机械研制（精选9篇）
机械研制 篇1
1 前言
在各类非正常伤亡事故中, 无论在市区内, 还是在野外, 为尽快的找出当事人的死亡原因, 需要公安法医鉴定部门及时、准确的对尸体进行法医鉴定, 以便尽早的为破案提供依据。而颅骨解剖则是常用的法医鉴定手段之一。
目前, 在公安等部门法医解剖人体颅骨一般采用简单的机械行业用工具, 如:手锯、凿子、电锯等。在人体颅骨解剖过程中, 不仅劳动强度大, 需反复翻动尸体, 而且锯切的骨沫、肉沫等四处飞溅, 使环境卫生恶化, 而且工具清洁困难, 容易产生交叉感染;同时锯切颅骨的深度手工难于控制, 极易破坏颅腔, 影响法医鉴定的准确度。因而, 开发研制一种快捷、实用、简易、可携式的人体颅骨法医解剖专用设备具有很现实的意义。
本项目就是应山东某法医鉴定机构的委托, 结合他们的实际需要, 应用典型和先进的机械原理, 经反复论证和实验, 开发研制的一种适合室内或野外人体颅骨解剖的铐式颅骨解剖器。
2 人体颅骨法医解剖专用工具方案探讨
2.1 人体颅骨医学描述和切割运动的初步设想
人体颅骨外型为不规则椭圆形状, 表面凹凸不平, 其外型尺寸和颅骨的厚度也因人而异, 儿童和成人的尺寸也有较大的差异, 据初步统计, 人体颅骨大径尺寸范围为150~190mm。而本课题开发研制的目标要求人体颅骨解剖为环切, 并有一定的深度要求, 人体颅骨环切轨迹的不规则和尺寸范围的过大变化, 使传统的机械圆形切割工具不能满足要求。经反复论证和实验, 借鉴钢管切割的原理, 计划采用一种柔性的手动切割设备, 其最终成型设备结构如图1所示:
2.2 铐式颅骨解剖器结构说明
铐式颅骨解剖器主要由2套柔性滚刀环切装置、铐式颅骨固定器、旋切机构、连接支座等组成。为便于携带和清洁防锈, 主体材料采用了高强度铝合金, 外露面采用硬质阳极氧化抛光处理, 整体重量不超过10Kg。
2.2.1 柔性滚刀环切装置
本解剖器配有2套柔性滚刀环切装置, 对称分布。主要由合金滚刀、导向柱、支撑体、压缩弹簧、星型把手等组成, 其结构如图2所示。合金滚刀由高强度合金工具钢经多次热处理精加工而成, 刃口锋利而不会蹦刃。其工作原理是在弹簧力的作用下, 按照颅骨的不规则轨迹伸缩, 使滚刀紧紧地切入颅骨内, 同时在旋切力的作用下, 完成颅骨环切。
2.2.2 铐式颅骨固定器
该部分结构采用了手铐的原理, 同时结合了人体颅骨的特殊形状变异设计而成。主要由活动铐体、固定铐体、锁紧机构、固定转销等组成, 其结构如图三所示。活动铐体由精钢材料经热处理加工而成, 表面镀硬铬抛光处理, 其外侧尾端在行程范围内加工有倒棘, 在外力和自重的作用下, 使被固定的物体越活动禁锢越紧, 保证了切割位置的相对准确。锁紧机构主要由压缩弹簧、带倒锥的导向柱等组成, 在弹簧力的作用下, 活动铐体只能向紧固的方向 (即图示顺时针方向) 移动, 使被固定的颅骨只能越来越紧, 达到其使用要求;松开颅骨时, 只要提开把手, 克服弹簧力, 使倒锥体离开活动铐体棘爪即可。固定铐体由铝合金材料经精密铸造加工而成, 外表面经硬质阳极氧化抛光处理。
2.2.3 旋切机构
旋切机构实际上为非标设计的轴承, 其主体材料仍采用高强度铝合金, 滚道部分采用了特殊材料喷涂处理, 以增加其刚性、耐摩擦力及自润滑性能。轴承外圈为半矩形框架结构, 由铝合金材料经精密铸造加工而成。2套柔性滚刀环切装置对称固定安装在轴承内圈上, 通过来回转动内圈几周, 带动两把滚刀同步运动, 完成颅骨环切。
2.3 操作描述
为了解铐式颅骨解剖器的实际使用效果, 我亲自参加了法医颅骨解剖全过程。铐式颅骨解剖器在解剖室使用时, 可将其固定在解剖台头端, 使其回转中心与人体中心等高;野外使用时, 与可折叠升降担架配合使用。使用前, 要将铐式颅骨解剖器做整体清洁消毒, 通过旋转柔性滚刀环切装置的星型把手, 使两把滚刀处于最大半径位置。解剖时, 首先将颅骨放入铐式颅骨固定器固定铐体上, 使其需要解剖的位置对准滚刀刃口, 然后扳下活动铐体, 固定颅骨, 反向旋转柔性滚刀环切装置的星型把手, 使两把滚刀处于最小半径位置 (也是空载时最放松位置) , 滚刀紧紧压在颅骨表面上, 然后来回转动轴承内圈几周, 带动两把滚刀同步运动, 完成颅骨环切。
3 结论
目前, 该项目的试制样机正在委托单位使用, 经调研反馈, 使用情况良好, 完全达到了原设计要求, 已申请专利发明, 计划在下一步进行批量生产, 推广使用。
该项目的研制成功, 大大降低了人体颅骨法医解剖人员的劳动强度, 进一步改善了环境卫生, 有效地避免了一般手工解剖的交叉污染, 提高了解剖质量, 同时具有重量轻、易携带、易清洁、不需电源等动力的特点, 在人体颅骨解剖领域必将得到广泛的应用。经不完全统计, 目前国内有独立法医解剖能力的机构上万家, 市场前景良好。因而该项目具有较高的社会效益和经济效益。
参考文献
[1]陈尔瑜.外科及断层影像应用解剖学.第二军医大学出版社.2005.
机械研制 篇2
关键词：马铃薯产业；收获机械；发展现状；对策
中图分类号：S233.73 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）08-0077-02
2016年2月23日出台的《关于推进马铃薯产业开发的指导意见》中明确提出我国将把马铃薯作为主粮进行开发，作为我国种植面积第四大的农作物，其种植面积大有赶超玉米、水稻的趋势。在马铃薯种植面积日益增加的今天，机械设备特别是收获机械设备的应用，对于促进马铃薯产业的进一步扩大和农民收入的进一步提升意义重大。
1 我国马铃薯产业发展现状
我国栽培马铃薯已有400多a的历史，凭借其广泛的用途，其栽种面积已经遍及全国。而其营养丰富、产量高、易长期储存的特点，决定了马铃薯主粮化的道路。目前我国已经研发出一系列的马铃薯深加工技术，进一步拓宽了马铃薯的用途和市场需求。在政府政策的大力支持下，马铃薯成为了促进农民增收、解决“三农”问题、推动地方经济发展的有效手段。
马铃薯对于气候的要求不高，因而主要种植在中西部这些其他主要粮食作物不易生长的地区，以甘肃、内蒙古、贵州、云南的马铃薯种植面积最大，年均种植面积均在50万km2以上。对比国内外马铃薯的单产，仅有西藏和吉林两个地区的马铃薯单产接近国外先进水平，西藏的单产为45 000 kg/hm2，吉林的单产为36 000 kg/hm2，而这两个地区都不是国内种植马铃薯面积最大的地区，甘肃、内蒙、贵州、云南的马铃薯种植单产距离世界先进水平还有较大差距，可以说增产潜力巨大。
早在2007年，我国马铃薯的种植面积就超过566万hm2，总产量超过8 000万t，位居世界马铃薯生产第一。而随着我国马铃薯产业的进一步发展，我国已经成为了亚太地区马铃薯生产、加工和销售的中心。应对新的形势，加快马铃薯机械的研发，是马铃薯产业的发展的硬性要求。
2 我国马铃薯收获机械的研究现状
我国马铃薯收获机械虽然起步较晚，但是发展迅速。已经陆续出现了大批具有自主知识产权的马铃薯收获机械，全国广泛推广和应用的马铃薯收获机械主要有中农机美诺系列、4U系列、亚地4U系列、4SM系列、4SW系列等。这一系列的产品都是经过市场检验的，对于马铃薯的增产效果明显，并具有机构合理、工作性能稳定、生产率高、收净率高、明薯率高、破损率低等特点[1]。
以中农机美诺系列的马铃薯挖掘机为例，这一系列的挖掘机能够很好地适应各种类型的土壤，不仅可以达到较高的生产率、收净率和明薯率，同时也能够将掘出的土块及时破碎，有利于下一次的耕种。而其具有设计专利的挖掘铲可以有效避免土壤的堆积和杂草的缠绕，挖掘马铃薯时可以有效地切断杂草，但是却不会导致马铃薯的破损，经济效益和社会效益明显。
4U系列主要是在甘肃地区推广，与其他的马铃薯收获机械不同，这一类的马铃薯收获机是直接连接于手扶拖拉机后部的，并不带有动力。这样的好处在于结构紧凑、安装操作灵便、机动性能较强。甘肃省大面积的平原地区较少，4U系列收获机械的出现有效地利用了农村小型手扶拖拉机，解决了其他机械难以进入的地区的马铃薯挖掘作业的难题。同样是由于其结构简单，这一类型马铃薯收获机的价格也比较低，适于农村地区大面积推广[2]。
亚地4U系列马铃薯挖掘机是基于内蒙古的地形设计的，适用于平原地区，并且配备有排石装置和安全裝置，在收获马铃薯的过程中如果遇到石块可以及时将石块排出，避免石块混入马铃薯中而损伤机械。而在非正常运转的情况下，该类型马铃薯挖掘机还能够自主停机，确保操作者的安全。
3 我国发展马铃薯收获机械的战略思考
3.1 解放思想，落实科学发展观
农业机械化带来的经济效益的提高是巨大的，未来的马铃薯产业也必然是机械化的集约生产。从这一角度来讲，解放思想，推广马铃薯收获机械是必然趋势。
为全面落实科学发展观，我国发布了《中华人民共和国农业机械化促进法》，这是马铃薯收获机械得到进一步普及的契机。有了法律作为支撑，各级农机部门可以大力发展马铃薯机械化工作，积极推广马铃薯收获机械，促进地区马铃薯产业形成规模化发展。3.2 加大扶持力度，广开投资渠道
资金问题是马铃薯收获机械推广的主要阻碍，而在《中华人民共和国农业机械化促进法》中明确提出了各级政府应实施农机购置补贴政策的要求，为进一步满足农机推广的需求，各级政府部门应该加大对农业生产相关机械的扶持力度，一方面是要鼓励机械生产厂家研发更为先进的设备，另一方面是要鼓励广大农民勇于购买尝试新型机械设备。此外，可广开投资渠道，利用社会的广泛参与来构建多元化的投资格局，弥补政府财政补贴方面的不足，为马铃薯收获机械进入农民家中提供更便捷的渠道。
3.3 因地制宜，推进农机科技创新
创新始终是发展的第一动力，农业机械上的创新始终是提高农业产业化水平的第一动力。在马铃薯相关机械的研发过程中，农机部门要充当好研发部门与广大农民之间的桥梁角色，农业机械的研发要以满足广大农民的现实需求为目的。相关研发部门在农机方面的科技创新应该集中在提高产品质量、可靠性和寿命方面，在这些因素与成本之间做到平衡，从而彻底解决马铃薯收获机械的推广障碍。
3.4 做好示范工作，加快马铃薯收获机械推广步伐
农民对马铃薯收获机械的接受总是要经历一个漫长的过程，各级政府应做好示范工作，以马铃薯种植大户为机械化生产的示范，鼓励广大农民做第一个吃螃蟹的人。政府可以协调配合农民服务组织、马铃薯生产加工企业与农民三者之间的关系，企业投资建立机械化的马铃薯生产基地，让农民看到机械化生产的优点。所有生产的马铃薯也可以直接销往生产加工企业之中，既解决了马铃薯的销售和收购问题，又消除了农民在进行马铃薯机械生产时的后顾之忧[3]。而农民服务组织则可以为马铃薯收获机械的推广提供技术支持，同时也能够加大对马铃薯收获机械的宣传力度，引导农民逐渐认识和接受马铃薯收获机械化技术。
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3.5 建立健全完善的服务体系
马铃薯机械的普及不仅要做到“瞻前”还要做到“顾后”。“瞻前”是要看到未来马铃薯产业发展的巨大潜力以及对马铃薯机械化的需求，而“顾后”则是要建立健全完善的服务体系。只有建立健全完善的服务体系，马铃薯收获机械的相关宣传工作才能够更好地进行，各项新型收获机械才能够得到更好的推广，广大农民在购买了马铃薯收获机械后也能够获得相应的售后服务，消除后顾之忧。相关部门可以依靠互联网来组建完善的农机服务体系，农民在使用马铃薯收获机械方面需要任何服务或者存在任何疑问都可以通过互联网来进行解决，通过互联网无法解决的再派专人去实地解决，以此降低服务的成本，但是保证服务的质量。而依據互联网技术的服务体系的建成，也可以确保最先进的马铃薯收获技术能够同步送达农户手中，将科研成果及时转化为现实生产力，彻底破解科研生产与推广脱节、科研成果转化缓慢的局面。
4 结语
如今马铃薯即将成为我国的主粮，马铃薯产业作为一项具有强大生命力的新兴产业，推动马产业的机械化，有利于进一步提高马铃薯的产量、降低劳动强度，既能够为农民切实提供经济效益，又能够推动我国农业现代化的发展。从我国马铃薯收获机械的研制现状来看，各地区基本都根据实际情况研制出了具有特色的马铃薯收获机械，并且实践效果良好。在未来一段时间内，农机部门应将为马铃薯生产提供适应性强、功能齐全、生产效率高的收获机械作为发展方向，降低马铃薯收获机械的使用成本，从而让马铃薯收获机械在马铃薯生产过程中发挥更大的作用。
参考文献
[1] 曾山.马铃薯收获机械现状及发展趋势[J].贵州农业科学，2009（12）：233-235.
[2] 张广玲，刘树峰，吕钊钦，等.山东省马铃薯收获机械发展现状及趋势探讨[J].农机化研究，2015（11）：264-268.
[3] 王福义.马铃薯收获机械发展研究[J].农业科技与装备，2010（12）：83-84.
Abstract： The manufacturing and development of potato harvest machinery has great significance for realizing potato mechanization production. This paper stated briefly development status of potato industry and the development of potato harvest machinery in China， put forward the countermeasures of developing potato harvest machinery in China， so as to provide reference for rapid development of potato industry.
Key words： potato industry； harvest machinery； development status； countermeasure
大型复式播种机械的研制与运用 篇3
复式作业技术有利于提高作业效率与质量, 降低能耗与对土壤的压实作用。复式作业机械在国外已被广泛运用, 国内对适合国有农场规模化作业的国产大型复式播种机械研究较少, 农垦系统配套大功率拖拉机的复式播种机械多为进口装备。由于我国土壤的多样性, 导致进口装备的适应性与经济性不佳, 农垦系统急需研制适合不同土壤特性的大型复式播种机械。
江苏农垦集团公司是以农业为基础产业的现代化农业企业, 辖18个农场, 拥有7.3万hm2耕地, 农业生产以稻麦轮作为主, 其中大麦与小麦种植面积约6万hm2, 麦子生产的主要环节基本实现了机械化。但是, 由于国内尚无适合垦区作业的大型复式播种机械, 麦子播种作业都是以单项作业进行, 耕作程序较多。
沙土地区麦子 (稻茬) 种植的主要作业程序是耕翻 (稻秸秆还田) 、耙 (整) 、播种、开沟、镇压和化除等;粘土地区麦子 (稻茬) 种植的主要程序是旋耕或重耙2~3遍 (稻秸秆还田) 、开沟、播种、施肥、镇压和化除等。这种单项作业方式, 存在以下不利因素, 一是作业周期长, 机械效率低, 需要投入的机械和人力多;二是对土壤的压实程度大, 造成了土壤坚实度分布不均匀, 影响作物生长;三是若遭遇阴雨天气, 相关秋播作业程序难以进行, 则会延误秋播时间, 不利于抗灾;四是单项作业成本高, 能耗大时间长, 对拖拉机的磨损大, 降低了机组的利用率。此外, 对沙土地来说, 若先播种后开沟, 则导致沟边堆土埋苗、畦面不平、轮胎压实不利于种子发芽;若先开沟后播种, 则导致畦面不平、沟床塌陷、影响播种作业质量与沟系畅通。对粘土地来说, 一是在旋耕碎土、秸秆还田后, 土壤较为膨松, 进行播种作业时, 拖拉机轮辙较深, 地表不平整, 影响了播种质量;二是在旋耕碎土、秸秆还田后的土地上进行播种、化肥深施作业时, 开沟器容易将已被掩埋的秸秆重新翻至地表, 既容易导致开沟器堵塞又影响秸秆还田质量。
鉴于以上因素, 江苏农垦集团公司根据垦区不同土壤特性研制了2套复式播种机械:反旋灭茬施肥播种机 (国家专利号:ZL0022005.1) 采用新颖的框架式反转旋耕灭茬施肥播种联合作业技术及独特的半悬挂方式与旋耕深度随地自动仿形机构, 适合于粘性土壤地区的少 (免) 耕灭茬还田、精 (少) 量播种与化肥深施联合作业;联合开沟播种机 (国家专利号:ZL9824308.X) 采用整体式机架连接、双臂式悬挂和浮动式轮胎支承等技术, 适合于砂性土壤地区的开沟、播种、镇压等联合作业。在大面积推广运用中, 取得了良好的经济社会效益。
2 主要技术选用与研究
2.1 少 (免) 耕技术
在反转旋耕灭茬施肥播种机上选用了少 (免) 耕技术。选用理由:一是利于适期播种, 少 (免) 耕缩短了整地与播种作业时间, 有利于解决由于农时紧张、茬口推迟、土壤墒情、劳动力紧张和气候变化等带来的诸多矛盾。二是有利于田面平整、落籽均匀、覆土深浅一致、出苗快而整齐和出苗率高, 有利于省种和培育早发壮苗, 达到苗齐、苗匀、苗壮的目的。三是保持了良好的土壤结构和水分, 保持了土壤原有的孔隙, 可以使土壤的毛细管作用直达土表, 既有利于提墒、抗旱、抗涝, 又避免了湿耕造成的土壤粘闭现象。少 (免) 耕与耕翻相比, 土壤耕层容重分别为免耕地1.16~1.19g/cm3, 耕翻地1.33~1.40 g/cm3。四是少 (免) 耕麦田表层土壤肥力高, 有利于麦苗早发, 培育壮苗、大蘖, 提高了麦子的分蘖成穗率。五是保持了较好的土壤结构, 有利于麦子根系生长和吸水, 根系发达、抗倒能力强。据多点试验可以看出, 少 (免) 耕单株次生根数比耕翻平均多3~5根。六是少 (免) 耕田有较好的土壤生态环境, 种子出苗快、分蘖早, 生长优势明显, 在各个生育期叶面积指数均高, 群体光合能力强, 有利于提高麦子产量。
2.2 反旋灭茬技术
反转旋耕灭茬施肥播种选用了反旋灭茬技术。选用理由:由于其旋耕刀逆向旋转 (反旋) 切削土壤, 碎土性能及对留茬秸秆的覆盖效果十分理想, 一次作业就能达到播种种床的要求, 其在粘性土壤上的作业效果是其他旋耕整地技术无法比拟的。
目前, 我国已定型的反转灭茬旋耕机一般只能进行单项作业, 主要存在以下不足之处。首先, 在旋耕碎土、秸秆还田后, 土壤较为膨松, 进行播种作业时, 拖拉机轮辙较深, 导致地表不平整而影响播种质量。其次, 由于拖拉机重复压实了已平整的田块, 增加了土壤的坚实度, 造成了土壤坚实度分布不均匀而影响作物生长。第三, 在旋耕碎土、秸秆还田后的土地上进行播种、化肥深施作业时, 开沟器容易将已被掩埋的秸秆重新翻至地表, 影响秸秆还田与播种作业质量。采用反转旋耕灭茬施肥播种机械作业时, 由于拖拉机只走一次, 而且走在未耕地上, 极大地减轻了对土壤的压实, 提高了播种质量;同时几个单项作业程序一次性完成, 有效地克服了单项作业带来的不利影响。
2.3 精量播种技术
麦子精量播种技术是高产栽培的关键技术之一, 反转旋耕灭茬施肥播种和联合开沟播种机均采用了精量播种技术, 其特点如下, 一是改善了田间的通风透光条件。麦子精播栽培大大降低了单位面积基本苗的数量, 改善了田间的通风透光条件, 降低了田间湿度, 不仅有利于抑制小麦常见病害的发生, 而且显著提高了麦子的抗倒伏能力。二是改善了群体的光合性能, 有利于干物质的积累与分配。小麦精播栽培, 由于改善了田间的通风透光条件, 不仅显著提高了生育后期群体的光合强度, 而且促进了光合产物向穗部的运输, 有利于提高经济系数和籽粒产量。三是增强了根系的吸收能力, 提高了水、肥生产效率。精播麦子单株具有较多的次生根, 根系发达, 根系的营养范围广, 根系活力强, 因而对肥、水的吸收能力强, 水、肥生产效率高。
3 主要结构设计与研究
3.1 总体设计
3.1.1 反转旋耕灭茬施肥播种机
反转旋耕灭茬施肥播种机主要由反转旋耕灭茬机、施肥播种装置、镇压与传动机构等组成。将反转灭茬旋耕机改进成框架式旋耕机后, 与播种、施肥、镇压装置通过一个整机框架组合成为一体, 实行旋耕灭茬、播种、施肥、镇压一次性复式作业, 并将旋耕机设计成浮动形式, 靠两侧的限深滑板, 实现旋耕深度的随地自动仿形, 以达到耕深稳定。整机采用半悬挂液压起落, 避免三点悬挂质量大、机具受力大、旋耕深度不稳定和故障多等问题。作业时排肥装置将肥料均匀地播撒在旋耕刀前的未耕地表, 后面的反转旋耕灭茬机旋耕刀逆向旋转切削土壤, 被切削的根茬、土块经罩壳向后引抛, 根茬秸秆和大土块被栅帘挡住下落, 细碎土块从栅帘飞出, 覆盖在根茬、秸秆、大土块和从施肥装置中排出的肥料上, 后面紧跟的播种开沟器在旋后土表开沟播种, 再由其后的镇压轮压实。
3.1.2 联合开沟播种机
联合开沟播种机主要由开沟、播种、镇压和机架等组成。将播种箱置于开沟犁体的上方, 开沟犁体前置圆切刀片及支架, 两侧有搅龙将开沟犁沟两侧土向外输送平整, 开沟犁体后上方为输种管, 下方为开沟器, 镇压轮安装在开沟器后 (分置式, 单行镇压) 。开沟部分的动力由拖拉机输出动力, 播种机排种动力为两后置浮动式支承轮通过链条传动。机组与拖拉机三点悬挂, 通过拖拉机液压系统现实整机仿形, 浮动支承轮通过调节杆弹簧作用仿形。
3.2 结构设计
3.2.1 反转旋耕灭茬施肥播种机
反转旋耕灭茬施肥播种机采用框架结构, 由整机框架和旋耕机框架组成。旋耕机总成采用浮动铰接方式的铰接套与后部的吊杆安装在整机框架上, 使旋耕机工作时可通过限深滑板的作用实现耕深自动仿形, 其优点是耕深稳定, 负荷均匀, 作业质量高, 结构强度较高, 并可以根据作业需要自由配置作业的形式, 即其可单独完成正旋旋耕、反旋灭茬, 旋耕播种, 旋耕播种施肥, 旋耕灭茬播种和旋耕灭茬播种施肥镇压等作业。
主传动机构由传动箱、纵向轴、横向轴和一组圆锥齿轮构成, 纵向轴一端通过万向节与拖拉机动力输出轴相连, 它的另一端与传动齿轮箱内的一个圆锥齿轮相连, 通过传动齿轮箱内的这一组圆锥齿轮, 将动力传送到横向轴上。横向轴的另一端通过花键套管与中间过渡轴活动地连接, 中间过渡轴的另一端与侧边传动机构相连, 通过侧边传动机构, 将源动力最终地输送到旋耕作业的工作部件———旋耕刀上。
施肥播种动力来源于地轮。地轮采用无铰接吊杆弹性加压随地自动仿形方式, 工作中地轮可随地表平面起伏可靠地为整机的施肥、播种作业提供动力。
开沟器采用圆盘式开沟器, 它可以避免将旋耕作业已经覆盖下去的秸秆挑出;同时, 还可以减少作业中整机牵引功率的消耗, 确保播种质量。
镇压机构采用V形镇压轮 (直径260 mm) , 通过支架与两侧的吊杆浮动铰接在播种开沟器后面, 起镇压增产与消除漂种现象的作用。
目前, 我国通常采用的播种排种机构有直槽式外槽轮排种机构、螺旋槽式外槽轮排种机构、圆盘式排种机构和气吸式排种机构。直槽式外槽轮排种机构的排种稳定性差, 不适应于精 (少) 量播种, 但其性能稳定, 使用可靠;螺旋槽式外槽轮排种机构是在直槽式外槽轮排种机构的基础上改进而来的, 它除了保留了直槽式外槽轮排种机构的优点之外, 主要是提高了排种的稳定性, 使之用于精 (少) 量播种成为可能;圆盘式排种机构和气吸式排种机构都是为精量播种而设计的, 由于它们的结构十分精细, 只能适用于室内的工厂化播种育秧, 不适于野外的大田作业。综上所述, 设计者选择了螺旋槽式外槽轮排种机构作为反转旋耕灭茬施肥播种机的排种机构。
在施肥机构方面, 由于散状肥料正逐步被颗粒肥料所取代, 设计者选择了适用于颗粒肥料的设计方案, 采用了化肥深施中常用的深槽直槽式排肥机构作为反转旋耕灭茬施肥播种机的排肥机构。
3.2.2 联合开沟播种机
联合开沟播种机采用整体式机架连接、双臂式悬挂和浮动式轮胎支承, 实现开沟、播种、镇压及传动机构部分科学合理地有机结合起来, 成为一个整体, 保证具有足够的刚性和强度。机架前方、开沟犁体犁尖上前方为三点悬挂机构。机架能保证完成播幅3 600 mm。
开沟部分除由搅龙轴替代旋耕机的犁刀轴外, 其他部分参照旋耕机设计。圆犁刀设计要求:圆犁刀直径Φ550 mm, 选择耐磨材料;开沟犁设计要求:沟深200~250 mm, 沟宽300~350 mm;配套动力设计:58.8~73.5 kW拖拉机。
播种部分设计方案主要参照谷物条播机的设计, 增加精 (少) 量播种部分的设计, 使联合开沟播种机既能安装条播机, 又能安装精播机构。播种动力由地轮提供, 后置浮动式支承轮胎转动, 链条传动播种。
镇压部分设计要求镇压与播种必须同步。镇压轮 (直径Φ300 mm) 的工作特点:在播种好的部位 (宽60 mm) 加上147~245 N的压力, 使播种部位土壤得到压实, 具有保墒作用。采用单个镇压, 保证了播种与镇压始终保持同步。
3.3 主要结构特点
3.3.1 反转旋耕灭茬施肥播种机
(1) 既能够进行正反旋碎土灭茬秸秆还田施肥播种镇压联合作业, 又能够分别进行正反旋碎土秸秆还田、精 (少) 量播种、施肥等单项作业, 实现一机多用。
(2) 采用框架式结构, 使整机的结构强度增加, 克服了侧传动旋耕机结构强度差的弱点。
(3) 采用弹力加压随地仿形式地轮驱动排种器和排肥器, 使播种、施肥性能稳定、使用可靠。
(4) 采用独特的半悬挂方式与旋耕深度随地自动仿形机构, 使拖拉机挂接方便可靠, 旋耕深度稳定, 从而减轻了拖拉机悬挂质量, 提高了作业质量, 并使拖拉机与旋耕机工作负荷均匀, 机具损坏少, 克服了三点悬挂式超负荷的弱点。
(5) 采用了浮动的圆盘式开沟器, 避免了缠草、堵塞现象, 播种质量高。
(6) 采用合理的刀轴排列与刀轴转速, 使旋耕碎土质量更高, 灭茬适应性较强, 可适应稻茬留茬在50 cm以下, 土壤湿度30%的情况下高质量作业。
3.3.2 联合开沟播种机
(1) 不破坏原有的播种机、开沟机结构, 必要时可拆卸后进行单项作业。
(2) 采用三点悬挂, 万向节传动, 方便与主机连接动力。
(3) 采用后置式支承轮胎驱动, 链条传动播种, 作业效率高。
(4) 采用锥盘式排种器, 实现精量播种。
4 运用情况
4.1 适用范围与配套技术要求
4.1.1 反转旋耕灭茬施肥播种机
反转旋耕灭茬施肥播种机适用于留茬30 cm以下的粘土地一次性完成秸秆根茬的掩埋、覆盖及整地、化肥深施、半精量播种与镇压作业。反转旋耕灭茬施肥播种机已经系列化生产, 幅宽在1.65~3.60 m之间, 配套拖拉机动力36.8~88.2 kW, 生产率0.35~1.35 hm2/h, 年工作时间约200 h, 年作业面积70~270 hm2。与拖拉机采用牵引式半悬挂联接, 并采用液压橡胶行走轮, 在较小的地块也能作业。对条铺在根茬上的脱出茎秆, 因秸秆层较厚, 作业时难以全部埋入土中, 又易缠在刀轴上, 影响作业性能, 因此必须事先用粉碎机粉碎抛撒或用人工均匀地铺放田里。当土壤含水率>35%时, 作业质量将大幅下降, 且易影响作业效率, 所以须搁好田。
4.1.2 联合开沟播种机
适合于已埋茬平整的砂土地开沟、播种、镇压一次性作业, 配套动力为58.8~88.2 kW拖拉机, 生产率为1.8~3.2hm2/h, 年工作时间按100 h计算, 年作业面积为180~320hm2。
4.2 效益情况
经过江苏垦区、江苏劳改系统、上海农垦和河北农垦等农场大面积推广运用, 这两种复式播种机性能稳定, 作业质量好, 具有良好的经济效益与社会效益。
4.2.1 经济效益明显
复式作业与单项作业相比, 机械油耗大幅度降低, 节约作业成本;节省驾驶、放样和清沟理墒等人工成本费;采用精量播种技术节省了种子;由于缩减作业量, 减小机械磨损;复式作业减少了机械作业收费等, 累计节约成本525~600元/hm2。采用反转旋耕灭茬施肥播种机播种, 由于利用了秸秆还田技术、精量播种技术和化肥深施, 减少了拖拉机的对土壤的压实, 解决了沟边堆土埋苗的问题, 促进了苗齐、苗匀、苗壮, 克服了单项作业带来的不利影响, 提高了“三麦”单产, 可增产525~750 kg/hm2。
4.2.2 生态效益突出
复式作业技术包含了高效、节能、低碳、环保和保护性耕作等概念。运用复式播种机作业, 有效地降低了机械废气排放, 降低了环境污染的程度, 提高了空气质量;减少了机械对土壤的压实程度, 保护了土壤耕作层;有利于秸秆机械化还田, 有效地消除了秸秆大面积焚烧带来的不良影响, 净化了空气, 增加了土壤有机质, 改善了土壤结构, 提高了粮食品质, 实现了保护性耕作。
4.2.3 社会效益显著
机械研制 篇4
每到传统的夏播时节，对联合收获机作业后秸秆直接抛洒地面形成的全秸秆覆盖地，农民需要先将前茬秸秆清理干净，再旋耕整地后播种，耗工耗资，耽误农时。而现有的免耕播种设备，由于田间秸秆量大或茬高，极易造成机具入土部件挂草、壅堵和架种、晾种等问题，不仅作业质量无法保证，而且作业顺畅性也无法保证。这导致农村里秸秆焚烧屡禁不止，如何有效处理秸秆已成为科研人员高度关注的问题。
“机械化免耕播种技术方案的提出，能有效解决全秸秆覆盖旱地的夏播问题。”胡志超介绍，此项技术方案具体为“秸秆粉碎清理装置将地表秸秆捡拾、粉碎，通过横向推送和气力提升后向后端抛撒，并趁秸秆未落下、地表无秸秆的空档进行免耕施肥播种，粉碎后的秸秆再由抛洒装置均匀覆盖在播种后的地面上”，能有效解决现有免耕设备存在的入土部件挂草、壅堵和架种、晾种等技术难题。
据了解，研究团队已经完成两轮样机的研发工作，从2012起，该技术在江苏、安徽、山东、河南、河北等地进行了麦茬全秸秆覆盖地机械化免耕播种花生、大豆、玉米等适应性试验与示范，累计试验示范面积500多亩。试验示范表明，在麦茬全秸秆覆盖情况下，研究团队研发的2BHQM-4型全秸秆覆盖免耕播种复式作业设备可一次性完成碎秸、清秸、播种、施肥、播后覆秸等作业工序，作业顺畅、可靠、高效，播种质量高；秸秆均匀覆盖在地表，不仅肥效化利用好，而且可达到“准地膜”覆盖效果；通过更换部分作业部件，可满足全秸秆覆盖地免耕播种花生、大豆、玉米等不同旱地夏播作物需求。目前该技术已申请两项国家发明专利。
机械研制 篇5
2010年5月20日, 宝鸡石油机械有限责任公司2010年的重点新产品—3 000m车装钻机研制成功。
3 000m车装钻机具有自行能力、集成化程度高等特点。该钻机整机性能先进, 越野性和机动性高, 最大钻井深度为3 000m, 最大钩载1 800k N, 可用于多种复杂油田地区油气井的钻探施工作业, 可实现钻机的快速搬家和组装, 降低钻井成本。
此次研制成功的3 000m车装钻机, 是宝石机械公司近年来研制开发的具有自主知识产权的新产品。它的研制成功, 进一步丰富了宝石机械公司的钻机系列。
机械研制 篇6
柠条是多年生豆科灌木, 是我国三北地区防风固沙的先锋树种, 能林草兼用, 具有抗旱、抗寒、耐贫瘠、生物量高和生长旺盛等特性。柠条鲜枝营养丰富, 粗蛋白含量16%~19%, 在冬季平茬3年生柠条粗蛋白含量可达8.4%, 相当于玉米的粗蛋白含量, 是优质豆科饲料。利用平茬枝条加工成饲料饲喂家畜, 对缓解草场压力, 发展畜牧业具有积极意义。
颗粒饲料具有储存、运输便利, 浪费少, 营养全面科学, 促进动物快速生长, 经济效益高的优点, 为广大养殖户青睐。柠条主要成分有粗蛋白、纤维素、木质素和粗灰分等, 柠条经过机械粉碎混合其他原料制成颗粒后, 其利用率提高10%~20%。柠条与几种常用饲草营养成分比较见表1。
1 柠条颗粒饲料机械研制的技术路线及方案
制粒的好处是使饲料体积变小, 利于贮存、运输和牲畜采食, 增加饲料的适口性, 提高产品的质量和利用率等。制粒技术是柠条饲料加工利用的关键环节。
1.1 工艺路线选择
颗粒饲料压制技术加工, 按工艺流程可分为环模压辊式和平模压辊式2种。平模压辊式主要用于生产软颗粒、对颗粒硬度要求不高或生产率不高的家庭养殖场;环模压辊式则主要用于大型饲料生产企业, 产品表面光洁、硬度高和含水率低, 已成为饲料企业颗粒饲料生产的必备设备。环模压辊式生产工艺, 有二辊式、三辊式设计, 结合在生产实践中的应用, 柠条颗粒饲料压制机选用国际上较为通用的二辊式颗粒压制技术工艺路线。环模压辊式颗粒压制机如图1所示。
1.2 总体方案及技术措施
大型颗粒饲料压制机配套电机功率高, 启动困难。一般功率≥110 k W时, 启动装置多采用自耦启动、软启动装置, 国内外一些厂商也采用双电机配置。本设计中考虑到异步电机的不同步性, 必然造成动力的内耗, 采用单电机;启动方式选择软启动装置。
传动系统一直是国内外颗粒压制机研究的重点。源于对颗粒饲料生产工艺的不同认识, 英国UMT公司、国内正昌集团均采用齿轮传动, 以增强颗粒饲料生产过程中的过负荷能力;而瑞士布勒及国内部分农牧机械厂等多采用窄V胶带传动, 以解决颗粒饲料生产过程的过负荷造成的机械损坏。本设计中考虑到多年来国内外颗粒机用量和设备使用情况, 柠条颗粒饲料压制机采用窄V胶带传动方式。
1.3 环模及压辊形式的选择
柠条颗粒饲料压制加工工艺流程全过程是连续式生产方式, 根据《柠条饲料智能收获、制粒装备开发/2012AA10A509-03》项目任务书, 柠条颗粒饲料压制机械生产率至少应大于或等于1 t/h, 通过经验公式及生产类比法计算得知, 环模内孔直径至少应大于600 mm, 工作宽度不小于220 mm;本设计环模内孔直径设计为660 mm, 工作宽度设计为228 mm。
压辊形式及数量直接关联到颗粒压制机的性能, 本设计参照瑞士布勒公司技术, 设定压辊为2只, 压辊直径为320 mm, 压辊宽度尺寸为232 mm, 达到1t/h柠条颗粒饲料的生产能力。
1.4 主轴工作部件工作原理及性能
颗粒机主轴及配件如图2所示。主轴工作部件中, 以环模座为主要运转工作部件, 心轴及压辊座为静止件;工作时, 电机通过胶带传动, 带动环模座及高速运转, 物料经过高温蒸汽调质处理后在导流刮刀作用下, 进入环模和压辊间;锲形的物料被旋转的环模和压辊抓取进入环模孔内, 在压力的挤压作用下形成圆柱体形挤出, 在切断刀的作用下, 切成所需颗粒。
主轴、环模座和压辊均在高温工况下运行, 要求机器系统的润滑方式必须满足机器系统的润滑要求, 本设计中采用加压式自润滑油泵系统, 自动给主轴与环模座腔内、压辊座内进行加注油脂, 油脂选用钙基锂基子润滑脂。
1.5 喂料器及调质器
柠条颗粒饲料压制机的作用是将按配方混合好的全价配合饲料经机械设备的挤压制成颗粒状饲料, 是以提高饲料报酬为目的的饲料加工新工艺。
根据饲料制粒加工工艺要求, 待制粒物料须经过高温蒸汽调质处理, 使物料尽可能达到制粒工艺要求。给料机工作的目的是, 按颗粒机工作负荷, 均匀地将物料进入调质器中, 保证机器在不堵车的情况下最大限度满足喂料。调质器的作用是把进入调质器中的物料与蒸汽进行充分的混合, 使物料达到制粒工艺要求。喂料器及调质器如图3所示。
1.6 电器控制系统方案选择
柠条颗粒饲料压制机制粒系统方案设计的核心是使制粒机长时间稳定地工作, 避免堵料等不正常停机。
系统控制设计时, 要达到当制粒机过负荷或监视胶带打滑过量时, 能迅速切断喂料器调质器的物料以及蒸汽的供给, 并及时将环模上多余的物料排出机外;当电流恢复到额定值后, 再以原来设定的参数给颗粒机供料和蒸汽。
2 开发设计
选定参考对象并经过前期的分析计算后, 进行技术路线和总体方案设计。
根据《柠条饲料智能收获、制粒装备开发/2012A A10A509-03》项目任务书要求, 对试制和试验样机进行二次设计, 使其在满足合同的前提下, 机械结构布局合理, 外形美观。设计完成后的制粒机总图如图4所示。
3 小结
合理开发柠条资源, 一方面, 发挥其防风固沙和改善生态环境的作用;另一方面, 发挥其营养丰富的特点加工饲料来养畜。利用柠条颗粒饲料饲养家畜, 能充分利用饲料资源, 大规模生产加工, 降低成本, 摆脱过去靠天养畜的局面, 不受季节气候的影响, 保证饲料来源充足, 缩短家畜生长周期, 大大提高畜牧业的经济效益。
摘要：本文通过对几种柠条颗粒饲料机械研制模式的探讨, 介绍了863项目 (柠条饲料智能收获、制粒装备开发/2012AA10A509-03) 中的柠条颗粒饲料机械的研制工艺技术路线及方案。
关键词：柠条,柠条颗粒饲料制粒机械,研制方案
参考文献
[1]国家863项目 (柠条饲料智能收获、制粒装备开发/2012AA10A509-03) 资料[R].
[2]刘国谦, 张俊宝, 刘冬庆.柠条的开发利用及草粉加工饲料喂技术[J].草业科学, 2003 (7) :26-31.
大口径机械快门的设计与研制 篇7
传统的机械快门结构形式有叶片式快门和中心快门。叶片式快门的基本原理是通过电机带动连杆机构控制各个叶片做开关运动。叶片式快门经常使用在照相机中，该结构形式的快门外型为长方形，快门的叶片是由厚度约为0.1 mm的钢片制作，其优点是叶片轻、响应快，缺点是由于叶片很薄，当叶片大到一定程度时，在高速运动过程中将发生颤动和变形，因此该结构形式不能制作大通光口径的快门。中心快门的基本原理是通过电磁铁带动连杆机构控制各个叶片做开关运动。其经常使用在小型望远镜中，该结构形式的快门外型为圆形，快门的叶片也是由厚度约为0.1 mm的钢片制作，其优缺点和叶片式类似，响应快，但当叶片面积增大时，会发生变形影响快门开关，无法制成大通光口径的快门。
国外的机械快门技术发展较快，大都结构复杂，总的尺寸超过我们能用的最大尺寸，其中以BONN快门技术较为成熟，其结构设计为均匀曝光型的同时增加了整个快门结构的尺寸，远超过我们能用的最大尺寸;其它用于大型望远镜的机械快门都是根据自己的需求而设计，并不满足我们的要求，譬如用于LSST大望远镜上面的快门由于结构设计上的弊端对速度有限制，并不能满足我们的速度需求。
为了满足某大型望远镜的需求，在特定的尺寸限制和速度要求下，本文研制的大型机械快门通光口径可达到φ200 mm，并可根据实际要求更改，快门打开或关闭时间为0.13 s，快门延迟时间可调。
1 机械结构设计及分析
整个快门结构如图1所示，整体为对称结构，其通过不在同一水平面的上下叶片配合实现快门的打开和关闭。机构中采用同步带轮组来实现叶片的驱动，同步带下部分通过张紧轮保持水平。同步带连接件上有凹槽与同步带齿啮合，叶片两端通过同步带连接件固定在同步带上。
在整个结构中我们需要对快门总体和一些关键部件譬如导轨进行静力学分析，同时需要对同步带进行模态分析，避免产生共振。我们采用有限元分析软件WORKBENCH进行仿真分析，如图2所示，整个快门结构中最大的变形量发生在叶片的圆形最边上为0.097 mm，对整个快门结构没有影响。由于叶片导轨很窄且用于导叶片的槽只有2 mm，故我们需要对其进行静力学分析优化结构，最终结果最大变形量为0.00055 mm，如图3所示。这样可以避免叶片在运动过程中与导轨发生干涉。
同步带的横向振动有使带轮出现相向运动的趋势，在横向振动固有频率较低时，传动的精度可能受到严重影响，因此研究同步带横向振动的固有频率和振动形态是同步带横向振动问题的核心。采用有限元分析软件WORKBENCH仿真得出了同步带横向振动的前三阶固有频率如图4所示，f1=177.73 Hz,f2=404.59Hz,f3=701.19 Hz。快门的激励主要发生在60 Hz左右，故可避免共振的发生。
2 控制驱动电路设计
整个系统分为五个部分组成：DSP中央控制器TMS320LF2407，步进电机及驱动，整个系统的外围电源电路及看门狗复位电路，控制界面，光电对管，如图5所示。在整个系统中，由控制界面给出快门打开或者关闭信号，通过中央控制器TMS320LF2407来产生PWM脉冲信号来控制步进电机的转速和位置，光电对管的信号来判断快门处于打开还是关闭状态。整个硬件结构简单直观，中央控制器TMS320LF2407还剩余丰富的I/O及中断资源，在此设计基础上具有一定的扩展空间。
本设计采用的是某两相反应式步进电机，其接收数字控制信号(PWM脉冲信号)，并转换成与之相对应的角位移或直线位移。此设计是用中央控制器TMS320LF2407产生的PWM环形脉冲信号经过信号分配以及功率放大传送给步进电机实现对步进电机的角位置或直线位移控制，所以此步进电机的驱动结构设计由以下几部分组成，脉冲信号，信号分配，功率放大，步进电机，如图6所示。
3 加减速曲线设计
在设计电机加速曲线过程中，电机无法以设定的频率直接启动，故需设计加减速曲线来实现电机的快速启停，同时系统采用开环设计，要求步进电机的定位准确，故需避免电机的过冲和失步。综合实际考虑各种加减速曲线，本系统采用指数加减速控制，如图7所示。指数规律加减速是指在加减速控制过程中，步进电机的速度呈指数规律上升或下降。开始加速度最大，且随着速度的升高而逐渐减小，速度上升得越来越慢。当速度上升至最高值时，加速度降低至最小，理想情况下应接近于0，如图8所示。
指数型曲线的频率和时间的关系为
式中:τ为决定升速快慢的时间常数，由实验确定;fm为负载转矩下步进电机最高连续运行频率。
步进电机的升速过程可按如下方式进行离散化处理：
若实际运行速度为fg，从式(1)中可算出升速时间为
均分升速时间为n段，则每段速度保持时间为
每段的频率为
各段速度内的运行步数为
升速的总步数为
实际控制过程中，将定时器1配置为连续增计数模式，定时器1周期寄存器内的值就代表脉冲频率。通过离线计算，将各段速度对应的脉冲频率换算为DSP定时器周期寄存器的值，和各段速度的运行步数以数据表的形式保存，在中断处理程序中对步数进行递减，每次递减操作完成后查表载入下一速度段定时器周期寄存器的装载值，通过改变周期寄存器装载值的大小实现变速。电机升速流程图如图9所示，减速为相反过程。
4 实验结果与总结
实验中我们需要对快门的打开、关闭时间，可靠性，在不同倾角下工作性能等进行测试和验证。经实验验证快门在整个打开或者关闭过程中，运行平稳，噪音较小，没有过冲、失步现象，快门的最短打开、关闭时间可达0.13 s，延时时间可调。由于其机械设计机构为完全对称，故快门在任意倾角下不受叶片重力的影响，上下叶片同开同闭。其机械寿命可达连续开关1 000 000次。其尺寸，性能，寿命均满足某大口径望远镜的需求。具体参数见表1。
参考文献
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[3]方文中.同步带传动设计、制造、使用[M].上海:上海科学技术普及出版社,1990.FANG Wen-zhong.Design,Manufacture and Application of Timing-belt[M].Shanghai:Shanghai Popular Science Press,1990.
[4]李柱国.机械设计理论[M].北京:科学出版社,2003.LI Zhu-guo.Mechanical Design[M].Beijing:Science Press,2003.
工程机械刮水器试验台研制 篇8
1.性能与特点
(1)适用范围广
该试验台适用范围广,能完成QC/T44-1997标准《汽车风窗玻璃电动刮水器技术条件》中规定的刮刷频率、刮刷效果及耐久性等性能试验,其喷头位置、喷淋水量均可调节,对被试电动刮水器大小规格无限制。
(2)试验效率高
为更准确考核刮水器的平均使用寿命,避免单台试验的偶然性,该装置可同时进行4台刮水器试验,试验效率提高3倍。
(3)节水
试验台喷淋用水为循环水,可节约水资源。
(4)自动化程度高
试验台由计算机控制,能自动完成工作循环次数的采集、记忆和显示,当达到设定试验次数后自动停机。喷水量>5 L/min,出水口压力>0.2 MPa,每刮刷5×104个循环后能快慢速自动切换。
(5)具有故障诊断及报警功能
系统设置各种软件保护措施,试验运行期间,如果刮刷循环计数感应开关10 s无信号变化,说明刮水器不能正常工作,系统将报警。
为避免电动刮水器无水刮刷,水泵出水量必须达到一定要求。当水压传感器感知水泵压力小于规定值时,系统将报警。报警后如不及时处理,2 min后系统将自动停机。
1.水箱2.计数传感器3.电动刮水器4.刮水器刮刷5.流量调节阀6.淋水喷头7.驾驶室8.水压表9.计数显示器10.控制器11.水压传感器12.压力调节阀13.水泵
2结构与工作原理
2台刮水器同时试验时,刮水器试验台结构及工作原理如图1所示,其结构主要由水路系统和计算机控制系统组成。
(1)水路系统
试验台水路系统由水箱、淋水喷头、流量调节阀、压力调节阀、水泵及管路等组成。其工作原理如下:水泵从水箱中吸水,水泵出口的流量和压力由调节阀调节,压力表显示水压大小;淋水喷头喷出的水喷到驾驶室前挡风玻璃上后,经雨刷刮净后回流至水箱,周而复始,实现试验淋水系统自动循环。
(2)计算机控制系统
该试验台计算机控制系统框图如图2所示,其结构主要由控制器、计数传感器、电动刮水器、数码显示器、水压传感器、水泵电动机等组成。
计算机控制系统的控制器采用AT89C2051型芯片,八位七段数码管的驱动和刷新采用MAX7219型芯片,使用24C32 EEPROM型芯片进行数据存储,MAX1232型芯片则负责单片机的复位和实现“看门狗”功能。
控制器的输入有水泵出水压力信号、霍尔传感器计数信号。控制器的输出有水泵驱动信号、刮水电动机驱动信号及报警显示单元信号。刮水器刮刷摆刮时,霍尔传感器便能感应到刮刷的接近与分离。每一次的接近与分离传感器就产生1个脉冲信号。这个信号送到控制器就累加1次,达到设定试验次数后,试验自动停止。
试验过程中,为防止因无水喷淋而造成刮水电动机过载损毁,在调压阀的后侧装有1个水泵出水压力传感器测量水压。传感器采集到的水压信号输入计算机控制系统,当水压连续15 s低于0.2 MPa时,控制系统将发出报警并切断刮水器电源,试验即停止。
控制器控制电动刮水器的启动和停止,并且能自动切换刮水电动机刮刷速度。其控制系统能够清晰显示当前试验次数,因故停机后能够存储数据,在下次开机试验时可自动实现累加计数。试验完成后,该控制系统自动停机,在下次试验时需先将计数器清零。
3.使用效果
数显式机械等中心测量仪的研制 篇9
关键词：放疗设备,机械等中心,数显标尺
医用直线加速器的等中心精度和准确性,在放射治疗中是非常重要的,它不仅代表了治疗机或模拟机的机械运行精度,而且它是确定射野及其射野特性的基本出发点。要使患者按计划得到精确治疗,必须要有严格的质量保证措施。放疗设备等中心的准确性的质量保证是通过等中心验证系统完成的。
1 放疗设备的等中心定义
按照国际标准IEC对等中心的定义(IEC788rm-37-32):在放射学设备中,各种运动的基准轴线围绕一个公共中心点运动,辐射轴从以此点为中心的最小球体内通过,此点即为等中心。通俗地说:放疗设备准直器的旋转轴与治疗床的旋转轴重合在一条直线上,它与机架旋转轴的交点即为等中心。
事实上,放疗设备的等中心精度确定由以下步骤完成(如图1所示):
(1)准直器旋转轴(2)的确定;
(2)治疗床公转旋转轴(3)与准直器旋转轴(2)的重合性确定;
(3)机架旋转轴(1)即机械等中心的确定。
现在我们主要讨论机械等中心的精度验证,其验证方法很多,大部分外购成型产品,其原理为光学式,结果不直观,操作复杂,价格昂贵。我们所研制的数显式机械等中心测量仪设计结构简单,准确性强,能够准确显示偏差数据,作为调整依据。
2 材料与方法
2.1 机械等中心测量仪的结构
其结构由上机座、下机座、摇臂及容栅式测量显示机构组成。下机座内的摇臂能够旋转,上下机座与连杆之间有容栅测量装置,容栅测量装置是由两个数显标尺组成,为保证测量的准确性,在下底座上装有水平仪(如图2)。
数显标尺的工作特点:带电源开关;任意位置清零;测量单位可转换;带数据输出、数据保持;带预置功能;带有两个固定架,分别装于两端。分辨率为0.01mm、精度为±0.03mm。
2.2 机械等中心的测量
2.2.1 准直器旋转轴的确定
(1)用水平尺使机架精确位于0°,将带有十字标示的坐标方格纸放置在治疗床面上,打开模拟灯,调整治疗床位置,使光野十字中心与坐标纸十字标记重合,将坐标纸的十字标示放置于标称源皮距处,360°旋转准直器,测量光野十字中心在坐标纸上投影所形成的轨迹的最大径向偏离应控制在1mm内。
(2)用水平尺确认机架0°、准直器0°,打开光野灯,坐标纸平面在等中心平面,光野十字中心的投影对准坐标纸上的十字标记,然后将治疗床在等中心上下各10cm范围内作垂直运动,观察光野十字中心的投影与坐标纸上的十字标记重合度,误差必须小于1mm。
2.2.2 治疗床公转旋转轴与准直器旋转轴的重合性确定
用水平尺确认机架0°、准直器0°,治疗床自转0°、公转90°。治疗床面位于光野等中心平面。床面上放置带有十字中心的坐标纸。打开光野灯,调整坐标纸的位置,光野十字中心的投影对准坐标纸上的十字标记,推动床身旋转180°,光野十字中心的投影对准坐标纸上的十字标记,误差必须小于1mm。
2.2.3 机架旋转轴即等中心的位置确定
一般采用将一枚探针的针尖放置在等中心位置,机架360°旋转,肉眼观察旋转轨迹,误差比较大。
我们所研制的等中心测量仪能在数显标尺的液晶显示窗口上显示机架旋转变化情况,记录下来可描绘出其轨迹,为调整提供依据。
将准直器、治疗床置于0°,将等中心测量仪的上机座与放疗设备的机头连接,并固定,下机座与床身连接并固定。通过观测下底座上的水平仪,能够将下底座调整水平。调整床面,将测量仪的摇臂水平轴放置在机架旋转中心位置,此时测量仪上的两个数显尺,一个水平放置,平行于床面纵轴,即治疗头的枪靶方向,简记为Y轴;另一个垂直于治疗床的纵轴,即垂直于治疗头的平面,简记为Z轴。当机架旋转时,机头与床身之间的距离变动通过数显标尺上的LED数显窗显示出来,从而作为调整依据。
机架旋转角度在-90°、0°、90°之间旋转,有三种情况存在。
(1)当Z轴的距离变动指示为0时,说明Y轴与机架旋转中心所在的轴线重合;如果机架分别旋转到90°、-90°,Z轴的示值相等;机架旋转到0°时,示值不为0,说明二者不重合,Y轴在机架旋转轴的上方或者下方,这时调整床身高度或机架系统,继续以上步骤,直至机架旋转180°的范围内,Z轴的示值不变,说明机架旋转轴位置确定了。
(2)由于床与机架旋转面垂直度有偏差,反映在准直器旋转轴在机架旋转轴的轴线上的投影位置是变化的,其变化值通过Y轴的LED数显窗显示出来。当机架在0°时,将Y轴LED数显窗清0,则机架在90°、-90°时的示值代表了床身相对于机架旋转面的垂直度偏差。通过调整机架系统,直至Y轴LED数显窗显示为0,说明垂直度已经调整好,这时,机架旋转轴与准直器旋转轴的交点即为设备的等中心。
(3)在机架旋转时,大部分情况是Z轴、Y轴的示值都不在0位,则需要根据实际情况分别调整、检测,直至机架旋转的180°范围内,两读数均为0,从而完成调整。
3 测量结果
我们利用所研究的等中心测量仪,对放疗设备进行等中心测量的结果(表1)与利用传统探针式等中心验证装置对同一台放疗设备进行等中心测量的结果(表2)进行对照比较。
从表1可看到我们所研究的数显式等中心测量仪检测精度为0.01mm,而高精度的放疗设备的等中心旋转误差要求≤1mm,X刀放疗设备的等中心旋转误差要求≤0.5mm,完全可以达到测量要求。经过多次测量同一台放疗设备的等中心旋转误差,此装置的重复检测精度为±0.03mm,即两次检测的误差±0.03mm,检测时可忽略不计。
从表3可看出,我们所研究的数显式等中心测量仪克服了肉眼估测、无直观数据显示、偏差较大的探针式测量装置的缺点,可准确确定所测量的设备的等中心偏差。
4 结束语
数显式机械等中心测量仪结构简捷,易于操作,检测精度高,为放射治疗设备:加速器、钴60远距离治疗机、放疗模拟定位机等提供了精度保障,减少治疗误差,提高放射治疗质量,确保患者得到精确、准确放疗,是每个放疗单位十分重要且必不可少的配套设施。此装置已在放疗设备检测中使用,检测性能高,值得很好地推广使用。
参考文献
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