芒果采摘机设计.pdf

114液压与气动2012年第2期芒果采摘机设计王涛，张喜瑞，岳彦广，马庆芬，李粤DesignofmangopickingmachineWANGTao，ZHANGXi-11li，YUEYah-guang，MAQingfen，LIYue(海南大学机电工程学院，海南海口570228)摘要：为了提高芒果采收效率和减轻果农的采摘强度，设计了一种用于海南地区低矮树型的芒果采摘机，该机采用可控制升降的液压缸，能伸缩的采摘剪和可控制竖直液压缸转动的马达等系统部件，结合人力操纵可实现芒果的采摘。该机器的设计为进一步开发自动化智能化芒果采摘机提供基础并促进芒果产业化发展。关键词：采摘机；芒果；液压中图分类号：THl37文献标识码：B文章编号：1000-4858(2012)02-0114-02引言芒果是热带地区的一种水果，其品质极佳，营养价值很高，每百克鲜果含维生素C56mg，含糖1l，还含有丰富的维生素A、Bl、B2和适量矿物质、蛋白质、胡萝卜素、叶酸等。据统计，中国是世界芒果的主要生产国，2006年芒果收获面积为969万公顷，产量8008万吨【2j。因此，种植、管理和收获芒果的劳动量就很大，为了减轻果农的劳动负担，需要研究和开发针对芒果的收获机器，实现收获机械自动化与智能化作业目前许多学者已经针对草莓、番茄、葡萄、黄瓜等采摘机做了相关研究【36】，各自取得了相应的成果。在采摘农产品时由于地形，植物的生长特点及果品的形态等不同，所开发的机型也就有所不同。本文主要针对海南当地低矮型芒果树型的生长特点设计采摘芒果的机械装置，为进一步设计智能化芒果采摘机提供基础。l芒果采摘机械总体设计芒果采摘机械设计结构如图l所示。芒果采摘机械采摘过程如下：该机器经过搬运车辆运输到指定位置(或者把该机器的零部件运输到指定位置进行组装)，通过电动机带动液压泵，首先通过竖直液压缸把剪刀调整到合适的高度，再通过曲轴连杆式径向柱塞液压马达慢慢的把剪刀旋转到合适的角度，再通过伸缩液压缸使剪刀靠近果梗，最后通过剪切液压缸提供力使剪刀切断果实梗，果实掉人收获网中。完成采摘动作。芒果采摘机械手的主要零部件包括：剪刀、U型卡、剪切液压缸、液压缸支撑平台、伸缩液压缸、伸缩液压缸平台、竖直液压缸、法兰连接盘、底座、轴承、液压马达、液压泵、相关液压元件等。1415162423222l20191单向推力球轴承2深沟球轴承3法兰盘4螺栓5竖直液压缸6、8、ll、14螺栓7支撑平台9伸缩液压缸10伸缩缸u型卡12剪切液压缸13U型卡15剪刀16芒果收获同17液压马达18底座19小齿轮20小齿轮固定盘2l、23平键22大阋轮同定盘24大齿轮图l芒果采摘机械原理图收稿日期：20ll-08-29基金项目：海南省教育厅项目：三位一体的农机化人才综合能力和创新意识培养模式的研究”(2007-II)；海南大学校基金项目：海南大学农业机械化工程学科研究生创新能力的研究(201l-7)作者简介：王涛(1980一)，男，陕西西安人，讲师主要从事机电液系统设计与测控研究工作。万方数据2012年第2期液压与气动1152液压控制系统设计21液压系统工作过程芒果采摘机液压系统原理如图2所示，系统执行装置是剪切液压缸13，主要用于控制剪刀切断芒果的枝条果梗，当液压缸活塞前进时，通过控制剪刀的拉杆松开枝条果梗，当液压缸活塞后退时带动剪刀拉杆剪切枝条果梗，实现收获作业。为了实现液压机械执行装置独立操作各缸互不干扰，采用定量液压泵2为系统供油，通过过滤器3消除油中杂质，避免杂质进入液压管道。溢流阀4和6起到保护管路作用。液压缸和液压马达采用手动换向阀换向。在液压马达10和手动换向阀7之间设置单向调节流阀8。在竖直液压缸11和换向阀中设置一个液压锁9，液压中有两个单向阀，其作用是保证液压缸在上升或者下下降时都能够开启单向阀，使液压缸顺利升降，当调整好竖直液压缸位置时，置手动换向阀为中位，保证液压缸锁定在调节位置处，即使外界有强烈扰动，也能防止液压缸突然下降，起到安全保护作用。当打开液压泵2为系统供油，操纵手动换向阀7，使液压马达10旋转，带动芒果采摘平台转动到合适位置，使竖直液压缸与芒果处在同一平面，置手动换向阀7为中位，液压马达停止。打开手动换向阀使液压油进入竖直液压缸1l左腔，液压缸1l上升到使支撑平台与芒果达到同一高度时，置换向液压阀为中位，竖直液压缸1l静止不动。操纵手动换向阀控制伸缩液压缸12，控制剪切液压缸13的剪刀达到芒果果梗枝条的目标位置时停止。在操纵手动换向阀，使液压油流进剪刀液压缸右腔，拉动剪刀拉杆，剪短芒果果梗，芒果落人收获网，完成收获。1油箱2液豫泵3过滤器4、6溢流阀5二位j通手动换向阀7i位四通手动换向阀8单向节流阀9液J氍锁10液压马达11竖直液压缸12伸缩液JK缸13剪切液压缸图2芒果采摘机液压系统原理图22果柄断开执行机构分析低矮型芒果树的果实采摘位置一般在1525m芒果果梗脆易折断。、下面是同过剪切试验得到的大致果梗剪断力的数据如表l所示。表1果梗剪断力数据果梗编号l234567剪断力(N)174143ll321524针对以上表格数据，分析比较夹紧剪切，夹紧扭断，直接剪断等方案。夹紧剪切方案需要设计的机构复杂，避障能力低，不适合芒果的采摘；夹紧扭断方案芒果能够扭断采摘，但是在扭断过程中果实和果梗接触部分最先分离，在此过程中果梗中的水分和果汁会洒落在果实上面，在空气中的灰尘的影响下会使果实表面变黑，影响以后的加工工艺和美观，所以不适合芒果的采摘；最后选用剪断收获。该方案剪断动作是通过剪断机构在液压缸的驱动下完成的，收获功能是通过在剪断机构下面安装一个收获篮完成。机构简单，设计和操作方便，有较强的避障能力，满足芒果采摘作业要求。如图3所示：液压执行剪机构图。剪刀u型卡4用于连接剪刀，液压缸和支撑平台，液压缸活塞杆1前进与后退，通过连杆作用于剪刀把柄3使剪刀达到剪切或松开功能。骥1液压活塞杆2连秆3剪刀把衲4舅川U型卡图3液压执行剪机构图3结束语设计的芒果采摘机械在人为操作配合下能够实现采摘作业。但是还没有实现完全自动化采摘，需要进一步设计能够自动辨别果实并确定芒果位置的智能化芒果采摘机械。参考文献：1曾文谨芒果贮藏保鲜研究D广西：广西大学，20082黄燕中国芒果产业的发展概况c海南：中国热带农业科学院科技信息研究所。20073陈利兵草莓收获机器人采摘系统研究D北京：中国农业大学2005454刘小勇番茄收获机械手机构分析及双日定位系统的研究D哈尔滨：东北农业大学2006125曹杰，张静番茄机械化采收的发展J中国农机化2003，(1)：45476王素霞R本的果蔬采摘机器人J博览天地1994，(22)：22万方数据芒果采摘机设计作者：王涛，张喜瑞，岳彦广，马庆芬，李粤，WANGTao，ZHANGXi-rui，YUEYan-guang，MAQing-fen，LI