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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 加工番茄果秧分離裝置
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 目前新疆已成為繼美國(guó)加州后全球第二大加工番茄種植區(qū)，但番茄的采收普遍依賴人工，人工采收效率低，成本高，且常由采摘不及時(shí)造成大量損失，因此機(jī)械化采收勢(shì)在必行。本作品針對(duì)番茄收獲機(jī)的核心部件之一 ——加工番茄果秧分離裝置進(jìn)行研究。 本作品以兩等質(zhì)并對(duì)置安裝的偏心塊為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，將動(dòng)力源的勻速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榕c其鉸接的分離滾筒的周期性高頻變速擺動(dòng)，易調(diào)節(jié)振動(dòng)頻率和速度，來滿足不同的生產(chǎn)要求。
- 詳細(xì)介紹：
- 目前中國(guó)已成為繼美國(guó)之后世界第二大加工番茄生產(chǎn)基地，其加工番茄的種植面積約占世界總種植面積的28%。而新疆是中國(guó)加工番茄的主要種植產(chǎn)區(qū)，約占中國(guó)加工番茄的種植面積的80%左右。2009年新疆番茄種植面積已達(dá)158萬畝，番茄產(chǎn)量達(dá)到744萬噸，生產(chǎn)番茄制品101.46萬噸。 然而，目前新疆的加工番茄普遍采用人工采收，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，采收費(fèi)用高，且常由于采收不及時(shí)，造成大量的加工番茄腐爛在地里，而此時(shí)正值新疆的秋收季節(jié)，致使勞動(dòng)力極為緊缺。為此新疆天業(yè)集團(tuán)于1999年引進(jìn)FMC-SL350型加工番茄收獲機(jī)，通過近11年的收獲試驗(yàn)表明，加工番茄機(jī)械化采收具有人工采收不可比擬的優(yōu)越性，即機(jī)械化收獲的效率高、有效地緩解了勞動(dòng)力緊缺的現(xiàn)狀、降低了采收成本。但在使用過程中也發(fā)現(xiàn)了國(guó)外相關(guān)公司對(duì)收獲機(jī)三大核心技術(shù)切割撿拾、果秧分離、色選進(jìn)行壟斷，使得進(jìn)口收獲機(jī)價(jià)格昂貴（每臺(tái)售價(jià)至少150萬元），并導(dǎo)致核心部件的維修必須送到國(guó)外，嚴(yán)重耽誤了采收時(shí)節(jié)，給農(nóng)民帶來了大量的損失，且國(guó)外的收獲機(jī)并不能完全適應(yīng)新疆番茄的品種、種植模式、產(chǎn)量等要求。為此開發(fā)出一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、性能可靠、價(jià)格低廉、適合新疆實(shí)際生產(chǎn)和推廣的加工番茄收獲機(jī)勢(shì)在必行，而這首先要打破國(guó)外對(duì)其核心部件的壟斷。本作品針對(duì)三大核心部件之一——加工番茄的果秧分離裝置進(jìn)行研究。 本作品采用組合式結(jié)構(gòu)，即由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和分離滾筒兩部分組成。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由質(zhì)量相等且對(duì)置分布的偏心塊及殼體組成，其把來自動(dòng)力源的勻速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為殼體的變速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過法蘭盤將變速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給分離滾筒，最終由呈圓柱輻射狀排列的彈齒實(shí)現(xiàn)番茄果實(shí)與莖秧的分離。 本作品能很好的適用于加工番茄的分離，同時(shí)分離裝置的分離原理也能夠?qū)ζ渌魑铮ㄈ缙咸?、花生等作物）進(jìn)行果實(shí)分離，擴(kuò)大作業(yè)范圍。且有明顯的地域特色，對(duì)促進(jìn)國(guó)內(nèi)具有自主產(chǎn)權(quán)的番茄收獲機(jī)核心技術(shù)的發(fā)展具有重要的理論研究意義和實(shí)用價(jià)值。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 新疆是我國(guó)加工番茄的主要生產(chǎn)基地之一。 2009年，中國(guó)已成為繼美國(guó)之后世界第二大加工番茄生產(chǎn)加工基地。其中新疆番茄種植面積占全國(guó)的80%左右。然而在目前的番茄收獲過程中，普遍采用人工采摘，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，采摘不及時(shí)，造成大量的番茄腐爛在地里。為此效率高、緩解勞動(dòng)力緊缺的機(jī)械化收獲是加工番茄產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。國(guó)外收獲機(jī)公司對(duì)其核心技術(shù)切割撿拾、果秧分離、色選進(jìn)行壟斷。嚴(yán)重制約了國(guó)產(chǎn)化機(jī)械化收獲的進(jìn)程，為此本作品對(duì)收獲機(jī)的核心部件——加工番茄的果秧分離裝置進(jìn)行研究。 本作品通過對(duì)梳齒法、機(jī)械手采摘法和振動(dòng)分離法的比較，同時(shí)結(jié)合新疆加工番茄的種植模式和物料特性，確定了以振動(dòng)分離為基本原理的分離方案。 該作品主要由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和分離滾筒兩部分組成。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由質(zhì)量相等且對(duì)置分布的偏心塊及殼體組成，搖擺器把勻速驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)闅んw的周期性變速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而后由法蘭盤將變速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給分離滾筒，最終由分離滾筒完成番茄果秧的分離。 本作品以新疆加工番茄收獲機(jī)械化作業(yè)中的果秧分離關(guān)鍵技術(shù)為研究對(duì)象，分析田間成熟加工番茄的果實(shí)與莖秧有效分離原理；利用加工番茄生物力學(xué)特性結(jié)合現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法，通過建模仿真、系統(tǒng)優(yōu)化、模擬實(shí)驗(yàn)，綜合分析其結(jié)構(gòu)和工作參數(shù)。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本作品采用了組合式結(jié)構(gòu)，即由偏心式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和分離滾筒兩部分組成，相比于摘果器式分離裝置、梳齒式分離裝置、鍵式逐稿器式分離裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積較小，維修方便。 本作品以兩等質(zhì)并對(duì)置安裝的偏心塊為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，將動(dòng)力源的勻速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榕c其鉸接的分離滾筒的周期性高頻變速擺動(dòng)，易調(diào)節(jié)振動(dòng)頻率和速度，來滿足不同的生產(chǎn)要求。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 限國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 模型、現(xiàn)場(chǎng)演示、圖紙、圖片、錄像
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 本作品所設(shè)計(jì)的加工番茄果秧分離裝置采用組合式結(jié)構(gòu)，分離效果可以通過改變驅(qū)動(dòng)速度調(diào)整，使用對(duì)置偏心回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)變速擺動(dòng)。 本作品能很好的適用于加工番茄的分離，同時(shí)分離裝置的分離原理也能夠?qū)ζ渌魑铮ㄈ缙咸?、花生等作物）進(jìn)行果實(shí)分離，擴(kuò)大作業(yè)范圍。該作品能很好地加快加工番茄產(chǎn)業(yè)的國(guó)產(chǎn)化機(jī)械采收進(jìn)程，且擁有加工番茄果秧分離裝置的番茄收獲機(jī)，可以給社會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。即機(jī)械化收獲的效率高，縮短收獲周期。一臺(tái)番茄收獲機(jī)每天相當(dāng)于300～400個(gè)勞動(dòng)力的采收量；人工采摘延緩了新鮮原料及時(shí)運(yùn)送到加工廠的時(shí)間，影響番茄制品的質(zhì)量。加工番茄采收中后期正值棉花采收，勞動(dòng)力緊缺，而機(jī)械化采收能緩解勞動(dòng)力緊缺的現(xiàn)狀；機(jī)械化采收番茄可大幅降低采收成本。按新疆2010年的采收價(jià)格計(jì)算，機(jī)械化采收每畝的費(fèi)用300元，人工采收為每畝450元，平均每畝可節(jié)省采收費(fèi)用150元。而新疆目前番茄種植面積約158萬畝，可直接節(jié)省采收費(fèi)用2.37億。
同類課題研究水平概述
- （1）國(guó)外研究現(xiàn)狀 ①機(jī)械手采摘法 機(jī)械手采摘法也稱為機(jī)器人采收法，已成為目前農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。由于農(nóng)業(yè)環(huán)境的復(fù)雜不確定性以及果實(shí)分布的隨機(jī)性,收獲機(jī)械手還沒有形成完備的設(shè)計(jì)方案。機(jī)械手采收效率不高，比較適用于小面積的大棚作業(yè)，難以適應(yīng)大面積的戶外采收。 ②梳齒法 梳齒法就是將具有梳齒結(jié)構(gòu)的裝置插入番茄莖秧，強(qiáng)制性地將番茄果實(shí)與其莖秧脫離，但由于收獲分離過程中番茄莖葉常造成梳齒部位的堵塞，并且對(duì)果實(shí)的損傷比較大，沒有得到進(jìn)一步的發(fā)展和推廣應(yīng)用。 ③ 振動(dòng)分離法 振動(dòng)分離法就是通過振動(dòng)發(fā)生器產(chǎn)生一定規(guī)律的振動(dòng)，利用振動(dòng)達(dá)到拋甩番茄果秧的效果。 (1)摘果器式分離裝置 20世紀(jì)60年代，美國(guó)人茨崗米葉爾最早采用振動(dòng)分離法（摘果器式振動(dòng)分離裝置），該裝置具有帶突起環(huán)形軌道，汽輪在該軌道上滾動(dòng)。該分離方法的自動(dòng)化程度低，不符合農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化、智能化的發(fā)展方向，沒有得到廣泛應(yīng)用。 (2)滾筒式振動(dòng)分離裝置，莖桿被送至傾斜的滾筒式分離裝置里，滾筒在回轉(zhuǎn)的過程中對(duì)番茄莖秧進(jìn)行多次起落摔打，使果實(shí)脫落，實(shí)現(xiàn)果實(shí)的分離。由于該分離裝置在分離過程中對(duì)滾筒轉(zhuǎn)速的要求較高：分離效率低，機(jī)械損傷嚴(yán)重，造成收獲損失。 (3)鍵式果實(shí)分離器，該分離裝置由12個(gè)鍵體連接成兩組，利用鍵和曲柄形成平行四桿裝置，鍵上各桿均做半徑相同的圓周運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)分離。這種機(jī)型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，生產(chǎn)效率低。 （2）國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)對(duì)機(jī)械手采收方法研究較多，主要有我國(guó)南京農(nóng)業(yè)大學(xué)姬長(zhǎng)英、上海交通大學(xué)劉成良、浙江大學(xué)應(yīng)義斌、梁喜鳳、江蘇大學(xué)劉繼展、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)張鐵中等人在此領(lǐng)域有較深入的研究。番茄收獲機(jī)器人屬于機(jī)械手系列機(jī)器人，機(jī)械手是其最主要的執(zhí)行部件，其功能是將末端執(zhí)行器移至接近果實(shí)的的位置，通過識(shí)別判斷并最終完成對(duì)番茄果實(shí)的采摘。由于農(nóng)業(yè)環(huán)境的復(fù)雜不確定性以及果實(shí)分布的隨機(jī)性，收獲機(jī)械手還存在果實(shí)識(shí)別率和采摘率不高，果實(shí)平均采摘時(shí)間長(zhǎng)，機(jī)器人制造成本高等問題。再者機(jī)械手采收屬單個(gè)采收，適用于小面積及溫室種植的鮮食番茄采收作業(yè)，難以適應(yīng)加工番茄的大面積采收。
