孫芊芊， 王 鵬， 王洪波， 圖 雅，侯迎旭

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特010018；2.內(nèi)蒙古師范大學(xué)國際現(xiàn)代設(shè)計藝術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特010022）

1 研究背景

隨著我國農(nóng)業(yè)的深入發(fā)展，農(nóng)業(yè)機械設(shè)備領(lǐng)域的發(fā)展和需求也向現(xiàn)代化方向邁進。市場對于農(nóng)業(yè)機械的需求不再局限于使用價值，農(nóng)機新穎的外觀造型也成為了銷售的一個重要指標(biāo)。我國目前自主生產(chǎn)的圓捆機主要考慮性能和結(jié)構(gòu)，外部蓋件的設(shè)計“包裹內(nèi)部結(jié)構(gòu)”即可，忽視造型與使用功能之間的關(guān)系，忽視產(chǎn)品—人—環(huán)境間的協(xié)調(diào)發(fā)展[1]。 因而捆草機給人造型簡陋、生硬冰冷、缺少審美性的印象，嚴(yán)重影響到產(chǎn)品的等級，削弱市場競爭力。

1.1 國外產(chǎn)品造型分析

國外的方捆機廠商有克拉斯、芬特、約翰迪爾、紐荷蘭、科羅尼、庫恩等[2]。 造型新穎、顏色搭配鮮明、企業(yè)視覺識別基因明確。 適應(yīng)國外農(nóng)場大型化、集中化的特點。 國外生產(chǎn)機具大多都是大圓捆機， 型體龐大， 造型偏體量感，價格昂貴，國內(nèi)市場不具備廣泛接受度。

1.2 國內(nèi)產(chǎn)品造型分析

我國的圓捆機生產(chǎn)廠家及品牌有上海世達爾、華德、雷沃、伊諾羅斯、中聯(lián)重科等。 結(jié)合中國耕地分配特色，多采用小圓捆，市場占有率高[3]。 目前來看造型設(shè)計同質(zhì)化，模仿痕跡重，亟需市場和等級的區(qū)分。 當(dāng)各廠家生產(chǎn)的圓捆機性能一致、價格相當(dāng)時，造型的美觀優(yōu)化更能拉動銷售市場的競爭[4-5]。

2 結(jié)構(gòu)及工作原理分析

2.1 9YG-1.2A 型圓草捆打捆機結(jié)構(gòu)概況

9YG-1.2A 型圓捆機主要有牽引傳動系統(tǒng)、撿拾裝置、喂入機構(gòu)、成捆室、捆繩結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)和卸草器等部分組合而成[6]。 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

2.2 9YG-1.2A 型圓捆機的工作原理

此圓捆機為外纏繞式， 圓捆機的動力來源于拖拉機輸出給牽引傳動系統(tǒng)的動力。圓捆機的前下方有撿拾器，撿拾器里的彈齒旋轉(zhuǎn)會將地面的草條和秸稈撿拾收集、 喂入由多個壓輥滾筒形成圓柱形的打捆室。 草條在打捆室內(nèi)受到離心力的作用，逐漸擠壓形成一個草芯。在不斷喂入草條的條件下鋼輥會旋轉(zhuǎn)帶動草芯越滾越大， 最后形成一個內(nèi)緊外松的圓草捆。同時打繩器進行草捆的打捆工作。打捆機結(jié)束打捆后釋放草捆，通過引導(dǎo)緩沖裝置放置于地面。

圖1 9YG-1.2A 型圓捆機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

本項目的圓捆機造型設(shè)計就是覆蓋在此基體結(jié)構(gòu)之上并符合內(nèi)部機構(gòu)的殼體形態(tài)創(chuàng)新。

3 形態(tài)推演

作為田間作業(yè)的農(nóng)機，造型設(shè)計構(gòu)思在符合功能基礎(chǔ)上要充分考慮和環(huán)境相協(xié)調(diào)。通過工業(yè)設(shè)計的方法對用戶及環(huán)境調(diào)研后，造型最終選取采用仿生設(shè)計形式。 仿生的生物原型也要密切貼合農(nóng)業(yè)和草木，這樣更能突出主題。

3.1 甲殼蟲造型源點

以甲殼蟲的造型元素為設(shè)計源點，甲殼蟲的身體結(jié)構(gòu)是分段式，有節(jié)狀的軀體，體型呈流線化同時兼具力量美感。提取甲殼蟲身體線條特征，確定外殼側(cè)板的初步造型。

3.2 昆蟲翅膀造型源點

昆蟲形體美可借鑒之處很多，節(jié)狀的身體和透明的翅膀作為造型元素設(shè)計元素， 將圓捆機側(cè)殼造型透明化，能更大視角的查看機器內(nèi)部工作狀態(tài)，使作業(yè)者更方便維護與查看機械。

打捆機后殼的造型構(gòu)思推演中，應(yīng)當(dāng)與側(cè)殼形態(tài)風(fēng)格相匹配，使整體有一種層次感和協(xié)調(diào)率。

3.3 草圖構(gòu)思

將昆蟲的特征融入造型構(gòu)思，經(jīng)過推演確定設(shè)計草圖如下。 圓捆機整體造型向前傾斜， 像蓄勢待發(fā)的昆蟲，側(cè)殼向后挑起有一種輕盈感和動勢。 上殼的設(shè)計中加入夸張的線條，流線的美感和力量的美感相穿插，造型的視覺感受更加豐富。 草圖如圖2 所示。

4 方案形成

4.1 色彩方案

色彩設(shè)計是造型可視化最突出部分， 圓捆機的色彩應(yīng)當(dāng)與環(huán)境色相搭配，對作業(yè)者形成正面情緒的引導(dǎo)，突出審美情趣。

選擇北方作為主要的作業(yè)環(huán)境， 基體色與環(huán)境色形成對比， 色彩方案采用明度和純度都較低的墨綠色為機體的主色調(diào)。 綠色有清新、生命的心理學(xué)感受，能夠調(diào)節(jié)作業(yè)者的視覺疲勞和舒緩情緒，提高勞動效率；圓捆機在旱地作業(yè)經(jīng)常與泥土灰塵接觸， 低明度綠色也非常耐臟污，搭配少量明灰色使整機穩(wěn)重中有豐富的感覺，并能夠與環(huán)境相協(xié)調(diào)。 配色方案如圖3 所示。

圖3 配色方案圖

4.2 造型三視圖

9YG-1.2 圓捆機型整體高度為2 200mm，整體寬度為2 150mm，機型長度為3 200m 草捆的出捆直徑為1 200mm，圓捆機的撿拾器寬度設(shè)計為1 600mm。 圓捆機造型如圖4、圖5、圖6 所示。

圖5 圓捆機造型側(cè)視圖

圖6 圓捆機造型正視圖

4.3 造型三維效果圖

機身外殼由4 部分包裹，兩塊側(cè)殼，一塊后殼，一塊上殼。 如圖7、圖8、圖9 所示。

圖7 三維效果軸測圖

圖8 三維效果展開圖

圖9 三維效果爆炸圖

4.4 細節(jié)圖

運用仿生設(shè)計方法，將機體側(cè)蓋設(shè)計了鏤空部分，方便作業(yè)者進行查看維護； 運用人機工程學(xué)方法為機體側(cè)蓋下方設(shè)計了手扣，方便使用者開啟側(cè)蓋；下方側(cè)擋板設(shè)計凹槽美觀大方，設(shè)計高度為400mm，方便操作者抬腳踩踏。 如圖10、圖11 所示。

圖10 側(cè)蓋鏤空細節(jié)圖

圖11 手扣細節(jié)圖

4.5 材料方案

圓捆機機架材料的選取采用方形或者矩形斷面低碳鋼焊接，機架的側(cè)板采用鍍鋅鋼板來制造。

外殼材料使用玻璃鋼附著加強筋。 玻璃鋼是纖維強化塑料，質(zhì)輕且工藝性好。 由于圓捆機整體造型采用曲面化，鋼板不易加工成型，采用玻璃鋼，質(zhì)量輕強度高，可拉伸強度接近甚至超過碳素鋼，而比強度可以與高級合金鋼相比。 玻璃鋼良好的耐腐蝕性、耐熱性以及可設(shè)計性使機械造型有很好的整體性視覺效果呈現(xiàn)。

5 結(jié)語

本項目以9YG-1.2A 型圓草捆打捆機的基體參數(shù)為設(shè)計依據(jù)對打捆機進行造型優(yōu)化。 從工業(yè)設(shè)計的角度對傳統(tǒng)的圓捆機外觀進行改良，通過仿生設(shè)計方法，推演新的、符合大眾審美創(chuàng)新造型；應(yīng)用三維數(shù)字技術(shù)對圓捆機造型進行建模優(yōu)化設(shè)計。

通過上述設(shè)計流程，設(shè)計完成一款美觀舒適的圓捆機創(chuàng)新造型，使操作者在枯燥乏味的工作環(huán)境中，有愉悅的情感體驗，提高工作效率。當(dāng)前中國農(nóng)業(yè)機械銷售市場上，外觀造型也是市場競爭的重要因素之一。 好的造型增加了企業(yè)的銷售額和競爭力， 使企業(yè)有更好的戰(zhàn)略發(fā)展機遇。 運用工業(yè)設(shè)計創(chuàng)新設(shè)計方法，設(shè)計滿足市場需求的圓捆機造型，為國產(chǎn)農(nóng)機走出國門助力[7-8]。