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1、长期以来，山药都是靠传统的人力收获，山药的根茎较长，深入地下，难以采收,如果收获技术不够成熟，根茎破损率就会很高。随着计算机技术的快速发展，虚拟制造 和运动仿真在农机设计中得以实现，从而大大缩短了设计周期，降低生产成本，提高了设计的准确性和可靠性。本设计利用三维设计软件，对农业机械进行产品设计。本文设计了一种山药收获装置，结构简单合理，能够完成山药的机械化收获作业。不仅极大地提高山药收获效率，而且对深土农作物的规模化种植起到了推广作用。本次的设计对传统山药收获机进行了改进，着重设计了山药收获机的整体结构、传动方式、工作方式，论述了装置在收获过程中的的工作原理。在完成设计构想之后，基第1章绪论1
2、.1课题来源及研究课题的意义和目的山药对当地气候要求不严，但喜温暖湿润，忌积水，怕干旱。宜种植于肥沃疏松、 土层深厚、排水良好的砂质壤土上种植。原产地位于河南焦作，现在分布于中国西北,华北，和长江流域的湖南江西等地。由于其营养比较丰富，一直以来都被视为比较理想 的补虚佳品，不仅可作为主粮，又可作为蔬菜食用。有很高的药用价值和食用价值。随着现代社会人们更加注重养生和健康，而山药的药用价值和使用价值使得其成为很多 人的选择。特别是近几年，山药的种植面积和种植规模不断上升。因此，山药生产和收 获的机械化越来越得到行业的重视。长期以来，山药的收获都是靠传统的人力收获方式，山药的根茎较长，难以采收，如果
3、收获技术不够成熟，根茎破损率就会很高。我国大部分地区收获山药的方法是：从山药种植垄的一端开始，先挖出60-70cm左右的土坑来，人坐在坑的边上，然后用特制 的山药铲，沿着地面上山药生长的20cm处的两边开始挖，将根两边泥土铲出，一直挖到 山药沟下见到根茎的尖端为止，最后轻轻铲断剩下的细根，手握着根茎的中上部分，小 心拔出山药的根茎。一定要小心精细铲土，避免山药根茎的损伤和折断。采收山药时,一定要按着山药种植的顺序，一株一株地挨着挖，这样才能有效减少破损率，又能避免漏收。由于山药一般在下层土壤延伸，最深可延伸到地下70100cm处，靠人力收获 相当费力。最重要的是人力收获的过程中容易挖到山药块茎
4、，影响山药的品质和市场。而 且劳动强度大，生产效率低。为此，山药收获的机械化问题就亟待解决。山药收获技术如果能够实现机械化，将有力地推动山药生产的规模化，显著降低山 药生产成本，节省劳动力和农活作业量，使山药种植户增加更多的收入，提高农业生产 的经济效益。同时，也能促进农机朝着更先进，更现代化的方向发展，使其更好地服务 于现代化农业生产和社会主义新农村的建设，实现伟大的中国梦。本课题研究了我国山药收获机械化的发展现状，山药收获机的未来研究方向。为山药收获方式以及推广山药收获机械化，促进山药生产效率提供了理论依据。1.2山药收获机的现状及方案说明1.2.1我国山药收获机的现状为了克服山药收获过程
5、中易折断的损伤的难题，我国广大设计者和科学家们进行了刻苦的钻研，以下是现阶段我国对山药收获机械化的研究现状。资料内容查自中国知识 产权局专利检索网站。第一种山药收获机的发明者是李垒和李善文。这个发明设计了一种多功能山药收获机。 可以看到，中履带底盘，设置在履带底盘上的操作台、竖直机架、电机、向上提升 机构，安装在机架上并且能够沿固定的机架上下移动的齿轮箱的总成，安装在齿轮箱结 构下面的用于开沟的螺旋钻轴和提土板，所述电机结构与齿轮箱结构由传动轴实现传动 连接；提升机构与齿轮箱结构连接，实现对齿轮箱结构的升降操作；山药收获装置还包括设于箱结构一侧，能够将开沟轴开出的土，向外送给送土器，以及设于履
6、带下部前面的能够实现把土填回功能的送土器。这种山药收获机的结构比较灵活，而且功能多样化，能够同时实现收获山药和沟内填土的两项功能，除了米收山药外，还可以开电缆沟、 管道沟、实现一机多种用法，省时省工，具有相当大的市场价值。山药收获机的机构简图如图1:图1-1山药收获机理论图第二种山药收获机发明者倪凡喜。这个创新专利目的在于，克服现阶段生产技术的不足之处，提供一种山药收获机的理论设计，在不损伤山药块茎的前提下，可以很大地 提高生产效率，降低采收山药时的成本。此专利所述的山药收获机，包括振动破土机构、 破土机构的固定架、旋转型轴承座、液压油缸、可以左右移动的轴承固定支架、悬挂型 四轴固定支架、手轮
7、、挡土板、开沟刀片、开沟链条、链条固定支架和从动轮。破土机构固定架是这个专利的主体支撑架，整体呈现方形的框架结构，破土机构固定支 架的后端，连接着设置的振动破土机构，破土机构固定支架的前端，连接着旋转式轴承 座，旋转轴承座的前面连接着液压油缸,液压油缸的前端连接到左右移动轴承座固定架，左右移动轴承座固定架设置在悬挂式四轴连接在固定架上，在悬挂型四轴固定支架的一边，设计的有手轮，在悬挂型四轴固定支架的两端后侧，设计有挡泥板。在旋转型轴承座的下端，连接设计有链条固定支架，链条固定支架的前端设计有主 动轮，链条固定支架的后端设计有从动轮，绕过主动轮与从动轮，设计有开沟链条，开 沟链条的外表面上设置有
8、开沟刀片。连接到链条固定架上，设置有涨紧固定架，涨紧固定架的下端设置有涨紧轮，涨紧轮与开沟链条的内表面相接触。山药收获机的机构简图如下图:图1-2山药收获机示意图带锯上部连接旋转轮，中间穿过狭长形的开口，下面套有轴承，中间的松土板在后第三种山药收获机的发明者是卢双贵。这种山药收获机，由切割锯、松土板与螺旋提升机构组成。面随着将土松动，松土板固定在套管上的伸缩杆上，液压气泵来提供动力，后面的螺旋提升机构在切割后的土方下面向上转动，即可把山药向上顶出。由于是采用的拖拉机为 动力，切割的土方要大于山药沟，从山药的下面向上拱，不仅保证了山药的完整度，不 损坏山药的块茎，而且保持了山药沟的原来样子，工作
9、的效率极大提高，每天可挖掘山 药三到五亩。山药收获机的机构简图如图1-3：图1-3山药收获机结构简图2 ? 4 ? &1.2.2山药收获机的设计要求传统山药收获机的三维设计及仿真I _文档下载http:/ 的农业机械设计，存在着设计周期长，设计成本高，设计质量差，图纸识别困难等问题。随着计算机技术的快速发展，虚拟制造和运动仿真在农机设计中得以实现，从而大大缩短了设计周期，降低生产成本，提高了设计的准确性和可靠性。本设计利用三维设计软件，对农业机械进行产品设计。具体内容：1对农机进行总体结构方案设计，满足其功能要求，力求结构简单，功能合理。2进行农机零件设计，强度和结构上符合要求3.进行产品装配
10、。4产品的动态仿真。本方案设计山药收获机用于山药的收获作业。提高山药收获效率，降低劳动力，节约山药收获成本。创新设计或改进现阶段市面上已有的山药收获机，使山药收获作业起来更简单。给定的条件和要求翻土作业时的作业量为400500m/小时，采用螺旋排除浮土，螺旋转速为300转/分钟左右第2章设计方案分析2.1设计方案的说明2.1.1设备简介通过现阶段山药收获机的专利以及考察实际情况，可以得出，山药收获机的工作原理和组成部分。山药收获机的组成部分大致可由支撑部分、动力部分、工作部分和传动部分。支撑部分：主要就是山药收获机的机架和山药收获机与拖拉机连接部分，用于支撑整个山药收获机能够顺利切协调的完成收
11、获工作。动力部分：用于连接拖拉机传输的动力，把动力提供给山药收获机的传动部分。传动部分：传输动力，并起到减速作用。工作部分：这部分入土，用螺旋开土，达到收获山药的目的。2.1.2山药收获机的工作原理拖拉机液压系统带动收获机传动系统，经减速传动给工作轴，利用强大的扭矩，旋开土壤。拖拉机提供向前的牵引力带动收获机向前行进。2.2设计方案选择与对比在最终确定山药收获机的三维设计及仿真I _文档下载http:/ 山药收获装置的设计方案前，做了很多的准备工作。首先，查阅了中国专利网上的一些专利申请，仔细阅读并理解了山药收获机现阶段 的理论设计情况。也看到了很多比较好的方案或者设计，其实还都在理论阶段，很
12、多设 计者们的精妙设计都还没有通入生产。这也从一方面表现了现阶段山药收获机的落后程 度，同时山药收获的大难题亟待解决。其次，在网络上检索山药收获机，会发现很多厂家有在直销，仔细研究后，也对山 药收获机在设计之后，开发生产的可能性有了一定的认识。明确了，在现阶段哪些设计 是不能开发的，哪些设计更容易开发。最后我也去了一些山药种植基地和一些机械厂，进行了实地考察，亲眼看到了制造成型 和正在工作的山药收获机。对山药收获机的设计开发有了进一步的认识。现在开发成功的山药收获机大致可以分为三种：1.单侧山药开沟机。2双侧山药开第3章沟机。3链式山药收获机。下面听过对三种收获机的优缺点分析确定设计方案。 2
13、.2.1单侧山药开沟机现在的很多设计和市面上已经投入使用的山药收获机，一般都是在山药种植垄的一 侧进行挖沟，然后通过人力下沟进行二次挖掘，这样确实省了一部分人力，但是进行二 次挖掘时，还是很费力，而且容易损伤和折断山药的茎块。如下图2-1所示。这种山药收获机工作原理简单，作业效率高，而且易推广，在一些土壤比较肥沃、 疏松I的地区比较适合。但是缺点也比较明显，收获机开沟之后，山药依然埋一侧的土壤 中，剩下的的工作必须依靠人力，从沟中向山药一侧进行挖掘，挖掘的过程不仅难以操 作，而且容易损伤山药，影响山药的销售品质。图2-1单垄山药收获机实物图2.2.2双侧山药开沟机已经投入使用山药收获机中，现在
14、比较流行是一种是在山药两侧开沟，确定山药种植行的宽度，设计出两个开沟钻的距离，从而从山药种植行的两侧进行挖沟。实物图如图2-2双侧山药收获机实物图这种山药收获机与单侧开沟机相比，有很大的优势，降低了靠人力进行二次挖掘困难程度。但是这种收获机也有明显的缺点，它虽然降低而人工挖掘强度，但是山药和土 块还是紧密结合在一块，无法克服采收过程中的损伤山药块茎的问题。并且在此装置开沟采收后的土地上，会留下两道很深的沟壑，这将影响下一季山药的种植，导致种植山药时需要填平沟壑。变相提升了山药种植的难度。2.2.3链式山药收获机链式山药收获机与以上两种开沟机原理不同，收获山药之后不会再地上留下很深的沟，这样下一
15、季的种植就不会受到影响。而且这种山药收获机所需功率小，相对以上两 种在收获的时候更经济，更节约成本。但是链式山药收获机也没有以上两种开沟机的有 点。依靠链上面的刀片进行开土，很难达到很深的程度。而山药块茎很深，这样在后续 的采收中还是需要大量的人力来完成，甚至还需要人力来进行二次开沟。这样一来，链 式收获机在采收中起到的作用就会很局限。下图2-3为链式收获机的的实物图：图2-3链式山药收获机2.3设计方案的优化分析及确定通过对山药收获机的现状研究，对市场上已经开发成功的山药收获机的分析，总结 山药收获机需要满足的条件，分析现有山药收获机的优缺点，最终确定山药收获机的最 佳优化方案。首先总结设计山药收获机要完成的任务：1、通过山药收获机能实现山药收获的简易化，提高山药收获的效率。2、此装置在收获山药的时候不能损坏山药的块茎。3、山药收获机的设计要尽量简易，方案要符合实际情况。设计方案可以投入生产，并且可以推广。 其次通过对上述现有山药收获机的研究与考察，发现现
