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塔里木大學
畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告
課題名稱 自走連續(xù)振動式紅棗收獲機
學生姓名 楊海斌
學 號 8011212125
所屬學院 機電院
專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
班 級 16-1
指導教師 郭文松
起止時間 2015-11-27
機械電氣化工程學院教務(wù)辦制
填 表 說 明
一、學生撰寫《開題報告》應(yīng)包含的內(nèi)容：
1、本課題來源及研究的目的和意義；
2、本課題所涉及的問題在國內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀及分析；
3、對課題所涉及的任務(wù)要求及實現(xiàn)預期目標的可行性分析；
4、本課題需要重點研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路；
5、完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法；
6、完成本課題的工作方案及進度計劃；
7、主要參考文獻（不少于7篇）。
二、本報告必須由承擔畢業(yè)論文（設(shè)計）課題任務(wù)的學生在接到“畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書”的兩周內(nèi)獨立撰寫完成，并交指導教師審閱。
三、開題報告要求手寫體，字數(shù)在3000字以上，由學生在本報告冊內(nèi)填寫，頁面不夠可自行添加A4紙張。
四、每個畢業(yè)論文（設(shè)計）課題須提交開題報告一式三份，一份學生本人留存，一份指導教師存閱，一份學生所在學院存檔，備檢備查。
開題報告正文
1、 本課題來源及研究的目的和意義：
該課題是指導教師擬定，學生本人選定的。該課題研究的目的是為了解放生產(chǎn)力，發(fā)展生產(chǎn)力，從而使生產(chǎn)力適應(yīng)生產(chǎn)關(guān)系、經(jīng)濟基礎(chǔ)適應(yīng)上層建筑，加快我國的社會主義建設(shè)貢獻一份力量！該課題研究的意義主要是培養(yǎng)學生的動手和動腦能力，使理論知識與實踐相結(jié)合，從而獲得直接經(jīng)驗，為踏入社會做好準備。
棗樹在我國的分布很廣，一般來講，小氣候冬季最低氣溫不低于-32攝氏度，就可以栽培植棗。棗樹在我國大面積經(jīng)濟栽培主要在山東、河北、山西、陜西五省的黃河流域，近年來安徽、甘肅、湖南、湖北發(fā)展很快。紅棗為溫帶作物，適應(yīng)性強，營養(yǎng)豐富，富含鐵元素和維生素。紅棗素有“鐵桿莊稼”之稱，具有耐旱、耐澇的特性，是發(fā)展節(jié)水型林果業(yè)的首選良種。由于經(jīng)濟的發(fā)展，特色農(nóng)業(yè)的建立，紅棗種植成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的一條新的產(chǎn)業(yè)項目，紅棗產(chǎn)業(yè)已呈現(xiàn)出區(qū)域化布局、規(guī)?；l(fā)展、多種栽培模式盡顯其效的新模式。各地根據(jù)自己的情況確立了不同的棗樹種植面積，為農(nóng)民增加了經(jīng)濟收入。隨著紅棗的種植面積的增加，紅棗的機械化作業(yè)在紅棗栽培中的重要性逐漸凸顯。依據(jù)最近幾年林果業(yè)發(fā)展的態(tài)勢分布。果樹種植每年以10%的速度遞增，由于林果業(yè)的快速發(fā)展，各地正形成了較大的種植規(guī)模，每年收獲季節(jié)需要投入大量的勞動力來完成水果采收?？梢灶A見到，再過3~5年，新種植的果樹進去盛果期后，水果采收作業(yè)將會出現(xiàn)因勞動力短缺，采收不及時，而直接影響果品質(zhì)量和造成大量損失的問題。這是因為，水果采摘是一項勞動投入量很大的作業(yè)，有些水果因成熟期不一致，需要多次采摘才能完成收獲;而有些作為鮮食或作為加工用途的果品，因市場對于果實外觀要求較高，不能有碰傷、刮傷、壓裂等機械損傷，采收這些水果時必須小心翼翼;另外，水果收獲是在離地面3~5米高的空中作業(yè)，以上原因決定了水果采摘是一項費時、費工、費力的作業(yè)。人工采收水果的速度緩慢，大面積發(fā)展水果種植時，必須要依靠機械化來提高采摘效率。據(jù)有關(guān)資料介紹，有些鮮食水果的采收用工量較大，占水果生產(chǎn)總量用工的50%以上，導致特色果品的生產(chǎn)成本過大，不能滿足向果品加工企業(yè)提供數(shù)量充足、質(zhì)量優(yōu)越、價格相對低廉的原料，這樣極不利于企業(yè)直接參與市場競爭?？梢剖郊t棗收獲機的研究，就是針對紅棗的采摘時的要求進行設(shè)計的采摘機械，紅棗的機械化收獲對提高收獲效率，降低收獲作業(yè)成本，做到適時收獲，減少收獲過程中造成的機損失，保證紅棗質(zhì)量，促進棗業(yè)生產(chǎn)的規(guī)范化、標準化具有重要現(xiàn)實意義。
2、 本課題所涉及的問題在國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析：
由于機械振動式紅棗收獲機具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，作業(yè)可靠，適用范圍廣和通用性好等特點，因此具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。近幾年來，由于特色紅棗種植模式的調(diào)整，矮化值方式將成為部分林果的主要種植方式，因此機械振動式紅棗收獲機將成為今后機械采收的一個新的有待解決的問題和關(guān)鍵影響因素的基礎(chǔ)研究。
國外對水果機械化收獲技術(shù)的研究較多，機械采摘在美國、西班牙、俄羅斯、意大利、英國、德國、丹麥、匈牙利等國家的果園應(yīng)用較為普遍。目前，機械采摘量較大的作物有蘋果、葡萄、甜橙、桃、李、杏、櫻桃、油橄欖、核桃、扁桃等。他們采用的機械收獲方法主要有:震搖法、梳刷法、撞擊法、水力法、半機械化采收等方法。但是，針對紅棗收獲的采摘機械比較少。據(jù)了解，美國的堅果收獲已全部實現(xiàn)機械化，美國的葡萄、柑桔類水果的機械化收獲問題也解決的較好。意大利生產(chǎn)一種鮮食水果收獲機，專門用于蘋果、梨、杏、李子等鮮食水果的操作，水果收獲的效率可大大提高。同時也能避免和減少水果在收獲過程中的機械損傷。除了收獲機械之外，還需要引進適于機械化收獲的品種和果園修剪等管理技術(shù)。例如，在法國和意大利，為實現(xiàn)水果作業(yè)機械化，把葡萄樹普遍栽成扁平形，并花了很大的力量栽培修剪。栽果樹時，樹與樹排行成列，既有較好的光照與通風，又便于拖拉機進去行間松土、施肥、噴藥和采摘。法國的勃拉特研所據(jù)此設(shè)計制造了一種高架式葡萄收獲機，成功地解決了釀酒用葡萄的收獲問題。國外有很多發(fā)展水果機械化收獲的經(jīng)驗，值得我們學習和研究。
總之，國外的水果收獲機械研究主要在鮮食水果的收獲中，他們是著眼于市場針對性的研制各種收獲機械。他們不光強調(diào)機械一定要適應(yīng)當?shù)剞r(nóng)園藝的要求，而且從生物學角度、農(nóng)園藝角度加大科研力度，并開發(fā)利于機械化作業(yè)的新品種、新農(nóng)園藝等，為機械化作業(yè)創(chuàng)造條件。這樣就提高了水果的機械化采收作業(yè)率。
我們國家雖然紅棗的種類很多，種植面積大，但是對于機械化采摘紅棗的技術(shù)還是比較少，機械化作業(yè)水平很低。近年來，作為鮮食上市的水果收獲仍沒有完全實現(xiàn)機械化。這是因為長在果樹上的果實的生長形態(tài)不適于機械化采摘，而市場對于商品果外觀要求又較高，不能有碰傷、擦傷等機械損傷的緣故。雖然這種水果收獲機需要人工輔助摘果，但摘下后水果的輸送、裝箱等過程全部是機械化操作，水果收獲的效率可大大提高，同時也能避免和減少水果再收獲過程中的機械損傷。根據(jù)全國各地調(diào)查資料顯示，目前我國的水果機械還是只停留在節(jié)水灌溉、滴灌、施肥一體化，包裝保鮮等有限的幾個工序上，在清洗、分級中偶有使用，而水果采摘機械還是很少。我國的水果采摘機械種類很少，大型的機械化設(shè)備使用率很低，只有少量的半自動機械在使用。比如，可移動水果采摘梯、可伸縮式高枝采果器這樣的改進型機械。這些機械雖然在某種意義上使生產(chǎn)效率提升，提高了水果的采摘質(zhì)量。但是對于大面積的果樹收獲還是不能滿足要求，像紅棗這樣的果實數(shù)量多，結(jié)果時，紅棗分布在果樹的各個部位，所以如果要提高生產(chǎn)率就需要機械化程度比較高的水果采摘機械來完成。
目前，我國紅棗收獲主要靠人工手摘和借助簡單工具輔助，如云梯和采果刀等紅棗，勞動強度較大，用工量很多。采收整體技術(shù)水平較低，在操作上都為手動控制。采收機械的研究在我國仍處于起步階段，尚未見成熟先進的實用機具報道。
當前,機械采收的方法主要有振搖法和梳刷法。其中,振搖法是應(yīng)用最多的一種方法, 適用于采收大多數(shù)干果、堅果和部分鮮食水果；而梳刷法適用于采收草莓、葡萄等漿果。兵團應(yīng)根據(jù)林果生產(chǎn)實際,從易于實現(xiàn)機械采收的紅棗、核桃等特色干果的收獲入手, 研發(fā)基于振搖原理的干果收獲機具。
農(nóng)墾科學院農(nóng)機研究所已首次從意大利引進了一臺干果收獲機成套設(shè)備, 并于2007年9 月在哈密農(nóng)十三師火箭農(nóng)場進行了紅棗、核桃機械采收的適應(yīng)性試驗, 效果較好。
自2008年開始，農(nóng)墾科學院機械裝備研究所經(jīng)過反復研究，終于成功研制出了“4YS-24紅棗收獲機”。該紅棗收獲機每小時可采摘50棵棗樹，采凈率達到91.5% ，工效提高了10倍左右，而人工采摘紅棗每小時只能采摘5棵棗樹。
總的來說,兵團以及國內(nèi)林果業(yè)機械化發(fā)展步伐緩慢,林果業(yè)生產(chǎn)過程機械化作業(yè)大部分尚處于空白階段。
3、 對課題所涉及的任務(wù)要求及實現(xiàn)預期目標的可行性分析：
設(shè)計要求一種自走連續(xù)振動式紅棗收獲機包括裝有行心輪的機架以及分機，還有鉗式振動頭。其特征是:在機架上放置一個盛果箱，在盛果箱的前端上部安裝一根吸氣管，所說的風機安裝在吸氣管上，吸氣管的自由端口連接著一個紅棗撿拾吸頭，在盛果箱后部上方的輕雜物沉降室的下端連接這一個過濾網(wǎng)兜，在盛果箱中部頂端設(shè)計一個豎直向下延伸的擋棗部，擋棗部的長度與盛果筐的寬度相同。在擋棗部下方的盛果箱內(nèi)放置一個盛果筐，盛果筐的前端頂部與盛果箱的前臂之間設(shè)計一個傾斜的紅棗下滑板。為了實用的方便在風機和紅棗撿拾頭直接設(shè)計一根波紋管。而且盛果筐四周壁上均設(shè)置著網(wǎng)孔，擋棗部為平直的擋板，所說的紅棗下滑板為柵欄板上的縫隙寬度必須比紅棗的直徑小。
（1）選擇合適配套動力，設(shè)計工作裝置、收集除雜裝置和行走裝置。
（2）運用AutoCAD繪制二維裝配圖和零件圖。
（3）利用Solidworks繪制三維圖。
4、 本課題需要重點研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路：
本設(shè)計需要重點研究的是紅棗采摘機械的基本形式、傳動機構(gòu)、采摘的類型。需要充分發(fā)揮機械的特性，最大限度的利用機械結(jié)構(gòu)對紅棗進行采摘并且保證收獲的紅棗質(zhì)量和采凈率。機械化收獲是整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)里的重要部分，所以研究紅棗采摘機的技術(shù)具有很重要的意義。
機械振動式紅棗收獲機工作原理是基于機械振動的果實脫落原理，主要過程是通過操作液壓控制閥控制五個液壓油缸動作。首先，將果樹振搖裝置的鉗式振動頭夾持樹干；然后，由拖拉機輸出軸PTO傳遞動力經(jīng)由液壓控制回路到鉗式振動頭振動；振動頭產(chǎn)生的機械振動傳遞給果樹；果枝在接受了外加的強迫振動后，也以一定的頻率和振幅振動，從而就使果枝上的果實以某種形式的振動而加速運動；加速運動的物體要受到慣性力的作用，當慣性力大于果實與果枝的結(jié)合力時，果實就會掉落。實驗結(jié)果表明：樹干的振動是一種無限多自由度的懸臂梁橫向振動，其一階基頻的計算機值和實驗值相差在10%左右。
5、 完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法：
塔里木大學位于南疆中心位置，區(qū)域優(yōu)勢明顯。生產(chǎn)建設(shè)兵團紅棗種植面積有90萬畝，為設(shè)計開展提供了便利的外部條件。塔里木大學有良好的硬件與軟件設(shè)施，這些都為課題的實施提供了保障。
機械振動式紅棗收獲機適用于樹冠較大，樹干直徑較粗且操作空間較大的稀疏果園，而且要求棗樹長得筆直，不能有太大的彎曲度和根部不能有太多的分叉。設(shè)計要注意的是：采摘的方式；采摘后果實如何利于采集；保證對果實的損傷不影響其質(zhì)量；使用簡便的采摘方式；減少對果實的打擊；提高采集裝置承接的效率；傳動裝置要配套和采摘機械相互協(xié)調(diào)。經(jīng)過查詢資料和實際的測量，確定收獲機所具備的基本條件是：工作寬度小，易移動，采摘過程對果實的損傷小。經(jīng)研究采用負壓撿拾，正壓傳送，中間擋棗部前設(shè)計成弧形進一步降低紅棗與擋棗部進行碰撞時出現(xiàn)的碰撞摩擦力，減少紅棗表皮的損傷。紅棗擋部也可以設(shè)計成一塊平直的擋板，可以減少制作的成本。
6、 完成本課題的工作方案及進度計劃：
第1～2周 查閱相關(guān)文獻，撰寫開題報告。
第3～4周 根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)有的紅棗收獲機確定棒桿式紅棗收獲裝置的總體設(shè)計方案，繪制總體結(jié)構(gòu)簡圖。
第5～6周 根據(jù)工作要求，計算并查閱相關(guān)手冊，選擇和設(shè)計各零部件。
第7～9周 運用AutoCAD軟件，繪制二維零件圖和裝配圖。
第10～11周 運用三維設(shè)計軟件完成整機各零部件的三維建模并進行運動仿真。
第12周 從工藝性能，經(jīng)濟性能，實用性能等方面對產(chǎn)品進行綜合評價、校核、修正。
第13周 完成設(shè)計說明書。
第14周 整理材料，準備答辯
工作方案為首先根據(jù)工況選擇原動力部分即發(fā)動機的型號，再通過實地測量棗樹之間的行距和間距初步確定機器外廓尺寸，然后根據(jù)工作條件設(shè)計各部分零、部件，如收獲機機架的設(shè)計、底板的設(shè)計、擋棗部的設(shè)計，鏈式輸送帶的設(shè)計、鉗式振動頭的設(shè)計等等。
7、 主要參考文獻：
(1)《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》（第4版）吳宗澤、羅圣國等著 高等教育出版社
(2)《機械設(shè)計》（第七版）濮良貴、紀名剛等著 高等教育出版社
(3)《機械原理》（第七版）陳作模、葛文杰等著 高等教育出版社
(4) <<機械設(shè)計手冊》（第二版）上冊.化學工業(yè)出版社，1983
(5)《機械設(shè)計手冊》（第二版）中冊.化學工業(yè)出版社，1983
（6）《機械設(shè)計圖冊》化學工業(yè)出版社，2002
（7）《農(nóng)業(yè)機械學》(第二版)農(nóng)業(yè)出版社，1994
學生簽名 楊海斌
2015 年 11 月 29 日
指導教師審閱意見
指導教師簽名
年 月 日