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塔里木大學(xué)
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告
課題名稱 自走連續(xù)振動(dòng)式紅棗收獲機(jī)
學(xué)生姓名 楊海斌
學(xué) 號(hào) 8011212125
所屬學(xué)院 機(jī)電院
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí) 16-1
指導(dǎo)教師 郭文松
起止時(shí)間 2015-11-27
機(jī)械電氣化工程學(xué)院教務(wù)辦制
填 表 說 明
一、學(xué)生撰寫《開題報(bào)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(guó)內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀及分析；
3、對(duì)課題所涉及的任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析；
4、本課題需要重點(diǎn)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(jìn)度計(jì)劃；
7、主要參考文獻(xiàn)（不少于7篇）。
二、本報(bào)告必須由承擔(dān)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）課題任務(wù)的學(xué)生在接到“畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書”的兩周內(nèi)獨(dú)立撰寫完成，并交指導(dǎo)教師審閱。
三、開題報(bào)告要求手寫體，字?jǐn)?shù)在3000字以上，由學(xué)生在本報(bào)告冊(cè)內(nèi)填寫，頁面不夠可自行添加A4紙張。
四、每個(gè)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）課題須提交開題報(bào)告一式三份，一份學(xué)生本人留存，一份指導(dǎo)教師存閱，一份學(xué)生所在學(xué)院存檔，備檢備查。
開題報(bào)告正文
1、 本課題來源及研究的目的和意義：
該課題是指導(dǎo)教師擬定，學(xué)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(jì)基礎(chǔ)適應(yīng)上層建筑，加快我國(guó)的社會(huì)主義建設(shè)貢獻(xiàn)一份力量！該課題研究的意義主要是培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手和動(dòng)腦能力，使理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，從而獲得直接經(jīng)驗(yàn)，為踏入社會(huì)做好準(zhǔn)備。
棗樹在我國(guó)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(guó)大面積經(jīng)濟(jì)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(qiáng)，營(yíng)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(jì)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(xiàng)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(jì)收入。隨著紅棗的種植面積的增加，紅棗的機(jī)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(shì)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(dòng)力來完成水果采收?？梢灶A(yù)見到，再過3~5年，新種植的果樹進(jìn)去盛果期后，水果采收作業(yè)將會(huì)出現(xiàn)因勞動(dòng)力短缺，采收不及時(shí)，而直接影響果品質(zhì)量和造成大量損失的問題。這是因?yàn)?，水果采摘是一?xiàng)勞動(dòng)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(chǎng)對(duì)于果實(shí)外觀要求較高，不能有碰傷、刮傷、壓裂等機(jī)械損傷，采收這些水果時(shí)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(xiàng)費(fèi)時(shí)、費(fèi)工、費(fèi)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(shí)，必須要依靠機(jī)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(dǎo)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?jī)?yōu)越、價(jià)格相對(duì)低廉的原料，這樣極不利于企業(yè)直接參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)?？梢剖郊t棗收獲機(jī)的研究，就是針對(duì)紅棗的采摘時(shí)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的采摘機(jī)械，紅棗的機(jī)械化收獲對(duì)提高收獲效率，降低收獲作業(yè)成本，做到適時(shí)收獲，減少收獲過程中造成的機(jī)損失，保證紅棗質(zhì)量，促進(jìn)棗業(yè)生產(chǎn)的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化具有重要現(xiàn)實(shí)意義。
2、 本課題所涉及的問題在國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析：
由于機(jī)械振動(dòng)式紅棗收獲機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，作業(yè)可靠，適用范圍廣和通用性好等特點(diǎn)，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(jī)械振動(dòng)式紅棗收獲機(jī)將成為今后機(jī)械采收的一個(gè)新的有待解決的問題和關(guān)鍵影響因素的基礎(chǔ)研究。
國(guó)外對(duì)水果機(jī)械化收獲技術(shù)的研究較多，機(jī)械采摘在美國(guó)、西班牙、俄羅斯、意大利、英國(guó)、德國(guó)、丹麥、匈牙利等國(guó)家的果園應(yīng)用較為普遍。目前，機(jī)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(jī)械收獲方法主要有:震搖法、梳刷法、撞擊法、水力法、半機(jī)械化采收等方法。但是，針對(duì)紅棗收獲的采摘機(jī)械比較少。據(jù)了解，美國(guó)的堅(jiān)果收獲已全部實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，美國(guó)的葡萄、柑桔類水果的機(jī)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(jī)，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(shí)也能避免和減少水果在收獲過程中的機(jī)械損傷。除了收獲機(jī)械之外，還需要引進(jìn)適于機(jī)械化收獲的品種和果園修剪等管理技術(shù)。例如，在法國(guó)和意大利，為實(shí)現(xiàn)水果作業(yè)機(jī)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(shí)，樹與樹排行成列，既有較好的光照與通風(fēng)，又便于拖拉機(jī)進(jìn)去行間松土、施肥、噴藥和采摘。法國(guó)的勃拉特研所據(jù)此設(shè)計(jì)制造了一種高架式葡萄收獲機(jī)，成功地解決了釀酒用葡萄的收獲問題。國(guó)外有很多發(fā)展水果機(jī)械化收獲的經(jīng)驗(yàn)，值得我們學(xué)習(xí)和研究。
總之，國(guó)外的水果收獲機(jī)械研究主要在鮮食水果的收獲中，他們是著眼于市場(chǎng)針對(duì)性的研制各種收獲機(jī)械。他們不光強(qiáng)調(diào)機(jī)械一定要適應(yīng)當(dāng)?shù)剞r(nóng)園藝的要求，而且從生物學(xué)角度、農(nóng)園藝角度加大科研力度，并開發(fā)利于機(jī)械化作業(yè)的新品種、新農(nóng)園藝等，為機(jī)械化作業(yè)創(chuàng)造條件。這樣就提高了水果的機(jī)械化采收作業(yè)率。
我們國(guó)家雖然紅棗的種類很多，種植面積大，但是對(duì)于機(jī)械化采摘紅棗的技術(shù)還是比較少，機(jī)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(shí)現(xiàn)機(jī)械化。這是因?yàn)殚L(zhǎng)在果樹上的果實(shí)的生長(zhǎng)形態(tài)不適于機(jī)械化采摘，而市場(chǎng)對(duì)于商品果外觀要求又較高，不能有碰傷、擦傷等機(jī)械損傷的緣故。雖然這種水果收獲機(jī)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(jī)械化操作，水果收獲的效率可大大提高，同時(shí)也能避免和減少水果再收獲過程中的機(jī)械損傷。根據(jù)全國(guó)各地調(diào)查資料顯示，目前我國(guó)的水果機(jī)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(gè)工序上，在清洗、分級(jí)中偶有使用，而水果采摘機(jī)械還是很少。我國(guó)的水果采摘機(jī)械種類很少，大型的機(jī)械化設(shè)備使用率很低，只有少量的半自動(dòng)機(jī)械在使用。比如，可移動(dòng)水果采摘梯、可伸縮式高枝采果器這樣的改進(jìn)型機(jī)械。這些機(jī)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(duì)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(shí)數(shù)量多，結(jié)果時(shí)，紅棗分布在果樹的各個(gè)部位，所以如果要提高生產(chǎn)率就需要機(jī)械化程度比較高的水果采摘機(jī)械來完成。
目前，我國(guó)紅棗收獲主要靠人工手摘和借助簡(jiǎn)單工具輔助，如云梯和采果刀等紅棗，勞動(dòng)強(qiáng)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(dòng)控制。采收機(jī)械的研究在我國(guó)仍處于起步階段，尚未見成熟先進(jìn)的實(shí)用機(jī)具報(bào)道。
當(dāng)前,機(jī)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(jiān)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(tuán)應(yīng)根據(jù)林果生產(chǎn)實(shí)際,從易于實(shí)現(xiàn)機(jī)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(jī)具。
農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)機(jī)研究所已首次從意大利引進(jìn)了一臺(tái)干果收獲機(jī)成套設(shè)備, 并于2007年9 月在哈密農(nóng)十三師火箭農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行了紅棗、核桃機(jī)械采收的適應(yīng)性試驗(yàn), 效果較好。
自2008年開始，農(nóng)墾科學(xué)院機(jī)械裝備研究所經(jīng)過反復(fù)研究，終于成功研制出了“4YS-24紅棗收獲機(jī)”。該紅棗收獲機(jī)每小時(shí)可采摘50棵棗樹，采凈率達(dá)到91.5% ，工效提高了10倍左右，而人工采摘紅棗每小時(shí)只能采摘5棵棗樹。
總的來說,兵團(tuán)以及國(guó)內(nèi)林果業(yè)機(jī)械化發(fā)展步伐緩慢,林果業(yè)生產(chǎn)過程機(jī)械化作業(yè)大部分尚處于空白階段。
3、 對(duì)課題所涉及的任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析：
設(shè)計(jì)要求一種自走連續(xù)振動(dòng)式紅棗收獲機(jī)包括裝有行心輪的機(jī)架以及分機(jī)，還有鉗式振動(dòng)頭。其特征是:在機(jī)架上放置一個(gè)盛果箱，在盛果箱的前端上部安裝一根吸氣管，所說的風(fēng)機(jī)安裝在吸氣管上，吸氣管的自由端口連接著一個(gè)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(gè)過濾網(wǎng)兜，在盛果箱中部頂端設(shè)計(jì)一個(gè)豎直向下延伸的擋棗部，擋棗部的長(zhǎng)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(gè)盛果筐，盛果筐的前端頂部與盛果箱的前臂之間設(shè)計(jì)一個(gè)傾斜的紅棗下滑板。為了實(shí)用的方便在風(fēng)機(jī)和紅棗撿拾頭直接設(shè)計(jì)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(dòng)力，設(shè)計(jì)工作裝置、收集除雜裝置和行走裝置。
（2）運(yùn)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(diǎn)研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路：
本設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)研究的是紅棗采摘機(jī)械的基本形式、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、采摘的類型。需要充分發(fā)揮機(jī)械的特性，最大限度的利用機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)紅棗進(jìn)行采摘并且保證收獲的紅棗質(zhì)量和采凈率。機(jī)械化收獲是整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)里的重要部分，所以研究紅棗采摘機(jī)的技術(shù)具有很重要的意義。
機(jī)械振動(dòng)式紅棗收獲機(jī)工作原理是基于機(jī)械振動(dòng)的果實(shí)脫落原理，主要過程是通過操作液壓控制閥控制五個(gè)液壓油缸動(dòng)作。首先，將果樹振搖裝置的鉗式振動(dòng)頭夾持樹干；然后，由拖拉機(jī)輸出軸PTO傳遞動(dòng)力經(jīng)由液壓控制回路到鉗式振動(dòng)頭振動(dòng)；振動(dòng)頭產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)傳遞給果樹；果枝在接受了外加的強(qiáng)迫振動(dòng)后，也以一定的頻率和振幅振動(dòng)，從而就使果枝上的果實(shí)以某種形式的振動(dòng)而加速運(yùn)動(dòng)；加速運(yùn)動(dòng)的物體要受到慣性力的作用，當(dāng)慣性力大于果實(shí)與果枝的結(jié)合力時(shí)，果實(shí)就會(huì)掉落。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：樹干的振動(dòng)是一種無限多自由度的懸臂梁橫向振動(dòng)，其一階基頻的計(jì)算機(jī)值和實(shí)驗(yàn)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(xué)位于南疆中心位置，區(qū)域優(yōu)勢(shì)明顯。生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)紅棗種植面積有90萬畝，為設(shè)計(jì)開展提供了便利的外部條件。塔里木大學(xué)有良好的硬件與軟件設(shè)施，這些都為課題的實(shí)施提供了保障。
機(jī)械振動(dòng)式紅棗收獲機(jī)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(zhǎng)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(jì)要注意的是：采摘的方式；采摘后果實(shí)如何利于采集；保證對(duì)果實(shí)的損傷不影響其質(zhì)量；使用簡(jiǎn)便的采摘方式；減少對(duì)果實(shí)的打擊；提高采集裝置承接的效率；傳動(dòng)裝置要配套和采摘機(jī)械相互協(xié)調(diào)。經(jīng)過查詢資料和實(shí)際的測(cè)量，確定收獲機(jī)所具備的基本條件是：工作寬度小，易移動(dòng)，采摘過程對(duì)果實(shí)的損傷小。經(jīng)研究采用負(fù)壓撿拾，正壓傳送，中間擋棗部前設(shè)計(jì)成弧形進(jìn)一步降低紅棗與擋棗部進(jìn)行碰撞時(shí)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(jì)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(jìn)度計(jì)劃：
第1～2周 查閱相關(guān)文獻(xiàn)，撰寫開題報(bào)告。
第3～4周 根據(jù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的紅棗收獲機(jī)確定棒桿式紅棗收獲裝置的總體設(shè)計(jì)方案，繪制總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
第5～6周 根據(jù)工作要求，計(jì)算并查閱相關(guān)手冊(cè)，選擇和設(shè)計(jì)各零部件。
第7～9周 運(yùn)用AutoCAD軟件，繪制二維零件圖和裝配圖。
第10～11周 運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件完成整機(jī)各零部件的三維建模并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。
第12周 從工藝性能，經(jīng)濟(jì)性能，實(shí)用性能等方面對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)、校核、修正。
第13周 完成設(shè)計(jì)說明書。
第14周 整理材料，準(zhǔn)備答辯
工作方案為首先根據(jù)工況選擇原動(dòng)力部分即發(fā)動(dòng)機(jī)的型號(hào)，再通過實(shí)地測(cè)量棗樹之間的行距和間距初步確定機(jī)器外廓尺寸，然后根據(jù)工作條件設(shè)計(jì)各部分零、部件，如收獲機(jī)機(jī)架的設(shè)計(jì)、底板的設(shè)計(jì)、擋棗部的設(shè)計(jì)，鏈?zhǔn)捷斔蛶У脑O(shè)計(jì)、鉗式振動(dòng)頭的設(shè)計(jì)等等。
7、 主要參考文獻(xiàn)：
(1)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第4版）吳宗澤、羅圣國(guó)等著 高等教育出版社
(2)《機(jī)械設(shè)計(jì)》（第七版）濮良貴、紀(jì)名剛等著 高等教育出版社
(3)《機(jī)械原理》（第七版）陳作模、葛文杰等著 高等教育出版社
(4) <<機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第二版）上冊(cè).化學(xué)工業(yè)出版社，1983
(5)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第二版）中冊(cè).化學(xué)工業(yè)出版社，1983
（6）《機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊(cè)》化學(xué)工業(yè)出版社，2002
（7）《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)》(第二版)農(nóng)業(yè)出版社，1994
學(xué)生簽名 楊海斌
2015 年 11 月 29 日
指導(dǎo)教師審閱意見
指導(dǎo)教師簽名
年 月 日