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專家系統(tǒng)與應(yīng)用程序
基于模糊集理論的有效性的評估農(nóng)業(yè)機械
摘要：
農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)的服務(wù)質(zhì)量是代表農(nóng)業(yè)成功的基本因素之一。從這個意義上說,有一個明確需要定義這些機器質(zhì)量的具體指標(biāo),它有可能決定哪些機器適合不同工作條件。服務(wù)的技術(shù)系統(tǒng)概念的有效性代表質(zhì)量的一個綜合指標(biāo)。本文運用模糊集理論定義的有效性和可靠性、可維護性和功能作為影響指標(biāo)的有效性。在這個意義上的模型評估的有效性拖拉機作為農(nóng)業(yè)的典型代表機器已經(jīng)形成。本模型是基于集成上述的語言描述。利用模糊集理論和max-min成分影響指標(biāo)，模型進行了測試。同一類別的三個拖拉機為例,利用的氣候和土壤條件在更廣泛的貝爾格萊德(塞爾維亞)地區(qū)。即使在這個實驗中條件是非常重要參數(shù) , 相比于其他操作，實現(xiàn)的效果差異也達到大致相等
。
1.介紹
為達到擴張的全球農(nóng)產(chǎn)品的要求，實現(xiàn)更大的農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展。人們普遍認(rèn)識到當(dāng)代農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中需要適當(dāng)?shù)臋C器和設(shè)備，仔細和詳細規(guī)劃的需求和控制所有相關(guān)的生物、技術(shù)、技術(shù)和其他進程。最終結(jié)果的準(zhǔn)確、可靠的預(yù)測為每個指定的操作,以及完整的作物生產(chǎn)過程中,。要求加強了引入復(fù)雜的實驗,數(shù)學(xué),農(nóng)業(yè)科學(xué)統(tǒng)計,機械和其他方法都是特別重要的。在過去的幾十年。除了上述的要求,一個適當(dāng)?shù)募夹g(shù)體系必須滿足生產(chǎn)力的標(biāo)準(zhǔn),期望的作物生產(chǎn)。在大多數(shù)情況下,在塞爾維亞，tractor-machinery農(nóng)場系統(tǒng)的能力遠遠超過最優(yōu)級別(尼克里奇′,2005),增加成本作物生產(chǎn)。目前,現(xiàn)有的數(shù)學(xué)優(yōu)化方法、支持的高性能計算機有效地解決優(yōu)化問題(Dette &韋伯達菲et al .,1990;1994;Mileusnic′,2007;等等)。一個最優(yōu)的技術(shù)體系的形成為我們生產(chǎn)了更便宜的食品,高度影響拖拉機的可靠性、可維護性和系統(tǒng)的功能。
與系統(tǒng)科學(xué)發(fā)展同樣,實際上的開始是IIWorld戰(zhàn)爭后,在適當(dāng)?shù)墓こ毯涂茖W(xué)文獻定義了一系列的概念,來描述技術(shù)系統(tǒng)的基本特征的點的服務(wù)質(zhì)量。可靠性的指標(biāo)是技術(shù)系統(tǒng)和行為操作,技術(shù)指標(biāo)和可維護性systembehaviors期間的失敗可以表示為大多數(shù)可辨認(rèn)的概念。這兩個概念及其實現(xiàn)最先進的發(fā)展。有效性的概念被定義在試圖描述同時技術(shù)操作系統(tǒng)的行為和失敗的時期。這概念考慮可靠性和可用性的表演,以及提出了技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計的功能(Papic&Milovanovic2007)。換句話說,一個技術(shù)系統(tǒng)的有效性的概率,一個成功的功能系統(tǒng)技術(shù)和執(zhí)行所需的準(zhǔn)則函數(shù)限制允許的差異對于給定時間和給定的周圍條件。雖然在相同的精神,一些作者定義有效性有所不同。在(Ebramhimipour &鈴木,2006)被定義為總體有效性的指標(biāo)包含效率、可靠性和可用性。這兩個引用定義包括并行關(guān)于可靠性和可用性,雖然可用性包括可靠性和可維護性(Ivezic′,Tanasijevic′,& Ignjatovic′,2008)。因此它可以商定有效性是影響可靠性、可維護性的功能?？煽啃韵到y(tǒng)不斷的被定義為特征保持操作abilitywithin允許的差異極限在現(xiàn)在;可維護性的能力是預(yù)防和發(fā)現(xiàn)故障及損壞,系統(tǒng)更新通過參加技術(shù)和操作能力和功能維修,功能實現(xiàn)功能的程度要求,即調(diào)整環(huán)境,或更準(zhǔn)確系統(tǒng)運行的條件。
監(jiān)測的可靠性和可維護性是常見的監(jiān)控時間的狀態(tài)顯示(圖1)可靠性和可維護性的函數(shù)可以確定,以及操作的平均時間和平均時間相關(guān)。主要問題出現(xiàn)在形成時間的照片數(shù)據(jù)監(jiān)控和記錄。在現(xiàn)實條件的機器應(yīng)該連接到信息系統(tǒng)將準(zhǔn)確記錄每一個失敗、持續(xù)時間和修復(fù)程序。這通常是昂貴或簡易監(jiān)測機器的性能,即關(guān)閉的,是不精確的。此外,提供的統(tǒng)計數(shù)據(jù)處理時間的狀態(tài)要求所有的機器在平等的條件下工作,這是難以實現(xiàn)。至于技術(shù)體系的功能,沒有共同的方法測量和量化。這在本文的原因,為了評估的有效性, 將使用專業(yè)知識和分析機器判斷工作的工作過程。應(yīng)用專業(yè)知識判斷主要用于文學(xué),主要是為數(shù)據(jù)處理和評估的技術(shù)系統(tǒng)而言:風(fēng)險(Li 廖,2007)、安全(王2000;王、楊、&森1995)或可靠性，用專業(yè)知識判斷自然的語言形式。因此,數(shù)學(xué)和邏輯概念模型進行處理的經(jīng)驗判斷,即計算的語言描述,模糊集合理論使用(Klir &元,1995;枝,1996)。應(yīng)用模糊今天集代表了最常用的工具之一各領(lǐng)域解決問題的優(yōu)化(黃顧,&杜,2006)和識別(陳,1996)過程問題。Cai(1996)提出了不同的概述應(yīng)用程序方面的模糊方法在系統(tǒng)失敗工程,這是一個接近效能評估問題。應(yīng)用模糊邏輯理論和專家系統(tǒng)(遼、一般2011;Liebowitz,1988)也用于解決優(yōu)化問題的農(nóng)業(yè)機械領(lǐng)域。(Abbaspour-Fard Rohani & Abdolahpour,2011)的基礎(chǔ)上神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用程序,在拖拉機預(yù)測失敗。(Yu,你們&趙,2010)模糊數(shù)學(xué)、可靠性理論和多目標(biāo)優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用設(shè)計拖拉機最終傳動。機器的可預(yù)測性和可靠性,顯著依賴于其有效性的技術(shù)系統(tǒng)。本文的觀點是根據(jù)模糊集理論的利用率建立模型的有效性。從而說明模糊集是用于分析可靠性、可維護性和功能表現(xiàn)(部分指標(biāo)的有效性)以及為他們?nèi)谌胄?。他們的工作是以這種有效模型質(zhì)量的方式評估技術(shù)系統(tǒng)。模型可以作為標(biāo)準(zhǔn)購買決策相關(guān)的任何程序,系統(tǒng)的操作或維護,修理的預(yù)測和維護成本。質(zhì)量和功能的建議模型有效性的確定農(nóng)業(yè)所示機械、拖拉機。
2?；谀：挠行员憩F(xiàn)評估理論
數(shù)學(xué)和概念模型的有效性評估實際上是在兩個步驟:總結(jié)模糊命題的部分的效性指標(biāo);模糊提到的分成一個指標(biāo)——合成。模糊命題過程為代表的聲明,包括語言變量基于可用的信息技術(shù)系統(tǒng)。在這個意義上它必須定義語言的名字變量,代表不同的等級的效果考慮技術(shù)系統(tǒng)和定義的模糊集描述提到的變量。作文是一個模型,它提供了影響結(jié)構(gòu)有效性性能的指標(biāo)。
2.1。模糊模型解決問題
第一步創(chuàng)建的模糊有效性模型(E)評估本身和定義語言變量以及可靠性(R)、可維護性(M)和功能(F)有關(guān).許多語言變量,它可以發(fā)現(xiàn)最大數(shù)量的理性,人類可辨認(rèn)的表達式可以同時識別(王et al .,1995)。然而,識別的考慮甚至較小的特征數(shù)量的變量可以有用,因為專家的判斷(Ivezic′et al .,2008)模糊集的靈活性一般包括過渡現(xiàn)象。根據(jù)以上,五個語言變量為代表的有效性表現(xiàn)包括:窮,充足,平均,和優(yōu)秀。這些語言形式變量給出適當(dāng)?shù)娜悄：?Klir 元,1995),圖2所示。
在圖2中,j = 1,。實際上,5代表的計量單位有效性。因此,部分指標(biāo)的有效性:R、M和F,隸屬函數(shù)l:在下一步中,執(zhí)行max-min組成。馬克斯-敏成分,也稱為悲觀,經(jīng)常用于模糊代數(shù)作為一個綜合模型(Ivezic′et al .,2008;Tanasijevic et al .,2011;王王et al .,1995;2000)。這個想法是為了讓整體評估(E)等于部分虛擬代表評估。這評估被確定為之間的最好的一個最壞的打算部分成績(R、M或F)。
它可以得出的結(jié)論是,所有的元素(R、M和F)E有同等影響E,max-min組成以并行方式被使用,這將部分的到綜合指標(biāo)。在文學(xué)(Ivezic′et al .,2008;etal .,1995)max-min成分通過運營商”和“和”或“提供一個優(yōu)勢在其他的某些元素在合成的過程中,也使用。
準(zhǔn)確地說,如果我們看看三個部分指標(biāo),即他們的隸屬函數(shù)(1),可以使C:= j3 = 53組合
的隸屬度函數(shù)。每一種組合代表一個可能的合成效果評估(E)。
這個表達式(6)有必要映射回E模糊集(圖2)。最佳(王et al .,1995),用于轉(zhuǎn)換方法E描述(6)形成定義等級的會員模糊集:貧窮、充足,平均,和優(yōu)秀的好。這個過程被公認(rèn)為識別。最佳方法是使用距離E(d)之間通過“max-min”成分(6)和每個人E表達式(根據(jù)圖2)來表示的程度E是確認(rèn)每個模糊集的有效性(圖2)。越接近勒(6)是第i個語言變量,小迪。距離di等于零,如果勒(6)只是第i個相同隸屬度函數(shù)的表達式。在這種情況下,E不應(yīng)該評估其他表達式,由于這些表達式的排他性。假設(shè)迪民(i = 1,。,5)是最小的距離對Ej,讓a1,。,a5代表相對的倒數(shù)距離(計算相應(yīng)的比率距離di(7)和迪民提到的值)。然后,人工智能
:
1.一個說明性的例子
作為一個說明性的例子對農(nóng)業(yè)機械的評價有效性,比較分析三個拖拉機A1 B2、本文給出和C2。
在拖拉機7.146 l發(fā)動機LO4V TCD 2013安裝。謝謝從35%的扭矩儲備,拖拉機是能夠滿足所有需求預(yù)期表現(xiàn)最差的農(nóng)業(yè)操作在農(nóng)業(yè)?？偼侠瓩C質(zhì)量是16000公斤。根據(jù)經(jīng)濟合作與發(fā)展組織(代碼2)報告最大動力輸出軸功率測量在2200轉(zhuǎn)243千瓦的燃油消耗率嗎198 g /千瓦小時(ECE-R24)。發(fā)動機的最大扭矩1482海里在引擎1450 rpm的政權(quán)。傳動裝置是精心“不一樣的”傳達。事業(yè)聯(lián)動機制是一個類別II / III與提升11800公斤。
在拖拉機B2和C2 8.134 l發(fā)動機6081 hrw37 JD安裝,儲備扭矩的40%,這能夠滿足所有的拖拉機需求預(yù)期表現(xiàn)最差的農(nóng)業(yè)在農(nóng)業(yè)操作。拖拉機總重量是14000公斤。根據(jù)經(jīng)合組織(代碼2)報告最大的權(quán)力來衡量動力輸出軸在2002轉(zhuǎn)217千瓦燃料消耗率193克/千瓦小時(ECE-R24)。在發(fā)動機最大扭矩1320海里轉(zhuǎn)速為1400 rpm。傳播是“AutoPower。聯(lián)動機制是一個類別II / III 10790丹的提升力。
兩個模型都是電子控制拖拉機發(fā)動機和燃料供給系統(tǒng),滿足排放法規(guī)。從提交的技術(shù)特點的拖拉機,B和C看到所有三個拖拉機全功能forperforming困難操作不同的農(nóng)業(yè)技術(shù)生產(chǎn)。拖拉機B和C有相同的技術(shù)特征,和實踐是相同的類型和模式,除了拖拉機B進入操作在2007年5月,一輛拖拉機C 6月2007年。一輛拖拉機實驗農(nóng)場,這是技術(shù)文檔的基本模型,在7月份進入操作2009年。保持農(nóng)業(yè)技術(shù)的主要任務(wù)提供功能和機器的可靠性。維護所有三個拖拉機是通過機器商店所擁有的用戶升級選擇。
十個工程師(分析師)致力于維護和操作拖拉機的采訪。他們評價R,D和F表1中給出。首先,拖拉機是計算的有效性?？梢钥闯隹煽啃允怯墒姆治鰩熢u為優(yōu)秀(6/10 = 0.6),平均三(0.3)和一樣好(0.1)。以這種方式獲得評估R在表單中，在下一步中,這些評估是映射在模糊集(圖1)為了獲得評估(1)。例如,可靠性在這個例子中確定(11),它是語言0.6變量優(yōu)秀加入重量。
因此,模糊集優(yōu)秀定義為:Rexc=(1/0,1/0,1/0,4/0.25 5/1.0)(據(jù)嗎圖1)。這樣的特定的值模糊集優(yōu)秀Rexc0.6 =(1 / 0.6(0),2 / 0.6(0),3 / 0.6(0),4 /(0.25 - 0.6),5 /(1.0 - 0.6)}。剩下的四個語言變量被以同樣的方式對待。最后對于每個j = 1,。5具體隸屬度函數(shù)(最后一行,表2)被添加到最后拖拉機可靠性模糊形式(1):這些fuzzificated評估(11)和(12)是合成所必需的評估的有效性,使用max-min邏輯。在這種情況下可以使C = 53 = 125組合,走出48的結(jié)果。
第一個結(jié)果是組合2-2-3:E2-2-3(0.025,0.05,0.125),哪里X2-2-3 =(2 + 2 + 3)/ 3 = 2(四舍五入為整數(shù))。最小值的隸屬度函數(shù)這一結(jié)果的是0.025。其他的結(jié)果和相應(yīng)的我的值如表3所示。所有這些結(jié)果都可以圍繞尺寸X = 2、3、4和5。拖拉機在很大程度上為0.30065(與30%)評估那么好,拖拉機在很大程度上0.27538(27.5%)評估一樣好,而拖拉機C在很大程度上為0.25468平均(25.5%)評估。它可以得出的結(jié)論是,C是最糟糕的,當(dāng)拖拉機只是稍微比B,特別是如果我們看到的評估為優(yōu)秀的28.8%,而B的程度23.8%的程度。分析了拖拉機可以提出的有效性如圖3。,它可以更清楚地看到,拖拉機的最大的效果。如果這個評估(EA,EB,EC)defuzzificated是重心點計算- Z(Bowles & Pelaez,1995),我們得到了評估的效果如下:
這就意味著在1 - 5(即從貧困的規(guī)模優(yōu)秀)拖拉機是最好的和拖拉機C是最壞的打算。驗證的實現(xiàn)結(jié)果,統(tǒng)計分析的可用性,像家庭與有效性概念,已經(jīng)被使用。那在我們的模型顯示,拖拉機是最好的,和C的壞的效果。在現(xiàn)實中,如果我們分析的可用性,它是看到2904 moto-hours拖拉機在工作3130年可用moto-hours;如果10000 moto-hours計算,在9244年的工作將花費moto-hours。拖拉機B的10004年moto-hours可用,它花9069moto-hours在工作,和拖拉機C 9981可用moto-hours花了9045年的工作。實驗表明,更可靠和有效的拖拉機是少是延遲。在某種程度上,這個初始的優(yōu)勢消滅更糟糕的物流交付備件的時候涉及到拖拉機,拖拉機a . 1100年moto-hours工作可憐的物流在維護希望8個工作日, 一個給定的拖拉機和它極大地影響了可維護性的下降帶來的好處,因此相同的效率(內(nèi)部技術(shù)PKB)總剝削的下降。
1.結(jié)論
本文提出一種模型有效性的評估技術(shù)系統(tǒng)、精確農(nóng)業(yè)機械、基于模糊集理論。表現(xiàn)作為整體的有效性指標(biāo)系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量,即為整個測量技術(shù)系統(tǒng)的可用性。可靠性、可維護性和功能表演已經(jīng)公認(rèn)的有效性參數(shù)或指標(biāo)。語言可以被任命為形式所有提到的共同特征指標(biāo)。因此模糊集理論出現(xiàn)自然工具建模的有效性。在本文中,應(yīng)用模糊集理論,這是必要的定義:語言變量及其描述隸屬函數(shù)、模糊規(guī)則的組成和模型集成和去模糊化。模糊的成分即max-min邏輯已經(jīng)被用于集成的有效性指標(biāo)有效性的整體性能,最適合集成的方法模糊集的隸屬函數(shù)和質(zhì)心點去模糊化的模糊數(shù)的計算數(shù)值。Max-min組合模型,它暴露在這篇文章中,沒有以這種方式處理相應(yīng)的文獻。另外,在案例研究中,模型的模糊化的問卷調(diào)查的結(jié)果,它代表的正是所積累的方式工程師的知識和技能。
提出的模型可以作為一個簡單的工具的快速估計的有效性即為農(nóng)業(yè)服務(wù)的質(zhì)量機械、基于專家判斷和估計。在同時,該模型不需要復(fù)雜的IT基礎(chǔ)設(shè)施。分析實現(xiàn)模糊集和適當(dāng)?shù)哪：行钥煽啃?、可維護性和功能表現(xiàn)可以糾正措施的指導(dǎo)購買的方向嗎的設(shè)備,結(jié)構(gòu)調(diào)整,改變的維護政策或管理/運營商變更
本文具體分析了三個拖拉機,標(biāo)志著一個B和C,這表明更高效的拖拉機越頻繁宕機。在某種程度上,這種最初的優(yōu)勢就終止了窮交付備件物流。
感謝
研究工作得到了塞爾維亞共和國教育部和科學(xué)界的支持。
本科畢業(yè)設(shè)計(論文)
題目：土豆挖掘機的設(shè)計
院 系： 機械工程學(xué)院
專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化
學(xué) 號：
姓 名：
指導(dǎo)教師：
2016年4月
摘要
土豆作為人們的主要食品之一，具有豐富的營養(yǎng)價值，人們在日常生活中，人們都會圍繞土豆來做出各種不同的菜肴，例如炒菜，燉湯等等。而通過刀具切削土豆片會很麻煩，如果有能夠?qū)ν炼惯M行自動挖掘的機械，那樣在一定程度上會大大提高挖掘效率和質(zhì)量。
該土豆挖掘機主要由機架、連接桿、擺臂、連接件、曲柄、抖動輪、挖掘鏟、定位軸、地輪等等零部件組成。動力是通過拖拉機帶動該土豆挖掘機在農(nóng)田里面進行自動挖掘作業(yè)。該機效率高，產(chǎn)能好，適合批量挖掘土豆的場所。
關(guān)鍵詞：土豆挖掘機；機架；挖掘鏟；產(chǎn)能
I
Abstract
potatoes as one of the main food of the people, with rich nutritional value, people in daily life, people will around the potato to make a variety of dishes, such as cooking, soup, and so on. And through the cutting tool cutting potato chips will be very troublesome, if there is to be able to peel the skin of the machine, then to a certain extent, will greatly improve the efficiency and quality of the peel.
The potato peeler is through artificial potatoes into potato peeling machine barrel inside, at the bottom of the motor through the transmission gear to drive the transmission shaft to rotate, so as to drive the rotating body rotation, rotation body spot welding can be through the potatoes with a rotating body surface friction and skin small metal grinding, potatoes and with the rotary body to rotate together, and the inner wall of the cylinder body welding scraping knife, that comes with the rotation of the rotating body, the inside of the barrel body of potatoes has been constantly and the surface of a rotating body of small metal grinding blade and the inner wall of the barrel body scraping knife friction to the skin effect
Key words:Potato peeling machine,cutting tool,rotating body, peeling
II
目 錄
摘要 I
Abstract II
1緒論 1
1.1 課題的來源與研究的目的和意義 1
1.2 本課題研究的內(nèi)容 2
1.3 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 2
2土豆挖掘機總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 4
2.1 土豆挖掘機的總體方案圖 4
2.2 土豆挖掘機的工作原理 4
2.3 機械傳動部分的設(shè)計計算 5
2.3.1V帶傳動的設(shè)計計算 7
2.3.2軸承的設(shè)計計算 8
2.3.3軸的設(shè)計 8
3各主要零部件強度的校核 10
3.1機架強度的校核與計算 11
3.2轉(zhuǎn)軸強度的校核計算 12
3.3軸承強度的校核計算 14
4土豆挖掘機中主要零件的三維建模 15
4.1機架的三維建模 17
4.2挖掘鏟的三維建模 18
4.3擺臂的三維建模 20
4.4土豆挖掘機的三維建模 22
結(jié) 論 23
致 謝 24
參考文獻 25
III
1 緒論
1.1 課題的來源與研究的目的和意義
在英國，土豆挖掘設(shè)備等產(chǎn)業(yè)越來越多地將工場設(shè)在河邊，利用人工來對土豆進行挖掘。在這樣的生產(chǎn)需要下，19世紀(jì)初出現(xiàn)了新型的土豆挖掘機，1965年，德國人費倫斯發(fā)明了半自動的土豆挖掘機，降低了人工的浪費。1981年費倫斯又創(chuàng)制出提供回轉(zhuǎn)動力的土豆挖掘機，擴大了土豆挖掘機的應(yīng)用范圍。土豆挖掘機的發(fā)明和發(fā)展，使土豆等類似食品的加工行業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)都得以機械動力化。土豆挖掘機幾乎是20世紀(jì)唯一的加工土豆的機械。
當(dāng)今社會，無論從挖掘數(shù)量、質(zhì)量、經(jīng)濟效益等各方面來衡量，此次設(shè)計的新型土豆挖掘機，它已經(jīng)遠遠超越了以往的傳統(tǒng)的土豆挖掘機，并成為各國爭相發(fā)展的行業(yè)。1986年江蘇的永趕公司實現(xiàn)了土豆挖掘機的創(chuàng)新設(shè)計，并通過打入亞洲以及南美市場，取得了不錯的成績。從20世紀(jì)起，新型的土豆挖掘機不斷誕生，進入20世紀(jì)，出現(xiàn)各種實驗應(yīng)力分析方法，人們已能夠通過機電的有機結(jié)合設(shè)計出智能化的土豆挖掘機，相信在不久的將來，改機電一體化智能產(chǎn)品，將會得到越來越廣闊的應(yīng)用。土豆作為人們的日常的食品，是人們的生活的需要。為了實現(xiàn)土豆的自動化挖掘，從而來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工削皮來提供勞工效率，適應(yīng)現(xiàn)代化機械工業(yè)高速發(fā)展的需要，所以在機械設(shè)備中它們的挖掘設(shè)備的生產(chǎn)也有著嚴(yán)格的要求。傳統(tǒng)的土豆在沒有自動挖掘設(shè)備而需要人工挖掘的情況下，挖掘效率低下，勞動強度大，所以設(shè)計一個專用的土豆挖掘勢在必行。
通過對實際的生產(chǎn)設(shè)備進行考察，從而提出了新型土豆挖掘機的結(jié)構(gòu)組成、工作原理，擬定了土豆挖掘機總的指導(dǎo)思想，得出了該新式土豆挖掘機的優(yōu)點是高效，經(jīng)濟且易維修的結(jié)論。
根據(jù)結(jié)合自身所學(xué)和本次所選課題的難易度，覺得無論是在知識層面還是在軟件的運用技能上面，該課題很適合我，加之本課題來源于當(dāng)今社會機械工業(yè)土豆挖掘設(shè)備的創(chuàng)新和更新?lián)Q代基礎(chǔ)之上，通過設(shè)計出土豆挖掘機，從而來滿足當(dāng)今社會土豆挖掘設(shè)備不足的缺陷。
1.2 本課題研究的內(nèi)容
土豆作為人們的日常食物的一種，經(jīng)常出現(xiàn)在人們的餐桌上面。本次設(shè)計的土豆挖掘機主要是針對日常生活中見到的土豆來進行的，由于該土豆挖掘機的挖掘鏟采用焊接的形式，其形狀采用鏟形，所以它的強度和結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，并且能夠滿足對指定區(qū)域的土豆挖掘干凈的條件。
本次設(shè)計主要針對土豆挖掘機進行設(shè)計，從土豆挖掘機的整體方案出發(fā)，然后具體細化出具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括以下幾個方面：
1、到圖書館里查閱大量相關(guān)知識的資料，搜集出各類土豆挖掘機的原理及結(jié)構(gòu)，挑選相關(guān)內(nèi)容記錄并學(xué)習(xí)。
2、分析土豆挖掘機的結(jié)構(gòu)與參數(shù)
3、確定設(shè)計總體方案
4、確定具體設(shè)計方案（包括挖掘機構(gòu)的設(shè)計，V帶傳動的設(shè)計，電機，軸承等的選型設(shè)計等等）
5、土豆挖掘機的三維圖的繪制、CAD裝配圖、零件圖的繪制。
6、說明書的整理
1.3 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
我們在2002來自于王健的以前的資料，他數(shù)十年的廢寢忘食建造了一個簡單的土豆挖掘機機構(gòu)，開純機械時代。王健更設(shè)計出多功能復(fù)合土豆挖掘機，在這之后，臺灣教授顏洪森以傳動的土豆挖掘機為基礎(chǔ)，開發(fā)了一系列的土豆挖掘機，如四連桿式，六連桿式等等土豆挖掘機，查建中和其他人一起以凸輪機構(gòu)為對象，共同鉆研考慮怎樣改良按壓力引發(fā)的角度以及零部件的分理?？傊?，傳統(tǒng)的對象加上科學(xué)的分析和先進的理論，使得土豆挖掘機在國內(nèi)的研究范圍和深度得到了極大的豐富和發(fā)展。
何人最先取得此項專利已無可知曉，只了解到外國科學(xué)家在十九世紀(jì)末建造出了一部類似于土豆挖掘機的機械，整體部分是用齒輪以及連接桿件機構(gòu)組裝，但是卻沒有做出實物來加以佐證.20世紀(jì)初又有人運用齒輪以及連接桿件體系制造出類似的土豆挖掘機，然而相關(guān)資料中并沒有找到對這個作品的介紹，所以那個時候有關(guān)土豆挖掘機的研究還僅能思組成以及運動起來的規(guī)律。同期，又有兩位發(fā)明家麥吉以及弗蘭科創(chuàng)作了首部徹底用計算機操縱的土豆挖掘機。接下來幾年有關(guān)此機器的設(shè)計被充分的融入了運行操縱理論。1979年席羅思在行進土豆挖掘機里加入了操縱水平行走的儀器，同樣在腿上加入了保持和校對偏向的裝置。20世紀(jì)末布朗、羅布特以及莎普恩斯研究了加入了液壓部件和直流電機的相應(yīng)土豆挖掘機。這都意味著人類對機械體系的認(rèn)識已從簡單的考慮邁入了整體操縱、計算機和高新科技的相互融匯貫通的康莊大道。
從廣闊的視野、各種各樣的活動，還有和學(xué)術(shù)報告、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)以及另外別的角度的的詳細內(nèi)容，我們得到了包含定位、性質(zhì)以及應(yīng)用土豆挖掘機的大環(huán)境。土豆挖掘機已發(fā)展到注重提高生產(chǎn)效率，成品質(zhì)量穩(wěn)定性。最近，超多的市場已經(jīng)建立了土豆挖掘機的商業(yè)用途，像土豆挖掘機，它的應(yīng)用已經(jīng)滲透到家庭家居生活等。出色的土豆挖掘機技術(shù)不僅實現(xiàn)創(chuàng)建一個新的市場，也為提高人們的生活水品做出了非常重要的貢獻。在一個國家或地區(qū)有土豆挖掘機具有普遍偏向的方式。今后，會更加流行正在蓬勃發(fā)展的土豆挖掘機。OMG國標(biāo)早就認(rèn)可中介范例，ISO資質(zhì)也授與了能減少勞動力的土豆挖掘機。即使在大規(guī)模對土豆進行挖掘的活動，這是越來越多的土豆挖掘機的使用。根據(jù)土豆挖掘機技術(shù)應(yīng)用在通訊，家電，汽車，醫(yī)療設(shè)備和其他，土豆挖掘機已被廣泛認(rèn)可。它是一種動力，看來像它會導(dǎo)致一個新的行業(yè)。土豆挖掘機研發(fā)情況固然都在被上述所整理，然而這些仍然是顯示出要把土豆挖掘機推向消費者。歐美等發(fā)達國家成立有相應(yīng)計劃，本國也需求更好的戰(zhàn)略，方能維持積極地有力發(fā)展。新服務(wù)土豆挖掘機對于市場具有應(yīng)用性很強的領(lǐng)域，比如孜孜不倦的創(chuàng)新產(chǎn)品、醫(yī)療項目、相關(guān)福利以及防不勝防的自然性或人為性災(zāi)難。在另一方面，雖然產(chǎn)自日本的工業(yè)土豆挖掘機依然是行業(yè)里最好的，但其他國家都在奮起直追。在關(guān)于實際使用中，美國提出了很多觀點。在美國有建立國家計劃項目，歐洲也是，如Horizon2020，我們的國家也需要更好的政策，才能保持健康的發(fā)展前景。傳統(tǒng)的土豆挖掘機產(chǎn)品圖片如下圖1,2所示：
圖1
圖2
2 土豆挖掘機總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計
2.1 土豆挖掘機的總體方案圖
土豆挖掘機屬于食品加工設(shè)備的一種，通常市面上用到的都是焊接框架式的，因為焊接框架式的土豆挖掘機結(jié)構(gòu)強度足夠，其形狀很容易輕松地就將土豆從地里挖掘出來。該土豆挖掘機主要由機架、連接桿、擺臂、連接件、曲柄、抖動輪、挖掘鏟、定位軸、地輪等等零部件組成。動力是通過拖拉機帶動該土豆挖掘機在農(nóng)田里面進行自動挖掘作業(yè)。該機效率高，產(chǎn)能好，適合批量挖掘土豆的場所。 其總體方案圖如下圖1-1所示：
1-1 土豆挖掘機總體方案圖
2.2 土豆挖掘機的工作原理
該土豆挖掘機主要由機架、連接桿、擺臂、連接件、曲柄、抖動輪、挖掘鏟、定位軸、地輪等等零部件組成。動力是通過拖拉機帶動該土豆挖掘機在農(nóng)田里面進行自動挖掘作業(yè)。該機效率高，產(chǎn)能好，適合批量挖掘土豆的場所。
2.3 機械傳動部分的設(shè)計計算
2.3.1 V帶傳動的設(shè)計計算
（1）設(shè)計功率
＝1.2
P－傳遞的功率
（2）選定帶型
根據(jù)和選取普通V帶C型，－小帶輪轉(zhuǎn)速，為1350r/min
（3）傳動比
1.76 ＝＝
（4）小帶輪基準(zhǔn)直徑（mm）
由B1表8－1－12和表8－1－14選定
＝100mm>＝75r/min
（5）大帶輪基準(zhǔn)直徑（mm）
由B3表8－7得=150mm
（6）帶速驗算
（7）初定軸間距（mm）
（8）所需帶的基準(zhǔn)長度（mm）
＝
＝650mm
帶型選擇為A－900
（9）實際軸間距
（10）小帶輪包角
=
=
（11）單根V帶的基本額定功率
根據(jù)系統(tǒng)工況，我們可以取=0.37kw
（12）時單根V帶型額定功率增量
根據(jù)系統(tǒng)工礦，在這里我們?nèi)?0.15kw
（13）V帶的根數(shù)Z
Z =
－小帶輪包角修正系數(shù)取0.96
－帶長修正系數(shù)查取0.87
（14） 單根V帶的預(yù)緊力
=
=134（N）
m－V帶每米長的質(zhì)量（kg/m）查B1表8－1－24，取0.1k/gm
（15）作用在軸上的力
－考慮新帶初預(yù)緊力為正常預(yù)緊力的1.5倍
（16）帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸
帶輪是傳動系統(tǒng)的傳動組件之一，需要有足夠的剛度和強度才能滿足要求。根據(jù)系統(tǒng)的需求，我們可以選擇鑄鐵作為帶輪的材料，因為鑄鐵的強度和剛度方面度能夠滿足系統(tǒng)的需求。
帶輪的材料為HT200，查B1表8－1－10得基準(zhǔn)寬度制V帶輪輪槽尺寸，根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑查B1。
2.3.2軸承的設(shè)計計算
已知軸承預(yù)計壽命20×365×8=58400小時；
(1）已知nⅡ=458.2r/min?兩軸承徑向反力：FR1=FR2=500.2N；
初先兩軸承為深溝球軸承6208型。
根據(jù)課本P265（11-12）得軸承內(nèi)部軸向力FS=0.63FR則FS1=FS2=0.63FR1=315.1N；
(2)∵FS1+Fa=FS2Fa=0? 故任意取一端為壓緊端，現(xiàn)取1端為壓緊端
FA1=FS1=315.1N???FA2=FS2=315.1N；
(3)計算當(dāng)量載荷
P1、P2根據(jù)課本P263表（11-9）取f?P=1.5;根據(jù)課本P262（11-6）式得
P1=fp(x1FR1+y1FA1)=1.5×(1×500.2+0)=750.3N；?
P2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5×(1×500.2+0)=750.3N；?
(4)軸承壽命計算
∵P1=P2故取P=750.3N；?
∵深溝球軸承 ε=3；
2.3.3軸的設(shè)計
軸作為機器的一個關(guān)鍵組成部分，其為各類傳動部件的安裝，傳動的扭矩和旋轉(zhuǎn)運動圍繞軸進行，而且經(jīng)過軸承和機架連接。為了滿足定位軸上的緊固件和容易加工和裝配的軸類零件和拆卸，通常軸設(shè)計成階梯軸。軸系的零件是由軸和它上邊的零部件構(gòu)成一個裝配體系，研究軸的過程中不僅要研究軸體自己的數(shù)據(jù)，還要將系統(tǒng)里的全部零部件融合在一起。
因為用于振動的傳遞的軸體不僅要傳送扭矩，還得經(jīng)受住彎矩，是以本人研究的階梯性軸是轉(zhuǎn)動軸。因為確定了小帶輪的參數(shù)，相應(yīng)的大帶輪隨之確定。接下來的工作就是計算軸體的直徑了。軸體的研究需要憑借扭轉(zhuǎn)強度來調(diào)整彎曲的強度，因為可用作軸的原料比較多，所以必須得明確軸的應(yīng)用環(huán)境，還有規(guī)定諸如剛度，強度以及別的機構(gòu)機能。可以使用熱處理這種方法，當(dāng)然也要琢磨怎樣使加工簡單并且花費較少，用研究計算所得的數(shù)據(jù)以確定軸體的用料，故采取45號鋼當(dāng)成軸體的原料，它需要40MPa的切應(yīng)力。然后需要做正火或者調(diào)質(zhì)處理來確保它的力學(xué)性能。
由前知：卷筒上傳遞的功率是12.9kw，轉(zhuǎn)速n=3.9m/min，選用鋼，為保證其機械性能，應(yīng)進行調(diào)試處理。
軸徑的初步估算
估算公式：
d≥A0 式中A0是與材料有關(guān)的系數(shù)，查[1]P表15-3 得A0=108
d≥A0=108×=15.76 圓整，取d=16mm
由于此軸是固定心軸，受力情況并不嚴(yán)重。因此，接上式估算的軸徑可作為軸的最大直徑。參考現(xiàn)有同類產(chǎn)品，取最小軸徑d=15mm。
（1）確定軸上零件的布置方式。為使結(jié)構(gòu)緊湊，并考慮具體的工藝性和強度要求，將大齒輪與卷筒一側(cè)對稱地安裝在軸頸處。即大齒輪在卷筒右側(cè)，通過鍵與卷筒固聯(lián)在一起。軸承兩端裝有軸承蓋，內(nèi)有檔油板和密封圈。軸承蓋用螺釘M1220與卷筒固定在一起。
（2）根據(jù)工藝和強度要求把軸制成階梯形，這樣可以使軸上零件定位可靠并且拆裝方便。
3 各主要零部件強度的校核
3.1機架強度的校核與計算
機架的選擇根據(jù)整個系統(tǒng)的總重量來定，方管機架受力分析得出，由分析得出底架在平衡狀態(tài)下只受地面對其的支撐力和在其表面上物體所給的壓力。見下圖：
即物料和底架上面的所有零部件等等給的壓力為G=20000N（10000Kg）+(1000X20N)=30000N;
根據(jù)方管承載力計算公式：
M=Pac/L
（僅用于截面)
f=M/W≤材料的許用應(yīng)力（彈性抗拉強度/安全系數(shù)）。
M=Pac/L=11960xL，本次設(shè)計初定L為1200mm
則M=13456N.M
，初定方管為40x40x5。計算W得出
折算后位270Mpa
查的普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235A的抗拉強度為375~500Mpa，由于270Mpa遠遠小于375Mpa，所以初定方管滿足要求。
3.2轉(zhuǎn)軸強度的校核計算
受力分析：卷筒部件的大齒輪和卷筒未與軸直接接觸，但其上的力通過軸承傳遞到了主軸上。因此，主軸所受軸承的力與卷筒所受軸承的力大小相等方向相反。另外，主軸兩端還受兩個支承架的支承力。若考慮重力的作用，主軸還受卷筒部件的重壓作用。
軸的空間受力圖：
O
X
y
z
圖3-2 軸的空間受力圖
由前知：R =392N，R=24500N；R=31642N，R35874N，估計卷筒重量約為154公斤，則G=1509N。將軸上作用力分解為水平面受力圖和垂直面受力圖，求出水平面上和垂直面上的支承點反作用力，并畫出彎矩圖：
支反力：
根據(jù)平衡方程R+R=R+G+R
R．64+G．236+R．408=R．472
解得，R=5383.8N，R=28159.2N
彎矩圖：
圖3-3 彎矩圖
YX面受力圖：
支反力：
根據(jù)平衡方程 R′+R′=R′+R′
R′．64+R′．408=R′．472
解得，R′=26042.2N， R′=34331.8N
彎矩圖：
圖3-4 彎矩圖
合成彎矩圖M=
圖3-5 合成彎矩圖
對照結(jié)構(gòu)圖，分析合成彎矩圖，可知主軸較危險的三個部面分別是：中間軸頸110的右端面Ⅰ，右端面軸承的中間部面Ⅱ，右端軸頸的左端面Ⅲ。（主軸結(jié)構(gòu)圖）。
這三個合成彎矩分別是：
M=
=
=2669644
M=2841782.4
M=
=
=1243279.8
因為Ⅰ、Ⅱ處的截面直徑相同，M＞ M，只需驗算M就行了。
直徑校核：
心軸的截面尺寸是根據(jù)彎曲強度來計算。其危險截面的尺寸可按下式確定。
d=
式中，M——最大彎矩
[]——許用彎曲應(yīng)力
——對于實心軸=0，對于空心軸=，d：軸內(nèi)徑，d：軸外徑，對于卷筒主軸，查[Ⅰ]P，45鋼，=355MP。取安全系數(shù)n=2.0，則[]===177.5 MP。主軸是實心軸，=0。
∴d≥。
則d===53.18mm＜75mm
d===54.29mm＜85mm
由以上計算可以看出，主軸強度足夠。
3.3軸承強度的校核計算
3.3.1滾動軸承的選擇
滾動軸承為雙列圓錐滾子軸承350324B，由文獻[2]表得KN，KN，，。
3.3.2壽命驗算
軸承所受支反力合力
N （4.1）
對于雙列圓錐滾子軸承，派生軸向力互相抵消。
，N
由文獻[2]表得， ，
N （4.2）
按軸承B的受力大小驗算
h （4.3）
h=年
由于拖拉機減速箱的運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，必須選擇較大壽命的軸承，軸承能達到所計算的壽命。
經(jīng)審核后，此軸承合格。
4 土豆挖掘機中主要零件的三維建模
4.1機架的三維建模
4-1 機架
4.2挖掘鏟的三維建模
4-2 挖掘鏟
4.3擺臂的三維建模
4-3 主動齒輪
4.4土豆挖掘機的三維建模
4-4 土豆挖掘機
結(jié) 論
到如今，畢業(yè)設(shè)計總算接近尾聲了，通過這次對于土豆挖掘機的設(shè)計，使我們充分把握的設(shè)計方法和步驟，不僅復(fù)習(xí)所學(xué)的知識，而且還獲得新的經(jīng)驗與啟示，讓我收益頗多。特別是針對機械的機構(gòu)設(shè)計這部分，我感觸最深。對于次次設(shè)計的土豆挖掘機，主要的傳動的機構(gòu)是齒輪傳動，針對這個機構(gòu)的設(shè)計，我花費了較多時間和精力，通過查找相關(guān)的齒輪傳動的設(shè)計資料以及土豆挖掘機的相關(guān)問題來確定齒輪的模數(shù)和齒數(shù)，以及齒輪的內(nèi)孔的設(shè)計，直到最后齒輪的強度校核部分。經(jīng)過這個過程的學(xué)習(xí)和設(shè)計，讓我印象尤為深刻。
在以后的工作中，我相信我還會遇到很多類似的問題，但是有了這次的學(xué)習(xí)和設(shè)計經(jīng)歷，我想我已經(jīng)初步具備了設(shè)計一個機械設(shè)備的能力，我已經(jīng)做好了準(zhǔn)備，在以后的工作中，邊工作邊學(xué)習(xí)，爭取在工作中提高，在工作中學(xué)習(xí)，爭取做一個對于社會，對家庭有用的人。
通過本次設(shè)計,讓我學(xué)習(xí)到了許多知識，特別是對傳動機構(gòu)的應(yīng)用方面，是我收獲最大的地方。本次的設(shè)計的傳動機構(gòu)包含了齒輪傳動機構(gòu)這一最典型的機構(gòu)，通過查找與它相關(guān)的設(shè)計資料，到計算帶動筒體轉(zhuǎn)動所需要在輸出扭矩從而對齒輪機構(gòu)進行設(shè)計，包括傳動帶輪的選型，例如帶型，帶寬的確定以及之后的軸承強度校核部分的設(shè)計，都花費了我好多精力。同時，也讓我學(xué)到了好多知識。
在相關(guān)的實際問題的討論中，我的導(dǎo)師總是孜孜不倦的引導(dǎo)著我，幫助著我。每周一次的進度檢查和問題討論，促使我在正確的道路上大步前進，不僅工作的按時保質(zhì)保量的完成得到了保證，我本人的研究能力，工作的態(tài)度也得到了充分的鍛煉和提高。這些寶貴的品質(zhì)影響著我，毫無疑問，它們對我以后的工作，學(xué)習(xí)，生活都會起到深遠而長久的良好影響。也能為人生打下一個夯實地基礎(chǔ)！
在具體的研究設(shè)計過程中，同學(xué)們也在平日的學(xué)習(xí)與生活中提供了無私與周到的幫助，充分用他們的工作熱情感染著我，鼓勵著我，讓我少走了很多彎路，再次一并致謝！另外也感謝我的父母，朋友和同學(xué)們的幫助。在做設(shè)計感覺受挫，枯燥與迷茫時，是他們在悉心的為我釋放壓力，鼓勵我不要氣餒，勇敢面對。每周一次和父母的通話，與朋友和同學(xué)的長談后都使我精神放松，斗志倍增，以飽滿的熱情重新投入到工作中去，感謝他們，正是他們的不懈支持和充分理解才能使我順利完成畢業(yè)設(shè)計。
最后，感謝學(xué)校各位領(lǐng)導(dǎo)與老師給了我在濱海學(xué)院學(xué)習(xí)生活四年以及參加這次畢業(yè)設(shè)計的寶貴的鍛煉機會，它使我深刻認(rèn)識到在知識的汪洋大海面前我是多么無知和微不足道。這是一個最好的時代，也是尊重知識，充分學(xué)習(xí)知識，掌握知識的時代。只有持續(xù)的不間斷地學(xué)習(xí)，才不會在激烈的競爭中落后于別人，也才能用自己的真才實學(xué)為社會做出自己應(yīng)有的貢獻。知識是無止境的，無價的，我愿在求真的道路上下而求索！
致 謝
時間過得很快，論文總算完成了，我的心里感到特別高興和激動，在這里，我打心里向我的導(dǎo)師和同學(xué)們表示衷心的感謝！因為有了老師的諄諄教導(dǎo)，才讓我學(xué)到了很多知識和做人的道理，由衷地感謝我親愛的老師，您不僅在學(xué)術(shù)上對我精心指導(dǎo)，在生活上面也給予我無微不至的關(guān)懷支持和理解，在我的生命中給予的靈感，所以我才能順利地完成大學(xué)階段的學(xué)業(yè)，也學(xué)到了很多有用的知識，同時我的生活中的也有了一個明確的目標(biāo)。知道想要什么，不再是過去的那個愛玩的我了。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，創(chuàng)新的學(xué)術(shù)風(fēng)格，認(rèn)真負責(zé)，無私奉獻，寬容豁達的教學(xué)態(tài)度都是我們應(yīng)該學(xué)習(xí)和提倡的。通過近半年的設(shè)計計算，查找各類土豆挖掘機的相關(guān)資料，論文終于完成了，我感到非常興奮和高興。雖然它是不完美的，是不是最好的，但在我心中，它是我最珍惜的，因為我是怎么想的，這是我付出的汗水獲得的成果，是我在大學(xué)四年的知識和反映。四年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的個人能力，更重要的是來自老師和同學(xué)的潛移默化讓我學(xué)到很多有用的知識，在這里，謝謝老師以及所有關(guān)心我和幫助我的人，謝謝大家。
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