《小型辣椒采摘机的结构设计》8200字

《小型辣椒采摘机的结构设计》辣椒是我国的传统产业。我国是辣椒生产和消费大国，辣椒分布在全国各个省份，形成了以贵州、湖南、新疆、陕西为代表的区域性辣椒集散地[1]。据不完全统计，目前全国辣椒种植面积130万Hm2，产量2700万吨，产值270亿元[2]。辣椒含有丰富的营养元素，有利于人体健康，受到广大市民的青睐。同时，从辣椒中提取的辣椒红素是一种具有广泛工业用途的天然色素，是国家鼓励发展的高新技术产业之一。随着我国高效农业的发展，辣椒干的生产面积迅速扩大，产值和效益可观。新疆辣椒种植规模逐年扩大。2007年，新疆辣椒种植面积突破5万Hm2，鲜红椒产量达到150多万吨。与内地相比，新疆辣椒具有产量高、品质好、色价高、供应期长等特点。已成为新疆境内外食品生产企业和色素加工企业的首选原料。辣椒市场需求潜力巨大。目前辣椒普遍采用人工采摘，采摘成本高（鲜椒采摘成本已占其销售价格的40%），劳动强度大，生产效率低，严重制约了辣椒产业的健康快速发展。作为一个机械设计专业，我们急需的是农民。在查阅国内外文献的基础上，简单设计了一种小区辣椒收获机械，以提高辣椒收获的效率和成本。辣椒采摘是辣椒生产的重要环节。选择的劳动力占整个生产过程的1/3-1/2，既有季节性又有复杂性。辣椒采摘机的使用给我们带来了巨大的效益，人工采摘辣椒可以解决成本高、效率低、劳动强度大的问题。另外，现在使用的大型采摘机械成本高，不易携带，因此应用范围不广，但在一些投资规模较大的农场使用。对于少数种植花椒的农户来说，应用并不现实。这种设计解决了这个问题。

为了达到简单实用的目的，设计了一种新型的辣椒采摘机构。本设计采用的支撑杆为伸缩式薄壁结构，一端连接固定手柄，下端固定控制线伸缩滑轮，操作方便。另一伸缩端用拾取机构固定。本设计中所采用的控制线是通过伸缩杆的内部，这样可以避免挂在分支上，或缠绕和锁定线的末端。另外，采用三级扩张设计，每次扩张长度为1米，全部扩张长度为3米，1-3米的设计便于采摘不同高度生长的花椒。关键词：辣椒采摘机械设计采摘机机械自动化目录1755_WPSOffice_Level11.引言 429346_WPSOffice_Level21.1项目背景 410957_WPSOffice_Level21.2选题意义 41.5373_WPSOffice_Level23辣椒采摘机简介 41.420167_WPSOffice_Level2辣椒采摘机技术简介 526374_WPSOffice_Level21.5辣椒采摘机在国内外发展现状 7357_WPSOffice_Level21.6本文的主要内容 911557_WPSOffice_Level12.辣椒采摘器结构的设计 112853_WPSOffice_Level22.1辣椒采摘器设计的基本要求 1110060_WPSOffice_Level22.2辣椒采摘器方案设计 1132735_WPSOffice_Level22.3本章小结 1321888_WPSOffice_Level13.辣椒采摘器各结构原理 1418467_WPSOffice_Level13.1辣椒采摘器工作原理 148852_WPSOffice_Level23.2材料分析及选择 1727431_WPSOffice_Level23.3电动机的选择 1824444_WPSOffice_Level14.主要零部件的结构设计、计算及校核 2122591_WPSOffice_Level24.1偏心轮机构的设计及强度校核计算 2127871_WPSOffice_Level24.2伸缩机构设计及校核 2626441_WPSOffice_Level15.总结 39591_WPSOffice_Level1参考文献 401引言项目背景随着人口的快速增长，人们对高效生活的要求越来越高，劳动效率已经不能满足人们的需求。今天是21世纪科技发展的时期，随着社会的快速发展，机械已经逐渐取代了人工、机械以高效率的工作方式，为这个社会创造更多的效益！现在新的机械设备越来越多，功能也越来越多，但是在一些地区种植花椒的数量很多，采摘过程费时费力，本文就这一现象，专门设计采摘机，来解决这些现象。1.2选题意义辣椒种植是一项极具挑战性的复杂作业，但目前我国大部分水果采摘主要以低效为主，不能满足辣椒发展的需要。在收集农产品的过程中需要大量的劳动力。随着我国老龄化的不断发展，劳动力和终端产品的不断增加影响着整个辣椒产业的发展。节约人工成本，提高拣选效率非常重要！1.3辣椒采摘机的简介随着我国人民生活水平的提高和国民经济的快速发展，人们对食品制造业提出了更高、更新的要求。现在食品的发展可以分为健康、快速、绿色、无污染，人们对食品工业的要求使得食品机械工业的快速发展，花椒加工、花椒加工水平的高低与整个食品加工的发展状况密切相关，现代化水平大大提高。食品的发展主要依靠机械的现代化。要使工艺与设备达到最佳匹配，使新设备不断创新，有效地促进工艺的改进和发展。为了国内花椒产品的快速发展，有必要让配套设备的快速发展和完善。辣椒采摘机是提高采摘效率的先进机械设备。1.4辣椒采摘技术的简介1.4.1辣椒采摘机概述辣椒采摘机是辣椒采摘机的一种，主要用于我国辣椒生产基地的采摘作业。目前，国内生产厂家主要生产辣椒采摘机，其规格型号完全不同。采椒机的优点：效率高，耗时少，能保证辣椒的大小，采摘的完整性。为农业辣椒节约人力、物力和成本。随着辣椒采摘机技术越来越受到人们的重视，相关机构也对辣椒采摘技术进行了研究，从而完成辣椒的精细采摘。这样可以节省大量人力，降低成本，降低劳动产出强度，极大地帮助企业增产增收。机械拣选效率可达人工拣选效率的5-10倍。花椒是我国广泛种植的经济作物。一般种植在山坡、山丘、土地或河岸上。因为它的长枝，刺和小果实。在我国，作为一种特色香料和中药，其历史悠久。我国有辣椒栽培历史的省区有20多个。其中，四川汉源、重庆江津、陕西韩城、山西丰县、芮城、甘肃武都、贵州秦安、山东莱芜、河北歙县是我国花椒的主产区。陕西韩城、山东莱芜、甘肃陇南产量最大，总产量超过全国的1/2。近年来，随着农业结构的调整，各地花椒产业得到了长足发展。花椒在中国的种植面积是175×

10

HM，花椒年产值25×

10

～

45

×

年产值32亿元。目前，辣椒种植面积正以每年20%-30%的速度增长，辣椒产业已成为特殊地区农民致富新的经济增长点。花椒枝干长、刺多、果实小，采摘难度大。同时，花椒收获的农艺要求很高，不仅不伤叶、芽、枝，而且收获及时。针对目前采用的化学喷雾、高枝扦插、机械振动、负压吸收等收割方式，不同程度地存在一些问题，因此人工收割仍是收割的主要方式。目前机械采椒机主要集中在手动采摘机和半自动收获机的采摘头上，采摘原理基本采用切割方式。这种机械生产效率低，回收率低，对花椒枝叶危害大。因此，花椒机械化收获仍是一个有待解决的技术难题1.4.2辣椒采摘机的作用可完成大面积采摘辣椒作业。1.4.3辣椒采摘机器的组成小型花椒采摘机主要由剪切机构、伸缩机构和驱动机构等组成。图1-11.5辣椒采摘机在国内外的发展现状1.5.1国内辣椒采摘机的现况我国辣椒机械化收获发展严重滞后，农作物收获基本处于人工或半机械化收获时期。据最新相关资料显示，2000年以前，国内只有少数农户进行了自发发展。如河南省唐河县原滩镇刘庄村村民丁山峰研制了一台采椒机，河南省射旗县射旗镇居民戴贵武研制了三台樱桃采椒机；山西省襄汾县昭康镇北王村村民薛月强研制了一种用于田间作业的辣椒收割机。该机采用二冲程发动机驱动，结构简单，可在田间收获辣椒。从以上实验模型来看，所建立的模型不适合大规模种植作业。

2005年以来，随着辣椒种植面积的不断扩大和机械化收获的迫切需要，新疆一些科研部门和企业开展了辣椒收获机的研发。例如，新疆生产建设兵团农二师21团研制了一种线辣椒采摘装置。1.5.1线辣椒采摘装置2009年，隆平高新引进oxbo公司生产的oxbo-vpcii辣椒收获机进行辣椒收获线试验；新疆机械研究所研制了自行式非平行辣椒收获机；石河子大学机电学院已申请并获得辣椒收获机三项专利，研制了一种集采摘、分离、清洗、包装于一体的辣椒联合收获机。1.5.2辣椒联合收获机1.5.2国外研究现状分析国外对辣椒收获机的研究较早。1967年，美国首次采用商业机械化方法收获甜椒。自1967年以来，全世界设计生产了200多台辣椒收获机，申请了近20项专利。美国、澳大利亚、保加利亚、加拿大、匈牙利、以色列、意大利、西班牙、前苏联等国都对辣椒收获机做了相应的研究。这些国家试验了近30种采摘原理不同的辣椒收获机，但到了20世纪60年代还没有收到很好的效果。1976年,美国McClendon辣椒公司制造了PeterPiper展开式双螺旋型辣椒收获机。1.5.3展开式双螺旋型辣椒收获机1980年，美国10所非营利性大学、州和联邦研究机构对辣椒机械化收获进行了研究，但并未取得预期的商业效益。1990年以后，随着人工采摘成本的增加和企业对辣椒的大量需求，辣椒采摘机械化已提上议事日程。1992年，西班牙设计了符合自身条件的双螺旋辣椒收割机。1993年，辣椒收获机商业化，并进行了相应的辣椒采摘试验[3]。1998年，pikrite公司与美国巴克内尔大学合作，在番茄收获机的基础上设计生产了一台商用辣椒收获机，收获效果良好。辣椒收获机技术在美国是比较成熟的。所研究的大多数模型都是自行式和牵引式的。对于美国使用最多的几种辣椒收获机，根据采摘原理分为长杆梳指式、带梳指式、展开式双螺旋辣椒收获机和滚轮弹簧指式[4]。辣椒收获机的两个主要工作装置是收获装置和清洗装置。美国最早研制的辣椒收获机摘穗装置是由一对或多对螺旋滚筒组成的展开式双螺旋摘穗装置。1.6本文的主要内容本文以辣椒采摘机的动力和采集机理为研究对象，具体研究了当前市场上辣椒采摘机的动力机理和采集机理分析。本文通过对辣椒采摘机设计方法的研究，实现了辣椒采摘机的初步设计。具体情况如下：

第一章：通过获取相关信息和知识积累，了解当前辣椒采摘机采摘机理和采摘系统的相关方法和方向。

第二章：花椒采摘机的结构和工作原理设计。

第三章关键零部件选型及验算

第四章是总结与展望2辣椒采摘器结构的设计2.1辣椒采摘器设计的基本要求采椒机设计的具体要求如下：

（1）

采椒机应有适当的驱动力和剪切力；

（2）

采椒机往复剪切应具有一定的开闭范围；

（3）

采椒机的结构应尽量紧凑，减轻重量，提高夹紧效率；

（4）

结果表明：花椒的切割精度应是一定的；

（5）

辣椒采摘机的结构设计应考虑通用性和具体要求。

本文中采椒机的具体设计参数如下：

（1）

花椒采摘机采用手指式夹持结构，采用夹松动作；

（2）

切割直径1-10mm，通电放松时最大抓取距离10mm/s，切割速度100mm/次；

（3）

花椒采摘量预计为20kg/h；

根据上述具体设计要求，设计了花椒的夹紧结构。2.2辣椒采摘机方案设计采椒机主要包括剪切机构、旋转机构和力距传递机构。剪切结构主要用于切割机械零件的胡椒枝，主要作用是夹紧/松开。伸缩结构主要用于实现剪切结构的伸缩和采椒机的伸缩。采用力距传动结构实现整台采椒机的动力，包括夹紧方向和松开方向两个方向。因此，该扭矩传递结构包括两个前后移动的位移装置。采用往复式剪切装置（如图1-1所示）图1-1辣椒采摘机由于采自辣椒的颗粒很小，落在地上很难全部回收，因此有必要设计一种采集装置。根据辣椒枝干，在花椒枝干下设计一个网袋将采集网围起来，使辣椒落入网中，由采集器采集。示意图1-2如下。图1-2收集装置2.3本章小结本章主要介绍采椒机的方案设计。采椒机主要包括伸缩结构、力距传递结构、剪切结构、采集装置等，本章主要介绍了方案，绘制了采椒机的装配图以及部分零件图和采集装置。3.辣椒采摘器各结构原理根据实践经验和收集的资料，辣椒采摘设备的设计结构主要包括：剪切结构、扭矩传递结构和伸缩杆结构。总体结构如图2-1所示。图2-1花椒采摘器结构图3.1辣椒采摘器的工作原理辣椒采摘装置的工作原理是力距传动结构。机械手的工作原理是改变前后伸缩锯齿的数量。有固定锯齿和往复锯齿。上锯齿通过偏心机构往复运动。背面设有旋转伸缩机构，满足不同位置采摘花椒的需要。锯齿在往复运动的作用下完成辣椒枝条的切割，此时，外力将花椒与支柱分离。最后将采椒器上的辣椒自由落体倒入收集装置中；这样才能完成一次胡椒收获。动力输出是根据辣椒园的实际情况，结合辣椒的具体情况，最大限度地减少采摘对辣椒和枝条的伤害。采集装置需事先固定在花椒茎下，可有效防止辣椒落地。通过圆形表面，辣椒可以顺利落入到采集装置中。3.2材料分析及选择机身材料方面，考虑到材料的加工能力和轻量化，外壳采用PVC高分子材料，重量轻，强度高。锯机构采用304不锈钢，防锈。采摘后对人体无害，能承受较大的力，具有一定的刚度，轴及其偏心轴采用45不锈钢制造。由于转动扭矩大，轴、偏心轴、轴套采用45钢调质而成。伸缩机构由PVC聚合物制成。尽量减少收割机的重量。

本实用新型采用实用级尼龙材料制成，成本低，生产方便，对人体无害。3.3电动机的选择采椒机采用直流电机，其工作条件：连续单向旋转，负载稳定，户外作业，粉尘多，工作环境最高温度40℃;

由于转盘只有一个工作速度，所以电机从起点到终点的运动路线为等比传动，皮带传动机构减速后即可得到总传动比。偏心轮的转速不宜太高，因为锯的往复速度太快，将无法将辣椒的枝桠剪断。摩擦产生的热量使锯片在退火过程中失去锋利度，容易引起待加工辣椒的变性，缩短机器的使用寿命，影响切割辣椒的质量。本机选用3000r/min。传动比=主动轮转速除以从动轮转速=其节圆直径倒数的比值。

电机为整机传递动力，因此必须选择功率和转速合适的电机，以保证设计符合要求。在选择电机之前，确定船体的参数，以估计整个系统所需的功率。通过查阅相关文献，参考以往设计的同类产品的参数，初步选定参数如表1-1所示。表1-1脱壳辊相关参数项目代号参数值偏心轮直径d60mm偏心轮转速n3000r/min刀锯最大间隙l10mm根据采椒机的工作能力，并考虑安全因素，根据咨询计算公式，设计计算如下N=＝75WG－采椒机采摘能力20kg/hW－采摘花椒的能量值与锯的往复次数有关。当D小时，w就大。当d=6mm时，采摘花椒的能量值，取w＝0.075kw.h/kg。（查B5p）－传动效率，取0.75表1-2主电机参数型号额定功率/kW转速/(r/min)电流/A效率/%功率因数cos7750.075300012840.73最大转矩堵转转矩堵转电流转子转动量G/N∙重量/kg2.02.06.00.753118因此，按n=75W，n=3000r/min，查B1表10-4-1选择775，再查B1表10-4-2得到775电机的结构。如图3-1所示图3-1直流电机4.主要零部件的结构设计、计算及校核4.1偏心轮机构的设计及强度校核计算在偏心机构的设计中，不仅从动件能按给定的要求达到预期的运动规律，而且偏心机构应具有合理的结构尺寸和良好的运动力学性能。在设计偏心轮廓形曲线之前，预先给出了基圆半径、偏心距、滚子半径等基本尺寸。如果这些基本参数选择不当，就会出现偏心机构的结构是否合理、运动是否畸变、受力状况是否良好等问题。因此，本节主要论述了偏心机构基本尺寸的设计，为正确合理地选择这些基本参数提供了理论依据。4.1.1偏心轮机构的压力角偏心机构的压力角是指偏心轮与从动件接触点的公法向与从动件无摩擦运动方向之间的锐角α

快车。压力角是衡量偏心机构受力的重要参数，是偏心机构设计的重要依据。

1直动从动件偏心机构的压力角

如图所示为直动从动件盘偏心机构的压力角图。下图是尖底从动件的压力角图，下图是平底从动件的压力角图。以滚子从动件偏心机构为例，阐述了直动从动件盘形偏心机构压力角的计算方法。根据图6-30中的几何关系，压力角可以表示为由三心定理，P点为瞬心，，（由从动件速度公式）其中“”与从动件的偏移方向有关。如图6-30所示，应标“+”，否则，如果从动件导轨位于偏心轮转动中心o的左侧，则应标“+”。显然，从动件的偏置方向不合理，因为偏心机构的压力角增大，机械效率降低，甚至可能发生偏心机构的自锁。因此，正确选择从动件的偏置方向有利于减小机构的压力角。此外，压力角还与偏心轮的基圆半径和偏心距有关（当Vω、

当s固定时，偏心基圆半径增大，压力角减小α

但机构尺寸增大；偏心基圆半径减小，压力角减小α

机构的应力随着载荷的增加而变差。）当偏心距e=0时，用公式（6-34）代入，可得到反心从动件盘偏心机构压力角的计算公式根据图中的几何关系，压力角为

α=

90°-γ

哪里，γ

它是从动件平底与导轨中心线之间的角度，其值为常数。结果表明，平底直动从动件偏心机构压力角恒定，受力方向不变，运行稳定性好。如果从动件平底与导轨中心轴之间的角度γ=

90°，

然后是压力角α=

0°。

3.偏心机构许用压力角

偏心机构的压力角与基圆半径、偏心距、滚子半径等基本尺寸直接相关，这些参数往往相互制约。以直动滚子从动件偏心机构为例，在其它参数不变的情况下，通过增大偏心轮的基圆半径，可以得到较小的压力角，从而改善机构的受力状况，但缺点是偏心轮尺寸增大。相反，减小偏心机构的基圆半径可以获得更为紧凑的结构，但同时偏心机构的压力角增大。当压力角增大到一定极限值时，即使机构没有自锁，也会导致驱动力急剧增大，轮廓磨损严重，效率迅速降低。因此，为了使偏心机构正常工作，提高传动效率，必须将偏心机构的最大压力角限制在允许的压力角以下，即α

最大值<[α]。

偏心机构的许用压力角见表6-2。4.1.2偏心轮机构基本尺寸的设计1．基圆半径的设计对于带有直动滚子从动件的盘形偏心装置，偏心装置的基圆半径可按式（6-34）计算显然，压力角α

基圆半径越大，机构尺寸越小。当其他参数保持不变时α=[α]，

通过选择合适的从动件偏置方向，得到最小基圆半径r0min，使所设计的偏心机构满足压力角条件，获得紧凑的结构尺寸。在这种情况下，最小基圆半径为对于平底直动从动件盘形偏心装置，可按“所有偏心轮廓线均为凸形”的条件设计偏心装置的基圆半径。即偏心轮廓上各点的曲率半径ρ>

0.根据高等数学知识，给出了曲率半径的计算公式式中，，代人式(6—41)并整理得选择所允许的最小曲率半径ρmin，与平底从动件盘形偏心轮的廓线方程联立求解，可得经验公式rb≈2rH(rH为偏心轮轴孔的半径)4.2伸缩机构设计及校核4.2.1伸缩臂结构设计需满足以下要求（1）

功能要求

在设计过程中，伸缩臂应灵活稳定，定位准确，协调一致。

（2）

适应性要求

为了方便机械手的调整，适应不同尺寸工件的要求，有必要设计一种可调的定位机构。它需要满足工作稳定、动作迅速、定位准确的要求。

（3）

寿命要求

产品使用寿命是指产品在正常使用过程中，未经大修，由于正常磨损，使产品性能在允许范围内下降的连续工作时间。

设计中应考虑减少摩擦磨损的措施，如选用耐磨材料、采取润滑措施、合理设计零件的形状和表面等。由于很难设计出寿命相等的零件，因此很容易更换易磨损的零件。

（4）

经济要求

经济性包括两个方面：一是设计制造的经济性，二是使用的经济性。在制造过程和使用过程中，必须使成本最小化。

（5）

安全保护和自动报警要求

根据规范要求，设备需要采取相应的防护措施，以确保操作人员的人身安全。这是任何设计都必须考虑的，也是不可或缺的。在设备设计过程中，要考虑到因设备故障引起的突然中断工作，如机构卡住、夹苹果达不到位置等。伸缩臂的设计参数如下：（1）伸缩长度：200mm； （2）单方向伸缩时间：1.5～2.5S；（3）定位误差：要有定位措施，定位误差小于2mm；4.2.2伸缩轴校核计算按照扭转强度进行校核轴的扭转强度条件为：式中：：扭转切应力，单位T：轴所受的扭矩，单位：轴的抗扭截面系数，单位：轴的转速，单位为P：轴传递的功率，单位d：计算截面处轴的直径，单位为mm[]：许用扭转切应力，单位为由上式可得轴的直径：其中：=，则n==1398P==0.550.96=0.528由《机械设计》表15-3得：[]=45，轴的材料为45钢则，=20mm取=35mm按弯扭合成强度条件计算图3-1轴受力图(1)根据结构尺寸作出轴的简图，由=0得：=155.63N=0得：（a+b）=0=(2)a简力图图3-2简力图弯矩弯矩图图3-3弯矩图扭矩C扭矩图图3-4SEQ图\*ARABIC4扭矩图（3）校核轴的强度。式中：为轴的计算应力，单位为，为轴所受的弯矩，单位为，为轴所受的扭矩，单位为，为轴的抗弯截面系数，单位为，为对称循环变应力时轴的许