旋转式水稻钵苗移栽机构的设计
摘要
关键词：价值工程，旋转式水稻钵苗移栽机构，层次分析法
目 录
第1章 绪论 . .................................................................................................................................... 3
1.1选题背景及意义 . ............................................................................................................... 3
1.2研究内容及方法 . ............................................................................................................... 4
第2章 机械产品设计一般方法 . .................................................................................................... 5
2.1机械产品设计的一般流程 . ............................................................................................... 5
2.2价值工程在机械产品设计中的应用 . ............................................................................... 5
第3章 旋转式水稻钵苗移栽机构的设计方案 . ............................................................................ 7
3.1旋转式水稻钵苗移栽机构工作原理 . ............................................................................... 7
3.2 电机选择 . .......................................................................................................................... 7
3.3传动机构设计 . ................................................................................................................... 7
第4章 旋转式水稻钵苗移栽机构设计方案评价 . ........................................................................ 9
3.4层次分析法和专家打分法 . ............................................................................................... 9
3.4设计方案评价 . ................................................................................................................... 9
第5章 总结 . .................................................................................................................................... 9
参考文献：..................................................................................................................................... 10
第1章 绪论
1.1选题背景及意义
水稻是我国主要粮食作物，在粮食安全中占有极其重要的地位。目前，全国耕地不断减少，人口规模不断扩大，提高水稻生产能力，特别是提高单产，对保障粮食安全供应至关重要。然而，我国水稻机械化种植水平还很低，目前的农业综合机械化水平只有 48%，其中以机插秧水平最为薄弱，约为20%。而美国、意大利、日本、韩国的水稻生产机械化水平均已达到 97%以上，实现了水稻生产全程机械化。面对这一现状，农业部指出，力争到 2015 年水稻种植机械化水平达到 45％。2011 年中央农村工作会议指出：必须毫不放松抓好农业生产，切实保障主要农产品有效供给，稳定发展粮食生产是明年“三农”工作的首要任务，要确保稳住粮食播种面积，努力提高单产。目前水稻机械化种植方式主要有直播、毯状苗插秧和钵苗移栽。水稻直播技术省工时省成本，与移栽相比生育期短，适合大规模田间作业（如美国和澳大利亚航空播种），有利于发展集约化生产。缺点是直播田与插秧田相比，对本田整地质量要求高；对气候要求高，不适合北方寒地种植；成苗率低、草害重、易倒伏三大难题一直没有合理解决，导致产量不稳。目前插秧种植方式应用最为广泛，育秧-插秧-收获体系成熟，作业效率高、效果好，缺点是伤害秧苗根系，缓苗期偏长，生产潜力得不到完全发挥。水稻钵苗移栽技术经过多年试验研究，结果表明：移栽时不伤秧；秧苗带有钵内营养成分，扎根快，无缓苗期；较插秧相比，采用钵苗移栽技术可使秧苗提早 5-7 天分蘖，有效分蘖增加 20%，平均增产 10%-20%。可见，发展和推广水稻钵苗移栽技术能有效提高我国水稻生产能力。目前实现钵苗移栽的方式以抛秧为主，但是抛秧不能保证株距和行距，作业效果容易受天气条件影响，所以当务之急就是要发明高效、稳定、可靠的水稻钵苗移栽机构。
国外欧美地区的水稻种植方式主要是直播方式，钵苗移栽技术主要应用在花卉、烟草、蔬菜等经济作物，很少有水稻钵苗移栽机构的研究。亚洲地区的水稻以育秧移栽为主，关于移栽机械的研究也以日本最为先进，例如，顶出式钵苗移栽机、钵苗摆栽机、双曲柄钵苗移栽机等都在日本得到广泛的应用。
国内从20世纪90年代开始推广水稻钵苗移栽技术，我国在这方面的研究主要是依据两条路线：一是成套引进水稻钵苗移栽机械，二是高校或科研机构自行研制。国内自行研制的有序水稻抛秧机械有 2ZPY 水稻系列抛秧机和 2SP-10型水稻抛秧机，抛秧机效率较高，大概是人工插秧的20倍。
1.2研究内容及方法
本文的主要内容是首先介绍机械产品的一般设计方法，接着按照机械产品的市场分析、明确产品的功能目标并对其做价值工程分析、方案设计、技术设计。在第三章我们对旋转式水稻钵苗移栽机构的工作原理进行分析，总结了旋转式水稻钵苗移栽机构电机选择的原则同时对传动机构包括主轴等传动机构做了详尽的设计说明，最后运用层次分析法和专家打分法对我们的设计方案做出评价。这种方法按照动力系统、传动系统、支撑装置和操作装置四种不同组成部分的相对重要性做出排序，给我们清洗机的机构设计提供了很好的参考基础。 文章用到的方法有：
理论探索，通过对机械产品设计一般理论的探索分析得到蔬菜清洗机的方案设计思路。
层次分析法和专家打分法，定性与定量结合，合理有效的对蔬菜清洗机的设计方案作出评价
第2章 机械产品设计一般方法
2.1机械产品设计的一般流程
1、市场需求分析
在这个阶段，我们要明确我们的市场需要大小，考量或预测本机械产品将来的市场占用率等。另外，关于这些产品的市场定位及推出产品的时机还要慎重的考虑。
2、明确产品的功能目标
主要是做到知己知彼，关键是产品要有特色，功能上要尽量达到人无我有，人有我新。
3、方案设计
设计成败的关键，主要是要体现产品的创新能力和意识，主要有以下几个步骤：
（1）产品功能分析 主要分析产品功能实现的可能性，确定设计参数。
（2）提出设计方案 该过程的重点是：一是分别对原动机、传动部分及执行机构等分别提出可行的方案；二是对原动机、传动部分及执行机构进行有机整合；三是在前面两个过程中要明确各部分选用的工作原理，遵循简单实用原则，尽量选择成熟技术。
4、技术设计
这个就是具体的设计了，主要包括机构设计、机构的协调设计、结构设计、总装设计、制造样机。
2.2价值工程在机械产品设计中的应用
价值工程师20世纪40年代最先由劳伦斯•戴罗斯•麦尔斯开创，是指以最低的成本费用实现一定的必要功能，而致力于功能分析的有组织的活动。其目标是以最低的成本，可靠地实现产品或服务的必要功能，可以用公式 F C 表示。 这其中，功能的概念指产品或者产品的作用能够满足人们某种需求的一种属性，它包括质和量的两个方面进行考量，其中质的考量主要是从功能的项目或内容的角度进行，而量的考量主要是从每种功能所能够满足人需求达到的程度来进行的。如果从用户对功能需求的角度来分类，产品的功能又可以分为必要功能以及不必要功能。必要功能是指对用户来讲，需要并承认的功能；而不必要功能指对用户来讲，不需要甚至不承认的功能。如果从功能的重要程度来进行分类，我们产品的功能又可以分为基本功能以及辅助功能。其中，基本功能是指对用户来讲，为了达到工作的效用所不能缺少的一类功能，它对于产品而言是存在的前提条件，也是用户真正购买产品的原因。而辅助功能又可以称为二次功能，它对用户来讲，是为良好地实现基本功能而加上去的一类功能，从重要性程度来分析，它是次要的、辅助性的。
成本的概念是指指产品的全寿命周期的费用。至于全寿命周期则是指我们用户从购买产品的这一时刻开始，直到产品的寿命结束那一阶段的全部时间。而全
寿命周期费用则是指在这一周期内，所有为实现产品功能而所花费的全部费用。其中，产品的全寿命周期是指产品从最初的产品设计、产品制造、产品销售、产品使用、产品维修到产品报废的整个生命周期。
价值的概念，它是描述产品功能的实现程度与产品全寿命周期费用之间比例关系的量值，是功能与成本的直接综合反映。通常，按价值工程分析，认为如果是按照用户的需求，能够以最低的全寿命周期费用实现产品的必要功能，则认为产品的价值最大。
产品的价值由产品的功能和产品的费用两个因素决定，对于机械产品提高他们价值的途径主要有：
１如果产品的成本不变，而产品的功能提高，则产品的价值提高。根据调查研究，新产品的开发多数是向美化或者成套化方向进行发展。所谓的美化，是指产品在作为一种消费品为人提供服务的同时它又属于一件艺术品，会给人以美一样的享受。例如，彩色新颖的摩托车、又或者造型美观的家用电器等等。而所谓的成套化，是指产品的成套生产以及销售，它可以给用户带来巨大的便利。例如，成套的室内的组装家具等等。
２如果产品的成本下降，而产品的功能不变，则产品的价值提高。对于这一类有，产品发展的微型化。产品微型化的结果不仅使产品的功能不变，而且产品的体积变小，同时重量减轻，成本下降。例如，我们的电子计算机、电子仪器、手机等一些产品。同时，产品向节能化、标准化方向的发展也会创造出这样的结果。
３如果产品的成本有所提高，而产品的功能大幅度提高，则产品的价值提高。对于产品的多能化发展是属于这一类的价值提高方式。对于所谓的多能化，实际上是指增加产品的用途，是产品能够做到一机多能、或者一物多用的现象。例如，我们的多功能组合的机床等等。
４如果产品的成本大幅度下降，而产品的功能略有下降，则产品的价值提高。由于产品向低值易耗化方向发展时，因为许多产品是具有一次性的性质的，所以，我们把坏了的产品就扔掉，这样可以免受产品使用寿命等因素的相关限制。同时，我们采用价格低廉的材料和节约产品的维修费用，这样就大大地降低了使用成本。
５如果产品的成本下降，而产品的功能提高，则产品的价值提高。当然，这是我们的最理想的情况。因为随着科学技术的快速发展，不断会有新的工艺、新的材料产生，这为新产品的研发提供了一个广阔的前景。其中，塑料替代金属材料的例子，以及废物的综合利用都是现实生活中很典型的例子，值得学习和参考。
第3章 旋转式水稻钵苗移栽机构的设计方案
3.1旋转式水稻钵苗移栽机构工作原理
3.2 电机选择
在机械产品中，电机属于机械产品的动力机构。电动机有交流电机和直流电机，交流电机也分为同步电机和异步电机。对电动机的选择决定我们后续参数的选择，同时我们对其他例如传动机构或者轴的选择也要参照电机的参数。在电动机的参数中，功率这一参数最为重要，当容量小于工作要求时，电机不能保证工作装置的正常工作，或因电机长期过载负荷运转而损坏；容量过大则电机的价格高，能量不能充分利用，且因经常不在满载下运作，其效率和功率因数都较低，
表3-1电机选择标准表 3.3传动机构设计
第4章 旋转式水稻钵苗移栽机构设计方案评价
3.4层次分析法和专家打分法
关于评价的方法多种多样，各有千秋，有主观评价的也有客观分析的。同时，关于是否定性或定量分析也有很大的不同。在系统评价中广泛应用的具体评价方法有专家打分法、费用效益分析法、模糊综合评价法、层次分析法、数据包络分析法和人工神经网络法等。本文章中用到的主要有层次分析法和专家打分法。 层次分析法首先将系统分解为目标、准则、方案三个层级，在每一个层次我们都按照准则进行两两元素之间的比较，并且按照标度量化表量化形成判断矩阵，接着计算判断矩阵的最大特征值以及相应的正交化特征向量，对权向量做一致性检验，若不通过，继续构造判断矩阵。这样就得出了元素对该准则的权重。在此基础上，可以计算出多层次元素对目标准则的比重，也就是说层次分析法是在比原问题简单得多的层次上进行分析、比较量化、单排序，最终再逐级综合（总排序），最后得到所需问题的解。
专家打分法是一种匿名的专家评审方法，客观的对专家打分的数据进行整理、统计、分析和归纳，得出一种对目标具有重大参考价值的结果。
3.4设计方案评价
第5章 总结
参考文献：
[1]
[2]
[3]
[4]卢卓. 基于价值工程的机械产品设计方案评价的研究[D ]. 华南理工大学硕士学位论文，2013年5月.
[5] 袁锋. 面向需求的机械产品原理方案创新设计关键技术研究[D ]. 天津工业大学硕士学位论文，2006年6月.
旋转式水稻钵苗移栽机构的设计
摘要
关键词：价值工程，旋转式水稻钵苗移栽机构，层次分析法
目 录
第1章 绪论 . .................................................................................................................................... 3
1.1选题背景及意义 . ............................................................................................................... 3
1.2研究内容及方法 . ............................................................................................................... 4
第2章 机械产品设计一般方法 . .................................................................................................... 5
2.1机械产品设计的一般流程 . ............................................................................................... 5
2.2价值工程在机械产品设计中的应用 . ............................................................................... 5
第3章 旋转式水稻钵苗移栽机构的设计方案 . ............................................................................ 7
3.1旋转式水稻钵苗移栽机构工作原理 . ............................................................................... 7
3.2 电机选择 . .......................................................................................................................... 7
3.3传动机构设计 . ................................................................................................................... 7
第4章 旋转式水稻钵苗移栽机构设计方案评价 . ........................................................................ 9
3.4层次分析法和专家打分法 . ............................................................................................... 9
3.4设计方案评价 . ................................................................................................................... 9
第5章 总结 . .................................................................................................................................... 9
参考文献：..................................................................................................................................... 10
第1章 绪论
1.1选题背景及意义
水稻是我国主要粮食作物，在粮食安全中占有极其重要的地位。目前，全国耕地不断减少，人口规模不断扩大，提高水稻生产能力，特别是提高单产，对保障粮食安全供应至关重要。然而，我国水稻机械化种植水平还很低，目前的农业综合机械化水平只有 48%，其中以机插秧水平最为薄弱，约为20%。而美国、意大利、日本、韩国的水稻生产机械化水平均已达到 97%以上，实现了水稻生产全程机械化。面对这一现状，农业部指出，力争到 2015 年水稻种植机械化水平达到 45％。2011 年中央农村工作会议指出：必须毫不放松抓好农业生产，切实保障主要农产品有效供给，稳定发展粮食生产是明年“三农”工作的首要任务，要确保稳住粮食播种面积，努力提高单产。目前水稻机械化种植方式主要有直播、毯状苗插秧和钵苗移栽。水稻直播技术省工时省成本，与移栽相比生育期短，适合大规模田间作业（如美国和澳大利亚航空播种），有利于发展集约化生产。缺点是直播田与插秧田相比，对本田整地质量要求高；对气候要求高，不适合北方寒地种植；成苗率低、草害重、易倒伏三大难题一直没有合理解决，导致产量不稳。目前插秧种植方式应用最为广泛，育秧-插秧-收获体系成熟，作业效率高、效果好，缺点是伤害秧苗根系，缓苗期偏长，生产潜力得不到完全发挥。水稻钵苗移栽技术经过多年试验研究，结果表明：移栽时不伤秧；秧苗带有钵内营养成分，扎根快，无缓苗期；较插秧相比，采用钵苗移栽技术可使秧苗提早 5-7 天分蘖，有效分蘖增加 20%，平均增产 10%-20%。可见，发展和推广水稻钵苗移栽技术能有效提高我国水稻生产能力。目前实现钵苗移栽的方式以抛秧为主，但是抛秧不能保证株距和行距，作业效果容易受天气条件影响，所以当务之急就是要发明高效、稳定、可靠的水稻钵苗移栽机构。
国外欧美地区的水稻种植方式主要是直播方式，钵苗移栽技术主要应用在花卉、烟草、蔬菜等经济作物，很少有水稻钵苗移栽机构的研究。亚洲地区的水稻以育秧移栽为主，关于移栽机械的研究也以日本最为先进，例如，顶出式钵苗移栽机、钵苗摆栽机、双曲柄钵苗移栽机等都在日本得到广泛的应用。
国内从20世纪90年代开始推广水稻钵苗移栽技术，我国在这方面的研究主要是依据两条路线：一是成套引进水稻钵苗移栽机械，二是高校或科研机构自行研制。国内自行研制的有序水稻抛秧机械有 2ZPY 水稻系列抛秧机和 2SP-10型水稻抛秧机，抛秧机效率较高，大概是人工插秧的20倍。
1.2研究内容及方法
本文的主要内容是首先介绍机械产品的一般设计方法，接着按照机械产品的市场分析、明确产品的功能目标并对其做价值工程分析、方案设计、技术设计。在第三章我们对旋转式水稻钵苗移栽机构的工作原理进行分析，总结了旋转式水稻钵苗移栽机构电机选择的原则同时对传动机构包括主轴等传动机构做了详尽的设计说明，最后运用层次分析法和专家打分法对我们的设计方案做出评价。这种方法按照动力系统、传动系统、支撑装置和操作装置四种不同组成部分的相对重要性做出排序，给我们清洗机的机构设计提供了很好的参考基础。 文章用到的方法有：
理论探索，通过对机械产品设计一般理论的探索分析得到蔬菜清洗机的方案设计思路。
层次分析法和专家打分法，定性与定量结合，合理有效的对蔬菜清洗机的设计方案作出评价
第2章 机械产品设计一般方法
2.1机械产品设计的一般流程
1、市场需求分析
在这个阶段，我们要明确我们的市场需要大小，考量或预测本机械产品将来的市场占用率等。另外，关于这些产品的市场定位及推出产品的时机还要慎重的考虑。
2、明确产品的功能目标
主要是做到知己知彼，关键是产品要有特色，功能上要尽量达到人无我有，人有我新。
3、方案设计
设计成败的关键，主要是要体现产品的创新能力和意识，主要有以下几个步骤：
（1）产品功能分析 主要分析产品功能实现的可能性，确定设计参数。
（2）提出设计方案 该过程的重点是：一是分别对原动机、传动部分及执行机构等分别提出可行的方案；二是对原动机、传动部分及执行机构进行有机整合；三是在前面两个过程中要明确各部分选用的工作原理，遵循简单实用原则，尽量选择成熟技术。
4、技术设计
这个就是具体的设计了，主要包括机构设计、机构的协调设计、结构设计、总装设计、制造样机。
2.2价值工程在机械产品设计中的应用
价值工程师20世纪40年代最先由劳伦斯•戴罗斯•麦尔斯开创，是指以最低的成本费用实现一定的必要功能，而致力于功能分析的有组织的活动。其目标是以最低的成本，可靠地实现产品或服务的必要功能，可以用公式 F C 表示。 这其中，功能的概念指产品或者产品的作用能够满足人们某种需求的一种属性，它包括质和量的两个方面进行考量，其中质的考量主要是从功能的项目或内容的角度进行，而量的考量主要是从每种功能所能够满足人需求达到的程度来进行的。如果从用户对功能需求的角度来分类，产品的功能又可以分为必要功能以及不必要功能。必要功能是指对用户来讲，需要并承认的功能；而不必要功能指对用户来讲，不需要甚至不承认的功能。如果从功能的重要程度来进行分类，我们产品的功能又可以分为基本功能以及辅助功能。其中，基本功能是指对用户来讲，为了达到工作的效用所不能缺少的一类功能，它对于产品而言是存在的前提条件，也是用户真正购买产品的原因。而辅助功能又可以称为二次功能，它对用户来讲，是为良好地实现基本功能而加上去的一类功能，从重要性程度来分析，它是次要的、辅助性的。
成本的概念是指指产品的全寿命周期的费用。至于全寿命周期则是指我们用户从购买产品的这一时刻开始，直到产品的寿命结束那一阶段的全部时间。而全
寿命周期费用则是指在这一周期内，所有为实现产品功能而所花费的全部费用。其中，产品的全寿命周期是指产品从最初的产品设计、产品制造、产品销售、产品使用、产品维修到产品报废的整个生命周期。
价值的概念，它是描述产品功能的实现程度与产品全寿命周期费用之间比例关系的量值，是功能与成本的直接综合反映。通常，按价值工程分析，认为如果是按照用户的需求，能够以最低的全寿命周期费用实现产品的必要功能，则认为产品的价值最大。
产品的价值由产品的功能和产品的费用两个因素决定，对于机械产品提高他们价值的途径主要有：
１如果产品的成本不变，而产品的功能提高，则产品的价值提高。根据调查研究，新产品的开发多数是向美化或者成套化方向进行发展。所谓的美化，是指产品在作为一种消费品为人提供服务的同时它又属于一件艺术品，会给人以美一样的享受。例如，彩色新颖的摩托车、又或者造型美观的家用电器等等。而所谓的成套化，是指产品的成套生产以及销售，它可以给用户带来巨大的便利。例如，成套的室内的组装家具等等。
２如果产品的成本下降，而产品的功能不变，则产品的价值提高。对于这一类有，产品发展的微型化。产品微型化的结果不仅使产品的功能不变，而且产品的体积变小，同时重量减轻，成本下降。例如，我们的电子计算机、电子仪器、手机等一些产品。同时，产品向节能化、标准化方向的发展也会创造出这样的结果。
３如果产品的成本有所提高，而产品的功能大幅度提高，则产品的价值提高。对于产品的多能化发展是属于这一类的价值提高方式。对于所谓的多能化，实际上是指增加产品的用途，是产品能够做到一机多能、或者一物多用的现象。例如，我们的多功能组合的机床等等。
４如果产品的成本大幅度下降，而产品的功能略有下降，则产品的价值提高。由于产品向低值易耗化方向发展时，因为许多产品是具有一次性的性质的，所以，我们把坏了的产品就扔掉，这样可以免受产品使用寿命等因素的相关限制。同时，我们采用价格低廉的材料和节约产品的维修费用，这样就大大地降低了使用成本。
５如果产品的成本下降，而产品的功能提高，则产品的价值提高。当然，这是我们的最理想的情况。因为随着科学技术的快速发展，不断会有新的工艺、新的材料产生，这为新产品的研发提供了一个广阔的前景。其中，塑料替代金属材料的例子，以及废物的综合利用都是现实生活中很典型的例子，值得学习和参考。
第3章 旋转式水稻钵苗移栽机构的设计方案
3.1旋转式水稻钵苗移栽机构工作原理
3.2 电机选择
在机械产品中，电机属于机械产品的动力机构。电动机有交流电机和直流电机，交流电机也分为同步电机和异步电机。对电动机的选择决定我们后续参数的选择，同时我们对其他例如传动机构或者轴的选择也要参照电机的参数。在电动机的参数中，功率这一参数最为重要，当容量小于工作要求时，电机不能保证工作装置的正常工作，或因电机长期过载负荷运转而损坏；容量过大则电机的价格高，能量不能充分利用，且因经常不在满载下运作，其效率和功率因数都较低，
表3-1电机选择标准表 3.3传动机构设计
第4章 旋转式水稻钵苗移栽机构设计方案评价
3.4层次分析法和专家打分法
关于评价的方法多种多样，各有千秋，有主观评价的也有客观分析的。同时，关于是否定性或定量分析也有很大的不同。在系统评价中广泛应用的具体评价方法有专家打分法、费用效益分析法、模糊综合评价法、层次分析法、数据包络分析法和人工神经网络法等。本文章中用到的主要有层次分析法和专家打分法。 层次分析法首先将系统分解为目标、准则、方案三个层级，在每一个层次我们都按照准则进行两两元素之间的比较，并且按照标度量化表量化形成判断矩阵，接着计算判断矩阵的最大特征值以及相应的正交化特征向量，对权向量做一致性检验，若不通过，继续构造判断矩阵。这样就得出了元素对该准则的权重。在此基础上，可以计算出多层次元素对目标准则的比重，也就是说层次分析法是在比原问题简单得多的层次上进行分析、比较量化、单排序，最终再逐级综合（总排序），最后得到所需问题的解。
专家打分法是一种匿名的专家评审方法，客观的对专家打分的数据进行整理、统计、分析和归纳，得出一种对目标具有重大参考价值的结果。
3.4设计方案评价
第5章 总结
参考文献：
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[4]卢卓. 基于价值工程的机械产品设计方案评价的研究[D ]. 华南理工大学硕士学位论文，2013年5月.
[5] 袁锋. 面向需求的机械产品原理方案创新设计关键技术研究[D ]. 天津工业大学硕士学位论文，2006年6月.