葡萄采摘機的設(shè)計【葡萄采摘收獲機】【說明書+CAD+SOLIDWORKS+仿真】

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[2]王秋錦.法國用機器收獲葡萄情況[J].拖拉機與農(nóng)業(yè)機械，1980，11:62-65. [3]劉瑩，吳宗澤.機械設(shè)計教程[M].2版.北京:機械工業(yè)出版社，2007. [4]孫桓，陳作模，葛文杰，西北工業(yè)大學(xué)機械原理與機械零件教研室.機械原理[M].8版.北京:高等教育出版社，2013. [5]大連理工大學(xué)工程圖學(xué)教研室.機械制圖[M].6版.北京:高等教育出版社，2007. [6]孔曉玲.公差與測量技術(shù)[M].北京:北京大學(xué)出版社，2009. [7]哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室.理論力學(xué)[M].I.7版.北京:高等教育出版社，2009. [8]單輝祖.材料力學(xué)[M].3版.北京:高等教育出版社，2009. [9]海力力，沙比提·扎克爾.4PCQ-1型葡萄采摘器.農(nóng)機化[J].2002，25(4)：52-53. 任務(wù)下達人（簽字） 年 月 日 任務(wù)接受人意見 接受 任務(wù)接受人簽名 宋曉雪 2015年 10 月 14 日 注：1、此任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫，任務(wù)下達人為指導(dǎo)教師。 2、此任務(wù)書須在學(xué)生畢業(yè)實踐環(huán)節(jié)開始前一周下達給學(xué)生本人。 3、此任務(wù)書一式三份，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）開題報告 課題名稱 葡萄采摘機的設(shè)計 學(xué)生姓名 宋曉雪 學(xué) 號 8011212240 所屬學(xué)院 機械電氣化工程學(xué)院 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 機械16-2 指導(dǎo)教師 孟煒 起止時間 2015/10/15-2016/6/2 機械電氣化工程學(xué)院教務(wù)辦制 填 表 說 明 一、學(xué)生撰寫《開題報告》應(yīng)包含的內(nèi)容： 1、本課題來源及研究的目的和意義； 2、本課題所涉及的問題在國內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀及分析； 3、對課題所涉及的任務(wù)要求及實現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析； 4、本課題需要重點研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路； 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度計劃； 7、主要參考文獻（不少于7篇）。 二、本報告必須由承擔(dān)畢業(yè)論文（設(shè)計）課題任務(wù)的學(xué)生在接到“畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書”的兩周內(nèi)獨立撰寫完成，并交指導(dǎo)教師審閱。 三、開題報告要求手寫體，字數(shù)在3000字以上，由學(xué)生在本報告冊內(nèi)填寫，頁面不夠可自行添加A4紙張。 四、每個畢業(yè)論文（設(shè)計）課題須提交開題報告一式三份，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。 開題報告正文 1 本課題來源及研究的目的和意義 1.1課題來源 貿(mào)易額已超過230億美元的果品在全球也只有葡萄產(chǎn)業(yè)，遠遠超過了其他果品，是名副其實的高效產(chǎn)業(yè)。葡萄生產(chǎn)以幾個發(fā)達國家為主，產(chǎn)量和種植面積分別占全球65.6%、70.7%[1]。近10年來，我國鮮食葡萄進口位居第10位，年進口量達8萬t以上，價值9062.9萬美元，而葡萄出口量僅1.8萬t，占世界葡萄出口量的0.58%，出口值781.5萬美元，價格不足世界出口平均價的1/2【1】，國內(nèi)外鮮食葡萄采摘沒有機械化，依然依靠人工，或者一些簡單的機械，葡萄采摘機器人停留在機器人視覺系統(tǒng)研究階段。我國葡萄生產(chǎn)發(fā)展迅速，尤其，依托優(yōu)勢資源，大力發(fā)展特色產(chǎn)業(yè)，葡萄產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展，種植面積、產(chǎn)量、深加工能力大幅提高。 葡萄的收獲是葡萄生產(chǎn)過程中的非常重要的一個環(huán)節(jié)，目前我國葡萄產(chǎn)業(yè)的機械化采收主要體現(xiàn)在釀酒葡萄上，在采摘成串葡萄上機械沒有普及，并存在下面幾個問題： （1） 采收成串葡萄完全依靠人手，勞動強度大、生產(chǎn)效率低； （2） 收獲季節(jié)與棉花、番茄等經(jīng)濟作物收獲期重疊，導(dǎo)致雇傭工困難； （3） 采收成串葡萄所用農(nóng)業(yè)機器人，不能很好的節(jié)省人力，難以普及； 1.2研究目的 為了使我國的葡萄貿(mào)易額進一步的提高，葡萄產(chǎn)業(yè)鏈中的采收環(huán)節(jié)遇到問題亟需解決，本課題提出的葡萄采摘機以達到以下目的： （1） 采收依靠機械，降低人的勞動強度，提高生產(chǎn)效率； （2） 解決收獲季節(jié)與棉花、番茄等經(jīng)濟作物收獲期重疊，導(dǎo)致雇傭工困難的問題； （3） 降低采摘機器各項成本，促進我葡萄產(chǎn)業(yè)的發(fā)展； 1.3 研究意義 任何產(chǎn)業(yè)要實現(xiàn)產(chǎn)能大幅的提高，機械化是避免不了的，葡萄產(chǎn)業(yè)中的采收環(huán)節(jié)實現(xiàn)機械化意義在于： （1） 體現(xiàn)了人類社會的進步，效率更高； （2） 體現(xiàn)了人類科技的積淀已滲透到生活的方方面面，使人類的生活更加舒適； 2 本課題所涉及的問題在國內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀及分析 2.1 國外葡萄采摘機的研究現(xiàn)狀及分析 2.1.1 美國 在美國，葡萄機械化應(yīng)用在釀酒葡萄上，采收的葡萄成顆粒狀，收獲作業(yè)試驗開始于1952年的美國加利福尼亞州，1963年建成了第一臺商業(yè)化的葡萄收獲機，1965年對該機進行了改進。目前對鮮食葡萄的采摘機械，停留的機器人視覺系統(tǒng)-葡萄采摘點控制方法的理論階段。 2.1.2 法國 在法國，法國從拖拉機到與之配套的栽植、剪枝、整形、施肥、施藥、采收、包裝、運輸?shù)染邢鄳?yīng)的作業(yè)機械，其葡萄采收機械每年生產(chǎn)量較大，出口較多，與美國的機械相同也是振動分離式釀酒葡萄收獲機，目前對鮮食葡萄的采摘機械，沒有制造出采摘鮮食葡萄機器人[2]。 2.1.3 紐荷蘭 在紐荷蘭， Braud 9080L釀酒葡萄葡萄收獲機，在沈陽展會展出，是全天候生產(chǎn)設(shè)計機型，其工作涵蓋從預(yù)修剪和葡萄收貨各個環(huán)節(jié)，為中國的葡萄酒業(yè)提供更加強大的支撐和動力，為用戶提供高質(zhì)量的收貨狀態(tài)，節(jié)約種植成本。 2.2 國內(nèi)葡萄采摘機的研究現(xiàn)狀 近年來，我國大學(xué)對葡萄采摘機開展了大量的研究工作，最早的機械采摘方法是采用機械振搖式和氣動振搖式，應(yīng)用于釀酒葡萄，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院聯(lián)合浙江理工大學(xué)機械與自動控制學(xué)院、美國華盛頓州立大學(xué)精細與自動化農(nóng)業(yè)研究中心對振動原理分離果實與果梗做了詳細的演算，石河子大學(xué)研發(fā)出一臺振動分離原理的葡萄采摘機和相配合的輸送機構(gòu)，摘下來之后是顆粒狀的，目前對鮮食葡萄的采摘機械，停留的機器人視覺系統(tǒng)-葡萄采摘點控制方法的理論階段。2002年克州農(nóng)機研究推廣所，研究出一種4PCQ-1采摘高架鮮食葡萄的機器。 2.3分析 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)機器人在國內(nèi)外迅速發(fā)展起來。自從20世紀60年代美國人Schertz和Brown提出用機器人采摘果實之后，對采摘機器人的研究受到廣泛重。我國農(nóng)業(yè)機器人的研究起步比較晚，但正在不斷的發(fā)展。其中包括中國農(nóng)業(yè)大學(xué)的草莓采摘機器人研究、東北林業(yè)大學(xué)林木球果采摘機器人研究及上海交通大學(xué)的黃瓜機器人研究等。目前國內(nèi)外采摘鮮食葡萄沒有機器人，停留在機器人判斷采摘鮮食葡萄的采摘點理論方法上。 3對課題所涉及的任務(wù)要求及實現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析 3.1 任務(wù)要求 1. 設(shè)計一種葡萄采摘機，收貨成串的葡萄，具有采摘機構(gòu)，葡萄輸送機構(gòu)； 2. 輸送過程中盡量不能使其受損傷； 3. 要求利用Solidworks（或PRO/E）繪制三維圖，完成運動仿真，繪制CAD二維圖。 3.2實現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析 進行市場調(diào)查，發(fā)現(xiàn)葡萄梗的粗細約為直徑2-3mm的圓，確定采用手推式采摘機，采摘末端機構(gòu)為剪刀，輸送機構(gòu)為斜坡帶傳動，臨時存儲框安裝在手推小車內(nèi)。 4本課題需要重點研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路 4.1 研究內(nèi)容及關(guān)鍵問題 （1）搭載葡萄采摘裝置和輸送裝置的整機機構(gòu)。 （2）葡萄采摘裝置。 （3）葡萄接收，輸送及臨時存儲裝置。 （4）人性化、美觀化設(shè)計。 4.2解決思路 根據(jù)葡萄架的高低，調(diào)節(jié)坡式帶傳動結(jié)構(gòu)的坡度，調(diào)節(jié)適當(dāng)后，人推動四輪小車，到葡萄架下，手持桿式采摘剪刀剪葡萄，剪落后的葡萄落在布網(wǎng)狀帶上，由斜坡式運輸機構(gòu)將葡萄運輸?shù)剿妮喰≤嚨目騼?nèi)。 5完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法 （1）查最新的相關(guān)資料——圖書館浩大的數(shù)據(jù)庫可提供。 （2）自己能力范圍之外的問題——可咨詢指導(dǎo)老師及同學(xué)們。 6完成本課題的工作方案及進度計劃 6.1工作方案 （1）采用手推式的四輪小車，上搭建有葡萄輸送機構(gòu)、葡萄的臨時存儲倉和葡萄采摘裝置放置位置，根據(jù)實際計算四輪小車的各部分尺寸。 （2）葡萄采摘裝置由剪刀(彈簧撐于剪刀開閉路徑控制器處，使剪刀常閉)、桿，閘線（自行車剎車閘線），手握柄組成；裝置詳細構(gòu)造：常閉剪刀固定在桿的一端，桿的另一端設(shè)計類似自行車剎車閘的手握手柄，手握手柄與常閉剪刀用閘線連接，握動手握手柄，可使常閉剪刀開，放松手握手柄，常閉剪刀在彈簧的作用下自動閉合。 （3）葡萄接收與輸送裝置原理，斜坡式可折疊帶傳動，臨時存儲裝置：四輪小車內(nèi)放置框；a.斜坡式帶傳動具體構(gòu)造:由汽油機，二級減速帶（使葡萄輸送帶的速度降低到不損傷葡萄），特制葡萄傳輸帶，主動輪，從動輪，搭載機架，斜坡角度可調(diào)裝置組成；b. 特制葡萄傳輸帶的構(gòu)成：帶的兩側(cè)由普通的平帶，中間用略寬松的棉布組成，棉布的矩形網(wǎng)眼不易過大，不能超過葡萄的直徑。c.接收與輸送裝置運動方式，剪刀剪落下來的葡萄掉落在略寬松的網(wǎng)上，不會滑落，由汽油機帶動主從動輪帶動網(wǎng)帶運輸，將葡萄輸送到四輪小車的框內(nèi)。 （4）葡萄采摘機的設(shè)計應(yīng)該人性化，有適當(dāng)長度的桿，采摘裝置的重量和四輪小車的重量也要適當(dāng)，應(yīng)用藝術(shù)的方法進行機械的外觀設(shè)計。產(chǎn)品形態(tài)不是一個孤立的外觀形式，而是通過材料、結(jié)構(gòu)、人-機關(guān)系以及生產(chǎn)工藝等因素展示出的產(chǎn)品外在表現(xiàn)。通過產(chǎn)品形態(tài)，使消費者了解到產(chǎn)品的使用功能、操作方式、文化內(nèi)涵等一系列的具體內(nèi)容。 6.2進度計劃 1-2周 確定總體設(shè)計方案，畫出葡萄采摘機的結(jié)構(gòu)簡圖； 3-8周 細化設(shè)計，對葡萄采摘機的各部件進行設(shè)計，畫裝配圖和零部件結(jié)構(gòu)圖； 9-10周 利用Solidworks（或PRO/E）軟件繪制三維圖，完成裝配圖，對其可行性進行分析，完成運動仿真； 11 - 13周 撰寫設(shè)計說明書，整理材料，準備答辯。 7主要參考文獻 [1]胡志超，田立佳，彭寶，計福來，王海鷗.國內(nèi)外葡萄生產(chǎn)機械化的研究與應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)機械，2005，9（1）:62-63. [2]王秋錦.法國用機器收獲葡萄情況[J].拖拉機與農(nóng)業(yè)機械，1980，11:62-65. [3]劉瑩，吳宗澤.機械設(shè)計教程[M].2版.北京:機械工業(yè)出版社，2007. [4]孫桓，陳作模，葛文杰，西北工業(yè)大學(xué)機械原理與機械零件教研室.機械原理[M].8版.北京:高等教育出版社，2013. [5]大連理工大學(xué)工程圖學(xué)教研室.機械制圖[M].6版.北京:高等教育出版社，2007. [6]孔曉玲.公差與測量技術(shù)[M].北京:北京大學(xué)出版社，2009. [7]哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室.理論力學(xué)[M].I.7版.北京:高等教育出版社，2009. [8]單輝祖.材料力學(xué)[M].3版.北京:高等教育出版社，2009. [9]海力力，沙比提·扎克爾.4PCQ-1型葡萄采摘器.農(nóng)機化[J].2002，25(4)：52-53. 學(xué)生簽名 宋曉雪 2015年 11 月 14日 指導(dǎo)教師審閱意見 指導(dǎo)教師簽名 年 月 日 葡萄采摘機的設(shè)計葡萄采摘機的設(shè)計答辯人：宋曉雪答辯人：宋曉雪班級：機械設(shè)計班級：機械設(shè)計16-216-2指導(dǎo)老師指導(dǎo)老師:孟煒孟煒致謝致謝感謝孟老師對我的指導(dǎo)。感謝孟老師對我的指導(dǎo)。感謝各位答辯老師，感謝各位老師炎炎夏感謝各位答辯老師，感謝各位老師炎炎夏日日,排除很多困難，認真對待我們的畢業(yè)設(shè)計，排除很多困難，認真對待我們的畢業(yè)設(shè)計，陪伴我們走完畢業(yè)的最后一程，真誠的祝福陪伴我們走完畢業(yè)的最后一程，真誠的祝福各位老師在以后的生活和工作身體健康，心各位老師在以后的生活和工作身體健康，心想事成。想事成。1.1.研究背景研究背景2.2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)外研究現(xiàn)狀3.3.葡萄采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計葡萄采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計4.4.葡萄采摘機工作過程葡萄采摘機工作過程5.5.總結(jié)總結(jié)1.1.研究背景研究背景我國鮮食葡萄進口位居第10位，年進口量達8萬t以上，價9062.9萬美元，而葡萄出口量僅1.8萬t，占世界葡萄出口量的0.58%，出口值781.5萬美元，價格不足世界出口平均價的1/21，國內(nèi)外鮮食葡萄采摘沒有機械化，依然依靠人工，或者一些簡單的機械，葡萄采摘機器人停留在機器人視覺系統(tǒng)研究階段。本課題針對國內(nèi)鮮食葡萄需求量大，而且采摘環(huán)節(jié)沒有機械化的問題設(shè)計一種機器。1.1.研究背景研究背景1.1.研究背景研究背景2.2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)國內(nèi)國內(nèi)新疆克州農(nóng)機研究推廣所研制4PCQ-1鮮食葡萄采摘器。1.布網(wǎng)架 2.摘刀 3.摘刀固定架 4.撐桿 5.網(wǎng)兜調(diào)整套6.塑料堵件 7.布網(wǎng)采摘者立地雙手握采摘器，刀撐桿下部舉升，將要采摘的整串葡萄套(裝+入網(wǎng)兜內(nèi)，摘刀對葡萄把上部輕輕一劃，割刀將葡萄把割斷，葡萄串落入網(wǎng)兜內(nèi)(在此時葡萄受布網(wǎng)的彈性作用，防止散粒，待網(wǎng)兜裝滿后，采摘者本人或另一個人從里面取出2.2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國外國外國外也沒有葡萄采摘機器人成品普及到生產(chǎn)實際，技術(shù)停留在機器人視覺系統(tǒng)，能夠排除葉子和葡萄互相阻擋的干擾，自主定位葡萄采摘點等等技術(shù)上。3.3.葡萄采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計葡萄采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計-整機設(shè)計整機設(shè)計1.手持采摘器末端剪刀機構(gòu)，2.特制葡萄運輸帶，3.手持采摘器手握控制機構(gòu)，4.可折疊帶傳動運輸機構(gòu)，5.二級減速機構(gòu)，6.葡萄收集箱，7.180mm萬向輪，8.一級減速機構(gòu)，9.汽油機，10總機架，11.總機架手扶機構(gòu)3.3.葡萄采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計葡萄采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計零部件設(shè)計零部件設(shè)計減速級數(shù)的設(shè)計，根據(jù)末端運輸帶的速度應(yīng)小于150r/min轉(zhuǎn)，按初定減速比28，則動力源的轉(zhuǎn)速在4200r/min。1.汽油機帶輪 2.一級減速機構(gòu) 3.二級減速機構(gòu)3.3.葡萄采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計葡萄采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計零部件設(shè)計零部件設(shè)計減速中間軸的設(shè)計，以及軸向定位，減速級結(jié)構(gòu)應(yīng)包括減速機階梯軸，軸向定位套筒，6005深溝球軸承，SN205深溝軸承立式軸承座及軸承座支撐臺1.限位套筒 2.階梯軸 3.6005深溝球軸承 4.軸承座 5.軸承座支撐臺3.3.葡萄采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計葡萄采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計零部件設(shè)計零部件設(shè)計3.3.葡萄采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計葡萄采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計零部件設(shè)計零部件設(shè)計減速中間軸的設(shè)計，以及軸向定位，減速級結(jié)構(gòu)應(yīng)包括減速機階梯軸，軸向定位套筒，6005深溝球軸承，SN205深溝軸承立式軸承座及軸承座支撐臺3.3.葡萄采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計葡萄采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計零部件設(shè)計零部件設(shè)計3.3.葡萄采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計葡萄采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計零部件設(shè)計零部件設(shè)計3.3.葡萄采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計葡萄采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計零部件設(shè)計零部件設(shè)計特制運輸帶設(shè)計1.葡萄運輸布 2.平帶 3.傳輸帶動力軸4.傳輸帶支撐軸3.3.葡萄采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計葡萄采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計零部件設(shè)計零部件設(shè)計可調(diào)節(jié)高度折疊運輸機構(gòu)設(shè)計3.3.葡萄采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計葡萄采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計零部件設(shè)計零部件設(shè)計可調(diào)節(jié)高度折疊運輸機構(gòu)設(shè)計1.不同長度的運輸帶承載軸 2.不同長度圓鋼支撐桿件3.3.葡萄采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計葡萄采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計零部件設(shè)計零部件設(shè)計可調(diào)節(jié)高度折疊運輸機構(gòu)設(shè)計，傳輸帶動力軸3.3.葡萄采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計葡萄采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計零部件設(shè)計零部件設(shè)計可調(diào)節(jié)高度折疊運輸機構(gòu)設(shè)計，傳輸帶支撐軸3.3.葡萄采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計葡萄采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計零部件設(shè)計零部件設(shè)計可調(diào)節(jié)高度折疊運輸機構(gòu)設(shè)計，為了加強運輸機構(gòu)剛度的支撐圓鋼3.3.葡萄采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計葡萄采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計零部件設(shè)計零部件設(shè)計動力軸或支撐軸在桿件上的固定方式3.3.葡萄采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計葡萄采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計零部件設(shè)計零部件設(shè)計3.3.葡萄采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計葡萄采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計零部件設(shè)計零部件設(shè)計手持采摘器設(shè)計，手握端采用，自行車捏閘的形式。末端的設(shè)計-左剪刀3.3.葡萄采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計葡萄采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計零部件設(shè)計零部件設(shè)計手持采摘器設(shè)計，手握端采用，自行車捏閘的形式。末端的設(shè)計-右剪刀3.3.葡萄采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計葡萄采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計零部件設(shè)計零部件設(shè)計手持采摘器設(shè)計，手握端采用，自行車捏閘的形式。末端的控制剪刀閉合的路徑控制器3.3.葡萄采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計葡萄采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計零部件設(shè)計零部件設(shè)計手持采摘器設(shè)計，手握端采用，自行車捏閘的形式。末端的三維造型4.4.葡萄采摘工作過程葡萄采摘工作過程4.4.葡萄采摘工作過程葡萄采摘工作過程5.5.總結(jié)總結(jié)1.經(jīng)過計算最快可達324串/h，最慢達180串/h;2.自動化程度不高，不能完全節(jié)省人力。 16 屆畢業(yè)設(shè)計 葡萄采摘機的設(shè)計 學(xué)生姓名 宋曉雪 學(xué) 號 8011212240 所屬學(xué)院 機械電氣化工程學(xué)院 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 16-2 指導(dǎo)老師 孟煒 日 期 2016 .05 塔里木大學(xué)機械電氣化工程學(xué)院制 前 言 我國鮮食葡萄進口位居第10位，年進口量達8萬t以上，價值9062.9萬美元，而葡萄出口量僅1.8萬t，占世界葡萄出口量的0.58%，出口值781.5萬美元，價格不足世界出口平均價的1/2[1]，國內(nèi)外鮮食葡萄采摘沒有機械化，依然依靠人工，或者一些簡單的機械，葡萄采摘機器人停留在機器人視覺系統(tǒng)研究階段。 本課題針對國內(nèi)鮮食葡萄需求量大，而且采摘環(huán)節(jié)沒有機械化的問題設(shè)計一種機器，手持桿狀剪刀，手握端采用自行車手捏閘形式，工作端設(shè)計路徑控制器控制剪刀的開，用彈簧控制剪刀的閉?？烧郫B葡萄輸送機構(gòu)，閑時可折疊。總機架機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)尺寸，動力傳動系統(tǒng)，并確定主要零、部件的結(jié)構(gòu)尺寸及其選型。并進行強度校核和三維造型和裝配，為鮮食葡萄采摘提供了一種新的機器。 關(guān)鍵詞：鮮食葡萄采摘；結(jié)構(gòu)設(shè)計；強度校核 目 錄 1 概述 1 1.1課題背景 1 1.2研究的目的與意義 1 1.3課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 2 1.4葡萄的營養(yǎng)和種植情況 3 2 葡萄采摘機的設(shè)計 3 2.1葡萄采摘機基本結(jié)構(gòu)設(shè)計 3 2.2葡萄采摘機參數(shù)的確定 10 2.3 減速級軸的強度校核計算 17 2.4 傳動軸鍵的校核 19 2.5葡萄采摘機工作效率的計算 19 3 葡萄采摘機的工作過程 20 4 操作使用及注意事項 20 總 結(jié) 22 致 謝 23 參考文獻 24  工程概況 本文首先介紹了本課題要設(shè)計的葡萄采摘機的總體結(jié)構(gòu)，總體結(jié)構(gòu)包括了：手持采摘器末端剪刀機構(gòu)、特制葡萄運輸帶、手持采摘器手握控制機構(gòu)、可折疊帶傳動運輸機構(gòu)、二級減速機構(gòu)、葡萄收集箱、180mm萬向輪、一級減速機構(gòu)、汽油機、總機架、總機架手扶機構(gòu)。結(jié)合實際的使用情況，設(shè)計手握桿的手握端和執(zhí)行端的結(jié)構(gòu)，運輸帶的結(jié)構(gòu)，可折疊運輸機構(gòu)，一二減速的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，汽油機的參數(shù)，汽油機在總機架的位置，然后對各個確定結(jié)構(gòu)的零部件進行參數(shù)確定， 最后對軸、鍵校核，計算工作效率。 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 1 概述 1.1課題背景 世界各地生產(chǎn)的葡萄有上千種，總體上可以分為釀酒葡萄和鮮食葡萄兩大類，在葡萄的整個生產(chǎn)過程中，采摘是最重要的環(huán)節(jié)之一，是一項季節(jié)性較強和勞動密集型的工作，將直接影響葡萄的質(zhì)量，并造成大量的經(jīng)濟損失，目前，作為葡萄天堂種植區(qū)的美國加州法國波爾多的釀酒葡萄大面積采收已實現(xiàn)了機械化作業(yè)，技術(shù)較成熟，但是鮮食葡萄的采摘沒有機械化作業(yè)，中國的葡萄種植穩(wěn)步發(fā)展，栽培面積約1100萬畝[1]，除了港澳外，各省幾乎都有葡萄種植，有成片種植，也有庭院種植，鮮食葡萄在鮮食果品貿(mào)易中占有重要地位，貿(mào)易量逐年增加，2004年世界進出口量均在300萬t左右，比1990年（162萬t）增加80%以上，出口值32.93億美元，進口值40.78億美元。我國葡萄進口位居第10位，年進口量達8萬t以上，價值9062.9萬美元，而葡萄出口量僅1.8萬t，占世界葡萄出口量的0.58%，出口值781.5萬美元，價格不足世界出口平均價的1/2[1]。 天山區(qū)，其中庭院高架葡萄面積達1300hm2，根據(jù)資料顯示架高一般為2±0.2m，架高大于兩米的葡萄架，成熟的葡萄果穗粒多、肉多，不能直接采摘，必須靠梯子、凳子等輔助登高工具完成（圖1-1），不僅增加了采摘難度和危險性，而且費時費力，效率低，損失大。傳統(tǒng)的采摘方式平均每667m2損失葡萄50kg，浪費率為2%~7%。 圖1-1 農(nóng)民踩梯子采摘鮮食葡萄 1.2研究的目的與意義 為解決高架鮮食葡萄采摘難，損失大的問題，本設(shè)計推出一種采摘器達到以下目的： （1）采收依靠機械，降低人的勞動強度，提高生產(chǎn)效率； （2）解決收獲季節(jié)與棉花、番茄等經(jīng)濟作物收獲期重疊，導(dǎo)致雇傭工困難的問題； （3）降低采摘機器各項成本，促進我葡萄標(biāo)準化，產(chǎn)業(yè)化。 鮮食葡萄采收環(huán)節(jié)實現(xiàn)機械化的意義在于： （1）體現(xiàn)了人類社會的進步，效率更高，增加國家的貿(mào)易額，使國家強盛； （2）體現(xiàn)了人類科技的積淀已滲透到生活的方方面面，使人類的生活更加舒適。 1.3課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1.3.1國外葡萄采摘機的研究現(xiàn)狀 （1）在美國，葡萄機械化應(yīng)用在釀酒葡萄上，采收的葡萄成顆粒狀，收獲作業(yè)試驗開始于1952年的美國加利福尼亞州，1963年建成了第一臺商業(yè)化的葡萄收獲機，1965年對該機進行了改進。目前對鮮食葡萄的采摘機械，停留的機器人視覺系統(tǒng)-葡萄采摘點控制方法的理論階段。 （2）在法國，法國從拖拉機到與之配套的栽植、剪枝、整形、施肥、施藥、采收、包裝、運輸?shù)染邢鄳?yīng)的作業(yè)機械，其葡萄采收機械每年生產(chǎn)量較大，出口較多，與美國的機械相同也是振動分離式釀酒葡萄收獲機，目前對鮮食葡萄的采摘機械，沒有制造出采摘鮮食葡萄機器人。 （3）在紐荷蘭， Braud 9080L釀酒葡萄葡萄收獲機，在沈陽展會展出，是全天候生產(chǎn)設(shè)計機型，其工作涵蓋從預(yù)修剪和葡萄收貨各個環(huán)節(jié)，為中國的葡萄酒業(yè)提供更加強大的支撐和動力，為用戶提供高質(zhì)量的收貨狀態(tài)，節(jié)約種植成本。 1.3.2國內(nèi)葡萄采摘機的研究現(xiàn)狀 近年來，我國大學(xué)對葡萄采摘機開展了大量的研究工作，最早的機械采摘方法是采用機械振搖式和氣動振搖式，應(yīng)用于釀酒葡萄，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院聯(lián)合浙江理工大學(xué)機械與自動控制學(xué)院、美國華盛頓州立大學(xué)精細與自動化農(nóng)業(yè)研究中心對振動原理分離果實與果梗做了詳細的演算，石河子大學(xué)研發(fā)出一臺振動分離原理的葡萄采摘機和相配合的輸送機構(gòu)，摘下來之后是顆粒狀的，目前對鮮食葡萄的采摘機械，停留的機器人視覺系統(tǒng)-葡萄采摘點控制方法的理論階段。 2002年克州農(nóng)機研究推廣所，研究出一種4PCQ-1采摘高架鮮食葡萄的機器（圖1-2），結(jié)構(gòu)包括：1.布網(wǎng)架 ，2. 摘刀，3. 摘刀固定架 ，4. 撐桿 ，5. 網(wǎng)兜調(diào)整套，6. 塑料堵件 ，7. 布網(wǎng)工作過程，采摘者立地雙手握采摘器，刀撐桿下部舉升，將要采摘的整串葡萄套 (裝入網(wǎng)兜內(nèi)，摘刀對葡萄把上部輕輕一劃，割刀將葡萄把割斷，葡萄串落入網(wǎng)兜內(nèi) (在此時葡萄受布網(wǎng)的彈性作用，防止散粒，待網(wǎng)兜裝滿后，采摘者本人或另一個人從里面取出。去掉壞粒、弱粒，即可裝入包裝箱[9]。 圖1-2 克州農(nóng)機研究推廣所研制4PCQ-1鮮食葡萄采摘器[9] 優(yōu)點：4PCQ-1型葡萄采摘器具有重量輕，價格便宜，防散粒，操作方便，效率高，多功能等特點[9]。 缺點：摘刀的角度不易適當(dāng)調(diào)節(jié)，人雙手舉撐桿時間長容易疲憊，摘葡萄少量進行轉(zhuǎn)移會降低生產(chǎn)效率，大量進行轉(zhuǎn)移增加人雙臂的負擔(dān)人容易疲憊，枝條枯葉的阻擋，導(dǎo)致工作效率低[9]。 1.3.3發(fā)展趨勢 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)機器人在國內(nèi)外迅速發(fā)展起來。自從20世紀60年代美國人Schertz和Brown提出用機器人采摘果實之后，對采摘機器人的研究受到廣泛重。我國農(nóng)業(yè)機器人的研究起步比較晚，但正在不斷的發(fā)展。其中包括中國農(nóng)業(yè)大學(xué)的草莓采摘機器人研究、東北林業(yè)大學(xué)林木球果采摘機器人研究及上海交通大學(xué)的黃瓜機器人研究等。目前國內(nèi)外采摘鮮食葡萄沒有機器人，停留在機器人判斷采摘鮮食葡萄的采摘點理論方法上。 1.4葡萄的營養(yǎng)和種植情況 葡萄在全世界果品生產(chǎn)中，產(chǎn)量及栽培面積長期居于首位，20世紀90年代后僅次于柑橘。因其富含大量礦物質(zhì)元素、多種氨基酸和蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)，在水果界一直被冠以“水果之王”的美稱。我國葡萄資源豐富，2007年栽培總面積達41.867萬hm2，葡萄總產(chǎn)量627萬t[1]，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們飲食習(xí)慣與食物結(jié)構(gòu)的改變，消費品位的提高，從葡萄、葡萄酒具有的外觀特征、營養(yǎng)價值、藥用價值以及文化內(nèi)涵等方面拓展了葡萄產(chǎn)業(yè)的消費市場?？萍嫉倪M步，更加速了人們對葡萄營養(yǎng)成分及其營養(yǎng)價值等方面新的開發(fā)或新的發(fā)現(xiàn)，如葡萄籽油、白藜蘆醇膠囊、原花青素等。 1.4.1鮮食葡萄營養(yǎng)成分 葡萄不僅風(fēng)味優(yōu)美，而且營養(yǎng)特別豐富。據(jù)測定，葡萄果實中除了常規(guī)的營養(yǎng)成分如：15%～25%葡萄糖和果糖，0.01% ～0.1%的果膠，0.3% ～1.5%的有機酸，0.3%～0.5%的各種礦物質(zhì)以及多種維生素、氨基酸、蛋白質(zhì)、粗纖維等之外，還含有近些年被充分認識的重要營養(yǎng)或藥用成分白藜蘆醇(1%)以及多酚(0.5%)等； 1.4.2鮮食葡萄種植的情況 鮮食葡萄采用高架的形式，架高為2.0米的高架居多，而且2.0米的果穗顯著最多，的阿圖什木納格高架葡萄種植面積達到1300hm2。加高在2±0.2m左右，而且不能直接采摘，必須靠梯子、凳子等輔助登高工具完成，不僅增加了采摘難度和危險性，而且費時費力，效率低，損失大。 2 葡萄采摘機的設(shè)計 2.1葡萄采摘機基本結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.1.1葡萄采摘機的整體結(jié)構(gòu) 本課題的葡萄采摘器是用于鮮食葡萄的采摘，采摘下的葡萄是成串的。葡萄采摘器是果品行業(yè)機械設(shè)備，由于鮮食葡萄種植在高架上面，架高在2±0.2m，采摘者手持采摘桿，可以不用搭梯，增加工作效率，剪落下來的葡萄是成串的，落在葡萄收集筐內(nèi)，葡萄采摘機（圖2-1）主要結(jié)構(gòu)包括：1.手持采摘器末端剪刀機構(gòu)，2.特制葡萄運輸帶，3.手持采摘器手握控制機構(gòu)，4.可折疊帶傳動運輸機構(gòu)，5.二級減速機構(gòu)，6.葡萄收集筐，7.180mm萬向輪，8.一級減速機構(gòu)，9.汽油機，10.總機架，11.總機架手扶機構(gòu)。 圖2-1 葡萄采摘機整體結(jié)構(gòu)圖 2.1.2減速級結(jié)構(gòu)設(shè)計 （1）減速級數(shù)的設(shè)計 考慮到葡萄的果肉容易損壞，所以葡萄運輸布的速度一定慢，初定減速比為30/1，考慮到成本問題，決定采用二級帶傳動減速裝置（圖2-2）。設(shè)計減速級階梯軸，應(yīng)考慮大小帶輪與汽油機和終端帶輪的軸向距離，圖中序號代表意思：1.汽油機帶輪，2.一級減速機構(gòu)，3.二級減速機構(gòu)。 圖2-2 減速級總裝二維圖 （2）減速級支撐軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計 由于要形成兩級減速，考慮到帶輪的大小，以及軸向定位，減速級結(jié)構(gòu)應(yīng)包括減速機階梯軸，軸向定位套筒，6005深溝球軸承，SN205深溝軸承立式軸承座及軸承座支撐臺（圖2-3），圖中序號代表的意思：1.限位套筒， 2.階梯軸， 3.6005深溝球軸承， 4.軸承座 ，5.軸承座支撐臺。 圖2-3 減速級二維剖面圖 2.1.3總機架設(shè)計 此葡萄采摘機是采用手推小車的形式，根據(jù)采摘者的身高設(shè)計適當(dāng)?shù)男≤嚫叨龋鶕?jù)高架葡萄的種植地形采取適當(dāng)高度的的萬向輪，根據(jù)人的普遍身高設(shè)計手扶把手的適當(dāng)高度，根據(jù)汽油機尺寸和減速級傳動比所需要的尺寸，確定適當(dāng)?shù)目倷C架的寬和長（圖2-4，圖2-5）。四根立柱采用6.3號角鋼，底板用10mm厚的鐵板，整體由角鋼和鐵板焊接，可用放置手持剪切桿的環(huán)可用鐵塊焊接，設(shè)計用于可調(diào)整高度折疊運輸帶承載機構(gòu)的放置橫桿。 圖2-4 總機架二維圖 圖2-5總機架三維圖 2.1.4特制運輸帶設(shè)計 由于降落下來的葡萄有速度不能采用硬質(zhì)運輸帶接收，否則會增加葡萄的浪費率，降低產(chǎn)量，決定采用平帶承當(dāng)動力傳輸，兩根平帶之間用棉布縫制，葡萄掉落在棉布上，棉布上割有適當(dāng)?shù)木匦慰锥矗匦慰锥床灰诉^寬，以免將葡萄卡在里面，以便方便鮮食葡萄的運輸（圖2-6），圖中序號代表意思：1.葡萄運輸布， 2.平帶， 3.傳輸帶動力軸，4.傳輸帶支撐軸。 圖2-6特制運輸帶二維圖 2.1.5可調(diào)節(jié)高度折疊運輸機構(gòu)設(shè)計 首先確定可折疊運輸機構(gòu)的基本形式，考慮重量因素，采用鋁合金桿作為基本桿件，圓鋼作為鋁合金桿的支撐桿件，通過兩種不同長度的拉桿與鋁合金桿件的連接，實現(xiàn)不同高度，合折疊功能（圖2-7）。 圖2-7可調(diào)節(jié)高度折疊運輸機構(gòu)三維圖 （1）為加強鋁合金桿件之間的連接，采用圓鋼桿支撐桿橫串兩成對的鋁合金桿件，形成支架（圖2-8），圖中序號代表：1.不同長度的傳輸帶支撐軸， 2.不同長度圓鋼支撐桿件。 圖2-8總機架正視圖（未裝運輸帶） （2）運輸帶承載軸的設(shè)計，減速級終端軸-動力軸，及其他三根長度不一，形狀相似的運輸帶承載軸（圖2-9）及圓鋼（圖2-10），為防止平帶在傳輸過程中左右滑動，軸中間兩凹槽用于固定平帶。下圖序號代表：（a）減速級階梯軸 ，（b）傳輸帶支撐軸。 （a） （b） 圖2-9軸 圖2-10三根鋁合金桿件支撐圓鋼 （3）動力軸與鋁合金桿件之間的連接，鋁合金桿件與軸承座采用螺栓連接（圖2-11），軸承座通過深溝球軸承與運輸帶承載軸連接（圖2-12）。 圖2-11軸承座與鋁合金桿用螺栓連接 圖2-12 軸、軸承和軸承座連接二維圖 2.1.6手持采摘器手握端設(shè)計 手持采摘器由桿件支撐，手握控制端和末端剪切端用自行車閘線連接，確定手握端采用自行車手閘，降低成本增加易操作度。 2.1.7手持采摘器剪切末端機構(gòu)設(shè)計 手持采摘器的手握端與末端用自行車閘線連接，設(shè)計的末端剪切機構(gòu)采用自行設(shè)計的左剪刀（圖2-13），右剪刀（圖2-14），閘線收緊時與閘線連接的路徑控制器帶動剪刀張開，閘線放松時，彈簧推動路徑控制器帶動剪刀閉合，將葡萄剪落，路徑控制器（圖2-15），剪刀和手握桿支架的配合用一根支撐軸，支撐軸的兩端由可插開口銷的銷軸控制，使支撐軸不掉落，末端剪切機構(gòu)與手握桿支架配合（圖2-16）。 圖2-13左剪刀二維圖 圖2-14右剪刀二維圖 圖2-15路徑控制器二維圖 圖2-16末端剪切機構(gòu)三維圖 2.2葡萄采摘機參數(shù)的確定 2.2.1汽油機的選擇 根據(jù)末端運輸帶的速度應(yīng)小于150r/min轉(zhuǎn)，按初定減速比28，則動力源的轉(zhuǎn)速在4200r/min考慮到汽油機與電動機相比可以提供較大扭矩，而且葡萄采摘機在野外作業(yè)，用電動機，得采用產(chǎn)生電的設(shè)備，會使整個設(shè)備笨重龐大，最終決定選取騰龍品牌，型號為TL152F/P，單缸四沖程汽油機,摘錄具體參數(shù)如下表： 表2-1 汽油機參數(shù) 參數(shù) 數(shù)值 啟動方式 手拉反沖啟動 旋轉(zhuǎn)方向 逆時針 額定功率（kw/3600） 1.2/3600 重量（kg） 15 尺寸（mm） 304x362x335 耗油量（g/kw.h） ≤450 最大扭矩（N.m/rpm） 3.2/3000 2.2.2兩級減速帶輪大小及總轉(zhuǎn)動比的確定 （1）設(shè)計的基本條件 表2-2 設(shè)計的基本條件 基本參數(shù) 數(shù)值 額定功率（kw） 1.2 工作時間（h） <10 初定傳動比i 30 由工況，載荷變動微小，屬于輕負荷輸送機，文獻[3]表8-8，得工況系數(shù)，故 （2-1） （2）一級減速選擇帶型 根據(jù)，查文獻[3]表8-4選用普通v帶Y型帶傳動。 （3） 確定各帶輪的基準直徑 查文獻[3]表8-9知汽油機帶輪應(yīng)不小于50，取，可得 （2-2） 取 （4） 計算帶速 汽油機的速度可調(diào)節(jié)油門控制，日常使用可以人為調(diào)節(jié)油門調(diào)節(jié)帶速即可，用只需要計算得到汽油的最低速度就好，如下式。 （2-3） 5.2m/s滿足帶的速度范圍要求5m/s-20m/s調(diào)節(jié)汽油機的油門的使二級的帶轉(zhuǎn)速不低于1910r/min，就可以使帶正常運輸 （5）V帶的基準長度和中心距 初步選取中心距 （2-4） （2-5） 查文獻[3]表8-2，取 實際中心距 （2-6） （6）驗算小帶輪包角 （2-7） 由上計算可知，帶輪包角在合適范圍內(nèi)。 （7）V帶根數(shù) 由查表8-4得 由傳動比查文獻[3]表8-5得 由查文獻[3]表8-6得，查文獻[3]表8-2得，由此可得 （2-8） 由上計算得出，V帶根數(shù)取為3。 （8）作用在帶輪軸上的壓力 查文獻[3]公式8-27得，故求得單根V帶的初拉力 （2-9） 作用在軸上的壓力為： （2-10） （9）帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 帶輪材料選擇HT200，用實心式結(jié)構(gòu)。 （10）二級減速選擇帶型 根據(jù)，查文獻[3]表8-4選用普通V帶Z型帶傳動，可以增大中心距，和增大傳動的穩(wěn)定性。 （11）確定大、小帶輪的基準直徑 減速級的功率為 （2-11） 查文獻[3]表8-9知減速級小帶輪應(yīng)不小于50，取，可得 （2-12） 取。 （12）計算帶速 由于此機械屬于輕載荷，負載波動小，的機械設(shè)備，轉(zhuǎn)矩需求量僅是帶動機器轉(zhuǎn)動，可以調(diào)節(jié)油門使皮帶的轉(zhuǎn)速滿足要求，此時需要的因素如下式： （2-13） 帶速在5~25m/s之間，調(diào)節(jié)汽油機轉(zhuǎn)速使減速級的轉(zhuǎn)速不低于1709r/min。 （13）c帶的基準長度和中心距 初步選取中心距 （2-14） （2-15） 查文獻[3]表8-2，取 實際中心距 （2-16） （14）驗算小帶輪包角 （2-17） 由上計算可知，帶輪包角在合適范圍內(nèi)。 （15）V帶根數(shù) 由查表8-4得 由傳動比查文獻[3]表8-5得 由查文獻[3]表8-6得，查文獻[3]表8-2得，由此可得 （2-18） 由上計算得出，V帶根數(shù)取為3。 （16）作用在帶輪軸上的壓力 查文獻[3]公式8-27得，故求得單根V帶的初拉力 （2-19） 作用在軸上的壓力為： （2-20） （17）帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 帶輪材料選擇HT200，用實心式結(jié)構(gòu)。 （18）總傳動比的確定 （2-21） 2.2.2總機架尺寸的參數(shù) 根據(jù)汽油機的尺寸304x362x335和兩級減速級的尺寸定為，總高為1040mm，總寬為800mm，總長為1452mm，780*1180的10m后的鐵板焊接在底部。四個萬向輪均勻分布的地板的四角，相鄰邊距離地板邊緣35.6mm和30.7mm.汽油機的抽拉端位于手扶端的右端，汽油機邊緊靠在手扶端側(cè)地板，四根支撐桿由6.3號的角鋼焊制成。手扶端由φ30mm的圓鋼彎制后焊接在總機架上。 2.2.3剪刀尺寸 的參數(shù) 剪刀長度150mm，左建刀配合位于上側(cè)，右剪刀配合位于下側(cè)，左剪刀在左側(cè)焊制，右剪刀在右側(cè)焊制長32mm的板，上面焊制φ6的圓柱，與路徑控制器配合。 2.2.4路徑控制器的參數(shù) 由于路徑控制器要控制剪刀的轉(zhuǎn)向，所以路徑控制在手持支撐桿上滑動時候，要包裝剪刀的閉合（圖2-17），圖中十字交叉的地方就是，剪刀軸的方位，c邊的就是控制邊，控制剪刀左右擺動的一邊，得到c邊的長度就得到了，滑動半徑。 圖2-17 剪刀控制邊運動半徑示意圖 （2-22） 路徑控制器與剪刀一側(cè)的圓柱配合52.29±3mm，就是路徑控制的內(nèi)外圓半徑，則可以得到路徑控制器的控制圖（2-18）。 圖2-18 控制路徑圖 2.2.5軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 （1）初步計算減速級階梯軸的直徑 根據(jù)強度扭轉(zhuǎn)初步估計軸的直徑 （2-23） 帶入表2-2基本參數(shù)式中P 為軸的傳遞功率，n為軸的轉(zhuǎn)速，為軸的材料和受載情況參數(shù)， 軸用40Cr號鋼材料取 計算的最小直徑為 d=21 mm 有一個鍵槽時，軸徑增大5%～7% 于是可取 （2）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)取定的最小值和各配件的安裝，此軸承擔(dān)減速作用，為安全和耐久因素，采用實心軸的方式。 （3）根據(jù)定位要求確定軸的各段直徑和長度 減速級階梯軸從左至右分七段： 第一與七段端部與6005深溝球軸承配合，為減小阻力和工作時的穩(wěn)定性，深溝球軸承與SN205型深溝球軸承座配合，軸承座固定在支撐臺上，此段長度取8mm，直徑為軸最小直徑25mm。 第二與六段上帶輪限位套筒配合，為防止帶輪軸向串動，和安裝皮帶方便，也防止帶輪旋轉(zhuǎn)的時碰到支撐臺上，使帶輪的傳動能夠穩(wěn)定和精確，此段軸長取33mm，直徑27mm，采用27mm的軸徑有軸向定位的功能。 第三與五段，軸上開有鍵槽，此帶輪是提供與二級減速的小帶輪和一級減速級大帶輪配合，此段長取40mm，直徑33mm。 第四段是減速大帶輪與二級減速小帶輪之間的軸肩，此段長取10mm，直徑45mm。 （4）初步計算折疊支架動力軸的直徑 根據(jù)強度扭轉(zhuǎn)公式2-23，初步估計軸的直徑帶入表2-2基本參數(shù)式，軸用尼龍材料 ，計算的最小直徑為，d=21 m有一個鍵槽時，軸徑增大5%～7%，取 。 （5）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 此軸承運輸機構(gòu)的動力軸，為安全和耐久因素，成本因素，采用實心軸的方式。 （6）根據(jù)定位要求確定軸的各段直徑和長度 減速級階梯軸從左至右分十三段： 第一與十三段端部與6005深溝球軸承配合，深溝球軸承與深溝球軸承座配合，軸承座固定在鋁合金桿件上，此段長度取8mm，直徑為軸最小直徑25mm。 第二段與二級減速大帶輪限位套筒配合，此段是階梯軸，直徑28mm，此段長度取40mm，為安轉(zhuǎn)皮帶方便，第十二段直徑與長度與第二段長度相同，但不與限位套筒配合。 第三段與二級減速大帶輪配合，軸上開有鍵槽，此段長取65mm，直徑50mm。 第十一段與第三段的長度相同，但是直徑70mm，上面沒有開鍵槽。 第四與十段為防止大帶輪軸向串動的軸肩，此段長取20mm，直徑82.5mm。 第五與九段為防止平帶軸向串動，指向深溝球軸承方向，此段長5mm，直徑95mm. 第六與八段平帶配合，此段長25mm，直徑91mm。 第七段與運輸布帶配合，此段也比第五與七段直徑大，也為防止平帶軸向傳動，指向中心方向串動，此段長306mm，直徑95mm。 （7）初步計算折疊支架承載2軸的直徑 根據(jù)強度扭轉(zhuǎn)公式3-23，初步估計軸的直徑帶入表3-2基本參數(shù)式，軸用尼龍材料 ，計算取 。 （8）根據(jù)定位要求確定軸的各段直徑和長度 減速級階梯軸從左至右分十一段： 第一與十一段端部與6005深溝球軸承配合，深溝球軸承與深溝球軸承座配合，軸承座固定在鋁合金桿件上，此段長度取8mm，直徑為軸最小直徑25mm。 第二與十段處直徑28mm為軸向定位，此段長度取40mm，為安轉(zhuǎn)皮帶方便。 第三與九段，此段長取35mm，直徑40mm。 第四與八段為防止平帶軸向串動，此段長取5mm，直徑60mm。 第五與七段為平帶配合，此段長25mm，直徑56mm。 第六段運輸布帶配合，此段長306mm，直徑60mm。 （9）初步計算折疊支架承載三和四軸的直徑 根據(jù)強度扭轉(zhuǎn)公式2-23，初步估計軸的直徑帶入表2-2基本參數(shù)式，軸用尼龍材料 ，計算的最小直徑為，取 。 （10）根據(jù)定位要求確定軸的各段直徑和長度 減速級階梯軸從左至右分九段： 第一與九段端部與6005深溝球軸承配合，深溝球軸承與深溝球軸承座配合，軸承座固定在鋁合金桿件上，此段長度取8mm，直徑為軸最小直徑25mm。 第二與八段處直徑28mm為軸向定位，此段長度取25mm，為安轉(zhuǎn)平帶方便。 第三與七段為防止平帶軸向串動，此段長取5mm，直徑60mm。 第四與六段為平帶配合，此段長25mm，直徑56mm。 第五段運輸布帶配合，此段長306mm，直徑60mm。 （11） 軸上零件的周向定位 軸與帶輪的連接采用平鍵連接，根據(jù)機械設(shè)計手冊得，普通平鍵的型式和尺寸（GB/T1096-79），d=27mm選用的鍵為8×7，d=50mm選用鍵為14×9，鍵槽用鍵槽銑刀加工，鍵長度取32mm。 2.2.6 確定軸上的圓角和倒角 參考文獻[3]可知圓角和倒角取1.5×45°。 2.2.7 滾動軸承 葡萄采摘機在運動時，會產(chǎn)生徑向力，在軸的兩端各安裝一個深溝球軸承，可以抵消軸向力的同時也能承受較大的載荷，由于安裝軸承位置的軸徑大小分別為25mm，于是選擇6005深溝球軸承，它們的基本尺寸分別為，成對安裝在軸承座內(nèi)。 軸承的潤滑方式采用脂潤滑,材料選用SG13Cr4Mo4Ni4V。 2.3 減速級軸的強度校核計算 按彎扭合成強度條件校核： （1）軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為 （2-24） 圓周力： （2-25） 徑向力： （2-26） 軸向力： （2）計算軸承支反力 水平面 （2-27） 垂直面 （2-28） （3）中間斷面處的水平彎矩為： （2-29） （4）端軸承處的水平彎矩為： （2-30） （5）中間斷面處的垂直彎矩為： （2-31） 按下式合成彎矩： （2-32） 中間斷面兩側(cè)的彎矩為： （2-33） （6）軸的轉(zhuǎn)矩T 按照下式求當(dāng)量彎矩 （2-34） 這里，取， 由計算結(jié)果可知，在滾筒處和軸承中間斷面處的最大當(dāng)量彎矩分別是： （2-35） （2-36） （7）選用軸的材料，確定許用應(yīng)力 軸材料選用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241~286HBW，由文獻[3]表9-4得。 （8）校核軸的強度 （2-37） （2-38） （2-39） 按扭轉(zhuǎn)強度校核軸滿足條件。 2.4 傳動軸鍵的校核 （1）鍵1長查文獻[3]得：許用擠壓應(yīng)力為在60到90Mpa。 鍵的工作長度為； 鍵與輪轂鍵槽的接觸高度； 由公式 （2-40） 滿足。 （2）鍵2長查文獻[3]得：許用擠壓應(yīng)力為在60到90Mpa。 鍵的工作長度為； 鍵與輪轂鍵槽的接觸高度； 由文獻[3]公式5.1得 （2-41） 滿足。 2.5葡萄采摘機工作效率的計算 未改進前，采摘者摘1m2需要搭梯子，上梯子，手持剪刀，剪夠四到五串后，下梯子放置好，再上梯子，改進后，采摘者只需要站在地面，瞄準葡萄采摘點，剪落就可以，瞄準的時間大約8s-17s，剪落大約需用3s，整個剪落的過程所用時間為11s-20s，即按人工不休息，不斷剪切，剪葡萄速度為。 （2-42） （2-43）  3 葡萄采摘機的工作過程 葡萄采摘機基本工作過程：采摘者將閑置的葡萄采摘機（圖3-1）中可折疊帶傳動運輸機構(gòu)調(diào)整到合適的位置，用圓鋼-銷軸-開口銷固定（圖3-2），并套上特制的運輸帶，拿下掛在總機架的 采摘器，捏緊手持采摘器的控制閘，使剪刀張開，對準葡萄采摘點，松開閘，彈簧使剪刀閉合，葡萄掉落在運輸帶上，運輸帶由動力帶動，把葡萄運輸回葡萄收集箱內(nèi)，待箱內(nèi)葡萄夠2/3時即可拿下，換另一空箱子。 圖3-1閑置葡萄采摘機 圖3-2調(diào)整好準備工作的葡萄采摘機 4 操作使用及注意事項 ①檢查整機上各個螺栓，檢查減速級螺栓是否松動。 ②清洗整機，保持潔凈。 ③發(fā)動汽油機后調(diào)試運行5分鐘，確認機器一切正常后，即可采摘。 ④注意調(diào)整運輸帶的位置，防止葡萄掉落地面。 ⑤檢查筐內(nèi)的葡萄是否達到工藝要求。 ⑥停機時，直接熄滅汽油機即可。 ⑦換葡萄收集框時從總機架左側(cè)處取出。 ⑧定期檢查汽油機帶輪和汽油機的連接是否緊密，軸承部位是否加油。 ⑨可折疊運輸機構(gòu)，在采摘者搭架完成后，檢查二級減速大帶輪的V型帶連接是否滿足要求。 ⑩整機在收貨季節(jié)，折疊時可不用卸傳輸帶，到隔兩月以上不用時許卸下傳輸帶，以免風(fēng)化。 總 結(jié) （1）課題所設(shè)計的葡萄采摘機是采用手推小車，和可折疊結(jié)構(gòu)機身,它能很好的提高葡萄采摘的作業(yè)效率。 （2）它采用了簡單可靠的機構(gòu)和通用的零部件，具有攜帶方便、使用可靠，耗材少、易加工、成本低并能滿足廣大老百姓。 （3）部分易損件能夠方便拆卸并且隨時更換，進一步說明了它具有非常人性化的設(shè)計。 致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計從選題到完成歷經(jīng)兩個多月，首先我要感謝我的指導(dǎo)老師孟老師，在設(shè)計的整個過程中，我得到了孟老師的大力支持和幫助，從設(shè)計選題到設(shè)計方法、思路都給予我細心的指導(dǎo)，在設(shè)計修改方面更是細致入微。從老師身上不盡學(xué)到了理論知識，更多的是待人接物與為人處世的道理。其嚴以律己，寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實無華、平易近人的人格魅力，使人倍感溫馨。在此真誠的感謝孟老師。 最后，雖然本次畢業(yè)設(shè)計暫時可以告一段落了，但是我在這里還是要感謝在這四年里教導(dǎo)我的所有老師，沒有他們傳授的知識，就沒有我今天的設(shè)計成果。 感謝老師們的細心指導(dǎo)，感謝同學(xué)們的幫助，謝謝！在這里，祝愿你們在今后的生活和工作中身體健康、心想事成！ 參考文獻 [1]胡志超，田立佳，彭寶，計福來，王海鷗.國內(nèi)外葡萄生產(chǎn)機械化的研究與應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)機械，2005，9（1）:62-63. 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