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农机化专业毕业设计机具研发流程

2021-02-03 来源:《农业工程》作者:青岛农业大学机电工程学院 尚书旗,孙景福,杨然兵,王建刚
摘要:毕业设计是农机化专业教学过程中总结性的实践环节,它能提高学生的创新意识和实际操作能力。根据农业机械的特点,探索--条透于农机化专业学生毕业设计的机具研发设计流程,分析了该流程各个阶段的任务和要求,总结了每个阶段中出现的典型问题。并以花生联合收获机的设计过程为例,阐述了各个环节需要完成的任务,为新形势下农机化专亚教学改革和培养专业应用型人才提供借鉴。
关键词:农机化专业;毕业设计;研发流程;花生联合收获机
0引言
如何提高农机化专业学生的创新意识和机具研发设计能力,是高等教育界的热门话题和重要研究课题[1-2]。农机具相对于其他机械具有特殊性,作业性能与效果受土壤状况、作业环境和作业对象影响较大13。新型农业机械的研发与设计也具有特殊性。本文结合多年农机化专业毕业设计的培养经验,根据当前农业机械的特点介绍如何进行新机具的研制和设计。并以花生联合收获机的设计与研制开发过程为例,探索一条适合农机化专业学生的毕业设计流程。
1农业机械毕业设计过程
农机具设计需严格按照一定的设计流程进行[4-5]。一种新型农业机械的研发与设计过程主要包括调研(国内外现有作业技术调研、关键作业环节技术调研、物料特性与生产环境调研等)、整机方案设计、关键部件设计、三维优化设计以及二维工程图纸设计等环节。每个环节都有各自的独特作用和特点,缺一不可,尤其是生产环境调研是农机研发所特有的环节[6]。具体的农业机械设计流程如图1所示。
2农业机械设计调研
农业机械研发调研包括现有机型技术调研和物料特性与生产环境调研两种[7-8]。技术调研包括国内外现有作业技术调研和关键作业环节技术调研。当前,高校最重视的是现有机型技术调研,而忽略了物料特性与生产环境调研。往往在设计中虽然学生的毕业设计工作已经结束,但是对机械作业对象的物料特性不了解,整个设计缺乏合理性。
物料特性与生产环境调研,是对作业对象自身特性、区域性特征和生产自然条件等进行调查研究。物料特性调研即作业对象调研,如在播种机排种器的设计中,应充分调研作业对象种子的物理特性,包括尺寸大小、密度和比重等。当前适应玉米等大型种子排种技术的有水平圆盘式、勺轮式等排种器,适应小型种子的有星型孔式、气吹式等排种器。种子物料特性差异直接决定了排种技术不同,所以机具设计首先需要了解作业对象。生产环境调研即农机具工作环境调研,如田间移动式农业机械设计需要对地形和土壤特性调研,在松软土壤环境下,机具极易出现下陷和打滑的现象。因此,行走装置设计时应首选履带式,而不是日常使用的轮式。针对作物种类的不同设计研发的农机技术,使农业机械在其环境下具有较好的适应性和可行性。
以花生联合收获机设计为例,设计者首先需要实地了解花生品种、果实与秧蔓、土壤、种植特性等相关的物理特性。花生田间物料特性调研如图2所示,根系果实宽度决定了联合收获机的挖掘宽度,根系果实高度定了联合收获机的挖掘深度。这些参数是机具设计中的关键参数,设计者应进行实地调研,而非采用间接手段获取数据。大多数学生在设计中对这些机械参数的确定靠从书本、网络中他人设计的依据中选取,而这些参数由于受地理和种植习惯的不同差异较大,如有些学生采用河南花生作物特性和江苏的种植特性,设计用于山东种植模式的机具,导致设计的机具缺乏合理性。
3整机与关键部件设计
3.1整机设计
为了实现农业生产中某一作业效果,农业机械化技术形式较多,很少采用单一或特定的技术方案。目前的农业机械化专业学生在进行农机具设计时,多数依靠现有技术进行简单的拼凑,技术创新点较少。主要原因是学生对现有技术没有从根本上进行分解深析和消化吸收,因此不能实现技术理论的提升和创新。
以花生联合收获机的设计为例,整机技术方案主要有挖拔组合式和捡拾式两种联合收获方式。挖拔组合式联合收获机适应于沙壤土和雨水较多的地方,由于挖掘、输送、去土、摘果、分离、清选和集果等作业环节的联合工作,收获效率较高,减少了花生果实腐烂率。而在雨水不多的地区,花生机械化收获宜采用捡拾式联合收获,花生被挖掘出来后在地里晾晒一段时间再采用捡拾收获机进行收获,相对挖拔组合式联合收获机能提高花生产量。
设计者应根据作业对象物料特性及作业环境选定整机技术方案进行创新设计。
3.2关键部件设计
关键部件设计是对研究的整机技术进行分解,一般根据不同的作业环节分别进行技术调研及方案确定。通常情况下,每一项技术都有很多方案供选择,设计者需要根据不同的要求进行创新设计。
如花生联合收获机设计可分为挖掘、输送和摘果
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