基于TRIZ理论的小型深耕机优化研究
发布时间：2020-10-16 07:38
南方丘陵山区有耕地约4032.05万hm2,由于地形地貌的限制,大部分具有田块狭小、田埂高、不规则等特点,严重制约了大中型农业机械的推广应用。微耕机具有结构简单、操作方便、重量和体积小等特点,极大地解决了当前条件下的南方丘陵山区耕整地作业难的问题,是目前南方丘陵山区主要的耕整地机械。但是由于微耕机自身结构和工作原理的局限,其耕深一般在16cm左右,经过多年的浅层旋耕后,在耕层下会形成硬底层,导致农作物根系无法从深层土壤中吸取养分,严重影响了农作物的生长发育。本文运用TRIZ理论在第一代小型深耕机的基础上进行优化研究,设计出一款更完善的小型深耕机,并针对小型深耕机的作业效果和整机性能,进行了田间试验验证。首先,运用TRIZ理论对第一代小型深耕机存在的主要问题进行系统分析和因果分析,得到了引起这些问题的四个根本原因：1、传动方式的不同对传动箱的体积、重量和强度有很大的影响,选择齿轮传动,可以很好地保证传动系统的可靠性,但是体积和重量也相应的增加,会影响到整机工作性能,如转弯方便性和深耕入土性等。而选择链传动,传动箱体积和重量都较小,但是其强度是否足够会直接影响整机的可靠性；2、刀具强度,由旋转工作部件的工作原理可知,要增加耕深就需要增加刀具的长度,但是较长的刀具,在工作过程中容易折断；3、深松刀形状,在改变深松刀的弯曲度以利于深松刀入土的同时,会增加深松刀缠草的可能性；4、耕后地表平整度,由于工作部件的干涉,耕后土壤在深松刀辊幅宽两侧堆积,导致耕后土壤截面呈“凹”字形。然后,在上述分析的基础上,进行矛盾分析,将问题转化为TRIZ矛盾模型,利用相应的模型解决工具确定解决方案：1、变第一代的齿轮传动为链传动,采用高强度链传动,减小传动箱重量和体积,从而改善了转弯方便性和深耕入土性；2、增加安全销联轴器和刚度调节拉杆,来避免重要的刀辊和传动系统受损,从而提高了整机可靠性；3、根据不同的土壤条件更换不同形状的深松刀,来避免深松刀缠草；4、增加平土装置,改善耕后地表平整度。最终,结合通过TRIZ理论得到的优化方案,进行工作部件转速、动力校核以及联轴器的理论设计,设计制造出了新一代小型深耕机样机,并通过田间深耕试验进行验证。田间试验结果表明,小型深耕机的耕深为30.8cm,地表平整度为4.36cm,均到达设计要求,并且在整个测试过程中,耕深的稳定性系数达到94.42%,发动机工作顺畅,没有出现过载冒黑烟的情况。
【学位单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：S222
【部分图文】：
西南大学硕士学位论文??区。南方丘陵山区的农作物种类众多，种植结构复杂，区域内主要农作物包括水??稻、薯类、油菜、小麦等，表１－２为南方丘陵山区主要农作物的播种面积，图１－１??为南方丘陵山区种植结构。??表１－２南方丘陵山区主要农作物播种面积??Ｔａｂ．?１－２?Ｔｈｅ?ｍａｉｎ?ｃｒｏｐ?ａｃｒｅａｇｅ?ｏｆ?ｈｉｌｌｙ?ａｒｅａｓ?ｉｎ?Ｓｏｕｔｈ?Ｃｈｉｎａ??农作物种类?南方丘陵山区播种面积?全国播种面积?占全国总播种面积比例??水稻?１９５５９．１２?２０１３７，１１?６４．９０％??小麦?３２５３．４８?２４２６８．２８?１３．４１％??玉米?５８９５．２６?３５０２９，８２?１６．８３％??豆类?２５４３．７８?９７０９．４５?２６．２０％??薯类?５１４４．６４?８８８５．８９?５７．９０％??花生?１５７２．０１?４６３８．５３?３３．８９％??油菜籽?５０８８．６６?７４３１．８６?６８．４７％??麻类?７５．２６?１０１．２２?７４．３５％??廿庶?１７２１．２２?１７９４．６６?９５．９１％??烟叶?１２８７．２２?１５９６．５４?８０．６７％??蔬菜?１００２９．８７?２０３５２．５７?４９．２８％??茶?Ｈ?１８７９．２４?２２７９．９４?８２．４２％??果园?５７６９．２７?１２１３９．９３?４７．５２％??注：数据来源２０Ｕ年中国统计年鉴，单位为千ｈｍ２。??其他，１０．３５％??‘烟叶，２．０６％?一?Ｉ??麻了，小麦，５．１９％??８．１２％＾＾?＊?上米，９．４１％??花生
１．１０％。这也是近年来，南方丘陵山区农林牧渔业从业人员数量的整体变化趋势，??即南方丘陵山区农林牧渔业从业人员的数量正在逐年减少，且这一情况没有得到??任何改变，图１－２为农林牧渔从业人口下降率。??３．００％?＂ｆ＂—????????—???２．５０％?＾ｊｒ??????????２．００％????１?５０９＾?＼?全国农林牧渔业从业??对：“？人员下降率??１．００％?■働＿南方丘陵山区农林牧??０．５０％?????—一—?渔业从业人员下降率??０．００％???ｒ?Ｔ?？?ｒ?１?ｒ??ｔ?＝??／?／?／?／?／?／?＾??＃?＾??图１－２农林牧渔业从业人口下降率??Ｆｉｇ．?１－２?Ｔｈｅ?ｄｅｓｃｅｎｔ?ｒａｔｅ?ｏｆ?Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ?ｐｒａｃｔｉｔｉｏｎｅｒ??注：数据来源２０１４年中华人民共和＿国家统计Ｊ。）??在农林牧渔业从业人员下降的同时，从业人员老龄化的问题也日趋严重。以??重庆市微耕机用户群为例，在２０１１年微耕机用户群体调查工作中发现，在随机抽??取的２０１户中，４９岁以下的用户为７８户，５０岁以上的为１２３户，分别占抽样总??数的?３８．８１％和?６１．１９％［７］。??农林牧渔业从业人口的下降，导致南方丘陵山区农村劳动力下降，而老龄化??也加剧了劳动力的下降，为了缓解农业劳动力的下降，保障南方丘陵山区粮食产??量的稳定，大力发展农业机械是必然的趋势。??１．１．４南方丘陵山区农业机械化??２０１２年
西南大学硕士学位论文??区。南方丘陵山区的农作物种类众多，种植结构复杂，区域内主要农作物包括水??稻、薯类、油菜、小麦等，表１－２为南方丘陵山区主要农作物的播种面积，图１－１??为南方丘陵山区种植结构。??表１－２南方丘陵山区主要农作物播种面积??Ｔａｂ．?１－２?Ｔｈｅ?ｍａｉｎ?ｃｒｏｐ?ａｃｒｅａｇｅ?ｏｆ?ｈｉｌｌｙ?ａｒｅａｓ?ｉｎ?Ｓｏｕｔｈ?Ｃｈｉｎａ??农作物种类?南方丘陵山区播种面积?全国播种面积?占全国总播种面积比例??水稻?１９５５９．１２?２０１３７，１１?６４．９０％??小麦?３２５３．４８?２４２６８．２８?１３．４１％??玉米?５８９５．２６?３５０２９，８２?１６．８３％??豆类?２５４３．７８?９７０９．４５?２６．２０％??薯类?５１４４．６４?８８８５．８９?５７．９０％??花生?１５７２．０１?４６３８．５３?３３．８９％??油菜籽?５０８８．６６?７４３１．８６?６８．４７％??麻类?７５．２６?１０１．２２?７４．３５％??廿庶?１７２１．２２?１７９４．６６?９５．９１％??烟叶?１２８７．２２?１５９６．５４?８０．６７％??蔬菜?１００２９．８７?２０３５２．５７?４９．２８％??茶?Ｈ?１８７９．２４?２２７９．９４?８２．４２％??果园?５７６９．２７?１２１３９．９３?４７．５２％??注：数据来源２０Ｕ年中国统计年鉴，单位为千ｈｍ２。??其他，１０．３５％??‘烟叶，２．０６％?一?Ｉ??麻了，小麦，５．１９％??８．１２％＾＾?＊?上米，９．４１％??花生
【参考文献】
本文编号：2842963
【学位单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：S222
【部分图文】：
西南大学硕士学位论文??区。南方丘陵山区的农作物种类众多，种植结构复杂，区域内主要农作物包括水??稻、薯类、油菜、小麦等，表１－２为南方丘陵山区主要农作物的播种面积，图１－１??为南方丘陵山区种植结构。??表１－２南方丘陵山区主要农作物播种面积??Ｔａｂ．?１－２?Ｔｈｅ?ｍａｉｎ?ｃｒｏｐ?ａｃｒｅａｇｅ?ｏｆ?ｈｉｌｌｙ?ａｒｅａｓ?ｉｎ?Ｓｏｕｔｈ?Ｃｈｉｎａ??农作物种类?南方丘陵山区播种面积?全国播种面积?占全国总播种面积比例??水稻?１９５５９．１２?２０１３７，１１?６４．９０％??小麦?３２５３．４８?２４２６８．２８?１３．４１％??玉米?５８９５．２６?３５０２９，８２?１６．８３％??豆类?２５４３．７８?９７０９．４５?２６．２０％??薯类?５１４４．６４?８８８５．８９?５７．９０％??花生?１５７２．０１?４６３８．５３?３３．８９％??油菜籽?５０８８．６６?７４３１．８６?６８．４７％??麻类?７５．２６?１０１．２２?７４．３５％??廿庶?１７２１．２２?１７９４．６６?９５．９１％??烟叶?１２８７．２２?１５９６．５４?８０．６７％??蔬菜?１００２９．８７?２０３５２．５７?４９．２８％??茶?Ｈ?１８７９．２４?２２７９．９４?８２．４２％??果园?５７６９．２７?１２１３９．９３?４７．５２％??注：数据来源２０Ｕ年中国统计年鉴，单位为千ｈｍ２。??其他，１０．３５％??‘烟叶，２．０６％?一?Ｉ??麻了，小麦，５．１９％??８．１２％＾＾?＊?上米，９．４１％??花生
１．１０％。这也是近年来，南方丘陵山区农林牧渔业从业人员数量的整体变化趋势，??即南方丘陵山区农林牧渔业从业人员的数量正在逐年减少，且这一情况没有得到??任何改变，图１－２为农林牧渔从业人口下降率。??３．００％?＂ｆ＂—????????—???２．５０％?＾ｊｒ??????????２．００％????１?５０９＾?＼?全国农林牧渔业从业??对：“？人员下降率??１．００％?■働＿南方丘陵山区农林牧??０．５０％?????—一—?渔业从业人员下降率??０．００％???ｒ?Ｔ?？?ｒ?１?ｒ??ｔ?＝??／?／?／?／?／?／?＾??＃?＾??图１－２农林牧渔业从业人口下降率??Ｆｉｇ．?１－２?Ｔｈｅ?ｄｅｓｃｅｎｔ?ｒａｔｅ?ｏｆ?Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ?ｐｒａｃｔｉｔｉｏｎｅｒ??注：数据来源２０１４年中华人民共和＿国家统计Ｊ。）??在农林牧渔业从业人员下降的同时，从业人员老龄化的问题也日趋严重。以??重庆市微耕机用户群为例，在２０１１年微耕机用户群体调查工作中发现，在随机抽??取的２０１户中，４９岁以下的用户为７８户，５０岁以上的为１２３户，分别占抽样总??数的?３８．８１％和?６１．１９％［７］。??农林牧渔业从业人口的下降，导致南方丘陵山区农村劳动力下降，而老龄化??也加剧了劳动力的下降，为了缓解农业劳动力的下降，保障南方丘陵山区粮食产??量的稳定，大力发展农业机械是必然的趋势。??１．１．４南方丘陵山区农业机械化??２０１２年
西南大学硕士学位论文??区。南方丘陵山区的农作物种类众多，种植结构复杂，区域内主要农作物包括水??稻、薯类、油菜、小麦等，表１－２为南方丘陵山区主要农作物的播种面积，图１－１??为南方丘陵山区种植结构。??表１－２南方丘陵山区主要农作物播种面积??Ｔａｂ．?１－２?Ｔｈｅ?ｍａｉｎ?ｃｒｏｐ?ａｃｒｅａｇｅ?ｏｆ?ｈｉｌｌｙ?ａｒｅａｓ?ｉｎ?Ｓｏｕｔｈ?Ｃｈｉｎａ??农作物种类?南方丘陵山区播种面积?全国播种面积?占全国总播种面积比例??水稻?１９５５９．１２?２０１３７，１１?６４．９０％??小麦?３２５３．４８?２４２６８．２８?１３．４１％??玉米?５８９５．２６?３５０２９，８２?１６．８３％??豆类?２５４３．７８?９７０９．４５?２６．２０％??薯类?５１４４．６４?８８８５．８９?５７．９０％??花生?１５７２．０１?４６３８．５３?３３．８９％??油菜籽?５０８８．６６?７４３１．８６?６８．４７％??麻类?７５．２６?１０１．２２?７４．３５％??廿庶?１７２１．２２?１７９４．６６?９５．９１％??烟叶?１２８７．２２?１５９６．５４?８０．６７％??蔬菜?１００２９．８７?２０３５２．５７?４９．２８％??茶?Ｈ?１８７９．２４?２２７９．９４?８２．４２％??果园?５７６９．２７?１２１３９．９３?４７．５２％??注：数据来源２０Ｕ年中国统计年鉴，单位为千ｈｍ２。??其他，１０．３５％??‘烟叶，２．０６％?一?Ｉ??麻了，小麦，５．１９％??８．１２％＾＾?＊?上米，９．４１％??花生
【参考文献】
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4 韩秋萍;水稻土条件的旋耕机性能测试及小麦响应研究[D];南京农业大学;2011年
本文编号：2842963
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