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届毕业设计红枣振动采收机设计书学生姓名学 号所属学院专 业班 级指导教师 日 期前 言本研究针对南疆地区红枣种植面积大，红枣采收困难的现实问题，以红枣采收设备研制作为研究对象，基于振动的运动学和动力学特性，分析振动系统在外部简谐激振力的作用下产生的运动轨迹振动响应的基本条件和轨迹特征；进行振摇式红枣采收设备运动特性研究。进行采收试验，并对采收效率进行有效分析，为提高红枣采收效率的研究提供理论支持。振摇式红枣采收设备基本原理是摇杆晃动带动罩子晃动，罩子晃动带动树枝晃动；树枝在接受了外加的强迫振动后，也以一定的频率振动，这样就使树枝上的枣子也以某种形式的振动而加速运动。加速运动的枣子要受到惯性力的作用，当惯性力大于枣子与树枝的结合力时，枣子就会掉落到罩子底部，达到收获红枣的预期效果。红枣为温带作物，适应性强，营养丰富，富含铁元素和维生素。红枣素有“铁杆庄稼”之称，具有耐旱、耐涝的特性，是发展节水型林果业的首选良种。由于经济的发展，特色农业的建立，红枣种植成为现代农业发展的一条新的产业项目，红枣产业已呈现出区域化布局、规模化发展、多种栽培模式尽显其效的新格局。各地根据自己的情况确立了不同的枣树种植面积，为农民增加了经济收入。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。依据最近几年新疆林果业发展的态式分析，新疆果树种植每年以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35 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35m 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。悬挂式红枣收获机械的设计，就是针对新疆矮化密植红枣的采摘要求进行设计的新型机器，红枣的机械化收获对提高收获效率, 降低收获作业成本, 做到适时收获, 提高采收效率都有很大的帮助。目 录1.绪论11.1课题研究的目的和意义11.2国内外水果采摘机械的现状11.3本课题主要研究内容及技术路线22.振摇式红枣采收设备结构设计22.1总体设计方案22.1.1振摇式红枣采收设备结构原理32.1.2振摇式红枣采收设备工作原理43.振摇式红枣采收设备具体部分设计43.1圆形网罩结构设计43.1.1圆形网罩43.1.2漏枣导管53.1.3加强连接处53.1.4连接绳53.1.5束紧绳导管53.2束紧机构53.2.1束紧绳63.2.2束绳装置63.3可调摇杆73.3.1摇杆作用73.3.2摇杆结构设计73.3.3摇杆材料83.4可调束紧带83.4.1束紧带作用83.4.2结构83.4.3工作原理93.4.4可调束紧带材料94.振摇机构设计94.1汽油机的选择104.2减速器的确定104.3振动机构104.3.1曲柄滑块的动力学特性114.3.2曲柄滑块的运动学特性124.4液压传动134.5结论155.结论16致 谢17参考文献181.绪论1.1课题研究的目的和意义目前，我国果园收获主要靠人工手摘和借助云梯、采果刀等简单工具辅助采收。林果采收机械的研究在我国仍处于起步阶段，未见成熟先进的实用机具报道。目前，随着新疆特色林果，尤其是红枣等林果的规模化、产业化发展，依靠人工采收的方式已经不能满足红枣等产业化生产的需要。针对新疆红枣人工采收效率低、劳动强度大、成本高的生产实际，需要设计一种专门针对矮化密植红枣的收获机具，尽量做到工作稳定可靠，采净率高且不伤树的特点。以满足当前日益产业化的红枣产业，促进红枣产业化的进程，推动红枣这一新兴产业在我国农产品的地位。枣树在我国的分布很广，一般来讲，小气侯冬季最低气温不低于-32，就可栽培植枣。枣树在我国大面积经济栽培主要在山东、河北、河南、山西、陕西五省的黄河流域，近年来安徽、甘肃、湖南、湖北发展很快。红枣为温带作物，适应性强，营养丰富，富含铁元素和维生素。红枣素有“铁杆庄稼”之称，具有耐旱、耐涝的特性，是发展节水型林果业的首选良种。由于经济的发展，特色农业的建立，红枣种植成为现代农业发展的一条新的产业项目，红枣产业已呈现出区域化布局、规模化发展、多种栽培模式尽显其效的新格局。各地根据自己的情况确立了不同的枣树种植面积，为农民增加了经济收入。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。依据最近几年新疆林果业发展的态式分析，新疆果树种植每年以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35 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35m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。振摇式红枣采收设备的研究，就是针对红枣的采摘时的要求进行设计的采摘机械，红枣的机械化收获对提高收获效率，降低收获作业成本，做到适时收获，减少收获过程中造成的机械损，保证红枣质量，促进枣业生产的规范化、标准化具有重要现实意义。1.2国内外水果采摘机械的现状国外对水果机械化收获技术的研究较多，机械采收在美国、西班牙、俄罗斯、意大利、英国、德国、丹麦、匈牙利等国家的果园应用较为普遍。目前, 机采量较大的果树作物有苹果、葡萄、甜橙、桃、李、杏、樱桃、越桔、油橄榄、核桃、扁桃等。他们采用的机械收获方法主要有：震摇法、梳刷法、撞击法、水力法、半机械化采收等方法。但是，针对红枣收获的采摘机械比较少。据了解, 美国的坚果收获已全部实现机械化，美国的葡萄、柑桔类水果的机械化收获问题也解决得较好。意大利生产一种鲜食水果收获机， 专用于苹果、梨、杏、李子等鲜食水果的收获, 虽然这种水果收获机需要人工辅助摘果，但摘下后水果的输送、装箱等过程全部是机械化操作，水果收获的效率可大大提高，同时也能避免和减少水果在收获过程中的机械损伤。除了收获机械之外， 还需要引进适于机械化收获的品种和果园修剪等管理技术。例如：在法国和意大利，为实现水果作业机械化，把葡萄树普遍栽成扁平形，并花了很大的力量栽培修剪。栽果树时，树与树排列成行， 既有较好的光照与通风， 又便于拖拉机进入行间松土、施肥、喷药和采摘。法国的勃拉特研究所据此设计制造了一种高架式葡萄收获机，成功地解决了酿酒用葡萄的收获问题。国外有很多发展水果机械化收获的经验，值得我们学习和研究。日本的果园种植地形类似于我国南方地形，许多在平地上使用的果园机械在丘陵地形上并不适用。因此日本在本世纪年代初着手研究陡坡地果园的机械化，其四国农业试验场研制的采用枢轴式摆动悬挂机构作为行走部分的自走式采摘车，使用电视摄像机和无线电控制组合 该采摘车的轮距宽 重心低。故爬坡能力强 采用就地车轮正反转机构，故回转能力好，采用枢轴悬挂机构。因而使机体摆动小、行走稳定，适合在坡度的地区使用。目前国外对采摘机械的研究是以采摘机器人为主70年代末期 随着计算机和自动控制技术的迅速发展，美国首先开始研究各种农业机器人。自1983年第一台采摘机器人在美国诞生以来，历经了20多年的研究和试验，以日本为代表的发达国家，包括美国、法国、荷兰、英国、西班牙等国相继试验成功了多种采摘机器人，如苹果、柑桔、番茄、西瓜和葡萄等果实采摘的具有人工智能的机器人采摘机器人主要由机械手、末端执行器、视觉识别系统和行走装置等四大系统组成。日本京都大学在80年代中期研制了五自由度关节型机械手，但这种机械手的工作空间并没有包含所有果实的位置而且机械手末端执行器的可操作度也低。同时韩国研制的苹果采摘机器人采用了极坐标机械手，旋转关节可左右移动，丝杆关节可以上下移动，从而工作空间可达3m。20世纪90年代，日本岗山大学在番茄采摘机器人上设计出了具有7个自由度的能够指定采摘姿态的机械手，自由度越高，其手部运动越灵活 控制越复杂。总之，国外的水果收获机械研究主要在鲜食水果的收获中，他们是着眼于市场针对性的研制的各种收获机械。他们不光强调机械一定要适应当地农(园)艺的要求，而是从生物学角度、农( 园) 艺角度加大科研力度，开发利于机械化作业的新品种、新农( 园) 艺等，为机械化作业创造条件。这样就提高了水果的机械化采收作业率。根据全国各地调查资料显示，目前我国的水果机械化还只是停留在节水滴灌、灌溉施肥一体化、包装保鲜等有限的几个工序上，在清洗、分级中偶有使用，而水果采摘机械还是很少。我国的水果采摘机械种类很少，大型的机械化设备使用率很低，只有少量的半自动机械在使用。比如，可移动水果采摘梯、可伸缩式高枝采果器这样的改进型机械。这些机械虽然在某种意义上是生产效率提升，提高了水果的采摘质量。但是对于大面积的果树收获还是不能满足要求，像红枣这样的果实数量多，结果时，红枣分布在果树的各个部位，所以如果要提高生产率就需要机械化程度比较高的水果采摘机械来完成。果园收获作业是果园生产全过程中最重要的环节，果树收获劳动强度大，用工量多。传统的人工收获方法，每公顷需几百个工时，占果园生产过程中用工量的50%左右。目前，我国果园收获主要靠人工手摘和借助云梯、采果刀等简单工具辅助采收。林果采收机械的研究在我国仍处于起步阶段，成熟先进的实用机具报道很少。随着新疆特色林果，尤其是红枣等林果的规模化、产业化发展，依靠简单的人工采收的方式已不能满足红枣等产业化生产的需要。2007年，新疆农垦科学院机械装备研究所研制了4YS24型红枣收获机，采收效果受到红枣矮化密植的影响，机械设备无法进入枣园，后续清理还是需要人工拾取，采收效果不理想，推广遇到很大困难。特别是新疆南疆地区红枣种植的方式是矮化密植，这对机械采收提出更多难题。新疆各地州发展红枣的计划面积为240万270万亩，尤其是阿克苏地区提出到2015年全地州发展红枣150万亩的宏伟目标。并申请注册“阿克苏红枣”商标。各地州根据实际情况确定了红枣产业的重点发展县。近年随着南疆地区红枣种植面积快速增长，每年到红枣收获季节，对人工需求特别旺盛，导致红枣收获成本剧增，枣农的种植成本就会出现大幅度增加；一旦遇到阴雨天气，大量红枣来不及采收，淋雨后的红枣无论是在树上还是在地上都会出现大量腐烂；阿拉尔垦区2010年红枣收获期降雨，没有采收完毕红枣都出现50%的腐烂。因此研制一种高效红枣采收设备是需求很迫切。近年来，作为鲜食上市的水果收获仍没有完全实现机械化。这是因为长在果树上的果实的生长形态不适于机械化采摘, 而市场对于商品果外观要求又较高，不能有碰伤、擦伤等机械损伤的缘故。虽然这种水果收获机需要人工辅助摘果，但摘下后水果的输送、装箱等过程全部是机械化操作，水果收获的效率可大大提高，同时也能避免和减少水果在收获过程中的机械损伤。故果园收获机械化一直是国内研究工作的重点。根据摘果原理不同采果机械主要有两大类：一类是气力振动采收机；另一类是机械振动采收机。机械振动采收机又可分为两种，一是机械推摇采收机，另一种是机械撞击采收机。1.3本课题主要研究内容及技术路线本研究针对南疆地区红枣种植面积大，红枣采收困难的现实问题，以红枣采收设备研制作为研究对象，基于振动的运动学和动力学特性，分析振动系统在外部简谐激振力的作用下产生的运动轨迹振动响应的基本条件和轨迹特征；进行振摇式红枣采收设备运动特性研究。2.振摇式红枣采收设备结构设计果园收获机械化一直是国内研究工作的重点。根据摘果原理不同采果机械主要有两大类：一类是气力振动采收机；另一类是机械振动采收机。机械振动采收机又可分为两种，一是机械推摇采收机，另一种是机械撞击采收机。2.1总体设计方案经过资料的查询和实际的观察，确定采收设备所具备的基本条件是：工作振幅小，易移动，采摘过程对树枝和果实的损伤小，经借鉴采用摇震式。众多学者广泛开展了振动采收机理研究，揭示了理论上可行。振摇式红枣采收设备的设计方案，要求采收设备设计简单，经济实用，操作简便。2.1.1振摇式红枣采收设备结构原理图2-1 振摇式红枣采收设备示意图1.枣树 2.束紧绳 3.可调摇杆4.加强连接处5.圆形网罩 6.漏枣导管图2-2 振摇式红枣采收设备示意图1.枣树2.束紧装置3.可调束紧带4.可调摇杆5.圆形网罩 6.加强连接处7.束紧绳8.漏枣导管9.筐10.振摇装置根据实践经验和搜集的资料确定振摇式红枣采收设备的设计结构主要包括：圆形网罩、可调摇杆、束绳装置、可调束紧带等几个部分。在网罩的四个方向，分别连接一个摇杆。摇杆可以通过振摇装置产生振动，总体结构如图。2.1.2振摇式红枣采收设备工作原理设备工作原理是利用圆形网式结构，通过固定四个长杆，利用四根长杆将网把整棵枣树枝干包住，然后将下落圆网收拢，利用四根长杆带动树干摇动，使树上红枣落入网的底部，然后打开漏枣口，枣子顺着漏枣导管，最后通过设置好红枣出口将红枣倒入框中；从而完成一个树的红枣收获。动力输出是人根据枣园实际情况，和摇晃树枝的强度具体情况量力而为，采摘时尽量减少对红枣和树枝的损伤。3.振摇式红枣采收设备具体部分设计3.1圆形网罩结构设计圆形网罩的结构包括：圆形网袋、漏枣导管、加强连接处、束紧绳导管、连接绳。图3-1 圆形网罩3.1.1圆形网罩 功能从上到下，将枣树收入网罩内，收拢网口，捆于树干，使枣树处于锁紧微压缩状态，便于后面的振动采收收枣。尺寸枣树的所有的外围枝叶，看成近似球形，通过测量半径，来确定罩子的尺寸。假设测量的枣树的半径为，那么枣树的表面积,设圆形网罩的面积为，半径为,那么，。材料因为罩子与枣树紧密接触，所以枣树上的枝叶和倒刺都会造成罩子磨损和破坏，固需要使用耐磨损，并且抗破坏性能要强，达到耐用的目的。这里试用粗帆布材料，粗帆布具有良好的延伸性、吸湿性，同时又具有耐磨、耐碱、耐晒、耐虫蛀等一系列优点。由于帆布是多股线织造，所以质地坚牢、耐磨、紧密厚实。为防止枣树对罩子的损失过大，可以采用双层粗帆布。3.1.2漏枣导管图3-2 漏枣导管功能红枣经过振动掉落在网底，通过打开漏枣导管，枣子顺着导管进入到框里。尺寸根据圆形网罩的尺寸和枣树树干的粗细，漏枣导管的直径预计在20cm40cm之间。材料漏枣导管因为要反复与枣子接触，固也采用粗帆布；但是因为少去了很多枣树枝叶的磨损破坏，采用单层粗帆布即可。3.1.3加强连接处功能防止反复振动，对网罩造成破坏，导致整个机具无法正常使用。减少力在传递过程中的损耗，提高工作效率。尺寸根据摇杆晃动布料的受力情况，可能受来自各个方向的力，固此处采用圆形加固，半径为15cm.如若加固效果不理想，可以相应的扩大加固半径。材料和后期处理此处可以增加24层的粗帆布，减小针距，致密缝合，达到预期的效果。3.1.4连接绳功能把圆形网罩和可调摇杆连接在一起，实现杆动带动罩动。材料和尺寸使用32股编制棉绳，棉绳摩擦因数比较大，质地柔软，可伸缩性小，耐磨，使用寿命长。预计长度为50cm。绳粗8mm。如若需要更改，可以因实际而定。加工处理绳头1cm处使用薄铁皮包裹，防止绳头因反复使用散开。绳子与圆形网罩采用致密缝补连接。注：连接处缝合强度高，能经受住拉伸力的反复作用。3.1.5束紧绳导管功能为束紧绳子提供一个运动的轨道，方面网罩的后期束紧捆绑枣树。材料使用长纤维的布料，面料光滑柔软，摩擦系数小，耐磨性高，强度弹性都很好质地紧密且富有弹性。3.2束紧机构本着操作简单，实用性强，本束紧机构由两个部分组成，分别是束紧绳和束绳装置。此机构能快速达到预期的束紧效果，并且满足设计的最初要求。3.2.1束紧绳功能收紧网口捆与树干。尺寸长度因圆形网罩网口的半径而定，但总长要比网口周长要常100cm，绳粗8mm.材料根据需要采用尼龙绳，绳皮比较光滑，耐磨。根据情况可以选择更适用的绳子。3.2.2束绳装置图3-3 束绳装置工作原理：将构件1放入构件2内，在构件1和构件2之间有一个弹簧，在弹簧的作用下，构件1始终有向上的趋势。束紧绳同时通过构件1和构件2的孔洞，挡住了构件1向上的趋势，二者相互作用下，达到了束紧的目标。材料根据此装置束紧状态下。采用ABS塑料铸成。ABS塑料是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯聚合的塑料，它色彩醒目，耐热、坚固、外表面可镀铬、镍等金属薄膜。功能此装置主要有两个功能：（1）防止绳头不慎进入网罩的束紧绳导管，为束紧操作带来不必要的操作。（2）收拢网罩的时候，方便迅速，束紧与树干。弹簧功能为束紧装置提供束紧动力，保证束紧装置在正常的情况下，正常工作。材料根据需求，从机械设计手册上查得，碳素弹簧钢丝，强度高，性能好，适于做小弹簧，适用于本装置。查机械设计课程设计手册, 符合要求的是弹簧丝直径，弹簧中径，节距，自由高度，实验负荷。3.3可调摇杆3.3.1摇杆作用(1)通过四个摇杆，把圆形网罩移动到枣树树顶再利用四根摇杆用网罩把整棵枣树从树顶把所有枝干包住。(2)通过摇杆的振动带动网罩振动，带动罩子晃动，罩子晃动带动树枝晃动；树枝在接受了外加的强迫振动后，也以一定的频率振动，这样就使树枝上的枣子也以某种形式的振动而加速运动。加速运动的枣子要受到惯性力的作用，当惯性力大于枣子与树枝的结合力时，枣子就会掉落到罩子底部，达到收获红枣的预期效果。3.3.2摇杆结构设计图3-4 可调摇杆示意结构原理枣树的具体高度各有不同，根据枣树的高度不同，又为了方便实用，采用可调摇杆。摇杆主要有五部分组成，定位滑块、底座、外管、内管，连接头。外管直径为25cm，内管直径23cm，将内管放入外管内，相应的孔洞对齐，在弹簧作用力下，定位滑块始终处于顶起状态，滑块和内外管的相互作用力，达到定位目的，滑块可以通过弹簧压缩和任意的外管孔洞配合，从而达到可调高度的目的。弹簧图3-5 弹簧根据需求，从机械设计手册上查得，碳素弹簧钢丝，强度高，性能好，适于做小弹簧，适用于本装置。查机械设计课程设计手册, 符合要求的是弹簧丝直径，弹簧中径，节距，自由高度，实验负荷。3.3.3摇杆材料图3-6 可调摇杆摇杆在采收过程中是起到传递力的作用，操作手通过晃动摇杆，从而达到晃动罩子和枣树的目的。根据摇杆的工作性质，摇杆要求质轻，方便使用和移动；根据摇杆的工作负荷摇杆的强度要求不是很高，综上两点摇杆的材料可以采用铝合金。因为铝合金在保持纯铝质轻等优点的同时还能具有较高的强度；根据机械特性，采用铝合金7050-T7451材料制造。表3-1 铝合金的典型机械性能(Typical Mechanical Properties)铝合金牌号 及状态拉伸强度(25C MPa)屈服强度(25C MPa)硬度500kg力10mm球延伸率1.6mm(1/16in)厚度6061-T65131027695127050-T7451510455135107075-T65157250315011表3-2 铝合金的化学成份(Chemical Composition Limit Of Aluminum )合金 牌号硅Si铁Fe铜Cu锰Mn镁Mg铬Cr锌Zn钛Ti其它铝每个合计最小值606123.60.70.15-0.40.15 0.8-1.20.04-0.350.25 0.15 0.050.15 余量705023.50.1520.-2.6 0.11.9-2.60.04 5.7-6.70.06 0.050.15 余量707523.60.51.2-2.00.32.1-2.90.18-0.285.1-6.10.20.050.15 余量3.4可调束紧带3.4.1束紧带作用圆形网罩网口收拢与树后，只靠一个束绳装置提供捆绑与树干的力，难免有点单薄，有的时候用束紧绳直接捆绑与树，又很不方便。因此设计了可调束紧带，辅助红枣收获。将圆形网罩网口快速束缚与树干，防止网罩网口因其他原因，影响红枣收获。它使用方便、简捷，使用范围广。可以在红枣收获过程中节省相应的人力和时间，达到迅速完成红枣收获的要求。3.4.2结构可调束紧带主要由一个自锁装置和锯齿形束紧带构成。具体结构设计如下图：图3-7 可调束紧带3.4.3工作原理锯齿形束紧带通过自锁装置，自锁装置内扭矩弹簧的作用，提供一个扭力，卡死束紧带，使束紧带只能紧不能松，达到束紧树干的要求。需要取下时，只要人力平衡弹簧扭力，就可以消除束紧状态。3.4.4可调束紧带材料根据工作要求，实际需要，本着节省资源，降低成本的思想，本可调束紧带采用采用塑料。塑料主要特性：大多数塑料质轻，化学性稳定，不会锈蚀；耐冲击性好；具有较好的透明性和耐磨耗性；绝缘性好，导热性低；一般成型性、着色性好，加工成本低；大部分塑料耐热性差，热膨胀率大，易燃烧；尺寸稳定性差，容易变形；多数塑料耐低温性差，低温下变脆；容易老化；某些塑料易溶于溶剂。4.振摇机构设计振摇机构结构设计：图4-1 振摇机构示意图1.连接管2.液压传动3.振摇滑筒4.摇杆5.定杆6.曲柄7.调节支杆8.机架 汽油机和减速箱固定在机架上，汽油机、减速箱和曲柄滑块机构都是通过相应的联轴器连接，曲柄滑块机构由活动铰链连接，振摇滑筒上焊接液压传动，液压传动焊接连接筒。振摇机构工作原理： 汽油机做为动力输出源，通过减速器带动曲柄滑块机构将曲柄的圆周运动转换成振摇滑筒直线往复运动；可调摇杆通过液压传动上的连接筒与曲柄滑块机构连接。最终实现振摇机构的作用，产生振摇效果。4.1汽油机的选择为了达到振摇目的，需要使用一个动力原件。因电动机使用不方便，故选择小型汽油机。表4-1 常用小型汽油机的功率范围型号排量 mL最大功率范围 kW转速r/min1E40F501.41.755001E43F501.62.255001E45F601.82.55500152F97.71.11.93600168F1633.44.13600168F1963.84.83600173F2405.35.93600177F2706.06.63600182F3407.18.13600188F3908.49.63600根据功率使用152F型汽油机，作为动力输出。4.2减速器的确定由于汽油机转速过高，需要一个传动比很大的减速器。通过各种参数的选择对比，选了一种谐波齿轮减速器。减速器型号XBZ120B机型120柔轮内径120模数为0.6传动比为100输入转速=3600r/min输出转速=36r/min输出转矩450TB/N*m输入轴直径=18h6输出轴直径=45h6输入轴长度=28mm输出轴长度=48mm总长度L=240mm高度220mm宽度180mm螺栓数目n=4螺栓直径M14输入轴键A=6*25输出轴键B=14*624.3振动机构常用于将曲柄的回转运动变换为滑块的往复直线运动;或者将滑块的往复直线运动转换为曲柄的回转运动。对曲柄滑块机构进行运动特性分析是当已知各构件尺寸参数、位置参数和原动件运动规律时,研究机构其余构件上各点的轨迹、位移、速度、加速度等,从而评价机构是否满足工作性能要求,机构是否发生运动干涉等。曲柄滑块机构具有运动副为低副,各元件间为面接触,构成低副两元件的几何形状比较简单,加工方便,易于得到较高的制造精度等优点,因而在包括煤矿机械在内的各类机械中得到了广泛的应用，如自动送料机构、冲床、内燃机空气压缩机等 。本振摇装置采用曲柄滑块结构实现，具体分析设计如下：4.3.1曲柄滑块的动力学特性图4-1 曲柄滑块机构从曲柄r传到连杆l上的力与滑块发出的压力 (41)曲柄颈A处，沿半径方向的力和的关系： (42)将上2式联立，可得到: (43)曲柄颈沿r方向承受与力大小相等的压力。曲柄颈沿圆周方向所受切线力与半径r的乘积，就是转矩T。 (44)根据上图可知： (45)将（1）、（4）式代入（5）式，则 (46)从上式求出P。 (47)一般曲柄连杆机构l4r，所以，可将l看成比r大很多，即lr ，这时，角趋近于零。则上式可以写成： (48)按平面几何圆部分的勾股定理，可以导出将上式代入，则得： (49)4.3.2曲柄滑块的运动学特性图4-2 曲柄滑块机构取A点为坐标原点，x轴水平向右。在任意瞬时t，机构的位置如图。可以假设C点的矢径为： (410)C点的坐标为其矢径在坐标轴上的投影： (411) (412)根据图形可知： (413)所以： (414)式中，是曲柄长与连杆长之比。将上式代入的表达式中，并考虑到，就得到了滑块的运动方程： (415)若将此式对时间求导数，其运算较繁琐。在工程实际中，值通常不大，故可在上式中将根式展开成的幂级数并略去起的各项而作近似计算： (416) (417)上式再对时间取导数，便可以得到速度和加速度的表达式： (418) (419)其中都是的周期函数。4.3.3曲柄滑块机构运行中的振动与平衡在一切有质量、构件质心有加速度或构件有角加速度的机械中,都存在着惯性力。例如:曲柄压力机在向下行程时,滑块出现“快落”,对传动系统产生撞击、振动,会降低传动零件的使用寿命。机械在高速运转过程中,这种随机构运转而周期变化的强惯性作用将会在运动副中引起附加动压力。这不仅将增加运动副中的摩擦力和构件的内应力,导致磨损加剧、效率降低,也影响构件的强度。而且由于惯性力随机械的运转而作周期性变化,也会使机械及其基础产生强迫振动,从而导致机械工作质量和可靠性下降、零件材料内部疲劳损伤加剧,并由振动而产生噪声污染。因此,研究机械高速运转中惯性力的变化规律,采用平衡设计和平衡试验的方法对惯性力加以平衡,以消除或减轻惯性力的不良影响,是减轻机械振动、改善机械工作性能、提高机械工作质量、延长机械使用寿命、减轻噪声污染的重要措施之一。曲柄滑块机构是最早获得广泛应用的连杆机构之一，在运转时各构件产生的惯性力会引起机座的强迫振动，加剧机器构件的磨损并产生噪声污染，降低机构的运动精度和平稳性。因此，对这类机构平衡问题的研究很有必要。从理论上讲，运用质量代换法可使这种机构的惯性力完全平衡。但是这种平衡法会导致机械结构复杂化及其质量的增加，尤其是把配重安装在连杆上时，对机构更为不利。因此，人们多采用惯性力部分平衡的方法来减小机构的振动。曲柄滑块机构中包含有作往复运动的滑块和作复合运动的连杆和作转动的曲柄,它们质心加速度以及角加速度的存在会导致周期性变化的振动力和振动力矩。这种力和力矩将造成机械的强烈振动和噪声,加剧机件的磨损和疲劳失效,降低机构的运动精度和运动平稳性,限制了机械性能的提高。对运动机构的振动力和振动力矩平衡方面的研究,主要集中在两个方面:振动力和振动力矩的平衡方法和平衡问题的分析方法。目前对机器传动系统中的曲柄滑块机构进行振动力和振动力矩平衡方法主要有:(1)质量重分配法,这种方法是通过在构件上加平衡重的方法,使机构的总质心位置始终处于机架上,机构的总质心不会随构件的运动而运动,从而达到振动力的完全平衡;(2)平衡机构平衡法,即在机构上附加其它机构来平衡原机构的惯性作用。分析机构振动力和振动力矩平衡问题的方法主要有:(1)质量替代法,就是根据替代前后构件质量和质量矩不变的原则,将构件的质量代为相应点处的质量。这种方法有利于机构振动力和振动力矩平衡的研究;(2)线性独立向量法,这种方法就是首先建立机构总质心位置的向量表达式,然后利用机构环路方程使表达式各项向量线性独立,最后设法使总质心位置不动,即使表达式中所有与时间有关的各项系数全部为零。4.4液压传动在液压系统中，最常用的工作介质是液压油，液压油是传递信号和能量的工作介质。同时，还起到润滑，冷却和防锈等方面的作用。液压系统能否可靠和有效地工作，在很大程度上取决于液压油。体积压缩系数，受压液体在单位压力变化下的液体体积相对变化量。图4-3液压传动示意图液体体积弹性模量K：产生单位体积相对变化量所需要的压力增量。则：粘性：流体在外力作用下流动时，分子间的内聚力为了阻碍分子的相对运动而产生的一种内摩擦力。相邻两油层间的内摩擦力：式中：比例常数，称粘度系数或动力粘度。速度梯度，即液层相对速度对液层距离的变化率。切应力：单位面积上的摩擦力,称为牛顿的液体内摩擦定律。液体的粘度, 当时，u=t由此可知动力粘度是指它在单位速度梯度下流动时单位面积上产生的内摩擦力。（2）运动粘度：液体动力粘度与其密度的比值，称为运动粘度。=/图4-4 帕斯卡原理示意图帕斯卡定律指出,密闭容器内的液体向各个方向施加相等的压力,根据这一原理,作用于封闭液体的外力,以相等的压力向限制液体的容器或管道的表面传递。液压传动的技术关键在于油缸和活塞之间不存在任何的机械摩擦,而只有液体摩擦。同时,为了尽量减小缸塞间的漏油量,以保证全机处于液压平衡状态,要求缸塞间的配合间隙极小(单边间隙一般不得超过几十微)。无论采用何种方案解决这一关键问题,不仅要以严谨可靠的理论为基础,还要考虑加工工艺、制造成本等诸多实际因素。传统的解决方法是采用动压润滑的方法,即油缸围绕活塞旋转，从而在缸塞间建立液体摩擦。这一方法对有效面积较小的液压传动缸塞系统而言不难实现。但对于有效面积较大的工作缸塞系统来说，却存在以下两点问题：(1)是由于油缸旋转，使缸塞相对位置不断变化，因而漏油量也不断变化，整个液压系统内部的压力很难保持稳定，结果造成测力机的波动度较大。(2)是制造工艺复杂,成本较高。液压油的要求和选用：要求：1）粘度适宜，粘温特性要好；2）油液纯净，不含杂质（化学及机械杂质）；3）凝固点要低，以防寒冷凝固；闪点和燃点要高，以防燃烧；4）润滑性能好；5）其它：抗泡沫性和抗乳化性好；材料相容性好；无毒，价格便宜。选用：1）工作压力：高选粘度大的，低选粘度小的；2）环境温度：高选粘度大的，低选粘度小的；3）工作部件的运动速度：高选粘度小的，低选粘度大的。油缸的选用与校核 内径大小和内桶的长度的确定是液压式测力装置测量范围的重要参数，壁厚的确定是液压测力装置稳定性和安全性的重要参数之一。静止液体和固体壁面相接触时，固体壁面上各点在一方向上所受静压作用力的总和，便是液体在该方向上作用于固体壁面上的力。 固体壁面为一平面时，如不计重力作用(即忽略 gh项)，平面上各点处的静压力大小相等，作用在固体壁面上的力等于静压力与承压面积的乘积，即 FpA，其作用方向垂直于壁面。当固体壁面为一曲面时，情况就不同了，曲面上液压作用力在某一方向上的分力等于压力和曲面在该方向的垂直面内投影面积的乘积。图4-5 液压缸缸筒壁厚的校核当缸筒壁厚时，可以按薄壁圆筒的计算公式校核其强度，即缸筒试验压力，比最大工作压力大20一30D缸筒内径 缸筒材料的许用应力其中材料抗拉强度，n安全系数，一般取35当缸筒壁厚时，应按厚壁校核公式，即其中低压液压缸的厚度常根据工艺和结构需要确定，强度一般不是主要问题。本装置采用45钢，直径D为161mm,壁厚25mm,属于厚壁圆筒，材料抗拉强度为600Mpa,代入公式合格。活塞选用与校核活塞外表面的粗糙度和精度是决定液压测力装置精度和灵敏度的重要条件，它的密封首先用活塞圈，再用两个O型密封圈，经检验，密封合格。用45钢成型后，先淬火，然后渗碳，注意须放置时，要垂直放置，或悬挂。4.5结论本设计基本可以实现振摇目的，振摇幅度为20cm，振摇频率为36次每分钟。5.结论毕业论文是本科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，在设计的过程中应该看到的问题：（1）振摇式红枣采收设备相对其他红枣收获机具有操作灵活多变，采摘具有选择性，对枣树木本损伤小，成本低等优点。（2）振摇式红枣采收设备，采用机具收获红枣，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，在采摘速度上毕人工采摘有了显著的的提高。（3）由于本设计没有做试验，对其实际的可行性程度还不能确定。首先，枣树树干和枝叶具体力学参数，没有经过试验获得，对各个构件缺少必要的力学分析和校核，可能会使此收获工具使用存在一定的局限性；其次，振摇式红枣采收设备各个构件可能存在设计不合理，或者不符合实际收获情况。虽然毕业设计内容繁多，过程繁琐但我的收获却更加丰富。各种系统的适用条件，和老师的沟通交流更使我对设计有了新的认识也对自己提出了新的要求。在设计过程中确实遇见一些问题，通过老师的讲解，自己翻阅了大量资料，都得到了解决。致 谢本毕业设计完成首先感谢我的指导老师，毕业设计是在廖结安老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。廖老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向廖老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。我还要感谢在一起愉快的度过毕业论文小组的同学们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至设计的顺利完成。在设计即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到设计的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们!最后，再次对关心、帮助我的老师和同学表示衷心地感谢！参考文献1梁勤安,楚耀辉,王晓东,王国强,新疆特色水果机械化收获问题的探索J 新疆农机化,2006 （4）2丁志祥,国外果园的机械采收 四川省农业科学院果树所J 农机化研究，2004 ( 3 )3汤兴初,吴明亮,全腊珍,张 岚,邓春香,可伸缩式高枝采果器的设计 湖南农业大学工程技术学院J农机化研究, 004 ( 3 )4成大先,机械设计手册(第五版)中册.化学工业出版社, 2010-1-15吴宗泽,机械课程设计手册.高等教育出版社, 20066向敬忠,机械设计课程图册.化学工业出版社, 2009-097机械设计手册编委会,机械设计手册单行本.化学工业出版社, 2007-3-1 P5-845-19 18红枣振动采收机设计 学生姓名 前言 本研究针对南疆地区红枣种植面积大 红枣采收困难的现实问题 以红枣采收设备研制作为研究对象 基于振动的运动学和动力学特性 分析振动系统在外部简谐激振力的作用下产生的运动轨迹振动响应的基本条件和轨迹特征 进行振摇式红枣采收设备运动特性研究 进行采收试验 并对采收效率进行有效分析 为提高红枣采收效率的研究提供理论支持 振摇式红枣采收设备基本原理是摇杆晃动带动罩子晃动 罩子晃动带动树枝晃动 树枝在接受了外加的强迫振动后 也以一定的频率振动 这样就使树枝上的枣子也以某种形式的振动而加速运动 加速运动的枣子要受到惯性力的作用 当惯性力大于枣子与树枝的结合力时 枣子就会掉落到罩子底部 达到收获红枣的预期效果 水果采摘机械的现状 果园的机械式采摘主要有振摇式 撞击式和切割式三种类型 振摇式是利用外力使树体或树枝发生振动或振摇 使果实产生加速度 在连结最弱处与果枝分离而掉落 撞击式是撞击部件直接冲撞果枝或敲打牵引果枝的棚架振落果实 切割式是将树枝或果柄切断使果实与