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便攜式油茶果實采摘機構設計
JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY
本 科 畢 業(yè) 論 文（設 計）
題目： 便攜式可伸縮油茶果采摘機構設計
學 院： 工學院
姓 名： 徐正峰
學 號： 20100989
專 業(yè)： 農(nóng)業(yè)機械化及其自動化
年 級： 農(nóng)機1001班
指導教師： 饒洪輝 職 稱： 副教授
二0一4 年 5 月
目錄
摘 要 3
Abstract 4
1 緒論 5
1.1可伸縮齒梳式油茶果實采摘機構的技術前景 5
1.1.1可伸縮齒梳式油茶果實采摘機構的采摘對象分析 5
2 可伸縮齒梳式油茶果實采摘機構原理 6
2.1油茶果實采摘方式的選擇 6
2.1.1可伸縮齒梳式油茶果實采摘機構原理簡述 6
2.1.2 可伸縮齒梳式油茶果實采摘機構三維裝配圖 7
3 可伸縮齒梳式油茶果實采摘機構設計與計算................................ 8
3.1 可伸縮齒梳式油茶果實采摘機構頭部原理與設計 8
3.1.1可伸縮齒梳式油茶果實采摘機構可伸縮部分原理與設計 9
3.1.2動力部分原理及設計計算 11
3.1.3各個零配件材料的選擇 12
4 可伸縮齒梳式油茶果實采摘機構總結 13
參 考 文 獻 14
致 謝 15
摘 要
本課題運用制圖軟件對油茶果實采摘器進行機構設計，可伸縮齒梳式采摘機械是一種為解決人們采摘高處果實難而創(chuàng)新設計的工具，同時本設計大大的方便了農(nóng)民工采摘油茶果的過程及采摘效率的提高。設計機構內(nèi)容包括：采摘機構、可伸縮桿機構、齒梳形狀機構設計和收集機構并用Pro/e軟件繪制了機構的三維圖以助理解?？缮炜s齒梳式油茶果實采摘機構主要采用了齒梳式采摘機構和鋁合金管可伸縮機構，采摘寬度范圍較大效率高、伸縮長短可調(diào)節(jié)，采摘較靈活省力，果實由鋁合金管空心部分滑出，最小采摘油茶果直徑為各個齒的中心間距20mm，最大采摘油茶果為最小鋁合金管的直徑60mm，收集極為方便省力，鋁合金管可伸縮機構又使其質(zhì)量較輕，便于攜帶，經(jīng)投產(chǎn)和改進后可望解決農(nóng)民朋友油茶及直徑相近果實的采摘難題，市場前景廣闊。
關鍵詞：可伸縮性；油茶果；采摘；齒梳式；機構設計。
Abstract
This topic using mapping software for mechanism design of camellia fruit picking, scalable picking machine is a kind of comb type people picking fruits high difficult to solve and innovative design tools, at the same time the design greatly convenient for migrant workers picking the fruit of the process and picking efficiency. Design organization include: picking mechanism, telescopic rod, comb shape design and collection mechanism using Pro/e software rendering the 3 d map to help understanding. Scalable comb type camellia picking fruit picking agencies and institutions mainly adopts the comb type aluminum alloy tube scalable, picking the width of the range with high efficiency, larger scale length can be adjusted, the harvest is flexible and effort, the fruit out of aluminum alloy tube hollow section, picking fruit diameter for each tooth of the minimum cent distance of 20 mm, picking fruit for minimum alumin tube of the largest diameter of 60 mm, collection is extremely convenient save Lab, aluminum alloy tube scalable organizations and their quality is lighter, easy to carry, the production and improvement.
Key words: scalability; camellia fruit; harvest; comb type; mechanism
1 緒論
1.1 可伸縮齒梳式油茶果實采摘機構的技術前景
在國內(nèi)，油茶果采摘由人工來完成，采摘效率低、采摘人員勞動強度大、工作環(huán)境差。目前對油茶采摘機的報道比較少，最近國內(nèi)也有一些采摘機具的專利，如堅果采摘機，這些專利能在一定程度上減輕采摘人員的勞動強度，改變采摘人員的工作環(huán)境；但大多結構簡單，所以未從根本上解決采摘難度，效率低等問題。本研究以設計出實用化的油茶果采摘機為目標，通過對油茶果采摘的工作環(huán)境和特性進行深入分析，利用pro/e軟件對油茶果采摘機進行三維設計和虛擬裝配，設計出可伸縮齒梳式油茶果采摘機構。基本解決了采摘勞動力大、效率低等問題，具有一定的發(fā)展前景。
1.1.1 可伸縮齒梳式油茶果實采摘機構的采摘對象分析
油茶林種植密度根據(jù)地塊、坡度、光照強度和管理水平確定。土層深厚、肥沃的平地，株行距3m x 3m，栽植1100株/hm^2;坡腳和緩坡地株行距3m x2.5m，栽植1335株/hm^2。經(jīng)過改良后的成熟油茶樹一般高為1.5m-2.7m，冠幅平均為1.52-2.99m^2如果將冠幅簡化為圓形則直徑在1.4-2.0m之間，本設計適合任意地貌特征地區(qū)采摘最大采摘高度為：人的身高+單臂展+伸縮鋁合金管；采摘寬度范圍為：500mm；采摘油茶果直徑為：20mm-50mm（經(jīng)過大量分析油茶果直徑一般都在27mm-39mm之間）。所以本設計的優(yōu)點可想而知：采摘途徑方便、效率較高、工作地點不限大大減小了農(nóng)民工的勞動強度、設計費用經(jīng)濟實惠等等。
2 可伸縮齒梳式油茶果實采摘機構原理
2.1 油茶果實采摘方式的選擇
經(jīng)分析要實現(xiàn)對油茶果實的采摘機構設計，按原理可分為抓拉式、吸附式、剪切式等類型，其各自特點如下圖所示。
各類不同工作原理的采摘機構及特點
類型
優(yōu)點
缺點
抓拉式
結構簡單、操作方便、效率高
對枝條和花蕾傷害稍大
吸附式
定位要求低、動作靈敏
需要配備真空形成裝置，笨重不方便攜帶，造價較高。
剪切式
結構簡單，操作方便，對果實和枝條的傷害較小
定位要求高，效率較低，不方便收集。
通過老師的指導及設計要求，本機構設計采用拉抓式采摘類型進行設計。
2.1.1可伸縮齒梳式油茶果實采摘機構原理簡述
如下所示的機構裝配圖，油茶果實采摘機械整體分為兩個部分：采摘部分和可伸縮部分，采摘部分和可伸縮部分詳見后面的采摘頭和可伸縮部分原理說明。
首先，采摘部分由動齒梳、定齒梳、板塊、加強桿、搖桿、桿套、管套、螺栓、螺母、和鋼絲繩索等零件組成,并通過螺紋固定在鋁合金管3上，可伸縮部分由鋁合金空心管1、2、3，它們相互用螺紋連接。收集部分由收集卡環(huán)、網(wǎng)袋及伸縮桿內(nèi)茶果實時，通過手向下拉動鋼絲繩索，繩索帶動連桿機構做雙曲柄運動，連桿帶動板部空心結構組成，動力部分由五桿機構、及鋼絲繩索組成。當機構的頭部觸到油塊做弧線運動，從而使得動齒梳達到閉合的效果，由于動、定齒梳為半圓性，方便自動定位，并在動齒梳與定齒梳閉合同時，將整個機構向下拉或者旋轉以采摘果實，也可以直接剪切果梗，果實脫離枝條后沿鋁合金空心管內(nèi)部滑落至放置在機構尾部的收集網(wǎng)袋中，至此完成一次采摘過程。
2.1.2 便攜式油茶果實采摘機械三維總裝配圖
從圖形中可以大致看出本機構設計主要由哪些部分組成的，在上面的機構原理簡述中已經(jīng)提到過了。
現(xiàn)在根據(jù)總裝配圖簡要說明此可伸縮齒梳式油茶果采摘機構的工作原理：
第一步驟：手動伸縮鋁合金管1、管2、管3；
第二步驟：將預先設計好的采摘頭部設計裝配到可伸縮鋁合金管并將鋼絲拉繩的準備工作做好；
第三步驟：瞄準采摘目標，先用定齒梳部分將油茶果實拉住，同時用力將鋼絲拉繩往下拉動，通過一搖桿機構帶動動齒梳做搖擺運動與定齒梳相互交錯，目的是為了將油茶果實更好的定位?。?
第四步驟：用手將鋁合金管向下拉動，此時果實將與樹枝分離開來并落入空心鋁合金管道中，果實沿著管道掉落于底部的網(wǎng)袋中，此時油茶果實采摘收集完成。
3 可伸縮齒梳式油茶果實采摘機構設計與計算
3.1 可伸縮齒梳式油茶采摘機構頭部原理與設計：
3.1.1 可伸縮齒梳式油茶果采摘機構可伸縮原理與機構設計：
以下兩圖是鋁合金管連接處的三維圖，其實現(xiàn)可伸縮的關鍵在于兩個連接的鋁合金管連接處有螺紋，直徑大的鋁合金管攻有內(nèi)螺紋，直徑較小的鋁合金管攻有外螺紋，且兩個鋁合金管均為空心，小直徑的套在大直徑的鋁合金管里面，實現(xiàn)可伸縮功能，不用的時候也可將它們分離開來，將小直徑的鋁合金管壓入大直徑的鋁合金管即可。
3.1.2 動力部分原理及計算
首先，借助三維圖形進行原理分析：
圖示中同種顏色則說明這些零件的連接關系為焊接，本設計的動力傳達機構主要為搖桿機構：板塊焊接有固定銷切穿過該板塊，再將兩個套筒分別套入固定銷并將螺母旋進，但是要保證套筒兩端均留有間隙，然后套筒與搖桿焊接在一塊，通過搖桿帶動板塊及齒梳的合離運動，在圖形的右側有一根鋼絲繩索，它將穿過較短的搖桿并與其固定在一起，最后通過人為的拉動鋼絲繩索來實現(xiàn)動力傳輸，從而達到設計要求。
動力部分機構設計與計算
板塊設計：長度(L)80mm，寬度(D)50mm，厚度(h)4mm；固定銷直徑(d）4mm；兩固定銷之間的距離為40mm。
搖桿分別為L1，L2，L3;長度分別為40mm，40mm，20mm。
搖桿滿足任意兩邊之和大于第三邊，兩邊之差小于第三邊，所以能夠達到所需要的效果。
3.1.3 各個零配件材料的選擇
可伸縮材料的選擇
考慮到三根伸縮管的直徑都較大，所以采用普通輕質(zhì)的鋁合金管來制造，以達到經(jīng)濟實惠，方便攜帶的效果。
采摘頭材料的選擇
齒梳、加強桿、搖桿、桿套、管套及板塊為實心鋼鐵所制，材料采用45號鋼；鋼絲拉繩使用尼龍涂塑材料制作；螺栓GB/T5782-2000M4；螺母采用GB/T6170-2000M4配件。
4 可伸縮油茶果實采摘機構設計總結
此次畢業(yè)設計從采摘的方式上入手，先是考慮了剪切式采摘機構，之后是考慮抓取式采摘，參考了油茶的一些知識，并根據(jù)自己采摘油茶的經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)油茶果實和一般的果實有不同之處。油茶樹枝條韌性大，果實主要分布在油茶樹枝條的前端，在較高的油茶樹面前使用抓拉式采摘機構最為方便實用。又考慮到可伸縮性，最后確定可伸縮性用鋁合金管實現(xiàn)，。另外考慮到自動定位功能，動、定齒梳采用半圓形來實現(xiàn)。重點從定位、動力傳送和可伸縮性等方面入手，利用Pro/e和AutoCAD軟件，繪制三維圖及二維圖；結合機械原理、機械設計和農(nóng)業(yè)機械等知識，在饒老師的指導下來完成此次畢業(yè)設計。我發(fā)現(xiàn)真正地要設計一樣產(chǎn)品真不是一件簡單的事情，從理論到實踐的轉換，設計思路理念，對課本知識的深入運用，繪圖軟件一些高級繪圖功能都是比較難的，需要花時間。知識儲備太少，而且不系統(tǒng)，又沒有多少實踐經(jīng)驗，我想這是我以后應該努力的方向，也是學院加強這方面教學條件的契機吧。
由于油茶果實種類較多，此次設計主要是針對普通油茶，油茶果實采收時，本產(chǎn)品只針對油茶樹較高果實的采收，其高度適合范圍為1.8-3.5米，允許通過的最大油茶直徑為60mm。需要進一步改進的地方應該是將連桿與板塊之間的接觸更為緊密一些，從而達到增加強度的效果，并改變相應的齒梳的位置，使該機構更為簡單實用；另外鋼絲繩索與連桿相連接的部位設計也應當改進。
參 考 文 獻
[1] 徐灝主編，機械設計手冊[M]，北京：機械工業(yè)出版社，1992
[2] 楊明忠、朱家誠主編，機械設計[M]，武漢：武漢理工大學出版社，2001
[3] 曾志新、呂明主編，機械制造技術基礎[M]，武漢：武漢理工大學出版社，2004
[4] 鄭文緯、吳克堅主編，機械原理[M]，北京：高等教育出版社，1997
[5] 劉鴻文主編，材料力學[M]，北京：高等教育出版社，2004
[6] 哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室編，理論力學[M]，北京：高等教育出版社，2008
[7] 陳立德主編，機械專業(yè)英語[M]，上海：上海交通大學出版社，2001
[8] 于永泗、齊民主編，機械工程材料[M]，大連：大連理工大學出版社，2007
[9] 余桂英、郭紀林主編，AutoCAD2008中文版實用教程[M]，大連：大連理工大學出版社，2007
[10] 邵立新、夏素民、孫江宏等編著，Pro/ENGINEER Wildfire ４.0中文版標準教程[M]，北京：清華大學出版社，2007
[11] 馮炳、韓泰榮、將文森等編著，中國機械設計大典（3）[M]，北京：機械工業(yè)出版社，2006
致 謝
畢業(yè)設計是在饒老師的多次指導下完成的，從構思、結構設計到圖紙繪制過程中，饒老師和同學都給了很多建議，除此之外，還包括資料、表格、文獻、研究思想和設想的所有者，借圖書證給我、陪我一起去圖書館的同學們，我在此表示衷心的感謝。