背負式新能源割稻機產品設計目錄摘要 引言進入21世級的高科技生活時代，不僅僅只是我們的生活，學習發生了改變。農業也發生了很多改變與進步。農業隨科技的發展越來越現代化，農業現代化的實質也就是科技現代化。在上一代，收割稻谷都是人工收割，費時費力，科技發展起來以后，現在大多收割都有了大型的收割機器，能夠快速的代替人工收割，提高收割效率。并且我國的農作物的品種多,主要有水稻、玉米、小麥、等等。并且我國地大物博，地理環境多變，地勢多樣，三分之一都是山區丘陵,地形比較平原還要復雜,尤其是現在已經實行了將每款田地單獨分給各戶的生產責任制之后,丘陵地區的農民的田地不僅分散、塊小、交通也及其的便利,大型的聯合收割機根本就無法使用。大型機器擁有體積大，對田地的濕度，田地大小要求高。在云南，貴州，四川的田地多數窄小，田地濕度高[1]。因此大型機器無法應用。而割稻機剛好就彌補了大型機器的這個缺點。歐美等發達國家對割稻機的研究與制作起步比國內早，歷史悠長，主要發展過程從一開始的人力，畜力到機器配套使用，產品技術已經非常成熟了。利用了很多現代科技成果，如同工程塑料、無觸點電子點火等，整個機器的重量輕、不僅僅是功率大、并且使用操作輕巧，并生產制作了一類的產品。國內對割稻機的研究起步于上個世紀，到現在為止國內的生產廠家還比較少，而且產品的質量笨重，性能較少，品種還比較單一。背負式割稻機擁有諸多優點，如質量輕、體積小、操作簡單容易攜帶。但由于國內的割稻機的發展歷程較短，還存在一些缺陷，如質量重，噪音大，安全性能低等。產品設計是指只要是能夠對人產生作用的都可以進行產品設計，產品設計是工業設計的核心，是企業運用設計的主要環節，它實現了將原料的形態改變為更有價值的形態[2]。工業設計師通過對人生理、心理、生活習慣等一切關于人的生活習性等對產品進行功能、性能、價格、使用環境的定位，結合各種現代技術，從社會的、經濟的、技術各種不同的角度進行創意設計[3]，對背負式割稻機我們就能從產品設計的方向對其進行設計。通過對國內外的割稻機的對比，了解國內為割稻機的產品特點，對背負式割稻機在各方面，如同能源可以考慮新能源，設計可以更加貼合人體。進行改進或創新，研究人對色彩的情感賦予割稻機新的色彩搭配等。產品設計是為了讓背負式割稻機更符合現代科技化的發展[4]。利用各種高新科技，改良割稻機的各種缺點，使用更加安全，更加輕便，更加科學，更加符合人體工程學。使人-機-環境更加和諧。1背負式割稻機市場調研1.1割稻機的市場現狀研究在農業方面我國在八十年代提出來的奮斗目是實現農業機械化[5]。使用的收割機器大多都是大型的機器，只能夠在硬土壤，平土地上使用。主要適用于像東北這樣平原地區大面積農作物的收割。因為我國地域遼闊,地理、氣候環境復雜多變,例如云貴川地區山坡，梯田等土地居多，大型的機器連田地都無法進入，并不能在這種土地構造上起到作用。并且我國的農作物的品種多,主要有水稻、玉米、小麥、等等。我國地大物博，地理環境多變，地勢多樣，三分之一都是山區丘陵,地形比較平原還要復雜,尤其是現在已經實行了將每款田地單獨分給各戶的生產責任制之后,丘陵地區的農民的田地不僅分散、塊小、交通也及其的便利,大型的聯合收割機根本就無法使用。為了讓以田為生廣大農民們從繁重，辛苦的收割勞動中解脫出來,來發展其它的農業經濟,急需設計一款小型的、輕巧，操作簡易的收割機器,而割稻機就滿足了這種要求。光是在收割方面，每年對機械的需求量都在3萬臺之上。1.1.1割稻機的分類割稻機按體積大小來分，分為倆類，一種是大型割稻機，這種大型收割機體型大，價格高，收割的面積也大，效率也很高，適用于專門收割的公司購買使用，它的優點也是它的缺點。對于分田到戶的農村家庭來說，它的價格太過高昂，一臺基本好幾萬，最便宜的也是一萬多。并且分田到戶的農村家庭的田地基本都是分散各處，交通也不夠便利。中國的土地構造復雜，有許多山地丘陵，大型的收割機根本無法使用。大型割稻機如圖1.1所示：圖1.1大型收割機割稻機還有一種是便攜式收割機，現在便攜式的割稻機主要分為側掛式與背負式。兩者的構造和原理都是相同的，都是通過汽油機驅動傳輸動力使刀片轉動來進行切割工作。除了汽油機的型號不同之外。唯一的不同就是這倆個的攜帶方式不同。側掛式有一根背帶，操作者將背帶掛在一端肩膀上，兩手握住操作桿進行切割動作。側掛式割稻機如圖1.2所示。圖1.2側掛式割稻機另一種為背負式，如圖1.3所示。與側掛式不同，背負式多了一個背架，背架支撐汽油機，使用時由人通過背架將汽油機背在身后，只需要一只手把著把手就可以進行切割工作，比起側掛式割稻機，背負式更加的舒適，也更受歡迎。圖1.3背負式割稻機1.1.2背負式割稻機的組成及原理便攜式割稻機主要由背架，驅動部分，工作桿，和切割部分組成。背架支撐驅動部分，由人背負移動驅動部分。驅動部分一般為汽油機，主要提供動力，工作桿連接動力與切割部分，傳輸動力。由人手扶移動工作。切割部分主要由刀片進行切割工作。一般配一個輔助工具，如扶稻器。工作原理由驅動部分，即汽油機提供動力，通過連軸器連接軟軸，軟軸連接內桿，內桿的工作頭部分通過齒輪傳動來帶動刀片的轉動來進行切割工作。如圖1.3所示。1.1.3國外割稻機設計日本生產的割稻機型號也非常的多,其中Xenoah割稻機就有輕型、中型和重型三種。輕型有QT20和BCF01,中型的有BCD20、BCD29、等八種。重型的只有FBC33[6]。其中,工作部分可以通過更換工具如尼龍除草絲、圓鋸片和除草刀盤,來用于不同的環境土地。1994年日本又制作出來了割稻帶寬90cm、還能夠駕駛這個機器與坡度較小的山坡。前蘇聯生產的Cekop-3型割稻機可用于幼林的撫育、稻木的采伐和割草等。割稻機主要由汽油機驅動部分、傳動部分和鋸木圓鋸片組成。工作時由操作人員可將割稻機背在肩上,左手扶著，右手劃動收割，如圖1.4所示。圖1.4Cekop-3型割稻機此外,中小型的稻木收割機還有瑞典制造的帕爾特內爾B173和胡斯克法爾納165R割稻機,后者還帶有可以更換的尼龍除草絲轉盤。德國制造的FS200AV割稻機上還配有減振裝置[7]。德國制造的克拉馬爾除稻機懸掛在履帶式驅動機的前方。機器前進時,旋切刀便將前面的稻木切成碎塊。英國制造的大型稻木切割機有薩布列除稻機、12型稻木切碎機、橫軸甩錘式除稻機和水平甩錘式除稻機。薩布列除稻機的除稻鋸片裝在向前伸出的懸臂上,為了保持機器的平衡后部裝有配重；鋸切部分可以根據需要更換[8]，如圖1.5所示。圖1.5克拉馬爾除稻機其能量供應形式也在不斷發展，早期主要采用的是畜力，后來逐漸發展到石油、電能、太陽能[9]。其中石油能提供的工作功率很大，現在割草機普遍使用其作為燃料，但尾氣污染比較嚴重。電能分為有線電和無線電兩種，無線電是指常見的采用蓄電池供電，有線電是指通過電線將駆動電機與家用交流電相連，這樣做的好處是工作時間長，工作穩定，而且不用安裝蓄電池等其他儲能裝置，但工作場所很受限制，割草機只能在指定區域工作。隨著蓄電池的儲能能力的增強和充放電次數的增加，有線電的割草機逐漸被取代。太陽能割草機則是目前研究的熱點，隨著太陽能技術的不斷成熟，太陽能的應用范圍也在不斷擴大。如瑞典Husgvoa公司設計的具有環保功能的太陽能混合動力割草機一太陽能割草機Automower是世界上第一臺既可由電池動力驅動，也可以由太陽能供給動力驅動的全自動割稻機，如圖1.6所示。圖1.6太陽能割草機每臺能處理高達200平米的草坪，甚至還可以處理具有一定坡度的坡地。當晚上或陰天不能獲得太陽的能時，則由蓄電池提供動力，能夠繼續工作1個小時，蓄電池充電時間快，只需45分鐘就能將蓄電池充滿。1.2背負式割稻機同類產品對比表1.1國外背負式同類產品對比日本小松德國庫菲德國斯爾特結構外型配色發動機型號本田王單缸庫菲單缸斯爾特單缸發動機排量38.7cc31.7cc38.7cc功率1.70KW/8000rpm1.2KW/7000rpm1.70KW/8000rpm燃油純汽油92#/95#純汽油92#/95#純汽油92#/95#凈重6Kg8Kg6Kg操作方式背負式背負式背負式燃油消耗率480g/kw.H480g/kw.H480g/kw.H形式四沖程四沖程四沖程為了了解國外割稻機各方面的性能，對日本小松，德國庫菲，德國斯爾特三種汽油機做了對比，對比結果如上表1.1。由表1.1可知，三種割稻機在結構上：組成部分為背架，汽油機，軟軸傳動，工作桿工作頭及其他配件；外型上：除配色不同外無太大差別。動力上：都是由汽油燃燒提供驅動力。日本小松，德國庫菲與德國斯爾特的排量，功率，燃油，凈重，燃油消耗率，操作方式及形式基本相同。發動機排量德國庫菲的低于小松與斯爾特，凈重略高。表1.2國內背負式同類產品對比國產庭森國產博大國產鮑哥結構外型配色發動機型號庭森博大鮑哥發動機排量38.7cc31cc38.7cc功率1.70KW/8000rpm1.2KW/7000rpm1.70KW/8000rpm燃油純汽油92#/93#純汽油92#/95#純汽油92#/95#凈重9Kg10Kg9Kg操作方式背負式背負式背負式燃油消耗率480g/kw.H480g/kw.H480g/kw.H形式四沖程四沖程四沖程為了了解國內割稻機各方面的性能，對國產庭森，博大，鮑哥三種汽油機做了對比，對比結果如上表1.2。由表1.2可知，三種割稻機在結構上：組成部分為背架，汽油機，軟軸傳動，工作桿工作頭及其他配件；外型上：除配色不同外無太大差別。動力上：都是由汽油燃燒提供驅動力。庭森，博大，鮑哥的排量，功率，燃油，凈重，燃油消耗率，操作方式及形式基本相同。發動機排量博大低于小松與斯爾特，凈重略高。國內外總對比：表1.3國內外總對比國外國內結構背架，汽油機，軟軸傳動，工作桿工作頭及其他配件。背架，汽油機，軟軸傳動，工作桿工作頭及其他配件外形配色黑色，橙黃色，紅色黑色，藍色，紅色汽油機性能功率傳輸：1.70KW/8000rpm重量;6-8Kg功率傳輸：1.70KW/8000rpm重量:9-10Kg圖1.7日本小松圖1.8國內普通割稻機結構上如圖1.7與1.8：通過對比國內外各種型號的割稻機，結構組成都是由汽油機，背架，軟軸，手柄，工作桿，工作頭組成。圖1.9本田汽油機圖1.10國內普通汽油機汽油機對比如圖1.9與1.10。對比國內外各型號的汽油機性能指數，國內外的排量穩定在38.7cc，功率轉速在1.70KW/8000rpm，國外的汽油機凈重在6-8kg左右，國內的凈重在9-10kg左右。圖1.11小松割稻機組件細節圖圖1.12國內普通割稻機細節圖從外形上及零件細節，如圖1.11與1.12看日本小松割稻機與國內普通汽油機，國外配色選用的顏色多為黑色，紅色，橙黃色。國內多用紅色，藍色，黑色。本田的汽油機質地高級，零件制作精細。國內幾款割稻機的外型使用材料普通，做工粗糙。

1.3割稻機問卷調查研究(1)調查問卷：為了了解割稻機的使用人群及存在的產品問題，做了一個問卷調查，對在貴州省龍里縣灣寨鄉使用的30個人進行調查統計。表1.4割稻機問卷研究割稻機問卷研究1、您的性別：□男□女2、您的年齡：□18-25□25-30□30-40□40-453、您使用割稻機多長時間：□1年□2年□3年及2以上4、您認為比起傳統的人工收割方式，割稻機是否更加好用？□是□否5、你使用割稻機時，認為割稻機存在哪些問題？(多選)□沒有問題，覺得很完美□質量太重，負重感大□使用不舒適 □安全性能低，害怕受傷□外型不符合審美 □耗油快 □噪音大6、如果對割稻機進行改進或創新，你有什么想法?圖1.13割灌機問卷研究統計結果(2)調查結果統計如圖1.13：在貴州省龍里縣灣寨鄉使用的30個人之中，29個為男性，女性一個。年齡分布在20-30的人數為4人，分布在30-40歲的人數為16人，分布在40-50的人數為10人。使用割稻機年限1年的有5人，倆年的有7人，三年以上的有18人。30個人都覺得割稻機使用效率高。認為現有割稻機存在使用不舒適的有18人，外型不符合審美的有15人，質量太重的有27人，安全性能差的有25人，耗油快的有26人。1.4調研總結市場需求發現中國地理環境復雜，氣候多變，還有分田到戶的責任制的政策。在此條件下，我國的機械收割還停留在大型機械收割。而這種機器收割方式對土地的大小、地勢地貌和濕度等因素都有一定的要求，導致南方的水田和梯田無法使用大型收割機器。直到如今，云貴川等地使用的收割方式還是人工收割，這種傳統的收割方式，不僅效率低下，還嚴重影響人的身體健康，因為長時間保持的彎腰低頭的姿勢，會導致腰椎間盤突出、風濕性關節炎等慢性疾病。根據中國三分之一都是山區丘陵,地形比平原還要復雜來說，每年對收割機械的需求量都能達到3萬臺之上，說明割稻機在我國有較大的市場。國外技術：通過對國外的割稻機研究發現，歐美等發達國家對割稻機的研究與發展起步較早，歷史悠長，發展的歷程從一開始的人力，畜力到機器配套使用，產品技術已經達到飽和。利用了很多的現代科技成果無觸點電子點火，傳感器設計，新能源驅動，避障設計等。國外對割稻機使用了很多先進科技，值得借鑒。產品比較：通過對國外，國內，國內外背負式割稻機同類產品的比較得到結果。(1)在結構上：國外，國內的結構組成都是由汽油機，背架，軟軸，手柄，工作桿，工作頭組成。(2)汽油機對比：對比國內外各型號的汽油機性能指數，國內外的排量穩定在38.7cc，功率轉速在1.70KW/8000rpm，國外的汽油機凈重在6-8kg左右，國內的凈重在9-10kg左右。(3)從外形上看日本小松割稻機與國內普通汽油機，國外配色選用的顏色多為黑色，紅色，橙黃色。國內多用紅色，藍色，黑色。本田的汽油機質地高級，零件制作精細。國內幾款割稻機的外型使用材料普通，做工粗糙。研究調查：由統計問卷調查統計結果可知，目前的割稻機使用的人群大部分為男性，年齡都在30-50歲左右，并認為現有割稻機還存在質量太重，負重感大，使用不舒適，安全性能低，害怕受傷。外型不符合審美，噪音大，耗油快等缺陷。2割稻機設計方案的構思2.1設計定位由市場調研，對國外割稻機的研究及背負式同類產品對比和調查問卷結果顯示，國內對割稻機的需求量很大，國外的割稻機利用了很多的現代科技值得借鑒。調查問卷結果顯示使用割稻機的人群基本是集中在30-50歲的農村男性，所以針對此調查結果，我明確了割稻機設計的定位：功能定位——能夠利用新興科技驅動，有安全保障。外型定位——符合人機工程學，根據人體設計形態。使用人群——有稻田收割需求的人群。使用環境——除正常稻田外，還能夠滿足一些窄小，環境條件不好的稻田的收割工作。2.2功能分析通過調研結果顯示：國內外的割稻機都是用的汽油機作為驅動力，國外由于科技水平發展時間較早，所以割汽油機的性能，質量方面都已經達到了飽和，其產品噪音小，油耗低，功率大，動力強，穩定性強，工作效率高。而我國的汽油機的研發起步較晚，各方面的性能與國外產品比較還有一定的距離。國內生產的割稻機汽油機油耗大，噪音大，且質量大。汽油機燃料消耗率較高，經濟性較差，環保性能差，且國內汽油機性能沒有國外強，機械運作過程中，由于機械內部結構、外部環境影響等因素，很容易出現機械振動問題，不僅會增加加工中的噪音，對機械本身也是一種損害。(1)太陽能驅動設計：現在各種器械都倡導以新能源為驅動力，在割草機的外殼上裝置太陽能光伏板，將太陽能使用變電器轉化為電能來驅動電機，或者是太陽能轉化為電能后存儲在蓄電池中后，再通過蓄電池放電控制器來驅動電機，其主要特點就是能源清潔、無污染、無噪音。瑞典研究出了一款太陽能驅動的割草機，這是世界上第一臺太陽能驅動的割草機。如圖1.6。國外已經逐漸使用更清潔，更環保的能源，但國內的割草機還是在用汽油機作為驅動。但輪式的不適用于山區。所以我們可以將輪式割草機的太陽能功能進行模仿創新，對背負式割稻機進行改造，將質量大，噪音大的汽油機替換為能夠用太陽能進行蓄電的電機。圖2.1太陽能原理如圖2.1所示,我們可以知道太陽能發電的原理。雖然瑞士已經發明的太陽能發電的割草機，但我們無法對國外的產品進行研究再設計制作。但我們可以通過研究太陽能發電的原理，將其運用到我們的割稻機當中。首先太陽能光伏板接受光能，在太陽能光伏板進行充電時，電量便儲存在蓄電池中，到用的時候可以通過蓄電池放電。并且除太陽能充電外，蓄電池也可直接充電使用。太陽能控制器的主要是使太陽能發電系統從頭到尾處于發電的最大功率點的附近，來獲得最高效率[10]。同時需要逆變器，主要是將蓄電池中的直流電變為交流電。(2)動力方面我們可以采用無刷電機。無刷電機比起有刷電機擁有諸多優點。1、無電刷、低干擾2、噪音低，運轉順暢3、壽命長，低維護成本由此可確定太陽能驅動的組件有：太陽能光伏板，蓄電池，太陽能控制器，無刷電機。2.3形態分析如圖2.2所示，目前國內外的背負式割稻機設計都是這種鐵管設計。圖2.2背架通過調查研究的使用人群反應，目前市面上的背負式割稻機背負時會讓身體產生不舒適感，認為這樣的設計并在工作過程中并不能很好的承受住汽油機。為了能使背架更好的承受住驅動部分的重量，我將板塊設計代替管道設計。板塊設計，第一增大了背架與驅動部分的連接面積，使驅動部分更加穩固。第二，增加了背架與人體的接觸面積，提高背負舒適感。根據對人體肩寬，身高長度的測量及研究，將裝載的箱體的長寬高設計的尺寸最好是長26厘米，寬23厘米，高36厘米。這個尺寸能夠占滿人的三分之二的后背。在一些部位最好使用曲弧設計，貼合人的頸部曲線。為了使板塊設計的質量在可承受范圍重量內，還對背架進行鏤空，使其有設計感并減重，如圖2.3所示。圖2.3背架設計2.4背負式割稻機的人機分析2.4.1人機工程學在割稻機中的應用根據工業設計與人體工程學，零件的造型設計不僅僅要有其本身的實用性，還應該結合人-機-環境，以人為主體來對產品進行設計。(1)把手位置：把手需要長時間與人體接觸，位置非常重要，太遠了夠不到，太近了操作會受阻礙，所以在把手的位置設計處，采用了活動把手設計。把手的固定由螺栓松緊控制，可以自行調節合適自己的把手位置，如圖2.4所示。(2)把手造型設計，把手造型設計植入公交車的把手波浪形與人手貼合的設計。波浪貼合設計與人手更加貼合，接觸面積增加。能夠更好的控制工作桿方向。如圖2.5所示。圖2.4持割稻機工作 圖2.5把手2.4.2使用安全與舒適度的心理研究(1)安全：人們常說安全第一，特別是在機器面前，人就顯得十分脆弱。面對堅硬的鋼鐵，我們無法使用自己的肉身去抵抗，機器讓我們顯得不堪一擊，在面對機器時我們往往會有一種害怕心理。為了在收割工作中的心理健康，我決定在割稻機中加入傳感器模塊。如今傳感器的普遍使用已經使很多危險機器有了安全系統，根據人體的溫度或者是導電性的不同，傳感器能夠對人體進行探測[11]，在人體觸碰到危險區域的時候，機器能夠立馬停止運行，這樣一來人的安全問題就得以解決。有了傳感器系統的加持，會讓人更加感受到安全進而能夠讓心理健康的進行工作[12]，傳感器模塊如圖2.6。圖2.6傳感器 圖2.7傳感器模塊(2)舒適感：當你在坐著玩手機防松的時候，你的大腦就會控制你的身體尋找一個能夠依靠的物體，這在心理學上叫做“瞭望—庇護”理論。根據這一心理學，如果將割稻機背負部分與人的后背部分接觸的面積增加，那么就會讓人的心理與生理都會感覺到舒適與安全。除了背部的接觸面積增加還可以將一些適當的地方做成曲線弧面的形態，讓其除了增大與人的接觸面積，還能夠貼合人的頸部，手指等，提高人使用產品時的舒適度。2.4.3人體舒適度與材質的關系如今任何產品根據適用人群，使用環境的不同，不僅僅是對造型，安全設計有要求，對材質也有很高的要求。背負式割稻機，操作使用就是將汽油機背在背上然后用手拿著工作桿進行切割。由于割稻機的質量全都是以人作為載體，所以對質量的要求自然是越輕越好操作。操作工作桿切割運動時，工作桿的質量是一直在染得手上的，工作時間長的話，人難免會疲勞，所以在桿的材料選取上，最好是選擇質量輕，剛性好的材料。(1)碳纖維：主要由碳元素組成的一種特種纖維不同的種類，含碳量就不同，一般都是在90%以上[13]。一般碳素材料的有耐高溫、摩擦、導電、導熱及耐腐蝕等特性，碳纖維除此之外，他的外形還有各向異性、柔軟、所以能夠加工合成各種織物[14]，沿纖維的軸向方向有著很高的強度。碳纖維的比重很小，因此具有很高的比強度。碳纖維是力學性能非常優異的新興材料，比重小，抗拉強度基本都在3500Mpa之上，為鋼的7~9倍，抗拉彈性模量是23000~43000Mpa同樣的高于鋼。它還是航空航天，火箭,F1賽車最常使用的材料[15]，如圖2.8所示。圖2.8碳纖維圖2.93D間隔織物(2)3D間隔織物：主要優點不僅僅透氣性強，清洗,消毒還很方便，緩沖性好表面舒展,是現在市面較流行樣式，它擁有的回彈性抗靜電耐洗紡織材料,快速成型，優秀的彎曲性能。在背墊處使用這種材料，輕盈透氣，柔軟舒適，如圖2.9所示。2.5色彩心理學2.5.1色彩情感與環境色彩設計色彩心理學是十分重要的學科，在自然欣賞、社會活動方面，色彩在客觀上是對人們的一種刺激和象征[16]；在主觀上又是一種反應與行為。色彩心理透過視覺開始，從知覺、感情而到記憶、思想、意志、象征等，其反應與變化是極為復雜的。色彩的應用，很重視這種因果關系，即由對色彩的經驗積累而變成對色彩的心理規范[17]。

黑色象征權威、高雅、低調、創意；白色象征純潔、神圣、善良、信任與開放；藍色象征權威、保守、中規中矩與務實。紅色象征熱情、性感、權威、自信，有時候會給人血腥、暴力、忌妒、控制的印象。2.5.2色彩溫度在割稻機的色彩上也做出了一定的設計。將割稻機的刀片和把手處設置為紅色，因為紅色為一種警告色，紅色光波長最長,能夠將自然光反射到較遠的距離。紅色光作為光源也是一樣。而且紅色是血液的顏色,擁有各個民族通用的含義,并且每個人都有與生俱來就能理解的性質:流血即意味受傷,意味著要付出代價。即告知被警示者,假如你不注意,你將有危險。刺眼且令人醒目，這樣就會對人起到警示作用，一般不會去接近刀片與把手，如圖2.10所示。圖2.10警告標志圖2.11箱體貼圖背負箱體則設置為白色，生物知識告訴我們綠色樹葉之所以是綠色，是因為樹葉不吸收綠色所以反射綠色。而白色是不吸收任何光線。這樣在炎日下收割時也能保持清涼的白色。在白色的箱蓋上視稻谷的貼圖，稻谷臟黃色，使其豐富而有溫度，如圖2.11所示。3背負式新能源割稻機的設計過程3.1三維建模三維建模使用的軟件是SolidWorks,這個軟件是世界上第一個基于Windows開發的三維Cad系統.這個軟件是三維建模最常用的軟件，不僅操作簡單，而且標準件還可以安裝插件以后直接調用。模型的建立難度不在操作。是如何設計出造型完善且能夠完全配合尺寸的零件，并且將腦海中的零件通過【繪制草圖】-【尺寸】-【拉伸切除】-【陣列】等等的工具將它轉化為實體。以上是一般零件的建模過程，Solidworks還有一些比較特殊的命令，例如【掃描】如圖3.1，掃描通常用于草圖做不出來的曲面或是彎曲管道類的零件。這個命令需要建立兩個草圖，一個是【草圖輪廓】，一個是【引導線】，將草圖繪制完畢后，選擇【掃描】以及確定草圖輪廓與引導線，點擊完成即可繪制出彎曲的管道模型，如圖3.2所示。圖3.1掃描命令圖3.2管道模型背架的設計是根據結合人身體的構造進行設計及建模，如圖3.3，它的上部靠近人頸部的位置是一個弧形，這就貼合了人的頸部與腦袋之間的弧度，下面做了一個圓弧處理，因為在背上放下的時候，會與人的身體發生摩擦。背部做了一個鏤空的設計，是因為在工作過程中使背部更加透氣。鏤空設計直接繪制在背架的背板上，利用【草圖繪制】出鏤空的圖形，進行【拉伸切除】。各個邊界都做了圓角處理，避免劃傷人體。圓弧設計一般可以直接利用【特征】中的【倒圓角】，設置好倒圓角的直徑，點擊綠色的勾，能夠看到預覽效果。圖3.3背架在公交車上我們都會看到吊環上的把手處會有波浪形的設計，這樣更加貼合人的手指，更利于抓緊。所以在割稻機的把手設計也采用了貼合認識的波浪形設計。畫完后添加手指弧形時使用的命令是【旋轉切除】如圖3.4，更加符合人體工程學，如圖3.5所示。圖3.4旋轉切除命令圖3.5貼合把手模型箱體的門上做了一個圓球玻璃設計如圖3.6。更加便利于觀察內部情況。【繪制草圖】后使用【旋轉】命令，如圖3.7所示。圖3.6透視圓窗圖3.7旋轉命令 軟軸連接器也是一個重要的零件，這個零件的繪制需要非常細致，基本的實體繪制完畢后，用【槽孔】命令繪制草圖，如圖3.8。【拉伸切除】后，進行【陣列】，設定【數量】，點擊完成即可[18]，如圖3.9所示。圖3.8槽口命令 圖3.9軟軸連接器模型3.2渲染我渲染用的軟件是Keyshot,是一個互動性的光線追蹤與全域光渲染程序，無需復雜的設定即可產生相片般真實的3D渲染影像[19]。渲染首先需要將裝配好的模型導入軟件當中，在軟件中能夠編輯零件的【材質】，【顏色】，如圖3.10所示，能進行【貼圖】等命令。如圖3.11所示，此為渲染模型所需的貼圖，目的是使模型更逼真。圖3.10選擇材質命令圖3.11觸屏貼圖對比每張素材的效果，再根據選中素材的顏色將部件的顏色進行微調，使其看起來更加協調。貼圖在渲染中很重要，它決定了渲染的風格。貼圖有兩種操作，一種是在項目處選擇【紋理貼圖】，然后【導入】你的圖片，直接就能貼上去。但是這種操作不能對貼的圖片進行調整。第二種方法是在項目處【添加標簽】，也就是將貼圖添加為標簽，這樣的圖貼上能夠對貼圖的【大小】、【角度】、【深度】、【位置】等都進行調整。還可以設置【環境】如圖3.12，【照明】如圖3.13。圖3.12設置環境圖3.13設置照明最終渲染圖如下3.14。圖3.14渲染圖3.3宣傳海報設計與制作海報制作使用了Photoshop軟件，這款修圖軟件能夠使用各種圖片素材，利用軟件的各種工具命令做出想要的效果圖。摳圖可以用【矩形選框工具】，【魔棒】【快速選擇】等，換色可以使用【畫筆】【替換顏色】，還可以添加【濾鏡】，對圖片進行【切片】等。以渲染圖片作為基礎，介紹產品了背景，進行產品對比，突出產品結構，優勢等，多以圖片為主。最重要的是海報的風格與圖片顏色一定要先協調，不然海報呈現的效果會很突兀，一般選用淺色打底，這樣字和圖都能看的清晰。我做的海報尺寸為高90厘米，寬60厘米。首先設置【圖像大小】從中間隔斷，上半部分介紹產品背景，原理，產品對比，產品部件，創新改進之處等，下半部分以一張渲染圖片為主。渲染圖片加入前一定要進行【裁剪】及提高像素操作，否則放入海報中，不僅尺寸不符，還會導致圖片像素過低變得模糊。我的海報以灰色為打底色，圖片底色也為灰色，字的顏色為藍色。與畫冊風格相呼應。【字體顏色】可以通過【前景色】調色。還可以設置【字體樣式】，如圖3.15。圖3.15選擇字體樣式圖3.16第一版海報第一版渲染和海報存在問題。如圖3.16，第一主題不突出。第二個是細致的地方沒能夠表達。海報顏色太灰，給人的感覺會比較壓抑，排版太亂，不夠突出主題，第一眼不能夠看到產品的特點。第二版海報根據第一次的建議，最后完成后微調一下【光線曲線】，如圖3.17，能使整張的圖片更加明亮，協調。做第二版是最后渲染圖片如下圖3.18。圖3.17光階調整曲線圖3.18最終海報3.4產品畫冊設計與制作1、簡單介紹割稻機的組成、發展、與原理，讓看畫冊的人對割稻機的發展有一個簡單的了解。2、介紹傳統割稻機的結構與原理，對比傳統產品，突出我們新產品的優勢。再對產品優勢進行介紹。3、總優點分析。4、新能源-太陽能驅動，采用清潔能源，更加安全健康。及介紹實現原理。5、人體工程學設計，人體工程學與工業設計同樣注重以人為本，即以人為中心對產品進行合理設計。6、碳纖維復合材料，碳纖維復合材料，質量輕，剛性好，硬度強，是火箭，航空使用的材料[20]，畫冊如圖3.19。圖3.19畫冊3.5功能演示動畫的設計與制作Solidworks做【爆炸動畫】，也可以做原理展示。首先選擇項目中的【爆炸視圖】，然后選中你想要爆炸的零件，拖動零件至適當位置，也可以【自動爆炸】，但自動爆炸不會考慮干涉問題，所以一般采用【手動爆炸】，注意布局，不要讓零件發生干涉。零件都拖動至合適的位置之后，點擊完成，在下列中選擇【動畫仿真】。【動畫向導】-【爆炸】-【設置總時長】，【起始時間】-完成。爆炸動畫中加入一些較為復雜的零件半刨等，能夠更容易了解零件的造型以及功能。還有運動仿真，Solidworks也能夠對零件【選擇材料】，【場景】等，還可以進行【貼圖】。曲屏就采用的貼圖效果。做運動仿真,除了要將產品結構表達以外，還需要將產品的原理展示出來，這里旋轉部分可以選擇馬達來進行旋轉。運動仿真需要對各個零件的去設置【隱藏】，【旋轉】，起始時間及結束時間，還需注意產品的視圖方向等，動畫制作如下圖3.20。圖3.20動畫制作圖片4實物模型制作4.1模型制作的方法與選用模型制作的方法有三種，一種手工制作，是通過自己買好所需材料，運用膠槍，紙板，刀具來對材料進行切割，拼裝來完成模型。這種方式常見于建筑工程學。這種模型的制作方法要求簡單，但是對人的動手能力要求嚴格。如果動手能力不強，那么就會對模型的外觀，性能有所影響。第二種是機械加工方法，就是聯系機械加工公司，與加工人員溝通，自己想做什么樣的零件，提供圖紙與要求，最后通過機加工的方法將模型制作出來，這種方式常見于單個零件的加工，和批量生產的加工，作為學生一般只加工單個零件，還需要單獨制作磨具等，所以加工費用會比較高。但是精度有所保證。第三種是3D打印技術，在3D打印中心，利用現有的設備進行加工。可供選擇的打印材料有光敏樹脂和PLA材料，由于光敏樹脂材料相對PLA材料而言耐熱抗拉性能優異，且表面光滑，價格低廉，所以打印材料選用光敏樹脂材料。由于手工制作難以展示出背負式新能源割稻機的機構完整性，所以本次實物制作采用3D打印技術。4.23D打印的過程4.2.1準備階段3D打印的準備階段，首先打印機器與材料我們不需要自己準備，我們需要做的是將自己的模型建好，裝配完成。如果所做的模型不是1:1打印出來的話，那么我們就需要自己對打印的模型進行【比例縮放】，找到【模具】，選擇【縮放比例】，選中縮放的零件，輸入縮小或者放大的比例，待機確定即可，模型縮放完成以后，保存為SLT文件即可。4.2.2打印過程本產品實物在3D打印中心，利用現有的設備進行加工。可供選擇的打印材料有光敏樹脂和PLA材料，由于光敏樹脂材料相對PLA材料而言耐熱抗拉性能優異，且表面光滑，價格低廉，所以打印材料選用光敏樹脂材料，如圖4.1所示。圖4.13D打印模型3D打印技術使用紙層折疊和光固化技術。連接電腦后，經過電腦控制將做好的模型一層一層打印出來，最后生成實體模型，如圖4.1。3D打印能快速成型，以模型文件為基礎，利用可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。方案設計所采用的具體設備及設備參數如表4.1所示。表4.13D打印設備參數表設備名稱設備型號打印材料成型工藝關鍵技術參數聯泰3D打印機SLA600光敏樹脂SLA光固化原理熱變形溫度：46℃抗拉強度：47Mpa彎曲強度：67Mpa延展率：3%4.2.3后期處理3D打印出來的模型只是模型，并不能夠體現產品的渲染，所以在在模型到達以后還需要對模型進行后期處理。模型打出來由于材料的不同，可能會有一定的粗糙度，如果需要上色的話，就可以用砂紙對模型表面進行打磨處理，這樣能夠使模型看起來精度更高，上色也會比較容易。打磨好以后就可以對模型上色，上色用的顏料是纖維顏料，纖維顏料使用德國無甲醛防腐劑，長期使用無危害。防水性強，顏色鮮艷，膏體細膩，還可用于衣服鞋子等，覆蓋力強，穩定性強，耐曬耐氣候性能好。4.3實物模型效果圖圖4.2實物模型效果圖結論在本次畢業設計中，通過對背負式割稻機市場調研，國內外背負式割稻機結構，外型，動力的對比，問卷調查的方式，了解了割稻機的市場需求，國內外背負式割稻機的產品特點。通過研究與分析背負式割稻機的優缺點，在驅動力上植入了太陽能驅動，代替了傳統的汽油機驅動，能源清潔可再生。在外型設計上，分析了現有背負式割稻機的背架，將鐵管設計轉變為板塊設計，一方面增大了背架與驅動部分的接觸面積，使其更加穩固，另一方面增加了與人體的接觸面積，提高背負舒適感。在把手設計上，設計了位置可調整的活把手，使其能夠適應于每個人的身體條件；還將貼合手指的波浪設計植入把手的外型，增大與手部的接觸面積，使其更好的貼合手指。在安全設計上加入了傳感器設置，在傳感器感知危險時，能夠讓刀片停止轉動，不僅保障了人的人身安全，也讓人在工作中心理健康舒適，不用擔心，害怕受傷。在材料選取上，工作桿采用碳纖維材料，輕便且硬度，剛性都很優質，背墊采用3D間隔織物，透氣易清潔。在產品配色上，通過色彩對人的情感影響以及使用環境，刀片和把手采用代表血腥和警惕的紅色，箱體采用白色，不吸收任何光線，并配合稻谷貼圖，使得配色單純而不失溫度。此次設計結合了現有背負式割稻機的產品特點與新能源、人機設計、心理學、色彩情感設計出了這一款背負式新能源割稻機。經過設計與改造，它既具備了清潔能源，安全設計，舒適外型。但由于太陽能光伏板、無刷電機、碳纖維、的植入，使得背負式新能源割稻機的成本并不低。希望將來這些優質材料的價格有所降低，或