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塔里木大學(xué)
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中期檢查記錄表
2016年 4 月 18 日
學(xué)生姓名
楊海斌
班級(jí)
機(jī)械16-1
課題名稱(chēng)
自走連續(xù)振動(dòng)式紅棗收獲機(jī)
課題完成進(jìn)度（學(xué)生自述）
第 1 周 查閱相關(guān)文獻(xiàn)，為撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告做準(zhǔn)備工作。
第 2-3 周 確定設(shè)計(jì)方案，粗化結(jié)構(gòu)草圖，完成開(kāi)題報(bào)告。
第 4-5 周 根據(jù)工作要求，查閱相關(guān)手冊(cè)書(shū)籍，選擇、設(shè)計(jì)計(jì)算同時(shí)校核各零部件。
第6-10周 利用三維設(shè)計(jì)軟件完成各零部件的三維實(shí)體建模?；就瓿扇S圖的繪制，已開(kāi)始二維裝配圖的繪制。
存在的問(wèn)題及整改措施（學(xué)生自述）
建立的三維模型需要細(xì)節(jié)的修改和補(bǔ)充，沒(méi)有完成規(guī)定的任務(wù)進(jìn)程。需要加快任務(wù)進(jìn)度，盡快完成二維圖的繪制。
指導(dǎo)教師意見(jiàn)（課題進(jìn)展情況、優(yōu)缺點(diǎn)、整改措施等）
指導(dǎo)教師簽名
年 月 日
學(xué)院意見(jiàn)
負(fù)責(zé)人簽名
年 月 日
塔里木大學(xué)
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū)
學(xué)院
機(jī)械電氣化工程學(xué)院
班級(jí)
機(jī)械16-1
學(xué)生姓名
楊海斌
學(xué)號(hào)
8011212125
課題名稱(chēng)
自走連續(xù)振動(dòng)式紅棗收獲機(jī)
起止時(shí)間
2015年11月27日——2016年5月28日（共 14 周）
指導(dǎo)教師
郭文松
職稱(chēng)
課題內(nèi)容：
設(shè)計(jì)要求一種自走連續(xù)振動(dòng)式紅棗收獲機(jī)包括裝有行心輪的機(jī)架以及分機(jī)，還有鉗式振動(dòng)頭。其特征是:在機(jī)架上放置一個(gè)盛果箱，在盛果箱的前端上部安裝一根吸氣管，所說(shuō)的風(fēng)機(jī)安裝在吸氣管上，吸氣管的自由端口連接著一個(gè)紅棗撿拾吸頭，在盛果箱后部上方的輕雜物沉降室的下端連接這一個(gè)過(guò)濾網(wǎng)兜，在盛果箱中部頂端設(shè)計(jì)一個(gè)豎直向下延伸的擋棗部，擋棗部的長(zhǎng)度與盛果筐的寬度相同。在擋棗部下方的盛果箱內(nèi)放置一個(gè)盛果筐，盛果筐的前端頂部與盛果箱的前臂之間設(shè)計(jì)一個(gè)傾斜的紅棗下滑板。為了實(shí)用的方便在風(fēng)機(jī)和紅棗撿拾頭直接設(shè)計(jì)一根波紋管。而且盛果筐四周壁上均設(shè)置著網(wǎng)孔，擋棗部為平直的擋板，所說(shuō)的紅棗下滑板為柵欄板上的縫隙寬度必須比紅棗的直徑小。
擬定工作進(jìn)度（以周為單位）
第1～2周 查閱相關(guān)文獻(xiàn)，撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告。
第3～4周 根據(jù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的紅棗收獲機(jī)確定棒桿式紅棗收獲裝置的總體設(shè)計(jì)方案，繪制總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
第5～6周 根據(jù)工作要求，計(jì)算并查閱相關(guān)手冊(cè)，選擇和設(shè)計(jì)各零部件。
第7～9周 運(yùn)用AutoCAD軟件，繪制二維零件圖和裝配圖。
第10～11周 運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件完成整機(jī)各零部件的三維建模并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。
第12周 從工藝性能，經(jīng)濟(jì)性能，實(shí)用性能等方面對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)、校核、修正。
第13周 完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。
第14周 整理材料，準(zhǔn)備答辯
主要參考文獻(xiàn)
[1]成大先.《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 單行本 液壓傳動(dòng)》.化學(xué)工業(yè)出版社，2004: 311-317.
[2]西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室.《機(jī)械設(shè)計(jì)》.第九版.高等教育出版社，2014:72-78.
[3]朱家誠(chéng).《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》.合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2005:43-201.
[4]甘永立.《幾何量公差與檢測(cè)》.上?？茖W(xué)科技出版社，2008:25-45.
[5]許福玲.《液壓與氣壓傳動(dòng)》.機(jī)械工業(yè)出版社，2007:3-5.
[6]王乃康，矛也冰，趙平.《現(xiàn)代園林機(jī)械》.中國(guó)林業(yè)出版社，2000:147-152.
[7]大連理工大學(xué)工程圖學(xué)教研室.《機(jī)械制圖》.高等教育出版社，2007:1-346.
[8]成大先.《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 單行本 機(jī)械傳動(dòng)》.化學(xué)工業(yè)出版社，2004:102-210.
任務(wù)下達(dá)人（簽字）
郭文松
2015年 11 月 20 日
任務(wù)接受人意見(jiàn)
無(wú)意見(jiàn)
任務(wù)接受人簽名 楊海斌
2015年 11 月 20 日
注：1、此任務(wù)書(shū)由指導(dǎo)教師填寫(xiě)，任務(wù)下達(dá)人為指導(dǎo)教師。
2、此任務(wù)書(shū)須在學(xué)生畢業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)開(kāi)始前一周下達(dá)給學(xué)生本人。
3、此任務(wù)書(shū)一式三份，一份留學(xué)院存檔，一份學(xué)生本人留存，一份指導(dǎo)教師留存。
塔里木大學(xué)
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開(kāi)題報(bào)告
課題名稱(chēng) 自走連續(xù)振動(dòng)式紅棗收獲機(jī)
學(xué)生姓名 楊海斌
學(xué) 號(hào) 8011212125
所屬學(xué)院 機(jī)電院
專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí) 16-1
指導(dǎo)教師 郭文松
起止時(shí)間 2015-11-27
機(jī)械電氣化工程學(xué)院教務(wù)辦制
填 表 說(shuō) 明
一、學(xué)生撰寫(xiě)《開(kāi)題報(bào)告》應(yīng)包含的內(nèi)容：
1、本課題來(lái)源及研究的目的和意義；
2、本課題所涉及的問(wèn)題在國(guó)內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀及分析；
3、對(duì)課題所涉及的任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析；
4、本課題需要重點(diǎn)研究的、關(guān)鍵的問(wèn)題及解決的思路；
5、完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法；
6、完成本課題的工作方案及進(jìn)度計(jì)劃；
7、主要參考文獻(xiàn)（不少于7篇）。
二、本報(bào)告必須由承擔(dān)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）課題任務(wù)的學(xué)生在接到“畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū)”的兩周內(nèi)獨(dú)立撰寫(xiě)完成，并交指導(dǎo)教師審閱。
三、開(kāi)題報(bào)告要求手寫(xiě)體，字?jǐn)?shù)在3000字以上，由學(xué)生在本報(bào)告冊(cè)內(nèi)填寫(xiě)，頁(yè)面不夠可自行添加A4紙張。
四、每個(gè)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）課題須提交開(kāi)題報(bào)告一式三份，一份學(xué)生本人留存，一份指導(dǎo)教師存閱，一份學(xué)生所在學(xué)院存檔，備檢備查。
開(kāi)題報(bào)告正文
1、 本課題來(lái)源及研究的目的和意義：
該課題是指導(dǎo)教師擬定，學(xué)生本人選定的。該課題研究的目的是為了解放生產(chǎn)力，發(fā)展生產(chǎn)力，從而使生產(chǎn)力適應(yīng)生產(chǎn)關(guān)系、經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)適應(yīng)上層建筑，加快我國(guó)的社會(huì)主義建設(shè)貢獻(xiàn)一份力量！該課題研究的意義主要是培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手和動(dòng)腦能力，使理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，從而獲得直接經(jīng)驗(yàn)，為踏入社會(huì)做好準(zhǔn)備。
棗樹(shù)在我國(guó)的分布很廣，一般來(lái)講，小氣候冬季最低氣溫不低于-32攝氏度，就可以栽培植棗。棗樹(shù)在我國(guó)大面積經(jīng)濟(jì)栽培主要在山東、河北、山西、陜西五省的黃河流域，近年來(lái)安徽、甘肅、湖南、湖北發(fā)展很快。紅棗為溫帶作物，適應(yīng)性強(qiáng)，營(yíng)養(yǎng)豐富，富含鐵元素和維生素。紅棗素有“鐵桿莊稼”之稱(chēng)，具有耐旱、耐澇的特性，是發(fā)展節(jié)水型林果業(yè)的首選良種。由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特色農(nóng)業(yè)的建立，紅棗種植成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的一條新的產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目，紅棗產(chǎn)業(yè)已呈現(xiàn)出區(qū)域化布局、規(guī)模化發(fā)展、多種栽培模式盡顯其效的新模式。各地根據(jù)自己的情況確立了不同的棗樹(shù)種植面積，為農(nóng)民增加了經(jīng)濟(jì)收入。隨著紅棗的種植面積的增加，紅棗的機(jī)械化作業(yè)在紅棗栽培中的重要性逐漸凸顯。依據(jù)最近幾年林果業(yè)發(fā)展的態(tài)勢(shì)分布。果樹(shù)種植每年以10%的速度遞增，由于林果業(yè)的快速發(fā)展，各地正形成了較大的種植規(guī)模，每年收獲季節(jié)需要投入大量的勞動(dòng)力來(lái)完成水果采收?？梢灶A(yù)見(jiàn)到，再過(guò)3~5年，新種植的果樹(shù)進(jìn)去盛果期后，水果采收作業(yè)將會(huì)出現(xiàn)因勞動(dòng)力短缺，采收不及時(shí)，而直接影響果品質(zhì)量和造成大量損失的問(wèn)題。這是因?yàn)?，水果采摘是一?xiàng)勞動(dòng)投入量很大的作業(yè)，有些水果因成熟期不一致，需要多次采摘才能完成收獲;而有些作為鮮食或作為加工用途的果品，因市場(chǎng)對(duì)于果實(shí)外觀要求較高，不能有碰傷、刮傷、壓裂等機(jī)械損傷，采收這些水果時(shí)必須小心翼翼;另外，水果收獲是在離地面3~5米高的空中作業(yè)，以上原因決定了水果采摘是一項(xiàng)費(fèi)時(shí)、費(fèi)工、費(fèi)力的作業(yè)。人工采收水果的速度緩慢，大面積發(fā)展水果種植時(shí)，必須要依靠機(jī)械化來(lái)提高采摘效率。據(jù)有關(guān)資料介紹，有些鮮食水果的采收用工量較大，占水果生產(chǎn)總量用工的50%以上，導(dǎo)致特色果品的生產(chǎn)成本過(guò)大，不能滿足向果品加工企業(yè)提供數(shù)量充足、質(zhì)量?jī)?yōu)越、價(jià)格相對(duì)低廉的原料，這樣極不利于企業(yè)直接參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)?？梢剖郊t棗收獲機(jī)的研究，就是針對(duì)紅棗的采摘時(shí)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的采摘機(jī)械，紅棗的機(jī)械化收獲對(duì)提高收獲效率，降低收獲作業(yè)成本，做到適時(shí)收獲，減少收獲過(guò)程中造成的機(jī)損失，保證紅棗質(zhì)量，促進(jìn)棗業(yè)生產(chǎn)的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化具有重要現(xiàn)實(shí)意義。
2、 本課題所涉及的問(wèn)題在國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析：
由于機(jī)械振動(dòng)式紅棗收獲機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，作業(yè)可靠，適用范圍廣和通用性好等特點(diǎn)，因此具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。近幾年來(lái)，由于特色紅棗種植模式的調(diào)整，矮化值方式將成為部分林果的主要種植方式，因此機(jī)械振動(dòng)式紅棗收獲機(jī)將成為今后機(jī)械采收的一個(gè)新的有待解決的問(wèn)題和關(guān)鍵影響因素的基礎(chǔ)研究。
國(guó)外對(duì)水果機(jī)械化收獲技術(shù)的研究較多，機(jī)械采摘在美國(guó)、西班牙、俄羅斯、意大利、英國(guó)、德國(guó)、丹麥、匈牙利等國(guó)家的果園應(yīng)用較為普遍。目前，機(jī)械采摘量較大的作物有蘋(píng)果、葡萄、甜橙、桃、李、杏、櫻桃、油橄欖、核桃、扁桃等。他們采用的機(jī)械收獲方法主要有:震搖法、梳刷法、撞擊法、水力法、半機(jī)械化采收等方法。但是，針對(duì)紅棗收獲的采摘機(jī)械比較少。據(jù)了解，美國(guó)的堅(jiān)果收獲已全部實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，美國(guó)的葡萄、柑桔類(lèi)水果的機(jī)械化收獲問(wèn)題也解決的較好。意大利生產(chǎn)一種鮮食水果收獲機(jī)，專(zhuān)門(mén)用于蘋(píng)果、梨、杏、李子等鮮食水果的操作，水果收獲的效率可大大提高。同時(shí)也能避免和減少水果在收獲過(guò)程中的機(jī)械損傷。除了收獲機(jī)械之外，還需要引進(jìn)適于機(jī)械化收獲的品種和果園修剪等管理技術(shù)。例如，在法國(guó)和意大利，為實(shí)現(xiàn)水果作業(yè)機(jī)械化，把葡萄樹(shù)普遍栽成扁平形，并花了很大的力量栽培修剪。栽果樹(shù)時(shí)，樹(shù)與樹(shù)排行成列，既有較好的光照與通風(fēng)，又便于拖拉機(jī)進(jìn)去行間松土、施肥、噴藥和采摘。法國(guó)的勃拉特研所據(jù)此設(shè)計(jì)制造了一種高架式葡萄收獲機(jī)，成功地解決了釀酒用葡萄的收獲問(wèn)題。國(guó)外有很多發(fā)展水果機(jī)械化收獲的經(jīng)驗(yàn)，值得我們學(xué)習(xí)和研究。
總之，國(guó)外的水果收獲機(jī)械研究主要在鮮食水果的收獲中，他們是著眼于市場(chǎng)針對(duì)性的研制各種收獲機(jī)械。他們不光強(qiáng)調(diào)機(jī)械一定要適應(yīng)當(dāng)?shù)剞r(nóng)園藝的要求，而且從生物學(xué)角度、農(nóng)園藝角度加大科研力度，并開(kāi)發(fā)利于機(jī)械化作業(yè)的新品種、新農(nóng)園藝等，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。
我們國(guó)家雖然紅棗的種類(lèi)很多，種植面積大，但是對(duì)于機(jī)械化采摘紅棗的技術(shù)還是比較少，機(jī)械化作業(yè)水平很低。近年來(lái)，作為鮮食上市的水果收獲仍沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。這是因?yàn)殚L(zhǎng)在果樹(shù)上的果實(shí)的生長(zhǎng)形態(tài)不適于機(jī)械化采摘，而市場(chǎng)對(duì)于商品果外觀要求又較高，不能有碰傷、擦傷等機(jī)械損傷的緣故。雖然這種水果收獲機(jī)需要人工輔助摘果，但摘下后水果的輸送、裝箱等過(guò)程全部是機(jī)械化操作，水果收獲的效率可大大提高，同時(shí)也能避免和減少水果再收獲過(guò)程中的機(jī)械損傷。根據(jù)全國(guó)各地調(diào)查資料顯示，目前我國(guó)的水果機(jī)械還是只停留在節(jié)水灌溉、滴灌、施肥一體化，包裝保鮮等有限的幾個(gè)工序上，在清洗、分級(jí)中偶有使用，而水果采摘機(jī)械還是很少。我國(guó)的水果采摘機(jī)械種類(lèi)很少，大型的機(jī)械化設(shè)備使用率很低，只有少量的半自動(dòng)機(jī)械在使用。比如，可移動(dòng)水果采摘梯、可伸縮式高枝采果器這樣的改進(jìn)型機(jī)械。這些機(jī)械雖然在某種意義上使生產(chǎn)效率提升，提高了水果的采摘質(zhì)量。但是對(duì)于大面積的果樹(shù)收獲還是不能滿足要求，像紅棗這樣的果實(shí)數(shù)量多，結(jié)果時(shí)，紅棗分布在果樹(shù)的各個(gè)部位，所以如果要提高生產(chǎn)率就需要機(jī)械化程度比較高的水果采摘機(jī)械來(lái)完成。
目前，我國(guó)紅棗收獲主要靠人工手摘和借助簡(jiǎn)單工具輔助，如云梯和采果刀等紅棗，勞動(dòng)強(qiáng)度較大，用工量很多。采收整體技術(shù)水平較低，在操作上都為手動(dòng)控制。采收機(jī)械的研究在我國(guó)仍處于起步階段，尚未見(jiàn)成熟先進(jìn)的實(shí)用機(jī)具報(bào)道。
當(dāng)前,機(jī)械采收的方法主要有振搖法和梳刷法。其中,振搖法是應(yīng)用最多的一種方法, 適用于采收大多數(shù)干果、堅(jiān)果和部分鮮食水果；而梳刷法適用于采收草莓、葡萄等漿果。兵團(tuán)應(yīng)根據(jù)林果生產(chǎn)實(shí)際,從易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械采收的紅棗、核桃等特色干果的收獲入手, 研發(fā)基于振搖原理的干果收獲機(jī)具。
農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)機(jī)研究所已首次從意大利引進(jìn)了一臺(tái)干果收獲機(jī)成套設(shè)備, 并于2007年9 月在哈密農(nóng)十三師火箭農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行了紅棗、核桃機(jī)械采收的適應(yīng)性試驗(yàn), 效果較好。
自2008年開(kāi)始，農(nóng)墾科學(xué)院機(jī)械裝備研究所經(jīng)過(guò)反復(fù)研究，終于成功研制出了“4YS-24紅棗收獲機(jī)”。該紅棗收獲機(jī)每小時(shí)可采摘50棵棗樹(shù)，采凈率達(dá)到91.5% ，工效提高了10倍左右，而人工采摘紅棗每小時(shí)只能采摘5棵棗樹(shù)。
總的來(lái)說(shuō),兵團(tuán)以及國(guó)內(nèi)林果業(yè)機(jī)械化發(fā)展步伐緩慢,林果業(yè)生產(chǎn)過(guò)程機(jī)械化作業(yè)大部分尚處于空白階段。
3、 對(duì)課題所涉及的任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析：
設(shè)計(jì)要求一種自走連續(xù)振動(dòng)式紅棗收獲機(jī)包括裝有行心輪的機(jī)架以及分機(jī)，還有鉗式振動(dòng)頭。其特征是:在機(jī)架上放置一個(gè)盛果箱，在盛果箱的前端上部安裝一根吸氣管，所說(shuō)的風(fēng)機(jī)安裝在吸氣管上，吸氣管的自由端口連接著一個(gè)紅棗撿拾吸頭，在盛果箱后部上方的輕雜物沉降室的下端連接這一個(gè)過(guò)濾網(wǎng)兜，在盛果箱中部頂端設(shè)計(jì)一個(gè)豎直向下延伸的擋棗部，擋棗部的長(zhǎng)度與盛果筐的寬度相同。在擋棗部下方的盛果箱內(nèi)放置一個(gè)盛果筐，盛果筐的前端頂部與盛果箱的前臂之間設(shè)計(jì)一個(gè)傾斜的紅棗下滑板。為了實(shí)用的方便在風(fēng)機(jī)和紅棗撿拾頭直接設(shè)計(jì)一根波紋管。而且盛果筐四周壁上均設(shè)置著網(wǎng)孔，擋棗部為平直的擋板，所說(shuō)的紅棗下滑板為柵欄板上的縫隙寬度必須比紅棗的直徑小。
（1）選擇合適配套動(dòng)力，設(shè)計(jì)工作裝置、收集除雜裝置和行走裝置。
（2）運(yùn)用AutoCAD繪制二維裝配圖和零件圖。
（3）利用Solidworks繪制三維圖。
4、 本課題需要重點(diǎn)研究的、關(guān)鍵的問(wèn)題及解決的思路：
本設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)研究的是紅棗采摘機(jī)械的基本形式、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、采摘的類(lèi)型。需要充分發(fā)揮機(jī)械的特性，最大限度的利用機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)紅棗進(jìn)行采摘并且保證收獲的紅棗質(zhì)量和采凈率。機(jī)械化收獲是整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)里的重要部分，所以研究紅棗采摘機(jī)的技術(shù)具有很重要的意義。
機(jī)械振動(dòng)式紅棗收獲機(jī)工作原理是基于機(jī)械振動(dòng)的果實(shí)脫落原理，主要過(guò)程是通過(guò)操作液壓控制閥控制五個(gè)液壓油缸動(dòng)作。首先，將果樹(shù)振搖裝置的鉗式振動(dòng)頭夾持樹(shù)干；然后，由拖拉機(jī)輸出軸PTO傳遞動(dòng)力經(jīng)由液壓控制回路到鉗式振動(dòng)頭振動(dòng)；振動(dòng)頭產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)傳遞給果樹(shù)；果枝在接受了外加的強(qiáng)迫振動(dòng)后，也以一定的頻率和振幅振動(dòng)，從而就使果枝上的果實(shí)以某種形式的振動(dòng)而加速運(yùn)動(dòng)；加速運(yùn)動(dòng)的物體要受到慣性力的作用，當(dāng)慣性力大于果實(shí)與果枝的結(jié)合力時(shí)，果實(shí)就會(huì)掉落。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：樹(shù)干的振動(dòng)是一種無(wú)限多自由度的懸臂梁橫向振動(dòng)，其一階基頻的計(jì)算機(jī)值和實(shí)驗(yàn)值相差在10%左右。
5、 完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法：
塔里木大學(xué)位于南疆中心位置，區(qū)域優(yōu)勢(shì)明顯。生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)紅棗種植面積有90萬(wàn)畝，為設(shè)計(jì)開(kāi)展提供了便利的外部條件。塔里木大學(xué)有良好的硬件與軟件設(shè)施，這些都為課題的實(shí)施提供了保障。
機(jī)械振動(dòng)式紅棗收獲機(jī)適用于樹(shù)冠較大，樹(shù)干直徑較粗且操作空間較大的稀疏果園，而且要求棗樹(shù)長(zhǎng)得筆直，不能有太大的彎曲度和根部不能有太多的分叉。設(shè)計(jì)要注意的是：采摘的方式；采摘后果實(shí)如何利于采集；保證對(duì)果實(shí)的損傷不影響其質(zhì)量；使用簡(jiǎn)便的采摘方式；減少對(duì)果實(shí)的打擊；提高采集裝置承接的效率；傳動(dòng)裝置要配套和采摘機(jī)械相互協(xié)調(diào)。經(jīng)過(guò)查詢資料和實(shí)際的測(cè)量，確定收獲機(jī)所具備的基本條件是：工作寬度小，易移動(dòng)，采摘過(guò)程對(duì)果實(shí)的損傷小。經(jīng)研究采用負(fù)壓撿拾，正壓傳送，中間擋棗部前設(shè)計(jì)成弧形進(jìn)一步降低紅棗與擋棗部進(jìn)行碰撞時(shí)出現(xiàn)的碰撞摩擦力，減少紅棗表皮的損傷。紅棗擋部也可以設(shè)計(jì)成一塊平直的擋板，可以減少制作的成本。
6、 完成本課題的工作方案及進(jìn)度計(jì)劃：
第1～2周 查閱相關(guān)文獻(xiàn)，撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告。
第3～4周 根據(jù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的紅棗收獲機(jī)確定棒桿式紅棗收獲裝置的總體設(shè)計(jì)方案，繪制總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
第5～6周 根據(jù)工作要求，計(jì)算并查閱相關(guān)手冊(cè)，選擇和設(shè)計(jì)各零部件。
第7～9周 運(yùn)用AutoCAD軟件，繪制二維零件圖和裝配圖。
第10～11周 運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件完成整機(jī)各零部件的三維建模并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。
第12周 從工藝性能，經(jīng)濟(jì)性能，實(shí)用性能等方面對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)、校核、修正。
第13周 完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。
第14周 整理材料，準(zhǔn)備答辯
工作方案為首先根據(jù)工況選擇原動(dòng)力部分即發(fā)動(dòng)機(jī)的型號(hào)，再通過(guò)實(shí)地測(cè)量棗樹(shù)之間的行距和間距初步確定機(jī)器外廓尺寸，然后根據(jù)工作條件設(shè)計(jì)各部分零、部件，如收獲機(jī)機(jī)架的設(shè)計(jì)、底板的設(shè)計(jì)、擋棗部的設(shè)計(jì)，鏈?zhǔn)捷斔蛶У脑O(shè)計(jì)、鉗式振動(dòng)頭的設(shè)計(jì)等等。
7、 主要參考文獻(xiàn)：
(1)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第4版）吳宗澤、羅圣國(guó)等著 高等教育出版社
(2)《機(jī)械設(shè)計(jì)》（第七版）濮良貴、紀(jì)名剛等著 高等教育出版社
(3)《機(jī)械原理》（第七版）陳作模、葛文杰等著 高等教育出版社
(4) <<機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第二版）上冊(cè).化學(xué)工業(yè)出版社，1983
(5)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第二版）中冊(cè).化學(xué)工業(yè)出版社，1983
（6）《機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊(cè)》化學(xué)工業(yè)出版社，2002
（7）《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)》(第二版)農(nóng)業(yè)出版社，1994
學(xué)生簽名 楊海斌
2015 年 11 月 29 日
指導(dǎo)教師審閱意見(jiàn)
指導(dǎo)教師簽名
年 月 日
擋棗板直徑400毫米，中心孔10毫米，厚度10毫米，30個(gè)扇形；
敲擊棒直徑900毫米，中心孔30毫米，厚度10毫米，12個(gè)桿；
敲擊棒中心桿外直徑47毫米，內(nèi)直徑20毫米，長(zhǎng)度1700毫米；
機(jī)架長(zhǎng)4000毫米（1300，1200，1500），外寬1300毫米，內(nèi)寬1100毫米，外高1800毫米，內(nèi)高1700毫米；
輪胎直徑1000毫米，寬300毫米；
帶板外長(zhǎng)4000，寬500，高100，內(nèi)長(zhǎng)3900，寬450，高100，板上孔深50，直徑20，平帶長(zhǎng)3450，寬450，厚5,；
傳送帶長(zhǎng)1700，寬150，厚5，帶擋板長(zhǎng)100，寬150，厚5；
擋棗板中心軸長(zhǎng)100，直徑20；
駕駛室支撐桿外徑100，長(zhǎng)1200；
機(jī)箱長(zhǎng)1000，寬1000；
果樹(shù)采摘機(jī)器人及控制系統(tǒng)研制
摘要
機(jī)器設(shè)備組成的操縱者,效應(yīng)器和基于圖像的視覺(jué)伺服控制系統(tǒng)是為了采摘蘋(píng)果而開(kāi)發(fā)的。5自由度的機(jī)械手PRRRP結(jié)構(gòu)幾何優(yōu)化提供準(zhǔn)線性行為和簡(jiǎn)化控制策略。匙形效應(yīng)器與氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)爪為了滿足采摘蘋(píng)果的要求。蘋(píng)果采摘機(jī)器人自主完成收集任務(wù)使用一個(gè)應(yīng)用模塊。通過(guò)使用支持向量機(jī)與徑向基函數(shù),果實(shí)識(shí)別算法開(kāi)發(fā)了檢測(cè)并自動(dòng)查找蘋(píng)果在樹(shù)上?？刂葡到y(tǒng),包括工業(yè)電腦和交流伺服驅(qū)動(dòng)程序,進(jìn)行了機(jī)械手和效應(yīng)器融合、將蘋(píng)果摘下來(lái)的。原型機(jī)器人裝置的有效性經(jīng)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的領(lǐng)域。機(jī)器人采摘蘋(píng)果的成功率是77%,平均采摘時(shí)間大約是15秒/蘋(píng)果。
1 序言
在中國(guó),農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和水果種植領(lǐng)域結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整,如蘋(píng)果、柑橘和梨自1993年以來(lái)達(dá)到8 - 9百萬(wàn)公頃,占四分之一世界上的水果種植總面積。然而,水果收集任務(wù),以50%-70%/小時(shí),仍然依靠體力勞動(dòng)。所以收獲將自動(dòng)化,因?yàn)檗r(nóng)業(yè)人口在中國(guó)逐漸減少。此外,由于果樹(shù)高,采摘工作已經(jīng)將使用梯子,這使得手工收割十分危險(xiǎn)和低效。因此,未來(lái)需要對(duì)蘋(píng)果采摘進(jìn)入機(jī)械化和自動(dòng)化。機(jī)械采摘實(shí)驗(yàn)在一些地區(qū)已經(jīng)進(jìn)行了假設(shè)模擬收獲,但開(kāi)發(fā)這一戰(zhàn)略還沒(méi)有廣泛。有選擇性的采摘,這是必要的,需要復(fù)雜的機(jī)器人技術(shù)。總之,有必要設(shè)計(jì)一個(gè)與人類(lèi)感知能力相似的智能機(jī)器人。以下這個(gè)為實(shí)例,這臺(tái)機(jī)器需要檢測(cè)水果、計(jì)算水果的位置,然后選擇不破壞果皮或果樹(shù)，從而進(jìn)行采摘。
研究水果收獲機(jī)器人發(fā)生在1980年代。河村建夫、Namikawa Fujiura,Ura所言(1984)首次開(kāi)發(fā)了一個(gè)果園機(jī)器人。后來(lái), Rabatel,Pellenc、Journeau Aldon(1987)開(kāi)發(fā)了一個(gè)機(jī)器人。從那時(shí)起,他們關(guān)于這方面的知識(shí)進(jìn)行了開(kāi)創(chuàng)性的研究。此外,一些相關(guān)的研究農(nóng)業(yè)機(jī)器人在溫室進(jìn)行了。例如,番茄收獲,黃瓜收獲,櫻桃收獲,草莓收獲。然而,大多數(shù)水果收獲機(jī)器人的文獻(xiàn)目前沒(méi)有進(jìn)入生產(chǎn)或銷(xiāo)售。相反,他們?nèi)匀惶幱谘芯堪l(fā)展階段。為此,支持進(jìn)一步的研究和開(kāi)發(fā)是很重要的,以提高性能和減少這些機(jī)器人的初始安裝費(fèi)用。
基于上述概念,本研究打算開(kāi)發(fā)和評(píng)估競(jìng)爭(zhēng)低價(jià)設(shè)備自動(dòng)收獲,即,一個(gè)蘋(píng)果采摘機(jī)器人。首先,一個(gè)完整的機(jī)器人包括組件描述的操縱者,效應(yīng)器和基于圖像的視覺(jué)伺服控制的系統(tǒng)描述。其次,機(jī)械手的幾何優(yōu)化以獲得準(zhǔn)線性行為并簡(jiǎn)化描述的控制策略。第三,氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)爪設(shè)計(jì)來(lái)滿足采摘蘋(píng)果的要求。基于這個(gè)設(shè)計(jì),采摘機(jī)器人的自動(dòng)執(zhí)行部分使用一個(gè)應(yīng)用模塊來(lái)檢測(cè)和采集任務(wù)找到蘋(píng)果在樹(shù)上,控制系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)械手和效應(yīng)器方法來(lái)摘蘋(píng)果。研究采摘機(jī)器人,來(lái)有效的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試的領(lǐng)域執(zhí)行。實(shí)驗(yàn)結(jié)果是本文的重要貢獻(xiàn)。
本文組織如下:例如在第二節(jié)中,機(jī)械手,效應(yīng)器和基于圖像的視覺(jué)伺服控制系統(tǒng)。在第三節(jié)中討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示的可行性機(jī)器人系統(tǒng)的提出。最后,在第四節(jié)中總結(jié)對(duì)機(jī)器人未來(lái)研究的建議。
2 材料和方法
2．1 蘋(píng)果采摘機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)
蘋(píng)果采摘機(jī)器人的原型主要考慮的是模型設(shè)計(jì)效率和成本效益。它主要由自主車(chē),5自由度機(jī)械手,效應(yīng)器,傳感器、視覺(jué)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。自主研發(fā)水果采摘的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示。
1.移動(dòng)車(chē)輛 2.水果籃子 3.活動(dòng)帶 4.末端效應(yīng)器 5.采集單元
6. 電動(dòng)絞盤(pán)棒 7.運(yùn)動(dòng)小手臂 8.大臂 9.運(yùn)動(dòng)大手臂 10.活動(dòng)的腰部
11.腰部 12. 升降平臺(tái) 13.中心控制系統(tǒng)
圖1 蘋(píng)果采摘機(jī)器人的原理圖
2.1.1 自主移動(dòng)車(chē)輛
車(chē)輛的移動(dòng)方式為履帶式移動(dòng)。氣動(dòng)泵供應(yīng)電力，電子硬件數(shù)據(jù)采集和控制,機(jī)械手的效應(yīng)器切水果。全球定位系統(tǒng)(GPS)技術(shù)用于自治導(dǎo)航的移動(dòng)車(chē)輛,其典型的速度1.5m/s。
2.1.2 機(jī)械手
與其他結(jié)構(gòu)相比 ,聯(lián)合結(jié)構(gòu)是有效的三維位置和方向空間。采摘機(jī)器人是一個(gè)隨機(jī)的操作空間分布,可能存在很多障礙機(jī)器人。聯(lián)合操縱與自由的多具有任意曲線擬合功能。因此很容易躲開(kāi)障礙,操作時(shí)相應(yīng)的關(guān)節(jié)效應(yīng)器到達(dá)指定的位置。因此,采摘機(jī)器人與五自由度機(jī)械手 (PRRRP)結(jié)構(gòu)安裝在自主移動(dòng)車(chē)輛設(shè)計(jì)。第一個(gè)自由度是用于提出整個(gè)機(jī)械手。Xo、Xc、Yc為攝像機(jī)坐標(biāo)系的軸。L1,L2,L3為機(jī)器人的腰,大臂和手臂。q1、q2為第三關(guān)節(jié)的腰和手臂。水平垂直。U0為平面坐標(biāo)軸,中心坐標(biāo)xg,yg，投影中心用來(lái)協(xié)調(diào)目標(biāo),按照目標(biāo)蘋(píng)果的圖像特性的差異來(lái)進(jìn)行辨別，要采摘的目標(biāo)就會(huì)出現(xiàn)在顯示器上。主要的直臂k1,k2武器的控制參數(shù)Dd，根據(jù)運(yùn)動(dòng)度的像素單元就會(huì)調(diào)整一個(gè)合適的角度。交流模擬信號(hào)A / D、數(shù)字CCD電荷裝置，D /數(shù)字模擬直流電流。要求自由度GPS全球定位系統(tǒng)目標(biāo)的的顏色,強(qiáng)度、飽和IBVS基于圖像的視覺(jué)伺服，PBVS定位視覺(jué)伺服PRRRP棱鏡的轉(zhuǎn)動(dòng) ，從而進(jìn)行判斷。中間三個(gè)自由度的旋轉(zhuǎn),其中,第二個(gè)驅(qū)動(dòng)臂設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)腰部,第三和第四的轉(zhuǎn)動(dòng)軸移動(dòng)終端上下操作符。這個(gè)自由度允許效應(yīng)器朝任意方向移動(dòng)。最后,手臂的靈活用于伸長(zhǎng), 機(jī)器人控制命令會(huì)根據(jù)實(shí)測(cè)值的誤差達(dá)到目標(biāo)位置,從而實(shí)現(xiàn)蘋(píng)果的采摘。上面的討論表明,五自由度機(jī)械手的設(shè)計(jì)應(yīng)足以執(zhí)行蘋(píng)果采摘的操作。機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖2所示。機(jī)械手的升降是通過(guò)升降平臺(tái)來(lái)進(jìn)行的,能夠應(yīng)付特殊情況下蘋(píng)果的采摘。旋轉(zhuǎn)接頭和靈活的關(guān)節(jié)是由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的。機(jī)器人機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和機(jī)械結(jié)構(gòu)如表一所示。
圖2 機(jī)械手的照片
2.1.3 實(shí)測(cè)值的誤差
效應(yīng)器機(jī)制是由生物學(xué)特性來(lái)操作目標(biāo)對(duì)象的。蘋(píng)果采摘機(jī)器人的操作對(duì)象主要是像蘋(píng)果一樣的球形。匙形效應(yīng)器(圖3所示)根據(jù)球面生物學(xué)特性而設(shè)計(jì)的水果,通過(guò)切斷莖來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
圖3 末端效應(yīng)器的圖片
效應(yīng)器包含以下部分:鉗子用于掌握水果，電動(dòng)切割裝置將蘋(píng)果從枝椏上切斷。效應(yīng)器的打開(kāi)和關(guān)閉是由一些適合快速行動(dòng)的氣動(dòng)設(shè)備,快速響應(yīng)特征效應(yīng)器的開(kāi)關(guān)控制。轉(zhuǎn)移模式實(shí)現(xiàn)能量傳遞的動(dòng)力是使用壓縮氣體壓力傳輸。蘋(píng)果根莖是安裝在夾具機(jī)制的電動(dòng)刀切斷的。蘋(píng)果被抓住時(shí),電源通過(guò)直流電使得爪刀旋轉(zhuǎn),切斷效應(yīng)器感應(yīng)到的目標(biāo)。
2.2 傳感器
非結(jié)構(gòu)性和不確定的操作特性，個(gè)體差異和隨機(jī)的操作對(duì)象的不同,使得蘋(píng)果采摘機(jī)器人應(yīng)該足夠應(yīng)對(duì)復(fù)雜的環(huán)境。在水果夾緊過(guò)程中,水果的生物學(xué)特性,包括果皮的薄和脆弱需要效應(yīng)器的高度掌控。它要求傳感器來(lái)控制高精度的把握力。此外,手臂的旋轉(zhuǎn),目標(biāo)的位置和準(zhǔn)確捕獲還需要經(jīng)過(guò)傳感器來(lái)檢測(cè)和定位。此外,為了避免損壞設(shè)備,導(dǎo)致受傷,未能確定水果、避免手臂的碰撞也需要傳感器有效的感知操作環(huán)境。
2.2.1 效應(yīng)器上的傳感器
傳感器的上的效應(yīng)器,包括攝像頭傳感器、位置傳感器、碰撞傳感器和壓力傳感器。如圖4所示。視覺(jué)傳感器,它使用高分辨率的電荷耦合裝置(CCD)攝像機(jī)，采集系統(tǒng)通過(guò)串行總線(USB)接口的視頻窗口捕獲技術(shù)形成圖像, 在完成圖像采集、水果搜索和認(rèn)可扮演一個(gè)重要角色。獲得廣泛應(yīng)用。視覺(jué)傳感器的位置是在一個(gè)眼手并用的模式。在圖4中可以看出的兩對(duì)紅外雙光電位置傳感器光電電池。此外, 傳感器的開(kāi)關(guān)位置通常是用來(lái)限制安裝在手臂上的電切刀。手臂開(kāi)始減速時(shí),效應(yīng)器通過(guò)視覺(jué)傳感器上傳來(lái)的采摘對(duì)象的圖像。手臂停了下來(lái),鉗子夾水果當(dāng)蓄電池的兩雙都是模糊的。在這一點(diǎn)上,壓力和碰撞傳感器采用力敏感電阻。當(dāng)壓力爪感到一定的壓力傳感器,電動(dòng)切割器旋轉(zhuǎn)和切斷花梗。開(kāi)關(guān)位置傳感器便會(huì)操作電切刀停止工作。碰撞傳感器用于采摘過(guò)程中躲避障礙物。模擬信號(hào)來(lái)自力敏感電阻和紅外線光電管，在工業(yè)計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)采集模塊通常是不相容的。因此,他們之間需要調(diào)制傳輸之前數(shù)據(jù)采集模擬信號(hào)。圖5顯示了傳感器信號(hào)調(diào)制電路。
圖4 末端傳感器的布局
圖5 傳感器信號(hào)的調(diào)制電路
2.2.2 傳感器為避免操作的碰撞
控制旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的角度和位置用來(lái)控制關(guān)節(jié)的靈活度?；魻杺鞲衅靼惭b在腰的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié),主要負(fù)責(zé)小手臂關(guān)節(jié)的兩端。在工作環(huán)境中,小手臂的運(yùn)動(dòng)空間大。其中位置傳感器，壓力傳感器，圖像傳感器，碰撞傳感器圖，效應(yīng)器的傳感器。圖5 為信號(hào)調(diào)制電路。
2.3 視覺(jué)系統(tǒng)
蘋(píng)果采摘機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)的關(guān)鍵成分是公認(rèn)的蘋(píng)果圖像處理方法。它影響機(jī)器人的可靠性和直接決定的能力,快速、準(zhǔn)確進(jìn)行水果識(shí)別。然而,在早期的研究中,存在一些尚未解決的問(wèn)題，低準(zhǔn)確率和時(shí)間消耗等在一定程度上限制了蘋(píng)果采摘機(jī)器人在自然環(huán)境中的實(shí)時(shí)和多任務(wù)處理能力。
為了克服這些缺點(diǎn),運(yùn)用識(shí)別視覺(jué)系統(tǒng)組成的彩色CCD相機(jī)自動(dòng)獲取原始的蘋(píng)果圖像和一個(gè)工業(yè)計(jì)算機(jī)處理圖像識(shí)別定位水果。因?yàn)楦皇刻O(píng)果在中國(guó)是最受歡迎的,我們研究集中這種多樣性。識(shí)別和定位過(guò)程如下。
首先,由于自然環(huán)境的形象采集設(shè)備使用,原始的未經(jīng)加工的蘋(píng)果圖像不可避免的包含噪聲,影響其質(zhì)量。一個(gè)向量中值濾波器應(yīng)用于圖像增強(qiáng)預(yù)處理。它不僅可以有效地去除噪聲突顯出蘋(píng)果果實(shí)的前景,也能保持良好的圖像邊緣。
其次,大多數(shù)的蘋(píng)果采摘在自然圖像條件下通常包括樹(shù)枝和樹(shù)葉讓問(wèn)題變得更加復(fù)雜。只通過(guò)傳統(tǒng)的形象分割算法,很難達(dá)到預(yù)期的效果?；陬伾狈綀D色調(diào)的統(tǒng)計(jì),強(qiáng)度飽和模型,圖像分割算法用來(lái)開(kāi)發(fā)雙閾值和區(qū)域增長(zhǎng)，從復(fù)雜的背景識(shí)別蘋(píng)果果實(shí)。色度組件是適用于提取輕色調(diào)的蘋(píng)果,這避免了不同的照明水平對(duì)圖像的影響。這種算法簡(jiǎn)單,所需的處理時(shí)間簡(jiǎn)短。
蘋(píng)果提取通過(guò)不同的特征來(lái)確定空間位置,并提供手臂相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。對(duì)于顏色特征提取,色度組件色調(diào)和飽和度,通常與顏色特征提取識(shí)別不同。然而,在我們的研究中,蘋(píng)果果實(shí)、樹(shù)枝和葉有特定形狀,及其不同的形狀是巨大的。因此,蘋(píng)果的形狀特性對(duì)于對(duì)象識(shí)別是非常重要。形狀特征的選擇規(guī)則基于旋轉(zhuǎn)不變性和規(guī)模?？紤]到蘋(píng)果果實(shí)圖像的特點(diǎn),圓形的方差,方差橢圓,圓周邊比率和正方形區(qū)域是用來(lái)描述蘋(píng)果的形狀特征輪廓。這四個(gè)特征向量與形狀特征提取。對(duì)應(yīng)的特征值的計(jì)算后,他們作為每個(gè)樣本的特征向量,用于訓(xùn)練和分類(lèi)。
最后,基于支持向量的分類(lèi)算法并建立了辨識(shí)蘋(píng)果方法。仿真和實(shí)驗(yàn)表明, 基于蘋(píng)果的顏色特征和形狀特征，支持向量機(jī)方法和徑向基函數(shù)(RBF)的內(nèi)核是對(duì)于蘋(píng)果被發(fā)現(xiàn)最好的認(rèn)可。
自走連續(xù)振動(dòng)式紅棗收獲機(jī)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 楊海斌 學(xué) 號(hào) 8011212125 所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) 16-1 指導(dǎo)老師 郭文松 日 期 2016.05 塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院制 16 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 前 言 果業(yè)是人類(lèi)生存和社會(huì)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，果業(yè)產(chǎn)業(yè)應(yīng)該是一個(gè)可持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。因而，隨 著世界性果業(yè)日益發(fā)展，尋找新的果園發(fā)展方式擺在了人們的面前。 棗業(yè)是果業(yè)中的一種，在南疆一帶種植廣泛，果園收獲作業(yè)是果園生產(chǎn)全過(guò)程中重要的 環(huán)節(jié)，棗樹(shù)收獲用工量多，勞動(dòng)強(qiáng)度大。傳統(tǒng)的人工收獲方法，每公頃需幾百個(gè)工時(shí)，占果園生 產(chǎn)過(guò)程中總用工量的50%左右，效率大大降低。因此，果園收獲機(jī)械化一直是國(guó)內(nèi)外研究工作的 重點(diǎn)。當(dāng)前，果園收獲機(jī)械化在已作為一種比較成熟技術(shù)在國(guó)外被廣泛采用，機(jī)械收獲的生產(chǎn)效 率與人工相比提高了5～10 倍，大大的提高了效率。機(jī)械采收的方法主要有振搖法和梳刷法，振 搖法是應(yīng)用最多的一種機(jī)械采收方法，是國(guó)外應(yīng)用較多、適用性較好的采收機(jī)型。然而，國(guó)內(nèi)果 園收獲主要依靠人工摘或借助簡(jiǎn)單工具采摘，林果采收機(jī)械的研究在我國(guó)仍處于起步階段，尚未 見(jiàn)比較成熟的實(shí)用機(jī)具報(bào)道。目前，隨著特色林果，尤其是紅棗等林果的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，依靠 人工采收已不能滿足產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的需要。 針對(duì)國(guó)內(nèi)尤其是果園采收機(jī)械的研究現(xiàn)狀和林果業(yè)機(jī)械化發(fā)展的新的形式及要求，研究 并設(shè)計(jì)機(jī)械振動(dòng)式林果采收機(jī)，對(duì)于發(fā)展并提高我國(guó)林果收獲機(jī)械化水平具有十分重大的意義。 關(guān)鍵詞：紅棗；收獲機(jī)；振動(dòng)式 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 目 錄 1 緒論 ........................................................................................................................................1 1.1 課題研究的目的及意義 ..................................................................................................................1 1.2 國(guó)內(nèi)外水果采摘機(jī)械的現(xiàn)狀 ..........................................................................................................1 1.3 國(guó)外現(xiàn)狀水果采摘機(jī)械的現(xiàn)狀 ......................................................................................................2 1.4 本課題需要重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問(wèn)題及解決思路 ..............................................................................2 2 總體方案擬定 ................................................................................................................................................3 2.1 方案來(lái)源 ..........................................................................................................................................3 2.2 總體方案設(shè)計(jì) ..................................................................................................................................3 3 總體計(jì)算 ..........................................................................................................................................................5 3.1 傳動(dòng)比分配 ......................................................................................................................................5 3.2 效率計(jì)算 ..........................................................................................................................................5 3.3 功率計(jì)算 ..........................................................................................................................................5 3.4 轉(zhuǎn)矩計(jì)算 ..........................................................................................................................................5 4 主要零部件設(shè)計(jì) ...........................................................................................................................................6 4.1 減速機(jī)的選擇 ..................................................................................................................................6 4.2V 帶的設(shè)計(jì)計(jì)算 ...............................................................................................................................6 4.3 帶輪計(jì)算 ..........................................................................................................................................8 4.4 滾子鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 ......................................................................................................................9 4.5 鏈輪計(jì)算 ........................................................................................................................................10 4.6 直齒圓錐齒輪計(jì)算 ........................................................................................................................11 4.7 軸的設(shè)計(jì) ........................................................................................................................................15 5 軸的校核 ........................................................................................................................................................19 5.1 按扭轉(zhuǎn)剛度條件計(jì)算 ....................................................................................................................19 5.2 校核軸的疲勞強(qiáng)度 ........................................................................................................................19 6 輔助部件 ........................................................................................................................................................21 6.1 鍵的選擇 ........................................................................................................................................21 6.2 聯(lián)軸器的選擇 ................................................................................................................................21 6.3 軸承選擇 ........................................................................................................................................21 7 總 結(jié) ...............................................................................................................................................................22 致 謝 ..................................................................................................................................................................23 參考文獻(xiàn) ...........................................................................................................................................................24 1 1緒論 1.1課題研究的目的及意義 大棗又名紅棗、干棗、棗子，起源于中國(guó)，在中國(guó)已有四千多年的種植歷史，自古以來(lái)就被 列為“五果”（桃、李、梅、杏、棗）之一。紅棗富含蛋白質(zhì)、脂肪、糖類(lèi)、胡蘿卜素、B 族維生 素、維生素 C、 維生素 P 以及鈣、磷、鐵和環(huán)磷酸腺苷等營(yíng)養(yǎng)成分。其中維生素 C 的含量在果品 中名列前茅，有維生素王之美稱(chēng)。 隨著紅棗的種植面積的增加，紅棗的機(jī)械化作業(yè)在紅棗栽培中的重要性逐漸凸顯。依據(jù)最近 幾年林果業(yè)發(fā)展的態(tài)式分析，果樹(shù)種植每年以 10%的速度遞增，由于林果業(yè)的快速發(fā)展， 各地已形成了較大的種植規(guī)模，每到收獲季節(jié)需要投入大量的勞力來(lái)完成水果采收。可以預(yù)見(jiàn)到， 再過(guò) 3～5 年，新種植的果樹(shù)進(jìn)入盛果期后，水果采收作業(yè)將會(huì)出現(xiàn)因勞動(dòng)力短缺、采收不及時(shí)， 而直接影響果品質(zhì)量和造成大量損失的問(wèn)題。這是因?yàn)椋烧且豁?xiàng)勞動(dòng)投入量很大的作業(yè)， 有些水果因成熟期不一致，需要多次采摘才能完成收獲；而有些作為鮮食或作為加工用途的果品， 因市場(chǎng)對(duì)于果實(shí)外觀要求較高，不能有碰傷、刮傷、壓裂等機(jī)械損傷，采收這些水果時(shí)必須小心 翼翼；另外，水果收獲是在離地面有 3～5 m 高的空中作業(yè)，以上原因決定了水果采摘是一項(xiàng)費(fèi)時(shí)、 費(fèi)工、費(fèi)力的作業(yè)。人工采收水果的速度緩慢，大面積發(fā)展水果種植時(shí)，必須要依靠機(jī)械化來(lái)提 高采摘效率。據(jù)有關(guān)資料介紹，有些鮮食水果的采收用工量較大，約占水果生產(chǎn)總用工量的 50% 以上，導(dǎo)致特色果品的生產(chǎn)成本過(guò)大，不能滿足向果品加工企業(yè)提供數(shù)量充足、質(zhì)量?jī)?yōu)越、價(jià)格 相對(duì)低廉的原料，這樣極不利于企業(yè)直接參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。 果園收獲作業(yè)是果園生產(chǎn)全過(guò)程中最重要的環(huán)節(jié)，林果采收勞動(dòng)強(qiáng)度大，用工量多。傳統(tǒng)的 人工采收方法，每公頃需要幾百個(gè)工時(shí)，占果園生產(chǎn)過(guò)程中用工量的 50%左右，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且成本 高。目前，隨著特色林果，尤其是紅棗等林果的規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，依靠人工采收的方式 已不能滿足紅棗等產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的需要。 針對(duì)我國(guó)尤其是林果采收機(jī)械的研究現(xiàn)狀和林果業(yè)機(jī)械化發(fā)展的新形式要求，研究設(shè)計(jì) 機(jī)械振動(dòng)式林果采收機(jī)，對(duì)提高我國(guó)林果收獲機(jī)械化水平具有重要意義。 1.2 國(guó)內(nèi)外水果采摘機(jī)械的現(xiàn)狀 上世紀(jì) 80 年代我國(guó)開(kāi)始林果機(jī)械化收獲研究，張克孝教授先后采用梳刷和振動(dòng)的原理對(duì)黑加 侖進(jìn)行機(jī)械采收的試驗(yàn)研究；王業(yè)成采用振動(dòng)采收裝置對(duì)黑加侖進(jìn)行收獲試驗(yàn)；寧夏固原地區(qū)農(nóng) 機(jī)所研制了手工沙棘采收器。寧夏農(nóng)林科學(xué)院研制的枸杞采摘機(jī)；內(nèi)蒙古自治區(qū)園藝科學(xué)研究所 研究了噴灑 40%乙烯利溶劑的沙棘化學(xué)采收法；內(nèi)蒙古林業(yè)研究院應(yīng)用氣吸式小林果采收裝置進(jìn) 行氣吸采收。這些方法可在一定程度上提高工效、改善采收條件，但采收效率低，果樹(shù)損傷嚴(yán)重。 2009 年，農(nóng)墾科學(xué)院機(jī)械裝備研究所研制 4YS-24 型紅棗收獲機(jī)，采用抱搖式收獲方法，適 于收獲樹(shù)高 3 m 以上的棗樹(shù)，采凈率 91.5%；2010 年農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所研制了手 持式振動(dòng)林果收獲機(jī)，采用樹(shù)枝振動(dòng)式收獲方法，采凈率≥85%；時(shí)代沃林推出的果樹(shù)振動(dòng)采收機(jī) ZTM-02，采用抱搖式收獲方法，適用于各類(lèi)堅(jiān)果和表皮不易破損的鮮果進(jìn)行收獲。 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 1.3 國(guó)外現(xiàn)狀水果采摘機(jī)械的現(xiàn)狀 20 世紀(jì) 60 年代，國(guó)外開(kāi)始林果機(jī)械化收獲研究，根據(jù)收獲機(jī)械所用動(dòng)力不同，主要有氣力 式和機(jī)械式。氣力式分為：氣吹和氣吸式，振動(dòng)式根據(jù)激振位置不同分為：樹(shù)桿、樹(shù)枝和樹(shù)冠振 動(dòng)式。氣力式振動(dòng)收獲：Whitney J D 和 Wheaton T A 通過(guò)氣力式振動(dòng)采收機(jī)對(duì)噴灑落果劑的 Valencia 柑橘進(jìn)行試驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn)：該方法的采收率很低，且氣力式振動(dòng)采收機(jī)相對(duì)于人工采摘， 柑橘減產(chǎn) 16%。樹(shù)桿振動(dòng)式收獲： Whitney and Wheaton 使用 FMC-4000 抱搖式振動(dòng)收獲機(jī)對(duì)噴灑 落果劑的柑橘進(jìn)行試驗(yàn)，振動(dòng)時(shí)間 3～7s，收獲率在 90%以上，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)機(jī)采比人工采摘的柑 橘減產(chǎn) 10％。樹(shù)枝振動(dòng)式收獲：Mateev L.M.et al.認(rèn)為采收工作部件撞擊櫻桃樹(shù)枝的沖擊力為隨機(jī) 函數(shù)，在不同工作參數(shù)下建立了櫻桃振動(dòng)采收數(shù)學(xué)模型，在櫻桃田間采收試驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與該 模型預(yù)測(cè)結(jié)果的相關(guān)系數(shù)約為 0.99。樹(shù)冠振動(dòng)式收獲：韓國(guó)忠南國(guó)立大學(xué) S.W.Lee etal.對(duì)紅棗的 物理力學(xué)特性研究，研究基于樹(shù)冠振動(dòng)的采收裝置，激振頻率 7.7 Hz，試驗(yàn)時(shí)間 3 s，成熟紅棗采 收率達(dá)到 95.8%。 綜上所述，國(guó)外沒(méi)有可以引進(jìn)消化吸收的矮化密植紅棗收獲機(jī)，兵團(tuán)以及國(guó)內(nèi)林果業(yè)機(jī) 械化發(fā)展步伐緩慢，國(guó)內(nèi)林果收獲機(jī)研制也沒(méi)有提供相應(yīng)的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，林果業(yè)生產(chǎn)過(guò)程機(jī)械化 作業(yè)大部分尚處于空白階段。為了應(yīng)對(duì)矮化密植紅棗種植面積迅猛增長(zhǎng)帶來(lái)的收獲難題，國(guó)內(nèi)自 主研制其收獲機(jī)械裝備勢(shì)在必行。 1.4本課題需要重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問(wèn)題及解決思路 矮化密植紅棗棗樹(shù)枝干比較細(xì)，且不會(huì)太高。因此，在進(jìn)行機(jī)械化采收的時(shí)候還要特別主要 的是對(duì)棗樹(shù)枝干的保護(hù)，就是敲擊強(qiáng)度不宜過(guò)大，同時(shí)，還要保證采凈率。因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中 要注意機(jī)械采摘過(guò)程中對(duì)棗樹(shù)枝干的保護(hù)等問(wèn)題。 通過(guò)資料的查詢和實(shí)際的測(cè)量，同時(shí)還有指導(dǎo)老師的指導(dǎo)，可以總結(jié)出該矮化密植紅棗收獲 機(jī)設(shè)計(jì)要求為：工作寬度小，易移動(dòng)，采摘過(guò)程對(duì)樹(shù)枝和果實(shí)的損傷小。經(jīng)借鑒采用連續(xù)旋轉(zhuǎn)的 方式敲擊樹(shù)枝，敲擊棒為橡膠材質(zhì)，盡量減少對(duì)樹(shù)枝的損傷。 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 2 總體方案擬定 2.1 方案來(lái)源 門(mén)式高架采果機(jī)：用成排的指桿式橡膠敲擊棒在液壓系統(tǒng)操縱下做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，敲打果枝，使 果實(shí)脫落，適用于采收成行的矮化果樹(shù)。如圖 2-1 所示： 12345 1 操縱臺(tái) 2 槳葉 3 振動(dòng)器 4 輸送帶 5 承接導(dǎo)向器 圖 2-1 門(mén)式高架采果機(jī) 2.2 總體方案設(shè)計(jì) 1 收果架 2 鋼架輪 3 鋼架 4 軸承端蓋 5 螺釘 6 軸承 7 敲擊棒 8 聯(lián)軸器 9 螺栓 10 墊片 11 螺母 12 軸承座 13 鏈輪 14 大帶輪 15 錐齒輪 16 鏈條 17 帶 18 小帶輪 圖 2-2 總體方案圖 總體方案圖如圖 2-2 所示，以發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出軸為動(dòng)力，動(dòng)力輸出軸以聯(lián)軸器與減速機(jī)相連 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 接，將動(dòng)力遞給減速機(jī)，帶動(dòng)減速機(jī)旋轉(zhuǎn)，減速機(jī)輸出軸以聯(lián)軸器與小皮帶輪相連接，小皮帶輪 通過(guò)皮帶與大皮帶輪相連接，將動(dòng)力傳遞給大皮帶輪，實(shí)現(xiàn)大皮帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，皮帶應(yīng)用張緊輪張 緊，并采用防護(hù)罩，以防止灰塵。大皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)同軸連接鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng) 鏈輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)其余兩軸兩個(gè)從動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)同軸相連接錐齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò) 錐齒輪的變向作用，將豎直平面的運(yùn)動(dòng)改為水平平面的運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)連接有橡膠敲擊棒的軸旋 轉(zhuǎn)，以固定頻率樹(shù)枝，使果實(shí)下落，下面放有接果盤(pán)，用以收集果實(shí)，收集完果實(shí)后用風(fēng)扇吹去 落葉，在進(jìn)行其他方式除雜工作，最后完成對(duì)紅棗的收集過(guò)程。在收集的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)注意工作寬 度小，易移動(dòng)，采摘過(guò)程對(duì)樹(shù)枝和果實(shí)的損傷小，鏈輪潤(rùn)滑等要求。 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 3 總體計(jì)算 3.1 傳動(dòng)比分配 選擇轉(zhuǎn)速為 540 r/min 后動(dòng)力輸出軸，執(zhí)行機(jī)構(gòu)敲擊棗樹(shù)的頻率為 60 r/min，傳動(dòng)比為 9:1，綜 合考慮各個(gè)因素，分配傳動(dòng)比為減速機(jī) 6:1，大帶輪與小帶輪傳動(dòng)比為 1.5:1，鏈輪傳動(dòng)比為 1:1， 錐齒輪傳動(dòng)比為 1:1。 3.2 效率計(jì)算 η =0.99，每對(duì)滾動(dòng)軸承 η =0.98，η =0.96，η =0.9，η =0.92聯(lián) 軸 器 滾 動(dòng) 軸 承 帶 鏈 條 錐 齒 輪 η =0.85，η =0.9發(fā) 動(dòng) 機(jī) 減 速 器 3.3 功率計(jì)算 選擇型號(hào) 4BTA3.9-C100-II 發(fā)動(dòng)機(jī)，故功率 P 為 25×0.735Kw=18.375 kW 動(dòng)力輸出軸功率 P =P×η ≈15.62 kW動(dòng) 力 輸 出 軸 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 輸入減速機(jī)功率 P = P ×η ≈15.46 kW輸 入 動(dòng) 力 輸 出 軸 聯(lián) 軸 器 小帶輪軸功率 P = P ×η ≈13.91 kW小 帶 輪 輸 入 減 速 器 大帶輪軸功率 P =P ×η ×η ≈13.09 kW大 帶 輪 小 帶 輪 帶 滾 動(dòng) 軸 承 上錐齒輪 1 軸功率 P =P ×η ×η ≈11.53 kW1錐 大 帶 輪 滾 動(dòng) 軸 承 鏈 條 上錐齒輪 2 軸功率 P =P ×η ×η ×η ≈9.35 kW2錐 錐 滾 動(dòng) 軸 承 鏈 條 錐 齒 輪 下錐齒輪 3 軸功率 P =P ×η ×η ≈10.17 kW3錐 1錐 滾 動(dòng) 軸 承 錐 齒 輪 下錐齒輪 4 軸功率 P =P ×η ×η ≈8.42 kW4錐 2錐 滾 動(dòng) 軸 承 錐 齒 輪 3.4 轉(zhuǎn)矩計(jì)算 額定轉(zhuǎn)矩 T =9550×P /n ≈276.07 N·md動(dòng) 力 輸 出 軸 m 輸入減速機(jī)轉(zhuǎn)矩 T =T ×η ≈273.31 N·m減 速 機(jī) 聯(lián) 軸 器 小帶輪軸轉(zhuǎn)矩 T =T ×η ×i≈1495.85N·m小 帶 輪 減 速 機(jī) 減 速 器 大帶輪軸轉(zhuǎn)矩 T =T ×η ×η ×η ×i≈2100.87 N·m大 帶 輪 小 帶 輪 帶 滾 動(dòng) 軸 承 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 上錐齒輪 1 軸轉(zhuǎn)矩 T =T ×η ×η ≈1861.79 N·m1錐 大 帶 輪 滾 動(dòng) 軸 承 鏈 條 上錐齒輪 2 軸轉(zhuǎn)矩 T =T ×η ×η ×η ≈1510.73N·m2錐 錐 滾 動(dòng) 軸 承 鏈 條 錐 齒 輪 下錐齒輪 3 軸轉(zhuǎn)矩 T =P ×η ×η ≈ 1678.59 N·m3錐 1錐 滾 動(dòng) 軸 承 錐 齒 輪 下錐齒輪 4 軸轉(zhuǎn)矩 T = P ×η ×η ≈1362.07 N·m4錐 2錐 滾 動(dòng) 軸 承 錐 齒 輪 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 4 主要零部件設(shè)計(jì) 4.1 減速機(jī)的選擇 通過(guò)查閱相關(guān)材料，決定采用擺線減速機(jī)。 擺線減速機(jī)特點(diǎn)為：傳動(dòng)比大；傳動(dòng)效率高，一般一級(jí)傳動(dòng)效率為 90%～95% ；結(jié)構(gòu)緊湊， 體積小，重量輕，體積和普通圓柱齒輪減速機(jī)相比可減小 1/2～2/3 ；故障少，壽命長(zhǎng)。運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn) 可靠；拆裝方便，容易維修；過(guò)載能力強(qiáng)，耐沖擊，慣性力矩小，適用于起動(dòng)頻繁和正反轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn) 的特點(diǎn)。選用單級(jí)臥式擺線針減速機(jī) X6 型，傳動(dòng)比為 6:1。 其中 Z1=352 mm，M=335 mm，W=430 mm，H=423 mm，H1=200 mm ，F(xiàn)=30 mm，P=275 mm，Q=380 mm，T=34 mm，N=4 mm，G=22 mm，B=18 mm，C=69 mm ，D=35 mm，L=87 mm，b1=10 mm ，c1=38 mm，d1=35 mm,l1=25 mm，Z=202 mm。 三維圖如圖 4-1 所示： 圖 4-1 減速機(jī)三維圖 4.2V 帶的設(shè)計(jì)計(jì)算 （1）條件給定 已知：小帶輪轉(zhuǎn)速 n =90 r/min，大帶輪轉(zhuǎn)速 n =60 r/min。1 2 減速機(jī)輸出功率 P=13.91 kW。 （2）設(shè)計(jì)功率 P d P = K ×P=1.2×13.91= 16.7 kW (4-1)dA K —工況系數(shù)，取 K =1.3。AA （3）選擇 V 帶型號(hào) 由 P =16.7kW，小帶輪轉(zhuǎn)速 n =90 r/min，選 D 型帶。d 1 （4）傳動(dòng)比 i 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 i=n /n =90 r/min/60 r/min=1.5 (4-2)12 （5）求大小帶輪基準(zhǔn)直徑 ，d 1）小帶輪的基準(zhǔn)直徑 1 由表 8-4，取小帶輪的基準(zhǔn)直徑 =400 mm。1d 2）大帶輪的基準(zhǔn)直徑 2d =i =1.5×400=600 mm (4-3)2d1 取為 600 mm。2d =600 mm（雖使 n 略有減小，但其范圍小于 5％，允許） 。Ⅰ （6）驗(yàn)算帶速 V V= m/s< =25～30 m/s (4-4)8.10694106????md maxv （7）求 V 帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度 L 和中心距 ad 初步選取中心距取 a 0 因 0.7（ + ）＜a ＜2( + )，1d21d2 故 700＜a ＜2000 mm，取 a =1500 mm。00 基準(zhǔn)長(zhǎng)度 L d =2a +?0 150463102542 202121 ???????? ）（）（）（）（ ??add ≈3777 mm (4-5) 對(duì) D 型帶選用 L =4000 mm，計(jì)算實(shí)際中心距d a≈a + 1611.5 mm=1612 mm (4-6)0??20dL （8）驗(yàn)算小帶輪包角 α1 由式得 α=180° ，合適。 (4-7)???????12089.73.512ad （9）求 V 帶根數(shù) z z= (4-8) lcKP?)(0?? 根據(jù) n =960 r/m， =100 mm 和 D 型帶。11d 由表 8-4，取單根 V 帶額定功率 P =3.66 kW。0 由表 8-5，取 V 帶額定功率增量 =0.24 kW。 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 由 α = ，查表 8-6，可知包角修正系數(shù) K =0.99。1?89.72? 取帶長(zhǎng)修正系數(shù) K =0.91，由此可得l Z=4.75，取 5 根。 （10）求作用在帶輪軸上的壓力 ??min?F 取 D 型帶單位長(zhǎng)度質(zhì)量 q=0.620 kg/m， 故單根 V 帶的張緊力 = (4-9)??min???2d5.20qvzkp??? = N81.764.198.19.76502??? 應(yīng)使帶的實(shí)際初拉力 F ＞（F ） 。min （11）作用在軸上的壓力 =2z sin =7633.45 N (4-10)??minpin? 289.17sin8.7652 ????? =3z sin =11450 NaxpF??min? .i.3 ? 4.3 帶輪計(jì)算 （1）小帶輪計(jì)算 帶輪材料為 HT150，采用輪輻式帶輪。 由帶輪計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式可得 d =（1.8～2)d，d 為軸的直徑為 65 mm，取 d =120 nn。1 1 H =290 式中 z 為輪輻數(shù)取為 4，P 為傳遞功率為 16.7 kW，轉(zhuǎn)數(shù)為 90 r/min,3anPa 故 h =104.2mm≈104 mm.。1 h =0.8h =83.36≈83 mm b =0.4h =41.68 mm≈42 mm b =0.8b =33.34 mm≈33 mm2 1 21 L=(1.5～2)d=97.5 mm～130 mm，取為 100 mm，由于 B<1.5d，L=B=100 mm，f =0.2h2 f =0.2h =16.72 mm≈17 mm12 輪槽截面尺寸表示如表 4-1 所示： 表 4-1 輪槽截面尺寸(mm) 槽型 b h h e dminaminf minf D 27.0 8.1 19.9 37 0.6 23? （2）大帶輪計(jì)算 帶輪材料為 HT150，采用輪輻式帶輪。 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 由帶輪計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式可得： d =（1.8～2)d，d 為軸的直徑為 76 mm，取 d =140 mm。1 1 H =290 式中為輪輻數(shù)取為 6，P 為傳遞功率為 16.7kW，轉(zhuǎn)數(shù)為 60r/min。3anzP 故 h =104.2mm≈104 mm。1 h =0.8h =84 mm b =0.4h =42 mm b =0.8b =34 mm2 1 21 L=(1.5～2)d=114 mm～152 mm，取為 125 mm，由于 B=9，推薦 z =29-2i=273 （3）大鏈輪齒數(shù) z 4 z =iz =27<=12043 （4）設(shè)計(jì)功率 P d P =K PdA K -工況情況，取為 K =1。A P-傳遞功率，可得 P =K P=8.61 kW。d （5）特定條件下單排鏈條傳遞功率 P 0 P =P /K K (4-12)dZp K -小鏈輪齒數(shù)系數(shù)，取為 1.34。Z K -排數(shù)系數(shù)，取為 1，故 P =6.42kW。p 0 （6）鏈條節(jié)距 p 由 P =6.42 kW，n =90 r/min，選擇單排 A 型滾子鏈，ISO 鏈號(hào)為 20A，節(jié)距 p=31.75 mm。03 （7）驗(yàn)算小鏈輪軸孔直徑 d k d <=dkmax 其中 d 為鏈輪軸孔最大許用直徑，取為 152 mm。k 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 （8）初定中心距 a 0 一般 a =（30～50）p0 952.5 mm<=a <=1587.5 mm0 （9）以節(jié)距計(jì)的初定中心距 a p0 a =a /p≈50p0 （10）鏈條節(jié)數(shù) L p L p= (4-13)ppakz0043/21?）（ ≈ 128 節(jié) k 取為 0.025。 （11）鏈條長(zhǎng)度 L L=L p/1000≈4.03 mp （12）計(jì)算中心距 a c 當(dāng) z =z =z 時(shí)， a =p/2（L -z）≈1600 mm12p （13）實(shí)際中心距 a a=a -Δa=1596.8～1596.3 mmc 一般 Δa=（0.002～0.004）a =3.2～6.4 mmc 垂度 f =（0.01～0.020a =16～32 mmp （14）鏈條速度 V=z n 3p/60000≈0.23 mm （15）有效圓周力 F =1000P/v≈37434 N (4-14)c （16）在軸上的力 水平傳動(dòng) F=(1.15～1.2)F K ≈43050～44920 NtA 4.5 鏈輪計(jì)算 滾子鏈鏈輪齒槽形狀，如表 4-2 所示： 表 4-2 滾子鏈鏈輪鏈輪齒槽形狀(mm) 計(jì) 算 公 式 名稱(chēng) 符號(hào) 最小齒槽形狀 最大齒槽形狀 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 齒側(cè)圓弧半徑 滾子定位半徑 滾子定位角 eri α 62.94 9.09 116.67° 130.896 9.27 136.67° 滾子鏈鏈輪主要尺寸如下： （1）分度圓直徑 d =274 mm (4-15) )180(sinzpd? （2）齒頂圓直徑 a 286 mm (4-16)???1min)6.(dzpa 296 mm?x25.1d （3）齒根圓直徑 fd 256 mm (4-17)?1f （4）齒高 ah 7 mm (4-18)??)(5.01mindpha 12 mm (4-19)??z/8.62.x （5）確定的最大軸凸緣直徑 gd 246 mm (4-20)??76.04.18cot2hzp ? -鏈板高度，取為 25 mm。2h 滾子鏈鏈輪軸向齒廓尺寸如表 4-3 所示： 表 4-3 滾子鏈鏈輪軸向齒廓尺寸（mm） 名 稱(chēng) 符 號(hào) 計(jì) 算 結(jié) 果 齒寬 齒側(cè)倒角 齒側(cè)半徑 齒全寬 內(nèi)節(jié)內(nèi)寬 排數(shù) 1fb公 稱(chēng)a公 稱(chēng)xrfn1b19 4.1275 31.75 19 見(jiàn)教材機(jī)械設(shè)計(jì)表 9-1，取為.20 1 4.6 直齒圓錐齒輪計(jì)算 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 圖 4-2 錐齒輪尺寸圖 已知：兩個(gè)錐齒輪轉(zhuǎn)數(shù)均為 60 r/min，即 n =n =60 r/min。56 （1）齒形角 α、齒頂高系數(shù) 、頂系系數(shù) c 、螺旋角 β*ah* 齒形角 α=20° 齒頂高系數(shù) =1 頂系系數(shù) c =0.2 螺旋角 β=0° （2）大端端面模數(shù) m 直齒錐齒輪所傳遞的轉(zhuǎn)矩 = = N·mm (4-21)nPT 510.9??6053.1.9?6108 材料選擇兩齒輪材料為 45 號(hào)鋼調(diào)質(zhì)，取為 7 級(jí)精度，初取 m=5 mm。 （3）設(shè)計(jì)計(jì)算 m 1）由設(shè)計(jì)計(jì)算公式可得 (4-22)325][1).01( 4FRSaFuzYKT????? m-模數(shù) K-載荷系數(shù) T-轉(zhuǎn)矩 Y -齒形系數(shù) Y -應(yīng)力矯正系數(shù) -齒形系數(shù)FaSaR? -小齒輪齒數(shù) u-傳動(dòng)比 [ ]-彎曲疲勞極限5z? （4）確定各個(gè)參數(shù)計(jì)算值 彎曲疲勞強(qiáng)度系數(shù) K =K =0.95。1FN2 齒輪的彎曲疲勞極限取為 380MPa，取彎曲疲勞安全系數(shù)為 S=1.2，由式 ，SKFNF??][ 可得 =300 MPa。][F? K=K K K KVA?? K -動(dòng)載系數(shù) K -使用系數(shù) K -齒間載荷分配系數(shù) K -齒向載荷分布系數(shù)A?F?F 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 取 K =1.5。A 由低一級(jí)精度的精度線及 ，得 K =1。mvV 齒間載荷分配系數(shù) K =K =1，齒向載荷分配系數(shù) K =K =1.5K 。?FH?FHbe? 其中 K -軸承系數(shù)，取為 1.25，K =K =1.5K =11.875。beH? ?FHbe K=K K K K =2.815，齒寬系數(shù) Φ =1/4～1/3 ，取 Φ =1/3。VA?F?RR 由 29，δ=45°，可知 z =41。?65z 15vcos/??26cs/z 齒形系數(shù) Y =2.4，應(yīng)力矯正系數(shù) Y =1.37。FaSa 故由 ≈5.52mm，由 GB/T12368-1990 標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)表，可知325][1).01( 4FRFauzTm????? m=6 （5）齒數(shù)比 u u=n /n =60 r/min / 60 r/min=1 (4-23)56 （6）齒數(shù) z 通常 z =16～30 。不產(chǎn)生根切的齒數(shù) z =2 cosδ/sin α≈41 齒。初步選取最小齒數(shù)為5 min*ah2 29。當(dāng)分度圓確定以后，再選取最小齒數(shù)。 （7）變位系數(shù) x 、x 12 x =0，x =0。12 （8）節(jié)錐角 δ = =45° δ =90°-δ =45° (4-24)1?cosin??u21 （9）分度直徑 d d =mz =174 mm d =mz =174 mm56 （10）錐距 R R= = ≈123 mm (4-25)15cos2?d26 （11）齒寬系數(shù) Φ R Φ =1/4～1/3，取 Φ =1/3。R （12）齒寬 b b=Φ R=41 mm，b 不大于 10 m，即 b>S=1.5，故符合要求。??2??S 鏈輪中間為危險(xiǎn)截面可依照大帶輪中間截面計(jì)算公式進(jìn)行校核，得到 8.8>1.5 (5-7)??2??S 故符合要求。 綜上所述，軸符合要求，可滿足工作需要。 6 輔助部件 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 6.1 鍵的選擇 平鍵具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆簡(jiǎn)單，對(duì)中性好等優(yōu)點(diǎn)選擇 A 型平鍵。 大帶輪鍵的選擇：大帶輪軸直徑為 76 mm，選擇 b×h 為 22 mm×14 mm 鍵，長(zhǎng)度為 110 mm. 鏈輪輪鍵的選擇：當(dāng)鏈輪軸直徑為 76 mm，選擇 b×h 為 22 mm×14 mm 鍵，長(zhǎng)度為 90 mm， 直徑為 72 mm，選擇 b×h=20 mm×12 mm，長(zhǎng)為 90 mm。 錐齒輪間的選擇：當(dāng)鏈輪軸直徑為 80 mm，選擇 b×h 為 22 mm×14 mm 鍵，長(zhǎng)度為 70 mm， 直徑為 70 mm，選擇 b×h=20 mm×12 mm，長(zhǎng)為 70 mm。 6.2 聯(lián)軸器的選擇 已知：由功率 P=15.62 kW， n=540 r/min，軸頸為 35 mm 選擇聯(lián)軸器。 （1）類(lèi)型選擇 為了隔離振動(dòng)與沖擊，選擇彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器。 （2）載荷計(jì)算 公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩 ≈324.965 N·m (6-1)nPT 510.9?? 取 =2.0，故由計(jì)算公式可得AK =649.93 N·m (6-2)KAca （3）型號(hào)選擇 選擇 LX3 型聯(lián)軸器，許用轉(zhuǎn)矩為 1250 N·m，極限轉(zhuǎn)速 4700 r/min，軸徑在 30 mm～48 mm 之 間，故合用。 由功率 P=15.62 kW，n=540 r/min，軸頸為 35 mm 選擇聯(lián)軸器。 6.3 軸承選擇 選擇深溝球軸承與角接觸球軸承分別主要承受徑向與軸向載荷， 大帶輪安裝軸承的直徑為 90 mm， ，選擇 6018 深溝球軸承。 基本參數(shù)：d=90 mm，D=140 mm，B=24 mm。 錐齒輪軸安裝軸承的直徑為 80mm，選擇 6016 深溝球軸承。 基本參數(shù)：d=80 mm，D=125 mm，B=22 mm。 下錐齒輪安裝軸承的軸直徑為 80 mm，選擇 7016AC 角接觸球軸承。 基本參數(shù)：d=80 mm，D=125 mm，B=24 mm。 （注：以上公式均來(lái)源于機(jī)械設(shè)計(jì)課本） 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 7 總 結(jié) 畢業(yè)論文是本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì)，現(xiàn)將設(shè)計(jì)總結(jié)如下： （1）自走式紅棗收獲裝置相對(duì)其他收獲機(jī)，具有對(duì)棗樹(shù)木損傷小，成本低等優(yōu)點(diǎn)。 （2）自走式紅棗收獲機(jī)的應(yīng)用可以充分利用機(jī)械運(yùn)動(dòng)進(jìn)行收獲，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，在采摘速度上人工采摘有了顯著的提高。 （3）通過(guò)在實(shí)驗(yàn)田地的收獲觀察，了解到振動(dòng)棒對(duì)棗樹(shù)有一定的損傷，所以應(yīng)控制振動(dòng)棒的 振動(dòng)頻率在合適的范圍內(nèi)。 （3）本次設(shè)計(jì)仍有很多缺點(diǎn)，發(fā)展矮化密植紅棗采收裝置仍然很多內(nèi)容需要探索。 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 致 謝 本畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成，首先得感謝指導(dǎo)教師的悉心指導(dǎo)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)這段時(shí)間里，為我創(chuàng)造了 良好學(xué)習(xí)環(huán)境，提供了發(fā)展機(jī)會(huì)。不僅教會(huì)我很多的專(zhuān)業(yè)技能，也在工作方式、治學(xué)態(tài)度上言傳 身教，尤其是在多次修改設(shè)計(jì)圖的過(guò)程中他以極大的耐心幫助修改我的設(shè)計(jì)，使我深受感動(dòng)，同 時(shí)感謝所有教導(dǎo)過(guò)我、幫助過(guò)我的老師，正是因?yàn)樗麄兌嗄陙?lái)孜孜不倦的教誨才使得我的專(zhuān)業(yè)技 能有很大的提高。 大學(xué)四年學(xué)習(xí)時(shí)光已經(jīng)接近尾聲，在此我想對(duì)我的母校，我的老師和同學(xué)們表達(dá)我由衷的謝 意。感謝我的母校給了我在大學(xué)的本科四年深造機(jī)會(huì)，讓我能繼續(xù)學(xué)習(xí)和提高。大學(xué)四季如歌的 校園，美麗如詩(shī)的風(fēng)景都深深的留在了我的記憶里。 最后，衷心的感謝機(jī)械電氣化工程學(xué)院的每位老師，謝謝你們?cè)趯W(xué)習(xí)上、生活中給予我的關(guān) 心與支持。衷心祝愿塔里木大學(xué)的明天更加美好！ 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 參考文獻(xiàn) [1]成大先.《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 單行本 液壓傳動(dòng)》.化學(xué)工業(yè)出版社， 2004: 311-317. 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