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[我爱发明] 20160902 站立吧 大蒜
本期节目主要内容： 山东济南的发明人崇峻发明了一台大蒜播种机。这种机器有一套橡胶履带式行走系统，在田地里有着良好的通过性。通过一套自动上料系统，一瓣一瓣的大蒜被提升到较高的地方，随后分别顺着20根塑料导管掉落在对应的20个锥形碗中，锥形碗里的弧度可以让蒜瓣的尖朝上，最后这些蒜瓣再分别通过20个中空的金属管插入土里。这样就完成了种蒜的过程。（《我爱发明》 20160902 站立吧 大蒜）
发明人联系方式：崇峻
摘要：本实用新型涉及农用机械领域，特别涉及一种大蒜播种机。该大蒜播种机，其特征在于：包括机架、发动机、传动总成、气泵、气缸、履带底盘总成、土壤整平器、以及位于履带底盘总成上方的操作台、微电脑电控系统，所述操作台的前方设有给料仓，所述给料仓与提料装置连接，所述提料装置上方均匀安装有若干分料器，所述每个分料器下方连接分料管，所述分料管底部与导向料杯总成连接，导向料杯总成固定在第一定位板上，导向料杯总成的下方为调整料杯总成，调整料杯总成下方为点插播种器总成，所述点插播种器总成安装在开合处理支撑架上，所述导向料杯总成、调整料杯总成和点插播种器总成分别通过气缸控制开合，通过行走系统控制步进幅度。
编辑手记：
蒜可是好东西，不仅可以调味，还能杀菌、增强人的免疫力，而蒜的种植过程也是很辛苦的，全程又是蹲着又是弯腰，费时费力。今天这位发明人，就是因为看到自己的乡亲邻居们常年手工种大蒜，既辛苦又伤身体，于是反复研究，制作出了一台大蒜播种机来帮助大家。
发明人：崇峻
发明项目：大蒜播种机
发明原理
机器的最上方有一排小勺，将每颗蒜分别放进一个个圆形粗管里，大蒜通过每一根管子漏入小碗中，最后，一个圆锥形铁夹将这些蒜种到地里。
给记者简单地讲解了种蒜机的运行过程后，崇峻马上开启机器演示起来，一颗颗大蒜被这台机器很快地插进土里。
大蒜在种进地里的时候，必须让它尖朝上，这样才有利于大蒜的生长，如果蒜躺倒了就算大蒜的播种不合格。崇峻的机器正是在这里出了问题，机器种的蒜大部分都是躺着的，这显然是不行的。
经过反复试验，崇峻将小碗的底部从圆弧形换成了锥子形，这样就保证了每颗掉进小碗的大蒜都是尖朝上的。
为了测试机器的性能，崇峻准备去老刘的地里试一试，进行一场人工与机器的比赛，比赛当天聚集了很多观赛者。乡亲们有支持崇峻机器的，也有人支持农民师傅的，但是大家都希望这台机器可以替代手工种蒜。
五人一组的人工队在速度上丝毫不落后于机器，两组人分别从地里的两头向中间行进。农民师傅队伍庞大、经验丰富，进展得很快。
而崇峻这边的机器却遇到了问题，插入土里的种蒜夹口里很容易被湿的泥土堵住。
另外，由于崇峻的这台大型种蒜机是履带工作，压过去的地方明显有很深的凹槽，会把种蒜的地方压的很深，使得两边的地势不一样。浇灌时水都会流向地势较低的那一边，这样一来地势低的大蒜就很容易被水泡坏，而地势高的大蒜得不到很好的浇灌，解决了大蒜竖起率和被履带碾压地势不平的问题后，崇峻的第三代大蒜播种机终于亮相。
新一代大蒜播种机通过平台操作，人工将蒜倒入到平槽内，通过一个个小勺将蒜喂入管道中，再漏进20个锥形底的小碗里，通过插入地里的种蒜口将大蒜最后种进地里。播种蒜的同时用碾子稍微用力压平，这样不仅保证了种蒜的质量，而且使大蒜能得到充分的浇灌新一轮的比试中，刘师傅把他的人工队伍壮大到了25人，比上次多出了一倍多。
这场终级比拼到底能不能让这台种蒜机大放光彩呢？我们拭目以待。
欢迎收看《我爱发明》之《站立吧，大蒜》。
本期视频主要内容： 山东商河县是我国的大蒜种植基地，每年到了种蒜的季节，蒜农就会因为巨大的劳动强度而发愁。发明人赵纯军也曾是手工种蒜的一员，在深知百姓种蒜的辛苦后，只有维修电视机经验的他，开始着手研发机器，最后经过13年的努力，他终于圆了自己的机械梦，成功研发出了大蒜种植机。（《我爱发明》 20150527 铁手插蒜）
发明人联系方式：赵纯军 ：18853129585
《铁手插蒜》发明摘要：本发明属于农业机械领域，特别公开了一种大蒜种植机。该大蒜种植机，包括底部安装行走轮的机架，机架上安装有连接油箱的发动机和驾驶椅，其特征在于：发动机上连接有变速箱，变速箱上方设置有位于驾驶椅前面的操控箱，变速箱内伸出若干个传动轴，机架前方通过升降杆安装有播种装置，机架后方安装有压平辊；播种装置包括安装在送料斗内的拨料辊，拨料辊上设置有均布成排的三齿状拨料爪，拨料辊下方设置有对应拨料爪的输料管，输料管末端为内部中空，底部设置出口的开孔器。本发明结构设计合理，应用灵活，使用方便，有效降低种蒜时的劳动强度，单粒播种，漏播率低，株距均匀，播种深度可自由调节，适于广泛推广应用。
独 创 声 明
本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。
本声明的法律后果由本人承担。
作者签名:
年 月 日
毕业设计（论文）使用授权声明
本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。
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（保密论文在解密后遵守此规定）
作者签名:
年 月 日
大蒜根茎收割机
此次的构想只是总体的概括思考，对细节没有进行分析。
一．组成部分;大蒜机械shipin
1. 底板
2. 主动轴
3. 从动轴
4. 电源
5. 履带
6. 刀具
7. 挡板
8. 大蒜承载器（很重要的一部分内容）
以下是各部分功能的介绍：
二．多方面实体图展示：
三．部分功能介绍：
1. 大蒜通过挡板上面的部分放在大蒜承载器中，如箭头所示
2. 履带上要根据一定的距离放置相同的大蒜承载器
3. 箭头所指为大蒜根放置位置：
4. 箭头所指为茎所放位置
5. 大蒜在放入大蒜承载器之后，左边的部件一定要在大蒜的茎部在水平方向有里的作用，
这样可以将大蒜推平，使根部的根须容易切下。
箭头所指的为推进部件，大的作用力也与箭头的方向相同。
推进 部件和大蒜承载器之间是通过某种方式链接的，当大蒜承载器受到重力作用是，推进部件会自动想箭头方向运动，并达到一定的作用力之后停止。
四．机械总体运转构想：
1.本机械的动力来源可以是电，也可以是汽油，柴油等。
2．履带的上面按照一定的距离放置相同的大蒜承载器，大蒜承载器跟随履带一起运动，大蒜放置在挡板的上面，人工将其放置在正确的位置上，大蒜承载器感应到力的作用后会让推进部件进行辅助的找正，大蒜在到达刀具位置后，根茎会被同时切除。
3.根茎切除后会继续向前走，根据抛物线的运动规律可以在合适的地方放置袋子，承接大蒜头，达到自动装袋的目的。
五．个人想法，大蒜在收获的时候应避免碰撞，因为在后来的晾晒时，碰伤的地方容易腐烂，用自动装置时应尽一切可能保证大蒜的质量，大蒜的茎部分应该留有一部分的距离，根据出口的要求，茎部分在干的时候是2cmm，所以在新鲜的时候应该选择2cm—3cmm,大蒜根须部分在新鲜的时候成凸形，在切割的时候也要留2mm左右的距离，防止晾晒的时候出现散瓣的现象。
还有问题暂时没有想到，想到后会给予补充，指只是初步构想，如过老师有更好建议可以进行修改。谢谢。
1 大蒜播种过程特点及机械化播种迫切性
1.1 播种过程特点
1.1.1农艺影响
大蒜鳞牙朝向，脊背朝向是大蒜播种时的两项重要农艺要求。这两项农艺条件对大蒜生产的产量，质量和收益产生比较大影响。甚至影响到种植是否成立的程度，如果大蒜播种时，鳞牙朝下比例比较大的话，这季大蒜种植基本上亏损。
大蒜播种时的其他农艺要求，如行距，株距，播种深度，播种时间等条件虽然对大蒜的产出效益影响也比较大，但这些条件很方便采用机械化方式去实现和控制。因而在机械化大蒜播种中，这不是主要影响因素。
鳞牙的朝向对大蒜的影响，主要是对蒜头重量和横径产生影响。依据普遍农户大蒜生产得到的经验及南京农业机械化研究所的研究表明(参考文章：金诚谦等 大蒜播种时鳞芽朝向对大蒜生长发育影响的试验研究，农业工程学报，2008-04)：播种时鳞芽朝下时，收获蒜头重量轻，横径小。单体与鳞牙朝上比，重量只到60%，横径只到80%（横径与大蒜价格关系是非线性关系，基本上倒立栽培产出蒜果均处于严重低价区域），倒立播种在相同条件下的产出价值仅为朝上播种产出价值的49%(相关分析见附录)。
大蒜种植时脊背朝向主要影响大蒜生长时的叶片朝向，进而影响叶片光合作用和产量。其影响的显著度不及鳞径朝向的影响，目前有这方面研究、试验及论文，但暂时没有找到。
1.1.2 劳动强度大
为保证大蒜播种时的鳞牙朝上和行株距的一致性，国内主要采用人工播种。播种时为保证鳞牙朝上，播种人员一般从蹲到跪，或者半蹲半跪的方式播种，其劳动强度可想而言。即使和其他人工作业的农作物播种比起来，其劳动强度也基本上是最大的。
1.1.3 用工集中
依据联合国统计，世界大蒜播种面积在1000万亩左右，其中中国是大蒜的主要产地，播种面积为600万亩左右。中国主要产区在山东金乡为中心，500公里范围内；大蒜播种时间主要集中在9月下旬到10月上旬；播种时由于劳动强度比较大，播种效率比较低，熟练大蒜播种人员一天仅能完成0.02hm2（0.3亩）的播种面积，一个大蒜播种季度需要几千万人天的工时。由于播种地域，时间，效率的限制，大蒜播种用工非常集中，大蒜主产区要获得播种劳力困难。
1.2 机械化播种需求迫切
中国成为大蒜的主产区，除中国部分地区大蒜个头大，质量好外，劳动力充足及成本低是一个主要因素。大蒜从播种，薄膜开口到收蒜薹、蒜苗、蒜果，每一株大蒜需要手工完成工序数5到7次，其中每一道工序，都是非常繁重的体力劳动。过去，由于中国劳动力充足，劳动力成本低，所以大蒜种植面积很大，出口量也很大。每年出口量达到200万吨以上,是中国主要的经济作物出口品种。
随着国内经济的发展，中国的劳动力正在变得不再充足，劳动力成本也正在变得越来越高，相关资料表明，从2008年到2015年，中国农业单体从业人员成本提高了3倍，新的农村体力劳动力基本上没有得到补充。这一现象逐渐使中国大蒜的生产成本快速增长。增长到一定程度，当劳动力成本到达某个临界值时，在未来十年内，大蒜将很难再在国内进行规模化生产。受到可耕种面积制约，国外不考虑农艺要求的机械化播种方式也难适应国内环境。国内一些过去的大蒜主产区，如陕西的兴平和武功，最近一些年大蒜播种面积已经大大减少，未来几年规模种植将可能会完全从该地区消失。
依据笔者山东，河南，湖北，陕西，四川等各地的调研结果，大蒜从种植到收获，单亩人工成本已经达到1200-2500元左右，而且这一成本在未来还将不断攀升；更可怕的是，在大蒜生产季节，有时候有些地区几乎找不到用工。大蒜机械shipin
实现大蒜播种、收割、提薹机械化是解决这一问题关键，也是中国经济发展的必然。今天，中国粮食作物生产基本上已经完全实现了机械化，下一步在经济作物上实现机械化，是一种大势所趋。
2 国内外大蒜播种机械化情况
国外发达国家，如美国，法国，日本，西班牙等国家，在大蒜生产上基本上都实现了播种机械化。但这种机械化是受到限制的机械化，没有考虑农艺要求，无法保证鳞牙朝上。在这些国家不保证鳞牙朝上的种植是行得通的，这些国家要么可耕地面积相对宽裕，要么蒜农可以通过大蒜分级，用比较高的价格在其国内来销售这些产品，其经济效益基本上不太受到影响。
包括中国农科院在内的多家研究所，企业，农户，都在大蒜播种机械上有过尝试，开发十几种大蒜播种机产品，但受到各种技术和适应性限制，没有一种产品得到市场认可，也没有一种形成商品化广泛推广。
国外的大蒜播种机也在国内进行过市场行为，如西班牙的宝奇和法国的艾门及韩国的大蒜播种机企业等，都在国内进行试验销售，但基本上都是无果而终。新疆昭苏引进过艾门的大蒜播种机、山东莱芜引进过韩国的大蒜播种机，都没有获得农户的认可。
综合这些情况，国内基本上还没有成功的可商业化的大蒜播种机。目前以各种方式出现的大蒜播种机大致都存在着下列问题：
1 无法满足农艺要求，特别是无法满足中国特点的农艺要求。主要就是无法保证大蒜鳞
牙朝上并且直立。
2 效率限制。大蒜播种机除满足农艺要求外，还要求具有一定的效率。大蒜播种机机具复杂，成本比较高，农户采购播种自己的种植过程因为价格高而不合算；农机手购买后为大量农户服务又因为种植效率底下而不具有经济性。
3 播种机适应性差。大蒜播种机有很多适应条件，这些条件包括地域条件(影响行株距，间作等)，土壤条件（土壤湿度，颗粒大小，土壤土质是粘土还是沙土），种子(种植尺度大且分布宽，选种)，种植目的（苗蒜、果蒜、薹蒜或者混合目标），田亩条件(面积和形状)等。
3 商业化大蒜播种机实现技术
3.1 大蒜播种机技术要求
多项研究表明，适应国内大蒜种植方式，同时能进行商业推广的大蒜播种机，主要要解决下列技术问题：
1 为保证大蒜种植后鳞牙朝上，需要大蒜播种机解决以下三个关键技术问题
1 精密排种技术 2 大蒜鳞牙识别技术 3 直立播种技术 必须在每个技术环节，解决其效率问题，使大蒜播种机在其运行的各个阶段均具有2 生产效率问题 一致或者设计的效率。
3 适应性问题
必须在功能，性能上充分考虑中国大蒜播种的适应性，这些适应性包括地域条件，土壤条件，种植目标，种子状态，田亩条件等的限制。
3.2 现存大蒜播种机技术思路问题
国内外现存的大蒜播种机都存在技术思路问题，期望采用传统的农机技术，解决大蒜播种问题。在技术实现上几乎是不成立的。这些播种机也许能解决其中的一部分问题，但是实现商业化的大蒜播种机的技术问题是相互联系，因而只要有一个问题没有解决，这样的大蒜播种机就不具备市场价值。
所谓传统农机技术，就是通过一个连续的，系列化的方式和过程，对处理的目标无差异的处理。表现在大蒜播种机上，就是对每一瓣蒜瓣都通过相无差异的排种、鳞牙识别、倒向及植入。这一方法对于其他种子尺度小，分布有限，种植要求简单的播种，在实践上证明是行得通的，但对于大蒜播种这一直立度要求严格，种子形状复杂且尺寸大且差异大，分布广的种植，要想采用传统大蒜播种技术来实现，是很困难的，这点已经得到了客观的验证。采
用这种思想开发的大蒜播种机，要么无法保证播种质量（漏播和倒立数量大），效率低下，不具有实用价值；要么机构复杂、成本大、不稳定，也不具备市场推广的价值。
3.3 新型大蒜播种机的基本技术思路
现代技术的发展，为实现大蒜播种机商业化产品的提供了技术支撑。特别在播种机中运用视觉技术，工业自动控制思想，使开发具有市场价值的大蒜播种机成为可能。
1 智能思想
智能思想就是采用智能的方式，实现对大蒜的蒜种的鳞牙的方向的识别和大蒜蒜种尺度，缺陷的确定，以便后续依据这些识别的结果，决定对单粒蒜种采取的处理方式
这一思想是主要是通过视觉技术和软件技术来实现的
这一思想，可以准确确定大蒜的尺度和质量，对不符合尺度和表面质量的大蒜进行剔除，并依据大蒜鳞牙方向决定后续处理方式。
2 自动控制思想
传统的农机，在处理对象过程中是连续的，无差异化的。采用这一思想处理复杂的过程，设备必然非常复杂。自动控制思想，是将连续的过程分解成一个个独立过程，通过控制系统来保证这些过程的时序一致性。
这一思想将大大降低大蒜播种机的复杂程度，提高大蒜播种机的效率，功能完整性和机械的适应性。为商业化大蒜播种机设计提供理论支持。
实际上，实现这些思想的技术中的一部分，国内相关的高校，研究所（如青岛农业大学，南京农业机械化研究所，西北农林科技大学，山东五征集团，中国矿业大学，南京农业大学等等），基本上都进行过一些研究。进行了一些方向性的尝试。但这些单位无法在一台设备中全面解决这些技术问题。更重要的是，这些单位的尝试，在技术可实现方面欠缺比较大。所以这些单位尚未设计一个完整的，具有商业价值的大蒜播种机。至于那些注册专利和在大蒜播种机上有过实践的农户，其目标只是希望通过一些技术灵感来降低劳动强度而已，离可推广的，具有商业价值的产品，还离得太远，毕竟他们受到得限制也太大了。
3.4 新型大蒜播种机采用的技术
1 视觉技术：采用视觉技术，可以实现鳞牙朝向的识别和解决选种问题大蒜机械shipin
2 机器人智能技术：采用机器人技术，可以实现排种的精确化和播种的准确化
3 材料技术：在局部上，为保证设备性能，我们采用了一些自行研制的特殊材料。 4 自动控制技术：通过自动控制技术，保证了整个大蒜播种机的协调工作。
5 软件技术：软件技术是实现自动控制的一个重要部分
6 机械技术：所有的技术，最后都通过机械技术来实现。
7 气动技术：在某些局部行为上，采用气动技术，实现排种精确化。
这些技术应用在大蒜播种机上，不仅会使我们的大蒜播种机完全实现商业价值，同时在大蒜播种机上采用这些技术，不仅在国内是领先的，在从查询相关技术专利和发表文章来看，
在国际上也是领先的。
在我们的产品中，有8项实现的技术可以申请国内外专利，其中的2项，技术难度很高，属于完全创新技术。
4 开发产品主要技术指标和适应技术限制
4.1适应的技术限制范围
1 大蒜尺寸：适应所有的大蒜尺寸，能通过选种将不符合农艺要求和设备要求的尺寸的大蒜过滤
2 行距适应性：100-200mm,适应除苗蒜播种以外的所有大蒜播种
3 株距适应性：80-200mm,适应所有目标大蒜生产的大蒜播种
4 适应间作播种
5 土壤干燥，松软，颗粒度小且大颗粒泥土分布均匀
6 适应粘土和沙土
7 适应薹蒜和果蒜及薹果兼收型种植的播种
8 播种地块必须已完成耕地
9 播种地块限制，对那种利用小块地面自产自消耗的种植方式的地块，无法适应。 10 不伤害播种的大蒜蒜瓣(大蒜蒜瓣很容易受到伤害)，采用自动化技术进行高速蒜瓣传递，很容易伤害大蒜，影响大蒜的后期出牙和生长。
4.2 主要技术指标
1 速度指标：86000瓣/小时，按亩20000颗计算，达到4.3亩/小时，在实际播种时可以超出这一速度
2 朝向及直立度，大蒜直立且直立锥角小于10度
3 单次播种行数包括4，8，12行
4 完成包括土地整理，开沟，播种，覆土，压实等播种过程
5 能完成自动选种过程，可由农户设置选择大蒜尺寸范围
6 种箱容积可一次完成播种3-5亩
7 动力：需要45马力以上动力
8 一人操作，不需要辅助人员
蒜爪转移机构
设计文档大蒜机械shipin
西安巨丰湛青科技有限公司
二零一五年五月
0 文档环境
1.1内容边界
本文说明在考虑本项目技术条件边界下，实现将运载蒜爪完成抓蒜，避让，移动，插蒜，
回归等功能相关的机构、动力提供、支撑提供、泥土清除等机构的方案设计、概要设计、实施方式、设计思想、边界耦合分析等内容，以及实现本部件的评估，价值，后续工作，测试方案等。是实现大蒜转移机构的主要依据。
1.2词语解析
蒜爪：指本设备运载的一种将大蒜抓住并随本设备一起运动，在指定地点放开的一种执行机构。
凸轮机构是由凸轮，从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。 凸轮是一个具有曲线外轮廓或凹槽的构件，一般为主动件，作等速回转运动或而从动件做往复直线运动，提供一种限定了的带时间变化的直线运动机构。
蒜爪转移机构：在大蒜播种机上，运载蒜爪完成取蒜，避让，移动，插蒜，回归等一系列运动的机构，是本节设计的目标。
四连杆机构:一种运动机构，能够将独立的两个方向的运动合成到一个二维空间的运动，并且运动之间保持独立，同时对驱动运动有放大作用。
前后及上下：大蒜种植机运动的方向为前，否则为后，上下符合日常生活理解。
1.3目标读者
本部分的目标读者为机械设计中，设计者和管理者，在设计，制造，测试及使用服务中均可能需要使用本文档
1.4其他说明
本文中所有引用本部件指“蒜爪转移机构”
由于采用迭代设计，因而在设计中，可能部分地方出现前面引用后面的定义结果的情况。
1.5版次及相关信息
版本号；V1.1 设计者：何文华 封闭日期：2015-05-28
1 修订记录
目录
0 文档环境 .......................................................................... 2
1.1内容边界 ...................................................................................................................................................... 2 1.2词语解析 ...................................................................................................................................................... 2 1.3目标读者 ...................................................................................................................................................... 2 1.4其他说明 ...................................................................................................................................................... 2 1.5版次及相关信息 .......................................................................................................................................... 2
1 修订记录 .......................................................................... 3 2 定义条件 ......................................................................... 13
2.1实现的目标 ................................................................................................................................................ 13 2.1.1正确完成所有的位置和运动 ............................................................................................................. 13 2.1.2空间上不干涉 ..................................................................................................................................... 13 2.1.3整体性强 ............................................................................................................................................. 13 2.1.4保证适当的寿命 ................................................................................................................................. 13 2.1.5 环境适应性 ........................................................................................................................................ 13 2.1.6美观性要求 ......................................................................................................................................... 13 2.1.7 稳定性 ................................................................................................................................................ 14 2.1.8 易用性 ................................................................................................................................................ 14 2.1.9 低成本 ................................................................................................................................................ 14 2.2 外部依赖 ................................................................................................................................................... 14 2.2.1 农艺限制 ............................................................................................................................................ 14 2.2.2 土壤环境 ............................................................................................................................................ 14 2.2.3 整机 .................................................................................................................................................... 15 2.2.4 蒜盒 .................................................................................................................................................... 15 2.2.5 输送带 ................................................................................................................................................ 15 2.2.6 蒜爪 .................................................................................................................................................... 15 2.2.7 气候条件 ............................................................................................................................................ 15 2.2.8 设计余量 ............................................................................................................................................ 16 2.2.9 驱动 .................................................................................................................................................... 16 2.3 关键需要保证的技术点 ........................................................................................................................... 16 2.3.1 响应速度 ............................................................................................................................................ 16 2.3.2 稳定性和使用寿命 ............................................................................................................................ 16 2.3.3 抗冲击能力，泥土影响 .................................................................................................................... 16 2.4 引用相关标准 ........................................................................................................................................... 16
3 方案设计 ......................................................................... 18
3.1概述 ............................................................................................................................................................ 18 3.1.1 定义 .................................................................................................................................................... 18 3.1.2采用的主要结构方式 ......................................................................................................................... 18 3.1.3 设计考虑的因素 ................................................................................................................................ 19 3.2 关键设计 ................................................................................................................................................... 19 3.2.1 参数及说明 ........................................................................................................................................ 19
3.2.2 运动控制分析 .................................................................................................................................... 22
3.2.2.1 综合运动原理及解析 .................................................................................................................................. 22 3.2.2.2 垂直运动原理及解析 .................................................................................................................................. 23 3.2.2.3 株向运动原理及解析 .................................................................................................................................. 24
3.2.3 四连杆机构运动分析 ........................................................................................................................ 25 3.3 方案设计 ................................................................................................................................................... 26 3.3.1机构示意图 ......................................................................................................................................... 26 3.3.1功能需求 ............................................................................................................................................. 26 3.3.3 结构组成 ............................................................................................................................................ 27
3.3.3.1 垂直运动凸轮 .............................................................................................................................................. 27 3.3.3.2 水平运动凸轮 .............................................................................................................................................. 27 3.3.3.3 综合运动机构 .............................................................................................................................................. 27 3.3.3.4 固定机构 ...................................................................................................................................................... 28 3.3.3.5 盖体.............................................................................................................................................................. 28 3.3.3.6 动力传入机构 .............................................................................................................................................. 28 3.3.3.7 传感器及固定结构 ...................................................................................................................................... 28 3.3.3.8 清土机构 ...................................................................................................................................................... 29
3.3.4 行为分析 ............................................................................................................................................ 29
3.3.4.1 传递蒜爪的行为分析 .................................................................................................................................. 29 3.3.4.2 传感器行为分析 .......................................................................................................................................... 29 3.3.4.3 清土机构行为分析 ...................................................................................................................................... 29 3.3.4.4 动力传入机构行为分析 .............................................................................................................................. 30
3.3.5 适应性分析 ........................................................................................................................................ 30
3.1.5.1正确完成所有的位置和运动 ....................................................................................................................... 30 3.1.5.2 空间上的不干涉 .......................................................................................................................................... 30 3.1.5.3整体性强 ....................................................................................................................................................... 30 3.1.5.4保证适当的寿命 ........................................................................................................................................... 30 3.1.5.5 环境适应性 .................................................................................................................................................. 30 3.1.5.6美观性要求 ................................................................................................................................................... 31 3.1.5.7 稳定性 .......................................................................................................................................................... 31 3.1.5.8 易用性 .......................................................................................................................................................... 31 3.1.5.9 低成本 .......................................................................................................................................................... 31
4 部件设计 ......................................................................... 32
4.1 垂直运动凸轮 ........................................................................................................................................... 32 4.1.1 限制曲线： ........................................................................................................................................ 32
4.1.1.1 时间转换为角度 .......................................................................................................................................... 32 4.1.1.2 段运动曲线 .................................................................................................................................................. 32 4.1.1.3 控制曲线 ...................................................................................................................................................... 33 4.1.1.4 运动学分析-速度 ........................................................................................................................................ 33 4.1.1.5 运动学分析-加速度..................................................................................................................................... 33 4.1.1.6 光顺.............................................................................................................................................................. 33 4,.1.1.7 曲线绘制方式 ............................................................................................................................................. 33
4.1.2 凸轮及相关尺寸控制准则 ................................................................................................................ 34 4.1.3 重量控制 ............................................................................................................................................ 34
美国大蒜机械化生产与加工概况
胡志超,王海鸥,吴峰,胡良龙 (农业部南京农业机械化研究所,江苏南京210014)
摘要 根据赴美国考察所了解的美国大蒜种植、田间管理、收获机械化情况,以及大蒜加工、大蒜产品的饮食和消费情况,提出关于发展我国大蒜机械化生产和加工的思考和建议。关键词 大蒜;机械化生产;根茎类作物
中图分类号 S23 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2007)13-04059-03
SummaryofMechanizedCultivationandProcessingofGarlicinAmericaHUZhi-chaoetal (NanjingResearchInstituteforAgriculturalMechanizationMinistryofAgriculture,Nanjing,Jiangsu210014)Abstract Basedonthesituationofplanting,fieldmanagement,harvestingmechanizationaswellasprocessingofgarlicanddietandconsumingongar-licproductioninAmerica,theauthorsproposedsomeconsiderationandsuggestionsaboutdevelopingChinesegarlicmechanizedcultivationandprocessing.Keywords Garlic;Mechanizedproduction;Root-tubercrops
为适应我国农业结构调整和产业发展需要,加快大蒜等根茎类作物机械化生产和产业化发展步伐,笔者于2006年4月专程赴美国对其大蒜等根茎类作物生产及加工进行考察,以期学习和借鉴其先进的技术和经验。1 蒜种的选育和生产
大蒜及其产品在美国深受欢迎,有良好的市场需求,美国每年均从我国等地区进口大量大蒜。据FAO统计,近几年美国大蒜产量保持在40万t左右,不足世界总量的4%。尽管美国大蒜产量相对世界总产量而言处在较低水平,但其大蒜产业非常发达。美国大蒜产业主要集中在加利福尼亚的中部地区,该地区集中了鲜蒜、脱水蒜和大蒜种子的生产商。加利福尼亚州鲜蒜约占其生产量20%～25%,脱水蒜等加工产品占生产量的60%,剩余15%左右是蒜种。美国蒜种的生产向专业化、标准化、集约化发展。大型大蒜生产企业均拥有自己的专业化蒜种生产。我们考察的康佳食品原料公司(ConagraFoodIngredientsPlant)有自己的大蒜种子培育基地,其蒜种选育实验室拥有先进的技术和设备,专门培育出的无
2苔大蒜品种,产量大概为20t/hm。美国大蒜育种目标是优
蒜在春季气候变暖期间快速生长。北部地区,一般在10月份(上冻前)开始种植;冬季暖和的地区,在11月到翌年1月种植大蒜。大蒜的适宜土壤条件:pH值为6.8～7.2、有机物含量高、土壤干而碎。在大蒜种植前1年开始整地,使用动物有机肥增加土壤肥力,通过补充有机肥来提供氮源,到春季大蒜开始生长起,每隔2周要对蒜苗施氮肥,直至株苗长成4叶片停止施氮肥。在播种前须对蒜种进行选择加工,剔除病种、尺寸小、破损及异色的蒜种,尽管选种费时且增加成本,但此工序很重要也很必要,在美国是必须完成的。若冬季温度不低,种植深度为2.54cm;若温度很低,种植深度为5.08～10.16cm。播种后再覆盖1层稻草或有机物,能够增加蒜苗成活率,抑制杂草、保持土壤水分、防止土壤侵蚀。播种在大蒜生产中是一项很费时的作业,在美国的大型农场,大蒜播种均已实现机械化、标准化作业,采用播种机器,有3～12行不等系列的大蒜播种机。12行的播种机(图1)1d
2
能够播种10.175hm,大大的提高了生产效率。机械化播种:
播宽可达50m,以垄作为主,垄宽约为1
m。
质、独特风味、抗病、抗虫、抗逆境、节水、节能、耐贮运,育种手段以分子标记、基因工程、远缘杂交等高新技术与常规育种技术相结合。蒜种生产已实现标准化,在蒜种生产期间,严格进行病毒检测和建立合格蒜种签证制度,保证蒜种质量;收获后将蒜种进行清洗、分级、包衣、包装、贴标签等商品化处理,按标准机械化操作。2 大蒜的种植与管理
美国大蒜实现了规模化种植,其播种、田间管理、收获均实现机械化作业。播种机将整地、作畦、下种、覆土一次完成,采用分段收获或联合收获的方式。大蒜生产过程中,对大蒜的播期、栽培密度、用种量、施肥种类、施肥量、喷灌和滴灌技术、收获期等均作出相应的要求,实现规范化的作业和管理。康佳食品原料公司还有专门围绕大蒜的种植、收获及加工研发和制造相关设备的科研机构,为其大蒜机械化生产及加工提供技术支撑。
2.1 播前准备及播种 美国通常在秋季种植大蒜,秋种大
作者简介 胡志超(1963-),男,陕西蓝田人,研究员,从事农业机械设
计,农产品加工技术装备研究。
收稿日期 2007-01-19
图1 12行大蒜播种机
2.2 田间管理 为了保持大蒜生长良好,须确保每周有3cm的降水或与此相同的灌溉量,在美国,多采用滴灌技术,收获前2周停止灌溉。大蒜的病虫害包括:牧草虫、五谷虫、蝗虫、地鼠、真菌、细菌、线虫、病毒等,美国采用低毒或无毒性的杀虫剂防治病虫害。除草管理是大蒜生产作业中必要的一环,杂草的存在降低大蒜产量及品质,妨碍机械化收获作业的进行,美国的大蒜种植农场采用覆膜处理、火烧除草、机械除草和人工除草相结合的方法来除去杂草。在美国对食品安全监控非常严格,农产品的生产实行全过程监控,喷
施农药防治农作物病、虫、草害必须申请,获批后才能喷,而且政府经常对农作物的农药残留进行抽查,农产品用户(包括农产品销售商、制造商和消费者)也可以通过第3方(法定单位)来对农产品进行检查,而且所有农产品均实行严格的“溯源管理”。“有机化”大蒜生产在美国受到非常重视,主要通过减少或避免化肥和农药的施用,使大蒜中的有害物质量限制在一定的指标以下,生产“绿色大蒜”。美国的有机化大蒜须经过国家农业部的检测认证,超市的蒜头均贴有标签,标明产品级别、品种名称产地和产出时间等。
2.3 机械化收获 确定适宜的收获期非常重要,过早收获,首先蒜秧由分禾器导入夹持皮带,同时挖掘铲入土将大蒜根部挖松,大蒜由夹持皮带夹持送至切秧机构,大蒜在夹持输送过程中,拍土器对大蒜根部进行清土,大蒜被夹持输送到切秧机构把蒜秧切掉后,大蒜头掉到横向输送链上,横向输送到装载车或收获机配备的标准袋里,配备工作人员在拣拾工作台上对横向输送的蒜头进行人工清选,在横向输送过程中,泥土得以进一步清除。实时检测与监控等高新技术与
系统装置已融入大蒜联合收获设备中。
蒜瓣表皮尚未完全形成;收获过迟,大蒜过成熟造成鳞茎开始分离。依据蒜叶的颜色来判定收获期,一般在40%的蒜叶枯死时开始收获大蒜。美国的大蒜收获有两种方式:分段收获和联合收获。美国的TopAir公司是专业生产大蒜和洋葱收获机械的公司,生产的大蒜收获机属于分段式作业,主要有大蒜挖掘铺条机和大蒜捡拾机。①GW440
0型大蒜挖掘
图2 GW4400型大蒜挖掘铺条机
作原理:挖掘铲将大蒜从土壤中挖出,然后由挖掘铲和挖掘铲上部的拨轮把大蒜和部分土带至分离输送链,分离输送链在运送的过程中将大部分土从大蒜中分离出来,去土后的大蒜经过集条器铺放到地面上,以便对大蒜进行晾晒。该机可以安装切顶系统,切除大蒜茎秆实现“联合收获”,利用风选系统去除碎叶等轻杂。此机配套动力为90kW的拖拉机,生产率为20t/h,铺放成2行,行距要求为40～44cm。该大蒜挖掘铺条机动力由拖拉机后驱动轴驱动,由液压系统控制,该机的生产率比较高,缺点是土块分离不完全,且需与大蒜拣拾机配套作业。②TopAir公司生产的GL2400型2行大蒜拣拾机(图3),其工作原理为:首先利用拣拾铲和拨轮把铺放成条的大蒜从地上拣拾到分离输送链上,大蒜在分离输送链的运送过程中把一部分土清除,然后把大蒜送入清选机,利用风选系统将在大蒜中的杂物清除,经过清理的大蒜再送至人工分拣平台进一步进行清理,分拣台设计为分拣人在一侧,从净蒜较多的大蒜运送线上剔除所夹杂土块,另外一侧靠人工从较多土块中挑选出漏拣的大蒜,大蒜清选完毕后由输送器送至跟随其后的集运车上。此机由110kW的拖拉机带动,生产率为0.81hm2/h,行距要求为40～44cm,与GW4400型4行大蒜挖掘铺条机配合使用可实现大蒜收获全程机械化。TopAir公司生产的大蒜拣拾机动力由拖拉机后驱动轴驱动,控制由液压系统控制,该机生产率较高,缺点是收获作业过程中是带秧作业,清理后大蒜秧茎偏长。在美国还存在另外一种收获工艺及装备,即联合收获,其技术装备从法国、西班牙等国引进。切秧式联合收获机的工作原理为:
图3 GL2400型2行大蒜拣拾机
3 大蒜贮藏及加工
3.1 贮藏保鲜条件 大蒜在鳞瓣发育成熟后,进入1～2个月的休眠期,休眠期过后,在条件适宜的情况下萌发幼芽,此阶段需要采取必要手段对大蒜进行贮藏保鲜,保持其原有新鲜状态。美国大蒜贮藏普遍采用低温结合气调的贮藏方式,实现对温度、湿度、气体成分的控制。一般温度控制在-2.5～4.5℃,相对湿度控制在70%～80%,二氧化碳12%～15%,氧气不低于1%。
3.2 加工及市场 美国市场上出现的大蒜加工产品繁多,而且其加工技术装备先进,仅美国加利福尼亚州的克里斯托夫农场、太平洋农场、美国康佳食品公司大蒜生产农场等企业均有自己的大蒜研究生产基地。美国对大蒜精深加工的产品包括:大蒜粉、脱水蒜片、蒜汁以及大蒜油、大蒜素、大蒜精胶囊等产品,在精细化工、医药卫生、化妆用品、保健食品、风味调料、饲料添加剂等行业中有着广阔的市场前景。美国人生蒜消费量很少,偶尔聚会时吃海鲜及沙拉中用少许生蒜,主要作烹饪调味品、快餐食品中的汤料及食品中加大蒜粉。美国的大蒜粉有相当一部分是从中国进口的大蒜片经过制粉加工而成的。美国大蒜制粉加工中的干燥方式主要有热风和冷冻干燥两种方式,冷冻干燥加工品的质量很好,但成本偏高,所以在美国大蒜加工中,目前仍以热风干燥居多。热风干燥多采用分层架式干燥,其干燥温度、干燥时间都是可以控制的,而且采用中央控制,大蒜片在干燥时,为防止粘连,通常在输送带上喷一点食用油,不会影响大蒜的品质。我国山东有2条引进的美国大蒜加工热风干燥线,我国当前广泛使用的隧道式干燥相对落后于美国30年。美国有着浓厚的大蒜美食文化,每年都在加利福尼亚州闻名于世的
大蒜之乡格来镇举行大蒜节,在声势浩大的大蒜烹调盛会上各种大蒜食品叫人目不暇接,向全美及来自世界各地的游客宣传其大蒜加工产品。美国特有的大蒜饮食文化引导人们良好的大蒜消费理念,促进大蒜产品消费市场的繁荣,从而进一步推动了其大蒜加工业的发展。
3.3 典型加工企业现状 太平洋蔬菜公司(PacificMeridianGroup)下属的太平洋农场(PacificFarm)是专业生产脱水和速冻蔬菜的企业,选用全世界品质最好的原料。太平洋农场已热点问题,主产区的需求呼声越来越高。
4.2 几点建议 ①建立标准化的种植体系、引导规模化生产。我国各地区的大蒜等种植模式不统一,有些地方平播种植,有些地区实行间作,且垄、行距不统一,缺乏统一的种植标准,严重影响了播种、收获等作业机具的适用性,很难进行大面积的推广。政府部门要加强对大蒜种植等根茎类作物的规范、标准化生产指导与管理,实施区域化统一种植规格,做到农机、农艺相结合,为机械化收获作业创造先决条件。从事脱水蔬菜生产20年以上,并从我国进口大量的原料,将业务扩展到速冻蔬菜加工上。与产品生产相关的所有工厂都通过质量认证,遵循良好的操作规范(GMP)和品质控制程序,所有的产品在贴上“太平洋农场”标签之前必须经过严格的安全性和质量检验,确保产品满足顾客的要求。太平洋农场生产的大蒜制品有大蒜粉、大蒜颗粒、大蒜片、蒜泥及烘烤制品等。原料鲜蒜均来自实现严格质量控制的大型农场,大蒜生产过程中不使用农药。该公司采用集成装备对大蒜进行加工,在大蒜加工生产成套线上可以完成大蒜加工预处理、干燥、粉碎、切片、包装等作业。这种集成的加工处理方式,实现所有大蒜产品从田间到餐桌供应链中全程跟踪与监控(即可追溯性)。所有大蒜均在同一生产线上进行加工,使用危害分析关键点控制HACCP和良好操作规范GMP来对生产过程进行质量控制,所有的大蒜产品“无农药残留”,获得OUKosher的质量认证。4 体会与建议
4.1 考察体会 我国是世界上大蒜第一生产大国,但我国的大蒜等根茎类作物生产的机械化程度与美国等发达国家相比还有很大的差距,特别是收获阶段,仍以人工收获为主,费工、费时、费力。在我国农村劳动力正出现结构性短缺的情况下,发展适合国情的大蒜等根茎类作物生产机械化显得尤为迫切和需要。美国根茎类作物种植农艺与我们有较大的差别,使用作业机械结构庞大,适用于宽行距作业,价格也昂贵,因此直接引进并不能适合我国的大蒜生产实际。以收获机械为例,我国的大蒜生产机械化水平很低、收获机械还没有定型产品,这与世界大蒜第一生产大国极为不相称。山东、江苏、河南等地的企业和科研单位研制出大蒜收获机,只在很少的部分地区试用,而且功能相对简单,绝大部分地区的大蒜收获仍靠人工来完成。发展我国大蒜、马铃薯、花生等作物的生产机械化已成为我国当前农业机械化发展中的
同时在有条件的地区,要积极引导、扶持和发展规模化生产。②加大资金支持和政策引导,加快种植、收获以及加工等设备研发。一方面要加大资金投入,发挥农机部门的主导作用,组织科研、生产单位,针对根茎类作物生产和加工机械化发展中的重点、难点及薄弱环节进行科技攻关,不断提升和完善已有研发技术装备,并在引进消化的基础上通过自主创新,研制出适合我国国情的作业机械;另一方面要依靠政府对相关机具进行补贴,重点培养大蒜、马铃薯生产机械的龙头企业,并通过示范基地或示范点的建设,调动农民进行机械化生产的积极性。③加强基础技术研究,扩大作业机械的通用性。我国对根茎类作物生产机械还缺乏基础理论的深入研究,样机的设计和制造水平还比较低,采用的高新技术很少。因此,应集中发挥科研院所的人才优势,加强各种作业机械的基础理论研究,在深入研究种植条件、种植制度,以及作物种植、收获与加工特性的基础上,对各基础部件进行创新和提升,优化产品设计,并融合高新技术,提高机具作业性能。同时应加强根茎类作物收获机械通用技术研究,构件根茎类作物收获通用技术平台,在通用平台上通过更换专用部件来实现对多种根茎类作物的收获作业。④加大对大蒜等加工转化的研究,提高产品附加值。我国大蒜出口多以初级产品和原料产品的形式出口,价格低廉,整体效益低下。应积极学习和借鉴美国等发达国家的先进生产技术和装备,并通过消化、吸收和创新,研发大蒜粉、大蒜片、大蒜素、马铃薯粉、薯条等成套加工生产设备,提升我国大蒜、马铃薯加工的技术装备水平。并加快大蒜、马铃薯等保健食品以及产品综合利用的研发,提高我国农产品出口档次,提高产品附加值和整体效益。参考文献
[1]闫冰洁.发展大蒜生产机械化的探讨[J].农业技术与装备,2006(12):9
-10.
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