振搖式紅棗收獲機(jī)的設(shè)計

振搖式紅棗收獲機(jī)的設(shè)計,振搖式,紅棗,收獲,設(shè)計 中文摘要振搖式紅棗收獲機(jī)摘要紅棗是一種重要的經(jīng)濟(jì)型農(nóng)作物，它具有豐富的維生素含量，被廣泛用于藥材和日常食用品，在我國山東、山西、新疆、河北等多地都有大量種植。是我國分布地最廣的果樹種植之一，目前我國已研發(fā)出多種大型振搖式紅棗收獲機(jī)，但是由于我國各個地區(qū)地形不同，同時種植規(guī)模也有較大差異，這些紅棗收獲機(jī)不能廣泛適用于各個地區(qū)和各種種植規(guī)模，多處地方仍然采用雇傭農(nóng)民去進(jìn)行紅棗收獲。而國外的大型紅棗收獲機(jī)主要適用于平原，進(jìn)行大規(guī)模機(jī)械化收獲。由于我國種植紅棗地區(qū)主要在于山丘，地形不利于大規(guī)模機(jī)械化工作，工作環(huán)境滿足不了機(jī)器需求，而且機(jī)器價格昂貴，不符合價值要求。為了解決這些地形復(fù)雜和機(jī)械化收獲等問題，本文主要通過對紅棗與樹枝連接之間產(chǎn)生的結(jié)合力進(jìn)行計算，計算出能夠滿足紅棗與樹枝脫落所需要的慣性力，設(shè)計一款以振搖叉為主要執(zhí)行件的振搖式紅棗收獲機(jī)，并主要針對紅棗收獲機(jī)的外部結(jié)構(gòu)、傳動裝置、收集傘進(jìn)行主要設(shè)計，工作時由拖拉機(jī)動力輸出軸輸出動力，再通過傳動裝置將動力輸入到振搖叉上，振搖叉夾持紅棗樹干，利用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)滿足振搖叉進(jìn)行直線往復(fù)運動，收集傘對振搖下來的紅棗進(jìn)行收集，從而使得振搖叉對紅棗進(jìn)行機(jī)械化高效收獲，并且達(dá)到較高的使用可靠性，完成較高果實采凈率目的，該裝置操作簡單，使用可靠率與果實采凈率都能達(dá)到很高的比率，且機(jī)器的體型較小，價格便宜，后期維修與保養(yǎng)都較為方便，對實現(xiàn)紅棗的農(nóng)業(yè)機(jī)械化種植與收獲都有一定的促進(jìn)作用。關(guān)鍵詞：振搖式；振搖叉；曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；高效率英文摘要Red harvester vibration wave typeAbstractRed jujube is a kind of important economic crops, it has rich vitamin content, is widely used in medicine and daily food, in Chinas shandong, shanxi, xinjiang, hebei has a large number of plant such as much as possible. Is one of the most widely distributed to fruit tree planting in our country, at present our country has developed a variety of large vibration wave type red jujube harvest machine, but because the terrain is different from region to region in China, the planting scale at the same time also have bigger difference, the red jujube harvest machine cannot be widely applicable to all regions and all kinds of planting scale, many local farmers to hire red jujube harvest is still applied. And foreign big jujube harvest machine is mainly applicable to the original, on a large scale mechanized harvesting. Because our country planting jujube region lies in the hills, the terrain is not conducive to large-scale mechanization work, the work environment to meet demand, the machine and the machine is expensive, do not conform to the requirements of the value.In order to solve these problems such as complex terrain and mechanized harvesting, this paper mainly through to the red jujube and the branches of the connection between the binding force is calculated, the calculated can satisfy the red jujube and the branches off the inertial force needed to design a vibration wave fork as the main implementation of a red harvester vibration wave type, and mainly aims at the external structure of red jujube harvest machine, transmission device, collecting umbrellas in the main design, the tractor pto output power at work, and then through the transmission power input to the vibration wave fork, vibration wave forks gripping jujube tree trunks, using slider-crank mechanism with vibration wave fork be straight line reciprocating movement, collect the red jujube are collected vibration to roll down the umbrella, so as to make the vibration wave fork of red jujube harvest mechanization and efficiently, and to achieve high reliability, the use of complete high fruit net rate, the equipment operation is simple, the use of the fruits are reliable and that the net rate can reach very high rate, and the smaller of the machine, price cheap, the late repairs and maintenance are more convenient, to realize agricultural mechanization planting and harvesting red jujube, there is a certain role in promoting.Key words: vibration wave type; The vibration wave fork; Collect the umbrella; High efficiency目錄1、緒論11.1、課題背景與意義21.2、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀31.2.1、紅棗液壓驅(qū)動振搖式收獲裝置41.2.2、紅棗曲柄滑塊傳動振搖式收獲裝置51.2.3、可變地隙自走式紅棗收獲機(jī)61.3、機(jī)構(gòu)的選取42、技術(shù)任務(wù)書42.1設(shè)計依據(jù)52.2產(chǎn)品的用途及適用范圍62.2主要技術(shù)參數(shù)62.2主要研究內(nèi)容63、設(shè)計計算說明書43.1整機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計53.2裝置的工作原理63.3振搖式紅棗收獲機(jī)外部結(jié)構(gòu)的設(shè)計63.3.1振搖叉的設(shè)計63.3.2曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計63.3.3收集傘的設(shè)計63.4機(jī)架的設(shè)計63.5發(fā)動機(jī)的設(shè)計63.5.1紅棗收獲機(jī)所需功率63.5.2發(fā)動機(jī)的選取63.6錐齒輪的設(shè)計63.7傳動鏈的設(shè)計63.8鏈輪的設(shè)計63.9傳動軸設(shè)計63.10軸承的設(shè)計64、使用說明書44.1操作說明54.2注意事項65、標(biāo)準(zhǔn)化審查報告46、結(jié)論4參考文獻(xiàn)4致謝4振搖式紅棗收獲機(jī)的設(shè)計1 緒論1.1課題背景及意義紅棗是一種李科棗屬植物，其自身復(fù)有豐富的維生素含量，有著“天然維生素丸”的美稱，這一特點使得紅棗具有滋陽補陰的功效，在藥用上有很大價值，同時由于紅棗的甜美口感，也使的人們在日常生活中頻繁食用。這使得在北方大多數(shù)省份都有種植紅棗來提高經(jīng)濟(jì)收益的種植基地。近年來，我國棗樹種植面積約為331萬公頃，產(chǎn)量占全球的98%。同時我國的棗樹種植面積還在不斷增長。因此，紅棗收獲效率決定了紅棗種植業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益高低，傳統(tǒng)的紅棗收獲，是通過農(nóng)民手持長木棒敲打、振搖樹干等方式，對棗樹樹枝進(jìn)行敲打或?qū)涓蛇M(jìn)行振搖，從而使得紅棗獲得一定的慣性力，當(dāng)慣性力大于紅棗與樹枝之間的結(jié)合力的時候，紅棗便進(jìn)行掉落，這種方式不僅收獲效率低，而且木棒在揮打時產(chǎn)生的作用力極易對紅棗和棗樹本身造成傷害，影響紅棗經(jīng)濟(jì)價值和棗樹自身成長。這些傳統(tǒng)收獲方式嚴(yán)重抑制了紅棗種植業(yè)的發(fā)展，近年來，我國農(nóng)業(yè)機(jī)械化高速發(fā)展，在紅棗種植業(yè)方面有了重大突破，不僅可以降低農(nóng)民的勞動強度，還可以進(jìn)行機(jī)械化種植與收獲，大大提高了工作效率。在新疆、山西、河北等省份的平原地區(qū)，紅棗收獲主要由大型自走振搖式紅棗收獲機(jī)完成，這些收獲方式雖然大大降低了勞動力需求，但由于各種植地區(qū)地形不同，并不能廣泛適用于所有種植基地。所以我們迫切需要一臺果實采凈率高/實用性廣泛、價格合理的振搖式紅棗收獲機(jī)。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀現(xiàn)在我們國家擁有的紅棗收獲機(jī)樣式還不是很豐富，大多數(shù)是使用機(jī)械手夾持樹干進(jìn)行震動，從而使得果實可以從樹干上掉落。也有的是機(jī)器通過騎跨在棗樹上方，通過棒桿直接擊打樹木枝干，將果實打落下來，再通過氣吹式系統(tǒng)將紅棗進(jìn)行收集，這樣的技術(shù)目前來說還不是很成熟。還有的是通過鼓風(fēng)機(jī)將紅棗直接吹下來，在進(jìn)行收集，這種收集方式較前兩種頗為麻煩。其中最為有代表性的就是以新疆農(nóng)墾科學(xué)院機(jī)械裝備研究所研制成功的首臺紅棗收獲機(jī)“4YS-24紅棗收獲機(jī)”，這臺機(jī)器就是通過振搖叉對樹干進(jìn)行夾持并進(jìn)行往復(fù)式振搖運動，從而使得果實掉落。該收獲機(jī)的設(shè)計采用了液壓傳動與控制技術(shù)相結(jié)合的振動機(jī)械手，實現(xiàn)了棗樹的可靠夾持、無損傷振動落果和果實的快速收集。使用這種紅棗收獲機(jī)可以在每小時采摘50棵棗樹，果實采凈率高達(dá)91%功效比人工提高了將近十倍左右，為新疆紅棗種植戶收獲紅棗提供了強有力的技術(shù)和裝備支撐，而且這種紅棗收獲機(jī)，還具有價格實惠的優(yōu)點，每臺機(jī)器售價僅兩萬左右，受到了廣大人民的喜愛。近年來隨著紅棗收獲機(jī)械的不斷改進(jìn)，研制出了很多新的紅棗收獲機(jī)械，如武漢威明德科 技股份有限公司研制的 4ZZ-1B 型自走式紅棗收獲機(jī) 以及石大銳拓機(jī)械裝備有限公司研制的 4ZZ-1Y 型紅 棗收獲機(jī)等，但是這些機(jī)械仍然有沒有解決了道路行駛要求的問題，例如隙高與田間作業(yè)時要求地隙低的矛盾，于是出現(xiàn)了一種新型的、實用的可變地隙自走式紅棗收獲機(jī)，去解決地隙與收獲機(jī)械之間存在的不適應(yīng)問題。它綜合考慮了棗樹的種植特點、最低果枝高度、紅棗產(chǎn)量和兼顧機(jī)器行走時的通過性能，地隙調(diào)節(jié)范圍在150-550mm，輪距寬2m，采摘行數(shù)為一行。這種紅棗收獲機(jī)的工作方式是機(jī)器工作時通過騎跨在棗樹上方，在機(jī)器的前部對棗樹枝干進(jìn)行聚攏，前后輪之間采摘并向后輸送棗樹枝干，用龍門架式結(jié)構(gòu)建造機(jī)架，機(jī)架上安裝采摘棒桿，然后在外圍上安裝鋼絲網(wǎng)，用來防止掉落的紅棗飛濺到外面。這些紅棗收獲機(jī)械都大大減少了紅棗種植戶的收獲成本，降低了農(nóng)民的勞動強度。目前國外對采摘機(jī)械的研究主要是以采摘機(jī)器人為主，20世紀(jì)70年代末期，計算機(jī)技術(shù)與自動控制技術(shù)得到了快速發(fā)展，美國首先開始研究各種農(nóng)業(yè)機(jī)器人，自1983年第一臺采摘機(jī)器人在美國誕生以來，經(jīng)過20年來的不斷研究與試驗，采摘機(jī)器人技術(shù)變得日益成熟與完善。以日本為代表的發(fā)達(dá)國家，包括美國、法國、荷蘭、英國、西班牙等國相繼試驗成功了多種采摘機(jī)器人，如蘋果、柑橘、番茄、西瓜和葡萄等果實采摘的具有人工智能的機(jī)器人。采摘機(jī)器人主要由機(jī)械手、末端執(zhí)行器、視覺識別系統(tǒng)和行走裝置等4大系統(tǒng)組成。在日本首先是京都大學(xué)NoboruKawamura等人在20世紀(jì)80年代中期研制了五自由度關(guān)節(jié)型機(jī)械手，但這種機(jī)械手的工作空間并沒有包含所有果實的位置，而且機(jī)械手末端執(zhí)行器的可操作度也低。這種機(jī)械手在夾持方面很值得我們借鑒，又因為紅棗主要產(chǎn)地在中國，國外并沒有大型的紅棗種植基地，但是國外的各種新型采摘機(jī)器人在執(zhí)行件和傳動裝置上對我們紅棗收獲機(jī)械有很大的啟發(fā)。1.2.1、紅棗液壓驅(qū)動振搖式收獲裝置1、 機(jī)械手2、機(jī)架3、油箱4、液壓傳動回路及控制系統(tǒng)5、支撐裝置這種紅棗收獲機(jī)工作時，用振動夾持手夾持樹干，然后拖拉機(jī)的動力輸出軸輸出動力，根據(jù)實際棗樹的樹干直徑和棗樹高度決定振動夾持手的夾持位置。經(jīng)過傳動系統(tǒng)驅(qū)動振動夾持手振搖果樹。振搖完成后收回振動夾持手，與果樹樹干進(jìn)行脫離。1.2.2、紅棗曲柄滑塊傳動振搖式收獲裝置1、 夾持手；2、機(jī)架；3、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；4、動力裝置。工作過程，以小型汽油機(jī)作為動力輸出裝置，并且將動力傳送到曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，使得夾樹裝置夾緊樹干并且進(jìn)行直線往復(fù)運動，然后樹干受到外力強迫振動后就會使得與棗樹樹枝連接的果實獲得一定大小的慣性力，隨著曲柄轉(zhuǎn)速的加快，果實所獲得的慣性力也在不斷增大，當(dāng)慣性力大于果實與樹枝之間的結(jié)合力后，果實就會掉落，同時底部所放置的收集結(jié)構(gòu)會對掉落下來的果實進(jìn)行收集。1.2.3、可變地隙自走式紅棗收獲機(jī)1、 后驅(qū)動總成2、動力機(jī)3、輸送及風(fēng)選機(jī)構(gòu)4、. 振動箱5、前腿總成6、. 龍門動力架7、. 駕駛室8、清掃機(jī)9、導(dǎo)流機(jī)構(gòu) 10、.采摘輥11、擺線啟動機(jī)12、柴油箱發(fā)動機(jī)功率為84kw，通過傳動系統(tǒng)提供動力到振動箱，并且驅(qū)動采摘輥進(jìn)行工作，將樹枝上的果實進(jìn)行擊打，促使其掉落到導(dǎo)流機(jī)構(gòu)，最終將果實導(dǎo)流出收集裝置。完成紅棗收獲作業(yè)。1.3、機(jī)構(gòu)的選取如果綜合比較以上三種紅棗收獲裝置，不難發(fā)現(xiàn)，可變地隙自走式紅棗收獲機(jī)，具有自動化采摘與收集的優(yōu)點，可以根據(jù)不同的種植方式來調(diào)整機(jī)器收獲間隙，適應(yīng)不同地塊的種植方式，但是由于其棒桿式執(zhí)行件在工作時容易對果實與數(shù)目枝干造成損傷，導(dǎo)致果實采凈率較低，而紅棗液壓驅(qū)動振搖式收獲裝置雖然具有夾持可靠，果實采凈率高，對果實與果樹損傷較小等優(yōu)點，但由于它是液壓驅(qū)動，所以在維修和保養(yǎng)上具有較大難度。相對來說，紅棗曲柄滑塊傳動振搖式收獲裝置在果實采凈率和適應(yīng)工作條件等方面都有較大的優(yōu)點，而且工作效率較高，在各個方面的表現(xiàn)都較為均衡，可以滿足紅棗收獲需求。因此在多方面考慮下，本文擬設(shè)計振搖式紅棗收獲機(jī)，不僅符合當(dāng)前農(nóng)村種植戶的生產(chǎn)需求，并且采用曲柄滑塊傳動的方式對紅棗進(jìn)行收獲。 2、技術(shù)任務(wù)書2.1設(shè)計依據(jù)目前為止，在我國新疆、山西等地區(qū)，振搖式紅棗收獲機(jī)因為其有較高的工作效率與果實采凈率，并且價格相對來說較為便宜，操作也相對簡單，因此受到了廣大農(nóng)民的喜愛，這種紅棗收獲機(jī)械其實是在采摘機(jī)械手的基礎(chǔ)上，添加了傳動機(jī)構(gòu)使得機(jī)械手在夾持樹干的同時獲得動力，通過研究棗樹樹干受力之后的撓度變化，紅棗與樹枝之間的結(jié)合力大小，然后在計算果實在振搖過程中獲得足夠大的慣性力使得果實與樹枝分離。最后通過下方的收集傘對掉落的果實進(jìn)行收集，確定裝置的主要技術(shù)參數(shù)。振搖式紅棗收獲機(jī)的優(yōu)勢充分模擬了人工作業(yè)的方式，振搖叉與收集傘的結(jié)合使用，使這個機(jī)械具有高效率和低損傷率的優(yōu)點。適用于不同種植地區(qū)的地形，有很高的通用性，所以本文設(shè)計的振搖式紅棗收獲機(jī)對傳動機(jī)構(gòu)與振搖叉機(jī)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計2.2產(chǎn)品的用途及適用范圍該裝置主要適用于地形復(fù)雜的農(nóng)村地區(qū)，比如山西地區(qū)山脈較多，各地區(qū)的農(nóng)村用地面積很不規(guī)范，大多分布在山上，不像河南、山東這些平原地區(qū)，同時，棗樹的直徑與高度也不盡相同。所以這些問題使得不能采用大型自走式紅棗收獲機(jī)，只能進(jìn)行人工收獲，振搖式紅棗收獲機(jī)可以解決這些收獲難題，降低農(nóng)民的勞動強度。2.2主要技術(shù)參數(shù)振搖式紅棗收獲機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如表2-1所示，其主要包括裝置的拖拉機(jī)功率、裝備質(zhì)量、主軸轉(zhuǎn)速、傳動鏈型號、鏈輪速度、主動輪直徑、從動輪直徑、結(jié)構(gòu)總體尺寸、振搖叉尺寸、收集傘尺寸、鏈輪與傳動鏈之間的配合等。表2-1主要技術(shù)參數(shù) 參數(shù)項目 單位 參數(shù) 拖拉機(jī)功率 27.6 kw結(jié)構(gòu)質(zhì)量 150 kg輸出軸轉(zhuǎn)速 540/1000 r/min-1振搖機(jī)構(gòu)形式 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)振動頻率 8 Hz振幅 60mm結(jié)構(gòu)總體尺寸(長x寬x高) 2800 X 2200 X 1400 mm 2.2主要研究內(nèi)容本文擬設(shè)計一種適用于農(nóng)村地區(qū)的振搖式紅棗收獲機(jī)，并滿足果實采凈率高、果樹損傷小、工作效率高、價格便宜這幾大特點。具體設(shè)計方案如下所示：（1） 對裝置的整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括機(jī)架設(shè)計、振搖叉、收集傘等外部結(jié)構(gòu)的設(shè)計。（2） 對驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計，包括拖拉機(jī)標(biāo)定功率的選擇、主動輪的設(shè)計、從動輪的設(shè)計、以及傳動鏈與鏈輪的選擇等。（3） 對傳動系統(tǒng)的設(shè)計，包括錐齒輪的設(shè)計、主軸的設(shè)計與強度校核（4） 對箱體與支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計，包括箱體材料與支撐裝置材料的選擇，結(jié)構(gòu)的設(shè)計等。3、設(shè)計計算說明書3.1整機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計3.1.1整機(jī)結(jié)構(gòu)振搖式紅棗收獲機(jī)主要由四大系統(tǒng)組成，分別是振搖系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、收集系統(tǒng)、整機(jī)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)組成。其具體如圖3-1所示，振搖式紅棗收獲機(jī)結(jié)構(gòu)的總體尺寸為：長X寬X高=2800 X 2200 X 1400 mm。 （1）振搖叉（2）機(jī)架 （3）鏈輪（4）傳動箱 （5）錐齒輪 （6）主傳動軸（7）三點懸掛裝置 （8）聯(lián)軸器圖3-1 振搖式紅棗收獲機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖3.2裝置的工作原理該振搖式紅棗收獲機(jī)，在在振搖叉上很大程度的模仿了以前人們用手去搖晃樹干使得紅棗掉落機(jī)械手結(jié)構(gòu)，通過利用連桿機(jī)構(gòu)與螺栓連接相結(jié)合的方式，設(shè)計出可自動控制夾持與松開的振搖叉，同時，為了使得振搖叉可以對不同直徑的樹干進(jìn)行可靠加持，我們通過現(xiàn)實中考察與網(wǎng)絡(luò)上查詢等方式，了解到紅棗樹干直徑一般在80200mm左右，因此對振搖叉的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了相關(guān)尺寸設(shè)計，選取了合適的振搖叉尺寸與連桿之間的角度，振搖叉夾持住紅棗樹干后，在拖拉機(jī)輸出軸PTO的轉(zhuǎn)動下，經(jīng)過錐齒輪減速，將轉(zhuǎn)速為1000r/min降低到500r/min。再通過軸與鏈輪相連接的傳動方式將動力傳送到曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，使得振搖叉進(jìn)行直線往復(fù)運動，振搖樹干。使得樹干的撓度發(fā)生變化，通過合適的頻率，使得樹干與果實獲得足夠的加速度，這樣的話。果實就會獲得一個固定的慣性力，當(dāng)紅棗所獲得的慣性力足夠大且能大于紅棗與樹干之間的結(jié)合力的時候，紅棗就會與樹干之間發(fā)生分離與掉落現(xiàn)象，再用樹干底部所放置的收集傘，將掉落下來的紅棗果實進(jìn)行收集。3.3振搖式紅棗收獲機(jī)外部結(jié)構(gòu)的設(shè)計圖 3-2振搖式紅棗收獲機(jī)的主視圖3-2振搖式紅棗收獲機(jī)的俯視圖3.3.1振搖叉的設(shè)計圖3-3 振搖叉機(jī)構(gòu)參數(shù)振搖叉是振搖式紅棗收獲機(jī)的執(zhí)行件結(jié)構(gòu)，一般用于機(jī)器對棗樹樹干進(jìn)行夾持與固定，使得機(jī)器在進(jìn)行正常工作時，將動力轉(zhuǎn)化為振搖叉與樹干之間產(chǎn)生的摩擦力，從而傳送到樹干上，使樹干發(fā)生一定的撓度變化，為了使得振搖叉可以對樹干進(jìn)行可靠加持，我們通過查閱書籍與文獻(xiàn)與進(jìn)行實際考察的多種方式了解到紅棗棗樹的樹干直徑一般在80200mm左右，所以我們所設(shè)計的振搖叉結(jié)構(gòu)為連桿機(jī)構(gòu)，可以在可調(diào)螺栓的控制下，振搖叉進(jìn)行一定位移的，對樹干進(jìn)行可靠夾持，因此設(shè)計機(jī)械手放松狀態(tài)下兩夾持塊之間的距離為200mm，通過對連桿機(jī)構(gòu)的長度設(shè)計與對可調(diào)螺栓的長度設(shè)計可達(dá)到機(jī)械手位置要求，整個機(jī)構(gòu)在工作時，通過旋轉(zhuǎn)螺栓，控制兩個機(jī)械夾持部件進(jìn)行橫向位移，對樹干進(jìn)行夾緊。同時，在夾持部件上添加防滑墊，使得機(jī)械手夾持時產(chǎn)生足夠大的摩擦力，并且該摩擦力使得樹干產(chǎn)生撓度變化，從而樹干上的果實獲得一定的加速度，果實因此獲得一個不斷變化的慣性力。在可調(diào)螺栓與連桿機(jī)構(gòu)之間設(shè)計一對合適的彈簧，這樣，在機(jī)器工作結(jié)束后，機(jī)械手可自動松開對樹木的夾持。振搖叉參數(shù)：由于振搖叉為平面連桿機(jī)構(gòu)，所以需要計算其自由度，根據(jù)式機(jī)械原理第八版P16頁式3-1： 自由度F=3n-(2pl+ph) （3-1）代入得F=3*9-（2*13+0）=1該振搖叉得自由度為1，只允許兩個夾持塊做直線對向運動。如圖3-3所示，正常狀態(tài)下兩夾持手之間距離為200mm，長度為350mm,寬度為300mm，厚度為50mm。連桿1長度為270mm，厚度為30mm。兩端轉(zhuǎn)動副用銷連接方式進(jìn)行連接，與X軸之間呈30度夾角，銷直徑為10mm，長度為90mm。連桿2長度為190mm，厚度為30mm。兩端轉(zhuǎn)動副用銷連接方式進(jìn)行連接，銷直徑為10mm，長度為90mm與直徑為25mm，長度為150mm。連桿3的長度為320mm，厚度為15mm。兩端轉(zhuǎn)動副用銷連接方式進(jìn)行連接，與X軸之間呈30度夾角，銷直徑為25mm，長度為150mm。連桿4長度為150mm，厚度為30mm。兩端轉(zhuǎn)動副用銷連接方式進(jìn)行連接，銷直徑為25mm，長度為150mm?？烧{(diào)螺栓的長度為280mm，大徑為40mm。彈簧放松狀態(tài)下長度為90mm,彈簧直徑為5mm。3.3.2曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計考慮到設(shè)計簡單，并且為了使機(jī)器的維修與保養(yǎng)盡可能地簡單方便，運行成本低，以及振搖叉在下死點附近承受較小的側(cè)向力等因素，采用曲柄連桿滑塊機(jī)構(gòu)，并且采用對心機(jī)構(gòu)用來增加機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是利用曲柄和滑塊來實現(xiàn)鏈輪轉(zhuǎn)動和振搖叉移動相互轉(zhuǎn)換的平面連桿機(jī)構(gòu)，這個機(jī)構(gòu)也被稱為曲柄連桿機(jī)構(gòu)，在振搖式紅棗收獲機(jī)的應(yīng)用中，主要是為了將整周的回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線往復(fù)移動，使得振搖叉夾持著樹干一起完成直線往復(fù)的動作。初步設(shè)定：如圖3-3所示，以曲柄圓心A點作為坐標(biāo)原點，以水平向右為X軸，建立X1-X2坐標(biāo)系，將曲柄、連桿的矢量分別表達(dá)為L1、L2，該矢量的角度變化分別用1、2 表示。其主要參數(shù)如下：（1）曲柄的平均轉(zhuǎn)動速度和速率： n1=480r/min=n1260 （3-2）（2）曲柄參數(shù)：曲柄半徑L1=AB=0.06m，質(zhì)量m1=20.0kg,設(shè)O1為曲柄的質(zhì)心，L1a=AO1=0.03m;方向矢量L1到AO1角度1P 為 0.1rad；（3）連桿的參數(shù)為：連桿長度L2=BC=0.3m;質(zhì)量m2=10.5kg；質(zhì)心O2則處在連桿BC上距離B點0.1m的位置，則L2a=BO2=0.1m。圖3-4曲柄連桿機(jī)構(gòu)圖3.-5曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運動特性（4）外載參數(shù)：振搖叉所受水平摩擦力根據(jù)樹干所發(fā)生的撓度變化隨之而增大或減小根據(jù)材料力學(xué) 第六版P195頁,已知梁的結(jié)構(gòu)與撓度變化，來求所需力的大小。序號 梁的簡圖 撓曲線方程 端截面轉(zhuǎn)角 最大撓度通過查閱文獻(xiàn)得：棗樹的彈性模量為E=10.012GPa棗樹直徑一般在80200mm之間，為了滿足功率要求，計算過程中，取最大棗樹直徑d=200mm代入計算方程中。慣性矩I=464=3.1420046+=78500000 （3-3）取棗樹高度為3m振搖叉距離地面高度a=1.2m撓度B=0.06m代入方程F=EIBa23la=610.0127850000012002330001200=25190N （3-4）表3-1振搖叉所受的摩擦力1F1.D0。 25190900180-25190270 036025190 圖3-6曲柄的受力分析圖圖3-7連桿的受力分析圖圖3-8振搖叉得受力分析圖圖解法求解步驟：首先可以通過B點速度來求得C點的速度，構(gòu)造矢量方程sC = sB + SBC （3-5） 大小 ？ L1 L21方向 CD AB BC繪制上式的速度多邊形，可以計算出來角速度和C點的速度對上式進(jìn)行求導(dǎo)可得角加速度與C點加速度。再一次對各構(gòu)件進(jìn)行隔離受力分析，研究連桿，通過圖3-6可得力矢量方程：F1,B + F2,B + F1,C + F2,C + m2g -m2ao2 = 0 （3-6） 大小 ？ ? v v v v方向 v v v v v v通過圖解法求解上式可以得到F1,B，F(xiàn)2,B研究曲柄，可列出力矢量方程：F1,A + F2,A + F1,B + F2,B + m1g -m1ao1 = 0 （3-7）大小 ？ ? v v v v方向 v v v v v v列出繞A點的力矩平衡方程，求出Mb經(jīng)過計算，曲柄所需平均力矩Mb,a和最大驅(qū)動力矩Mb,MAX分別為Mb,a=i=035Mb36=414.5N.mMb,MAX=960.703.3.3收集傘的設(shè)計 收集傘的設(shè)計是為了將因為振搖而掉落的果實進(jìn)行收集，所以為了使得收集效率足夠高，同時又能夠保證果實的品質(zhì)，我們擬采用收集傘為倒傘狀結(jié)構(gòu)，這樣既可以將樹干上掉落的果實進(jìn)行收集，又因為收集傘本身材質(zhì)較軟，防止了果實掉落在地上同時表皮受到損壞，影響果實品質(zhì)與銷售價值的降低。3.4機(jī)架的設(shè)計機(jī)架的設(shè)計是為了給振搖叉與鏈輪、錐齒輪、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)等部件提供結(jié)構(gòu)支撐，并且合理安排各部件結(jié)構(gòu)位置布局的合理性，保證振搖叉工作時所需要的工作高度，從而符合撓度地計算與棗樹樹干振幅地標(biāo)準(zhǔn)性。振搖式紅棗收獲機(jī)工作時，不會因其自身共振而發(fā)生部件間的移動，從而產(chǎn)生不必要的安全隱患，為滿足剛度要求，擬采用方鋼焊接而成，為了使得振搖叉、傳動箱等部件方便安裝，需要在各個部位進(jìn)行鉆孔，滿足安裝要求。其具體如圖3-8所示。 圖3-9機(jī)架的設(shè)計3.5拖拉機(jī)的功率與選取3.5.1紅棗收獲機(jī)所需功率振搖叉是振搖式紅棗收獲機(jī)的的核心部件，振搖叉作為執(zhí)行件，與棗樹樹干之間發(fā)生接觸，由于振搖樹干需要一定的功率，故對此功率進(jìn)行計算。其中對功率產(chǎn)生影響的因素分別有角速度，振搖頻率f=8HZ。=2f=16 （3-8）所需要的平均力矩：Mb,a=i=035Mb36=414.5N.m由功率的計算公式可知，曲柄上所需要的平均功率為：Pa=wt=F5t=Fv=F= Mb,a =20.82(kw) （3-9）查閱資料，選取相關(guān)傳動部件的能量損失效率，根據(jù)式3-10：=vzcN （3-10）式中：v鏈傳動的效率；z錐齒輪的傳動效率；c 軸承的傳動效率；N 萬向節(jié)聯(lián)軸器的傳動效率；查資料得，各傳動部位傳動效率如表3-1所示表3-2 各傳動部件傳動效率各部件傳動效率傳動效率取值滾子鏈傳動效率 0.960.96錐齒輪傳動效率0.97-0.980.98軸承傳動效率0.98-0.990.98萬向節(jié)聯(lián)軸器傳動效率 0.92-0.950.92電機(jī)傳動到滾筒的效率為 =0.960.980.980.92=0.853.5.2拖拉機(jī)的選取拖拉機(jī)通過PTO輸出軸提供動力，再通過錐齒輪，鏈輪等傳動部分帶動振搖叉做直線往復(fù)運動。根據(jù)公式（3-11）計算出拖拉機(jī)輸出軸所需功率為PU=PU = Pz =20.82kw0.85 =24.49kw （3-7） 式中： Pz振搖叉所需功率，kw;(取20.82) 總傳遞效率；PU 拖拉機(jī)輸出軸輸出功率，kw;(求得24.49)通過計算，拖拉機(jī)的輸出軸功率應(yīng)該大于24.49kw,查閱資料最終選擇了型號為黃海金馬404的拖拉機(jī)滿足條件，拖拉機(jī)的參數(shù)如表3-3所示：表3-3 拖拉機(jī)的參數(shù)拖拉機(jī)黃海金馬404型式4 X 4輪式前輪胎規(guī)格7.50-16外形尺寸3825x1625x2065后輪胎規(guī)格11.2-16發(fā)動機(jī)形式立式、水冷后退速度4.45標(biāo)定功率（kw）29.4最小離地間隙（mm）325額定轉(zhuǎn)速（r/min）2400三點懸掛類別半分置式I類軸距（mm）1943動力輸出軸轉(zhuǎn)速（r/min）540/1000前輪輪距（mm）1300前配重質(zhì)量120后輪輪距（mm）13001600后配重質(zhì)量1803.6錐齒輪的設(shè)計錐齒輪傳動用來傳遞兩相交軸之間的運動和動力，在振搖式紅棗收獲機(jī)的設(shè)計中，錐齒輪用來將拖拉機(jī)動力輸出軸的動力傳遞到鏈輪上 ，設(shè)計步驟如下：首先選取錐齒輪標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列m=5。根據(jù)兩輪的傳動比i12=z2/z1=d2/d1=sin2/sin1 (3-8)z2大錐齒輪齒數(shù)z1小錐齒輪齒數(shù)d2大錐齒輪分度圓直徑d1小錐齒輪分度圓直徑2大錐齒輪分錐角1小錐齒輪分錐角已知i12=2，則： 1=tan1z1z2=tan15454=26.5。設(shè)大錐齒輪齒數(shù)Z2=40小錐齒輪齒數(shù)Z1=20主要涉及結(jié)論如表3-4所示：表3-4名稱代號計算結(jié)果小齒輪大齒輪分錐角26.5663.44齒頂高a5 mm齒根高f6 mm分度圓直徑d100 mm200 mm齒頂圓直徑da108.94 mm204.47 mm齒根圓直徑df89.27 mm194.63 mm錐距R111.80 mm齒根角f3.07頂錐角a29.6366.51根錐角f23.4960.37頂隙C1分度圓齒厚s7.85當(dāng)量齒厚zv22.5089.50齒寬B37齒輪選用45鋼（調(diào)質(zhì)），齒輪按7級精度設(shè)計。錐齒輪結(jié)構(gòu)如圖3-9所示：圖3-10錐齒輪結(jié)構(gòu)示意圖3.7傳動鏈的設(shè)計1.計算當(dāng)量的單排鏈計算功率Pca根據(jù)鏈傳動的工作情況、主動鏈輪齒數(shù)和鏈條排數(shù)，將鏈傳動所傳遞的功率修正為當(dāng)量的單排鏈計算功率Pca=KAKZKPP工作情況系數(shù)KA=1.4主動鏈輪齒數(shù)系數(shù)KZ=0.473多排鏈系數(shù)KP=1Pca=KAKZKPP=1.40.473127.3=18.07kw2.確定鏈條型號和節(jié)距p根據(jù)當(dāng)量的單排鏈計算功率、單排鏈額定功率和主動鏈輪轉(zhuǎn)速，查表可得鏈輪型號選為16A，由此可得節(jié)距p=25.43.計算鏈節(jié)數(shù)和中心距初選中心距a0=30p50p=7621270mm，取a0=800mmLp0=2a0p+z1+z22+z2z122pa0=100.99為了避免使用過渡鏈節(jié)，應(yīng)將計算出的鏈節(jié)數(shù)圓整為偶數(shù)Lp=102鏈傳動的最大中心距為查表得f1=0.24578amax=f1p2Lpz1+z2=1024mm4.計算鏈速v，確定潤滑方式v=z1n1p601000=8.04m/s由資料顯示，潤滑方式選為滴油潤滑。計算鏈傳動作用在軸上的壓軸力FPFPKFpFe=1.05Fe傳動鏈如下圖所示：圖3-11傳動鏈的結(jié)構(gòu)示意圖3.8鏈輪的設(shè)計鏈輪尺寸計算已知傳動鏈選用滾子鏈16A型號，則節(jié)距p=25.4，滾子直徑d1max=15.88,內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬b1min=15.75,銷軸直徑d2max=7.94,內(nèi)鏈板高度h2=24.13，排距pt=29.29齒數(shù)Z=38.分度圓直徑d=psin180z=25.40.8258=302.7mm齒頂圓直徑damin=d+p11.6zd1=294.5mmdamax=d+1.25pd1=318.87mm齒根圓直徑df=dd1=287.12mm齒高amax=0.625p0.5d1+0.8pz=6.97mm尺側(cè)倒角 Ba=0.13p=0.13x25.4=3.302尺側(cè)半徑 Rx=25.4鏈輪結(jié)構(gòu)如下圖所示 圖3-11鏈輪的結(jié)構(gòu)示意圖3.9鏈輪傳動箱的設(shè)計鏈輪傳動箱的作用主要是使軸、滾動軸承、鏈輪各個部件組裝起來，成為一個整體，結(jié)構(gòu)緊湊，并實現(xiàn)最初設(shè)計的功能。鏈輪傳動箱應(yīng)該使裝置每個零件安裝合理。 3.10錐齒輪傳動箱的設(shè)計錐齒輪傳動箱的作用主要是使軸、滾動軸承、錐齒輪各個部件組裝起來，成為一個整體，結(jié)構(gòu)緊湊，并實現(xiàn)最初設(shè)計的功能。錐齒輪傳動箱應(yīng)該使裝置每個零件安裝合理。3.11傳動軸的設(shè)計根據(jù)公式（3-35）計算軸的轉(zhuǎn)矩T =266326Nmm：T =9550000Pn =955000026.772kw960r/min =266326Nmm （3-35）式中：P - 軸的實際功率，kw；（取26.772）其中：P = P =0.9727.6kw=26.772kw -錐齒輪的傳遞效率；（取0.97）P- 拖拉機(jī)的實際功率，kw；（27.6）n -軸的轉(zhuǎn)速，r/min；（取960）T -軸的轉(zhuǎn)矩，Nmm；（求得266326）根據(jù)公式（3-36）設(shè)計軸的最小直徑d0 =40mm： d0 395500000.2T 3Pn = 395500000.235MPa 326.772kw960 = 33.3542mm （3-36）式中：T - 45鋼的許用應(yīng)力，MP；（取35）P - 軸的實際工作功率，kw；（取26.772）n - 軸的轉(zhuǎn)速，r/min；（取960）d0 - 軸的最小直徑，mm；（求得40）軸安裝時，與錐齒輪，傳動箱等部件配合，需要對錐齒輪進(jìn)行軸向固定，常采用鍵槽，為保證軸端蓋便于安裝，將軸與端蓋配合處設(shè)計為50mm，軸端擋圈用于錐齒輪軸向定位，錐齒輪的左端采用軸肩定位，且錐齒輪軸向定位采用鍵槽。根據(jù)錐齒輪的設(shè)計要求，軸與錐齒輪的配合長度L1 =70mm，軸的直徑d1 = 40mm；軸與軸承的配合長度L2 = 34mm，軸的直徑d 2 =50mm；軸與箱體的配合長度L3 =76mm，軸的直徑d3 =60。主傳動軸如圖3-12所示：圖3-12主傳動軸的結(jié)構(gòu)示意圖設(shè)計完主傳動軸之后，需要對從動錐齒輪上的軸進(jìn)行類似的設(shè)計，又因為從動的錐齒輪在轉(zhuǎn)速與功率上都略小于主動輪，所以可對該軸與主動輪上的軸選用相同的直徑，滿足軸的強度要求即可。圖3-13傳動軸的設(shè)計3.11軸承的設(shè)計該裝置中有三根軸，需要16個軸承，根據(jù)其直徑與工作特性，選擇軸承的規(guī)格。主軸與軸承配合的直徑為50mm，選擇軸承代號6010；基本尺寸如下表所示：軸承代號基本尺寸6010小徑d大徑D軸承寬度B508016從動錐齒輪與軸承配合的直徑為60mm，軸承代號6012；基本尺寸如下表所示：軸承代號基本尺寸6012小徑d大徑D軸承寬度B609518鏈輪軸與軸承配合的直徑為70mm，軸承代號6014基本尺寸如下表所示：軸承代號基本尺寸6014小徑d大徑D軸承寬度B7011020 4、使用說明書4.1操作說明在使用前先對振搖式紅棗收獲機(jī)裝置進(jìn)行檢查，確認(rèn)機(jī)器良好后，根據(jù)棗樹的樹干直徑，通過轉(zhuǎn)動可搖螺栓，控制振搖叉對樹干進(jìn)行可靠夾持，啟動拖拉機(jī)，通過PTO輸出軸進(jìn)行動力傳送，在經(jīng)過傳動裝置使振搖叉獲得動力并做直線往復(fù)運動，最后樹干根部放置的收集傘歲果實進(jìn)行收集。最后手動調(diào)整可調(diào)螺栓，振搖叉松開對樹干的夾持。4.2注意事項振搖式紅棗收獲機(jī)裝置在正常工作時，工作人員不能離開，不可以在裝置正常工作時，觸碰裝置的各個運動部件。當(dāng)裝置發(fā)生故障時，先切斷拖拉機(jī)電源，使裝置停止工作后，在對其進(jìn)行故障排查與維修。5、標(biāo)準(zhǔn)化審查報告4本文擬設(shè)計的振搖式紅棗收獲機(jī)裝置基本完成，機(jī)構(gòu)中的基本數(shù)據(jù)全部給出，附有全套cad圖紙，根據(jù)相關(guān)規(guī)定，對其標(biāo)準(zhǔn)化審查，結(jié)果如下：（1）設(shè)計圖紙和文件：圖紙和文件所用編號原則復(fù)合以下標(biāo)準(zhǔn)： GB/T 177101999 數(shù)據(jù)處理校檢系統(tǒng)； JB/T 5054.81991 產(chǎn)品圖樣即涉及文件通用和借用件管理辦法； JB/T 88231998 機(jī)械工業(yè)企業(yè)計算機(jī)輔助管理信息分類編碼原則。（2）產(chǎn)品圖樣及設(shè)計文件復(fù)合以下標(biāo)準(zhǔn)： GB/T 10609.11989 技術(shù)制圖 標(biāo)題欄； GB/T 10609.21989 技術(shù)制圖 明細(xì)欄； GB/T 146891993 就似乎制圖 圖紙幅面和格式。6、結(jié)論4本設(shè)計主要是在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)傳動和振搖叉結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，當(dāng)振搖叉夾持住棗樹樹干時，合適的振幅與頻率將會使得果實與樹干之間發(fā)生脫離，通過合理的設(shè)計曲柄的轉(zhuǎn)速與長度，實現(xiàn)半自動化。（1） 裝置的設(shè)計為拖拉機(jī)輸出軸傳動，輸出軸通過與聯(lián)軸器、錐齒輪、鏈輪等部件相配合，錐齒輪可改變傳動方向，并起到減速作用。（2） 主要對振搖叉與曲柄滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，振搖叉采用仿機(jī)械手的方法，并添加可調(diào)螺栓與彈簧相結(jié)合的方式，實現(xiàn)對不同樹干直徑的棗樹進(jìn)行夾持。（3） 該裝置的主要創(chuàng)新之處是利用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)對振搖叉振幅與頻率的精準(zhǔn)控制，使得果實所受的慣性力足夠大，脫離樹干。機(jī)架和整體布置，振搖叉利用鏈鎖與機(jī)架相連，傳動箱利用螺栓螺母與機(jī)架相連，整個裝置利用三點懸掛裝置與拖拉機(jī)相連。參考文獻(xiàn)1李世偉,鄭美朝,鄭德聰.4SZ-1型酸棗采收機(jī)機(jī)架有限元分析J.農(nóng)業(yè)工程,2020,10(05):80-85.2魯兵,湯修映,胡燦,侯書林,王旭峰.清掃式紅棗收獲機(jī)型布置清掃輥刷支撐架的設(shè)計與有限元分析J.塔里木大學(xué)學(xué)報,2018,30(03):62-69.3張鳳奎,冉軍輝,李忠杰,王得偉,李平.氣吸式落地紅棗撿拾機(jī)作業(yè)參數(shù)優(yōu)化J/OL.果樹學(xué)報:1-142021-05-20.https:/doi.org/10.13925/j.cnki.gsxb.20200573.4尹素珍,張鐵,董祥,冉小琴,孫星.可變地隙自走式紅棗收獲機(jī)設(shè)計與試驗J.農(nóng)業(yè)工程,2019,9(01):67-71.5丁凱,張炳成,張慧明,付威,坎雜.機(jī)械振動式紅棗收獲的動力學(xué)研究J.農(nóng)機(jī)化研究,2019,41(02):50-54.6孟祥金,湯智輝,沈從舉,賈首星,劉威,周艷,鄭炫.4YS-24型紅棗收獲機(jī)J.新疆農(nóng)機(jī)化,2013(01):13-14.7范修文,張宏,李傳峰,孟煒.新疆紅棗收獲機(jī)械現(xiàn)狀及發(fā)展建議J.新疆農(nóng)機(jī)化,2013(06):40-41.8何榮. 自走式矮化密植紅棗收獲機(jī)激振裝置的設(shè)計及試驗研究D.石河子大學(xué),2014.9李春明,尹曉麗,贠平利,郭穎,崔云靜.某機(jī)械曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的動力學(xué)及相關(guān)問題研究J.德州學(xué)院學(xué)報,2019,35(06):40-46.10楊麗新. 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Engineering - Agricultural and Biological Engineering; Study Results from W. Fu and Colleagues in the Area of Agricultural and Biological Engineering Reported (Design and test of 4ZZ-4A2 full-hydraulic self-propelled jujube harvester)J. Agriculture Week,2018.20. Engineering - Agricultural and Biological Engineering; Study Results from W. Fu and Colleagues in the Area of Agricultural and Biological Engineering Reported (Design and test of 4ZZ-4A2 full-hydraulic self-propelled jujube harvester)J. Agriculture Week,2018.致謝本論文是在老師精心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下完成的。他平時不僅給我們提出大的設(shè)計方向，同時也經(jīng)常詢問我們的設(shè)計進(jìn)度，當(dāng)我們遇到問題時，他都會給我們耐心解答，當(dāng)我們設(shè)計出現(xiàn)錯誤時，他也會及時對我們的錯誤進(jìn)行糾正，正是他的辛勤教導(dǎo)、高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求，讓我更加慎重地對待自己的設(shè)計，不愿辜負(fù)師長對我的期待，在此次設(shè)計中，我全力以赴。在此論文完成之際，我首先要感謝他，同時希望老師在以后可以一切順利。同時我要感謝大學(xué)四年的所有關(guān)心我?guī)椭业睦蠋?、同學(xué)，祝他們在以后的工作、學(xué)習(xí)與人生道路順順利利，一帆風(fēng)順。最后感謝我的家人和朋友，感謝他們的關(guān)心和支持，正是因為這些讓我不斷前進(jìn)，不斷進(jìn)步，無論何時他們都愿意支持我，做我堅強的后盾，我很感謝他們