喜歡就充值下載吧。。。資源目錄里展示的全都有，，下載后全都有，所見即所得，CAD圖紙均為高清圖可自行編輯，文檔WORD都可以自己編輯的哦，有疑問(wèn)咨詢QQ:1064457796,,,課題后的【XX系列】為整理分類用，與內(nèi)容無(wú)關(guān)，請(qǐng)忽視
為農(nóng)業(yè)機(jī)械提供位置數(shù)據(jù)測(cè)量
Herman Speckmann
原文來(lái)源:Federal Agricultural Research Centre Braunschweig (FAL), Institute for Biosystems Engineering, Bundesallee 50, D-38116 Braunschweig, Germany
摘要
農(nóng)業(yè)機(jī)械、車輛需要位置數(shù)據(jù)來(lái)指導(dǎo)和控制執(zhí)行最佳工作位置。位置數(shù)據(jù)也被需要用在像精細(xì)農(nóng)作這樣的應(yīng)用上。位置數(shù)據(jù)的必要的準(zhǔn)確性、分辨率和頻率依照不同的應(yīng)用而變化。只有一個(gè)系統(tǒng),安裝在中央車輛(例句、拖拉機(jī)),應(yīng)該提供對(duì)每項(xiàng)任務(wù)的位置數(shù)據(jù)。
提出的關(guān)于中央系統(tǒng)的基本概念是位置數(shù)據(jù)按照特定應(yīng)用程序計(jì)算并且直接被傳送到它需要被應(yīng)用到的那個(gè)點(diǎn)上。這片論文闡述了測(cè)量的基本原理和位置數(shù)據(jù)的計(jì)算，還對(duì)現(xiàn)有的傳送數(shù)據(jù)的農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。它集中建議了一個(gè)提供和轉(zhuǎn)移位置數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。被討論的解決方案是以農(nóng)業(yè)BUS（總線）系統(tǒng)為基礎(chǔ)(DIN 9684, ISO 11783). ? 2000 Elsevier Science B.V. 版權(quán)所有.
1.前言
位置指導(dǎo)的目的是給生長(zhǎng)在農(nóng)田里一個(gè)固定的區(qū)域上的莊稼帶來(lái)增產(chǎn)的方法。莊稼或者它們?cè)谵r(nóng)田里所處的位置是指導(dǎo)的重要參照。
位置數(shù)據(jù)被用來(lái)指導(dǎo)農(nóng)用車、實(shí)現(xiàn)控制和支持精耕農(nóng)業(yè)。準(zhǔn)確性、分辨率和頻率取決于他們的具體應(yīng)用。
必須強(qiáng)調(diào)的是本文沒有合適的解決這個(gè)問(wèn)題的傳感器來(lái)產(chǎn)生數(shù)據(jù)。更確切的說(shuō),這里研究的問(wèn)題是參照移動(dòng)單位的一定的位置進(jìn)行了一個(gè)位置信號(hào)產(chǎn)生,但是這個(gè)位置和需要的位置數(shù)據(jù)并不是完全一致的。此外，位置信息有可能在同一時(shí)間被需要用于幾種目的， 車輛和工具組合的結(jié)構(gòu)可能會(huì)經(jīng)常改變。
正如 Freyberger 和 Jahns (1999), Wilson (1999)所提到的， 測(cè)量系統(tǒng)可以是一個(gè)絕對(duì)定位系統(tǒng),比如Bell(1999)描述的衛(wèi)星系統(tǒng)，或者是一個(gè)相對(duì)的系統(tǒng)，比如Debain et al. (1999), Hague et al. (1999)描述的機(jī)器視覺系統(tǒng)。它可能也包括輔助傳感器。
傳感器只有在參考具體位置情況下測(cè)量位置，比如相機(jī)的安裝點(diǎn)、天線的底部。在接下來(lái)的描述中，這個(gè)位置被稱為測(cè)量點(diǎn)。由于各種原因,這位置測(cè)點(diǎn)的是預(yù)先設(shè)定好的，意味著衛(wèi)星天線將盡可能安裝在拖拉機(jī)的車頂上以便減少測(cè)量不到的區(qū)域。攝像機(jī)將會(huì)安裝在有保障最佳視覺的位置。粗糙或傾斜的表面引起的運(yùn)動(dòng)可能導(dǎo)致測(cè)量位置和運(yùn)動(dòng)表面的位置不同。例如，一輛車頂上裝有衛(wèi)星天線的車輛，大約3.5m，駕駛在10°的斜坡表面，傾斜方向造成的區(qū)別相差60cm。圖1闡述了這個(gè)情形。在這個(gè)例子中，計(jì)算一個(gè)參考點(diǎn)的位置可能更適當(dāng)一些。貝爾(1999)提出把拖拉機(jī)的后方軸的中點(diǎn)作為參考點(diǎn)。表面上的一個(gè)點(diǎn)，例如，后方軸中間的下垂直面似乎顯得更適合與某些應(yīng)用。像一些應(yīng)用，比如控制實(shí)現(xiàn)，工具的一定點(diǎn)的位置可能最終重要。這個(gè)點(diǎn)將被稱作目標(biāo)點(diǎn)。
在某些情況下位置數(shù)據(jù)需要用于不同的目的，分別為每個(gè)目的以一種獨(dú)立的測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量位置不是很有效。當(dāng)位置測(cè)量只有一次時(shí)多個(gè)硬件可以避免,同時(shí)工具上其他點(diǎn)的位置或者工具也被計(jì)算。假如位置和方法被測(cè)量，實(shí)驗(yàn)測(cè)量和空間向量之間的地點(diǎn)測(cè)點(diǎn)的計(jì)算是眾所周知的，那么這種情況是可能的。如果兩個(gè)點(diǎn)嚴(yán)格耦合,這意味著兩點(diǎn)都在拖拉機(jī)上、兩點(diǎn)之間的向量是常數(shù),一個(gè)簡(jiǎn)單的矩陣運(yùn)算就能產(chǎn)生結(jié)果。如果這些點(diǎn)沒被嚴(yán)格耦合,這意味著,例如,一處拖拉機(jī),另一個(gè)是在附加工具上，矢量是可變的。額外的測(cè)量成為必要用來(lái)建立兩點(diǎn)之間的向量或必須應(yīng)用其他原理計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)的位置。
2.數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移
通過(guò)計(jì)量點(diǎn)上的測(cè)量位置和方法，在車輛或工具上任何點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)可以被計(jì)算出來(lái)。計(jì)算結(jié)果可以被測(cè)量系統(tǒng)(中央數(shù)據(jù)處理)或由請(qǐng)求目標(biāo)位置數(shù)據(jù)的各個(gè)系統(tǒng)(分布式數(shù)據(jù)處理)計(jì)算出來(lái)。
2.1 分布式數(shù)據(jù)處理
在分布式數(shù)據(jù)的情況下，測(cè)量系統(tǒng)僅作為智能傳感器服務(wù)。它測(cè)量需要的位置和計(jì)算，和提供這些未經(jīng)處理的數(shù)據(jù)。頻率和精度等特點(diǎn)取決于請(qǐng)求的單位。這個(gè)單位執(zhí)行所有處理來(lái)計(jì)算位置。單位必須知道測(cè)點(diǎn)的位置和各有關(guān)參數(shù)。這樣處理的好處是測(cè)量裝置可以相對(duì)簡(jiǎn)單。另一方面,每個(gè)請(qǐng)求的單位需要的充分的能力來(lái)履行這一運(yùn)算。
2.2 中央數(shù)據(jù)處理
測(cè)量單位被擴(kuò)展包括計(jì)算目標(biāo)位置的各個(gè)組件。這個(gè)測(cè)量和處理系統(tǒng)形成了一個(gè)所謂的位置和導(dǎo)航服務(wù)的單元，這個(gè)單元提供任何目標(biāo)點(diǎn)的最終位置數(shù)據(jù)。在這種情況下,只有一個(gè)測(cè)量與處理系統(tǒng)是必要的，即使位置數(shù)據(jù)必須被更多的用戶要求。這樣做，只有PNS必須知道所有相關(guān)的參數(shù)來(lái)進(jìn)行計(jì)算。
2.3 數(shù)據(jù)傳送
無(wú)論數(shù)據(jù)在哪里處理，一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸是必要的。對(duì)于這樣一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)是適當(dāng)?shù)摹榱擞糜谵r(nóng)業(yè)領(lǐng)域,存在一個(gè)在移動(dòng)單位和固定農(nóng)場(chǎng)電腦之間傳輸數(shù)據(jù)的汽車。農(nóng)業(yè)總線系統(tǒng)(LBS)也已被標(biāo)準(zhǔn)化以便能在網(wǎng)路的各個(gè)電子單元（LBS節(jié)點(diǎn)或BUS節(jié)點(diǎn)）之間進(jìn)行信息交換。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)定義了物理層網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，系統(tǒng)管理，數(shù)據(jù)對(duì)象和常見任務(wù)的服務(wù)程序（Speckmann andJahns, 1999）。
LBS以DIN9684(DIN,1989–1998)作為標(biāo)準(zhǔn)。目前,正在努力建立一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(Nienhaus,1993)，ISO 11783，為了這個(gè)目的，像LBS，ISO 11783也將定義一個(gè)農(nóng)業(yè)BUS作為一個(gè)農(nóng)業(yè)機(jī)械交換數(shù)據(jù)的開放系統(tǒng)，特別是在拖拉機(jī)-執(zhí)行工具的組合和從移動(dòng)單位到靜止不動(dòng)的農(nóng)場(chǎng)計(jì)算機(jī)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是基于控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)協(xié)議(CAN; BOSCH, 1991)。市場(chǎng)上有相應(yīng)的硬件設(shè)備。
在LBS中,為一般位置數(shù)據(jù)(地理位置:經(jīng)度、緯度、高度,或軌道位置)的傳輸定義了數(shù)據(jù)對(duì)象。這標(biāo)準(zhǔn)允許定義的額外的數(shù)據(jù)對(duì)象,例如多維的距離，方向和速度。沒有幾何實(shí)施參數(shù)的數(shù)據(jù)對(duì)象目前存在在LBS中。ISO 11783提供，在第7部分(信息實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層），實(shí)施航行偏移的第一個(gè)定義?，F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)沒有定義數(shù)據(jù)在哪里進(jìn)行處理。因此，關(guān)于BUS中哪個(gè)單元計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，哪個(gè)或那些單元測(cè)量數(shù)據(jù)不具體。
LBS提供所謂的LBS服務(wù)來(lái)執(zhí)行常見任務(wù)。LBS服務(wù)是為L(zhǎng)BS的參與者頻繁地執(zhí)行復(fù)發(fā)的任務(wù)的功能單元。LBS用戶站就是這樣的一項(xiàng)服務(wù)。這是一個(gè)為用戶提供輸入和輸出BUS上節(jié)點(diǎn)(BUS參與者)處置的數(shù)據(jù)中央接口。另一項(xiàng)服務(wù)提供在移動(dòng)單位和固定的電腦，農(nóng)場(chǎng)的電腦之間的數(shù)據(jù)交換。一些服務(wù)在LBS中被定義但尚未有詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)，例如診服務(wù)斷或“Ortung und Navigation”（位置和導(dǎo)航），將在下面作為PNS被討論。在圖2中，一個(gè)典型的農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)化方案展示了一個(gè)拖拉機(jī)-噴霧器的組合。這個(gè)圖表包括物理BUS線路，即骨干網(wǎng)絡(luò)。在這個(gè)BUS上，參與單元如拖拉機(jī)的電子控制單元(ECUs)、霧化器被連接協(xié)作起來(lái)。另外，兩項(xiàng)LBS服務(wù)也被連接到BUS上。一項(xiàng)服務(wù)代表LBS用戶站。另外一項(xiàng)是位置和導(dǎo)航服務(wù)，即位置數(shù)據(jù)的測(cè)量和處理系統(tǒng)。
2.4 分布式和中央數(shù)據(jù)處理的比較
一個(gè)分布式數(shù)據(jù)處理，農(nóng)業(yè)BUS，根據(jù)DIN 9684 或者ISO 11783， 定義了在測(cè)量系統(tǒng)和任何參賽者之間必要的數(shù)據(jù)交換；獨(dú)自地，任何一個(gè)ECU。每一個(gè)ECU怎樣得到計(jì)算機(jī)位置數(shù)據(jù)計(jì)算必要的幾何和運(yùn)動(dòng)參數(shù)的問(wèn)題保持開放。每一個(gè)ECU知道從各自的結(jié)合點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的參數(shù)，但它不知道從結(jié)合點(diǎn)到測(cè)量點(diǎn)的參數(shù)。這些參數(shù)必須由其他ECU提供。沒有標(biāo)準(zhǔn)定義相應(yīng)的數(shù)據(jù)對(duì)象或請(qǐng)求數(shù)據(jù)的程序。對(duì)于分布式數(shù)據(jù)處理，這些定義必須補(bǔ)充。
另外,對(duì)于中央數(shù)據(jù)處理，一定要知道測(cè)量點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)之間所有的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。此外，方法必需被定義以便使用中央服務(wù)計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)。一個(gè)位置和導(dǎo)航服務(wù)需要擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)，但以下的優(yōu)點(diǎn)在實(shí)際使用中是至關(guān)重要的。
● 為了確定目標(biāo)點(diǎn)的位置數(shù)據(jù),相應(yīng)的控制單元(ECU)只有一個(gè)對(duì)話伙伴網(wǎng)絡(luò)。它獨(dú)立工作于各自的網(wǎng)絡(luò)配置，僅僅發(fā)送自己的參數(shù)和只接受它特定位置數(shù)據(jù)。
● PNS從所有的ECU上接受參數(shù)。它知道所有一切幾何條件和車輛-工具組合的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。因此，任何目標(biāo)點(diǎn)位置的確定是可能的。
● 這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的定義了計(jì)算程序和明確的提出了目標(biāo)點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)。
● 計(jì)算位置數(shù)據(jù)的計(jì)算性能完全由PNS提供。沒有計(jì)算能力需要用于這個(gè)目的。
在前一節(jié)提到，提供位置和導(dǎo)航數(shù)據(jù)的服務(wù)已經(jīng)在LBS的計(jì)劃中。在下文中，將提到PNS的一個(gè)試?yán)鉀Q方案。
3.一項(xiàng)定位和導(dǎo)航服務(wù)的提議
此時(shí)，應(yīng)當(dāng)指出，下面的PNS的介紹是一項(xiàng)建議。它提供了一個(gè)平臺(tái)進(jìn)行討論，這可能導(dǎo)致這個(gè)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化。
3.1 PNS的主要特征
PNS的特征首先依賴于它的使用目的。從前面所講的，很明顯的是，測(cè)量的位置數(shù)據(jù)在一個(gè)地點(diǎn)，用在不同的地點(diǎn)。為了提供需要的數(shù)據(jù)來(lái)指導(dǎo)車輛，控制工具的位置和協(xié)助任何一種精耕農(nóng)業(yè)，下面的條件必須滿足：
PNS提供有關(guān)測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)。
PNS提供有關(guān)參考點(diǎn)的數(shù)據(jù)。
PNS提供有關(guān)目標(biāo)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。
這項(xiàng)服務(wù)的特點(diǎn)如下：
1.數(shù)據(jù)的請(qǐng)求和傳播的方式已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，數(shù)據(jù)被LBS (DIN 9684)定義和將被ISO 11783標(biāo)準(zhǔn)化。因此，它將不會(huì)在此討論。在下面,LBS將作為一種標(biāo)準(zhǔn)化的農(nóng)業(yè)BUS系統(tǒng)被使用。
2.數(shù)據(jù)的容量、準(zhǔn)確性、頻率和范圍是由數(shù)據(jù)的目的決定的。
3.滿足這些要求的硬件和軟件不應(yīng)被規(guī)范,應(yīng)該取決于生產(chǎn)廠家。
3.2關(guān)于位置數(shù)據(jù)測(cè)量和計(jì)算方法標(biāo)準(zhǔn)的影響
各種測(cè)量系統(tǒng)和PNS中用于決定位置數(shù)據(jù)的方法不再標(biāo)準(zhǔn)的范圍之內(nèi)?；谛l(wèi)星,機(jī)器視覺、慣性導(dǎo)航、地磁或這些情況的組合可能被應(yīng)用。作為一種結(jié)果,生產(chǎn)企業(yè)可以決定如何產(chǎn)生位置數(shù)據(jù)，只要他滿足了規(guī)定的要求和準(zhǔn)確性。
3.3 PNS在農(nóng)業(yè)BUS系統(tǒng)中的整合
在LBS中整合定位和導(dǎo)航服務(wù)存在一些好處，因?yàn)樵S多特性已經(jīng)被定義。LBS已經(jīng)包括在PNS的選項(xiàng)作為試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)。它允許實(shí)現(xiàn)服務(wù)作為一個(gè)獨(dú)立的物理單位或者為另外一個(gè)物理單位的邏輯單位。BUS接口和BUS協(xié)議的物理性能(DIN 9684, part 2)已經(jīng)被標(biāo)準(zhǔn)定義。為L(zhǎng)BS中服務(wù)的集成，系統(tǒng)的功能的定義是果斷的(DIN 9684，part3)。他們?cè)贚BS中定義節(jié)點(diǎn)的性能。第三部分也給了LBS服務(wù)一般的定義。
一項(xiàng)LBS服務(wù)形成與LBS參與者點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接。LBS參與者使用服務(wù)時(shí)不會(huì)被其它使用者影響，一個(gè)LBS參與者也不能影響其他參與者對(duì)服務(wù)的使用。所有進(jìn)一步PNS的定義還不規(guī)范。
3.4 PNS操作的一般模式
PNS設(shè)計(jì)應(yīng)用以下的基本假設(shè)：
1.每一個(gè)ECU的只知道它自己的參數(shù)，包括參考點(diǎn)、目標(biāo)點(diǎn)、結(jié)合點(diǎn)位置、車輛類型或軸距的坐標(biāo)和數(shù)量。
2.只有ECU根據(jù)工作條件可以定義必要的時(shí)間間隔,準(zhǔn)確度和位置數(shù)據(jù)的分辨。
3.每一個(gè)ECU的可以選擇不同的任意時(shí)刻的位置數(shù)據(jù)。
4.參數(shù)和計(jì)算和提供的位置數(shù)據(jù)的方法將會(huì)在田野機(jī)械開始運(yùn)作過(guò)程之前被定義。
5.PNS提供了一些程序?yàn)閷?shí)施標(biāo)準(zhǔn)和車輛類型計(jì)算位置數(shù)據(jù)。
6.位置數(shù)據(jù)自動(dòng)（周期性）地或根據(jù)需求被提供。
為了滿足這些要求,服務(wù)窗口提供適當(dāng)?shù)墓ぞ撸瑫r(shí) ECUs 決定如何使用及使用哪個(gè)工具。這意味這它們定義一個(gè)或者多個(gè)任務(wù)。這樣一項(xiàng)任務(wù)基本上代表了一個(gè)命令表，包括激活具體工具使用的命令。這些任務(wù)被送到PNS，隨后PNS執(zhí)行這些任務(wù)。一個(gè)ECU的不同的任務(wù)相互獨(dú)立的被執(zhí)行。
圖3闡明了PNS與一個(gè)ECU之間的數(shù)據(jù)傳遞。同時(shí)，也顯示了PNS的主要部分。PNS的這些工具包括位置測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)，以及一系列處理這些數(shù)據(jù)的程序方法。程序如下：
1. 計(jì)算位置數(shù)據(jù)(位置程序)；
2. 計(jì)算位置數(shù)據(jù)值的平均值,最大值、最小值和積分的方法(算術(shù)程序)；
3. 輸入和輸出數(shù)據(jù)(傳輸程序)；
4. 傳遞數(shù)據(jù)到ECU（傳遞程序）；
5. 控制數(shù)據(jù)處理（數(shù)據(jù)控制程序）；
為了這些方法的執(zhí)行，ECU必須定義相應(yīng)的參數(shù)。它同時(shí)也定義位置數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)對(duì)象。
PNS的主要工具是一項(xiàng)執(zhí)行ECU定義的任務(wù)的程序系統(tǒng)。簡(jiǎn)而言之，程序系統(tǒng)解釋任務(wù)指令，調(diào)動(dòng)相應(yīng)的方法，計(jì)算要求的位置以及把數(shù)據(jù)送到ECU（電子控制單元）。
為了一項(xiàng)任務(wù)的定義，ECU生成一個(gè)任務(wù)庫(kù)。一個(gè)務(wù)庫(kù)主要是一系列調(diào)動(dòng)PNS的程序法或者調(diào)動(dòng)內(nèi)嵌的任務(wù)庫(kù)的指令。各種參數(shù)被定義并且放置在參數(shù)庫(kù)里。為了存儲(chǔ)被計(jì)算的位置數(shù)據(jù)，ECU必需定義數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)必需在激發(fā)相應(yīng)任務(wù)程序之前通過(guò)BUS從ECU傳送到達(dá)PNS。
3.5 PNS預(yù)定義的程序
PNS預(yù)定義的程序是一些處理位置數(shù)據(jù)或者控制數(shù)據(jù)處理的程序。不同的程序執(zhí)行不同的功能。不同的程序被一些獨(dú)特的標(biāo)識(shí)符區(qū)別。這些程序被稱為“內(nèi)部任務(wù)”（任務(wù)庫(kù)）。他將會(huì)成為標(biāo)準(zhǔn)的一部分用來(lái)定義標(biāo)識(shí)符，功能規(guī)格和調(diào)用程序規(guī)格。
3.5.1 位置程序
位置程序（計(jì)算位置數(shù)據(jù)的程序）是計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)位置數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。這些方法計(jì)算從最初的位置(輸入位置數(shù)據(jù)、資料的參考點(diǎn)的數(shù)據(jù)或以前計(jì)算的數(shù)據(jù)）到一種新的點(diǎn)的位置(輸出的位置數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)的目標(biāo)點(diǎn)或作為中間結(jié)果)。位置程序能夠滿足不同結(jié)構(gòu)位置的計(jì)算（考慮一、二或三維模型，嚴(yán)格耦合點(diǎn)，幾個(gè)基本類型車輛的不嚴(yán)格耦合點(diǎn)，工具和車輛-工具的結(jié)合）。這些程序從有關(guān)ECU執(zhí)行定義的參數(shù)庫(kù)得到他們的實(shí)際參數(shù)(目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo),車輛的長(zhǎng)度、寬度、高度、類型或軸距)這是確定的有關(guān)實(shí)施ECU的。
圖4顯示了使用一個(gè)位置程序的一段任務(wù)庫(kù)。PNS的程序系統(tǒng)執(zhí)行這個(gè)程序庫(kù)。在任務(wù)庫(kù)的某一點(diǎn)上，它發(fā)現(xiàn)調(diào)用位置程序的指令。這個(gè)調(diào)用指令包括特定程序的標(biāo)識(shí)符和有關(guān)參數(shù)庫(kù)的引用。這時(shí)，程序系統(tǒng)擁有由以上的操作產(chǎn)生的實(shí)際位置數(shù)據(jù)。現(xiàn)在它使用這些實(shí)際數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù),和引用參數(shù)庫(kù)用于位置程序。然后，它執(zhí)行特定的程序。該程序使用指定的參數(shù)計(jì)算輸出的位置數(shù)據(jù)。然后，它返回到程序系統(tǒng)。位置程序的輸出數(shù)據(jù)成為新的實(shí)際位置數(shù)據(jù)。程序系統(tǒng)繼續(xù)執(zhí)行下面的指令。
3.5.2 算術(shù)程序
算術(shù)方法被用來(lái)計(jì)算位置數(shù)據(jù)的平均值,最大值、最小值或者積分值。一個(gè)算術(shù)程序從程序系統(tǒng)的實(shí)際位置數(shù)據(jù)或從特定數(shù)據(jù)庫(kù)得到位置輸入數(shù)據(jù)。它使用在調(diào)用指令里決定的參數(shù)庫(kù)中的參數(shù)計(jì)算輸出位置數(shù)據(jù)。然后，計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在一個(gè)被定義的數(shù)據(jù)庫(kù)里。
圖5展示了一個(gè)算術(shù)程序使用的例子。在任務(wù)庫(kù)的某一點(diǎn)上，它發(fā)現(xiàn)調(diào)用算術(shù)程序的指令。這個(gè)調(diào)用包括具體程序的標(biāo)識(shí)符,一個(gè)有關(guān)參數(shù)庫(kù)的引用,一個(gè)目的數(shù)據(jù)庫(kù)的引用和源數(shù)據(jù)庫(kù)選擇性的引用。這個(gè)程序系統(tǒng)采用實(shí)際數(shù)據(jù)和參考數(shù)據(jù)用于程序計(jì)算。根據(jù)調(diào)用規(guī)格,算術(shù)程序從程序系統(tǒng)(沒有定義的數(shù)據(jù)庫(kù)參考)或一種數(shù)據(jù)資源(數(shù)據(jù)資源I)得到輸入數(shù)據(jù)。它計(jì)算被要求的值并把計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)在一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)里（數(shù)據(jù)庫(kù)II）。計(jì)算參數(shù)是從定義的參數(shù)庫(kù)中得到的。程序發(fā)揮到程序系統(tǒng)并繼續(xù)執(zhí)行。實(shí)際的位置數(shù)據(jù)沒有被改變。
3.5.3 傳輸程序
PNS定義了三種類型的傳輸程序。輸入程序是用來(lái)裝載作為實(shí)際位置數(shù)據(jù)的確定的數(shù)據(jù)庫(kù)位置數(shù)據(jù)到PNS的程序系統(tǒng)。輸出程序存儲(chǔ)實(shí)際位置數(shù)據(jù)到一個(gè)在調(diào)用指令里預(yù)先定義了的數(shù)據(jù)庫(kù)。輸入/輸出程序被用來(lái)從一個(gè)源數(shù)據(jù)庫(kù)到目的數(shù)據(jù)庫(kù)之間傳輸數(shù)據(jù)。
圖6顯示了一個(gè)使用輸入和輸出程序的例子。輸入程序的調(diào)用指令包括具體程序的標(biāo)識(shí)符和源數(shù)據(jù)庫(kù)的引用。在執(zhí)行輸入程序之前，程序系統(tǒng)為程序提供源數(shù)據(jù)庫(kù)的引用。然后，程序執(zhí)行和得到位置數(shù)據(jù)，并將它作為實(shí)際位置數(shù)據(jù)返回給程序系統(tǒng)。以前的實(shí)際位置數(shù)據(jù)被損壞。系統(tǒng)繼續(xù)進(jìn)行。對(duì)于輸出程序的使用，實(shí)際位置數(shù)據(jù)與目的位置數(shù)據(jù)庫(kù)提供參考。輸出程序?qū)?shí)際數(shù)據(jù)放到目的數(shù)據(jù)庫(kù)并返回到程序系統(tǒng)。實(shí)際位置數(shù)據(jù)仍然有效。
3.5.4 傳遞程序
傳遞程序發(fā)送具體的位置數(shù)據(jù)到ECU。源數(shù)據(jù)在調(diào)用指令(或一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)或程序系統(tǒng)的實(shí)際數(shù)據(jù))里被定義。當(dāng)執(zhí)行一個(gè)傳遞程序時(shí)，它得到具體的位置數(shù)據(jù)并傳送到ECU。
3.5.5 數(shù)據(jù)控制程序
數(shù)據(jù)控制程序控制一個(gè)任務(wù)庫(kù)的執(zhí)行。程序流程是控制時(shí)間或距離。PNS的程序系統(tǒng)調(diào)查任務(wù)庫(kù)。假如確定的時(shí)間間隔已過(guò)期或已超出距離限制，程序?qū)?zhí)行下列指令。否則，程序系統(tǒng)跳到數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)尾。
馬鈴薯收獲機(jī)的設(shè)計(jì)
摘要：馬鈴薯為地下產(chǎn)物，且是塊莖繁殖，收獲受季節(jié)和天氣限制。據(jù)我的了解，馬鈴薯這種農(nóng)作物的收獲難度系數(shù)很大，而且從季節(jié)的角度看它的季節(jié)性很強(qiáng)而且，由于長(zhǎng)年都沒游戲的關(guān)于這方面的機(jī)械研究產(chǎn)品，所以給農(nóng)民帶來(lái)了很大的困擾，本課題就是以為了解決上述問(wèn)題為研究目的來(lái)對(duì)馬鈴薯收獲機(jī)進(jìn)行研究，對(duì)這個(gè)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行應(yīng)用上的分析。同時(shí)我設(shè)計(jì)的這是組合分離式馬鈴薯收獲機(jī)。主要就是對(duì)此機(jī)械產(chǎn)品的主要參數(shù)進(jìn)行了準(zhǔn)確的選擇選擇，對(duì)主要零部件的設(shè)計(jì)進(jìn)行了精準(zhǔn)的理論計(jì)算。同時(shí)做出相應(yīng)的CAD圖紙用來(lái)一目了然的了解到我的設(shè)計(jì)。最重要的是要從實(shí)際情況中來(lái)確定研究思路，所以我就深入到種植場(chǎng)地上認(rèn)真觀察實(shí)際情況，這一舉措對(duì)我的設(shè)計(jì)確實(shí)幫助不少。而且從往年國(guó)內(nèi)外的期刊雜志上了解了很多情況，讓我對(duì)此設(shè)計(jì)又增加了不少信心，思路更加清晰，做出的設(shè)計(jì)必須要滿足實(shí)際要求。?
關(guān)鍵詞：馬鈴薯；收獲機(jī)；農(nóng)業(yè)機(jī)械；機(jī)械；挖掘鏟
I
Design of potato harvester
Abstract: the potato is a product of the underground, and it is the tuber propagation. The harvest is restricted by seasons and weather. According to my understanding, the potato crop harvest difficult coefficient and from the point of view of the season see its seasonal very strong and, due to the long-term game of on the study of mechanical products, so to farmers brought great distress, the subject is in order to research purpose to study of potato harvester, the mechanical products for application on the analysis of the problem to solve. At the same time I designed this is a combination of separate type of potato harvester. Mainly is the main parameters of this mechanical products to choose the correct choice, the design of the main parts of the precise theoretical calculation. At the same time make the corresponding CAD drawings for a clear understanding of my design. The most important is to determine the research ideas from the actual situation, so I went deep into the planting site carefully observe the actual situation, this initiative to my design really help a lot. And from the domestic and foreign periodicals in previous years to understand a lot of things, so I designed to add a lot of confidence, ideas more clearly, to make the design must meet the actual requirements.
Key words: potato; harvester; agricultural machinery; machine; digging shovel
II
目 錄
摘要…………………………………………………………………………………………I
Abstract……………………………………………………………………………………Ⅱ
目錄…………………………………………………………………………………………Ⅲ
1馬鈴薯收獲機(jī)的分析………………………………………………………………………1
1.1馬鈴薯收獲機(jī)研究的目的和意義………………………………………………………1
1.2國(guó)外馬鈴薯收獲機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀…………………………………………………………1
1.3國(guó)內(nèi)馬鈴薯收獲機(jī)的現(xiàn)狀分析…………………………………………………………2
1.4多功能馬鈴薯收獲機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)………………………………………………………3
2總體方案的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………4
2.1整體布局的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………4
2.2工作原理…………………………………………………………………………………4
3傳動(dòng)比的確定與減速器的選擇……………………………………………………………6
3.1傳動(dòng)比的確定……………………………………………………………………………6
3.2減速器的選擇……………………………………………………………………………6
4帶輪和鏈輪的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………7
4.1帶輪的設(shè)計(jì)………………………………………………………………………………7
4.2鏈輪的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………12
5聯(lián)軸器的選擇及其軸的設(shè)計(jì)……………………………………………………………15
5.1聯(lián)軸器的選擇…………………………………………………………………………15
5.2聯(lián)軸器上軸的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………15
6鏈輪軸的設(shè)計(jì)和校核……………………………………………………………………16
6.1鏈輪軸的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………16
6.2鏈輪軸的校核…………………………………………………………………………16
7分離輸送器的設(shè)計(jì)………………………………………………………………………18
7.1分離輸送器的機(jī)構(gòu)及工作過(guò)程………………………………………………………18
III
7.2桿條參數(shù)的確定………………………………………………………………………18
7.3分離輸送器線速度的確定……………………………………………………………19
8挖掘裝置的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………20
8.1挖掘鏟的構(gòu)成…………………………………………………………………………20
8.2挖掘鏟的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………20
9地輪和機(jī)架的設(shè)計(jì)………………………………………………………………………24
9.1地輪的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………24
9.2機(jī)架部分的設(shè)計(jì)………………………………………………………………………24
10使用說(shuō)明和結(jié)論…………………………………………………………………………25
10.1使用說(shuō)明………………………………………………………………………………25
10.2結(jié)論……………………………………………………………………………………25
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………26
致謝…………………………………………………………………………………………28
IV
1 馬鈴薯收獲機(jī)的分析
1.1 馬鈴薯收獲機(jī)研究的目的和意義
在國(guó)內(nèi)的馬鈴薯的種植面積可以說(shuō)是以 10 萬(wàn) hm2/年的增長(zhǎng)速度逐年持續(xù)增加，2001 年將會(huì)達(dá)到 472 萬(wàn)hm2，產(chǎn)量講位居世界第 1 位[1-2]?？v觀全世界來(lái)看我國(guó)馬鈴薯的生產(chǎn)量位居首位，但卻是馬鈴薯成果轉(zhuǎn)化比較差的國(guó)家。目前看來(lái)發(fā)展中國(guó)家對(duì)馬鈴薯的需求量將是 2000 年的 2 倍[3-7]。隨著近幾年市場(chǎng)對(duì)馬鈴薯需求量的持續(xù)增加，國(guó)外的一些有名氣大公司紛紛來(lái)到我國(guó)從事馬鈴薯生產(chǎn)與加工業(yè)務(wù)，國(guó)內(nèi)的一許多生產(chǎn)企業(yè)也紛紛加入這塊兒領(lǐng)域來(lái)發(fā)展，因此使馬鈴薯得生產(chǎn)開始趨向生產(chǎn)基地的規(guī)?；?biāo)準(zhǔn)化邁進(jìn)了一大步[7-10]。但是，一個(gè)殘酷的現(xiàn)實(shí)又將擺在了面前，馬鈴薯的收獲作業(yè)用工 70%以上至今都還是停留在傳統(tǒng)的人工割秧、鎬頭刨薯、人工撿拾的階段，非常嚴(yán)重的影響了馬鈴薯的規(guī)模生產(chǎn)，從而導(dǎo)致了市場(chǎng)的供不應(yīng)求。國(guó)內(nèi)馬鈴薯的種植面積跟規(guī)模越來(lái)越大，從而使馬鈴薯收獲機(jī)成為了我們要研究的課題。從全世界來(lái)看，大小企業(yè)對(duì)馬鈴薯收獲機(jī)的研究投入了非常大的人力和物力。國(guó)內(nèi)的現(xiàn)狀依然是落后的收獲方式，而國(guó)外已經(jīng)有了很大的改善，所以我們要把我們的知識(shí)運(yùn)用到新設(shè)備的研究，用來(lái)提高馬鈴薯行業(yè)的工作效率。這樣的思想前提才能產(chǎn)生好的思路來(lái)做出好的設(shè)計(jì)，這將對(duì)我以后從事的行業(yè)有很大的幫助，在沒有任何約束的前提下，我能夠讓我的大腦開足馬力來(lái)跟我一起應(yīng)對(duì)即將要面對(duì)的所有難題。
1.2 國(guó)外馬鈴薯收獲機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀
國(guó)外的機(jī)械行業(yè)相對(duì)過(guò)了你來(lái)說(shuō)發(fā)展的較快，相對(duì)來(lái)說(shuō)國(guó)外馬鈴薯收獲機(jī)在20世記初，歐洲國(guó)家有了畜力牽引收獲機(jī)來(lái)替代手工挖掘馬鈴薯、之后又改用拖拉機(jī)。隨后又出現(xiàn)了升運(yùn)鏈?zhǔn)胶蛼仈S輪式馬鈴薯收獲機(jī)。在20世紀(jì)40年代初，前蘇聯(lián)、美國(guó)就開始研制馬鈴薯收獲機(jī)械，50年代末己實(shí)現(xiàn)了馬鈴薯收獲的機(jī)械化，隨后相繼好多國(guó)家亦相繼實(shí)現(xiàn)了馬鈴薯作物生產(chǎn)機(jī)械化。70年代主要是研制大功率自走式根塊作物聯(lián)合收獲機(jī)，且以收獲壟作種植為主[11]。這些機(jī)型是大功率拖拉機(jī)變型，為了加強(qiáng)篩選效果，分離器有四個(gè)液壓泵帶動(dòng)。
圖1.2.1 EURO-V1400L馬鈴薯收獲機(jī) 圖1.2.2 Spirit8200馬鈴薯收獲機(jī)
發(fā)展中國(guó)家基本上采用挖掘犁和挖掘機(jī)進(jìn)行收獲作業(yè)，發(fā)達(dá)國(guó)家的馬鈴薯作物收獲已基本實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化聯(lián)合作業(yè)。如德國(guó)、美國(guó)的聯(lián)合收獲機(jī)在自動(dòng)化控制馬鈴薯分離以及減少馬鈴薯作物損傷等方面都有獨(dú)到之處。東洋農(nóng)機(jī)公司、日本三A公司久保田公司等都生產(chǎn)適合小地塊作業(yè)的中小型自走式馬鈴薯作物收獲機(jī)[12-15]。
1.3 國(guó)內(nèi)馬鈴薯收獲機(jī)的現(xiàn)狀分析
通過(guò)我對(duì)近幾年馬鈴薯收獲機(jī)的了解，也有能人才子在國(guó)內(nèi)對(duì)此類機(jī)械做了研究，比如大蒜挖掘機(jī)。不過(guò)呢就是有很多機(jī)械在現(xiàn)實(shí)的實(shí)用性上都存在著一些新的問(wèn)題還需不斷改進(jìn)，其中這些問(wèn)題我總結(jié)了一下主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面吧，第一就是是對(duì)農(nóng)作物的損傷，因?yàn)橄翊笏?、生姜此類作物，他本身比較脆弱，就容易造成損傷，損傷后產(chǎn)量就會(huì)減少，而且到了市場(chǎng)上價(jià)格也會(huì)比平常賣的更低;第二就是適應(yīng)性很差，因?yàn)槊總€(gè)地方跟每個(gè)地方的種植技術(shù)不同，地形啊種植的田壟高低也不同，造成非常差的適應(yīng)性。
綜觀國(guó)內(nèi)外多功能馬鈴薯收獲機(jī)的發(fā)展特點(diǎn)及外部環(huán)境，專家預(yù)測(cè)未來(lái)多功能馬鈴薯收割機(jī)的主要發(fā)展趨勢(shì)是：
1） 開發(fā)節(jié)能、高效、可靠、環(huán)保型產(chǎn)品的多功能馬鈴薯收割機(jī)。
2） 安全性及通用性是產(chǎn)品發(fā)展的重要目標(biāo)。
3） 大型化與小型化仍是產(chǎn)品系列化的兩極方向。
4）技術(shù)進(jìn)步、操作方便和售后服務(wù)將成為企業(yè)生存的三大關(guān)鍵因素。
1.4 多功能馬鈴薯收獲機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)
1.4.1 向適應(yīng)性，通用性發(fā)展
我們可以在一臺(tái)馬鈴薯收獲機(jī)的基礎(chǔ)上能夠更換不同型號(hào)的清選、分離裝置，還有摘果裝置[16-19]。采用可以互換的滾筒式分離機(jī)構(gòu)和圓盤割刀式分離機(jī)構(gòu)，而且可以用于花生、大蒜、洋蔥等多種根莖類作物的聯(lián)合收獲，從而實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用的狀態(tài)來(lái)滿足我們的需求。還可以選用適應(yīng)性比較強(qiáng)通用性好的的果秧分離機(jī)構(gòu)，適用于不同種類根莖類作物的秧蔓與果實(shí)的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸將兩者分離，以適應(yīng)多種作物和多種形式馬鈴薯作物的收獲要求。
1.4.2 向智能化方向發(fā)展
通過(guò)我盡量年在國(guó)內(nèi)各大機(jī)械廠實(shí)習(xí)的見識(shí)，對(duì)我來(lái)說(shuō)影響最深的，要想成為一個(gè)機(jī)械大國(guó)，必須把機(jī)械往智能化的方向發(fā)展 [20]，給我們研制出來(lái)的農(nóng)機(jī)產(chǎn)品配備上最精準(zhǔn)的多功能的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，我想這將成為未來(lái)農(nóng)機(jī)發(fā)展的潮流，，我還發(fā)現(xiàn)近幾年花生、大蒜、胡蘿卜、馬鈴薯等種植面積不斷擴(kuò)大，所以我覺得經(jīng)濟(jì)作物的耕作機(jī)械應(yīng)重點(diǎn)開發(fā)根作物的收獲。
1.4.3 向多功能聯(lián)合型機(jī)械發(fā)展
增加農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用方向，避免機(jī)械的單一性，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，可用于花生、大蒜等多種根莖類作物的聯(lián)合收獲等作業(yè)聯(lián)合在一起，并可增加其收割功能，以提高機(jī)具利用率[21]。
1.4.4 向精量化農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展
開發(fā)安裝有精量收獲的傳感器以達(dá)到提高收獲率的目的。
1.4.5 簡(jiǎn)化操作
還有一大關(guān)鍵就是要提高收獲機(jī)的工作速度，簡(jiǎn)化操作流程，這將是提高收獲作業(yè)生產(chǎn)率的又一途徑，還有就是在收獲后裝箱時(shí)，盡量使用大點(diǎn)的集裝箱以提高沒必要的裝卸次數(shù)，而且在裝卸過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)很多垃圾，這樣也能從減少打掃時(shí)間上來(lái)提高生產(chǎn)效率
1.4.6 創(chuàng)新改造
在原有單一挖掘機(jī)械的基礎(chǔ)上創(chuàng)新改造，可增加挖掘機(jī)械的科技含量，提高自動(dòng)化成效，極大限度的加強(qiáng)機(jī)械化。
2 總體方案的設(shè)計(jì)
2.1 整體布局的設(shè)計(jì)
其傳動(dòng)圖如圖2.1.1
圖2.1.1傳動(dòng)圖
1、萬(wàn)向聯(lián)軸2、鏈輪 3、減速器
4、動(dòng)力輸出軸 5、輸送鏈驅(qū)動(dòng)軸 6、抖動(dòng)輪軸
其總體結(jié)構(gòu)圖如圖2.1.2
圖2.1.2總體結(jié)構(gòu)圖
1、V帶輪 2、V帶 3、機(jī)架 4、抖動(dòng)輪 5、減速器 6、聯(lián)軸器
7、懸掛架 8、挖掘鏟 9、鏈輪 10、傳動(dòng)鏈 11、地輪
2.2 工作原理
本機(jī)主要由V帶、減速器、抖動(dòng)輪、機(jī)架、挖掘鏟、傳動(dòng)鏈、地輪構(gòu)成。拖拉機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力通過(guò)減速器和帶輪將所需要的動(dòng)力傳送到鏈輪上，鏈輪帶動(dòng)鏈條從而帶動(dòng)分離裝置運(yùn)動(dòng)，將從挖掘鏟部挖出的馬鈴薯向機(jī)器后方運(yùn)送，同時(shí)由于有抖動(dòng)輪的作用，使得馬鈴薯在輸送的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)馬鈴薯與土的分離，而達(dá)到了分離的目的。最后馬鈴薯落入收集箱中。
表2.2.1馬鈴薯主要性能參數(shù)
工作寬度
1800 mm
作業(yè)行數(shù)
2 行
作業(yè)深度
200 mm
主軸轉(zhuǎn)速
540 r/min
配套動(dòng)力（拖拉機(jī)）
80-100 馬力
作業(yè)速度
0.6 ～ 1 m/s
純小時(shí)生產(chǎn)率
0.25 ～ 0.60 hm·h
集薯類型
鋪條
理論明薯率
> 95%
理論挖凈率
> 98%
理論破損率
< 3%
行距
700 ～ 900 mm
3 傳動(dòng)比的確定與減速器的選擇
3.1 傳動(dòng)比的確定
該多功能馬鈴薯收獲機(jī)的配套動(dòng)力為100馬力的拖拉機(jī)，其輸出軸的轉(zhuǎn)速為540r/min，通過(guò)一級(jí)減速器和帶傳動(dòng)，設(shè)其總的傳動(dòng)比
減速器的傳動(dòng)比。帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比為了能滿足分離器上的線速度為1.3m/s的要求，
因?yàn)?
所以
所以鏈輪半徑
3.2 減速器的選擇
其傳動(dòng)比為2，所以選擇傳動(dòng)比為2的減速器，其型號(hào)為ZDY，ZDZ100型圓柱齒輪減速器。
其結(jié)構(gòu)如圖3.2.1：
圖3.2.1 減速器結(jié)構(gòu)圖
4 帶輪和鏈輪的設(shè)計(jì)
4.1 帶輪的設(shè)計(jì)
收獲機(jī)的工作功率為1.5KW。
故： （式4-1）
----工作情況系數(shù) 取=1.2。
4.1.1 選擇V帶的型號(hào)
根據(jù)計(jì)算功率和小帶輪轉(zhuǎn)速，故選擇A型帶。
4.1.2 確定帶輪基準(zhǔn)直徑：
1. 初選主動(dòng)輪的基準(zhǔn)直徑D1
根據(jù)所選V帶型號(hào)參考，選取，選。
2. 驗(yàn)算帶的速度V
3. 計(jì)算從動(dòng)輪直徑D2
取D2為107mm
4.1.3 確定傳動(dòng)的中心距和帶長(zhǎng)
初定中心距，
由
即：
即：，
所以可取
根據(jù)公式（8—20）計(jì)算基準(zhǔn)帶長(zhǎng)：
選取帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度，查表得：
根據(jù)公式（8—21）計(jì)算實(shí)際中心距：
考慮安裝調(diào)整和補(bǔ)償初拉力的需要，中心距的變動(dòng)范圍為：
4.1.4 驗(yàn)算主動(dòng)輪的包角
根據(jù)公式（8—6）及對(duì)包角的要求，應(yīng)保證：
4.1.5 確定V帶的根數(shù)
由公式（8—22）知
（式4-2）
取Z=4根。
——考慮包角不同時(shí)的影響系數(shù)，簡(jiǎn)稱包角系數(shù)；
——考慮帶的長(zhǎng)度不同的影響系數(shù)，簡(jiǎn)稱長(zhǎng)度系數(shù)；
——計(jì)入傳動(dòng)比的影響時(shí)，單根V帶所能傳遞的功率的增量；
查得：=0.45 =0.98 =0.91 =0.024
4.1.6 確定帶的初拉力
單根V帶的初拉力確定：
4.1.7 求帶傳動(dòng)作用在軸上的壓力
（ 式4-3）
式中： Z——帶的根數(shù)；
——單跟帶的初拉力；
——主動(dòng)輪上的包角。
4.1.8 V帶計(jì)算結(jié)果
表4.1.8.1 V帶設(shè)計(jì)計(jì)算列表
設(shè)計(jì)計(jì)算項(xiàng)目
結(jié)果
說(shuō)明
工作情況系數(shù)k
1.2
計(jì)算功率P
1.8
選取V帶型號(hào)
A
小帶輪直徑D
80mm
可選比表中大的值
大帶輪直徑D
107mm
驗(yàn)算V帶的速度V
1.1304m/s
初定中心距a
350
參考實(shí)際機(jī)械結(jié)構(gòu)確定
初算V帶所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度L
1068.2
選V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度L
1153mm
續(xù)表3
定V帶公稱長(zhǎng)度L
1120mm
定中心距a
392.4mm
包角
175
〉120，合適
包角系數(shù)k
0.98
V帶規(guī)格：A型，長(zhǎng)1153mm
V帶根數(shù)：4根
中心距： 392.4mm
4.1.9 材料的選擇
帶輪常用材料是鑄鐵，因?yàn)閹賤＜25m／s，所以選用HTl50。
4.1.10 帶輪的形式
帶輪采用實(shí)心式。同樣大帶輪的基準(zhǔn)直徑D≤（2.5～3）d，所以大帶輪也用實(shí)心式。
4.1.11 帶輪尺寸的計(jì)算
小帶輪的軸孔直徑，小帶輪與減速器相連，
故取=40mm。
因?yàn)椋?
所以
小帶輪的寬度：
小帶輪的直徑：
大帶輪的軸孔直徑，大帶輪與鏈輪主動(dòng)軸直徑一致。
設(shè)大帶輪軸孔直徑。
大帶輪的寬度：
大帶輪的直徑：
帶輪的結(jié)構(gòu)如圖4.1.11.1：
圖4.1 .11.1 帶輪
4.2 鏈輪的設(shè)計(jì)
4.2.1鏈輪的設(shè)計(jì)目的
設(shè)計(jì)該鏈輪的主要目的是為了能帶動(dòng)分離機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。通過(guò)鏈輪使得鏈的線速度為1.6m/s。為了達(dá)到這一目的，所設(shè)計(jì)的鏈輪傳動(dòng)比應(yīng)為1，即兩鏈輪的直徑應(yīng)當(dāng)相等。由前面的計(jì)算已經(jīng)得出鏈輪的直徑r=62mm。
4.2.2鏈輪的設(shè)計(jì)
1. 選擇鏈輪的齒數(shù)
由已知得鏈輪的傳動(dòng)速度為1.3m/s，傳動(dòng)比為1。通過(guò)查表
所以取
2. 初定傳動(dòng)中心距
根據(jù)公式
初取
3. 確定鏈長(zhǎng)
節(jié)
4. 確定鏈條節(jié)距p
由表查得鏈節(jié)距p為15.875mm。
5. 驗(yàn)算鏈速V
與原假設(shè)相符。
6. 計(jì)算實(shí)際中心距
7. 作用在軸上的壓力Q
圓周力
故：
8. 潤(rùn)滑方式
根據(jù)和，選擇滴油潤(rùn)滑。
4.2.3 鏈輪材料的選擇
鏈輪的材料應(yīng)當(dāng)能夠滿足強(qiáng)度和耐磨性的要求。在低速、輕載、平穩(wěn)傳動(dòng)中，鏈輪可采用中碳鋼制造；中速、中載時(shí)，采用中碳鋼淬火處理，其硬度＞40HRC～45HRC;
4.2.4 鏈輪機(jī)構(gòu)的尺寸計(jì)算
該鏈輪為滾子鏈輪。
1. 分度圓直徑
2. 齒頂園直徑
3. 齒根園直徑
4. 最大齒根距離
5. 齒側(cè)凸緣直徑
所以取
鏈輪結(jié)構(gòu)如圖4.2.4.1：
圖4.2.4.1 鏈輪
5 聯(lián)軸器的選擇及其軸的設(shè)計(jì)
5.1 聯(lián)軸器的選擇
該馬鈴薯收獲機(jī)的設(shè)計(jì)寬度為712mm。兩側(cè)的機(jī)架壁厚度各位10mm。所以整個(gè)機(jī)架的內(nèi)部空間為692mm。所選的減速器的輸出軸的外伸長(zhǎng)度為110mm。 輸出軸的直徑為48mm，所以選擇聯(lián)軸器時(shí)其孔徑也應(yīng)當(dāng)為48mm。通過(guò)查閱手冊(cè)[21]，可以選擇HL4型聯(lián)軸器。其長(zhǎng)度為112mm。
5.2 聯(lián)軸器上軸的設(shè)計(jì)
聯(lián)軸器上軸的作用是為了將減速器和帶輪通過(guò)聯(lián)軸器相連接的。其設(shè)計(jì)過(guò)程如下：
1） 軸4部分：此部分軸是裝聯(lián)軸器的。聯(lián)軸器的長(zhǎng)度為112mm。所以在設(shè)計(jì)時(shí)可以把該部分長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為110mm。
2） 軸3部分此部分上裝滾動(dòng)軸承。因?yàn)闄C(jī)架內(nèi)壁到機(jī)架中心線的距離為346mm，減速器中線到輸出軸端的距離為214mm，聯(lián)軸器長(zhǎng)112mm。所以聯(lián)軸器到機(jī)架內(nèi)壁的長(zhǎng)度為346-214-112=20mm。所選的軸承為角接觸球軸承。其寬度為24.75mm。所以設(shè)計(jì)時(shí)該軸段長(zhǎng)度為42mm。
3） 軸2部分：該部分裝同時(shí)有軸承端蓋。為了讓V帶輪輸出機(jī)架為20mm，所以該段長(zhǎng)度可設(shè)計(jì)為44mm。
4） 軸1部分：該部分上裝V帶輪，V帶輪寬為65mm，所以設(shè)計(jì)該段長(zhǎng)為63mm。
6 鏈輪軸的設(shè)計(jì)和校核
6.1 鏈輪軸的設(shè)計(jì)
該軸的設(shè)計(jì)步驟如下：
1） 軸2和軸4部分：這兩部分都是裝鏈輪的。因?yàn)殒溳喌暮穸葹?5mm，所以設(shè)計(jì)該部分軸長(zhǎng)度為70mm。
2）軸1和軸5部分：這兩部分都是裝軸承的，所選軸承為角接觸球軸承，其寬度為24.75mm。設(shè)計(jì)兩輪側(cè)面距機(jī)架內(nèi)壁距離為20mm，所以設(shè)計(jì)該部分軸長(zhǎng)為50mm。
3）軸6部分：該部分上裝軸承端蓋，設(shè)計(jì)其長(zhǎng)度為33mm。
4）軸7部分：該部分上裝大帶輪，所以其設(shè)計(jì)長(zhǎng)度也為70mm。
5）軸3部分：該部分通過(guò)計(jì)算可得其長(zhǎng)度為488mm。
其結(jié)構(gòu)如圖6.1：
圖6.1.1 鏈輪軸
6.2鏈輪軸的校核
先作出軸的受力計(jì)算簡(jiǎn)圖，取集中載荷作用于帶輪、鏈輪和軸承中點(diǎn)。
6.2.1 帶輪上作用力的大小
壓軸力
則
6.2.2 鏈輪上作用力的大小
壓軸力
則
求垂直面上軸承的支反力畫主要截面彎矩圖
垂直面受力圖 見圖（b）主要截面彎矩圖 見圖（c）
6.2.3 求水平面上軸承的支反力，畫主要截面彎矩圖
水平面受力圖 見圖（d）主要截面彎矩圖 見圖（e）
40截面D處垂直面，水平面合成彎矩
彎矩圖見圖6.2.3.1
圖6.2.3.1
7 分離輸送器的設(shè)計(jì)
7.1 分離輸送器的機(jī)構(gòu)及工作過(guò)程
7.1.1 機(jī)構(gòu)形式的確定
機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，帶面傾斜30o時(shí)也能工作，因此是一種應(yīng)用比較廣泛的分離工作部件。鏈桿式分離輸送器是由園桿組成，桿的兩端焊接在鏈條上。形成具有篩選馬鈴薯而分離土壤的柵。
7.1.2 分離輸送器的工作過(guò)程
工作過(guò)程是被掘起的土壤、馬鈴薯等向上輸送，在輸送鏈的作用下，土壤被疏松，土壤通過(guò)桿之間的間隙篩出來(lái)，馬鈴薯則被輸送器輸送到機(jī)器的尾部，從而將馬鈴薯收集到后面的收集箱中，達(dá)到收獲馬鈴薯的目的。
其結(jié)構(gòu)如圖7.1.2.1：
圖7.1.2.1 分離輸送器圖
1、主動(dòng)輪 2、鏈條 3、抖動(dòng)輪 4、從動(dòng)輪
7.2 桿條參數(shù)的確定
在歐洲的許多國(guó)家里，桿間距離通常為25-28mm。而在美國(guó)，甚至為40-48mm。亞洲的日、韓等國(guó)為30-40mm。這個(gè)間隙主要于馬鈴薯作物的品種和馬鈴薯的尺寸由很大關(guān)系。在波蘭，一個(gè)馬鈴薯的平均重量大約為60-80g，而美國(guó)可以達(dá)到200g左右。
分離輸送器的桿條間隙如圖13，從圖中可以看出下面的關(guān)系：
（式7-1）
式中：
其結(jié)構(gòu)如圖7.2.1：
圖7.2.1桿條間隙圖
7.3 分離輸送器線速度的確定
線速度是分離輸送器設(shè)計(jì)的主要參數(shù)。
輸送器的壽命、尺寸及機(jī)器的重量都與它的速度有關(guān)。輸送器的長(zhǎng)度關(guān)系到馬鈴薯分離和整機(jī)的尺寸，因此它必須適當(dāng)。
試驗(yàn)表明：當(dāng)線速度高于2m/s，土壤含水量大于等于20%時(shí)，分離能力下降。若機(jī)器的前進(jìn)速度為，分離傳送器的線速度為，則有：
，的取值一般為0.8～2.5
機(jī)器工作時(shí)的速度為1.2m/s，分離輸送器的速度為1.3/s，所以算出的為1.08。在0.8到2.5的范圍之內(nèi)，所以該參數(shù)的確定符合要求。
8 挖掘裝置的設(shè)計(jì)
8.1 挖掘鏟的構(gòu)成
挖掘鏟由鏟片固定板、獨(dú)立的鏟片和角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成的。鏟尖角度設(shè)計(jì)為鈍角，這樣可以減小鏟前的入土深度，從而降低無(wú)效挖掘深度的動(dòng)力消耗。我對(duì)于挖掘鏟的設(shè)計(jì)比較新穎，它的形狀像英文字幕w，我個(gè)人比較喜歡這個(gè)設(shè)計(jì)，它的入土性能比較好，可以省最少的力就能夠進(jìn)入到土內(nèi)，大大減小進(jìn)入土地里的阻力，減少不必要浪費(fèi)的資源，更加省成本。
最終效果，這也是提高我們馬鈴薯收獲機(jī)工作效率的一個(gè)重大舉措，這都是細(xì)節(jié)問(wèn)題，細(xì)節(jié)決定一切，而且它的入土面積較大，從而大大地減少漏挖，減少收獲后土地里馬鈴薯的殘留量，大大提高收獲量，大大提高工作效率，減少不必要后期工作與工作量。
圖8.1.1 馬鈴薯根系和薯塊一般分布狀況
8.2挖掘鏟的設(shè)計(jì)
挖掘鏟的鏟片鏟片與鏟片之間留有間隙的，而且是多片鏟的變形，因而帶來(lái)很多的優(yōu)點(diǎn)。
1）一方面是減少鏟尖與土壤的接觸面積，達(dá)到減少阻力的目的。
2）另一方面是減輕了機(jī)器前部的重量，防止鏟尖下陷。
（式8-1）
式中： 為作用于鏟刃上的阻力。
為鏟刃上的正壓力。
為鏟刃上的滑切力。
為鏟刃與土壤之間的摩擦力，且，為摩擦角。
代入得：
一般土壤對(duì)鋼的摩擦角為，取，所以。
若鏟片數(shù)量為5個(gè)，單個(gè)鏟片寬度為100mm，長(zhǎng)度為250mm，鏟刃傾斜角度，鏟面傾角為，鏟間間隙為25mm。
在實(shí)際考察當(dāng)中，我還當(dāng)發(fā)現(xiàn)一個(gè)較為嚴(yán)重的問(wèn)題，就是在挖掘鏟工作中，收獲后的馬鈴薯會(huì)從挖掘鏟兩側(cè)掉出，從而加大一定的勞動(dòng)量，降低收獲效率，所以我決定，在挖掘鏟的兩側(cè)，焊接尺寸相當(dāng)?shù)慕饘贀醢?，從而解決這個(gè)問(wèn)題。只有在不斷地研究，不斷地測(cè)試，不斷的改進(jìn)，才能研究出好的機(jī)械產(chǎn)品。
其結(jié)構(gòu)如圖8.2.1：
圖8.2.1 挖掘鏟
圖8.2.2 挖掘鏟參數(shù)1
圖8.2.3 挖掘鏟參數(shù)
圖8.2.4 受力分析
圖8.2.5 鏟尖受力分析
圖8.2.6 鏟面水平傾角及鏟的末端離地高度示意圖
9 地輪和機(jī)架的設(shè)計(jì)
9.1 地輪的設(shè)計(jì)
地輪的作用主要是在機(jī)器行走過(guò)程中的平衡支撐作用。為了克服收獲機(jī)收獲時(shí)挖掘鏟前部較大的阻力，設(shè)計(jì)的地輪應(yīng)當(dāng)有較好的通過(guò)性，且能夠保證在凹凸不平的地表情況下準(zhǔn)確控制挖掘深度。地輪材料可以選擇鑄鐵，結(jié)構(gòu)采用腹板式。在機(jī)架上設(shè)置不同的安裝位置，可根據(jù)種植情況調(diào)節(jié)深度。
9.2 機(jī)架部分的設(shè)計(jì)
收獲機(jī)組的入土性能、挖掘深度穩(wěn)定性能、機(jī)組牽引性能、運(yùn)輸通過(guò)性能及對(duì)地表的適應(yīng)性能等主要工作性能都收多功能馬鈴薯收獲機(jī)懸掛裝置的影響。懸掛架及機(jī)架部分大部分采用矩形管，這樣即可以減輕質(zhì)量、降低成本，而且還能夠滿足結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度的要求。
10 使用說(shuō)明和結(jié)論
10.1使用說(shuō)明
使用時(shí)將多功能馬鈴薯收獲機(jī)懸掛在拖拉機(jī)后面。
1) 要經(jīng)常檢查關(guān)鍵部件的連接，定期加注油，零件不合格是應(yīng)及時(shí)換掉。
2) 各相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件表面要保持清潔。
3) 盡量使多功能馬鈴薯收獲機(jī)所處的環(huán)境清潔，通風(fēng)、干燥。
4）經(jīng)常檢查分離輸送器，因?yàn)樗苯雨P(guān)系到分離的好壞。
10.2結(jié)論
通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程有了一個(gè)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，掌握了基本的設(shè)計(jì)過(guò)程，真正地將所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，提高了獨(dú)立思考解決問(wèn)題的能力，在設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，難免有不妥之處。在今后的學(xué)習(xí)工作中我會(huì)繼續(xù)努力，彌補(bǔ)自己在專業(yè)知識(shí)上的缺欠。
此次設(shè)計(jì)，我認(rèn)為最重要的就是使我明白了，無(wú)論做什么事情，要想做好，必須態(tài)度端正；要善于學(xué)習(xí)，時(shí)刻學(xué)習(xí)；做事要嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真，細(xì)致、不怕吃苦，還要有創(chuàng)新精神。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 孫蕓.我國(guó)馬鈴薯加工產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀及展望[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械,2000,(7):26～28
[2] 谷茂，馬慧英，薛世明.中國(guó)馬鈴薯栽培史考略[J].西北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1997, 27(1): 77～81
[3] （馬鈴薯)起源歷史[EB/OL]. http：www.babyfood.com.cnlpotato%20history.htm,
2001-03-09/2001-03-10
[4] 安思民，白淑霞，馮學(xué)贊，等.試論我國(guó)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展道[J].馬鈴薯雜志，2000, 14(1):46～47.
[5] 馬鈴薯專業(yè)委員會(huì)種薯生產(chǎn)加工組.馬鈴薯加工企業(yè)研討會(huì)會(huì)議紀(jì)[EB/OL]. http：//www.nmagri.gov.cn/xxtb/jghyjy.htm, 2001-03-08 / 3001-04-10
[6] 張勛.馬鈴薯生產(chǎn)機(jī)械化與產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略.中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會(huì)農(nóng)業(yè)機(jī)械化分會(huì)第七屆全國(guó)代表大會(huì)論文集[C].杭州蕭山.2007:206
[7] Bruno Agard,Bernard Penz. A simulated annealing method based on a clustering approach to determine bills of materials for a large product family. Int. J. Production Economics 117 (2009) 389–401.
[8] 趙滿全，竇衛(wèi)國(guó)，趙士杰等.4SW系列馬鈴薯挖掘機(jī)的研制[J].農(nóng)村牧區(qū)機(jī)械化，1999，(4).
[9] 蔣炳奎譯.根菜收獲機(jī)械[M].1979，12.
[10] 中國(guó)科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所重慶分所編輯.國(guó)外收獲機(jī)械(第二集)[M].1977，1l.
[11] 單愛軍，劉俊杰，崔冰冰.馬鈴薯收獲機(jī)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].農(nóng)機(jī)化研究.2006，（4）:19～20.
[12] 韓建新，都麗萍.2000年中國(guó)國(guó)際農(nóng)牧業(yè)及食品工業(yè)展覽會(huì)國(guó)外兵團(tuán)巡禮[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械.2000，(5).
[13] [蘇]H.Φ.季堅(jiān)柯等著.蔬菜收獲機(jī)械[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社出版.1982，5.
[14] [蘇]著.袁佳平，汪裕安等譯.農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)和計(jì)算[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社.1983.9.
[15] [蘇]著.沈林生，高良潤(rùn)等譯.經(jīng)濟(jì)作物收獲機(jī)械理論、構(gòu)造和計(jì)算[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社.1966.1.
[16] Soon Chong Johnson Lim,Ying Liu,Wing Bun Lee.A methodology for building a semantically annotated multi-faceted ontology for product family modelling. Advanced Engineering Informatics 25 (2011) 147–161.
[17] 張東興，郭君海.馬鈴薯田間管理與收獲機(jī)械化技術(shù)[J].農(nóng)機(jī)科技推廣.2006，1:19～20.
[18] 申屠留芳，孫興釗.中粘壤土馬鈴薯類作物收獲機(jī)的研究與開發(fā)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2003，10(4):21-23.
[19] R.Galan,J.Racero,I.Eguia,J.M.Garcia. A systematic approach for product families formation in Recon?gurable Manufacturing Systems.Robotics and Computer-Integrated Manufacturing 23 (2007) 489–502.
[20] Jacques Lamothe,Khaled Hadj-Hamou,Michel Aldanondo. An optimization model for selecting a product family and designing its supply chain. European Journal of Operational Research 169 (2006) 1030–1047.
[21] Daniel Collado-Ruiz,Hesamedin Ostad-Ahmad-Ghorabi. Comparing LCA results out of competing products: developing reference ranges from a product family approach. Journal of Cleaner Production 18 (2010) 355–364.
致 謝
自從來(lái)到中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院，我勵(lì)志要奮發(fā)圖強(qiáng)，不辜負(fù)家長(zhǎng)的期望，經(jīng)過(guò)四年的勤奮努力，我離我的目標(biāo)越來(lái)越近，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)離不了學(xué)校還有老師對(duì)我的栽培，我內(nèi)心滿滿的是感激之情。
時(shí)間過(guò)得飛快，轉(zhuǎn)眼我們就到了畢業(yè)季，我們面對(duì)的將是做畢業(yè)設(shè)計(jì)，我選的設(shè)計(jì)燃起了我們內(nèi)心的好奇心，促使我夜以繼日的學(xué)習(xí)這方面的知識(shí)。
本文所研究的馬鈴薯收獲機(jī)是一項(xiàng)及富有挑戰(zhàn)性的工作。在這里，我第一個(gè)要感謝的就是我那認(rèn)真負(fù)責(zé)指導(dǎo)老師——趙麗琴老師。趙老師在此期間對(duì)我進(jìn)行了悉心的幫助和指導(dǎo)。趙老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，一絲不茍的科研精神和對(duì)學(xué)術(shù)執(zhí)著追求的精神將使我終身受益，不僅讓我學(xué)會(huì)了如何科學(xué)的研究問(wèn)題和解決問(wèn)題，更重要的是讓我學(xué)會(huì)了怎樣做人做事。
做完我的畢業(yè)設(shè)計(jì)，跟我?guī)?lái)了巨大的成就感，高興之余的我想起了從大一到即將畢業(yè)的這四年來(lái)每位老師對(duì)我的諄諄教導(dǎo)，他們的認(rèn)真負(fù)責(zé)讓我有了今天的成績(jī)，我想真心的對(duì)每一位老師說(shuō)一聲謝謝。
28