楊 靜

（天水師范學(xué)院 機(jī)電與汽車工程學(xué)院，甘肅 天水 741001）

1 定義總功能

原理方案設(shè)計(jì)是針對(duì)產(chǎn)品的主要功能結(jié)構(gòu)提出原理性的構(gòu)思、探索解決問(wèn)題的物理效應(yīng)和工作原理的過(guò)程，是產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的關(guān)鍵，也就是應(yīng)用系統(tǒng)科學(xué)理論，從產(chǎn)品的功能分析入手，研究產(chǎn)品的功能系統(tǒng)，明確產(chǎn)品的總功能、各子功能以及它們之間的關(guān)系，依據(jù)設(shè)計(jì)要求，探索原理解法，提出創(chuàng)造性方案.[1]該課題在酒花種植基地——甘肅省玉門市下河清農(nóng)場(chǎng)、飲馬農(nóng)場(chǎng)實(shí)地調(diào)查的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了啤酒花收獲機(jī)械的原理方案，設(shè)計(jì)要求如表1.

表1 啤酒花收獲機(jī)械的設(shè)計(jì)要求表

1.1 建立功能結(jié)構(gòu)

產(chǎn)品總功能是表達(dá)輸入量轉(zhuǎn)變成輸出量的能力.總功能的方框是一個(gè)“黑箱”，代表一個(gè)輸入、輸出系統(tǒng)，輸入量、輸出量都為物料、能量、信息.

圖1 啤酒花收獲機(jī)械的黑箱示意圖

在明確啤酒花收獲設(shè)備總功能的基礎(chǔ)上，逐級(jí)向下分解，分解到子功能的要求比較明確為止，以便了解哪些子功能是已有的，可以實(shí)現(xiàn)的，哪些子功能是沒(méi)有的，需要?jiǎng)?chuàng)新設(shè)計(jì)來(lái)完成的.

圖2 啤酒花收獲機(jī)械功能結(jié)構(gòu)圖

綜合國(guó)內(nèi)外大型啤酒花收獲機(jī)械的工作原理，以及參考已投入使用的樣機(jī)，采摘機(jī)的原理大都相同，即：采用喂入輪與輥輪以及輥輪之間的半徑與轉(zhuǎn)速差所產(chǎn)生的機(jī)構(gòu)力實(shí)現(xiàn)酒花的采摘；[2]只是清選機(jī)的原理不同.因此，制定清選機(jī)的各評(píng)價(jià)指標(biāo)如表2所示.

表2 清選機(jī)的評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.2 致功能結(jié)合

將所有子功能結(jié)合起來(lái)，才能實(shí)現(xiàn)總功能，在子功能結(jié)合的過(guò)程中，應(yīng)掌握如下原則：相結(jié)合的子功能的原理解不應(yīng)相互矛盾、相互排斥，應(yīng)彼此相容；原理解結(jié)合后形成的初步設(shè)計(jì)方案應(yīng)是先進(jìn)的、成本低廉的.[3]

表3 啤酒花收獲機(jī)械的功能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

通過(guò)上表，綜合采摘、清選功能，采用系統(tǒng)結(jié)合法，將酒花收獲設(shè)備組成四個(gè)設(shè)計(jì)方案：Ⅰ：A-B1；Ⅱ：A-B2；Ⅲ：A-B3；Ⅳ：A-B4；

通過(guò)對(duì)這四個(gè)方案比較，以及根據(jù)現(xiàn)存的酒花收獲設(shè)備進(jìn)行分析，方案1和方案3的清選方式，主要存在清潔率低的問(wèn)題；方案2用風(fēng)機(jī)清選，存在損失率大的問(wèn)題；方案4采用風(fēng)機(jī)+輸送帶清選，不僅保證了要求達(dá)到的清潔率，而且通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，能在一定程度上減小損失率，因此是較理想的一種清潔方式.以上是對(duì)四種清潔方式定性的描述，下面再對(duì)這四種清潔方式進(jìn)行定量分析.

2 評(píng)價(jià)決策

設(shè)計(jì)過(guò)程是通過(guò)分析、創(chuàng)造和綜合而達(dá)到滿足特定功能目標(biāo)的一種活動(dòng).在這過(guò)程中需要不斷對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行修改，逐步實(shí)現(xiàn)特定的功能目標(biāo).[3]

2.1 重要性系數(shù)（權(quán)系數(shù)）的確定

設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)的內(nèi)容十分豐富，有產(chǎn)品造型評(píng)價(jià)、人機(jī)工程評(píng)價(jià)等，但最主要的還是技術(shù)評(píng)價(jià).圓圈表示目標(biāo)系統(tǒng)，圓圈中左邊的數(shù)字表示：隸屬于同一上級(jí)目標(biāo)的各同級(jí)目標(biāo)之間的相對(duì)重要性系數(shù)，其總和等于1；右邊的數(shù)字表示每一評(píng)價(jià)目標(biāo)在目標(biāo)系統(tǒng)中所居的重要程度，稱為重要性系數(shù)，其值等于該目標(biāo)圓圈左側(cè)數(shù)字與相關(guān)的各上級(jí)目標(biāo)左側(cè)數(shù)字的乘積.[3]

圖3 啤酒花收獲設(shè)備的目標(biāo)系統(tǒng)與重要性系數(shù)

2.2 設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)的確定

由于方案設(shè)計(jì)階段具體化程度較低，因此，在方案評(píng)定的過(guò)程中采用打分制，即：采用5分制評(píng)定.為了避免個(gè)人主觀因素的干擾，采用集體評(píng)分法對(duì)啤酒花收獲機(jī)械的四個(gè)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)合表2、圖3的具體數(shù)值，評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)如表4.

由表4計(jì)算值看出，四種方案的技術(shù)評(píng)價(jià)值均大于0.6，說(shuō)明這四種方案均可行，但第四種方案的值最高，為最佳解.

通過(guò)對(duì)啤酒花清選機(jī)的四個(gè)方案進(jìn)行定性分析與定量評(píng)價(jià)，確定第四種方案為最佳原理解.采用此方案設(shè)計(jì)的酒花清選機(jī)，樣機(jī)已制成，如圖4所示.通過(guò)田間實(shí)驗(yàn)，該設(shè)備效果良好，達(dá)到了預(yù)期的目的.

表4 啤酒花收獲機(jī)械的設(shè)計(jì)方案評(píng)分的確定

圖4 5PZX-600清選機(jī)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

3 結(jié) 論

通過(guò)應(yīng)用現(xiàn)代化的機(jī)械制造裝備業(yè)的設(shè)計(jì)理論和手段，設(shè)計(jì)了一種適用于現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)推廣、使用的農(nóng)業(yè)收獲機(jī)械，該方案的確定從根本上解決了現(xiàn)存啤酒花收獲設(shè)備的難題，即損失率大、清潔率低的難題，把啤酒花收獲機(jī)械的研究提高到了一個(gè)新的平臺(tái)，為今后酒花收獲設(shè)備的研制、生產(chǎn)提供技術(shù)借鑒與參考.

[1]胡靖明.快速腐熟秸稈還田聯(lián)合作業(yè)機(jī)原理方案設(shè)計(jì)[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2011，(6)：23.

[2]關(guān)慧貞.5PZX-350型啤酒花采摘清選機(jī)的研制[J].新疆農(nóng)機(jī)化，2006，(5).

[3]馮正睿.機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)[M].3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.