模块化青贮作物装备设计与研究

本研究首次将创新方法生态设计应用于青贮装备，在提升性能的同时优化了生态效益。该设计方法可为其他农业机械研发提供理论支撑，对推动农机产业绿色高效发展具有重要战略价值。

一、研究背景

随着我国工业持续进步，科技水平显著提升，经济基础日益雄厚，物质条件获得极大改善。然而，在社会高速发展的进程中，日益严峻的生态问题已成为不可回避的挑战。当前，我国农业产业化发展过程中，存在着大量的资源、环境问题，尤其是农业机械部门。农机正朝着规模化、现代化、智能化方向发展，然而，农机生产成本高、能耗高、原料消耗大、效率低，这与国家的生态发展战略不符，也与我国的粮食作物种植模式和家庭消费习惯不相适应。

我国现有青贮机械已能基本满足用户需求，但推广普及进程仍显缓慢。耕地分散与区域发展不均衡是制约农业机械化推进的主要瓶颈。随着农业经济高速发展，农村劳动力加速转移导致劳力短缺问题凸显。中国是一个以山地、丘陵为主的区域，特别是山东省，受自然条件、耕作方式、种植规模、交通设施以及农户收入等因素的影响，中小规模的农业机械并不完备，所以发展背负式农机具有其特有的优越性。

随着我国秸秆资源的开发和利用水平的不断提高，研制适合于我国的青贮收获设备迫在眉睫。我们同时也要从市场和产品生命周期的角度去思考，才能促进行业的健康发展。“十三五”的《国家生态环境规划》对我国的生态环境保护提出了新的要求，即要实现“绿色发展”，打破资源环境制约，提升发展品质。

二、研究内容

（一）基于创新方法的生态设计研究

综合调研法、功能分析法、三角模糊矩阵、生态需求和工程参数之间的映射关系，在此基础上，提出了一种基于 TRIZ 的生态化设计方法。因此，必须走可持续发展之路。

每一种创新方式都有其各自的适用范围和适用范围。通过本课题的研究，将 TRIZ 理论和方法应用于企业研究开发过程中所遇到的技术问题，为我国企业的研究开发和绿色设计提供理论支撑。

TRIZ 理论通过逻辑化和系统化的指导显著缩短设计周期；而传统方法依赖具体情境，采用试错或缺陷分析等方式寻找解决方案。传统方法在简单问题上高效省时，但对复杂问题则难以有效处理，常耗费大量资源。

TRIZ 的三大核心思想是：冲突解决原理、76 个标准解及科学效应。冲突问题分为技术冲突与物理冲突：技术冲突通过冲突矩阵查询发明原理来化解；物理冲突则借助分离原理对应的发明原理解决[1]。

应用 76 个标准解时，需先将实际问题转化为系统功能模型，再通过 TRIZ工具将实际解转换为TRIZ 解，最终建立物质场问题模型。

（二）基于创新方法的青贮装备生态设计

本课题针对秸秆在收获和运输过程中易损失的难题，提出一种“切碎 - 破碎 - 打包 - 覆膜”一体化的青贮装备，为提升秸秆青贮利用效率，降低其运营成本，推动其在我国的推广和应用，提升其综合实用性和适用性，极大提高农民对青贮作物装备的使用率。

1. 利用已有设备，制作集切割、粉碎、打捆和包膜于一体的中、小型、模块化青贮收获装备。应用基于创新方法的生态设计流程对整机进行布局设计，并确定整机的工作参数，提出了一种适用于不同机型拖拉机的可调整的生态设计机构。

2. 确定打捆装置的打捆方式和工作原理

研发即可以一体化使用又可以单独使用的青贮装备打捆装置 [2]，同时确定该装备整机的工作参数等关键构件的生态学设计。其次，对打捆装置的开关仓机构、缓冲机构和液压马达进行设计计算。

为最大限度压缩整机为节约场地和最小的转弯半径，拖拉机采用大前轮、竖向切削平台、拖拉机后驱动；所述包膜装置安装于所述拖拉机的引擎盖上；覆膜装置设于牵引车前部；在此基础上，根据所需的设备，对机床的空间布局进行了准确的计算。

根据动态生成的原理，将机械收割过程中的设备分成若干个相关的模块，每个模块在满足设计要求的同时，还应考虑到拆装的方便性，从而达到自动化的装配和定位。捆扎器的机架采用可调节的柔性机构，适用于大部分的拖拉机；为方便各个功能模块的拆卸和拆卸，本机支架采用了高度调节的提升系统。

（三）青贮装备生态性能设计分析

采用模拟分析、实验设计、打分评价等相关方法，比较优化前后各系统的性能和生态指标，并对其进行评价。绘制样机图纸并完成样机制作与测试，检验整机及关键模块的运行状态，确认样机主要技术参数是否达到预定指标。

虚拟装配技术作为虚拟制造的核心技术之一，依托产品的三维数字模型，结合 VR 技术构建虚拟环境，使设计人员能够借助外部设备在虚拟环境中执行装配操作 [3]。Unity3D 软件提供交互式图形化开发环境，可利用三维模型模拟装备装配场景，构建需要的虚拟装配环境。

Unity3D 软件提供交互式图形化开发环境，可利用三维模型模拟装备装配场景，构建需要的虚拟装配环境。以计算机和鼠标作为装配交互设备，通过操作鼠标控制青贮机械的功能模块进行位置移动，验证青贮作物收获装备模块化设计具有良好的装配性能。[3]

结语

随着畜牧业的快速发展，青贮饲料的需求日益增长。目前，市场上对于小型、便捷且高效的青贮作物收获装备存在较大需求。本背负式青贮作物收获装备具有独特优势，其小巧灵活，适用于中小规模养殖场和农户的青贮作物收割。同时，设计中的人性化背负系统和高效工作部件，能吸引大量个体农户和小型养殖户。预计在国内青贮作物种植集中且小型经营主体较多的地区，如华北、东北等地，将有广阔的市场空间。而且，在国际市场上，发展中国家的农业机械化程度正逐步提高，对于此类性价比高、操作简便的收获装备也会有较大的需求，市场潜力可观。

背负式青贮作物收获装备的购置成本和使用成本更低，有助于降低农户的生产投入。通过优化设计，背负式装备可以在短时间内完成大面积的青贮作物收获作业，显著提升劳动生产率。高效的收获方式不仅减少了作物损失，还能保证青贮饲料的质量，从而提高产品的市场价值，增加农户的经济收入。

背负式青贮作物收获装备的研发、生产和销售将带动相关产业链的发展，创造更多的就业机会。采用环保材料和技术，减少作业过程中产生的噪音和污染，有利于保护生态环境。

模块化背负式青贮作物收获装备凭借其独特的优势，在市场上具有广阔的发展前景。通过产业化推广应用，不仅可以带来显著的经济效益和社会效益，还有助于推动农业可持续发展，实现环境友好型社会的目标。因此，加大对该类装备研发的支持力度，加快其市场化进程，对于促进我国乃至全球农业现代化具有重要意义。

参考文献

[1]王建强. 基于创新方法的青贮装备生态设计[D]. 济南大学,2019.

[2] 李艳涛 . 基于破坏性创新理论的青贮机打捆装置优化设计 [D]. 济南大学 ,2022.

[3] 陈梦佳 . 基于功能流模型的青贮机械自组合模块化设计 [D]. 济南大学 ,2020.