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畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告
1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫2000字左右的文獻(xiàn)綜述：
文 獻(xiàn) 綜 述
馬鈴薯是我國繼小麥、水稻、玉米之后的第四大作物，主要分布在黑龍江、、甘肅、內(nèi)蒙、山西、陜西、寧夏、云南、貴州、青海、吉林等省區(qū)，年產(chǎn)鮮薯近 6000多萬噸。我國馬鈴薯種植面積以 10 萬 hm2/年的增長速度逐年增加，2001 年達(dá)到 472 萬hm2，產(chǎn)量居世界第 1 位[1-2]。我國是馬鈴薯生產(chǎn)第一大國，但卻是馬鈴薯成果轉(zhuǎn)化比較差的國家。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織報告，我國馬鈴薯平均產(chǎn)量僅為 13.9t/hm2，而歐美發(fā)達(dá)國家平均單產(chǎn) 35～43t/hm2。世界馬鈴薯中心的研究表明：在世界范圍內(nèi)對馬鈴薯的需求到2020年將有望增長 20%，超過水稻、小麥、玉米的增長。屆時發(fā)展中國家對馬鈴薯的需求將是 2000 年的 2 倍[3-5]。隨著市場對馬鈴薯需求的不斷增加，國外一些大公司紛紛在中國從事馬鈴薯生產(chǎn)與加工業(yè)務(wù)，國內(nèi)一些生產(chǎn)企業(yè)也紛紛加入這一領(lǐng)域，使得馬鈴薯生產(chǎn)開始向生產(chǎn)基地規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化邁進(jìn)[6-7]。然而，一個殘酷的現(xiàn)實卻是，占生產(chǎn)總用工 70%以上的馬鈴薯收獲作業(yè)至今基本上還是停留在傳統(tǒng)的人工割秧、鎬頭刨薯、人工撿拾的階段，嚴(yán)重影響了馬鈴薯的規(guī)模生產(chǎn)，使之遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了市場的需求。伴隨種植面積和產(chǎn)量的增長，馬鈴薯收獲成為一個重要的研究課題。國內(nèi)外對馬鈴薯收獲機(jī)械研究投入了相當(dāng)大的人力和物力。我國現(xiàn)階段的馬鈴薯收獲機(jī)還是以簡單挖掘人工揀拾為主。而國外已經(jīng)實現(xiàn)了機(jī)械化與自動化的結(jié)合，將液壓技術(shù)、振動分析、電子技術(shù)、傳感器技術(shù)應(yīng)用于作業(yè)機(jī)械中，大大地降低了勞動者的工作強(qiáng)度。
國外馬鈴薯收獲機(jī)械化收獲起步早、發(fā)展快、技術(shù)水平高。20世記初，歐美國家出現(xiàn)畜力牽引挖掘機(jī)來代替手鋤挖掘馬鈴薯、隨后改由拖拉機(jī)牽引或懸掛。20年代末出現(xiàn)了升運鏈?zhǔn)胶蛼仈S輪式馬鈴薯收獲機(jī)。在20世紀(jì)40年代初，前蘇聯(lián)、美國就開始研制、推廣應(yīng)用馬鈴薯收獲機(jī)械，50年代末即己實現(xiàn)了機(jī)械化。70～80年代，德、英、法、意大利、瑞士、波蘭、匈牙利、日本和韓國亦相繼實現(xiàn)了馬鈴薯作物生產(chǎn)機(jī)械化。70年代主要是研制大功率自走式根塊作物聯(lián)合收獲機(jī)，且以收獲壟作種植為主[8]。這些機(jī)型是大功率拖拉機(jī)變型，如荷蘭在拖拉機(jī)基礎(chǔ)上按照甜菜聯(lián)合收獲機(jī)的原理制成的雙行馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)，為了加強(qiáng)篩選效果，分離器有四個液壓泵帶動。
美國在1948年以前用收獲機(jī)來收獲馬鈴薯，然后人工撿拾，直到1967年，開始使用聯(lián)合收獲機(jī)。20世紀(jì)80年代初期，聯(lián)合收獲機(jī)和分段收獲的面積占馬鈴薯作物種植面積的85%，其中聯(lián)合收獲已達(dá)到50%以上。20世紀(jì)90年代，美國已基本實現(xiàn)了馬鈴薯收獲機(jī)械化。前蘇聯(lián)是生產(chǎn)馬鈴薯作物收獲機(jī)最早的國家，生產(chǎn)了許多半懸掛式機(jī)型，如KKY–2型、KOK–2型、KKP–2型等馬鈴薯作物聯(lián)合收獲機(jī)，機(jī)器體積較龐大笨重，到20世紀(jì)90年代初，馬鈴薯收獲機(jī)共有16種機(jī)型，其中10種是聯(lián)合收獲機(jī)，90年代中期，開始生產(chǎn)自走式聯(lián)合收獲機(jī)，其勞動生產(chǎn)率比其它行收獲機(jī)提高1～2倍[9]。近年來，歐美的馬鈴薯收獲機(jī)型仍然是以大功率機(jī)組為主。這些機(jī)型只能在大面積土地上使用，不適用于中小地塊。有些國家和地區(qū)生產(chǎn)一些小型挖掘機(jī)械，如意大利的SP100機(jī)型為小型壟作收獲機(jī)械。在亞洲生產(chǎn)馬鈴薯收獲機(jī)械的國家較少。日本在1955年以前使用畜力挖掘犁，1955年～196年生產(chǎn)懸掛式拋擲式和升運鏈?zhǔn)绞斋@機(jī)，70年代開始引進(jìn)英國、美國等發(fā)達(dá)國家的聯(lián)合收獲機(jī)，并研制適合日本國情的聯(lián)合收獲機(jī)，對于根菜（蘿卜、青芋等）機(jī)械收獲的研究從1960年開始，近幾年韓國、日本生產(chǎn)了一些小型馬鈴薯收獲機(jī)，如韓國高山機(jī)械工業(yè)公司生產(chǎn)的小型單行和雙行馬鈴薯、地瓜挖掘機(jī)械[10-16]。
從農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展過程來看，馬鈴薯收獲機(jī)械發(fā)展較遲緩，只是在近50年才發(fā)展到較高水平。在國外馬鈴薯收獲機(jī)械中，挖掘機(jī)的生產(chǎn)和使用所占的比例趨于下降，而聯(lián)合收獲機(jī)得到迅速發(fā)展，形成了用聯(lián)合收獲機(jī)直接收獲，或用挖掘-撿拾裝載機(jī)加固定分選裝置來進(jìn)行分段收獲的兩種全面實現(xiàn)收獲機(jī)械化的配套系統(tǒng)，基本上實現(xiàn)了馬鈴薯收獲機(jī)械化。而且，國外馬鈴薯收獲機(jī)械大多采用升運鏈條式聯(lián)合作業(yè)，技術(shù)上已達(dá)到相當(dāng)高的水平。像俄羅斯、德國、法國、英國美國、比利時和日本等國馬鈴薯收獲機(jī)械化程度較高，收獲機(jī)械性能穩(wěn)定。
日本對生姜收獲機(jī)械已經(jīng)研制多年并有了一些成熟的機(jī)型，第一代機(jī)型只把根莖拔出地面，減輕了農(nóng)民從地下挖出生姜的勞動量。據(jù)有關(guān)材料介紹，現(xiàn)在第二代機(jī)型已經(jīng)研制成功并開始使用，它是一種從收獲到清理到包裝的聯(lián)合作業(yè)機(jī)械。在韓國，對根莖收獲機(jī)械的研制也取得了較大的成果，他們生產(chǎn)的一種配套于田園管理機(jī)的大蒜挖掘機(jī)，采用振動的原理，緩沖了阻力，并對根莖上附著的土塊起到疏松和抖動的作用，是一種輕型高效的機(jī)具[17-20]。
近年來，隨著馬鈴薯的需求量進(jìn)一步增加，越來越多的人力和物力都投入到馬鈴薯產(chǎn)業(yè)中。各個省市都把馬鈴薯產(chǎn)業(yè)列入當(dāng)?shù)卣{(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，增加農(nóng)民收入的重要內(nèi)容。手工進(jìn)行馬鈴薯收獲已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了市場的需求，而且其效率較低，對勞動力的勞動強(qiáng)度要求大，這很大程度上制約了馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。比起手工收獲馬鈴薯，馬鈴薯收獲機(jī)能保證較高的明薯率和工作效率，不論土地或軟或硬，對收獲機(jī)都沒有多少影響。這使得農(nóng)民能騰出更多的時間來種植馬鈴薯或其他的農(nóng)作物。
為此要求大大加快馬鈴薯機(jī)械化程度，解放勞動力，研制專門用于收獲馬鈴薯的機(jī)器，即所謂的馬鈴薯收獲機(jī)。到如今，馬鈴薯收獲機(jī)的數(shù)量和種類已經(jīng)不計其數(shù)，所獲得直接或者間接經(jīng)濟(jì)效益已經(jīng)在國內(nèi)產(chǎn)值中占有一定地位。因此，研制馬鈴薯收獲機(jī)，解決各種遇到的問題，來提高馬鈴薯收獲機(jī)械化水平[21-24]。
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畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告
２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：
一、研究的內(nèi)容：
1.馬鈴薯收獲機(jī)的總體方案設(shè)計。
2.挖掘機(jī)構(gòu)的設(shè)計與分析計算。
3.薯土及薯秧分離機(jī)構(gòu)的設(shè)計與分析計算。
二、解決的主要問題，對挖掘鏟的要求：
1.挖出所有薯塊，盡可能不漏薯（即明薯率高）；
2.盡可能使進(jìn)入機(jī)器的土壤少；
3.能將掘起的馬鈴薯輸送到分離裝置，并且盡可能細(xì)化土壤，減少負(fù)荷； 挖掘鏟的任務(wù)是在克服各種阻力時消耗的能量最少的情況下將馬鈴薯挖出，再把薯土混合物輸送到分離裝置，同時還要防止，挖掘鏟纏草和壅土。
三、工作原理：
本機(jī)主要由V帶、減速器、抖動輪、機(jī)架、挖掘鏟、傳動鏈、地輪構(gòu)成。拖拉機(jī)產(chǎn)生動力通過減速器和帶輪將所需要的動力傳送到鏈輪上，鏈輪帶動鏈條從而帶動分離裝置運動，將從挖掘鏟部挖出的馬鈴薯向機(jī)器后方運送，同時由于有抖動輪的作用，使得馬鈴薯在輸送的過程中實現(xiàn)馬鈴薯與土的分離，而達(dá)到了分離的目的。最后馬鈴薯落入收集箱中。
傳動圖
1、萬向聯(lián)軸2、鏈輪 3、減速器
4、動力輸出軸 5、輸送鏈驅(qū)動軸 6、抖動輪軸
總體結(jié)構(gòu)圖
1、V帶輪 2、V帶 3、機(jī)架 4、抖動輪 5、減速器 6、聯(lián)軸器
7、懸掛架 8、挖掘鏟 9、鏈輪 10、傳動鏈 11、地輪
四、總體設(shè)計
1.傳動比的確定
該多功能馬鈴薯收獲機(jī)的配套動力為100馬力的拖拉機(jī)，其輸出軸的轉(zhuǎn)速為540r/min，通過一級減速器和帶傳動，設(shè)其總的傳動比減速器的傳動比。帶傳動的傳動比為了能滿足分離器上的線速度為1.3m/s的要求。
2.帶輪的設(shè)計
因為工作機(jī)是多功能馬鈴薯收獲機(jī)，故屬于載荷變動較大的機(jī)械，原動機(jī)是交流電動機(jī)（普通轉(zhuǎn)矩鼠籠式），工作時間小于10小時/天，啟動形式為軟啟動。收獲機(jī)的工作功率為1.5KW。
（1） 選擇V帶的型號
（2） 確定帶輪基準(zhǔn)直徑：
（3） 確定傳動的中心距和帶長
（4） 驗算主動輪的包角
（5） 確定V帶的根數(shù)
（6） 確定帶的初拉力
（7） 求帶傳動作用在軸上的壓力
（8） V帶計算結(jié)果
（9） 材料的選擇
(10) 帶輪的形式
（11）帶輪尺寸的計算
3.機(jī)架部分的設(shè)計
收獲機(jī)組的入土性能、挖掘深度穩(wěn)定性能、機(jī)組牽引性能、運輸通過性能及對地表的適應(yīng)性能等主要工作性能都收多功能馬鈴薯收獲機(jī)懸掛裝置的影響。本設(shè)計采用三點懸掛式機(jī)構(gòu)，由拖拉機(jī)后置三點懸掛和收獲機(jī)懸掛架機(jī)構(gòu)成一個空間機(jī)構(gòu)，它可以看作在縱垂直面和水平面的四個四連桿機(jī)構(gòu)。這兩個四連桿機(jī)構(gòu)具有各自的瞬心，挖掘工作時，在各種作用力及相對瞬心的力矩作用下，將產(chǎn)生繞這兩個瞬心的轉(zhuǎn)動趨勢轉(zhuǎn)動，以保持平衡。懸掛架及機(jī)架部分大部分采用矩形管，這樣即可以減輕質(zhì)量、降低成本，而且還能夠滿足結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度的要求。
4.減速器的選擇
由于其傳動比為2，所以可以從市場上選擇傳動比為2的減速器，其型號為ZDY，ZDZ100型圓柱齒輪減速器。
5.聯(lián)軸器的選擇
該馬鈴薯收獲機(jī)的設(shè)計寬度為712mm。兩側(cè)的機(jī)架壁厚度各位10mm。所以整個機(jī)架的內(nèi)部空間為692mm。所選的減速器的輸出軸的外伸長度為110mm。為了使機(jī)器能夠運轉(zhuǎn)，必須將V帶輪放在整個機(jī)架的外面，因為減速器外伸軸長度不夠，所以必須選擇一個聯(lián)軸器。
通過查減速器的參數(shù)表，可知其輸出軸的直徑為48mm，所以選擇聯(lián)軸器時其孔徑也應(yīng)當(dāng)為48mm。通過查閱手冊[22]，可以選擇HL4型聯(lián)軸器。其長度為112mm。
6.挖掘鏟的設(shè)計
挖掘鏟的鏟片是多片鏟的變形，鏟片與鏟片之間留有間隙，這帶來很多優(yōu)點。
（1）一方面是減少鏟尖與土壤的接觸面積，達(dá)到減少阻力的目的。
（2）另一方面是減輕了機(jī)器前部的重量，防止鏟尖下陷。
多片鏟在工作時發(fā)生局部磨損時，更換方便維修成本低。一般單株塊莖在土壤中的分布寬度為400mm，塊莖分布的深度一般為在地表下120-200mm之間。
7.鏈輪的設(shè)計
（1）選擇鏈輪的齒數(shù)
（2）初定傳動中心距
（3）確定鏈長
（4）確定鏈條節(jié)距p
（5）驗算鏈速V
（6）計算實際中心距
（7）作用在軸上的壓力Q
（8）潤滑方式
8.地輪的設(shè)計
地輪的作用主要是在機(jī)器行走過程中的平衡支撐作用。為了克服收獲機(jī)收獲時挖掘鏟前部較大的阻力，設(shè)計的地輪應(yīng)當(dāng)有較好的通過性，且能夠保證在凹凸不平的地表情況下準(zhǔn)確控制挖掘深度。地輪材料可以選擇鑄鐵，結(jié)構(gòu)采用腹板式。在機(jī)架上設(shè)置不同的安裝位置，可根據(jù)種植情況調(diào)節(jié)深度。
研究計劃和安排
時間
任務(wù)安排
第一、二周
查閱資料與文獻(xiàn)完成英文翻譯
第三、四周
構(gòu)思設(shè)計方案，撰寫開題報告
第五、六周
確定總體方案的設(shè)計和計算
第七、八周
裝配圖與零件圖的繪制
第九、十周
編寫設(shè)計說明書
第十一、二周
預(yù)答辯與修改準(zhǔn)備答辯
畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告
指導(dǎo)教師意見：
杜忠杰同學(xué)在查閱了大量的和畢業(yè)設(shè)計工作有關(guān)的資料、書籍后，對課題的研究內(nèi)容和研究方法有了較明確的認(rèn)識和理解，較好地完成了課題前期的準(zhǔn)備工作。
開題報告語言通順、格式規(guī)范?！墨I(xiàn)綜述’部分對研究涉及馬鈴薯收獲裝置課題的意義，國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了較為詳細(xì)的敘述，并對挖掘部件、分離部件等相關(guān)技術(shù)和研究現(xiàn)狀進(jìn)行有一定深度。本課題要研究和解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）部分中，提出問題明確，方法可行，爭取圓滿完成本次畢業(yè)設(shè)計工作。
同意開題。
指導(dǎo)教師：
2016年 3月22日
所在系審查意見：
同意開題。
系主任：
2016年 3月22日