基本信息
- 项目名称：
- 大蒜自动切须切梗机
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 该项目研制的“大蒜切须切梗机”采用外接动力源形式，利用齿轮带进行连续运输，使用高速旋转的刀片对大蒜进行连续切须切梗作业，从而打破原有的传统模式，将工作效率提高10倍以上。
- 详细介绍：
- 设计者：张俊强，支兴强，张春雨 指导老师：李延锋 （河南理工大学测绘与国土信息工程学院，河南，焦作） 作品内容简介 1 研制背景及意义 目前，国内外已经出现了大蒜收获技术，初步的解决了大蒜的收获问题，但在大蒜收获之后进一步的加工处理技术领域尚属空白。自主研发的大蒜切须切梗机率先取得突破，通过特殊设计的椭圆槽、传动带和特制刀片的巧妙结合，成功地解决了大蒜收获之后的切须切梗问题，将为进一步解放大蒜乃至其他农副产业的劳动力发挥巨大的促进作用。该产品的技术现已获得国家专利，并已制成成品。 2 大蒜自动切须切梗机工作原理 大蒜切须切梗机主要是一种用于对大蒜、洋葱等农副产品进行粗加工（切须、切梗）的机械，整机由机架、电机、减速机、刮板输送链、托辊、传动轴、换向齿轮、曲柄滑块机构、拨叉、切刀等结构组成。电机转速经减速机减速以增大扭矩，通过V带使动力传递到各工作部分。切削设计速度200头每分钟，最大速度240头每分钟。刀具切削线速度4.5倍于蒜头通过速度。 送料机构的刮板输送带采用刮板输送机的原理，将K型隔一节距有弯板的钢制滚子链（GB 9785-88）配合特制有弹性的挡板，对蒜头起到一定的夹持作用。经计算，刮板输送链倾角设计为45°，充分利用电动机功率的情况下，防止大蒜向下滚动。400mm宽水平输送带改善了漏斗式喂料斗中大蒜进入刮板输送带时由于自重而倾斜。输送带上部设有导向杆及挡杆用以使蒜头自动排序至切削刀具侧、使大蒜单层通过切削装置。 切削装置的输送装置为60mm宽刮板输送链和250mm宽水平输送带组成，分别用以运送蒜头及蒜梗。机架上部设计有m=3的锥齿轮换向机构，用以将竖直平面的动力传递至水平布置的连杆机构上。当大蒜行至第一把刀具——切须刀具时，拨叉对其有一向刀具方向的推动作用，以使切须彻底。行至第二把刀具——切梗刀具时，拨叉给大蒜按相反方向一推动力，以使切梗彻底。刀具后部设计有挡板，以防拨叉将大蒜打出。切削完毕，分别有蒜头接收槽及蒜梗导出板，以使蒜头蒜梗分开接收。 3大蒜自动切须切梗机设计制造 1.套筒联轴器设计 (1).联轴器的选择 联轴器选择为TL8型弹性联轴器 GB4323-84 (2).齿轮的润滑 因齿轮的圆周速度<12 m/s，所以用浸油润滑的润滑方式。 高速齿轮浸入油里约0.7个齿高，但不小于10mm，低速级齿轮浸入油高度约为1个齿高（不小于10mm），1/6齿轮。 (3).滚动轴承的润滑 因润滑油中的传动零件（齿轮）的圆周速度V≥1.5～2m/s，所以采用飞溅润滑。 2.轴的设计 图3-3被动轴 图3-4切根刀具轴 图3-5切梗刀具轴 3.托辊的设计 图3-6 4.送料槽的设计 图3-7 5.盘式刀片的设计 4创新点及应用 创新点： （1）大蒜梗、须的连续切割的设置：三叶式盘式刀片连续旋转快速处理传送过来的大蒜，改变了传统的切割方式。 （2）大蒜切须切梗时固定方式设置：水平式刮板传送带、水平皮带传送带、拨叉——连杆机构、切须机构和切梗机构。切须切梗装置中的刮板传送带传送蒜头、皮带传送带传送大蒜的叶子。刮板槽的特殊设计可以对大蒜蒜头起到固定作用。通过连杆机构的动力作用，两侧的拨叉可以快速振动，从而对传送过来的大蒜产生一个振动打击作用，结果使得在切须工序时，大蒜由于拨叉的打击作用，紧靠切须刀片一侧的挡杆；而在切梗工序时，同样由于拨叉的打击作用，使得大蒜紧靠切梗刀片一侧的挡杆。这样可以让高速运转的刀片稳定、彻底的切除掉大蒜的胡须和蒜梗。 应用: （1）大蒜切须切梗机的五大功能： 1）本产品在喂料斗处设有自动排序装置，使大蒜进去后能排列整齐。 2）本产品设有叶子预处理装置，防止大蒜排列整齐进去后因叶子太长而导致大蒜散乱。 3）本产品特制盘式刀片和传送带设计可以同时分离大蒜的胡须和梗，防止单一切除时大蒜左右摆动而导致果实损伤。 4）本产品设有蒜头收集装置，可以在机器的另一端直接收集处理好的蒜头，省掉了人工装袋的麻烦。 5）本产品设有多种动力供应方式，客户可根据实际情况选择动力源，从而扩大了该产品的使用范围，保证了产品的实用性能。 大蒜切须切梗机的五大特点 1.效率高：两排盘式刀片同时工作，大大提高了工作效率。 2.果实损伤率低：特殊的装置使得果实损伤率很低，最大限度的减小降低农民朋友们的损失。 3.操作简单、易学：人性化的设计和人机工效的充分结合，使得产品操作简单，方便客户的使用。 4.省时省工，节能环保：产品设计采用先进的工艺，降低了能源消耗；流水线的作业过程省时省力，环境污染小、噪声低，节能环保。 5.适应性强，坚固耐用：本产品可满足多种动力供应方式，可因时因地致宜，适应性很强；特殊的材料和盘式刀片的设计，使得切须切梗过程干净、彻底，坚固耐用。 据调查，现在国内国外都还没有同类型的产品出现，本产品应用前景十分广阔。“大蒜切须切梗机”的主要市场是全国各地的蒜农，用于收获后大蒜的切须切梗，我国大蒜种植面积越来越广，种植地区也越来越多。经调查，我国大蒜生产发展很快，从2004-2009年我国大蒜种植面积逐年攀升，突破了一千万亩。目前我国大蒜的切须切梗主要依靠手工，机械化程度极低，极大的影响了大蒜产业的发展. 大蒜切须切梗机的出现不仅会降低广大蒜农朋友的劳动强度，而且还会提高广大蒜农的种植积极性。 5经济效益 市场容量预测： 根据相关统计数据及调查问卷分析预测2010年市场需求总量大约20万台，公司预计在3年内，开发我国市场的8.75%左右，总销售额约688万；在5年内，开发我国市场的18%左右，年销售额约834.2万元。 表5-1预计销售量及销售收入 年 份 第一年 第二年 第三年 第四年 第五年 预计销售量（台） 4000 5500 8000 8800 9700 市场占有率 2% 4.75% 8.75% 13.15% 18% 销售收入（万元） 424 583 688 756.8 834.2 表5-2种植面积分析表 年份 地点 2006年 2007年 2008年 2009年 河南 52万亩 65万亩 66万亩 85万亩 山东 78万亩 96万亩 115万亩 136万亩 江苏 84万亩 108万亩 124万亩 137万亩 对河南、山东、江苏等地采用抽样调查和网络调查抽取了数个样本进行了市场调查，下列列举抽样调查结果中具有普遍代表性的小朱庄（属于郑州市中牟县雁鸣湖乡）近几年种植情况统计： 表5-3 抽样调查数据统计 （注：小朱村共计316户） 年份面积 2005年 2006年 2007年 2008年 2009年 2010年 0~2亩 37户 32户 39户 26户 44户 30户 3~6亩 95户 90户 92户 109户 102户 106户 6~9亩 132户 136户 134户 116户 121户 125户 10亩以上 52户 48户 51户 65户 49户 55户 表5-4主要产品分析 产品 适用对象 手摇式切须切梗机 小面积种植用户（2-5亩） 柴油机式切须切梗机 中型以及大型种植用户（5-8亩） 电动机式切须切梗机 大型种植用户以及大蒜经销商（8亩以上） 本产品的市场分析： 1.经济效益: （1）本产品有良好的赢利前景。内含报酬率达到了34.91%，投资回报率达到了15.12%，销售净利润达到了17.36%。 （2）综合成本较低。本产品生产工艺相对简单，生产周期短，选用原料简单，降低了人力、物力和能源成本。 2.社会效益： （1）本产品在生产工程中采用了先进的生产工艺，降低了能源消耗，符合国家的节能环保要求。 （2）本产品的发展将提供新的更多的就业机会，减缓就业压力。 （3）作为农副行业尤其是大蒜加工处理行业的先行者，本产品将在很大程度上解放农村劳动力，本产品的持续发展将极大地促进传统农业的工业化和产业化。 （4）本产品发展产生的经济效益将会拉动地区乃至国家经济的发展。 环境效益： 本产品环境污染少，噪音污染少，属于环保型产品，符合国际发展趋势。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计发明的目的： 根据近几年调查显示，我国大蒜种植面积逐年增长 。在国内，对大蒜的梗、根须与果实的分离工作大都采用传统的剪刀、镰刀等简单工具手工进行，劳动强度大，工作效率低，而且操作者自身很容易受到操作工具的伤害。该项目研制的“大蒜切须切梗机”采用外接动力源形式，利用齿轮带进行连续运输，使用高速旋转的刀片对大蒜进行连续切须切梗作业，从而打破原有的传统模式，将工作效率提高10倍以上。 基本思路： 1. 调研收集资料，包括相关研究和相关应用； 2. 理论研究； 3. 图纸设计； 4. 实物制作； 5. 编写数据文件使大蒜自动切须切梗机实现多种运动方式； 6. 实现大蒜自动切须切梗机的驱动机构及相关控制； 7. 实践操作，大蒜自动切须切梗机的实物调试： a) 机械结构运动调试； b) 系统整体调试。 创新点： 1.大蒜梗、须的连续切割的设置。 2.大蒜切须切梗时固定方式设置。 3.工作原理：切须切梗装置中的刮板传送带传送蒜头、皮带传送带传送大蒜的叶子。 技术关键： 1.用Solidworks软件进行模拟装配和仿真。通过模拟验证理论，给实践提供了有力基础。 2.大蒜切须切梗时固定方式设置。 技术指标： 型号（长*宽*高） 进蒜数目 （个/次） 切割率 损伤率 工作效率 （个/小时） 1685*500*640 30-50 90%—95% 5%左右 12000- 14400
科学性、先进性
- 科学先进性： 1.效率高：两排盘式刀片同时工作，大大提高了工作效率。 2.果实损伤率低：特殊的装置使得果实损伤率很低，最大 限度的减小降低农民朋友们的损失。 3.操作简单、易学：人性化的设计和人机工效的充分结合，使得产品操作简单，方便客户的使用。 4.省时省工，节能环保：产品设计采用先进的工艺，降低了能源消耗；流水线的作业过程省时省力，环境污染小、噪声低，节能环保。 5.适应性强，坚固耐用：本产品可满足多种动力供应方式，可因时因地致宜，适应性很强；特殊的材料和盘式刀片的设计，使得切须切梗过程干净、彻底，坚固耐用。 参考文献： [1]张策编.机械原理与机械设计[M] 机械工业出版社 [2]吴宗泽.机械零件设计手册[M] 机械工业出版社 [3]曾刚.AutoCAD2008中文版实用教程[M] 电子工业出版社 [4]陶寄明.机械连接设计示例与分析[M] 机械工业出版社 [5]李智勇.机械装配技术基础[M] 科学出版社
获奖情况及鉴定结果
- 以该产品作为主导产品的“农创机械股份有限公司”创业计划书荣获第七届全国“挑战杯”金奖。
作品所处阶段
- 第一代大蒜切须切梗机已完成，第二代正在研制组装中。
技术转让方式
- 一次性转让或入股
作品可展示的形式
- 实物、产品 现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明： 本产品的原理如下：首先，将已经基本排序好的大蒜放入水平传送带上，滚筒使得大蒜进入到第一道工序—排序定位装置。进入刮板传送带的大蒜在导向杆的作用下落入第二道工序—切须切梗装置。这样可以让高速运转的刀片稳定、彻底的切除掉大蒜的胡须和蒜梗。进入到最后一道工序—物料收集装置。 技术的特点： （1）大蒜梗、须的连续切割的设置 （2）本产品具有维护简单易行、容易配件、稳定性好等特点。 技术优势： 该技术已经已获国家专利（专利号:ZL200520031251）。 本产品的市场分析： 政治因素:国家在创新技术方面加大支持力度，推行可持续发展的战略。 技术因素：本产品拥有自主知识产权，已申请国家专利。 本产品的经济效益分析： 1.经济效益: 综合成本较低。 2.社会效益： 本产品的发展将提供新的更多的就业机会。 3.环境效益： 本产品环境污染少，噪音污染少，属于环保型产品，符合国际发展趋势。
同类课题研究水平概述
- 我国对大蒜切须切梗机的研究不是很多，已产品化的大蒜处理机械对大蒜的损伤很大，工作效率低，安全系数低。对大蒜机械化加工的产品还没有出现，而本产品正好填充了这个市场空白。 目前市场上存在以下几种切割机： 有一种顺梗机，它包括由两侧的侧挡板、后挡板和底板形成的一个梗料振槽，底板的下表面固定连接有带有固定螺孔的固定架，其特点在于：底板的上表面上固定连接有多个山形隔板；山形隔板、侧挡板和底板之间形成梗料通道。本实用新型可以将切梗机槽体内排列不规则的梗料理顺成纵向排列，进而实现纵向进给和横向切割。 一种用于有机植物物质特别是烟草的切割机，包括一机架，和一安装在该机架上的刀盘，该刀盘设计为鼓形并具有对称布置在其圆周表面上的切割刀片，该刀盘包括至少两个分开的彼此交替设置在该刀盘鼓的圆周表面下方的刀片伸展装置，并且刀片伸展装置被分别致动，两个刀片伸展装置中的每一个被连接到相应的切割刀片上并配置有一电子马达，该电子马达的旋转由与刀盘鼓运动参数独立的外部信号控制，该信号通过电子马达被传送和调整，依靠电子信号确定适宜的切刀组所需要的伸长率，该马达轴向对称地设置在该驱动轴的两侧上。 一种切割植物杆茎的旋刀片及装有该旋刀片的植物杆茎切割机，所述旋刀片的形状为：在圆形基体的外圆周上有四把带齿的镰刀形刀片，所述镰刀形刀片与圆形基体为一个整体，每把镰刀形刀片的头部径向向外伸展，相邻的前一把镰刀形刀片的尾部和后一把镰刀形刀片的头部之间形成一个径向凹槽即圆周向缺口，所述切割机包括机架，轮子、动力机，所述的旋刀片水平安装在设于机架前下方的动力机轴的下端，兼导向叉的静刀片的两内侧与旋刀片的镰刀形刀片的尾部圆周相切，并置于旋刀片下方或上方的机架上并向前延伸。该装有上述旋刀片的切割植物杆茎的切割机，可切割各种植物杆茎。 对于以上几种切割机，只能做到切割，而不能够对所处理的农作物进行准确定位。
