大蒜收獲機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[7張CAD高清圖紙和說明書全套]

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外文翻譯大蒜的機(jī)械化收獲之回顧宋建軍，碩士中國，北京市，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，郵編：100083，郵箱：songjncau.edu.cn劉建軍中國，北京市，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，郵編：100083，郵箱：ljj9751126.com為2004年北京國際農(nóng)業(yè)工程委員會(huì)（CIGR）國際會(huì)議撰稿，該會(huì)議由國際農(nóng)業(yè)工程委員會(huì)、加拿大航空醫(yī)學(xué)會(huì)（CSAM）和加拿大農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)（CSAE）聯(lián)合贊助。中國北京2004年10月11日至14日摘要大蒜是中國的主要經(jīng)濟(jì)作物之一。最近幾年大蒜產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛。國內(nèi)生產(chǎn)的大蒜在國際上占有一席之地。本文介紹的是海內(nèi)外大蒜的基本情況，并分析了國內(nèi)大蒜產(chǎn)業(yè)的問題。本文通過分析一些機(jī)械收獲設(shè)備的功能，與一些花生和塊莖類作物的生物特性及機(jī)械化收獲方法，提出了可行的大蒜機(jī)械化收獲工藝。關(guān)鍵詞：大蒜；機(jī)械化收獲；討論；分析簡介大蒜的種植可追溯到中國2000年前的歷史，其蒜頭和蒜苗都是有益健康的蔬菜，所以廣受消費(fèi)者青睞。中國的可持續(xù)發(fā)展也離不開大蒜。隨著黨的一號文件的執(zhí)行，“農(nóng)村，農(nóng)業(yè)，農(nóng)民”三農(nóng)問題亟待解決，并被推上了戰(zhàn)略的高度。約一千萬的農(nóng)民在大蒜種植及附屬產(chǎn)業(yè)中工作，進(jìn)一步推動(dòng)了國家復(fù)興，維護(hù)了社會(huì)穩(wěn)定，繁榮了主要大蒜生產(chǎn)區(qū)的經(jīng)濟(jì)，增加了農(nóng)民收入。1. 國內(nèi)及國際大蒜種植的基本情況據(jù)聯(lián)合國糧食與農(nóng)業(yè)組織（FAO）調(diào)查，世界范圍的大蒜種植面積達(dá)1135000平方公頃，產(chǎn)量達(dá)12234000噸。在中國，種植面積為630000平方公頃，占全球的56%，產(chǎn)量為8694000，占全球的71%。另外還有一些主要的大蒜種植國家，例如：印度，種植面積為120000平方公頃，產(chǎn)量為500000噸；朝鮮種植面積為37000平方公頃，產(chǎn)量為406000噸；其次是美國，種植面積為18000平方公頃，產(chǎn)量為336800噸。在美國，大蒜的種植面積是20年前的4倍，并且增長趨勢日益明顯。中國的最早種植區(qū)在山東、江蘇、陜西、山西、以及河南省。目前國內(nèi)70%的種植區(qū)在這些地方。位于山東省西南方的金鄉(xiāng)縣，地處平原，是中國最大的大蒜種植縣。其種植面積大約為40000平方公頃，農(nóng)民70%的收入來源于大蒜產(chǎn)業(yè)。成武縣、巨野縣、定陶縣、單縣、嘉祥縣、魚臺縣和微山縣，環(huán)繞著金鄉(xiāng)縣，形成了中國最大的大蒜種植區(qū)，面積達(dá)70000平方公頃。另外，還有中等水平的種植區(qū)位于蒼山縣、萊蕪市、商河縣、廣饒縣、平度市、聊城市、曲阜市等。山東的總種植面積達(dá)6700平方公頃。河南省豫東平原杞縣擁有30000平方公頃的種植區(qū)，僅次于金鄉(xiāng)縣。中牟縣的種植面積為20000平方公頃。宜陽縣、通許縣、臨潁縣等地的農(nóng)民也種植大蒜。河南省是中國第二大大蒜種植區(qū)。1江蘇省的種植面積為25000平方公頃，其中射陽縣超過12000平方公頃，大豐縣為8000平方公頃。另外泰昌市、寶應(yīng)縣也有種植區(qū)。以下的城市也有部分種植區(qū)：河北永年縣，安徽亳州、懷遠(yuǎn)縣、來安縣，陜西武功縣、興平市、耀縣、洋縣，廣西桂林全州，云南大理，四川溫江，湖北枝江、當(dāng)陽，上海嘉定區(qū)，甘肅天水、民樂縣，哈爾濱阿城區(qū)。大蒜是傳統(tǒng)的出口農(nóng)產(chǎn)品，每年的出口量超過2億美元，居所有出口蔬果產(chǎn)品第一，覆蓋60%的國際市場份額。2001年，超過100個(gè)人國家和地區(qū)從中國進(jìn)口大蒜。其中，印尼是最大的進(jìn)口國。其進(jìn)口量從1999年開始激增，從2001年163600噸到現(xiàn)在已經(jīng)是376000噸。荷蘭是第二大進(jìn)口國，曾在2001年進(jìn)口51600噸。其中一部分在國內(nèi)銷售，大多數(shù)轉(zhuǎn)運(yùn)到其他歐洲國家。其他的進(jìn)口國包括：馬來西亞，進(jìn)口150700噸；日本35100噸；朝鮮30000噸；阿拉伯聯(lián)合酋長國21000噸；菲律賓17500噸。美國在2001年前很少向中國進(jìn)口大蒜，當(dāng)年進(jìn)口了5000噸，從2003年看出進(jìn)口量上升趨勢迅猛。1.1目前中國存在的主要問題1.機(jī)械化操作程度低。在大蒜的種植、田間管理、收獲和加工過程中，幾乎沒有機(jī)械運(yùn)作，基本全由手工完成，因此勞動(dòng)力緊張，產(chǎn)量低下。這些因素都制約著大蒜產(chǎn)量的提升。2.長期以來，由于無序的競爭和走私，企業(yè)依靠降價(jià)來贏得消費(fèi)者，結(jié)果就是價(jià)格一年不如一年。比如2001年，中國大蒜在國際市場上是0.38美元/千克，而平均國際市場價(jià)格是0.58美元/千克。這樣的低價(jià)使得美國、加拿大、朝鮮、墨西哥、巴西等國抵制中國的大蒜并征收高額的稅款，歐洲的國家實(shí)行定額限制。3.科學(xué)研究的投入資金不足，因此缺乏高附加值的產(chǎn)品。目前，大蒜的加工讓停留在簡單的工作上，如腌制、切片和曬干，附加值極其低。進(jìn)一步加工的產(chǎn)品比例較低。大蒜油的生產(chǎn)還不成規(guī)模?？茖W(xué)研究的投入不夠，新產(chǎn)品的研發(fā)也無力。24.產(chǎn)品商標(biāo)意識低，使產(chǎn)品在國際市場上的競爭力不足。大蒜基本要通過二次出口才能進(jìn)入國外市場，即外國客戶用小包裝再次打包并出口。32. 國外大蒜種植的最新進(jìn)展國外的種植面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及國內(nèi)。研究主要針對以下方面。1. 對新品種的大蒜進(jìn)行選種育種。目前，世界范圍內(nèi)有種類繁多的大蒜育種研究主要針對高質(zhì)量、特殊口味、防攀緣植物、防蟲這幾個(gè)方面。新的育種方式在傳統(tǒng)的育種方式上引進(jìn)了高新科技。據(jù)報(bào)道，并未產(chǎn)生難聞氣味的大蒜種類。42. 大蒜的標(biāo)準(zhǔn)化育種生產(chǎn)。大蒜產(chǎn)品開始專門化、標(biāo)準(zhǔn)化和精細(xì)化。發(fā)達(dá)國家開始實(shí)行大蒜的專業(yè)化生產(chǎn)。標(biāo)準(zhǔn)流程是這樣的：用莖培育出基本種子，在寒冷的區(qū)域加速它的繁殖，在產(chǎn)品的病毒檢測中形成嚴(yán)格的規(guī)程，建立優(yōu)質(zhì)大蒜品種系統(tǒng)。收獲的大蒜會(huì)經(jīng)過清洗、分類、打包和存儲(chǔ)。53. 大蒜的防毒技術(shù)。大蒜的病蟲害是減產(chǎn)的主要原因，因此造成的損失從30%上升到50%。我們把防止和治愈病毒的有效技術(shù)應(yīng)用于組織培育、病毒檢查、無毒生產(chǎn)。64. 大蒜的培育管理機(jī)械化。每個(gè)地區(qū)有各自的播種、收獲、儲(chǔ)存曬干方法。大多數(shù)國家開始研究大面積的覆膜技術(shù)、可行的種植技術(shù)、均勻的施肥技術(shù)以及灌溉管理技術(shù)等。許多國家正在研究播種時(shí)令、播種密度、品種數(shù)量、肥料種類、肥料數(shù)量、噴霧灌溉、滴灌技術(shù)，提出了管理?xiàng)l例、施肥量、灌溉指標(biāo)。3. 國內(nèi)國外大蒜收獲地位的發(fā)展收獲是種植的最重要一環(huán)，也是目標(biāo)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化的地方。這一工作直接影響商業(yè)價(jià)值和農(nóng)民收入。傳統(tǒng)的方法是用特制的挖掘鏟將大蒜從土里挖出，按田的走向鋪放，后收獲的大蒜葉覆蓋之前收獲的大蒜頭，避免陽光灼射。在田間工作5天后，農(nóng)民將蒜頭的泥土抖落，打捆，鋪在架子上，用草覆蓋避免陽光直射。另外，人們常用塑料棚來防雨。機(jī)械化程度非常低，人力投入極其大，允許的作業(yè)時(shí)間非常短。由于收獲季時(shí)間段，最好的收獲時(shí)間大約2天。緊張的收獲時(shí)間給農(nóng)民帶來了很大的不便；人們時(shí)常錯(cuò)過了好時(shí)機(jī)，因此不得不延遲收獲。這與大規(guī)模種植的矛盾日益尖銳。3.1國外大蒜收獲的發(fā)展萊玻里（Lepori）曾用風(fēng)扇來吹洋蔥，剪除洋蔥葉。相比于大蒜，蒜頭比莖稈大得多。如果采用這種方法，風(fēng)扇可能把大蒜從田里整個(gè)卷起。，所以不適于大蒜收獲。7伯克哈特（Burkhardt）曾研究帶藤蔓的甘薯的收獲，用一個(gè)振動(dòng)機(jī)構(gòu)將塊莖從藤蔓上分離出來。用到大蒜上來卻不能去除莖稈。8達(dá)岡（Dagan）的研究是將甘薯地犁松，夾緊運(yùn)送至上方的振動(dòng)鏈條，塊莖就掉落到下方的鏈條上。莖稈就運(yùn)送至切碎機(jī)構(gòu)。由于這種方法采用了夾緊裝置，如果夾緊大蒜，其莖稈就會(huì)彎折，切碎就會(huì)很不方便且不均勻。9卡納福吉斯卡將甜菜地犁松，用鏈平衡裝置調(diào)整夾緊位置，用旋轉(zhuǎn)刀具切碎葉片。我們可以參考運(yùn)輸速度和行進(jìn)速度來設(shè)計(jì)大蒜收獲機(jī)。無疑，它將在切碎裝置上耗費(fèi)大量能源。總之，現(xiàn)存的收獲機(jī)不能直接用于收獲大蒜。大蒜收獲機(jī)必須重新設(shè)計(jì)。3.2國內(nèi)大蒜收獲的發(fā)展在國內(nèi)，大蒜收獲機(jī)大約有10項(xiàng)發(fā)明和專利。以其中的主要幾個(gè)為例，列如下：1.4DS-2型收獲機(jī)由山東農(nóng)業(yè)大學(xué)發(fā)明，由12馬力的輪式拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)。11工作過程中，大鏈輪通過張緊輪驅(qū)動(dòng)小鏈輪旋轉(zhuǎn)，以此來傳遞動(dòng)力。同時(shí)，小鏈輪通過錐齒輪使拋擲輪轉(zhuǎn)動(dòng)。啟動(dòng)后，挖掘鏟一預(yù)先設(shè)置好的深度將蒜頭從土里挖出，旋轉(zhuǎn)拋擲輪將大蒜從土里分離出來，把蒜頭拋向機(jī)器右方。限深輪的作用是調(diào)整挖掘深度。2.4DS-75A型由山東省農(nóng)業(yè)機(jī)械局制造，由11kw的拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)。12該機(jī)器不僅能用于大蒜的收獲，還能用于花生、土豆的收獲。全車由四部分組成。挖掘部分裝在前部，由限深輪、挖掘鏟、網(wǎng)格輸送裝置組成。水平運(yùn)輸部分用網(wǎng)格將土里的大蒜篩選出來。垂直運(yùn)輸帶在運(yùn)輸過程中使大蒜與地面脫離，并把大蒜運(yùn)到拖拉機(jī)后面。升降部分采用液壓系統(tǒng)，負(fù)責(zé)整個(gè)機(jī)器的起落。3.山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院正在研究收獲和培育機(jī)器。它與12馬力的拖拉機(jī)配套使用。它的前部就像個(gè)小型協(xié)同工作的機(jī)器它安裝在拖拉機(jī)的緩沖器上，依靠液壓控制升降。收獲的大蒜在前方整齊排列，以避免與拖拉機(jī)碰擦產(chǎn)生磨損。4.張昭君發(fā)明了一種收獲大蒜的機(jī)器，需12馬力的輪式拖拉機(jī)配合使用。13安裝在前方的挖掘裝置將大蒜從土里挖出。挖掘裝置是由冷軋鋼表面鍍鉻制成。隨著拖拉機(jī)緩慢運(yùn)轉(zhuǎn)，鏟子不斷從指定深度將大蒜掘起。混合物進(jìn)入運(yùn)輸帶。運(yùn)輸部分由4個(gè)鏈輪以及鏈條構(gòu)成。它的線速度遠(yuǎn)大于行進(jìn)速度。相互嚙合的齒輪帶著鏈條深入泥土里大蒜的兩側(cè)，抖掉塵土。然后振動(dòng)篩開始振動(dòng)分離。之后我們就得到了干凈的大蒜。5.鐘奮JH-3型大蒜收獲機(jī)由河南省農(nóng)業(yè)機(jī)械局研制，其配備有小功率的拖拉機(jī)。14大蒜由犁刨出，用帶狀裝置夾緊，抖土，切莖，留下完整的大蒜頭。3.3塊莖類作物與塊根類作物特性的對比人們常用塊根類和塊莖類作物的收獲機(jī)來收獲大蒜，比如收獲土豆、甘薯、胡蘿卜等的機(jī)器。但從生物特性來看，它們是不同的。土豆是一年生草本植物，隸屬于茄科，生長在中國的大部分地區(qū)，是一種重要的食品、工業(yè)材料、飼料，莖稈直立，約有80cm高。它的葉子是綠色的，且復(fù)葉較大。它的塊根分布集中，有圓形，橢圓形、縱向等幾種。15收獲土豆大多采用挖掘鏟直接從土里把土豆挖出來，這樣，利用清理部分的振動(dòng)篩，得到干凈的土豆。從生物特性可以看出，土豆生長得并沒有大蒜集中。如果我們將大蒜和泥土一起收上來，能源大部分消耗在抖土上，無用功很多。同時(shí)，土豆莖的抗拉能力不及大蒜莖，土豆的種植方法也與大蒜不同，所以我們不能直接用這種方法收獲大蒜。1.甘薯是多年生蔓生草本塊根類植物，屬旋花科，遍布大江南北。它莖稈細(xì)長，在土里蔓延，有綠色的頂葉。它的果實(shí)有紡錘形、長橢圓形、掌型、片型等等。16對收獲甘薯的研究目前已經(jīng)少多了，大多采用虛擬的手段。收獲過程從田邊開始，農(nóng)民按照塊根的長度挖出溝，直至塊根暴露出來，然后手握上部，用鏟子切斷下面的根，小心取出，避免損傷。從生物特性來看，甘薯的塊根比大蒜大，種植深度比大蒜深，所以收獲甘薯需要更大的動(dòng)力，同時(shí)甘薯表皮的抗破壞能力更好。2.蘿卜是兩年生草本蔬菜，屬十字花科，由根頭、根莖和真根組成。它的主根能達(dá)到地下一米左右的深度，大多數(shù)旁根散布在地下20-40cm之間。前者有狹長、圓形、圓錐形等形狀。主花莖能達(dá)到1.5m高，莖節(jié)比較硬，葉片有直立、半直立以及平坦這幾種狀態(tài)。17因蘿卜的種植并沒有形成規(guī)模，故很少有機(jī)械化收獲蘿卜的研究。從生物特性來看，蘿卜根是最大的，較重也更深。如果直接挖掘，消耗能量巨大，故我們采用松土和握持機(jī)構(gòu)。3.胡蘿卜是兩年生草本植物，屬于傘形科。它的根蔓延非常廣，能達(dá)地下兩米，主根分布在地下20-90cm之間。莖葉有1.5米高；莖節(jié)巨大而有強(qiáng)度。它有綠色的葉子，但很小，表面長有細(xì)軟的絨毛。果實(shí)呈長橄欖型。18很少人研究機(jī)械化收獲胡蘿卜，因?yàn)槠浣?jīng)濟(jì)價(jià)值不高。從生物特性來看，胡蘿卜的果實(shí)比大蒜更深，較適合用握持的方法收獲。4.洋蔥是多年生植物，屬百合科，有單套結(jié)根系。它的主根分布在30cm的土壤下，水平半徑約30cm，葉子筆直，長圓形，中空。收獲洋蔥大多采用人力，手犁，曬干，初步打捆。從生物特性來看，機(jī)械化收獲洋蔥還是比較簡單的，因?yàn)榇蠖鄶?shù)果實(shí)在地表之上，適合握持，但是必須測試握持力，以免夾傷洋蔥。5.大蒜是多年生植物，屬百合科，有單套結(jié)根系，喜暖怕寒，有馥郁氣味，必備的應(yīng)季食品。它的根主要分布在土下20-25cm，水平半徑約30cm，根須較少，吸收能力弱。上部的莖呈綠色，下部呈白色或紫色，長20cm。葉子呈針狀，表面平滑，長約30cm。從生物特性可以看出，蒜頭分布集中，較淺，抗拉能力強(qiáng)。但是值得注意的是，收獲的時(shí)候傷蒜率大，直接影響了大蒜的價(jià)格、質(zhì)量以及品級等。4. 機(jī)械化收獲大蒜的解決工藝以大蒜的生物學(xué)特性為基礎(chǔ)，結(jié)合機(jī)械化分析，我們試圖找出可行的方案。1. 我們采用松土工藝來減少夾緊力。同時(shí)，這種方法也有助于減少大蒜頂部的傷害。分析了松土部件后，我們發(fā)現(xiàn)了松土工藝的重要性。另外，在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，我們可以減少動(dòng)力損耗，減輕蒜頭與泥土之間的力，然后就可以放下可行的松土工藝。2. 我們找出了大蒜的重心，計(jì)算出植株的慣性參數(shù)，把它作為夾持部位、夾持高度以及牽引部位的依據(jù)。通過對方差的分析，我們確定，頂部要盡量少破壞。同時(shí)，我們考慮采用可調(diào)整的方式來適用于不同種類的大蒜。3. 通過力學(xué)分析，我們測試了大蒜的夾持力，以及握持角度，牽引角度，牽引高度。同時(shí)，必須考慮夾持設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性以及傷蒜問題。4. 精準(zhǔn)定位以及排列好之后，我們必須清理蒜頭周圍的粘土。5. 我們能切去大蒜的莖稈，并把干凈的蒜頭輸送回地面來為收集做準(zhǔn)備。綜合所有的工藝順序，我們得出結(jié)論：一個(gè)可行的收獲工藝，包括松土、夾持、清土、按長度排列，切除莖稈等。來源：Jiannong Song，Jianjun Liu. Mechanized Harvest of Garlic: A Review.A. Collection of Extent Abstracts of 2004 CIGR International Conference Volume.2C.2004