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小型白花菜切碎机设计【9张CAD图纸和说明书】

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9张CAD图纸和说明书 小型白花菜切碎机 9张CAD图纸 小型白花菜切碎机设计
资源描述：

目录

1.绪论 1

1.1研究的目的和意义 1

1.2切碎机在国内外的发展概况 1

2.白花菜切碎机的总体方案确定 2

2.1基本结构 2

2.2设计原则 3

2.3方案分析 3

2.3.1第一方案 3

2.3.2第二方案 4

2.3.3第三种方案 4

3.技术规格参数 5

3.1 白花菜产量及性能 5

3.2 切碎机的切碎长度 5

3.3 切碎机的功率消耗 5

3.3.1刀切功率计算 6

3.3.2刀盘空转消耗功率 6

3.4技术路线 7

4.切碎装置设计 7

4.1切碎轴的设计 7

a. 输出轴上的功率P1、转速n1和转矩T1 7

b. 初步确定轴的最小直径 7

c. 轴的结构设计及强度校核 8

d. 轴承的正反装形式的选取 8

e. 校核轴的强度 9

4.2切碎刀及刀盘的设计 9

5.传动装置设计 11

5.1传动链设计 11

5.2链轮的基本参数及主要尺寸 12

5.2.1小链轮的设计计算 12

5.2.2大链轮的设计计算 14

6.箱体设计 15

6.1 装置支撑体设计 15

6.2 机壳及进料斗设计： 16

7.安装和润滑维护 17

   7.1 安装事项 17

7.2 机器的使用与维护 18

8.结述语 18

参考文献 19

致谢 20


摘要


    本文介绍了一种适用于白花菜切碎加工的小型切碎机的结构和性能特点, 对其切削原理及工作过程进行了分析, 阐明了盘刀式小型白花菜切碎机的工作机理。通过对主要工作部件结构的分析, 确定了最佳工作参数, 使机器性能达到最佳工作状态。

 本切碎机属农业机械，它由电动机、机架、支承体、机桶、喂料斗和转子等组成。机器启动以后，物料经喂料斗进入机桶，转子上装有切铡平面与主轴垂直的平板直刃式刀片，能对物料进行切碎，对各种柔性青鲜饲草、薯类藤茎和各种瓜，果、莱的切碎加工都能适用。机桶内设有与刀片相对应，能阻止物料随刀片运动而又不妨碍刀片旋转的挡板，即刀片可从相邻两挡板的间隙间切过。该机能有效地减轻对物料的摩擦、撞碰和物料对刀片的阻力，使所切物料无擦伤。不腐烂、不丧水、保持鲜嫩、不流失营养，且运转平稳、高效、节能、省力。


关键字: 白花菜；切碎机；工作机理；喂入装置；结构设计；参数分析






ABSTRACT


In this paper, the structure and function features of a kind of small chopper suitable for processing Cauliflower vegetables is introduced. On the basis of theoretical studies and working process, working mechanism of this type of machine is explicated. Besides, based on the analysis of the main work component structure, the best work parameters are determined, making the machine performance to achieve the best working state.   

The chopper is a agricultural machinery, which consists of motor, frame, supporting body, machine barrels, rotors, feeding hopper and other components. When the machine starts, material is fed into the machine barrels hopper at the same time. The rotor is equipped with flat straight blades with its cut plane vertical with the axis. This machine can cut various materials, such as fresh green forage, potato vine stems, and various melons, fruit, vegetable. Machine barrels are equipped with rotating baffles that can prevent materials correspond with the blade movement and not cloggy blades rotating baffle, namely blades can cut through the gap between two adjacent baffles. The machine can effectively reduce the friction of the material, The hit and the resistance of the material on the blade, so that the cutting material is of no abrasion .No rot, no water loss to keep fresh, no the loss of nutrition, and stable operation, high efficiency, energy -saving, labor-saving are the advantages of this machine different of other shredding machines.


KEY WORDS: Cauliflower; Shredding machine; Working mechanism; Feeding device; Structure design; Parameters analysis


1.绪论

   目前，我国东北和中部地区有大量的白花菜种植基地，白花菜市场供应量也逐年增加，但白花菜的加工技术落后，大部分地方的农民采用手工或半自动加工，效率低下。而且现有的加工白花菜的机械加工技术工艺落后，因此迫切需要一种新型白花菜加工机械。

   为落实国家兴机富农计划,充分发挥农业机械在提高劳动生产率,降低农产品生产成本,增加农产品附加值等方面的优势,现对小型白花菜切碎机进行设计，本机主要对刚收获的小白花菜进行切碎，以便于后续加工包装。

1.1研究的目的和意义

    白花菜属十字花科甘蓝属，生物学名称为花柳菜，也称花菜或菜花。白花菜营养十分丰富，富含蛋白质、脂肪、碳水化合物、食物纤维、多种维生素和钙、磷、铁等矿物质。科研部门的测定显示它富含对人体有益的十七种微量元素。，明显高于雪里红和其它阔叶蔬菜。现代医学研究发现，白花菜具有较高的药用价值，是防癌、抗癌的保健佳品，所含的多种维生素、纤维素、胡萝b素、微量元素硒都对抗癌、防癌有益，其中所含维生素C较多，加之所含蛋白质及胡萝b素，可提高细胞免疫功能。并且白花菜提取物萝b子素可激活分解致癌物的酶，从而减少恶性肿瘤的发生。国外研究还发现白花菜中含有多种吲哚衍生物，能降低雌激素水平，可以预防乳腺癌的发生。脾虚胃弱的胃肠癌患者、乳腺癌患者应多吃白花菜。其茎、叶和根都是较好的中药材，具有清热解毒、祛风降湿、开胃健脾、增强食欲、防病治病等多重功效。

    长期以来，大部分地区白花菜切碎还沿用传统的手工劳作方式，劳动强度大，生产效率低。随着市场经济的发展，白花菜开始以一种新型包装绿色食品登入市场，白花菜以一种味美价廉的腌菜环保产品供不应求，传统加工方式已经不能满足市场的需求，所以白花菜切碎机的设计，以加快白花菜的生产效率，对刚收获的白花菜进行快速切碎和加工，以便于包装,是供应白花菜市场的有效方法。

    本文就白花菜切碎这一环节进行研究，目的在于研制出一种新型的白花菜切碎机，加快白花菜的切碎加工过程，缩短白花菜的产品形成周期，提高效率，降低成本。


内容简介：
为农业机械提供位置数据测量 Herman Speckmann 原文来源:Federal Agricultural Research Centre Braunschweig (FAL), Institute for Biosystems Engineering, Bundesallee 50, D-38116 Braunschweig, Germany 摘要农业机械、车辆需要位置数据来指导和控制执行最佳工作位置。位置数据也被需要用在像精细农作这样的应用上。位置数据的必要的准确性、分辨率和频率依照不同的应用而变化。只有一个系统,安装在中央车辆(例句、拖拉机),应该提供对每项任务的位置数据。提出的关于中央系统的基本概念是位置数据按照特定应用程序计算并且直接被传送到它需要被应用到的那个点上。这片论文阐述了测量的基本原理和位置数据的计算，还对现有的传送数据的农业网络进行了简要介绍。它集中建议了一个提供和转移位置数据的网络服务。被讨论的解决方案是以农业BUS（总线）系统为基础(DIN 9684, ISO 11783). 2000 Elsevier Science B.V. 版权所有.1.前言 位置指导的目的是给生长在农田里一个固定的区域上的庄稼带来增产的方法。庄稼或者它们在农田里所处的位置是指导的重要参照。位置数据被用来指导农用车、实现控制和支持精耕农业。准确性、分辨率和频率取决于他们的具体应用。必须强调的是本文没有合适的解决这个问题的传感器来产生数据。更确切的说,这里研究的问题是参照移动单位的一定的位置进行了一个位置信号产生,但是这个位置和需要的位置数据并不是完全一致的。此外，位置信息有可能在同一时间被需要用于几种目的， 车辆和工具组合的结构可能会经常改变。正如 Freyberger 和 Jahns (1999), Wilson (1999)所提到的， 测量系统可以是一个绝对定位系统,比如Bell(1999)描述的卫星系统，或者是一个相对的系统，比如Debain et al. (1999), Hague et al. (1999)描述的机器视觉系统。它可能也包括辅助传感器。传感器只有在参考具体位置情况下测量位置，比如相机的安装点、天线的底部。在接下来的描述中，这个位置被称为测量点。由于各种原因,这位置测点的是预先设定好的，意味着卫星天线将尽可能安装在拖拉机的车顶上以便减少测量不到的区域。摄像机将会安装在有保障最佳视觉的位置。粗糙或倾斜的表面引起的运动可能导致测量位置和运动表面的位置不同。例如，一辆车顶上装有卫星天线的车辆，大约3.5m，驾驶在10的斜坡表面，倾斜方向造成的区别相差60cm。图1阐述了这个情形。在这个例子中，计算一个参考点的位置可能更适当一些。贝尔(1999)提出把拖拉机的后方轴的中点作为参考点。表面上的一个点，例如，后方轴中间的下垂直面似乎显得更适合与某些应用。像一些应用，比如控制实现，工具的一定点的位置可能最终重要。这个点将被称作目标点。在某些情况下位置数据需要用于不同的目的，分别为每个目的以一种独立的测量系统测量位置不是很有效。当位置测量只有一次时多个硬件可以避免,同时工具上其他点的位置或者工具也被计算。假如位置和方法被测量，实验测量和空间向量之间的地点测点的计算是众所周知的，那么这种情况是可能的。如果两个点严格耦合,这意味着两点都在拖拉机上、两点之间的向量是常数,一个简单的矩阵运算就能产生结果。如果这些点没被严格耦合,这意味着,例如,一处拖拉机,另一个是在附加工具上，矢量是可变的。额外的测量成为必要用来建立两点之间的向量或必须应用其他原理计算目标点的位置。2.数据处理和数据转移通过计量点上的测量位置和方法，在车辆或工具上任何点的位置数据可以被计算出来。计算结果可以被测量系统(中央数据处理)或由请求目标位置数据的各个系统(分布式数据处理)计算出来。2.1 分布式数据处理在分布式数据的情况下，测量系统仅作为智能传感器服务。它测量需要的位置和计算，和提供这些未经处理的数据。频率和精度等特点取决于请求的单位。这个单位执行所有处理来计算位置。单位必须知道测点的位置和各有关参数。这样处理的好处是测量装置可以相对简单。另一方面,每个请求的单位需要的充分的能力来履行这一运算。2.2 中央数据处理测量单位被扩展包括计算目标位置的各个组件。这个测量和处理系统形成了一个所谓的位置和导航服务的单元，这个单元提供任何目标点的最终位置数据。在这种情况下,只有一个测量与处理系统是必要的，即使位置数据必须被更多的用户要求。这样做，只有PNS必须知道所有相关的参数来进行计算。2.3 数据传送 无论数据在哪里处理，一个数据传输是必要的。对于这样一个数据传输，一个标准的网络是适当的。为了用于农业领域,存在一个在移动单位和固定农场电脑之间传输数据的汽车。农业总线系统(LBS)也已被标准化以便能在网路的各个电子单元（LBS节点或BUS节点）之间进行信息交换。这个标准定义了物理层网络，网络协议，系统管理，数据对象和常见任务的服务程序（Speckmann andJahns, 1999）。LBS以DIN9684(DIN,19891998)作为标准。目前,正在努力建立一个国际标准(Nienhaus,1993)，ISO 11783，为了这个目的，像LBS，ISO 11783也将定义一个农业BUS作为一个农业机械交换数据的开放系统，特别是在拖拉机-执行工具的组合和从移动单位到静止不动的农场计算机。这个标准是基于控制器区域网络数据协议(CAN; BOSCH, 1991)。市场上有相应的硬件设备。在LBS中,为一般位置数据(地理位置:经度、纬度、高度,或轨道位置)的传输定义了数据对象。这标准允许定义的额外的数据对象,例如多维的距离，方向和速度。没有几何实施参数的数据对象目前存在在LBS中。ISO 11783提供，在第7部分(信息实现应用层），实施航行偏移的第一个定义。现行标准没有定义数据在哪里进行处理。因此，关于BUS中哪个单元计算目标点的数据，哪个或那些单元测量数据不具体。LBS提供所谓的LBS服务来执行常见任务。LBS服务是为LBS的参与者频繁地执行复发的任务的功能单元。LBS用户站就是这样的一项服务。这是一个为用户提供输入和输出BUS上节点(BUS参与者)处置的数据中央接口。另一项服务提供在移动单位和固定的电脑，农场的电脑之间的数据交换。一些服务在LBS中被定义但尚未有详细的标准，例如诊服务断或“Ortung und Navigation”（位置和导航），将在下面作为PNS被讨论。在图2中，一个典型的农业网络的简化方案展示了一个拖拉机-喷雾器的组合。这个图表包括物理BUS线路，即骨干网络。在这个BUS上，参与单元如拖拉机的电子控制单元(ECUs)、雾化器被连接协作起来。另外，两项LBS服务也被连接到BUS上。一项服务代表LBS用户站。另外一项是位置和导航服务，即位置数据的测量和处理系统。2.4 分布式和中央数据处理的比较一个分布式数据处理，农业BUS，根据DIN 9684 或者ISO 11783， 定义了在测量系统和任何参赛者之间必要的数据交换；独自地，任何一个ECU。每一个ECU怎样得到计算机位置数据计算必要的几何和运动参数的问题保持开放。每一个ECU知道从各自的结合点到目标点的参数，但它不知道从结合点到测量点的参数。这些参数必须由其他ECU提供。没有标准定义相应的数据对象或请求数据的程序。对于分布式数据处理，这些定义必须补充。另外,对于中央数据处理，一定要知道测量点和目标点之间所有的运动参数。此外，方法必需被定义以便使用中央服务计算目标点的位置数据。一个位置和导航服务需要扩展标准，但以下的优点在实际使用中是至关重要的。 为了确定目标点的位置数据,相应的控制单元(ECU)只有一个对话伙伴网络。它独立工作于各自的网络配置，仅仅发送自己的参数和只接受它特定位置数据。 PNS从所有的ECU上接受参数。它知道所有一切几何条件和车辆-工具组合的运动参数。因此，任何目标点位置的确定是可能的。 这个标准的定义了计算程序和明确的提出了目标点的位置数据。 计算位置数据的计算性能完全由PNS提供。没有计算能力需要用于这个目的。在前一节提到，提供位置和导航数据的服务已经在LBS的计划中。在下文中，将提到PNS的一个试例解决方案。3.一项定位和导航服务的提议此时，应当指出，下面的PNS的介绍是一项建议。它提供了一个平台进行讨论，这可能导致这个服务标准化。3.1 PNS的主要特征PNS的特征首先依赖于它的使用目的。从前面所讲的，很明显的是，测量的位置数据在一个地点，用在不同的地点。为了提供需要的数据来指导车辆，控制工具的位置和协助任何一种精耕农业，下面的条件必须满足： PNS提供有关测量点的数据。 PNS提供有关参考点的数据。 PNS提供有关目标点的数据。这项服务的特点如下：1.数据的请求和传播的方式已经标准化，数据被LBS (DIN 9684)定义和将被ISO 11783标准化。因此，它将不会在此讨论。在下面,LBS将作为一种标准化的农业BUS系统被使用。2.数据的容量、准确性、频率和范围是由数据的目的决定的。3.满足这些要求的硬件和软件不应被规范,应该取决于生产厂家。3.2关于位置数据测量和计算方法标准的影响各种测量系统和PNS中用于决定位置数据的方法不再标准的范围之内。基于卫星,机器视觉、惯性导航、地磁或这些情况的组合可能被应用。作为一种结果,生产企业可以决定如何产生位置数据，只要他满足了规定的要求和准确性。3.3 PNS在农业BUS系统中的整合在LBS中整合定位和导航服务存在一些好处，因为许多特性已经被定义。LBS已经包括在PNS的选项作为试验的标准。它允许实现服务作为一个独立的物理单位或者为另外一个物理单位的逻辑单位。BUS接口和BUS协议的物理性能(DIN 9684, part 2)已经被标准定义。为LBS中服务的集成，系统的功能的定义是果断的(DIN 9684，part3)。他们在LBS中定义节点的性能。第三部分也给了LBS服务一般的定义。一项LBS服务形成与LBS参与者点对点的连接。LBS参与者使用服务时不会被其它使用者影响，一个LBS参与者也不能影响其他参与者对服务的使用。所有进一步PNS的定义还不规范。3.4 PNS操作的一般模式PNS设计应用以下的基本假设：1.每一个ECU的只知道它自己的参数，包括参考点、目标点、结合点位置、车辆类型或轴距的坐标和数量。2.只有ECU根据工作条件可以定义必要的时间间隔,准确度和位置数据的分辨。3.每一个ECU的可以选择不同的任意时刻的位置数据。4.参数和计算和提供的位置数据的方法将会在田野机械开始运作过程之前被定义。5.PNS提供了一些程序为实施标准和车辆类型计算位置数据。6.位置数据自动（周期性）地或根据需求被提供。 为了满足这些要求,服务窗口提供适当的工具，同时 ECUs 决定如何使用及使用哪个工具。这意味这它们定义一个或者多个任务。这样一项任务基本上代表了一个命令表，包括激活具体工具使用的命令。这些任务被送到PNS，随后PNS执行这些任务。一个ECU的不同的任务相互独立的被执行。图3阐明了PNS与一个ECU之间的数据传递。同时，也显示了PNS的主要部分。PNS的这些工具包括位置测量系统和测量点的数据，以及一系列处理这些数据的程序方法。程序如下：1. 计算位置数据(位置程序)；2. 计算位置数据值的平均值,最大值、最小值和积分的方法(算术程序)；3. 输入和输出数据(传输程序)；4. 传递数据到ECU（传递程序）；5. 控制数据处理（数据控制程序）；为了这些方法的执行，ECU必须定义相应的参数。它同时也定义位置数据的数据对象。PNS的主要工具是一项执行ECU定义的任务的程序系统。简而言之，程序系统解释任务指令，调动相应的方法，计算要求的位置以及把数据送到ECU（电子控制单元）。为了一项任务的定义，ECU生成一个任务库。一个务库主要是一系列调动PNS的程序法或者调动内嵌的任务库的指令。各种参数被定义并且放置在参数库里。为了存储被计算的位置数据，ECU必需定义数据库。数据库必需在激发相应任务程序之前通过BUS从ECU传送到达PNS。3.5 PNS预定义的程序PNS预定义的程序是一些处理位置数据或者控制数据处理的程序。不同的程序执行不同的功能。不同的程序被一些独特的标识符区别。这些程序被称为“内部任务”（任务库）。他将会成为标准的一部分用来定义标识符，功能规格和调用程序规格。3.5.1 位置程序位置程序（计算位置数据的程序）是计算目标点位置数据的数据。这些方法计算从最初的位置(输入位置数据、资料的参考点的数据或以前计算的数据）到一种新的点的位置(输出的位置数据、数据的目标点或作为中间结果)。位置程序能够满足不同结构位置的计算（考虑一、二或三维模型，严格耦合点，几个基本类型车辆的不严格耦合点，工具和车辆-工具的结合）。这些程序从有关ECU执行定义的参数库得到他们的实际参数(目标点的坐标,车辆的长度、宽度、高度、类型或轴距)这是确定的有关实施ECU的。图4显示了使用一个位置程序的一段任务库。PNS的程序系统执行这个程序库。在任务库的某一点上，它发现调用位置程序的指令。这个调用指令包括特定程序的标识符和有关参数库的引用。这时，程序系统拥有由以上的操作产生的实际位置数据。现在它使用这些实际数据作为输入数据,和引用参数库用于位置程序。然后，它执行特定的程序。该程序使用指定的参数计算输出的位置数据。然后，它返回到程序系统。位置程序的输出数据成为新的实际位置数据。程序系统继续执行下面的指令。3.5.2 算术程序算术方法被用来计算位置数据的平均值,最大值、最小值或者积分值。一个算术程序从程序系统的实际位置数据或从特定数据库得到位置输入数据。它使用在调用指令里决定的参数库中的参数计算输出位置数据。然后，计算结果数据被存储在一个被定义的数据库里。图5展示了一个算术程序使用的例子。在任务库的某一点上，它发现调用算术程序的指令。这个调用包括具体程序的标识符,一个有关参数库的引用,一个目的数据库的引用和源数据库选择性的引用。这个程序系统采用实际数据和参考数据用于程序计算。根据调用规格,算术程序从程序系统(没有定义的数据库参考)或一种数据资源(数据资源I)得到输入数据。它计算被要求的值并把计算结果存储在一个数据库里（数据库II）。计算参数是从定义的参数库中得到的。程序发挥到程序系统并继续执行。实际的位置数据没有被改变。3.5.3 传输程序 PNS定义了三种类型的传输程序。输入程序是用来装载作为实际位置数据的确定的数据库位置数据到PNS的程序系统。输出程序存储实际位置数据到一个在调用指令里预先定义了的数据库。输入/输出程序被用来从一个源数据库到目的数据库之间传输数据。 图6显示了一个使用输入和输出程序的例子。输入程序的调用指令包括具体程序的标识符和源数据库的引用。在执行输入程序之前，程序系统为程序提供源数据库的引用。然后，程序执行和得到位置数据，并将它作为实际位置数据返回给程序系统。以前的实际位置数据被损坏。系统继续进行。对于输出程序的使用，实际位置数据与目的位置数据库提供参考。输出程序将实际数据放到目的数据库并返回到程序系统。实际位置数据仍然有效。3.5.4 传递程序 传递程序发送具体的位置数据到ECU。源数据在调用指令(或一个数据库或程序系统的实际数据)里被定义。当执行一个传递程序时，它得到具体的位置数据并传送到ECU。3.5.5 数据控制程序数据控制程序控制一个任务库的执行。程序流程是控制时间或距离。PNS的程序系统调查任务库。假如确定的时间间隔已过期或已超出距离限制，程序将执行下列指令。否则，程序系统跳到数据库的结尾。开题报告书题 目小型白花菜切碎机改进设计姓 名学 号专 业指导教师职 称学 位课题来源自选科学依据（包括课题的科学意义；国内外研究概况、水平和发展趋势；应用前景等）目前，我国东北和中部地区有大量的白花菜种植基地，白花菜市场供应量也逐增加，但白花菜的加工技术落后，大部分地方的农民采用手工或半自动加工，效率低下；而且现有的加工白花菜的机械加工技术工艺落后，因此迫切需要一种新型白花菜加工机械。为落实国家兴机富农计划,充分发挥农业机械在提高劳动生产率,降低农产品生产成本,增加农产品附加值等方面的优势,现对小型白花菜切碎机进行设计，本机主要对刚收获的小白花菜进行切碎，以便于后续加工包装。白花菜属十字花科甘蓝属，生物学名称为花柳菜，也称花菜或菜花。白花菜营养十分丰富，富含蛋白质、脂肪、碳水化合物、食物纤维、多种维生素和钙、磷、铁等矿物质。科研部门的测定显示它富含对人体有益的十七种微量元素。，明显高于雪里红和其它阔叶蔬菜。现代医学研究发现，白花菜具有较高的药用价值，是防癌、抗癌的保健佳品，所含的多种维生素、纤维素、胡萝b素、微量元素硒都对癌防癌有益，其中所含维生素C较多，加之所含蛋白质及胡萝b素，可提高细胞免疫功能。并且白花菜提取物萝b子素可激活分解致癌物的酶，从而减少恶性肿瘤的发生。国外研究还发现白花菜中含有多种吲哚衍生物，能降低雌激素水平，可以预防乳腺癌的发生。脾虚胃弱的胃肠癌患者、乳腺癌患者应多吃白花菜。其茎、叶和根都是较好的中药材，具有清热解毒、祛风降湿、开胃健脾、增强食欲、防病治病等多重功效。 长期以来，大部分地区白花菜切碎还沿用传统的手工劳作方式，劳动强度大，生产效率低。随着市场经济的发展，白花菜开始以一种新型包装绿色食品登入市场，白花菜以一种味美价廉的腌菜环保产品供不应求，传统加工方式已经不能满足市场的需求，所以白花菜切碎机的设计，以加快白花菜的生产效率，对刚收获的白花菜进行快速切碎和加工，以便于包装,是供应白花菜市场的有效方法。本文就白花菜切碎加工这一环节进行研究，目的在于研制出一种新型的白花菜切碎机，加快白花菜的切碎加工过程，缩短白花菜的产品形成周期，提高效率，降低成本。随着我国经济的不断发展，人民生活水平的不断提高和，全民建设小康社会和聚焦三民问题，农产品加工机械将得到一个很大的发展机遇，当然也有很大的挑战。我国农产品加工机械现状和水平：1. 设备技术水平低； 2.成套性差、种类少；3.机械加工工艺和制造手段落后；4.设备的自动化程度低；5.农产品加工机械质量差；6.质量控制、快速检测方法落后。 发展趋势和应用前景：我国农产品加工机械应走大型化、规模化之路，已搞生产率和规模效益巩固加工企业在市场中的地位；在实现大型化、规模化的同时，应实现与大型化相配套的自动化，以进一步提高劳动生产率，用可靠的设备保证产品质量的优质、均衡；应根据市场需求，适度发展深加工和综合利用设备，在设计制造农产品加工机械时，应尽可能应用高新技术，用新的加工措施赋予产品新的性能，提高产品的内在质量，节能降耗，减少成本。通过深加工和综合利用提高农产品的经济利益。研究内容1.整机设计：效率计算，材料选取，外形设计，要求结构合理，使用维护方便，材料选取合理；2.切碎机构设计：材料选取，机构选取及组合,结构合理，使用维护方便；3. 动力选型配套：动力选取，效率计算4.传动装置设计，机构设计合理，运动分析正确，运动可靠；5.绘制小型白花菜切碎机总体装配图及各零件机构的零件图；6.编写设计说明书；7.复查论文，完成毕业设计论文。拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析1.查阅国内外关于农产品加工机械的现状发展趋势等文献资料；2.参观现有的农产品加工机械，如多功能蔬菜切碎机，小型蔬菜搅拌机等；3.拟定初步设计方案，如整机外形设计，材料选取，切碎机构的选取设计，动力选取匹配，生产率计算等；4.设计方案的确定，画出详细图纸；5.编写设计说明书，完成毕业设计论文。技术路线：查阅相关资料完成文献综述、外文翻译等前期工作确定机械总体设计方案各部分装置零件设计计算绘制各部件CAD图绘制CAD装配图撰写毕业设计论文。研究计划及预期成果2014.12.1-2014.12.25 进行调研， 外文翻译, 开题报告；2014.12.26-2015.3.10 补充相关知识，通过比较和评价后确定最终设计方案或方案，准备实验验设备、试验材料和其他软硬件条件，提交中期报告；2015.3.11-2015.5.31 设计计算，图示设计，模拟仿真，撰写设计说明书；2015.6.1-2015.6.15 准备答辩材料，毕业答辩，错误修改，材料装档。指导教师意见 指导教师签名：2014年 1 月 10 日Computers and Electronics in Agriculture 25 (2000) 87106 Providing measured position data for agricultural machinery Hermann Speckmann Federal Agricultural Research Centre Braunschweig(FAL), Institute for Biosystems Engineering, Bundesallee50, D-38116Braunschweig, Germany Abstract Agricultural machinery and vehicles require position data for guidance and to control implements for optimal working positions. Position data are also needed for such applica- tions as precision farming. The necessary accuracy, resolution and frequency of position data vary according to the specifi c application. Only one system, installed at a central vehicle (e.g. the tractor), should provide position data for each task. The basic concept for the proposed central system is that position data are calculated in accordance with the application and transferred directly to the point at which they will be used. The paper describes the fundamentals of measurement and calculation of position data, and gives a short introduc- tion to the existing agricultural networks to transfer these data. It concentrates on a proposal for a network service to provide and transfer position data. The solution discussed is based on the agricultural BUS (DIN 9684, ISO 11783). 2000 Elsevier Science B.V. All rights reserved. Keywords:Local area network; Controller area network; Agricultural BUS system; LBS; Calculation of position; Calculation of direction; LBS service /locate/compag 1. Introduction The purpose of position guidance is to bring the means of production to the plants, which grow at a fi xed location on the fi eld. The plants, or rather their location on the fi eld surface, are the reference for guidance. Position data are needed to guide agricultural vehicles, to control implements and to support precision farming. Accuracy, resolution and frequency depend on their application. E-mail address:hermann.speckmannfal.de (H. Speckmann) 0168-1699/00/$ - see front matter 2000 Elsevier Science B.V. All rights reserved. PII: S0168-1699(99)00057-5 H. Speckmann/Computers and Electronics in Agriculture25 (2000) 8710688 It must be emphasized that this paper does not address the problem of suitable sensors to generate the data. Rather, the problem studied here is that a position signal is generated with reference to a certain location on the mobile unit, but this position is not identical with the location where the position data are needed. Moreover, position information may be needed for several purposes at the same time, and the confi guration of the vehicleimplement combination may change frequently. As mentioned by Freyberger and Jahns (1999), Wilson (1999), the measuring system can either be an absolute position system, such as the satellite system described by Bell (1999), or a relative system, such as the machine vision systems described by Debain et al. (1999), Hague et al. (1999). It may also include auxiliary sensors. Sensor systems measure position only in reference to a specifi c location, such as the mounting point of the camera or the foot of the aerial. In the following presentation, this location is called the measuring point. For various reasons, the location of this measuring point is predetermined, meaning the satellite antenna will be mounted as high as possible on the roof of the tractor cab to minimize shading. A camera will be mounted where optimal view is guaranteed. Movement caused by rough or sloping fi eld surfaces may cause the measured position and the position on the fi eld surface to differ widely. For example, for a vehicle with a satellite antenna mounted on top of the cab, at about 3.5 m, driving on a sloping surface of 10, the difference in direction of the inclination will be about 60 cm. Fig. 1 illustrates this scenario for one dimension. In this example, it may be appropriate to calculate the position of a reference point. Bell (1999) proposes the middle rear axes of the Fig. 1. Difference in position for two locations due to sloping terrain. H. Speckmann/Computers and Electronics in Agriculture25 (2000) 8710689 tractor as a reference point. A point in the fi eld surface, for example, vertical under the middle of the rear axis seems more appropriate for some applications. For certain applications, such as the control of implements, the position of a certain point of the implement may be of fi nal importance. This point will be called the target point. In cases where position data are needed for different purposes, it is not very effi cient to measure the position for each purpose separately with an independent measuring system. Multiple hardware can be avoided when the position is measured only once, and the positions of the other points on the vehicle or implements are calculated. This is possible if position and attitude are measured, and the spatial vector between the measuring point and the point to be calculated is known. If both points are rigidly coupled, meaning that both points are on the tractor, the vector between these points is constant, and a simple matrix calculation yields the result. If these points are not rigidly coupled, meaning, for example, that one point is on the tractor and the other is on an attached implement, the vector is variable. Additional measurements become necessary to establish the vector between these two points or other principles to calculate the position of the target point must be applied. 2. Data processing and data transfer Position data of any point on the vehicle or implement can be calculated from the position and attitude measured at a measuring point. This calculation can be made by the measuring system (central data processing) or by each system requesting target position data (distributed data processing). 2.1. Distributed data processing The measuring system serves only as an intelligent sensor in the case of distributed data. It measures position and attitude on request, and provides these data without any processing. Characteristics such as frequency and accuracy are determined by the requesting unit. This unit performs all processing to calculate the position. The unit must know the position of the measuring point and all relevant parameters to do this. The advantage of this procedure is that the measuring device can be relatively simple. On the other hand, each requesting unit needs the full capacity to perform this calculation. 2.2. Central data processing The measuring unit is extended by components to calculate the position of target points for any user. This measuring and processing system forms one unit of a so-called position and navigation service (PNS), which provides fi nal position data of any target point. In this case, only one measuring and processing system is necessary even when position data are requested by more than one user. To do so, only the PNS must know all of the relevant parameters for the calculation. H. Speckmann/Computers and Electronics in Agriculture25 (2000) 8710690 2.3. Data transfer A data transfer is necessary no matter where the data are processed. For such a data transfer, a standardized network is appropriate. For agricultural purposes, a BUS for data transfer between mobile units and stationary farm computers exists. The agricultural BUS system (LBS) has been standardized to exchange information between the electronic units (LBS participants or BUS nodes) in a network. The standard defi nes the physical layer of the network, network protocol, system management, data objects and central services for common tasks (Speckmann and Jahns, 1999). The LBS has been standardized as DIN 9684 (DIN, 19891998). Currently, efforts are being made to establish an international standard (Nienhaus, 1993), ISO 11783, for such purposes. Like LBS, ISO 11783 will also defi ne an agri- cultural BUS as an open system to exchange data on agricultural machinery, particularly on tractorimplement combinations and from the mobile units to the stationary farm computer. The standards are based on the controller area network data protocol (CAN; BOSCH, 1991). Corresponding hardware is on the market. In the LBS, data objects are defi ned for the transmission of general position data (geographical positions: longitude, latitude, altitude, or position in a tramline). The standard allows defi nition of additional data objects such as multidimensional distances, directions and speeds. No data objects exist presently in the LBS for geometric implement parameters. ISO 11783 provides, in Part 7 (Implement Mes- sages Application Layer), the fi rst defi nitions of implement navigational offsets. Current standards do not defi ne where which data are processed. Therefore, it is immaterial on which unit the BUS calculates the data for the target point, and which unit or units measure the data. The LBS provides so-called LBS services to execute common tasks. LBS services are functional units, which perform frequently recurring tasks for LBS participants. Such a service is the LBS user station. This is a central interface to the user (operator) for input and output of data which is at the disposal of any node (LBS participant) on the BUS. Another service provides the data exchange between the mobile unit and the stationary computer, the farm computer. Some more services are named in the LBS but not yet stan- dardizedindetail,suchasfordiagnosisservicesortheserviceOrtung und Navigation (position and navigation), which will be discussed in the following as PNS. In Fig. 2, an exemplary simplifi ed scheme of an agricultural network is shown for a tractorsprayer combination. This scheme includes the physical BUS line, which is the backbone of the network. At this BUS, participants suchaselectroniccontrolunits(ECUs)ofthetractorandsprayerare coupled. Additionally, two LBS services are connected on the BUS. One of these services represents the LBS user station. The other is the LBS service position and navigation, with the measuring and processing system for position data. H. Speckmann/Computers and Electronics in Agriculture25 (2000) 8710691 Fig. 2. Scheme of an agricultural network in a tractorsprayer combination. 2.4. Comparison of distributed and central data processing For a distributed data processing, the agricultural BUS, according to DIN 9684 or ISO 11783, defi nes the necessary data exchange between the measuring system and any participant; respectively, any ECU. The question how each ECU gets geometric and kinematic parameters that are necessary to compute position data remains open. Each ECU knows its own parameter from its coupling point to the target point, but it does not know the parameter from the coupling point to the measuring point. These parameters must be provided from other ECUs. None of the standards defi ne corresponding data objects or procedures requesting the data. For distributed data processing, these defi nitions have to be supplemented. Also, for central data processing, all kinematic parameters between the measur- ing point and the target point must be known. In addition, methods are to be defi ned for the use of the central service with regard to the calculation of position data of target points. A position and navigation service requires an extension of the standards, but the following advantages in practical use are essential: ?To determine the position data of a target point, the corresponding ECU has only one dialogue partner in the network. It works independently from the respective network confi guration, delivers only its own parameters and receives only its specifi c position data. ?The PNS receives parameters from all ECUs. It knows all geometric conditions and kinematic parameters of the vehicleimplement combination. Thereby, an unambiguous determination of the position of any target point is possible. H. Speckmann/Computers and Electronics in Agriculture25 (2000) 8710692 ? The standard defi nes the procedures to calculate and present the position data of a target point unambiguously. ?The computing performance to calculate the position data is provided solely by the PNS. No computing capacity is needed for this purpose from the ECUs. As mentioned in the previous section, a service to provide position and naviga- tion data is already planned in the LBS. In the following, a sample solution of a PNS is presented. 3. Proposal for a positioning and navigation service At this time, it should be mentioned that the following description of a PNS is a proposal. It provides a platform for discussion, which may lead to the standard- ization of such a service. 3.1. Main features of a PNS The features of a PNS depend, fi rst of all, on the purpose for which it will be used. From the foregoing, it is clear that position data are measured at one location and used at different locations. The following requirements must be fulfi lled to provide the data needed to guide a vehicle, to control positions of implements and to assist any kind of precision farming: The PNS provides data related to the measurement point(s). The PNS provides data related to the reference point(s). The PNS provides data related to the target point(s). The characteristics of such a service are as follows: 1. The way the data are requested and transmitted is already standardized and defi ned by the LBS (DIN 9684) and will be standardized by ISO 11783. Therefore, it will not be discussed here. In the following, LBS will be used as a standardized agricultural BUS system. 2. The volume, accuracy, frequency and range of the data are determined by the purpose of the data. 3. The hardware and software to fulfi l these demands should not be standardized, but be determined by the manufacturers. 3.2 . Infl uence of the standard on measuring and calculation methods for position data The kinds of measuring systems and methods used to determine position data by the PNS is not in the scope of the standard. Systems based on satellites, machine vision, inertial navigation, geomagnetics or a combination of these may be applied. As a consequence, the manufacturer may determine how to generate the position data as long as he meets the stated requirements and accuracy. H. Speckmann/Computers and Electronics in Agriculture25 (2000) 8710693 3.3. Integration of the PNS into an agricultural BUS system There are some benefi ts of integrating the positioning and navigation service into the LBS, because many characteristics are already defi ned. The LBS already includes the option of a PNS as part of the standard. It allows the realization of a service either as an independent physical unit or as a logical unit inside of another physical unit. The physical properties of the BUS interface and the BUS protocol (DIN 9684, part 2) are defi ned by the standard. For integration of the service into the LBS, the defi nitions of the system functions are decisive (DIN 9684, part 3). They defi ne the performance of the nodes at the LBS. Part 3 also gives the general defi nitions of LBS services. An LBS service forms a point-to-point link with LBS participants. The use of a service by an LBS participant can neither be infl uenced by other users, nor can an LBS participant infl uence links between the service and other participants. All further defi nitions of the PNS are not yet standardized. 3.4. General mode of operation of the PNS For the design of the PNS, the following basic assumptions apply: 1. Each ECU knows only its parameters, meaning coordinates and numbers of referencepoints,targetpoints,positionsofcouplings,vehicletypesor wheelbases. 2. Only the ECU can defi ne necessary time intervals, accuracy and resolution for position data, depending on the working conditions. 3. Each ECU can get different position data at arbitrary times. 4. Parameters and the way of calculating and providing position data will be defi ned before the working processes of the fi eld machinery are started. 5. The PNS provides a library of procedures to calculate position data for standard implement and vehicle types. 6. Position data are provided automatically (cyclically) or on demand. To meet these requirements, the service provides the tools, and the ECUs determine how and which tools are used. This means they defi ne one or several task(s). Such a task basically represents a list that includes commands to activate the specifi c tools. These tasks are sent to the PNS, which subsequently performs these tasks. Different tasks of one ECU are executed independently of each other. Fig. 3 illustrates the data transfer between the PNS and one ECU. It also shows the main parts of the PNS. The tools of the PNS include the system for measuring the position and attitude data of the measuring point, and a library of methods to process these data. Methods exist: ?to calculate position data (position methods); ?to calculate mean, maximum, minimum and integral values of position data (arithmetic methods); ?to export and import data (transport methods); ?to send data to the ECU (transmission methods); and ?to control the data processing (data control methods). H. Speckmann/Computers and Electronics in Agriculture25 (2000) 871069
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