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畢 業(yè) 設 計 開 題 報 告
1．結(jié)合畢業(yè)設計情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，撰寫2000字左右的文獻綜述：
文 獻 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，國內(nèi)一些生產(chǎn)企業(yè)也紛紛加入這一領域，使得馬鈴薯生產(chǎn)開始向生產(chǎn)基地規(guī)?；?、標準化邁進[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，嚴重影響了馬鈴薯的規(guī)模生產(chǎn)，使之遠遠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)外對馬鈴薯收獲機械研究投入了相當大的人力和物力。我國現(xiàn)階段的馬鈴薯收獲機還是以簡單挖掘人工揀拾為主。而國外已經(jīng)實現(xiàn)了機械化與自動化的結(jié)合，將液壓技術(shù)、振動分析、電子技術(shù)、傳感器技術(shù)應用于作業(yè)機械中，大大地降低了勞動者的工作強度。
國外馬鈴薯收獲機械化收獲起步早、發(fā)展快、技術(shù)水平高。20世記初，歐美國家出現(xiàn)畜力牽引挖掘機來代替手鋤挖掘馬鈴薯、隨后改由拖拉機牽引或懸掛。20年代末出現(xiàn)了升運鏈式和拋擲輪式馬鈴薯收獲機。在20世紀40年代初，前蘇聯(lián)、美國就開始研制、推廣應用馬鈴薯收獲機械，50年代末即己實現(xiàn)了機械化。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，且以收獲壟作種植為主[8]。這些機型是大功率拖拉機變型，如荷蘭在拖拉機基礎上按照甜菜聯(lián)合收獲機的原理制成的雙行馬鈴薯聯(lián)合收獲機，為了加強篩選效果，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。20世紀80年代初期，聯(lián)合收獲機和分段收獲的面積占馬鈴薯作物種植面積的85%，其中聯(lián)合收獲已達到50%以上。20世紀90年代，美國已基本實現(xiàn)了馬鈴薯收獲機械化。前蘇聯(lián)是生產(chǎn)馬鈴薯作物收獲機最早的國家，生產(chǎn)了許多半懸掛式機型，如KKY–2型、KOK–2型、KKP–2型等馬鈴薯作物聯(lián)合收獲機，機器體積較龐大笨重，到20世紀90年代初，馬鈴薯收獲機共有16種機型，其中10種是聯(lián)合收獲機，90年代中期，開始生產(chǎn)自走式聯(lián)合收獲機，其勞動生產(chǎn)率比其它行收獲機提高1～2倍[9]。近年來，歐美的馬鈴薯收獲機型仍然是以大功率機組為主。這些機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)一些小型挖掘機械，如意大利的SP100機型為小型壟作收獲機械。在亞洲生產(chǎn)馬鈴薯收獲機械的國家較少。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式收獲機，70年代開始引進英國、美國等發(fā)達國家的聯(lián)合收獲機，并研制適合日本國情的聯(lián)合收獲機，對于根菜（蘿卜、青芋等）機械收獲的研究從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，如韓國高山機械工業(yè)公司生產(chǎn)的小型單行和雙行馬鈴薯、地瓜挖掘機械[10-16]。
從農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展過程來看，馬鈴薯收獲機械發(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械中，挖掘機的生產(chǎn)和使用所占的比例趨于下降，而聯(lián)合收獲機得到迅速發(fā)展，形成了用聯(lián)合收獲機直接收獲，或用挖掘-撿拾裝載機加固定分選裝置來進行分段收獲的兩種全面實現(xiàn)收獲機械化的配套系統(tǒng)，基本上實現(xiàn)了馬鈴薯收獲機械化。而且，國外馬鈴薯收獲機械大多采用升運鏈條式聯(lián)合作業(yè)，技術(shù)上已達到相當高的水平。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械化程度較高，收獲機械性能穩(wěn)定。
日本對生姜收獲機械已經(jīng)研制多年并有了一些成熟的機型，第一代機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)機械。在韓國，對根莖收獲機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的大蒜挖掘機，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具[17-20]。
近年來，隨著馬鈴薯的需求量進一步增加，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?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。手工進行馬鈴薯收獲已經(jīng)遠遠滿足不了市場的需求，而且其效率較低，對勞動力的勞動強度要求大，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械化程度，解放勞動力，研制專門用于收獲馬鈴薯的機器，即所謂的馬鈴薯收獲機。到如今，馬鈴薯收獲機的數(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，解決各種遇到的問題，來提高馬鈴薯收獲機械化水平[21-24]。
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畢 業(yè) 設 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.馬鈴薯收獲機的總體方案設計。
2.挖掘機構(gòu)的設計與分析計算。
3.薯土及薯秧分離機構(gòu)的設計與分析計算。
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.盡可能使進入機器的土壤少；
3.能將掘起的馬鈴薯輸送到分離裝置，并且盡可能細化土壤，減少負荷； 挖掘鏟的任務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：
本機主要由V帶、減速器、抖動輪、機架、挖掘鏟、傳動鏈、地輪構(gòu)成。拖拉機產(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、總體設計
1.傳動比的確定
該多功能馬鈴薯收獲機的配套動力為100馬力的拖拉機，其輸出軸的轉(zhuǎn)速為540r/min，通過一級減速器和帶傳動，設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.帶輪的設計
因為工作機是多功能馬鈴薯收獲機，故屬于載荷變動較大的機械，原動機是交流電動機（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。收獲機的工作功率為1.5KW。
（1） 選擇V帶的型號
（2） 確定帶輪基準直徑：
（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.機架部分的設計
收獲機組的入土性能、挖掘深度穩(wěn)定性能、機組牽引性能、運輸通過性能及對地表的適應性能等主要工作性能都收多功能馬鈴薯收獲機懸掛裝置的影響。本設計采用三點懸掛式機構(gòu)，由拖拉機后置三點懸掛和收獲機懸掛架機構(gòu)成一個空間機構(gòu)，它可以看作在縱垂直面和水平面的四個四連桿機構(gòu)。這兩個四連桿機構(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
該馬鈴薯收獲機的設計寬度為712mm。兩側(cè)的機架壁厚度各位10mm。所以整個機架的內(nèi)部空間為692mm。所選的減速器的輸出軸的外伸長度為110mm。為了使機器能夠運轉(zhuǎn)，必須將V帶輪放在整個機架的外面，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)軸器時其孔徑也應當為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，達到減少阻力的目的。
（2）另一方面是減輕了機器前部的重量，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.地輪的設計
地輪的作用主要是在機器行走過程中的平衡支撐作用。為了克服收獲機收獲時挖掘鏟前部較大的阻力，設計的地輪應當有較好的通過性，且能夠保證在凹凸不平的地表情況下準確控制挖掘深度。地輪材料可以選擇鑄鐵，結(jié)構(gòu)采用腹板式。在機架上設置不同的安裝位置，可根據(jù)種植情況調(diào)節(jié)深度。
研究計劃和安排
時間
任務安排
第一、二周
查閱資料與文獻完成英文翻譯
第三、四周
構(gòu)思設計方案，撰寫開題報告
第五、六周
確定總體方案的設計和計算
第七、八周
裝配圖與零件圖的繪制
第九、十周
編寫設計說明書
第十一、二周
預答辯與修改準備答辯
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指導教師意見：
杜忠杰同學在查閱了大量的和畢業(yè)設計工作有關(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識和理解，較好地完成了課題前期的準備工作。
開題報告語言通順、格式規(guī)范?！墨I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)狀進行了較為詳細的敘述，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)設計工作。
同意開題。
指導教師：
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