便攜式樣山核桃采摘機(jī)的設(shè)計(jì)

時(shí)間：2023-04-30 06:09:20 資料我要投稿

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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)

題目：便攜式樣山核桃采摘機(jī)的設(shè)計(jì)

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便攜式山核桃采摘機(jī)的設(shè)計(jì)

學(xué)生姓名：指導(dǎo)老師：

浙江工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院

摘要

目前國(guó)內(nèi)果蔬采摘作業(yè)基本以手工采摘為主，隨老齡化和農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力的減少，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本提高，發(fā)展機(jī)械化，特別是果蔬采摘機(jī)的研究，具有重要意義。

本文設(shè)計(jì)的便攜式山核桃采摘機(jī)，屬于農(nóng)業(yè)機(jī)械。山核桃采摘機(jī)包括電源、連桿機(jī)構(gòu)、機(jī)殼、驅(qū)動(dòng)裝置、連接臂、上下拍爪，連桿機(jī)構(gòu)由外管、內(nèi)管和鎖緊裝置構(gòu)成。外管內(nèi)套接有可在外管內(nèi)部伸縮的內(nèi)管，外管右端與內(nèi)管外壁連接處設(shè)有鎖緊裝置，內(nèi)管右端與機(jī)殼左端固定連接，上拍爪左端與機(jī)殼右端上殼體鉸接，下拍爪左端與機(jī)殼右端下殼體鉸接，機(jī)殼內(nèi)設(shè)有驅(qū)動(dòng)裝置，上下拍爪通過連接臂與驅(qū)動(dòng)裝置連接。

關(guān)鍵詞：便攜式山核桃采摘機(jī) 驅(qū)動(dòng)裝置上拍爪下拍爪連桿機(jī)構(gòu)

The Design of portable pecan picking machine

Student: Advisor:

College of Engineering

Zhejiang University of Technology

Abstract

At present, the harvest of fruit and vegetable in China is basically by hand. With the aging, the reducing of agricultural labor force, and the increasing of the cost of agricultural production, the development of mechanization of harvest, especially the research on robots of fruit and vegetable harvest, has a great significance.

The portable pecan picking machine designed in this thesis is a kind of agricultural machinery .This machine employs power supplies, linkages, machine shells, driving devises, connecting arms, upper fingers and down fingers. Thereinto, the linkage is made up of an outer pipe, an inner pipe and a lock device. The flexible inner pipe is connected in the inner surface of the outer pipe. Lock device is in the joint of the right end of outer pipe and the outer surface of the inner pipe. The right end of inner pipe is fixedly connected with the left end of the machine shell. The left end of upper finger is articulated with the upper part of the machine shells, while the left end of down finger is articulated with the down part of the machine shells. The machine shell is equipped with a driving devise. The upper finger and down finger are connected by connecting arms.

Keyword: portable pecan picking machine;driving devise;upper finger;down finger; linkage

摘要 .............................................................................................................................................. i Abstract ........................................................................................................................................... ii

第一章緒論 ................................................................................................................................... 3

1.1選題的背景及現(xiàn)狀 ............................................................................................................ 3

1.1.1山核桃采摘的現(xiàn)狀 .................................................................................................. 3

1.1.2便攜式山核桃采摘機(jī)的使用現(xiàn)狀 .......................................................................... 3

1.2研究的意義 ........................................................................................................................ 3

第二章便攜式山核桃采摘機(jī)機(jī)械系統(tǒng) ....................................................................................... 5

2.1便攜式山核桃采摘機(jī)使用的可行性 ................................................................................ 5

2.2便攜式山核桃采摘機(jī)的基本工作原理 ............................................................................ 5

2.3便攜式山核桃采摘機(jī)的構(gòu)造 ............................................................................................ 5

第三章采摘裝置的設(shè)計(jì) ............................................................................................................... 9

3.1上下拍爪及剪切刀具的材料選擇 .................................................................................... 9

3.2剪切刀片尺寸的確定 ........................................................................................................ 9

3.3上下拍爪的力學(xué)分析 ........................................................................................................ 9

3.3.1上下拍爪剪切刀具之間的工作載荷 ...................................................................... 9

3.3.2上下拍爪剪切刀具的強(qiáng)度校核 ............................................................................ 10

3.4上下拍爪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ...................................................................................................... 11

第四章傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ............................................................................................................. 17

4.1驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 .............................................................................................................. 17

4.1.1電動(dòng)機(jī)型號(hào)的選擇 ................................................................................................ 17

4.1.2電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)電路 ............................................................................................ 19

4.2傳動(dòng)軸及齒輪的設(shè)計(jì) ...................................................................................................... 20

4.2.1傳動(dòng)軸及齒輪的工作情況介紹 ............................................................................ 20

4.2.2傳動(dòng)軸及齒輪的計(jì)算、校核及設(shè)計(jì) .................................................................... 20

4.2.2.1選擇軸的材料及熱處理 ................................................................................. 20

4.2.2.2計(jì)算傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和分配各級(jí)傳動(dòng)比 ............................................. 20

4.2.2.3圓柱齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 ..................................................................................... 22

4.2.2.4 圓錐齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 .................................................................................... 25

4.2.2.5 II軸的計(jì)算及設(shè)計(jì) ......................................................................................... 29

4.2.2.6 I軸的計(jì)算及設(shè)計(jì) ........................................................................................... 33

4.2.2.7鍵的校核 ......................................................................................................... 38

第五章便攜式山核桃采摘機(jī)的總體重量及校核 ..................................................................... 40

5.1便攜式山核桃采摘機(jī)的總體重量 .................................................................................. 40

5.2便攜式山核桃采摘機(jī)的總體校核 .................................................................................. 40

第六章便攜式山核桃采摘機(jī)的裝配 ......................................................................................... 42

6.1裝配設(shè)計(jì)特點(diǎn) .................................................................................................................. 42

6.2便攜式山核桃采摘機(jī)的裝配 .......................................................................................... 42

第七章總結(jié) ................................................................................................................................. 46

參考文獻(xiàn)： ................................................................................................................................... 47

致謝 ............................................................................................................................................... 48

第一章緒論

1.1選題的背景及現(xiàn)狀

1.1.1山核桃采摘的現(xiàn)狀

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民生活水平的提高，特別是食品方面需求，山核桃有著極其高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，含有較多的蛋白質(zhì)及人體營(yíng)養(yǎng)必需的不飽和脂肪酸，還有多種維生素，有潤(rùn)腸、滋腎、益腦等功效[1]。山核桃是浙江傳統(tǒng)特產(chǎn)，主產(chǎn)于浙、皖交界的天目山區(qū)，分布于臨安的昌化、于潛、淳安的臨岐、唐村、安吉的孝豐，桐廬的分水等地，昌化的山核桃產(chǎn)量居首位。每年白露（9月8日）過后，山核桃主產(chǎn)區(qū)臨安昌化開始統(tǒng)一采摘。山核桃樹通常高5到20米不等，需要農(nóng)民爬到樹上，然后人站在樹上用竹竿將枝頭的山核桃敲打下來，掉到地上后撿到麻袋中運(yùn)回。山核桃產(chǎn)業(yè)給當(dāng)?shù)貛砭薮蠼?jīng)濟(jì)、社會(huì)效益的同時(shí)，每年因山核桃采摘事故造成的死傷悲劇卻不斷在上演。2004年，共有7人在采摘山核桃過程中死亡，108人受傷；到了2006年這一數(shù)字上升為16人死亡200多人受傷；而到2009年，開摘僅8天即有9人死亡[2]。這一組組血淋淋的數(shù)據(jù)，無時(shí)不刻地拷問著當(dāng)?shù)氐纳胶颂耶a(chǎn)業(yè)。

1.1.2便攜式山核桃采摘機(jī)的使用現(xiàn)狀

便攜式山核桃采摘機(jī)是通過上下拍爪剪切山核桃的枝頭將剪斷的枝頭的山核桃收集在上下拍爪下方的收集網(wǎng)中。首次應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行果蔬收獲的是美國(guó)學(xué)者Schertz和Brown于1968年提出的，但當(dāng)時(shí)開發(fā)的收獲機(jī)器人樣機(jī)只能算是半自動(dòng)化的收獲機(jī)械。隨著計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)以及人工智能控制等技術(shù)的發(fā)展和日趨成熟，日本、美國(guó)、荷蘭、法國(guó)、英國(guó)、意大利、以色列、西班牙等國(guó)家在采摘機(jī)器人的研究上做了大量研究工作，并且試驗(yàn)成功了多種具有人工智能的采摘機(jī)器人。但是由于采摘對(duì)象的復(fù)雜性和采摘環(huán)境的特殊性，目前市場(chǎng)上仍沒有商品化的采摘機(jī)器人[3]。從1983年第一臺(tái)西紅柿采摘機(jī)器人在美國(guó)誕生以來，采摘機(jī)器人的研究和開發(fā)已經(jīng)經(jīng)歷了近20年。日本和歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家相繼立項(xiàng)研究用于采摘蘋果、柑桔、西紅柿、茄子、葡萄等水果的智能機(jī)器人[4，5，6]。根據(jù)對(duì)智能機(jī)器人的不同理解，目前采摘機(jī)器人的研究朝著人機(jī)互助型和自主智能型兩種不同的方向發(fā)展

[7]。在我國(guó)只有趙偉忠、徐建鋒曾設(shè)計(jì)過便攜式堅(jiān)果采摘機(jī)[8]，但是也未應(yīng)用到實(shí)際生活當(dāng)中，相關(guān)資料也很少。

1.2研究的意義

本課題所研究的是便攜式山核桃采摘機(jī)，屬于一種農(nóng)用機(jī)械，特別是一種適用于采摘高處山核桃的便攜式采摘機(jī)，屬于農(nóng)用機(jī)械的制造領(lǐng)域。

一直以來，采摘山核桃都是依靠人工采摘，而采摘不到的山核桃則需要借助長(zhǎng)竹竿或長(zhǎng)木棍等桿狀工具進(jìn)行拍打，使果實(shí)掉落到地上，然后人工拾取果實(shí)，這種方法采摘效率低，而且安全隱患多，每年都有操作人員從樹上摔下傷人事件，而國(guó)外也只有大型的采摘設(shè)備，由于設(shè)備體積和重量都比較大，移動(dòng)麻煩，使用起來極為不便，特別不適合我國(guó)山區(qū)、丘陵地帶的使用。而該采摘機(jī)有重量輕，體積小，容易移動(dòng)，壽命長(zhǎng)，工作效率高等優(yōu)點(diǎn)。

第二章便攜式山核桃采摘機(jī)機(jī)械系統(tǒng)

2.1便攜式山核桃采摘機(jī)使用的可行性

要實(shí)現(xiàn)剪切果實(shí)的功能，可以有多種功能原理實(shí)現(xiàn)，如吸附式、抓拉式、剪切式等[9]。而本課題所要設(shè)計(jì)的便攜式山核桃采摘機(jī)就是利用剪切式功能原理進(jìn)行采摘的，主要是由于山核桃果實(shí)枝頭處比較堅(jiān)韌，利用吸附式和抓拉式對(duì)果樹的枝條都具有較大的傷害。但是也由于山核桃樹非常高大，并且通常位于險(xiǎn)峻的高山上，人工采摘比較危險(xiǎn)，每年采摘季節(jié)都有不少的死傷事故發(fā)生。本課題設(shè)計(jì)的便攜式山核桃采摘機(jī)可以不用讓采摘人員爬到高處采摘，減少人員傷亡事故。本課題所設(shè)計(jì)的采摘機(jī)的伸高是通過配合使用內(nèi)外管和鎖緊裝置來控制高度，而外管與內(nèi)管的材料都是由較輕盈的塑料做成，不僅堅(jiān)固而且操作起來比較省力，可以降低采摘人員的勞動(dòng)難度，提高采摘效率。

2.2便攜式山核桃采摘機(jī)的基本工作原理

便攜式山核桃采摘機(jī)的主要工作部件是電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)嚙合著的齒輪來帶動(dòng)上下拍爪的剪切工作。工作時(shí)，通過內(nèi)管和外管以及鎖緊裝置來控制采摘機(jī)的伸展的高度，驅(qū)動(dòng)裝置包括電機(jī)和變速箱，變速箱由箱體、I軸（包含一段齒輪軸）、II軸、小圓錐齒輪、大圓錐齒輪和大圓柱齒輪構(gòu)成，I軸上中部前后分別設(shè)有大圓錐齒輪和一段齒輪軸，且I軸兩端分別和箱體前后兩側(cè)連接，II軸位于I軸右側(cè)，且II軸后端與箱體后側(cè)連接，II軸前端與大圓柱齒輪連接，大圓柱齒輪和齒輪軸相互嚙合，I軸上設(shè)有一段偏心軸，電機(jī)位于變速箱左側(cè)且其動(dòng)力輸出端上設(shè)有小圓錐齒輪，小圓錐齒輪和大圓錐齒輪嚙合。電機(jī)帶動(dòng)小圓錐齒輪，將動(dòng)力傳到大圓錐齒輪上，實(shí)現(xiàn)第一次變速，I軸上的小圓柱齒輪軸把動(dòng)力傳到大圓輪齒輪上，實(shí)現(xiàn)第二次變速，在II軸上設(shè)一個(gè)偏心軸，偏心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)長(zhǎng)的連接動(dòng)力臂，連接臂由2根短的連接動(dòng)力臂和1根長(zhǎng)的連接動(dòng)力臂構(gòu)成，2根短的連接動(dòng)力臂分別與上拍爪左端和下拍爪的左端鉸接，其另一端都與長(zhǎng)的連接動(dòng)力臂右端鉸接，長(zhǎng)的連接動(dòng)力臂左端與II軸上的偏心軸連接。偏心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)長(zhǎng)短動(dòng)力臂實(shí)現(xiàn)上拍爪和下拍爪交互運(yùn)動(dòng)，上下拍爪上設(shè)有剪切的刀具，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)山核桃果實(shí)枝頭的剪切，然后把剪切后的獲得的山核桃收集在上下拍爪下的收集網(wǎng)中。

2.3便攜式山核桃采摘機(jī)的構(gòu)造

便攜式山核桃采摘機(jī)包括電源、連桿機(jī)構(gòu)、機(jī)殼、驅(qū)動(dòng)裝置、連接臂、上拍爪和下拍爪，連桿機(jī)構(gòu)由外管、內(nèi)管和鎖緊裝置構(gòu)成。外管內(nèi)套接有可在外管內(nèi)伸縮的內(nèi)管，外管右端與內(nèi)管外壁連接處設(shè)有鎖緊裝置，內(nèi)管右端與機(jī)殼左端固定連接，上拍爪左端與機(jī)殼右端上殼體鉸接，下拍爪左端與機(jī)殼右端下殼體鉸接，機(jī)殼內(nèi)設(shè)有驅(qū)動(dòng)裝置，上拍爪與下拍爪通過連接臂與驅(qū)動(dòng)裝置連接，如圖2-1到2-9所示。

圖2-1 總裝配三維前視圖

圖2-2 總裝配三維前視圖

圖2-3 總裝配二維主視圖

圖2-4 總裝配二維俯視圖

圖2-5 工作及傳動(dòng)部分裝配三維前視圖

圖2-6 工作部分三維下視圖

圖2-7 工作部分三維左視圖

圖2-8 減速箱部分三維前視圖

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