到株間去工作。 圖2-7 機械式自動避讓裝置 三 對課題提出的任務要求、研究內容以及可行性分析 1 對課題提出的任務要求 查閱相關資料，了解相關研究，并選擇最適宜的設計思路，繪制裝配圖，零件圖，完成設計說明書。 2 研究內容 本項目擬對果園中耕機的關鍵技術進行研究，其主要內容包括： 1) 果園中耕機的現(xiàn)狀和意義調研； 2) 研究果園中耕機的設計、工作的方式； 3) 分析中耕過程中的運動情況； 3 實現(xiàn)預期目標的可行性分析 1. 查閱大量國外文獻資料，掌握了相應的理論基礎知識 2. 導師前期從事該方面研究，已掌握其核心原理，給予本課題較好的理論指導 3. 實驗目標明確，研究內容具體，思路清晰、研究方法得當，可以保證實驗數(shù)據(jù)和結果的準確性和可靠性； 4. 相關機械很多，可以借鑒。 四 完成本課題的技術路線和進度計劃 1 技術路線 圖1 基本研究思路流程圖 2 進度計劃 第 一 周：熟悉課題內容，收集查閱資料、撰寫開題報告、文獻綜述。 第二，三周：收集資料，制定總體方案（結構示意圖的繪制）。 第 四 周：繪制機構設計草圖 第五至八周：機構圖紙的繪制 第九至十周：與指導教師認真討論，完成結構設計 第 十一 周：論文撰寫與修改 第 十二 周：整理數(shù)據(jù)，撰寫設計說明書，準備答辯。 主要參考文獻 [1]孫建設，曹克強，劉俊峰.日本蘋果栽培技術現(xiàn)狀[J].煙臺果樹，2011（2）：3—5. 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