太陽能式防雨水自動晾曬設備研究意義分析

周 漢

（海口科技學院，海南海口 571126）

0 引言

在果實收獲方面使用的機械設備種類繁多，而豐收后的干燥儲存設備則相對比較單一。目前普遍采用的干燥技術(shù)是加熱、減壓等方式，使物料的水分在產(chǎn)生揮發(fā)、升華等相互變化的過程中與物料分離以達到干燥的目的[1]。

國外發(fā)達國家非常重視干燥技術(shù)，干燥設備技術(shù)水平較高，國外的干燥實驗設備每隔10 a就徹底更新一次，發(fā)展趨勢向著更加有效利用能源，強化干燥操作，設備更加緊湊，改善生產(chǎn)環(huán)境和產(chǎn)品質(zhì)量，同時提高干燥速度的方向發(fā)展。在日本，干燥設備主要以循環(huán)式小型烘干機和連續(xù)移動式大型烘干設備為主[2]；在美國，作為世界上唯一規(guī)模化種植花生的發(fā)達國家，對花生的干燥過程已實現(xiàn)了機械化、自動化，并且收獲、存儲和加工的各個環(huán)節(jié)可以實現(xiàn)無縫對接[3]。

我國干燥技術(shù)及設備方面的發(fā)展也取得了驚人的成果，但與國外相比還有一段距離。影響我國干燥技術(shù)發(fā)展的因素，主要有國情、地域、人員分布、氣候差異等。現(xiàn)在農(nóng)戶采用的干燥方式主要分為2種：一種是江浙一帶的種糧大區(qū)多采用烘干機進行干燥，鄉(xiāng)或鎮(zhèn)建立烘干站，采用集體干燥的方式。特點是周期短，干燥后產(chǎn)品質(zhì)量高，工人勞動強度低，但一次性投資大，收益較小，不適合個體農(nóng)戶[4]。另一種仍然采用的是最原始的人工翻曬的干燥方式，將果實鋪攤在地面上，利用太陽光的直射，以達到干燥的目的。干燥過程中需要大量勞動力和場地，而且受氣候因素影響很大。

個體農(nóng)戶常用的水稻干燥機有轉(zhuǎn)筒干燥機、流化床干燥機、通風箱式低溫干燥機、低溫循環(huán)烘干機[5]等，目前在發(fā)展中國家主要推廣的谷物干燥機，是將循環(huán)式與櫥柜式進行組合的干燥機，具有熱效率高、耗能低、成本低等特點。在我國南方廣泛使用的中小型谷物干燥機，主要是循環(huán)式谷物干燥機[6]。

1 針對晾曬設備的調(diào)研

（1）基于地域的氣候條件，部分地區(qū)多雨潮濕，收獲果實的除濕問題一直困擾著廣大農(nóng)戶，不及時晾曬果實易發(fā)霉腐爛，晾曬又愁于晾曬場地投資大、利用率低、耗時長等問題。目前方便快捷、低成本的干燥除濕設備在市場上幾乎沒有，部分農(nóng)戶仍然采用最原始的場地或是公路邊進行晾曬，即影響城鄉(xiāng)環(huán)境又不利于交通安全。因此，防雨水的晾曬設備就顯得尤為重要。

（2）太陽能式防雨水自動晾曬設備是急需研發(fā)的一套農(nóng)機產(chǎn)品，用以幫助農(nóng)戶在果實豐收后的干燥除濕處理。目前個體農(nóng)戶多是采用晾曬的方式進行除濕，而后進行長時間的儲藏。該產(chǎn)品研發(fā)能幫助農(nóng)戶在雨天或霧天里實現(xiàn)自動遮擋、覆蓋果實,以防止果實受雨水、露水的浸濕，同時操作簡便，老、弱、幼人群均可實現(xiàn)操作，可解放強壯勞動力，為農(nóng)戶提供極大的便利。

（3）通過市場調(diào)研得知，農(nóng)戶在完成稻谷或花生的收獲后，需要進行干燥和存儲，一般的干燥手段就是直接晾曬去濕，晾曬過程時間長，又要有足夠大的晾曬場地，晾曬場地的投資較大，而利用率又較低。所以農(nóng)戶一般選擇自家院子或公路邊上晾曬，存在諸多交通安全隱患，同時還要有人蹲守，以防止突如其來的雨水，并且到了晚上必須回收到袋子中，防止夜晚被露水浸濕。這樣的晾曬過程至少需要（5～6）天，可見勞動的工作量非常大且效率低，同時需要青壯勞動力蹲守，而且受場地的限制，沒有及時干燥的花生，為避免發(fā)芽需要盡快便宜出售，農(nóng)戶收入減少。因此，研發(fā)晾曬設備可以幫助農(nóng)戶解決上述問題。

（4）晾曬設備需要滿足的要求。淤針對多變的氣候環(huán)境，能夠防雨水防露水，這樣可以消除農(nóng)戶晾曬期間一有雨水就得裝袋回收的問題。于不受晾曬場地條件的限制。盂晾曬過程中不用反復回收，減輕晾曬期間的勞動強度。榆晾曬時間短，提高效率。虞操作簡便，老、弱、幼人群均可完成覆蓋工作，解放強壯勞動力。

2 晾曬設備研發(fā)的可行性

（1）以晾曬設備設計為例，探討機械正向設計中機械結(jié)構(gòu)設計的方法。在機械產(chǎn)品的設計中，設計方案的確定是關(guān)鍵的問題。產(chǎn)品設計可以分為正向設計和逆向設計。所謂逆向設計是對已有產(chǎn)品進行重新創(chuàng)新或是改造，是一個從“有”到“有”的過程。正向設計是根據(jù)市場需求設計產(chǎn)品，是一個從“無”到“有”的過程。所研究的防雨水晾曬設備在市場上并無銷售，研發(fā)過程是一個從“無”到“有”的過程。在研究中，晾曬設備需要具備防雨水的功能，則需要實現(xiàn)設備的果實覆蓋動作，還需要考慮到晾曬設備的存放問題，晾曬設備總體占地面積較大，不方便整體設備的直接存放，因此需要考慮將設備拆分、折疊存放。另外還需考慮制造成本、農(nóng)戶購買力的問題，設備的研究是為了能夠幫助農(nóng)戶在果實的干燥過程中提供便利，具有一定的市場價值和空間。機械結(jié)構(gòu)的設計需要考慮的因素比較多，同時也加大了設計的難度。

因此可將研究設計工作作為設備產(chǎn)品研究開發(fā)的范例，分析設計過程中市場需求與機械結(jié)構(gòu)設計的聯(lián)系，完成產(chǎn)品設計研究的方法、步驟及需要考慮的具體問題，為后續(xù)設備產(chǎn)品的機械結(jié)構(gòu)設計提供一種方法和參照。

（2）太陽能技術(shù)在晾曬設備中的應用。太陽能資源豐富，對環(huán)境無任何污染。對太陽能應用主要有光熱轉(zhuǎn)換和光電轉(zhuǎn)換2種方式，但由于成本高和轉(zhuǎn)換效率低的問題，應用并不是很普及。

太陽能技術(shù)的推廣和普及需要以機械設備或電氣設備作為載體，而且多應用于太陽光充足的室外場合。因此在晾曬設備的設計中，可采用太陽能作為自動控制的能量來源。但在應用中將會面臨一系列的難題，需要考慮如何將太陽能技術(shù)很好地引入到機械設計和電氣設計中來，使其與機電設計很好地契合為一個整體。另外要考慮，太陽能光電轉(zhuǎn)換的效率能否滿足電氣控制的需要等。

（3）設備的成功研發(fā)，有助于幫助農(nóng)戶解決果實在晾曬過程中天天裝袋、特別是雨天的回收問題，縮短晾曬時間，減少農(nóng)戶的勞動強度，同時提高收入。

（4）市場上并沒有此類似的產(chǎn)品，該產(chǎn)品投資小、成本低、使用操作方便，因此該產(chǎn)品的研發(fā)具有非常大的市場前景和推廣意義。

3 研究目標和內(nèi)容

研究目標是根據(jù)市場調(diào)研的功能需求，解決晾曬設備中主要的機械結(jié)構(gòu)設計及電氣控制設計，完成樣機模型的制造。目的是為農(nóng)戶在晾曬果實（花生、稻谷等）工作中提供便利，減輕勞動強度，提高收入，為后期設備制造和市場銷售奠定基礎(chǔ)。

主要研究內(nèi)容有5個方面。淤對多雨地區(qū)農(nóng)戶進行問卷式市場調(diào)研，以農(nóng)戶對晾曬設備的功能需求，結(jié)構(gòu)要求，成本等問題為主要內(nèi)容，分析整理得到其功能需求報告。于以完成農(nóng)戶對晾曬設備的功能需求為目標，分析研究實現(xiàn)晾曬設備的機械原理設計和機械結(jié)構(gòu)設計，并對結(jié)構(gòu)設計中的零件和部件進行總體設計，完成晾曬設備的總裝配設計，利用3D仿真軟件完成晾曬設備結(jié)構(gòu)設計的動畫仿真。盂分析研究太陽能在晾曬設備中的應用，完成晾曬設備的電氣控制設計，實現(xiàn)自動化操作。榆為提高晾曬設備效率，縮短晾曬周期，對多種平鋪晾曬材料進行實驗，分析總結(jié)確定材料的選擇。虞按照比例完成太陽能式防雨水自動晾曬設備的樣機模型。

4 技術(shù)路線

（1）從市場調(diào)研到最后利用仿真軟件完成設計的動畫仿真，完成機械部分的設計工作。

（2）結(jié)合機械結(jié)構(gòu)及機構(gòu)的運動情況，設計晾曬設備的電氣原理圖和電路布置圖，完成既定動作。

（3）為提高晾曬設備的工作效率，選擇多種平鋪晾曬材料進行實驗，記錄實驗數(shù)據(jù)，優(yōu)先選擇，完成晾曬設備的樣機模型。

5 總結(jié)

設備的研發(fā)能夠幫助農(nóng)戶解決花生、稻谷等果實收獲后的晾曬難題，解決晾曬過程中出現(xiàn)的雨水、露水導致果實潮濕及勞動強度高的問題，同時可解放勞動力，實現(xiàn)農(nóng)戶的增收，具有實際的實用價值和市場空間。