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基本信息
- 項目名稱：
- 加工番茄果秧分離裝置
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 目前新疆已成為繼美國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，且常由采摘不及時造成大量損失，因此機械化采收勢在必行。本作品針對番茄收獲機的核心部件之一 ——加工番茄果秧分離裝置進行研究。 本作品以兩等質(zhì)并對置安裝的偏心塊為驅(qū)動機構(gòu)，將動力源的勻速回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)榕c其鉸接的分離滾筒的周期性高頻變速擺動，易調(diào)節(jié)振動頻率和速度，來滿足不同的生產(chǎn)要求。
- 詳細介紹：
- 目前中國已成為繼美國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%。而新疆是中國加工番茄的主要種植產(chǎn)區(qū)，約占中國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158萬畝，番茄產(chǎn)量達到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，勞動強度大，生產(chǎn)效率低，費時費力，采收費用高，且常由于采收不及時，造成大量的加工番茄腐爛在地里，而此時正值新疆的秋收季節(jié)，致使勞動力極為緊缺。為此新疆天業(yè)集團于1999年引進FMC-SL350型加工番茄收獲機，通過近11年的收獲試驗表明，加工番茄機械化采收具有人工采收不可比擬的優(yōu)越性，即機械化收獲的效率高、有效地緩解了勞動力緊缺的現(xiàn)狀、降低了采收成本。但在使用過程中也發(fā)現(xiàn)了國外相關(guān)公司對收獲機三大核心技術(shù)切割撿拾、果秧分離、色選進行壟斷，使得進口收獲機價格昂貴（每臺售價至少150萬元），并導(dǎo)致核心部件的維修必須送到國外，嚴(yán)重耽誤了采收時節(jié)，給農(nóng)民帶來了大量的損失，且國外的收獲機并不能完全適應(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產(chǎn)權(quán)、性能可靠、價格低廉、適合新疆實際生產(chǎn)和推廣的加工番茄收獲機勢在必行，而這首先要打破國外對其核心部件的壟斷。本作品針對三大核心部件之一——加工番茄的果秧分離裝置進行研究。 本作品采用組合式結(jié)構(gòu)，即由驅(qū)動機構(gòu)和分離滾筒兩部分組成。驅(qū)動機構(gòu)由質(zhì)量相等且對置分布的偏心塊及殼體組成，其把來自動力源的勻速回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為殼體的變速回轉(zhuǎn)運動，通過法蘭盤將變速回轉(zhuǎn)運動傳遞給分離滾筒，最終由呈圓柱輻射狀排列的彈齒實現(xiàn)番茄果實與莖秧的分離。 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）進行果實分離，擴大作業(yè)范圍。且有明顯的地域特色，對促進國內(nèi)具有自主產(chǎn)權(quán)的番茄收獲機核心技術(shù)的發(fā)展具有重要的理論研究意義和實用價值。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 新疆是我國加工番茄的主要生產(chǎn)基地之一。 2009年，中國已成為繼美國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，勞動強度大，生產(chǎn)效率低，采摘不及時，造成大量的番茄腐爛在地里。為此效率高、緩解勞動力緊缺的機械化收獲是加工番茄產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。國外收獲機公司對其核心技術(shù)切割撿拾、果秧分離、色選進行壟斷。嚴(yán)重制約了國產(chǎn)化機械化收獲的進程，為此本作品對收獲機的核心部件——加工番茄的果秧分離裝置進行研究。 本作品通過對梳齒法、機械手采摘法和振動分離法的比較，同時結(jié)合新疆加工番茄的種植模式和物料特性，確定了以振動分離為基本原理的分離方案。 該作品主要由驅(qū)動機構(gòu)和分離滾筒兩部分組成。驅(qū)動機構(gòu)由質(zhì)量相等且對置分布的偏心塊及殼體組成，搖擺器把勻速驅(qū)動轉(zhuǎn)變?yōu)闅んw的周期性變速回轉(zhuǎn)運動，而后由法蘭盤將變速回轉(zhuǎn)運動傳遞給分離滾筒，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械化作業(yè)中的果秧分離關(guān)鍵技術(shù)為研究對象，分析田間成熟加工番茄的果實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)代機械設(shè)計方法，通過建模仿真、系統(tǒng)優(yōu)化、模擬實驗，綜合分析其結(jié)構(gòu)和工作參數(shù)。
科學(xué)性、先進性
- 本作品采用了組合式結(jié)構(gòu)，即由偏心式驅(qū)動機構(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)簡單，體積較小，維修方便。 本作品以兩等質(zhì)并對置安裝的偏心塊為驅(qū)動機構(gòu)，將動力源的勻速回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)榕c其鉸接的分離滾筒的周期性高頻變速擺動，易調(diào)節(jié)振動頻率和速度，來滿足不同的生產(chǎn)要求。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 限國內(nèi)轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 模型、現(xiàn)場演示、圖紙、圖片、錄像
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 本作品所設(shè)計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)動速度調(diào)整，使用對置偏心回轉(zhuǎn)機構(gòu)，可以實現(xiàn)變速擺動。 本作品能很好的適用于加工番茄的分離，同時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）進行果實分離，擴大作業(yè)范圍。該作品能很好地加快加工番茄產(chǎn)業(yè)的國產(chǎn)化機械采收進程，且擁有加工番茄果秧分離裝置的番茄收獲機，可以給社會帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。即機械化收獲的效率高，縮短收獲周期。一臺番茄收獲機每天相當(dāng)于300～400個勞動力的采收量；人工采摘延緩了新鮮原料及時運送到加工廠的時間，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，勞動力緊缺，而機械化采收能緩解勞動力緊缺的現(xiàn)狀；機械化采收番茄可大幅降低采收成本。按新疆2010年的采收價格計算，機械化采收每畝的費用300元，人工采收為每畝450元，平均每畝可節(jié)省采收費用150元。而新疆目前番茄種植面積約158萬畝，可直接節(jié)省采收費用2.37億。
同類課題研究水平概述
- （1）國外研究現(xiàn)狀 ①機械手采摘法 機械手采摘法也稱為機器人采收法，已成為目前農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的研究熱點。由于農(nóng)業(yè)環(huán)境的復(fù)雜不確定性以及果實分布的隨機性,收獲機械手還沒有形成完備的設(shè)計方案。機械手采收效率不高，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，強制性地將番茄果實與其莖秧脫離，但由于收獲分離過程中番茄莖葉常造成梳齒部位的堵塞，并且對果實的損傷比較大，沒有得到進一步的發(fā)展和推廣應(yīng)用。 ③ 振動分離法 振動分離法就是通過振動發(fā)生器產(chǎn)生一定規(guī)律的振動，利用振動達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，美國人茨崗米葉爾最早采用振動分離法（摘果器式振動分離裝置），該裝置具有帶突起環(huán)形軌道，汽輪在該軌道上滾動。該分離方法的自動化程度低，不符合農(nóng)業(yè)機械自動化、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)的過程中對番茄莖秧進行多次起落摔打，使果實脫落，實現(xiàn)果實的分離。由于該分離裝置在分離過程中對滾筒轉(zhuǎn)速的要求較高：分離效率低，機械損傷嚴(yán)重，造成收獲損失。 (3)鍵式果實分離器，該分離裝置由12個鍵體連接成兩組，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動來實現(xiàn)分離。這種機型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，生產(chǎn)效率低。 （2）國內(nèi)研究現(xiàn)狀 國內(nèi)對機械手采收方法研究較多，主要有我國南京農(nóng)業(yè)大學(xué)姬長英、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。番茄收獲機器人屬于機械手系列機器人，機械手是其最主要的執(zhí)行部件，其功能是將末端執(zhí)行器移至接近果實的的位置，通過識別判斷并最終完成對番茄果實的采摘。由于農(nóng)業(yè)環(huán)境的復(fù)雜不確定性以及果實分布的隨機性，收獲機械手還存在果實識別率和采摘率不高，果實平均采摘時間長，機器人制造成本高等問題。再者機械手采收屬單個采收，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。
