基于TRIZ理论的小型深耕机优化研究

摘要

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。

目录

声明

摘要

第1章 文献综述

1．1 南方丘陵山区农业机械化发展现状

1．1．1 南方丘陵山区土地资源

1．1．2 南方丘陵山区农业种植结构

1．1．3 南方丘陵山区农业从业人员

1．1．4 南方丘陵山区农业机械化

1．2 国内外深松机具的发展现状

1．2．1 国外深松机具的发展现状

1．2．2 国内深松机具的发展现状

第2章 绪论

2．1 研究背景及意义

2．1．1 研究背景

2．1．2 研究意义

2．2 研究内容

2．3 研究方法

第3章 基于TRIZ理论的问题分析

3．1 系统分析

3．1．1 小型深耕机的结构及工作原理

3．1．2 第一代小型深耕机存在的主要问题

3．1．3 组件分析

3．1．4 功能分析

3．2 因果分析

3．2．1 因果分析概述

3．2．2 耕深不足因果分析

3．2．3 发动机过载因果分析

3．2．4 重量因果分析

3．2．5 耕后地表不平因果分析

3．3 本章小结

第4章 基于TRIZ的问题解决

4．1 TRIZ问题解决方法概述

4．2 刀具强度

4．2．1 模型建立

4．2．2 模型分析

4．2．3 问题解决

4．3 深松刀形状

4．3．1 模型建立

4．3．2 模型分析

4．3．3 问题解决

4．4 传动方式

4．4．1 模型建立

4．4．2 模型分析

4．4．3 问题解决

4．5 地表平整度

4．5．1 模型建立

4．5．2 模型分析

4．5．3 问题解决

4．6 本章小结

第5章 整机参数优化

5．1 刀轴转速确定

5．1．1 小型深耕机前进速度

5．1．2 刀轴转速确定

5．2 整机功率校核

5．2．1 工作部件幅宽确定

5．2．2 功率匹配

5．3 安全销联轴器的设计

5．3．1 联轴器设计

5．3．2 安全销计算

5．4 本章小结

第6章 小型深耕机田间试验

6．1 田间试验设计

6．1．1 田间试验地点及测试区域选取

6．1．2 耕深测量

6．1．3 耕后地表平整度测量

6．1．4 幅宽测量

6．1．5 耕深计算

6．1．6 平整度计算

6．1．7 幅宽计算

6．2 试验数据处理

6．2．1 耕深测量结果处理

6．2．2 平整度测量结果处理

6．2．3 幅宽结果分析

6．3 试验结果分析

6．3．1 耕深测试分析

6．3．2 平整度测试分析

6．3．3 幅宽分析

第7章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

发表论文、获得专利及参加课题一览表