新型温室除雪机

“大学生创新创业训练计划”项目申请表（创新训练项目）项目名称：新型温室除雪机负责人：刘禹含院系名称：机械工程学院专业班级：机电10-2班联系电话：[phone]填表日期：2012/9/2辽宁工程技术大学校团委、教务处、科学技术处、学生处制填表须知一、项目申请表要按照《辽宁工程技术大学大学生创新创业训练计划项目管理办法》和《辽宁工程技术大学大学生创新创业训练计划项目实施方案》的相关要求，逐项认真填写，填写内容必须实事求是，表达明确严谨。二、项目申请表填写内容应言简意赅，思路清晰，论证充分，字迹清楚，一律用计算机输入打印，填写中如栏目篇幅不够，可自行加页。表格中正文字体应为小四号宋体，22磅行距，需签字部分由相关人员以黑色钢笔或水笔签名。三、项目申请表由项目负责人填写，并需项目负责人所在单位领导审核，签署明确意见，再由院（系）评审汇总后统一上报学校大学生创新创业训练计划项目办公室。四、本申请表一式两份，均用A4纸双面打印，于左侧装订成册。五、填表如有不明事宜，请与大学生创新创业训练计划项目办公室联系，电话3350064。项目名称新型温室除雪机研究起止时间2012年9月至2013年9月申请经费10000元负责人姓名刘禹含院系班级机械学院机电10-2上一学年加权成绩78学号1007210110联系电话[e-mail]团队成员姓名学号院系班级上一学年加权成绩联系电话E-mail张凤嘉1007100322机械[e-mail]詹广强1107060229机电[e-mail]吕坤1107100618机械11—[e-mail]指导教师姓名郝志勇院系机械学院职称/学位讲师[e-mail]联系电话[phone]立项依据（项目背景及研究现状500字以内）一、项目背景在我国北方地区，尤其是东北部，冬季温室积雪影响屋面的透光性和保温性，不利于喜阳植物的生长，且影响温室的总体强度和刚度。目前农业温室除雪多为手工作业，据相关数据显示，对于一个150m长的温室，除雪工作需要5个人花费3-4h才能完成。除雪时间较长，不仅会造成其他屋面积雪清扫的延迟，还会影响到温室草帘的快速卷起，减少了农作物正常的光照时间，影响农作物生长。更重要的是白天光照时间短，会造成晚上棚内温度继续降低，蔬菜生长缓慢或有被冻死的可能，造成直接或间接的经济损失。对于小雪或薄雪，手工作业基本可以应对；若突遇大雪和暴雪，手工清扫积雪，不仅劳动强度大，而且除雪效率低，除雪时间长，如果除雪不及时，温室有被压塌的危险。二、研究现状目前温室屋面除雪有的采用热水融雪管，但是投资和运行费用均比较高；整体输送式温室屋面除雪装置，制造成本较高，不适合多个相邻温室屋面的除雪，不易于推广应用，现有的机械化温室除雪装置是利用空气迅速流动原理进行除雪，存在效率低、噪音大、机械结构复杂等缺点，应用范围有限。针对尚未出现高效的温室除雪装置的现状，设计了一种新型温室除雪机，样机试验效果良好，为温室屋面除雪提供了一种有效的低运行费用除雪设备。项目内容、研究方法、创新点、预期成果（2000字以内）三、项目内容1．功能设计与研究（1）顶部执行机构采用螺旋分布式硬质毛刷，共有5段，每段毛刷固定在各自驱动轴上，轴之间采用联轴器相连，保证动力传递。毛刷支撑架用来支撑毛刷及其驱动轴，毛刷支撑架分为4段，每段之间用销轴连接。每段清扫机构都作用在支持轮上，为了减少对温室屋面的压力，采用6个支撑轮。北方地区冬季温室屋面上都有草帘覆盖，为避免除雪过程中，旋转毛刷卷起草帘，采用压帘杆以防止草帘被卷起；（2）支撑轮材料选用复合橡胶轮，支撑轮上安装压力传感器，通过压力传感器反馈的信息可以使支撑架形状更好地与大棚形状吻合，使除雪面积更大，效果更好；（3）为减轻顶部执行机构重量和降低能耗，毛刷材料选用中等强度的硬质塑料制成，呈细长圆柱状。毛刷轴采用中空钢管，不仅保证了强度和刚度，而且减轻了重量。毛刷支撑架全部采用高强度铝合金制成；（4）底部执行机构采用异形螺旋清扫机构，用于把积雪输送到田间合适位置。（5）为了保证在运行中顶部执行机构不会有过大的振动，在整体支架的关键处安装弹簧，起到减震的作用，保护除雪装置；（6）采用外接动力，可以是液压马达驱动或者柴油机驱动，也可以是电动机驱动，依不同的车体而定，以确保整体灵活性；（7）考虑到是在室外工作，单片机受外界的因素影响较大，所以，本装置的控制系统采用西门子的PLC控制系统。2．结构原理设计与研究（1）整体结构设计研究图1活动安装整机结构简图图2活动安装样机整体模型图3顶部执行机构简图1.液压马达2.毛刷3.毛刷轴4.轴承5.联轴器6.支撑轮7.毛刷支撑架8.连接销9.压帘杆图4底部执行机构总图（2）工作原理的设计与研究1）新型温室除雪机安装在农用行走机械之上，利用车载液压马达驱动顶部执行机构和底部执行机构进行工作。顶部执行机构用于清扫温室屋面积雪，由液压马达驱动毛刷轴旋转，由电动推杆控制顶部机构的工作位置，底部异形螺旋清扫机构由液压马达驱动，利用油缸控制其实际工作位置，并与毛刷同步运动进行积雪清扫工作，并将积雪输送到田间合适位置。整个除雪机操控都在驾驶室内完成。2）由于新型温室除雪机在田间相邻温室之间作业，受实际作业环境限制，因此温室除雪机的高度和宽度等都有明确要求，其具体设计要求：能在田间道路上行驶自如，能将温室顶部积雪清扫干净，并且能使温室底部积雪被搬运到适宜位置；可实现全自动化，操作简便，整个除雪过程一人即可完成。四、研究方法新型温室除雪机的研究方法主要有：系统研究法、虚拟样机设计法、实物样机试验法，具体实现过程如下：（1）系统设计法根据系统原则，考虑机械整体结构，综合研究内部外部和各个子系统之间的相互关系，协调各子系统几间相互作用，使整个系统的功能表现为最佳状态；（2）虚拟样机设计法根据初步设计方案及草图，利用三维设计软件进行各部分结构建模，在软件中进行预装配，三维模型建立完成后，对机械系统进行运动仿真，再根据运动仿真得到的数据，对机械系统进行有限元分析，准确的分析机构的结构强度及动态特性。最后对模型进行优化，预计机械在真实工况下的特征和影响。（3）实物样机试验法根据相似理论，按照一定比例研制一小型样机。冬季雪花暂时用相似材料代替。整个除雪机样机完全按照实际要求进行设计和加工，由于样机空间的限制，其操控在样机中用遥控手柄控制，进行实验，通过样机实际除雪工作，验证理论计算和分析的合理性。五、创新点：（1）功能创新除雪机具有良好的互换性能，可以非常方便的安装到农用行走机械上进行除雪工作，其操控可在驾驶室内完成；（2）结构创新除雪机工作效率较高，驱动系统简单，小型原动机均可满足实际工作需求，采用螺旋分布式硬质毛刷，可大面积的清扫积雪；（3）应用创新通过实际工作和测试各种实验数据，证明该新型温室除雪机除雪效果明显，除雪效率高，并且可以推广应用于工厂厂房，仓库等建筑物屋顶积雪的清扫工作，具有很强的实际应用价值。六、预期成果序号成果名称1研究报告一份2与相关企业合作，投入农业实际应用，解决实际问题3实用新型专利一项4物理样机一个5学术论文两篇项目进度安排1.调研分析2012/9-2012/10调查我国冬季北方地区温室屋面除雪这一农业部门研究的热点问题，收集相关资料，了解现有除雪机械的功能，获得相关设计的数据资料；2012/10-2012/12进行实地考察，了解现阶段农民扫雪工作的相关信息，广泛收集第一手资料，了解温室屋面积雪压塌温室这一问题的具体状况；2.整体功能分析2012/12-2013/1对现有除雪机械进行功能和结构分析，以提供设计所需的工作原理、机械结构设计的基本资料；3.总体方案设计2013/2-2013/3对“新型温室除雪机”进行技术方案讨论，并对功能实现和结构设计，以及工艺技术和经济可行性进行论证；4.总体方案可行性论证2013/3-2013/4在若干技术方案中确定最佳施行方案，对选定方案进行相关论证，并绘制和设计方案实现流程图；5.技术设计2013/4-2013/6设计“新型温室除雪机”的总装配图，并确定“新型温室除雪机”各部分结构，进行三维建模，及相关运动学、力学分析；6.施工设计2013/7-2013/8根据设计需要及实际需求购买原材料，进行加工制作“新型温室除雪机”；7.样机调试试验2013/8-2013/9对装配好的“新型温室除雪机”进行调试试验，并确定最终功能与结构。经费预算与用途经费使用详细项目金额(元)调研考察费1300资料费400原材料购置费2000加工制作费2000论文版面费2000邮寄费100专利申请费1000试验调试费1200合计10000项目指导教师意见本项目根据实际需求，设计一款节省能源，集除雪、扫雪于一体的新型除雪设备，具有很强的应用价值和实际意义。项目立意明确，有广泛的开发空间。在大量的现场考察调研基础之上，查阅有关机械设计的相关资料之后，可以做进一步的改进，使除雪机的整体性能趋于完善。以项目组现有的理论基础和动手实践能力，在指导教师的指导帮助下，能够成功完成本项目。签名：年月日院（系）创新性实验计划工作领导小组意见院系（公章）组长签名：年月日校创新性实验计划工作领导小组意见组长签名：年月日