紅棗振動(dòng)采收機(jī)設(shè)計(jì)（全套含CAD圖紙）
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振動(dòng)式紅棗收獲機(jī)設(shè)計(jì)說明書
摘 要
我國有大面積的紅棗種植區(qū)域，紅棗收獲困難、效率低、人工成本高的現(xiàn)實(shí)問題，本文研究振動(dòng)式紅棗收獲機(jī)的設(shè)計(jì)，根據(jù)振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性，分析振動(dòng)系統(tǒng)在外部簡諧激振力的作用下產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)軌跡振動(dòng)響應(yīng)的基本條件和軌跡特征；進(jìn)行振動(dòng)式紅棗收獲機(jī)運(yùn)動(dòng)特性研究。
振動(dòng)式紅棗收獲機(jī)基本原理是搖桿晃動(dòng)帶動(dòng)罩子晃動(dòng)，罩子晃動(dòng)帶動(dòng)樹枝晃動(dòng)；樹枝受到了外部施加的強(qiáng)迫振動(dòng)后，會(huì)按照相應(yīng)的頻率進(jìn)行振動(dòng)，從而樹枝上的果實(shí)也會(huì)以某種形式的振動(dòng)進(jìn)行加速運(yùn)動(dòng)。加速運(yùn)動(dòng)的棗子要受到慣性力的作用，當(dāng)慣性力大于棗子與樹枝的結(jié)合力時(shí)，棗子就會(huì)掉落到罩子底部，完成紅棗的收獲任務(wù)。紅棗振動(dòng)式收獲機(jī)，就是針對(duì)棗樹種植區(qū)域大面積的收獲要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的新型機(jī)器，機(jī)械化采摘能夠大大提高收獲的效率，減少收獲所需的勞動(dòng)力節(jié)約人力成本，同時(shí)還能夠大大縮短采摘的時(shí)間提高效率，所以振動(dòng)式紅棗收獲機(jī)的設(shè)計(jì)和研究對(duì)規(guī)范化產(chǎn)業(yè)化發(fā)展棗業(yè)存在著重要現(xiàn)實(shí)意義。
Abstract
The planting area of China area of red dates, red dates, difficult problems harvest low efficiency, high labor costs, this paper studies the design of vibration type harvester red dates, according to the kinematic and dynamic characteristics of vibration, analysis of the basic conditions and trajectory characteristics of trajectory vibration of vibrating system in external harmonic vibration response under the study of machine motion characteristics; vibration type red dates of harvest.
The basic principle of vibration type harvester is driven by Rocker Rocking red dates a shake, shake to cover the branches; branches in the received external forced vibration, vibration with a certain frequency, so that the branches of dates to some form of vibration acceleration. The dates have been accelerated motion of inertial force, binding force when the inertial force is greater than the branches and dates, dates will drop to the bottom cover, the harvest of the red dates. Red dates vibration harvester, is for jujube planting area a large area of the new harvest requirements of machine design, mechanical harvesting of red dates to improve harvest efficiency, reduce the cost of harvesting, timely harvest, improve recovery efficiency are of great help.
目 錄
1. 緒論 1
1.1課題研究的目的和意義 1
1.2國內(nèi)外水果采摘機(jī)械的現(xiàn)狀 2
1.3本課題主要研究內(nèi)容及技術(shù)路線 4
2.振動(dòng)式紅棗收獲機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5
2.1總體方案設(shè)計(jì) 5
2.1.1振動(dòng)式紅棗收獲機(jī)結(jié)構(gòu)原理 5
2.1.2振動(dòng)式紅棗收獲機(jī)工作原理 6
3.振動(dòng)式紅棗收獲機(jī)部分具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7
3.1圓形網(wǎng)罩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7
3.1.1圓形網(wǎng)罩 7
3.1.2漏棗導(dǎo)管 8
3.1.3加強(qiáng)連接處 8
3.1.4連接繩 9
3.1.5束緊繩導(dǎo)管 9
3.2束緊機(jī)構(gòu) 9
3.2.1束緊繩 9
3.2.2束繩裝置 10
3.3可調(diào)搖桿 11
3.3.1搖桿作用 11
3.3.2搖桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11
3.3.3搖桿材料 12
3.4可調(diào)束緊帶 13
3.4.1束緊帶作用 13
3.4.2結(jié)構(gòu) 13
3.4.3工作原理 14
3.4.4可調(diào)束緊帶材料 14
4.振動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 15
4.1發(fā)動(dòng)機(jī)確定 15
4.2減速器設(shè)計(jì) 16
4.3振動(dòng)機(jī)構(gòu) 17
4.3.1動(dòng)力學(xué)特性分析 17
4.3.2運(yùn)動(dòng)學(xué)特性分析 18
4.4液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19
4.5結(jié)論 21
5.結(jié)論 22
致 謝 23
參考文獻(xiàn) 24
1. 緒論
1.1課題研究的目的和意義
當(dāng)前，我國果園果農(nóng)采摘果實(shí)依舊要依賴人力資源，采用的工具就是云梯和采果刀等簡易工具。果實(shí)收獲機(jī)械的設(shè)計(jì)研究使用仍舊沒有獲得顯著發(fā)展，相比較歐美國家的機(jī)械化產(chǎn)業(yè)化農(nóng)林業(yè)發(fā)展，我國還有待大力提高機(jī)械化水平，從而縮短與歐美國家的差距，促進(jìn)農(nóng)林業(yè)穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展。當(dāng)下，我國果林業(yè)的迅猛發(fā)展，特別是紅棗等林果的規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，傳統(tǒng)的人工收獲方法早已無法達(dá)到果業(yè)規(guī)?；l(fā)展的需要。面對(duì)當(dāng)下人工采摘效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、人口老齡化、經(jīng)濟(jì)成本高的嚴(yán)峻問題，亟待開發(fā)一種適用于矮化密植紅棗的采摘設(shè)備，能夠達(dá)到可靠性高，采摘效果好、無損傷的要求。從而輔以現(xiàn)在日益產(chǎn)業(yè)化的棗業(yè)發(fā)展，提高棗農(nóng)的收入可持續(xù)增加。
我國棗樹主要在種植主要在山東省、河北省、河南省、山西省、陜西省五省，不過棗業(yè)在近些年發(fā)展速度比較迅猛，尤其在安徽省、甘肅省、湖南省、湖北省發(fā)展很快。紅棗作為溫帶產(chǎn)品，存活性強(qiáng)，果肉富含鐵元素和維生素，具有豐富的營養(yǎng)元素。紅棗行業(yè)的發(fā)展具有區(qū)域化布局、規(guī)?；l(fā)展、多種栽培模式的新局面。各個(gè)地區(qū)因地制宜，按照本地區(qū)的實(shí)際情況規(guī)劃了種植區(qū)域，提高農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收入。但是，紅棗等林果的規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化發(fā)展，傳統(tǒng)的人工收獲方法早已無法達(dá)到果業(yè)規(guī)模化發(fā)展的需要。面對(duì)當(dāng)下人工采摘效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、人口老齡化、經(jīng)濟(jì)成本高的嚴(yán)峻問題，亟待開發(fā)一種適用于矮化密植紅棗的采摘設(shè)備，能夠達(dá)到可靠性高，采摘效果好、無損傷的要求。按照近幾年林果業(yè)發(fā)展的情形來看，新疆果樹逐年以10%速度不斷增加，形成了大規(guī)模的林業(yè)種植，每逢采摘時(shí)令就要有足夠的勞動(dòng)力去進(jìn)行果業(yè)收獲。由此可見，3至5年以后，后來種植的果樹結(jié)了果實(shí)以后，果實(shí)的收獲采摘就會(huì)存在因人手短缺而導(dǎo)致的收獲難問題，導(dǎo)致大面積的果實(shí)無法采摘而熟透爛掉，對(duì)果農(nóng)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。但是果實(shí)的收獲又具有耗時(shí)長、費(fèi)力多的特點(diǎn)。人力收獲果實(shí)速度緩慢，所以在發(fā)展水果種植規(guī)?；男滦蝿?shì)下，我們應(yīng)采用機(jī)械化操作來達(dá)到提高收獲速度。紅棗振動(dòng)式收獲機(jī)，就是針對(duì)棗樹種植區(qū)域大面積的收獲要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的新型機(jī)器，機(jī)械化采摘能夠大大提高收獲的效率，減少收獲所需的勞動(dòng)力節(jié)約人力成本，同時(shí)還能夠大大縮短采摘的時(shí)間提高效率，所以振動(dòng)式紅棗收獲機(jī)的設(shè)計(jì)和研究對(duì)規(guī)范化產(chǎn)業(yè)化發(fā)展棗業(yè)存在著重要現(xiàn)實(shí)意義。
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
國外農(nóng)業(yè)業(yè)產(chǎn)業(yè)化規(guī)?；l(fā)展水平較高，一些發(fā)達(dá)國家地廣人稀，為了發(fā)展果業(yè)，只能選擇機(jī)械化采摘的方式，所以機(jī)械化采摘在美國、西班牙、俄羅斯、英國、德國、等發(fā)達(dá)國家果園里較為常見。
根據(jù)調(diào)研，美國的機(jī)械化水平較高，其堅(jiān)果的采摘已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化操作，葡萄、柑桔這些水果的機(jī)械化采摘問題也能達(dá)到半機(jī)械化，能夠很好的完成任務(wù)，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。
意大利設(shè)計(jì)了水果采摘機(jī)，適合蘋果、梨等新鮮果實(shí)的采摘，雖然這種水果收獲機(jī)依然要人工操作，不過收獲的果實(shí)的輸送、包裝均是機(jī)械化操作，能夠大幅度提高采摘的效率，而且還可以避免水果在采摘時(shí)損傷的情況發(fā)生。
浪漫的法國盛產(chǎn)葡萄酒，所以對(duì)于葡萄業(yè)的產(chǎn)業(yè)化規(guī)?；兄罅Φ陌l(fā)展，在采摘的過程中采用機(jī)械化收獲方式。勃拉特根據(jù)葡萄業(yè)的發(fā)展，設(shè)計(jì)出來了一種高架式葡萄采摘機(jī)，順利攻克了釀酒用葡萄的采摘難題。
日本的機(jī)器人行業(yè)發(fā)展引領(lǐng)全球前沿，所以日本在解決果實(shí)采摘難題時(shí)所使用的解決辦法就是設(shè)計(jì)出了智能采摘機(jī)器人，設(shè)計(jì)出了收獲蘋果、柑桔、番茄、西瓜和葡萄等的人工智能機(jī)器人。收獲機(jī)器人主要由機(jī)械手、末端執(zhí)行器、視覺識(shí)別系統(tǒng)和行走裝置等四大系統(tǒng)構(gòu)成。早在上世紀(jì)80年代中期，京都大學(xué)的專家學(xué)者就研究出了五自由度關(guān)節(jié)型機(jī)械手，不過這種機(jī)械手存在著相當(dāng)大的缺陷，其工作空間無法包含所有果實(shí)的位置，并且機(jī)械手末端執(zhí)行器的可操作度也低。在20世紀(jì)90年代，崗山大學(xué)學(xué)者通過不斷努力研制了番茄收獲機(jī)器人，其擁有7個(gè)自由度，可以設(shè)置收獲的姿勢(shì)機(jī)械手，設(shè)計(jì)出來的機(jī)械手自由度越高，手部運(yùn)動(dòng)就會(huì)更加靈活，其控制程序就會(huì)更加復(fù)雜。
國外的果實(shí)采摘機(jī)械研究主要針對(duì)鮮食水果行業(yè)，他們是根據(jù)市場(chǎng)需求進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)出來了具有社會(huì)價(jià)值的機(jī)械。國外學(xué)者不僅僅要求機(jī)械需要適應(yīng)社會(huì)的需求，更會(huì)從生物學(xué)、農(nóng)藝的角度出發(fā)，提高科研水平的效率，研制出社會(huì)認(rèn)同感強(qiáng)的機(jī)械化作業(yè)新機(jī)器，從而為機(jī)械化作業(yè)創(chuàng)造條件。這樣就提高了水果的機(jī)械化采收作業(yè)率，其水果機(jī)械化收獲的經(jīng)驗(yàn)，值得我們學(xué)習(xí)和研究。
我國的水果收獲機(jī)械起步比較晚，所以至今為止種類還很少，且機(jī)械化水平低，僅僅有少量半自動(dòng)機(jī)械。面對(duì)我國當(dāng)下大面積果樹果實(shí)的采摘難題，無法解決難題。類似紅棗果實(shí)數(shù)量多，且分布散亂，故而想要提高生產(chǎn)率就必須使用機(jī)械化程度高的水果采摘機(jī)械來完成。
目前，新鮮水果的采摘已然未能達(dá)到完全機(jī)械化操作。原因在于生長在樹上的水果，其特性并不能適應(yīng)機(jī)械化收獲，且同時(shí)消費(fèi)者對(duì)果品的美觀性又有所要求，不接受擦碰、刮壞的水平，所以機(jī)械化程度慢慢得不到提高，新設(shè)計(jì)的收獲機(jī)也需要人工操作，不過收貨的果實(shí)，在運(yùn)輸和打包等時(shí)都是機(jī)械化操作，從而能夠大幅度的提高果實(shí)的收獲效率，還能夠避免水果在采摘時(shí)的損傷情況的發(fā)生。紅棗振動(dòng)式收獲機(jī)，就是針對(duì)棗樹種植區(qū)域大面積的收獲要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的新型機(jī)器，機(jī)械化采摘能夠大大提高收獲的效率，減少收獲所需的勞動(dòng)力節(jié)約人力成本，同時(shí)還能夠大大縮短采摘的時(shí)間提高效率，所以振動(dòng)式紅棗收獲機(jī)的設(shè)計(jì)和研究對(duì)規(guī)范化產(chǎn)業(yè)化發(fā)展棗業(yè)存在著重要現(xiàn)實(shí)意義。
所以果園采摘機(jī)械化程度水平不斷提高是我國專家學(xué)者一直努力去追求的，按照收獲機(jī)的工作原理可以將果實(shí)收獲機(jī)分為兩類：一種是空氣振動(dòng)式收獲機(jī)；另一種是機(jī)械式振動(dòng)收獲機(jī)。機(jī)械式振動(dòng)收獲機(jī)存在著推搖式和撞擊式兩種形式。
1.3本課題主要研究內(nèi)容及技術(shù)路線
面對(duì)我國有大面積的紅棗種植區(qū)域，紅棗收獲困難、效率低、人工成本高的現(xiàn)實(shí)問題，本文研究出紅棗振動(dòng)收獲機(jī)這樣的新型機(jī)械，以振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性為原理，分析振動(dòng)系統(tǒng)在外部簡諧激振力的作用下產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)軌跡振動(dòng)響應(yīng)的基本條件和軌跡特征，從而進(jìn)行的振動(dòng)式紅棗收獲機(jī)特性分析。
2.振動(dòng)式紅棗收獲機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
國內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)果實(shí)收獲的機(jī)械化研究一直保持專注的探索，旨在提高農(nóng)林行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，為廣大種植業(yè)民眾提高經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)行業(yè)的科學(xué)性發(fā)展。按照收獲機(jī)的工作原理可以將果實(shí)收獲機(jī)分為兩類：一種是空氣振動(dòng)式收獲機(jī)；另一種是機(jī)械式振動(dòng)收獲機(jī)。機(jī)械式振動(dòng)收獲機(jī)存在著推搖式和撞擊式兩種形式。
2.1總體方案設(shè)計(jì)
根據(jù)通過前期資料整理和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)研，得出我們所需設(shè)計(jì)的收獲機(jī)的特征是：震動(dòng)幅度小，便于移動(dòng)，收獲時(shí)對(duì)果樹本體和果實(shí)的傷害較小，經(jīng)過比對(duì)本文擬采用振搖式收獲機(jī)。國內(nèi)外科研人員對(duì)于振動(dòng)式收獲機(jī)進(jìn)行了大量的研究，從理論上得出了設(shè)計(jì)的可行性。根據(jù)振動(dòng)式紅棗收獲機(jī)的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)出來的收獲機(jī)應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)簡易，適用性強(qiáng)，操作性強(qiáng)等特征。
2.1.1振動(dòng)式紅棗收獲機(jī)結(jié)構(gòu)原理
1.棗樹；2.束緊繩；3.可調(diào)搖桿；4.加強(qiáng)連接處；5.圓形網(wǎng)罩；6.漏棗導(dǎo)管
圖2-1 振動(dòng)式紅棗收獲機(jī)示意圖
1.棗樹；2.束緊裝置；3.可調(diào)束緊帶；4.可調(diào)搖桿；5.圓形網(wǎng)罩；6.加強(qiáng)連接處；7.束緊繩；
8.漏棗導(dǎo)管；9.筐；10.振搖裝置
圖2-2 振動(dòng)式紅棗收獲機(jī)示意圖
根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和搜集的資料確定振動(dòng)式紅棗收獲機(jī)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)主要包括：圓形網(wǎng)罩、可調(diào)搖桿、束繩裝置、可調(diào)束緊帶等幾個(gè)部分。在網(wǎng)罩的四個(gè)方向，分別連接一個(gè)搖桿。振搖裝置產(chǎn)生振動(dòng)給搖桿帶來了振動(dòng)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-2所示。
2.1.2振動(dòng)式紅棗收獲機(jī)工作原理
設(shè)計(jì)的振動(dòng)式紅棗收獲機(jī)使用的是圓形網(wǎng)式結(jié)構(gòu)，利用固定的四根長桿，通過長桿將網(wǎng)把棗樹枝干包裹住，然后將下落圓網(wǎng)收攏，使用四根長桿帶動(dòng)樹干振動(dòng)，樹上的棗子就會(huì)落到網(wǎng)內(nèi)，再打開漏棗口，網(wǎng)內(nèi)的棗子沿漏棗導(dǎo)管，通過設(shè)置好的紅棗出口將紅棗倒入框中；從而完成一個(gè)樹的紅棗收獲。動(dòng)力輸出和搖晃樹枝的強(qiáng)度是采摘人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況來設(shè)置的，收獲時(shí)應(yīng)最大程度減少對(duì)紅棗和樹枝的傷害。
3.振動(dòng)式紅棗收獲機(jī)部分具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1圓形網(wǎng)罩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圓形網(wǎng)罩的結(jié)構(gòu)由圓形網(wǎng)袋、漏棗導(dǎo)管、加強(qiáng)連接處、束緊繩導(dǎo)管、連接繩等部分組成。
圖3-1 圓形網(wǎng)罩
3.1.1圓形網(wǎng)罩功能和材質(zhì)
網(wǎng)罩將棗樹收入網(wǎng)罩內(nèi)，收緊網(wǎng)口，綁在樹干上，保持棗樹處在鎖緊微壓縮的狀態(tài)，有利于通過振動(dòng)效果進(jìn)行收獲紅棗。
將棗樹的枝葉近似為球形，根據(jù)測(cè)量得到的半徑，可以確定罩子的尺寸。暫定棗樹半徑為，其表面積可以通過計(jì)算得到。設(shè)圓形網(wǎng)罩的面積為，半徑為,那么，。
在工作的過程中，網(wǎng)罩和棗樹存在著緊密的接觸，因此棗樹上的樹枝、樹葉還有倒刺均可能破壞和損傷罩子，所以罩子必須具有耐磨損性和抗破壞性，從而達(dá)到耐用的效果。本文采用粗帆布的材質(zhì)，粗帆布具有延伸性好和吸濕性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，且還具備耐磨、耐堿、耐曬、耐蟲蛀等優(yōu)勢(shì)。
3.1.2漏棗導(dǎo)管作用和材質(zhì)
圖3-2 漏棗導(dǎo)管
紅棗在受到振動(dòng)效果以后從樹上掉落到網(wǎng)底，然后打開漏棗導(dǎo)管，采摘的棗子沿著導(dǎo)管滑至框中。按照已知的網(wǎng)罩尺寸和樹干直徑，設(shè)計(jì)漏棗導(dǎo)管的直徑約為20cm—40cm之間。由于漏棗導(dǎo)管需要反復(fù)和果實(shí)觸碰，所以確定使用粗帆布；不過由于并不受到樹枝葉的磨損破壞作用，故僅需要使用單層粗帆布。
3.1.3加強(qiáng)連接處作用和材質(zhì)
為了避免發(fā)生反復(fù)振動(dòng)對(duì)網(wǎng)罩造成破壞，導(dǎo)致機(jī)器無法正常使用的情況發(fā)生。同時(shí)減少力在傳遞過程中的消耗，提高工作效率。按照機(jī)器晃動(dòng)布料的受力情況，也許會(huì)承受來自各個(gè)方向的力，所以在連接處使用圓形加固，直徑為30厘米。加入加固的作用不顯著，則能夠加大加固的尺寸。
3.1.4連接繩作用和材質(zhì)
將圓形網(wǎng)罩和可調(diào)搖桿連接在一起，從而能夠?qū)崿F(xiàn)桿的振動(dòng)帶來的罩的振動(dòng)。使用32股編制棉繩，棉繩摩擦因數(shù)比較大，質(zhì)地柔軟，可伸縮性小，耐磨，使用壽命長。預(yù)計(jì)長度為50厘米。繩粗8毫米。如果發(fā)生改變，那么可以根據(jù)實(shí)際情況改變。
在繩頭1厘米的地方采用薄鐵皮進(jìn)行包裝，避免繩頭由于重復(fù)使用而散開的現(xiàn)象發(fā)生。繩子和圓形網(wǎng)罩是通過致密縫補(bǔ)的方式進(jìn)行連接的。
3.1.5束緊繩導(dǎo)管作用和材質(zhì)
導(dǎo)管給束緊繩子提供了一個(gè)運(yùn)動(dòng)的軌道，方面網(wǎng)罩的后面束緊捆綁棗樹。使用長纖維的布料具有面料光滑摩擦系數(shù)小、耐磨性好、強(qiáng)度彈性好、質(zhì)地緊密且彈性足的優(yōu)勢(shì)。
3.2束緊機(jī)構(gòu)
為了達(dá)到操作簡易，適用性強(qiáng)，本文設(shè)計(jì)的束緊機(jī)構(gòu)主要有兩塊，分別是束緊繩和束繩裝置。
3.2.1束緊繩
束緊繩主要是用來收緊網(wǎng)口捆與樹干，其長度根據(jù)圓形網(wǎng)罩網(wǎng)口的尺寸來決定的，不過其總長度比網(wǎng)口的周長長100厘米。束緊繩的粗為8毫米。
3.2.2束繩裝置
圖3-3 束繩裝置
工作原理：將構(gòu)件1放入構(gòu)件2內(nèi)，在構(gòu)件1和構(gòu)件2之間存在彈簧，由于彈簧的作用，構(gòu)件1保持有向上的趨勢(shì)。束緊繩同時(shí)通過構(gòu)件1和構(gòu)件2的孔洞，擋住了構(gòu)件1向上的趨勢(shì)，在二者的相互作用下，從而實(shí)現(xiàn)了束緊的作用。
束繩裝置的主要作用：
（1）避免繩頭不小心進(jìn)入網(wǎng)罩的束緊繩導(dǎo)管的情況發(fā)生。
（2）收攏網(wǎng)罩的時(shí)候，便捷快速，達(dá)到快速束緊樹干的效果。
3.3可調(diào)搖桿
3.3.1搖桿作用
采用四根搖桿將圓形網(wǎng)罩置于果樹的頂部位置，使用網(wǎng)罩將整棵棗樹從樹頂位置的枝干裹起來。由于搖桿進(jìn)行振動(dòng)運(yùn)動(dòng)，所以網(wǎng)罩也進(jìn)行振動(dòng)，從而帶動(dòng)了罩子晃動(dòng)，罩子的晃動(dòng)導(dǎo)致了樹枝存在了晃動(dòng)。樹枝收到了外部振動(dòng)，進(jìn)而就會(huì)以特定的頻率進(jìn)行振動(dòng)，導(dǎo)致了棗子也發(fā)生了振動(dòng)。振動(dòng)的棗子在加速運(yùn)動(dòng)那階段會(huì)存在慣性力的作用，當(dāng)慣性力足夠大，大于棗子與樹枝相互結(jié)合的力的時(shí)候，果實(shí)就會(huì)掉落到罩子底部，這樣就完成了紅棗的收貨任務(wù)。
3.3.2搖桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖3-4 可調(diào)搖桿示意圖
由于每顆棗樹的高度均存在差異性，所以按照棗樹的差異性高度，本設(shè)計(jì)擬用可調(diào)式搖桿。搖桿由定位滑塊、底座、外管、內(nèi)管和連接頭這五塊組成。外管的直徑為25厘米，內(nèi)管直徑23厘米。
圖3-5 彈簧
按照設(shè)計(jì)，查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選定碳素彈簧鋼絲，由于其存在強(qiáng)度高、性能好等優(yōu)點(diǎn)，所以選擇其為小彈簧的材料，經(jīng)查，符合要求的是彈簧絲直徑，彈簧中徑，自由高度，節(jié)距，實(shí)驗(yàn)負(fù)荷。
3.3.3搖桿材料
圖3-6 可調(diào)搖桿
搖桿在采收過程中是起到傳遞力的作用，操作手通過晃動(dòng)搖桿，從而達(dá)到晃動(dòng)罩子和棗樹的目的。根據(jù)搖桿的工作性質(zhì)，搖桿要求質(zhì)輕，方便使用和移動(dòng)；根據(jù)搖桿的工作負(fù)荷搖桿的強(qiáng)度要求不是很高，綜上兩點(diǎn)搖桿的材料可以采用鋁合金。因?yàn)殇X合金在保持純鋁質(zhì)輕等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)還能具有較高的強(qiáng)度；根據(jù)機(jī)械特性，采用鋁合金7050-T7451材料制造。
表3-1 鋁合金的典型機(jī)械性能(Typical Mechanical Properties)
鋁合金牌號(hào)
及狀態(tài)
拉伸強(qiáng)度(25°C MPa)
屈服強(qiáng)度(25°C MPa)
硬度500kg力10mm球
延伸率1.6mm(1/16in)厚度
6061-T651
310
276
95
12
7050-T7451
510
455
135
10
7075-T651
572
503
150
11
表3-2 鋁合金的化學(xué)成份(Chemical Composition Limit Of Aluminum )
合金
牌號(hào)
硅Si
鐵Fe
銅Cu
錳Mn
鎂Mg
鉻Cr
鋅Zn
鈦Ti
其它
鋁
每個(gè)
合計(jì)
最小值
6061
23.6
0.7
0.15-0.4
0.15
0.8-1.2
0.04-0.35
0.25
0.15
0.05
0.15
余量
7050
23.5
0.15
20.-2.6
0.1
1.9-2.6
0.04
5.7-6.7
0.06
0.05
0.15
余量
7075
23.6
0.5
1.2-2.0
0.3
2.1-2.9
0.18-0.28
5.1-6.1
0.2
0.05
0.15
余量
3.4可調(diào)束緊帶
3.4.1束緊帶作用
圓形網(wǎng)罩網(wǎng)口收攏與樹后，只靠一個(gè)束繩裝置提供捆綁與樹干的力，難免有點(diǎn)單薄，有的時(shí)候用束緊繩直接捆綁與樹，又很不方便。因此設(shè)計(jì)了可調(diào)束緊帶，輔助紅棗收獲。將圓形網(wǎng)罩網(wǎng)口快速束縛與樹干，防止網(wǎng)罩網(wǎng)口因其他原因，影響紅棗收獲。它使用方便、簡捷，使用范圍廣。可以在紅棗收獲過程中節(jié)省相應(yīng)的人力和時(shí)間，達(dá)到迅速完成紅棗收獲的要求。
3.4.2結(jié)構(gòu)
可調(diào)束緊帶主要由一個(gè)自鎖裝置和鋸齒形束緊帶構(gòu)成。具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖：
圖3-7 可調(diào)束緊帶
3.4.3工作原理
鋸齒形束緊帶通過自鎖裝置，自鎖裝置內(nèi)扭矩彈簧的作用，提供一個(gè)扭力，卡死束緊帶，使束緊帶只能緊不能松，達(dá)到束緊樹干的要求。需要取下時(shí)，只要人力平衡彈簧扭力，就可以消除束緊狀態(tài)。
3.4.4可調(diào)束緊帶材料
根據(jù)工作要求，實(shí)際需要，本著節(jié)省資源，降低成本的思想，本可調(diào)束緊帶采用采用塑料。塑料主要特性：大多數(shù)塑料質(zhì)輕，化學(xué)性穩(wěn)定，不會(huì)銹蝕；耐沖擊性好；具有較好的透明性和耐磨耗性；絕緣性好，導(dǎo)熱性低；一般成型性、著色性好，加工成本低；大部分塑料耐熱性差，熱膨脹率大，易燃燒；尺寸穩(wěn)定性差，容易變形；多數(shù)塑料耐低溫性差，低溫下變脆；容易老化；某些塑料易溶于溶劑。
4.振動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
如圖4-1為振動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
1.連接管2.液壓傳動(dòng)3.振搖滑筒4.搖桿5.定桿6.曲柄7.調(diào)節(jié)支桿8.機(jī)架
圖4-1 振動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖
振動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作原理：發(fā)動(dòng)機(jī)是動(dòng)力源，利用減速器的作用，通過曲柄滑塊的轉(zhuǎn)化，圓周運(yùn)動(dòng)就變成了振動(dòng)滑筒的線性往復(fù)運(yùn)動(dòng)；可調(diào)搖桿通過液壓傳動(dòng)上的連接筒與曲柄滑塊機(jī)構(gòu)連接，從而能夠?qū)崿F(xiàn)振動(dòng)的效果。
4.1發(fā)動(dòng)機(jī)確定
表4-1 常用小型發(fā)動(dòng)機(jī)功率
型號(hào)
排量? mL
最大功率范圍? kW
轉(zhuǎn)速r/min
1E40F
50
1.4～1.7
5500
1E43F
50
1.6～2.2
5500
1E45F
60
1.8～2.5
5500
152F
97.7
1.1～1.9
3600
168F
163
3.4～4.1
3600
168F
196
3.8～4.8
3600
173F
240
5.3～5.9
3600
177F
270
6.0～6.6
3600
182F
340
7.1～8.1
3600
188F
390
8.4～9.6
3600
本文根據(jù)功率需求使用152F型汽油機(jī)。
4.2減速器設(shè)計(jì)
由于汽油機(jī)轉(zhuǎn)速過高，需要一個(gè)傳動(dòng)比很大的減速器。通過各種參數(shù)的選擇對(duì)比，選了一種諧波齒輪減速器。
減速器型號(hào)XBZ120B 機(jī)型120
柔輪內(nèi)徑120
模數(shù)為0.6
傳動(dòng)比為100
輸入轉(zhuǎn)速=3600轉(zhuǎn)/分鐘
輸出轉(zhuǎn)速=36轉(zhuǎn)/分鐘
輸出轉(zhuǎn)矩450TB/N*m
輸入軸直徑=18h6
輸出軸直徑=45h6
輸入軸長度=28毫米
輸出軸長度=48毫米
總長度L=240毫米
高度220毫米
寬度180毫米
螺栓數(shù)目n=4
螺栓直徑M14
輸入軸鍵A=6*25
輸出軸鍵B=14*62
4.3振動(dòng)機(jī)構(gòu)
通過曲柄滑塊的轉(zhuǎn)化，圓周運(yùn)動(dòng)就變成了振動(dòng)滑筒的線性往復(fù)運(yùn)動(dòng)；可調(diào)搖桿通過液壓傳動(dòng)上的連接筒與曲柄滑塊機(jī)構(gòu)連接，從而能夠?qū)崿F(xiàn)振動(dòng)的效果。
當(dāng)知道各部分的尺寸、位置情況和原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的規(guī)律的時(shí)候，去求解裝置其他部分各處的軌跡、位移、加速度參數(shù),來判定裝置能否達(dá)到使用需求?，F(xiàn)對(duì)本裝置使用的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)分析如下：
4.3.1動(dòng)力學(xué)特性分析
圖4-1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)
從曲柄r傳到連桿l上的力與滑塊發(fā)出的壓力
(4—1)
和的關(guān)系：
(4—2)
結(jié)合式4-1和式4-2：
(4—3)
轉(zhuǎn)矩T：
(4—4)
所以：
(4—5)
聯(lián)合（4-1）、（4-4）和（4-5）式，則
(4—6)
(4—7)
通常l>4r，故l>>r，此時(shí)，角趨近于零。則：
(4—8)
由于，
則 (4—9)
4.3.2運(yùn)動(dòng)學(xué)特性分析
圖4-2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)
定義A為坐標(biāo)原點(diǎn)，AC連線方向?yàn)閄軸正方向。瞬時(shí)t時(shí)機(jī)構(gòu)的位置如圖。
(4—10)
C點(diǎn)矢徑投影：
(4—11)
(4—12)
由圖可得：
(4—13)
故：
(4—14)
為曲柄和連桿長度的比值。且，故：
(4—15)
進(jìn)行估算：
(4—16)
(4—17)
求導(dǎo)可得：
(4—18)
(4—19)
其中都是的周期函數(shù)。
4.4液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
體積壓縮系數(shù)κ：單位壓力變化時(shí)液體體積的變化量。
圖4-3液壓傳動(dòng)示意圖
彈性模量K：單位體積變化時(shí)需要的壓力增量。
則：
粘性：流體在外力作用下流動(dòng)時(shí)，分子間的內(nèi)聚力為了阻礙分子的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的一種內(nèi)摩擦力。相鄰兩油層間的內(nèi)摩擦力：
式中：μ—比例常數(shù)，稱粘度系數(shù)或動(dòng)力粘度?！俣忍荻?，即液層相對(duì)速度對(duì)液層距離的變化率。
切應(yīng)力：
液體的粘度,
當(dāng)時(shí)，u=t
（2）運(yùn)動(dòng)粘度ν：
液體動(dòng)力粘度與其密度的比值，稱為運(yùn)動(dòng)粘度。
ν=μ/ρ
圖4-4 帕斯卡原理示意圖
帕斯卡定律主要內(nèi)容是密閉的容器內(nèi)液體向各個(gè)方向壓強(qiáng)相等,基于帕斯卡定律,作用在封閉液體上的外力,采用相等的壓力向限制液體的容器表面?zhèn)鬟f。
液壓油的選用標(biāo)準(zhǔn)：
1）粘溫特性適宜；
2）油液純凈無雜質(zhì)；
3）凝固點(diǎn)低固，燃點(diǎn)高；
4）潤滑性好；
5）經(jīng)濟(jì)性；
6）無害性；
7）工作壓力適宜；
8）環(huán)境溫度適宜；
4.5結(jié)論
本設(shè)計(jì)能夠達(dá)到振動(dòng)的效果，幅度為20厘米，頻率為36Hz。
5.結(jié)論
本文設(shè)計(jì)的是振動(dòng)式紅棗采收裝置，通過設(shè)計(jì)過程可以發(fā)現(xiàn)：
（1）振動(dòng)式紅棗采收設(shè)備與其他紅棗收獲機(jī)相比存在著操作便捷、果實(shí)可選擇性、對(duì)本體上海小、經(jīng)濟(jì)性能好等優(yōu)勢(shì)。
（2）振動(dòng)式紅棗采收設(shè)備通過機(jī)械操作，將原來的人工采摘低效率有了大幅度的提高，降低了采摘人力資源成本，同時(shí)大大提高了采摘的效果和速度。
（3）本文研究的紅棗振動(dòng)式收獲機(jī)僅是理論上的設(shè)計(jì)，其實(shí)物的采摘可行性還有待通過實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證得出報(bào)告。其中，棗樹樹干和枝葉具體力學(xué)參數(shù)，并沒有根據(jù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行具體參數(shù)的獲得，也許導(dǎo)致該裝置在使用的方面具有些許局限性；另外，紅棗振動(dòng)式收獲機(jī)的部分構(gòu)件也許在設(shè)計(jì)的時(shí)候沒有考慮到實(shí)際的工況和環(huán)境，還有待后期繼續(xù)的研究和探索。
致 謝
首先，在次次畢業(yè)設(shè)計(jì)中我非常感謝我的指導(dǎo)老師，老師在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中對(duì)我精心指導(dǎo)，對(duì)我們的論文進(jìn)行深入的剖析，給我們講很多的入題方法和技巧，在我寫論文的過程中幫助我解決了很多問題，同時(shí)不厭其煩的對(duì)我們的論文進(jìn)行修改和改進(jìn)。
其次，衷心感謝我在寫論文時(shí)所用參考文獻(xiàn)的作者，是你們給了我寫作的啟發(fā)和資料，沒有你們的研究成果和著作，我將無法完成這篇論文的設(shè)計(jì)。然后非常感謝圖書館的老師和管理員，在查閱圖書資料的時(shí)候，他們對(duì)我?guī)椭级?，使我快速?zhǔn)確的查找到自己需要的資料。
最后，衷心感謝我的家人和同學(xué)們，是你們的鼓勵(lì)和支持才讓我堅(jiān)持完成論文的寫作，在排版和格式等方面也給了我很大的幫助。
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