浆果采摘机的设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 摘 要 现在农业采摘已采用专业化、集约化和规模化采摘，农业采摘机成为当今世界最具活力的新兴农业机械之一和现代农业机械的亮点。结合我国农业生产的实际需要，针对浆果采摘机农业机械市场的特点，对浆果采摘机进行了研究、开发，设计研制出一种可自动完成对浆果的采摘及收获的机械。 课题从浆果采摘机原动部分及传动部分的设计、工作部分的设计、液压系统的设计等多方面详细介绍了研究过程与方法，并给出了安装及维护的注意事项。 本设计以拖拉机作为原动机，通过拖拉机的拖拽，实现了浆果采摘机的行驶功能，液压马达为动力源，采用四连杆机 构实现了采摘机的采摘功能。针对不同的农业地况，车体设计成可升降的结构。 关键词 ： 浆果采摘机；结构设计；理论计算 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 ow s s to a of a of of of of of as of as a is to In of is a 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 录 摘 要 . I . 1章 绪论 . 1 选题的意义 . 1 采摘机概述 . 1 国内外发展情况 . 1 采摘机的简介 . 2 采摘机的主要用途和应用领域 . 2 第 2章 总体 方案设 计 . 4 总体 方案确定 . 4 旋转式结构 . 4 摆动式结构 . 4 方案介绍及选择 . 5 旋转式采摘介绍 . 5 摆动式采摘介绍 . 5 采摘方案选择 . 6 第 3章 采摘机的结构设计及计算 . 7 参数初定 . 7 车体框架尺寸初定 . 7 接果板总长初定 . 7 摆架机构尺寸初定 . 7 框架 的材料选择及重量计算 . 7 传输带链轮的设计 . 8 初选链轮齿数 . 8 确定计算功率 . 8 计算单排链所能传递的功率 及链节距 . 8 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 确定链实际长度及中心距 . 8 计算链速 . 9 计算作用在轴上的压轴力 . 9 按静强度校核链条 . 9 润滑方式的选择 . 10 链轮的结构设计 . 10 摆架的设计 . 10 轴的设计及计算 . 10 选定车轮轴径 . 12 车轮轴的校核 . 14 液压支柱支撑轴校核 . 16 轴承寿命计算 . 16 第 4章 液压系统设计 . 18 液压系统的设计要求 . 18 液压系统的基本回路 . 18 确定液压系统的主要参数 . 20 初选工作压力 . 20 计算液压缸的主要结构尺寸 . 21 液压缸工作流量的确定 . 22 确定液压缸的安装方式 . 22 绘制液压系统的工作原理图 . 22 第 5章 浆果采摘机的安装与维护 . 25 安装注意事项 . 25 维护中的注意事项 . 25 结 论 . 26 致 谢 . 27 参考文献 . 28 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 V . I 1 of 1 1 he at 1 2 3 5 5 of 7 he t 8 of 9 he 9 3.2 9 of 10 he of 10 11 12 13 of 16 of 17 he of 17 17 17 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 of 18 of 18 19 of 19 he of 19 of 20 21 of 21 4.5 22 4.6 22 22 4.8 22 24 24 24 of 25 26 27 28 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 第 1章 绪论 选题的意义 蓝莓具有 “世界水果之王 ”和 “黄金水果 ”的美誉，由于其保健作用和经济、药用价值，蓝莓产业链必然成为我国林业经济新的增长点。本研究欲引进美国蓝莓自动采摘技术，填补我国在小浆果采摘机械方面的空白，促进林业科技进步，同时也为高附加值的林特产品的种植和推广提供设备 支持，解决由于人工采摘效率低造成的阻碍蓝莓种植面积扩大的问题，也解决了人工野蛮采摘对母枝破坏影响来年产量的问题，促进林业生态建设和产业经济发展，促进林业从业者收入提高及人民生活品质的提高。 目前国内蓝莓采摘完全是人力手工方式采摘，采摘速度慢，一个熟练的采摘工人一天采摘数量不超过 20 斤。部分地区使用铁丝弯成叉形的简单工具，损失率大 (果实掉落和损坏 )，采摘费 用占蓝莓制品总成本的比例约为 33% 70%。人工采摘还有一个不容忽视的问 题是野蛮采摘，追求采摘效率的结果经常是造成果树的破坏，影响来年的产量。 蓝莓采摘作业的季节性强，成熟期只有 50余天，劳动强度大，不及时采摘成熟果实就会掉落，造成损失。因此在蓝莓果实成熟时期要投用大量的人力进行蓝莓果实采摘。 因此实现蓝莓收获的机械化变得越来越迫切。 结合上述思路设计，设计出一款采摘机。采摘机前部安有采摘机构，采摘机构摆动后，通 过杆件对植株的击打使成熟浆果脱离植株，并通过摘果板将果实输送到摘果板两侧的浆果传送带上， 在输送带的输送下，将蓝莓运动到收集筐里。由于杆件在击落果实的过程中，势必要破坏母 枝，因此本研究在最大程度提高效率的基础上，设法使蓝莓母枝的破坏降低到最少而不影响到来年产量，选出一种对蓝莓果及其母枝破坏小的一种材料。同时要考虑作业环境，设法简化传动结构，最大程度上减轻采摘机重量。 采摘机概述 国内外发展情况 根据大量文献资料表明，目前在国内 ，有关蓝莓引种栽培的报道很多，许多科研院所成功引进多种蓝莓进行人工栽培获得成功，并以此建立了众多的蓝买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 莓种植基地，开始大面积种植蓝莓。然而， 针对蓝莓果实采摘机械的科研样机尚无报道。本课题组我课题组承担了 2 项蓝莓采摘机器人的研究课题 ，开展了蓝莓采摘机器人的研究，在识别和定位、非接触采摘等方面做了一些研究工作，在国内外发表了几篇学术论文，但仍停留在理论层面。机器人采摘成本高，单个果实的方式采摘效率也并不比人工采摘有明显的优势。我课题组受黑龙江省林业厅委托的浆果采摘机研制，模仿人工采摘的梳搂方式，采摘方式稍显粗暴，还不能很好用于实际生产中。总之，国内 对于蓝莓采摘技术的研究与开发并没有引起足够的重视 1。 蓝莓采摘是蓝莓产业链的瓶颈，蓝莓采摘从人工方式向机械化方式转变已经势在必行。美国是国际上最早研究开发蓝莓采摘机的国家，近几十年来，美国 在蓝莓采摘技术上投入了大量的人力和物力，已经基本完成了该项技术的研究开发工作，在九十年代就已经开始投入使用，目前产品摈弃了前期的种种不足，逐步走向成熟，开始批量生产。而在国内既没有这方面的研究，也没有这种设备。 在我国，其他 采摘收获机械有一定的研究，如东北林业大学的陆怀民研制了林木球果采摘机器人 ,主要由 5 自由度机械手、行走机构、液压驱动系统和控制系统组成。采摘时 ,机器人停在距离果树 2 4m 处 ,采摘手爪沿着树枝生长方向靠近 ,然后，采摘手爪的梳齿夹拢果枝 ,大小臂带动采摘手爪按原路返回 ,梳下树枝上果实 ,完成一次采 摘。中国计量学院、中国农业大学、吉林大学等单位对苹果、草莓等水果采摘机器人进行了研究。但是小浆果的采摘与这些果实地采摘有很大地差异，这些采摘都是单个进行的，蓝莓采摘由于果实小而软，识别和定位及采摘较其他水果难，且容易破损，采摘原理本质不同。 采摘机的简介 采摘机结构为小车型，工作时由拖拉机牵引， “骑着 ”蓝莓丛纵向行驶。采摘机前部安采摘机构，采摘杆件摆动后，会震动蓝莓枝干，进而将成熟蓝莓击落到采摘板上，采摘板两侧有传送带，采摘板会将蓝莓果刮落到传送带上，在输送带的输送下，将蓝莓输送到收集筐里。为 了减少对蓝莓果的伤害，采摘机构的摆动杆件采用橡胶材质。采摘机构和输送带的动力源是由拖拉机带动的液压马达组成。 采摘机的主要用途和应用领域 该作品生产成本较低且采摘效率高，可以广泛应用于各种复杂地形的矮丛买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 蓝莓采摘。同时该采摘机也可应用于其他小浆果的采摘，如黑豆果（黑加仑）、蓝靛果、五味子、树莓等高附加值珍稀林特水果的采摘，适用性广，适应性强。 在我国，随着人们对蓝莓的大量需求，对于蓝莓的引种栽植、商品化种植、大面积栽培才刚刚开始，在国内市场，蓝莓一直处于供不应求的状态。就我省而言，黑龙江省政府已 下发了黑龙江省蓝莓产业发展规划，目标就是要将黑龙江建设成全国乃至世界著名 的蓝莓生产和加工基地。 据统计，我省大小兴安岭地区蕴藏野生蓝莓面积约 245 万亩，产量达 27 万吨，分别占全国和世界野生蓝莓总储量的 90%、 30%。从 2009 开始，大兴安岭的加格达奇还组织每年一次的中国国际蓝莓节。这些势必带来蓝莓更大的市场需求空间，所以扩大蓝莓种植面积是一种必然趋势，随之而来的蓝莓采摘机械将会更多的被推广使用，而对于自行式式蓝莓采摘机将 会有广阔的市场空间，带来巨大的经济效益。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 第 2章 总体 方案设计 采摘机的整体结构主要包括： 1. 动力系统 2. 整体框架 3. 采摘机构 4. 浆果传送机构 动力系统选用液压马达和液压缸作为动力源。整体框架选用矩形方钢焊接构成。采摘机构由接果板和摇杆机构组成。浆果传送机构选用两个传输带完成传递。 总体 方案确定 采摘机的主要采摘机构由接果板和摆架组成，接果板作用主要是将掉落的浆果分送到两侧的传输带上，而摆架是主要采摘部件。设计方案主要对摆架结构进行选择。 旋转式结构 旋转式采摘机构是由马达带动两侧摆杆旋转，对植株进行打击，使浆果掉落达到采摘的效果。旋转式采摘机构简图如图 2示： 图 2旋转式采摘机构简图 图 O 处为液压马达带动的圆盘通过皮带传动分别带动 A B 两处圆盘转动， A B 两处圆盘上分别均匀的分布采摘杆头。 摆动式结构 摆动式采摘机构是由液压马达带动两侧摆杆进行往复运动，对植株进行打买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 击，使浆果掉落达到采摘效果。 摆动式采摘机构简图如图 2示： 动式采摘机构简图 此结构为曲柄摇杆机构， O 处为液压马达带动的圆盘， 曲柄带动 右两摇杆的顶端采用柔韧的橡胶材料。 总体 方案介绍及选择 旋转式采摘机是较新的蓝莓采摘机产品，具有自走式大幅 U 形框架，可以跨越一个蓝莓灌木行，车体行走速度、车身高度和收获采摘头都由操作人员来控制，采摘机操作人员利用液压传动装置使得蓝莓采摘机有着广泛的地面行走速度。 U 形框架车身，其高度可调节，以适应不同高度的蓝莓灌木丛。 旋转 式蓝莓采摘机采用旋转式采摘头、履带式果实传输、喷气式果实净化。旋转式采摘头包含 288 个尼龙手指，当旋转采摘头旋转时，采摘手指边振动边象木梳一样穿过蓝莓灌木丛，使得成熟的蓝莓果实在振动的条件下被采摘下来，这种采摘头具有采摘效果好、采摘速度快，但对植株损伤大的特点。 除了转动式采摘机构，蓝莓采摘机还有采用摆动式采摘手臂。这种方式的蓝莓采摘机适合于采摘蓝莓灌木丛比较稀疏以及搭架架起的植被。摆动式采摘手在摇摆手指的过程中，通过挤压及振动把成熟的果实采摘下来。前后的摆动使采摘植被形成波浪一样 的振动。针对不同的蓝莓灌木丛，可以选用不同的摆动手指，以取得更好的采摘效果。采摘手的摆动速度是完全可调节的。这种采买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 摘结构具有结构简易、经济性高，且对植株损伤较小等特点。 摘方案选择 在经济性、结构简易程度、对植株伤害大小以及操作控制等多方面考虑，本次设计选用摆动式采摘机构。采摘机构由往复运动的柔韧材料杆件，以及摘果板构成。通过杆件对植株的击打使成熟浆果脱离植株，并通过摘果板将果实输送到摘果板两侧的浆果传送带上，进而实现浆果的采摘。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 第 3章 采摘机的结构设计及计算 参数初定 体框架尺寸初定 ： 初定车体长 L =1500体宽 B =1300体高总H=1800 果板总长初定 ： 接果板长度初定 J =1450架机构尺寸初定 ： 摆杆长度 s =1000定摆杆摆角 =30 因为设计时未知量较多，故对重要参数进行初选，在以后章节中有校核或选择说明。 架的材料选择及重量计算 车体框架材料选择 形钢管，如图 3 形钢示意图 图中尺寸： H =100B =50t =3R =7 矩形钢的理论重量 M =m。 估算车体框架总重量 总； 车体框架链接方式选用焊接方式。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 输带链轮的设计 初选传输带链轮直径 D=80车轮的转速应为 m i n/ 由于电机转速和车轮转速几乎相同，故传动比为 1。 初选链轮齿数 由机械设计 7 表 6得 191 Z ，则从动链轮齿数 192 Z 由于载荷比较平稳，由机械设计 7 查表 6工况系数K=此 K 0P =定中心距，确定链条链节数 初定中心距 20 ,则链节数 42222 2120210 取 42 计算单排链所能传递的功率0 由机械设计 7 表 6得小链轮齿数系数 择单排链，由机械设计 7 表 6得多排链系数 机械设计 7 图 得长度系数 所需传递的功率为 械设计 7 图 择滚子链的型号为 12A，由表 6得链节距 P=标记为： 12A621243 确定链实际长度 a L=000=文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 P 22421222121 计算链速 计算作用在轴上的压轴力 Q 圆周力 F=10000P/V=（ 1000机械设计 7 取压轴力系数 4 06 8 1 由于链条处于低速重载传动中，其静强度占主要地位。 由参考文献 5知，链条静强度计算式： (3式中 n静强度安全系数； 工况系数，查表 12K ； Q 链条极限拉伸载荷， Q = 有效圆周力， 0 00 0 PF t； 离心力引起的力， 2c ，其中 q 为链条质量，可由机械设计手册 6 表 12q=m； v 时， 悬垂力，100)s ，其中 系数，由机械设计手册 6 查图 121a 为中心距， ， 为两轮中心线对水平面的倾角， 90 ，则 s i n( ； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 许用安全系数， 84 代入数据得： 合强度要求。 润滑方式的选择 根据链速 v=图 链轮的结构设计 链轮的结构选为整体式，材料为 45 钢，热处理为淬火、回火，齿面硬度4050 机械设计手册 6 表 得主要结构尺寸如下图： 6468562714图 3轮结构图 摆架结构为曲柄摇杆机构，液压马达转盘为转动件，带动摆杆作往复的摆动。 最简单的平面连杆机构由四个构件组成，称为平面四杆机构。它的应用十买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 分广泛，而且是组成多杆机构的基础 2。 图 3平面四杆机构的分类图 3 经过设计计算摆架的结构如图 3示，摆杆长度设计为 1000杆通过轴承座与车体相连接，两摆杆由长 800杆相连，使三杆之间可以有相对运动，左 边摆杆通过长 430与液压马达转盘相连。 液压马达的转速为 ，摆杆的摆角 30 摆杆的摆动频率为5.2f 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 4 3 08 0 01603001000图 3摆架的平面简图 的设计及计算 选定车轮轴径 轴的材料选择 45调质， 其主要的力学性能如下： 材料牌号： 45 热处理：调质 毛坯直径（ :60 硬度（ 217 255 抗拉强度 650 屈服点 360 弯曲疲劳极限 270 扭转疲劳极限 155 许用静应力 260 许用疲劳应力 180 270 备注：应用最广泛 初算轴径 d 3 (3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 式中 P 轴传递的功率， 11 1%9811 4 P n轴的转速， r/ 1474114741 A 与轴的材料 及相应的 值有关的系数。查文献 4表 15A =118。 将上述数据代入公式 (3 d 确定车轮轴的直径和长度如图 3 1 段： d ， L ； 2 段： d ， L ； 3 段： d， L； 4 段： d ， L ； 2 5 2 1 0 2 0 6 7333 4 72 2335530图 3轮轴 确定液压支柱支撑轴的直径和长度如图 31 段： d ， L ； 2 段： d ， L ； 3 段： d， L； 4 段： d ， L ； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 2 5 6 7 1 0 3 51 6 233压支柱支撑轴 车轮轴的校核 这种校核计算的实质在于确定变应力情况下轴的安全程度。在已知轴的外形、尺寸及载荷的基础上，既可通过分析确定出一个或几个危险截面（这时不仅要考虑弯曲应力和扭转切应力的大小，而且还要考虑应力集中和 绝对尺寸等因素影响的程度），按式求出计算安全系数并使其稍大于或至少等于设计安全系数 S，既 22(3仅有法向应力时，应满足 1(3仅有扭转切应力时，应满足 1(3式中 按疲劳强度计算的许用安全系数； 1 对称循环应力下的材料弯曲疲劳极限， 2N/ 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 1 对称循环应力下的材料扭转疲劳极限， 2N/ K、K弯曲和扭转时的有效应力集中系数； 、材料拉伸和扭转的平均应力折算系数； a、m弯曲应力的应力幅和平均应力， 2N/ a、m扭转应力的应力幅和平均应力， 2N/ 表 3力特性表 循 环特性 应力名称 弯 曲 应 力 扭 转 应 力 对称循环 应 力 幅 m Tm 平均应力 0m 0m 脉冲循环 应 力 幅 2m a x 平均应力 说 明 M、 T 轴危险截面上的弯矩和扭矩， 、 危险截面的抗弯和抗扭截面系数， 3 4 2 5 32 0 0 0 d TF t N 5 1 8 820 F N 8 5 410571 5 1 6 7 31 m 2 01 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 851 查表可得 6.1足疲劳强度要求。 压支柱支撑轴校核 由于液压支柱支撑轴所受扭矩特别小，所以按只考虑弯矩作用情况计算。735T 851 查表可得 5.1足疲劳强度要求。 输入端轴承寿命计算 根据文献 3表 13轴承的预期工作寿命 2F (3由于轴承只受径向力，所以当量动载荷 基本额定动载荷 c 61060 (3根据输入端内径和基本额定动载荷选择轴承类型 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 轴承的基本额定寿命 h 6010610若 10 L ,则轴承满足要求。 表 3承参数表 参数 /型号 2220C 2321 2611 21348 22177 57662 10/3 10/3 10/3 10/3 10/3 C 16044 15031 25211 23180 43109 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 第 4章 液压系统设计 压系统的设计要求 在液压传动与控制的机械设备或装备中，其液压系统使用具有连续流动性的液压油等工作介质，通过液压泵将原动机的机械能转换成液体的压力能，经过压力、流量、方向等各种控制阀，送至执行器 (液压缸、液压马达或摆动液压马达 )中，转换为机械能去驱动负载这样的液压系统一般都是由动力源、控制阀、执行器、液压附件及液压工作介质等部分所组成。 浆果采摘机采用液压元件作为动力输出，所以液压系统是温室采摘车的一个重要组成部分，液压系统的设计要同整机的总体设计同时进行。着手设计时，必须从实际出发，有机地结合传 动形式，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简