下载文档原格式
甘蔗联合收割机技术难题分析与改进摘要：目前我国甘蔗生产机械化水平很低，主要是由于甘蔗联合收割机的研发技术水平较低，无法解决实际生产中遇到的技术难题，限制了甘蔗生产的发展，本文分析了现有甘蔗联合收割机存在的技术问题，提出了新的设计思路和技术措施。
关键词：甘蔗；联合收割机；技术；难题；改进引言由于生产条件恶劣，作业条件复杂，难以实现甘蔗生产的机械化和自动化，尤其是收割作业，目前还仅处于人工作业阶段，极大地限制了甘蔗生产效率的提高。
甘蔗收割技术已成为甘蔗生产机械化过程中最棘手的技术难题。
目前甘蔗的栽培和收获主要依靠人力，从播种到收获基本依靠人力。
它不紧，劳动强度高，生产效率低，也制约着整个经济产业链生产的发展。
由于我国甘蔗主产区在南方，地形以山地和狭窄为主，甘蔗长度不规则，弯直、大小高、高低不平，增加了机械收割的难度。
通过长期的调查研究，笔者认为甘蔗机械收获急需解决的6个技术问题。
1如何实现甘蔗破头率低的技术要求由于甘蔗是一次采收三年的作物，如果机械采收时甘蔗根部的扦插口不均匀，会损伤根部的甘蔗苗，影响第二年甘蔗的发芽率，降低采收率，一般要求将破头率控制在5%的范围内。
据调查，目前甘蔗收割机的收割和切割方式大多是通过水平移动多个高速旋转的刀片来切割甘蔗茎秆。
这种切割方法的缺点是:①刀刃不能做得太锋利，否则就是高速在旋转的情况下，地里的石头会很快被磨边，所以刀片只能做成钝刀片，不利于切割甘蔗茎时获得平整的切口；②由于刀片高速旋转，慢速平移，同一根部切口容易被多刀切割，造成切口不均匀。
因此，传统的切割方式破头率较高，不能满足实际生产要求。
为了降低甘蔗收割过程中的破头率，获得平整的根茎切割口，切割刀必须锋利，每次切割必须一刀。
因此，可以考虑采用往复循环、向前缓慢运动的切割方式，刀片可以做成镹刀样，切口锋利，一刀就能顺利切割甘蔗根茎。
其原理是模仿人工一刀切根的方式。
这种方法的缺点是切割机构复杂，收割过程中甘蔗机械的移动速度略有降低，但基本可以解决破头率的技术问题。
甘蔗联合收割机技术难题分析与改进作者：甘凤祝来源：《读与写·下旬刊》2015年第01期摘要：当前我国甘蔗生产的机械化水平很低，主要是由于甘蔗联合收割机研发技术水平低，无法解决实际生产中遇到的技术难题，限制了甘蔗生产的发展，本文分析了现有的甘蔗联合收割机存在的技术难题，并提出新的设计思路和技术措施。
关键词：甘蔗;联合收割机;技术;难题;改进中图分类号：G718 文献标识码：B 文章编号：1672-1578（2015）02-0003-02广西是我国产糖业的大省，甘蔗产业已经成为广西农业经济支柱之一。
但由于甘蔗生产受生产条件恶劣、作业情况复杂等特殊因素的制约，很难实现甘蔗生产的机械化和自动化，特别是收割作业过程，目前还只是停留在手工人力作业阶段，大大限制了甘蔗生产效率的提高。
甘蔗收割技术成为实现甘蔗生产机械化过程中最难的技术难题。
现在甘蔗的耕种收获作业还是主要是以人力为主，从播种到收获基本上完全依靠人力，不紧劳动强度大，生产效率低，还制约着整个经济产业链生产的发展。
由于我国生产甘蔗的主要产区是在南方，地形主要是以山地窄地为主，加上甘蔗长形不规则，弯直大小高矮倒扶不齐，加大了机械收割工作的难度。
笔者通过长时间的调查研究认为，在甘蔗机械收割中急需解决六个方面技术难题。
1.如何实现砍蔗破头率低的技术要求因为甘蔗是种一次收三年作物，如果在机械收割中甘蔗根茎处切割口不平整，被打碎或撕裂都会破坏到根部的甘蔗苗，将会影响到第二年甘蔗的出芽率，减少收成，一般要求破头率要控制在5﹪的范围内。
据调查，当前大多数的甘蔗收割机的收割切割方式，都是以高速旋转的多片刀片平地移动实现对蔗茎实现切割，这种切割方式的缺点是：①刀刃不能做得太锋利，否则在高速旋转的情况下碰到地中的石头都会很快磞刃，因此刀口只能做成钝口的刀刃，这样在切割蔗茎时又不利于得到平整的切口;②由于是高速旋转慢速平移刀片，同一根茎切口容易出现被多刀切割的情况，造成切口不平整。
整杆式高效智能甘蔗收割机的研究与应用摘要：本文依据当前甘蔗收割设备应用中存在的问题，研究整杆式高效智能甘蔗收割机，通过设置自动化控制关键模块，研发和完善在线自动扶蔗、导入、夹固、切根（刀盘自动升降）、断尾、传送、剥叶（自动调整）、甘蔗收集、暂存等功能,有效提高收割效率。
关键词：甘蔗收割机；整杆式；高效智能我国甘蔗主要分布在北纬24°以南的地区，其中以广东、广西、海南、云南等省区种植面积最大，大部分地区甘蔗收割以传统人工收割为主，劳动强度大，效率低。
甘蔗收割机械化滞后已成为我国甘蔗产业化发展的瓶颈问题，加快甘蔗生产的机械化程度发展已十分迫切。
近年来我国先后引进了数十台国外大型和中型切段式甘蔗联合收割机，使用中存在机器系统配套不合理、农机与农艺技术不匹配等问题。
在国家的支持下，自主研发机型开始已取得较大发展，但甘蔗收割机大体还存在一些关键技术问题没有解决。
针对上述问题，急需针对符合我国农艺要求的甘蔗联合收割机的研究。
1、甘蔗收割机种类目前主要甘蔗收获机应分为切断式甘蔗联合收割机和整杆式甘蔗联合收割机两类。
切段式甘蔗收割机在收割的同时完成切段工作，甘蔗从甘蔗机出来时是成段的，可直接用于榨糖。
切段式甘蔗收割机主要完成以下工序：扶蔗、切梢、收割、切段、清选、装载、蔗叶切碎还田等工序。
此类切段式甘蔗收割机适应坡度小于15°的地块，突出优点就是高效便捷、配套动力大、实现的功能多、基本可以实现生产的自动化以及全面机械化。
弊端有：宿根破头率大、含杂率高，工作可靠性低、甘蔗损耗率高，刀具维护差等问题。
且甘蔗收获必须在12小时内送到糖厂加工，否则将发生糖的损失和变质。
切断式甘蔗收获机受到糖厂加工设备、加工工艺等因素的制约。
整杆式甘蔗收割机生产出的甘蔗则是整根的，收割完成后可以直接进糖厂榨糖加工。
整杆式甘蔗收割机主要完成以下工序：在线自动扶蔗、导入、夹固、切根（刀盘自动升降）、断尾、传送、剥叶（自动调整）、甘蔗收集、暂存等功能,有效提高收割效率。
第16卷第12期2004年12月计算机辅助设计与图形学学报JO U RNA L OF COM P U T ER -AI DED D ESIGN &COM P U TER G RA PHI CS Vol .16,N o .12Dec .,2004原稿收到日期:2003-09-09;修改稿收到日期:2003-10-28.本课题得到国家自然科学基金(59965001)和广西壮族自治区科技攻关资助项目(0235008-5)资助.蒋占四,男,1977年生,硕士,主要研究方向为先进制造技术.李尚平,男,1956年生,博士,教授,主要研究方向为先进制造技术、先进加工与精密测试技术、制造业信息化.邓劲莲,女,1972年生,硕士,讲师,主要研究方向为先进制造技术. 产品开发集锦甘蔗收割机械智能设计系统的研究开发蒋占四1)李尚平2)邓劲莲1)1)(广西大学机械工程学院 南宁 530004)2)(广西工学院 柳州 545006)摘要 提出建立以设计、评价专家系统及参数化建模技术为核心的甘蔗收割机械智能设计系统.阐述了该系统的总体结构及各主要模块的功能描述与设计分析,论述了其关键技术;并以I -DEA S 软件作为虚拟产品开发平台,用Visual C ++开发出原型系统.关键词 甘蔗收割机;专家系统;智能设计;面向对象;参数化建模;虚拟样机中图法分类号 T P391Knowledge Based Intelligent Design System for Sugarcane HarvesterJiang Zhansi 1) Li Shangping 2) Deng Jinlian 1)1)(Institu te of Mechan ical Engineer ing ,Guangxi U niversity ,Nanning 530004)2)(Guang xi Univer s ity of Technol ogy ,Liuzhou 545006)A bstract Based on ex ploiting the techniques of expert sy stem and parametric modeling ,a sug arcane harvester intelligent desig n system (SHIDS )w as developed on I -DEAS platform w ith Visual C ++.The overall architecture ,functions and implementation of the main modules are discussed .Key words sugarcane harvester ;expert sy stem ;intelligent design ;object oriented ;parametric model -ing ;virtual pro totyping1 引 言我国是甘蔗种植和产糖大国,研发甘蔗联合收割机械,实现甘蔗收割机械化对于提高甘蔗收获劳动生产率、降低蔗糖生产成本、提升我国蔗糖的国际竞争力具有重要的实用价值和战略意义.然而,我国目前研发的甘蔗联合收割机存在诸如适应性差、可靠性较差及田间通过性差等问题.此外,我国60%～70%的甘蔗种植在丘陵地带,国外大型甘蔗收割机械价格昂贵且不适应.因此,应用现代设计方法,研发针对丘陵地带甘蔗种植和生长特点(倒伏、弯曲严重)、适应我国农村生产方式和农民购买能力及糖厂加工工艺的实用型甘蔗联合收割机械显得尤为必要和紧迫[1].甘蔗收割机械属于复杂机电产品,其设计既包括整机机型、功能部件的选择,又包括关键部件的功能设计、结构尺寸计算优化、空间布局的优化和功率匹配等,是集专家决策推理、数值计算、仿真优化于一体的过程.在甘蔗收割机械的设计中,引入专家系统技术和参数化建模技术,有利于建立面向整个设计过程,并同时满足数值计算、知识推理和图形处理的动态设计对象模型[2],从而为甘蔗收割机械的创新设计、发散设计及系列化设计提供可靠的技术支撑,推动甘蔗收割机械数字样机和物理样机的迅速研发.本文在收集、分析甘蔗收割机械设计资料和设计经验的基础上,建立了以设计、评价专家系统及参数化建模技术为核心的甘蔗收割机械智能设计原型系统———SH IDS (Sug arcane H arvester Intelligent De -sign Sy stem ).2 系统的总体结构和功能2.1 总体结构机械设计是一个“设计—评价—再设计”的创新过程.智能设计系统就是将这一设计过程用计算机辅助实现,在此基础上开发出数字样机并缩短物理样机的研发周期.SHIDS 包括设计、分析专家系统和图形输出两大核心模块,因此,这两大模块的设计及其有效集成成为该系统研究的重点.在SHIDS 中,专家系统利用面向对象方法、数据库技术、知识库技术得以实现;同时在参数化建模软件I -DEAS 的基础上,通过专家系统辅助设计获取有效的主参数驱动生成数字样机,从而实现图形输出.专家系统和参数化建模系统之间的集成利用I -DEAS 提供的二次开发工具Open I -DEAS 通过C ++编程实现.系统总体结构如图1所示.图1 SHI DS 总体结构2.2 系统功能SHIDS 符合“Top —Dow n ”的设计模式.首先针对用户提出的设计要求和使用条件(如收割效果、甘蔗生长状况、地形等)完成甘蔗收割机的功能设计和总体布局设计,并返回给用户若干个可行的设计方案,通过友好的用户界面,用户可根据各方案的评价及其可信度进行选择;然后,进入甘蔗收割机各关键部件的结构设计和参数设计;再以设计获得的主参数驱动生成数字样机.此外,用户可通过I -DEAS 软件自身提供的强大功能进行仿真分析,其分析结果可以作为评价专家子系统进行评价的依据.若不满足要求则返回重新设计,最后得到用户满意的设计结果,并把设计成功的结果作为实例存储.在整个过程中,系统的解释模块将对设计过程和结果提供合理的解释.3 系统各主模块的功能及实现策略3.1 设计知识的组织甘蔗收割机械属于复杂机电产品,但其各关键部件又具有相对独立性.根据人工智能原理中的问题归约法[3],在SHIDS 中,甘蔗收割机械的设计任务划分为扶蔗子系统、砍蔗子系统、输送子系统、断尾子系统、剥叶子系统、总体设计等一系列相对独立在不同层次上的子任务.在完成某一层次上的设计任务时,只使用一定范围的知识.所以设计知识也按子任务分类,各个子任务对应着一个或多个子知识库,目标级推理求解各子问题时,只需要搜索有限个相关的子知识库即可以提高推理机的搜索效率.层次化知识库组织模型如图2所示.175512期蒋占四等:甘蔗收割机械智能设计系统的研究开发图2 层次化知识库组织模型3.2 设计知识的表达与推理SHIDS 采用面向对象的技术和数据库技术来实现知识的表达.系统中各设计子对象被定义成类,设计对象的属性(包括性能参数、结构参数等)定义成类的数据成员,设计对象参数的计算、设计知识处理、规则推理以及推理控制策略则被定义成类的成员函数,“封装”在设计对象的类结构中.这样,一个设计过程就转变成设计对象类的实例化过程,其中设计对象类的定义粗略说明如下:Class CDesignObject {CObList m parameterL ist ;//设计对象属性链表,链表结点存放的是参数类对象.参数类含有参数名、参数值及对应的解释等数据成员BOO L Reas on 1();//规则推理成员函数.包含参数的计算、设计知识处理、规则推理等功能BOO L Reason 2();//规则推理成员函数void Control ();//推理控制策略成员函数}图3 规则库的E -R 实体模型图在SHIDS 中,规则形式的领域专家知识由多个关系数据库文件组成.规则的一般表现形式为If X Then (Y ,CON ).其中,X 称为规则前项,是一系列条件的组合,即X =X 1∧X 2∧…∧X n 用来表示前提;Y 称为后项,用来表示结论;CON 表示置信度.可设计规则库的E -R 实体模型如图3所示.根据该E -R 模型图可设计出规则库的结构和各数据表的结构.因此,产生式规则的推理就可充分利用数据库的关联技术、索引技术等提高推理效率.在SHIDS 中,主要依靠在设计对象的规则推理成员函数中嵌入SQL (结构化查询语句)来实现推理.3.3 参数化建模模块及其与专家系统的集成为了解决设计型专家系统在知识推理、智能计算及图形处理等方面综合求解的能力,提高其与CAD 的通信协调能力,本文的一个研究重点就是实现专家系统与CAD 的集成.SHIDS 以参数化建模软件I -DEAS 作为虚拟产品开发平台,以Open I -DEAS 为开发工具,用C ++语言实现设计专家系统与参数化建模模块的集成,其实现步骤如下:Step1.设计者从用户需求中提出初始设计参数和技术要求进行方案设计,进而获得设计所需的特征主参数(即能够独立变化的特征参数).Step2.参数设计专家系统通过访问参数算法库、数据库,根据特征主参数驱动获得设计所需的其他参数.Step3.根据设计参数,通过Open I -DEAS 访问I -DEAS 中的参数化模型库,提取相应的参数化模型,并修改其关键尺寸获得所需的部件模型.Step4.对各部件进行仿真分析,若不合乎要求则重新设计;否则,通过O pen I -DEAS (OI Assembly 对象)将各关键部件装配成整机.Step5.进行整机性能分析,若合乎要求则设计完成;否则,返回重新设计.图4 SHIDS 运行实例图4 结 论本文从实用的角度探讨基于领域知识的专家系统技术和虚拟样机技术及其在甘蔗收割机械设计中的应用,达到缩短甘蔗收割机械产品开发周期、降低开发成本、提高产品设计质量的目的,从而为甘蔗收割机械的尽快研发提供可靠技术支持.目前,我们以I -DEAS 软件作为虚拟产品开发平台,用Visual C ++开发出的SHIDS 原型系统基本能达到设计目标.系统运行实例如图4所示.1756计算机辅助设计与图形学学报2004年我们在SHIDS的研发过程中,得出以下几点结论:(1)引入现代设计方法是尽快研制出适于我国甘蔗种植、加工状况的甘蔗收割机械的重要途径;(2)传统的设计型专家系统在智能计算、过程控制、图形处理等各方面综合求解设计问题的能力还很有限[2].因此,把传统的人工智能应用(专家系统)、CAD以及建摸技术结合起来建立基于知识的智能建模和仿真系统是今后智能设计系统的一个重要发展方向;(3)面向对象的思想和方法将知识和知识的运用封装在类中,符合人类的认知思维,因而适用于解决人工智能问题,尤其适用于建造专家系统;(4)利用关系数据库建立产生式规则库能有效地进行知识管理、学习、解释和自然语言理解.同时,利用关系数据库的关联、索引技术可使产生式规则的推理更简单、高效.参 考 文 献[1]M eng Yanmei,Li Shangping,Liu Zhengshi,et al.Visual vir-tual design platform for sugarcane harvester[J].Journal ofComputer-Aided Design&Computer Graphics,2002,14(11):1096～1100(in Chinese)(蒙艳玫,李尚平,刘正士,等.甘蔗收获机械可视化虚拟设计平台的研究开发[J].计算机辅助设计与图形学学报,2002,14(11):1096～1100)[2]Liu Youyuan.Res earch and development of design-cycle-orient-ed adaptive expert system(high l evel synthesis)[D].Wuhan:Wuhan Institute of Technology,2000(in Chinese)(刘有源.面向产品设计全过程的适应性设计型专家系统研究与开发[博士学位论文].武汉:武汉理工大学,2000) [3]Cai Zixing,Xu Guangyou.Artificial Intelligence Principles&Applications[M].2nd ed.Beijing:Tsinghua University Press,1996(in Chines e)(蔡自兴,徐光佑.人工智能及其应用[M].第2版.北京:清华大学出版社,1996)175712期蒋占四等:甘蔗收割机械智能设计系统的研究开发。
试论甘蔗联合收割机的应用技术及发展趋势摘要：甘蔗富含丰富的维生素、蛋白质、有机酸、矿物质等元素，甘蔗收割技术是甘蔗生产机械化的重点，为全面提高甘蔗收割水平，需要工作人员明确甘蔗联合收割机技术的应用要点及应用需求，明确甘蔗播种、种植、收获等过程的重难点，再结合广西地区的地理环境及生态确定机械收割要点。
基于此，文章就甘蔗联合收割机的应用技术及发展趋势进行了分析。
关键词：甘蔗；联合收割机；剥叶技术；发展趋势0引言甘蔗具有较好的营养、药用、经济价值，主要在我国南方种植，在农业生产、管理中具有一定价值。
甘蔗是生产糖的主要原料之一，且甘蔗中的糖分相对较多，所以生产得到的糖分也相对较多。
为了进一步提高甘蔗的收割质量，需要工作人员了解技术的创新方向和创新目标，明确甘蔗联合收割机的使用需求，在提高工作水平的基础上设立发展性计划。
甘蔗是广西的支柱产业，多年来，广西的甘蔗面积和产量占全国总产量的60%以上。
甘蔗富含糖份，蔗糖含糖量达11.68--16.5%，并含多种维生素、蛋白质、脂肪以及钙、铁等对人体有益的营养物质。
目前甘蔗机收存在问题：甘蔗30%的地块凹凸不平，坡度大，蔗农观念影响、甘蔗抗倒伏的能力不强，甘蔗传统的种植间距，甘蔗收割的含杂率高等因素，制约的甘蔗机收的发展。
随着劳动力越来越短缺，甘蔗机械化是必然发展趋势。
1.目前甘蔗联合收割机的类型1.1 切段式甘蔗联合收割机切段式甘蔗联合收割机的运行功率相对较大，收割作业的效率较高，可在自动化管理过程中完成扶倒、切梢、收割、切段、清理、装载等操作。
通过确定收割机的使用要求，做好配套性运输、维修车辆的使用方案，实现甘蔗收获、管理机械化目标。
我国主要使用4GZQ-260、4GZ-250、4GZ-180、4GZ-140等型号的切断式甘蔗联合收割机，但作业中要注意对甘蔗进行切断处理，否则甘蔗的糖分就会散失，激发甘蔗发生变质的问题[1]。
目前切断式甘蔗联合收割机仅作为初加工的机器，故该机械设备还需要不断完善，故此类机型还无法得到全面推广应用。
4GZ-120甘蔗联合收割机动力分配箱的仿真优化的开题报
告
题目：4GZ-120甘蔗联合收割机动力分配箱的仿真优化
研究背景和意义：
甘蔗联合收割机是甘蔗种植业生产的重要设备，在甘蔗生产中起着至关重要的作用。
动力分配箱是甘蔗联合收割机的核心部件之一，用于调配发动机的动力和扭矩，
以确保机器在不同的作业条件下达到最佳的作业性能。
因此，优化动力分配箱的设计
和调试，可以提高甘蔗联合收割机的作业效率和经济效益，降低能源消耗和环境污染。
研究内容和方法：
本研究将使用先进的仿真技术，对4GZ-120甘蔗联合收割机的动力分配箱进行
建模和仿真。
首先，将对动力分配箱的结构和传动机理进行研究，建立数学模型。
然后，利用仿真软件对模型进行仿真计算，优化动力分配箱的设计参数，包括齿轮传动比、液力变矩器的调节参数等。
最后，将通过实验验证和分析来验证仿真结果，检验
优化方法的可靠性和有效性。
研究成果和意义：
通过本研究，提出的优化方案有望实现甘蔗联合收割机动力分配箱设计的最佳化，提高其能源利用效率和作业性能。
这将有助于促进我国甘蔗种植业的发展，提高生产
效率和经济效益。
此外，本研究还将探索先进的仿真优化技术在机械工程领域的应用，为未来机械设计和优化提供参考和借鉴。
甘蔗联合收割机的应用技术及发展趋势摘要：我国甘蔗主要分布在北纬24°以南的地区。
其中以广东、广西、台湾、海南、云南等省区种植面积最大。
由于甘蔗生产的机械化程度低，甘蔗收割以人工为主，劳动强度最大，耗费劳动力和时间。
这是成本中最昂贵的部分。
随着甘蔗生产机械化进程加快，蔗糖业综合竞争力不断提高，甘蔗收割机有效提高劳动了生产率和经济效益。
关键词：甘蔗联合收割机；应用技术；发展趋势前言：中国是世界第三大蔗糖生产国，2019年我国甘蔗种植面积为138.19万公顷，在2008/2009年甘蔗产量约1.1亿吨，糖产量为1350万吨。
在国外，甘蔗的收获基本上已经机械化。
在中国，甘蔗收获还是主要以人工收获为主、劳动强度大、生产成本高、甘蔗收割成本约占甘蔗价格的1/4。
随着中国加入世贸组织，中国的制糖业由于成本高昂而逐渐受到国外的挤压。
甘蔗生产机械化的发展，对提高我国蔗糖业的竞争力，大幅度提高劳动生产率和经济效益具有重要的现实意义。
一、甘蔗收割机种类目前我国主要甘蔗收获机应分为切断式甘蔗联合收割机和整杆式甘蔗联合收割机两类。
切断式甘蔗联合收割机的主要优点是操作效率高、功能齐全、自动化程度高。
虽然有许多优点，但也有缺点，含杂率高，甘蔗收获必须在16小时内送到糖厂加工，否则将发生糖的损失和变质。
切断式甘蔗收获机受到糖厂加工设备、加工工艺等因素的制约。
整杆式收获的工作一般是扶蔗、割根、喂人、剥叶子、断尾、运输和采收甘蔗。
整杆式收割机具有含杂率低，甘蔗损失量少和不容易变质的优点。
我国甘蔗生产区大多分布在热带、亚热带季风气候影响区，每年夏季受到台风、大风、暴雨的影响，甘蔗倒伏率高达30%-40%，调查发现，整杆式甘蔗收割机对生长弯曲、倒伏严重的甘蔗，收获时的适应性较差。
根据制糖工厂的设备、运输和管理系统。
这些方面的原因，当前甘蔗收割机的使用以整杆式甘蔗联合收割机为主。
二、应用技术与发展前景（一）液压技术甘蔗联合收获机有多种工作机构，各工作部件分布在整机的各个部件中。
