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棒杆式红枣收获装置的设计【8张图纸】【优秀】

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棒杆式 红枣 收获 收成 装置 设计 图纸 优秀 优良
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棒杆式红枣收获装置的设计

目 录

1绪论1

1.1课题研究的目的及意义1

1.2国内外水果采摘机械的现状1

1.3国外现状水果采摘机械的现状1

1.4本课题需要重点研究的关键问题及解决思路1

2总体方案拟定2

2.1方案来源2

2.2总体方案设计2

3总体计算3

3.1传动比分配3

3.2效率计算3

3.3功率计算3

3.4转矩计算3

4主要零部件设计3

4.1减速机的选择3

4.2V带的设计计算4

4.3带轮计算5

4.4滚子链传动设计计算6

4.5链轮计算7

4.6直齿圆锥齿轮计算8

4.7轴的设计11

5轴的校核12

5.1按扭转刚度条件计算13

5.2校核轴的疲劳强度13

6辅助部件14

6.1键的选择14

6.2联轴器的选择14

6.3轴承选择14

7总 结14

致 谢15

参考文献16

前 言

果业是人类生存和社会发展的经济基础,果业产业应该是一个可持续发展的产业。因而,随着世界性果业日益发展,寻找新的果园发展方式摆在了人们的面前。

枣业是果业中的一种,在新南疆一带种植广泛,果园收获作业是果园生产全过程中重要的环节,枣树收获用工量多,劳动强度大。传统的人工收获方法,每公顷需几百个工时,占果园生产过程中总用工量的50%左右,效率大大降低。因此,果园收获机械化一直是国内外研究工作的重点。当前,果园收获机械化在已作为一种比较成熟技术在国外被广泛采用,机械收获的生产效率与人工相比提高了5~10 倍,大大的提高了效率。机械采收的方法主要有振摇法和梳刷法,振摇法是应用最多的一种机械采收方法,是国外应用较多、适用性较好的采收机型。然而,国内果园收获主要依靠人工摘或借助简单工具采摘,林果采收机械的研究在我国仍处于起步阶段,尚未见比较成熟的实用机具报道。目前,随着新特色林果,尤其是红枣等林果的产业化发展,依靠人工采收已不能满足产业化生产的需要。

针对国内尤其是新果园采收机械的研究现状和林果业机械化发展的新的形式及要求,研究并设计机械振动式林果采收机,对于发展并提高我国林果收获机械化水平具有十分重大的意义。



1绪论

1.1课题研究的目的及意义

大枣又名红枣、干枣、枣子,起源于中国,在中国已有四千多年的种植历史,自古以来就被列为“五果”(桃、李、梅、杏、枣)之一。红枣富含蛋白质、脂肪、糖类、胡萝卜素、B族维生素、维生素C、维生素P以及钙、磷、铁和环磷酸腺苷等营养成分。其中维生素C的含量在果品中名列前茅,有维生素王之美称。

随着红枣的种植面积的增加,红枣的机械化作业在红枣栽培中的重要性逐渐凸显。依据最近几年新林果业发展的态式分析,新果树种植每年以10%的速度递增,由于林果业的快速发展,各地已形成了较大的种植规模,每到收获季节需要投入大量的劳力来完成水果采收。可以预见到,再过3~5年,新种植的果树进入盛果期后,水果采收作业将会出现因劳动力短缺、采收不及时,而直接影响果品质量和造成大量损失的问题。这是因为,水果采摘是一项劳动投入量很大的作业,有些水果因成熟期不一致,需要多次采摘才能完成收获;而有些作为鲜食或作为加工用途的果品,因市场对于果实外观要求较高,不能有碰伤、刮伤、压裂等机械损伤,采收这些水果时必须小心翼翼;另外,水果收获是在离地面有3~5 m高的空中作业,以上原因决定了水果采摘是一项费时、费工、费力的作业。人工采收水果的速度缓慢,大面积发展水果种植时,必须要依靠机械化来提高采摘效率。据有关资料介绍,有些鲜食水果的采收用工量较大,约占水果生产总用工量的50%以上,导致特色果品的生产成本过大,不能满足向果品加工企业提供数量充足、质量优越、价格相对低廉的原料,这样极不利于企业直接参与市场竞争。

果园收获作业是果园生产全过程中最重要的环节,林果采收劳动强度大,用工量多。传统的人工采收方法,每公顷需要几百个工时,占果园生产过程中用工量的50%左右,费时费力且成本高。目前,随着新特色林果,尤其是红枣等林果的规模化、产业化发展,依靠人工采收的方式已不能满足红枣等产业化生产的需要。


内容简介:
- 1 - 棒杆式红枣收获装置的设计 肖靖毅 (塔里木大学机械电气化工程学院,新疆 阿拉尔 843300) 摘 要:针对新疆矮化密植种植特点红枣产业化发展与红枣产业化发展的需要,以及红枣采收机械的研究性水平和新形势要求,研究机械振动红枣采收机,设计出棒杆式红枣收获装置。该装置由动力装置、行走装置、传动装置、敲击装置、收获装置组成,可完成对枣树的敲击及收集工作。介绍了该收获装置整体设计与主要零部件的设计,以固定频率使枣树发生振动使其下落以收获红枣振动采收的基本原理,矮化密植红枣采收工作宽度小,易移动,采摘过程 对树枝和果实的损伤小一般设计要求,为新疆矮化密植红枣采收装置的设计提供了参考。 关键词: 设计计算;传动;装置 中图分类号: 文献标识码: A 文章编号: 0 引言 果业是人类生存和社会发展的经济基础,果业产业应该是一个可持续发展的产业。因而,随着世界性果业日益发展,寻找新的果采收方式摆在了人们的面前。 枣业是果业中的一种,在新疆南疆一带种植广泛,果园收获作业是果园生产全过程中比较重要的环节,枣树收获用工量多,劳动强度大。传统的人工收获方法,每公顷需几百 个工时,占果园生产过程中总用工量的 50%左右,效率大大降低。因此,果园收获机械化一直是国内外研究工作的重点。当前,果园收获机械化在已作为一种比较成熟技术在国外被广泛采用,机械收获的生产效率与人工相比提高了 5 10 倍,大大的提高了效率。机械采收的方法主要有振摇法和梳刷法,振摇法是应用最多的一种机械采收方法,是国外应用较多、适用性较好的采收机型。然而,国内果园收获主要依靠人工摘或借助简单工具采摘,林果采收机械的研究在我国仍处于起步阶段,尚未见比较成熟的实用机具报道。目前,随着新疆特色林果,尤其是红枣等林果的产业 化发展,依靠人工采收已不能满足产业化生产的需要。 针对国内尤其是新疆果园采收机械的研究现状与林果业机械化发展的新的形式及要求,研究并设计机械振动式林果采收机,对于发展并提高我国林果收获机械化水平具有十分重大的意义。 1 设计思路与总体方案拟定 1.1 设计关键问题及要求 矮化密植红枣枣树枝干比较细,且不会太高 。 因此,在进行机械化采收的时候还要特别主要的是对枣树枝干的保护, 即 敲击 枣树 强度不宜过大,同时,还要保证采净率。因此,在设计过程中要注意机械采摘过程中对枣树枝干的保护等问题。 通过资料的查询和实际的测量,可以总 结出该矮化密植红枣收获机设计要求为:工作宽度小,易移动,采摘过程对树枝和果实的损伤小。经借鉴采用连续旋转的方式敲击树枝,敲击棒为 橡胶 材质,尽量减少对树枝的损伤。 1.2 设计原理及机构组成 装置以拖拉机后动力输出轴为动力,拖拉机三点悬挂带动行走,以联轴器与后动力输出轴连接减速装置进行减速,减速装置输出轴连接传动装置,传动装置带动敲击棒以固定频率旋转敲击枣树,枣树发生共振,红枣下落,下面放好收获装置以收集红枣。 该装置由动力装置、行走装置、传动装置、敲击装置、收获装置组成。 1.3 方案来源 门式高架采果机:用成 排的指杆式橡胶敲击棒在液压系统操纵下做往复运动,敲打果枝,使果实脱落,适nts - 2 - 用于采收成行的矮化果树。 如图 1 所示: 123451.操纵台 2.桨叶 3.振动器 4.输送带 5.承接导向器 图 1 门式高架采果机 Fig.1 door type overhead fruit picking machine 1.4 总体方案设计 1.收果架 2.钢架轮 3.钢架 4.轴承端盖 5.螺钉 6.轴承 7.敲击棒 8.联轴器 9.螺栓 10.垫片 11.螺母 12.轴承座 13.链轮 14.大带轮 15.锥齿轮 16.链条 17.带 18.小带轮 图 2 总体方案图 Fig.2 scheme of the picture 总体方案图如图 2 所示,以拖拉机动力输出轴为动力,动力输出轴以联轴器与减速机相 连接,将动力递给减速机,带动减速机旋转,减速机输出轴以联轴器与小皮带轮相连接,小皮带轮通过皮带与大皮带轮相连接,将动力传递给大皮带轮,实现大皮带轮的转动,皮带应用张紧轮张紧,并采用防护罩,以防止灰尘。大皮带轮转动带动轴的转动,以实现同轴连接链轮转动,主动链轮的转动带动其余两轴两个从动链轮转动,从动链轮转动带动同轴相连接锥齿轮的转动,通过锥齿轮的变向作用,将竖直平面的运动改为水平平面的运动,从而带动连接有橡胶敲击棒的轴旋转,以固定频率树枝,使果实下落,下面放有接果盘,用以收集果实,收集完果实后nts - 3 - 用风扇吹去落叶, 在进行其他方式除杂工作,最后完成对红枣的收集过程。 在收集的过程中应当注意 工作宽度小,易移动,采摘过程对树枝和果实的损伤小,链轮润滑等要求。 2 主要零部件设计 2.1V 带的设计计算 ( 1)条件给定 已知:小带轮转速 n 1=90 r/min,大带轮转速 n 2=60 r/min。 减速机输出功率 P=13.91 kW。 ( 2)设计功率 PdPd=K AP=1.213.91= 16.7 kW (2-1) K A 工况系数,取 K A=1.3。 ( 3)选择 V 带型号 由 Pd=16.7 kW,小带轮转速 n 1=90 r/min,选 D 型带。 ( 4)传动比 i i=n 1/n 2=90/60 r/min=1.5 (2-2) ( 5)求大小带轮基准直径1dd,2d1)小带轮的基准直径1d可取小带轮的基准直径1d=400 mm 2)大带轮的基准直径2dd2d=i1d=1.5400=600 mm 2dd取为 600 mm 2d=600 mm(虽使 n略有减小,但其范围小于 5,允许)。 ( 6)验算带速 V V=88.1100 060 90400100 060 1 md ndm/s=9,推荐 z3=29-2i=27 ( 3)大链轮齿数 z 4 z 4=iz3=27=120 ( 4)设计功率 PdPd=K AP K A-工况情况,取为 K A=1。 P-传递功率,可得 Pd=K AP=8.61 kW。 ( 5)特定条件下单排链条传递功率 P0P0=Pd/K ZKpK Z-小链轮齿数系数,取为 1.34。 Kp-排数系数,取为 1,故 P0=6.42 kW。 ( 6)链条节距 p 由 P0=6.42 kW, n3=90 r/min,选择单排 A 型滚子链, ISO 链号为 20A,节距 p=31.75 mm。 ( 7)验算小链轮轴孔直径 dkdk=dmaxk其中 dk为链轮轴孔最大许用直径,取为 152 mm。 ( 8)初定中心距 a0nts - 6 - 一般 a0=( 30 50) p 952.5 mm=a0=1587.5 mm ( 9)以节距计的初定中心距 ap0ap0=a /p50 ( 10)链条节数 LpLp=pp akazz 0043 /221 )( 2-10) 128 节 k 取为 0.025。 ( 11)链条长度 L L=Lpp/10004.03 m ( 2-11) ( 12)计算中心距 ac当 z 1=z 2=z 时, ac=p/2( Lp-z) 1600 m ( 2-12) ( 13)实际中心距 a a=ac- a=1596.8 1596.3 mm (2-13) 一般 a=( 0.002 0.004) ac=3.2 6.4 mm 垂度 fp=( 0.01 0.020ac=16 32 mm ( 14) 链条速度 V=z3n p/600000.23 mm ( 2-14) ( 15) 有效圆周力 Fc=1000P/v37434 N ( 2-15) ( 16) 在轴上的力 水平传动 F=(1.15 1.2)FtK A43050 44920 N ( 2-16) 2.3 直齿圆锥齿轮计算 已知:两个锥齿轮转数均为 60 r/min,即 n5=n6=60 r/min。 ( 1)齿形角 、齿顶高系数*ah、顶系系数 c*、螺旋角 齿形角 =20 齿顶高系数*a=1 顶系系数 c*=0.2 螺旋角 =0 nts - 7 - ( 2)大端端面模数 m 直齿锥齿轮所传递的转矩 n PT5105.95 =60 53.11105.955 =61083.1 Nmm ( 2-17) 材料选择两齿轮材料为 45 号钢调质,取为 7 级精度,初取 m=5 mm。 ( 3)设计计算 m 1)由设计计算公式可得 3 2252 1)5.01(4FRRSaFauzYYKTm ( 2-18) m 模数 K 载荷系数 T 转矩 YFa 齿形系数 YSa 应力矫正系数 R 齿形系数 5z 小齿轮齿数 u 传动比 F 弯曲疲劳极限 ( 4)确定各个参数计算值 弯曲疲劳强度系数 K1FN=K2FN=0.95。 齿轮的弯曲疲劳极限取为 380MPa,取弯曲疲劳安全系数为 S=1.2,由式SK FFNF ,可得 F=300 MPa。 K=KVK AKKKV 动载系数 K A 使用系数 KF 齿间载荷分配系数 KF 齿向载荷分配系数 取 K A=1.5。 由低一级精度的精度线及mv,得 KV=1。 齿间载荷分配系数 KF=KH=1,齿向载荷分配系数 KF=KH=1.5KbeH。 其中 KbeH-轴承系数,取为 1.25, KF=KH=1.5KbeH=11.875。 K=KVK AKFK=2.815,齿宽系数 R=1/4 1/3,取 R=1/3。 由 65 zz29, =45 ,可知 z15v cos/ z 26 cos/ z=41, 齿形系数 YFa=2.4,应力矫正系数 YSa=1.37。 故由3 2252 1)5.01(4FRRSaFauzYYKT 5.52mm ,由 GB/T12368-1990 标准模数表,可知 m=6 ( 5)齿数比 u nts - 8 - u=n5/n6=60 r/min / 60 r/min=1 ( 6)齿数 z 通常 z5=16 30。 不产生根切的齿数 z min=2*ahcos/sin241 齿。初步选取最小齿数为 29。 当分度圆确定以后,再选取最小齿数。 ( 7)变位系数 x 1、 x 2 x 1=0, x 2=0。 ( 8)节锥角 1=cossin u=45 2=90 - 1=45 ( 2-19) ( 9)分度直径 d d5=mz5=174 mm d6=mz6=174 mm ( 2-20) ( 10)锥距 R R=15cos2 d=26cos2 d123 mm ( 2-21) ( 11)齿宽系数 RR=1/4 1/3,取 R=1/3。 ( 12)齿宽 b b=RR=41 mm, b 不大于 10 m,即 b=60 mm。 ( 13)齿根高 fhf5h=h-a5=8 mm f5h=h-a5=8 mm ( 2-22) ( 14)齿高hh=(*ah+c )m=14 mm ( 2-23) ( 15)齿顶高aha5h=(*a+ x 1)m=6 mm a5h=(*a+ x 2)m=6 mm ( 2-24) ( 16)齿顶圆直径 dants - 9 - d5a= d +2a5hcos 1=183 mm d6a= d5+2a6hcos 2183 mm ( 2-25) ( 17)齿根角 f tanf5=hf5/R7.35 tanf6=hf6/R7.35 ( 2-26) ( 18)齿顶角 a等隙收缩齿为 a5=f6=7.35 a6=f5=7.35 ( 19)顶锥角 aa1= 1+f5=52.25 a2= 1+f6=52.35 ( 2-27) ( 20)根锥角 f f1= 1-f5=37.65 a2= 1-f6=37.65 ( 2-28) ( 21)安装距 A 由结构而定,取为 133 mm。 ( 22) 外锥高 A k A k1=d5/2 -2a5hsin 183mm A k2=d6/2 -2a6hsin 28 3 mm ( 2-29) ( 23)支承端距 H H 1= A 1- A k1=50 mm H 2= A 1- A k2=50 mm( 2-20) ( 24)周节 p p=m19 mm ( 2-21) ( 25)分度圆弧齿厚 s s 1=m( /2 +2x 1tan+xt1) 9.5mm s 2=m( /2 +2x 2tan+xt2) 9.5 mm ( 26)分度圆弦齿厚1s=d5sin 1/coss -25 22316cosds =2s=d6sin 2/coss -26 22326cosds 0.17 mm ( 2-30) ( 27)分度圆弦齿高h1=15211155 cos4cos2 cos dshdd aa =h26.69 mm ( 2-31) ( 28)当量齿数 zvv1z=z15v2 cos/ z 26 cos/ z=41 ( 2-32) nts - 10 - ( 29)端面重合度 )ta n(ta n)ta n(ta n2 1 2211 vvvv zz=1 ( 2-33) 式中1*111 22 cosar ccos xhaz zvvv 2*222 22 cosar ccos xhaz zvvv ( 2-34) 得, =1.14。 故当分度圆确定以后,选取最小齿数,锥齿轮齿数为 29,模数 m=6。锥齿轮啮合如图 3 所示:图 3 锥齿轮啮合 Fig.3 bevel gears 3 总结 ( 1)棒杆式红枣收获装置相对其他大型收获机,具有对枣树木损伤小,成本低等优点; ( 2)棒杆式红枣收获装置的应用可以充分利用机械运动进行收获,使原本的低效率的采收有了一定的提高,并且降低 了采摘的人工成本,在采摘速度上人工采摘有了显著的提高; ( 3)本次设计为转速低,载荷大的设计,在设计深深体会到采用中小马力拖拉机即可满足需要,不宜选择大马力拖拉机; ( 4)本次设计仍有很多缺点,发展矮化密植红枣采收装置仍然很多内容需要探索。 参考文献: 1 邓玉珍 .4YS-24 型红枣收获机 J. 农业机械 ,2010,(3): 1 3. 2 时惠英 .机械工程材料与热加工工艺 J. 热加工工艺 ,2008,(7):43 88 3 濮良贵 ,纪名刚 .机械设计 M.第八版 .北京 :高等教育出版社 ,2009:1 259. 4 孙桓 ,陈作模 ,葛文杰 .机械原理 M.第七版 .北京 :高等教育出版社 ,2009:12 45. 5 丁彩红 ,况云峰 .基于 Solidworks 的零件建模的若干方法 J. 机械设计与制造 ,2006,(5):1 4. 6 丘有永 .浅谈机械制造技术的课程设计 J. 科技信息 (科学教研 ),2007,(11):2 5. 7 李彩风 ,刘俊峰 ,冯晓静等 .现代机械设计方法与农机设计 J. 农机化研究 ,2006,(5):1 3. 8 汤智辉 ,沈从举 ,孟祥金等 .4YS-24 型红枣收获机的研制 J. 新疆农机化 ,2010,(1):2 6. Rod type red dates harvesting device design Xiao JingYi nts - 11 - ( College of Mechanical and Electrical Engineering, Tarim University, Alar 843300, China) Abstract : In view of the Xinjiang dwarf close planting cultivation characteristics of red dates industrialization development and red dates industry development needs, and red dates harvest machinery in the research level and th e new requirement of new situation, study mechanical vibration red dates harvesting machine, design a rod type
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