葡萄采摘機(jī)的設(shè)計(jì)【葡萄采摘收獲機(jī)】【說(shuō)明書(shū)+CAD+SOLIDWORKS+仿真】
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16 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)
葡萄采摘機(jī)的設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名 宋曉雪
學(xué) 號(hào) 8011212240
所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí) 16-2
指導(dǎo)老師 孟煒
日 期 2016 .05
塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院制
前 言
我國(guó)鮮食葡萄進(jìn)口位居第10位,年進(jìn)口量達(dá)8萬(wàn)t以上,價(jià)值9062.9萬(wàn)美元,而葡萄出口量?jī)H1.8萬(wàn)t,占世界葡萄出口量的0.58%,出口值781.5萬(wàn)美元,價(jià)格不足世界出口平均價(jià)的1/2[1],國(guó)內(nèi)外鮮食葡萄采摘沒(méi)有機(jī)械化,依然依靠人工,或者一些簡(jiǎn)單的機(jī)械,葡萄采摘機(jī)器人停留在機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)研究階段。
本課題針對(duì)國(guó)內(nèi)鮮食葡萄需求量大,而且采摘環(huán)節(jié)沒(méi)有機(jī)械化的問(wèn)題設(shè)計(jì)一種機(jī)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(jì)路徑控制器控制剪刀的開(kāi),用彈簧控制剪刀的閉??烧郫B葡萄輸送機(jī)構(gòu),閑時(shí)可折疊??倷C(jī)架機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)尺寸,動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng),并確定主要零、部件的結(jié)構(gòu)尺寸及其選型。并進(jìn)行強(qiáng)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(jī)器。
關(guān)鍵詞:鮮食葡萄采摘;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);強(qiáng)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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 2
1.4葡萄的營(yíng)養(yǎng)和種植情況 3
2 葡萄采摘機(jī)的設(shè)計(jì) 3
2.1葡萄采摘機(jī)基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3
2.2葡萄采摘機(jī)參數(shù)的確定 10
2.3 減速級(jí)軸的強(qiáng)度校核計(jì)算 17
2.4 傳動(dòng)軸鍵的校核 19
2.5葡萄采摘機(jī)工作效率的計(jì)算 19
3 葡萄采摘機(jī)的工作過(guò)程 20
4 操作使用及注意事項(xiàng) 20
總 結(jié) 22
致 謝 23
參考文獻(xiàn) 24
工程概況
本文首先介紹了本課題要設(shè)計(jì)的葡萄采摘機(jī)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(jī)構(gòu)、特制葡萄運(yùn)輸帶、手持采摘器手握控制機(jī)構(gòu)、可折疊帶傳動(dòng)運(yùn)輸機(jī)構(gòu)、二級(jí)減速機(jī)構(gòu)、葡萄收集箱、180mm萬(wàn)向輪、一級(jí)減速機(jī)構(gòu)、汽油機(jī)、總機(jī)架、總機(jī)架手扶機(jī)構(gòu)。結(jié)合實(shí)際的使用情況,設(shè)計(jì)手握桿的手握端和執(zhí)行端的結(jié)構(gòu),運(yùn)輸帶的結(jié)構(gòu),可折疊運(yùn)輸機(jī)構(gòu),一二減速的結(jié)構(gòu)和參數(shù),汽油機(jī)的參數(shù),汽油機(jī)在總機(jī)架的位置,然后對(duì)各個(gè)確定結(jié)構(gòu)的零部件進(jìn)行參數(shù)確定,
最后對(duì)軸、鍵校核,計(jì)算工作效率。
塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)
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(gè)生產(chǎn)過(guò)程中,采摘是最重要的環(huán)節(jié)之一,是一項(xiàng)季節(jié)性較強(qiáng)和勞動(dòng)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(jì)損失,目前,作為葡萄天堂種植區(qū)的美國(guó)加州法國(guó)波爾多的釀酒葡萄大面積采收已實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化作業(yè),技術(shù)較成熟,但是鮮食葡萄的采摘沒(méi)有機(jī)械化作業(yè),中國(guó)的葡萄種植穩(wěn)步發(fā)展,栽培面積約1100萬(wàn)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(jìn)出口量均在300萬(wàn)t左右,比1990年(162萬(wàn)t)增加80%以上,出口值32.93億美元,進(jìn)口值40.78億美元。我國(guó)葡萄進(jìn)口位居第10位,年進(jìn)口量達(dá)8萬(wàn)t以上,價(jià)值9062.9萬(wàn)美元,而葡萄出口量?jī)H1.8萬(wàn)t,占世界葡萄出口量的0.58%,出口值781.5萬(wàn)美元,價(jià)格不足世界出口平均價(jià)的1/2[1]。
天山區(qū),其中庭院高架葡萄面積達(dá)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(xiǎn)性,而且費(fèi)時(shí)費(fèi)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(fèi)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(wèn)題,本設(shè)計(jì)推出一種采摘器達(dá)到以下目的:
(1)采收依靠機(jī)械,降低人的勞動(dòng)強(qiáng)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(jì)作物收獲期重疊,導(dǎo)致雇傭工困難的問(wèn)題;
(3)降低采摘機(jī)器各項(xiàng)成本,促進(jìn)我葡萄標(biāo)準(zhǔn)化,產(chǎn)業(yè)化。
鮮食葡萄采收環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化的意義在于:
(1)體現(xiàn)了人類社會(huì)的進(jìn)步,效率更高,增加國(guó)家的貿(mào)易額,使國(guó)家強(qiáng)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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
1.3.1國(guó)外葡萄采摘機(jī)的研究現(xiàn)狀
(1)在美國(guó),葡萄機(jī)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(yàn)開(kāi)始于1952年的美國(guó)加利福尼亞州,1963年建成了第一臺(tái)商業(yè)化的葡萄收獲機(jī),1965年對(duì)該機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)。目前對(duì)鮮食葡萄的采摘機(jī)械,停留的機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)-葡萄采摘點(diǎn)控制方法的理論階段。
(2)在法國(guó),法國(guó)從拖拉機(jī)到與之配套的栽植、剪枝、整形、施肥、施藥、采收、包裝、運(yùn)輸?shù)染邢鄳?yīng)的作業(yè)機(jī)械,其葡萄采收機(jī)械每年生產(chǎn)量較大,出口較多,與美國(guó)的機(jī)械相同也是振動(dòng)分離式釀酒葡萄收獲機(jī),目前對(duì)鮮食葡萄的采摘機(jī)械,沒(méi)有制造出采摘鮮食葡萄機(jī)器人。
(3)在紐荷蘭, Braud 9080L釀酒葡萄葡萄收獲機(jī),在沈陽(yáng)展會(huì)展出,是全天候生產(chǎn)設(shè)計(jì)機(jī)型,其工作涵蓋從預(yù)修剪和葡萄收貨各個(gè)環(huán)節(jié),為中國(guó)的葡萄酒業(yè)提供更加強(qiáng)大的支撐和動(dòng)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(guó)內(nèi)葡萄采摘機(jī)的研究現(xiàn)狀
近年來(lái),我國(guó)大學(xué)對(duì)葡萄采摘機(jī)開(kāi)展了大量的研究工作,最早的機(jī)械采摘方法是采用機(jī)械振搖式和氣動(dòng)振搖式,應(yīng)用于釀酒葡萄,中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院聯(lián)合浙江理工大學(xué)機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院、美國(guó)華盛頓州立大學(xué)精細(xì)與自動(dòng)化農(nóng)業(yè)研究中心對(duì)振動(dòng)原理分離果實(shí)與果梗做了詳細(xì)的演算,石河子大學(xué)研發(fā)出一臺(tái)振動(dòng)分離原理的葡萄采摘機(jī)和相配合的輸送機(jī)構(gòu),摘下來(lái)之后是顆粒狀的,目前對(duì)鮮食葡萄的采摘機(jī)械,停留的機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)-葡萄采摘點(diǎn)控制方法的理論階段。
2002年克州農(nóng)機(jī)研究推廣所,研究出一種4PCQ-1采摘高架鮮食葡萄的機(jī)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(guò)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(duì)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(shí)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(gè)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(jī)研究推廣所研制4PCQ-1鮮食葡萄采摘器[9]
優(yōu)點(diǎn):4PCQ-1型葡萄采摘器具有重量輕,價(jià)格便宜,防散粒,操作方便,效率高,多功能等特點(diǎn)[9]。
缺點(diǎn):摘刀的角度不易適當(dāng)調(diào)節(jié),人雙手舉撐桿時(shí)間長(zhǎng)容易疲憊,摘葡萄少量進(jìn)行轉(zhuǎn)移會(huì)降低生產(chǎn)效率,大量進(jìn)行轉(zhuǎn)移增加人雙臂的負(fù)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(shì)
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,農(nóng)業(yè)機(jī)器人在國(guó)內(nèi)外迅速發(fā)展起來(lái)。自從20世紀(jì)60年代美國(guó)人Schertz和Brown提出用機(jī)器人采摘果實(shí)之后,對(duì)采摘機(jī)器人的研究受到廣泛重。我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)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(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)的草莓采摘機(jī)器人研究、東北林業(yè)大學(xué)林木球果采摘機(jī)器人研究及上海交通大學(xué)的黃瓜機(jī)器人研究等。目前國(guó)內(nèi)外采摘鮮食葡萄沒(méi)有機(jī)器人,停留在機(jī)器人判斷采摘鮮食葡萄的采摘點(diǎn)理論方法上。
1.4葡萄的營(yíng)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(zhǎng)期居于首位,20世紀(jì)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì),在水果界一直被冠以“水果之王”的美稱。我國(guó)葡萄資源豐富,2007年栽培總面積達(dá)41.867萬(wàn)hm2,葡萄總產(chǎn)量627萬(wàn)t[1],隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)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(fèi)品位的提高,從葡萄、葡萄酒具有的外觀特征、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、藥用價(jià)值以及文化內(nèi)涵等方面拓展了葡萄產(chǎn)業(yè)的消費(fèi)市場(chǎng)??萍嫉倪M(jìn)步,更加速了人們對(duì)葡萄營(yíng)養(yǎng)成分及其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值等方面新的開(kāi)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(yíng)養(yǎng)成分
葡萄不僅風(fēng)味優(yōu)美,而且營(yíng)養(yǎng)特別豐富。據(jù)測(cè)定,葡萄果實(shí)中除了常規(guī)的營(yíng)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(jī)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(rèn)識(shí)的重要營(yíng)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(dá)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(xiǎn)性,而且費(fèi)時(shí)費(fèi)力,效率低,損失大。
2 葡萄采摘機(jī)的設(shè)計(jì)
2.1葡萄采摘機(jī)基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1.1葡萄采摘機(jī)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(jī)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(lái)的葡萄是成串的,落在葡萄收集筐內(nèi),葡萄采摘機(jī)(圖2-1)主要結(jié)構(gòu)包括:1.手持采摘器末端剪刀機(jī)構(gòu),2.特制葡萄運(yùn)輸帶,3.手持采摘器手握控制機(jī)構(gòu),4.可折疊帶傳動(dòng)運(yùn)輸機(jī)構(gòu),5.二級(jí)減速機(jī)構(gòu),6.葡萄收集筐,7.180mm萬(wàn)向輪,8.一級(jí)減速機(jī)構(gòu),9.汽油機(jī),10.總機(jī)架,11.總機(jī)架手扶機(jī)構(gòu)。
圖2-1 葡萄采摘機(jī)整體結(jié)構(gòu)圖
2.1.2減速級(jí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
(1)減速級(jí)數(shù)的設(shè)計(jì)
考慮到葡萄的果肉容易損壞,所以葡萄運(yùn)輸布的速度一定慢,初定減速比為30/1,考慮到成本問(wèn)題,決定采用二級(jí)帶傳動(dòng)減速裝置(圖2-2)。設(shè)計(jì)減速級(jí)階梯軸,應(yīng)考慮大小帶輪與汽油機(jī)和終端帶輪的軸向距離,圖中序號(hào)代表意思:1.汽油機(jī)帶輪,2.一級(jí)減速機(jī)構(gòu),3.二級(jí)減速機(jī)構(gòu)。
圖2-2 減速級(jí)總裝二維圖
(2)減速級(jí)支撐軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
由于要形成兩級(jí)減速,考慮到帶輪的大小,以及軸向定位,減速級(jí)結(jié)構(gòu)應(yīng)包括減速機(jī)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(tái)(圖2-3),圖中序號(hào)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(tái)。
圖2-3 減速級(jí)二維剖面圖
2.1.3總機(jī)架設(shè)計(jì)
此葡萄采摘機(jī)是采用手推小車的形式,根據(jù)采摘者的身高設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)男≤嚫叨?,根?jù)高架葡萄的種植地形采取適當(dāng)高度的的萬(wàn)向輪,根據(jù)人的普遍身高設(shè)計(jì)手扶把手的適當(dāng)高度,根據(jù)汽油機(jī)尺寸和減速級(jí)傳動(dòng)比所需要的尺寸,確定適當(dāng)?shù)目倷C(jī)架的寬和長(zhǎng)(圖2-4,圖2-5)。四根立柱采用6.3號(hào)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(jì)用于可調(diào)整高度折疊運(yùn)輸帶承載機(jī)構(gòu)的放置橫桿。
圖2-4 總機(jī)架二維圖
圖2-5總機(jī)架三維圖
2.1.4特制運(yùn)輸帶設(shè)計(jì)
由于降落下來(lái)的葡萄有速度不能采用硬質(zhì)運(yùn)輸帶接收,否則會(huì)增加葡萄的浪費(fèi)率,降低產(chǎn)量,決定采用平帶承當(dāng)動(dòng)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?,但矩形孔洞不宜過(guò)寬,以免將葡萄卡在里面,以便方便鮮食葡萄的運(yùn)輸(圖2-6),圖中序號(hào)代表意思:1.葡萄運(yùn)輸布, 2.平帶, 3.傳輸帶動(dòng)力軸,4.傳輸帶支撐軸。
圖2-6特制運(yùn)輸帶二維圖
2.1.5可調(diào)節(jié)高度折疊運(yùn)輸機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
首先確定可折疊運(yùn)輸機(jī)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(guò)兩種不同長(zhǎng)度的拉桿與鋁合金桿件的連接,實(shí)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(yùn)輸機(jī)構(gòu)三維圖
(1)為加強(qiáng)鋁合金桿件之間的連接,采用圓鋼桿支撐桿橫串兩成對(duì)的鋁合金桿件,形成支架(圖2-8),圖中序號(hào)代表:1.不同長(zhǎng)度的傳輸帶支撐軸, 2.不同長(zhǎng)度圓鋼支撐桿件。
圖2-8總機(jī)架正視圖(未裝運(yùn)輸帶)
(2)運(yùn)輸帶承載軸的設(shè)計(jì),減速級(jí)終端軸-動(dòng)力軸,及其他三根長(zhǎng)度不一,形狀相似的運(yùn)輸帶承載軸(圖2-9)及圓鋼(圖2-10),為防止平帶在傳輸過(guò)程中左右滑動(dòng),軸中間兩凹槽用于固定平帶。下圖序號(hào)代表:(a)減速級(jí)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(dòng)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(guò)深溝球軸承與運(yùn)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(jì)
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(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
手持采摘器的手握端與末端用自行車閘線連接,設(shè)計(jì)的末端剪切機(jī)構(gòu)采用自行設(shè)計(jì)的左剪刀(圖2-13),右剪刀(圖2-14),閘線收緊時(shí)與閘線連接的路徑控制器帶動(dòng)剪刀張開(kāi),閘線放松時(shí),彈簧推動(dòng)路徑控制器帶動(dòng)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(kāi)口銷的銷軸控制,使支撐軸不掉落,末端剪切機(jī)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(jī)構(gòu)三維圖
2.2葡萄采摘機(jī)參數(shù)的確定
2.2.1汽油機(jī)的選擇
根據(jù)末端運(yùn)輸帶的速度應(yīng)小于150r/min轉(zhuǎn),按初定減速比28,則動(dòng)力源的轉(zhuǎn)速在4200r/min考慮到汽油機(jī)與電動(dòng)機(jī)相比可以提供較大扭矩,而且葡萄采摘機(jī)在野外作業(yè),用電動(dòng)機(jī),得采用產(chǎn)生電的設(shè)備,會(huì)使整個(gè)設(shè)備笨重龐大,最終決定選取騰龍品牌,型號(hào)為TL152F/P,單缸四沖程汽油機(jī),摘錄具體參數(shù)如下表:
表2-1 汽油機(jī)參數(shù)
參數(shù)
數(shù)值
啟動(dòng)方式
手拉反沖啟動(dòng)
旋轉(zhuǎn)方向
逆時(shí)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(jí)減速帶輪大小及總轉(zhuǎn)動(dòng)比的確定
(1)設(shè)計(jì)的基本條件
表2-2 設(shè)計(jì)的基本條件
基本參數(shù)
數(shù)值
額定功率(kw)
1.2
工作時(shí)間(h)
<10
初定傳動(dòng)比i
30
由工況,載荷變動(dòng)微小,屬于輕負(fù)荷輸送機(jī),文獻(xiàn)[3]表8-8,得工況系數(shù),故
(2-1)
(2)一級(jí)減速選擇帶型
根據(jù),查文獻(xiàn)[3]表8-4選用普通v帶Y型帶傳動(dòng)。
(3) 確定各帶輪的基準(zhǔn)直徑
查文獻(xiàn)[3]表8-9知汽油機(jī)帶輪應(yīng)不小于50,取,可得
(2-2)
取
(4) 計(jì)算帶速
汽油機(jī)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(jì)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(jī)的油門的使二級(jí)的帶轉(zhuǎn)速不低于1910r/min,就可以使帶正常運(yùn)輸
(5)V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度和中心距
初步選取中心距
(2-4)
(2-5)
查文獻(xiàn)[3]表8-2,取
實(shí)際中心距
(2-6)
(6)驗(yàn)算小帶輪包角
(2-7)
由上計(jì)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(dòng)比查文獻(xiàn)[3]表8-5得
由查文獻(xiàn)[3]表8-6得,查文獻(xiàn)[3]表8-2得,由此可得
(2-8)
由上計(jì)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(xiàn)[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(jì)
帶輪材料選擇HT200,用實(shí)心式結(jié)構(gòu)。
(10)二級(jí)減速選擇帶型
根據(jù),查文獻(xiàn)[3]表8-4選用普通V帶Z型帶傳動(dòng),可以增大中心距,和增大傳動(dòng)的穩(wěn)定性。
(11)確定大、小帶輪的基準(zhǔn)直徑
減速級(jí)的功率為
(2-11)
查文獻(xiàn)[3]表8-9知減速級(jí)小帶輪應(yīng)不小于50,取,可得
(2-12)
取。
(12)計(jì)算帶速
由于此機(jī)械屬于輕載荷,負(fù)載波動(dòng)小,的機(jī)械設(shè)備,轉(zhuǎn)矩需求量?jī)H是帶動(dòng)機(jī)器轉(zhuǎn)動(dòng),可以調(diào)節(jié)油門使皮帶的轉(zhuǎn)速滿足要求,此時(shí)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(jī)轉(zhuǎn)速使減速級(jí)的轉(zhuǎn)速不低于1709r/min。
(13)c帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度和中心距
初步選取中心距
(2-14)
(2-15)
查文獻(xiàn)[3]表8-2,取
實(shí)際中心距
(2-16)
(14)驗(yàn)算小帶輪包角
(2-17)
由上計(jì)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(dòng)比查文獻(xiàn)[3]表8-5得
由查文獻(xiàn)[3]表8-6得,查文獻(xiàn)[3]表8-2得,由此可得
(2-18)
由上計(jì)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(xiàn)[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(jì)
帶輪材料選擇HT200,用實(shí)心式結(jié)構(gòu)。
(18)總傳動(dòng)比的確定
(2-21)
2.2.2總機(jī)架尺寸的參數(shù)
根據(jù)汽油機(jī)的尺寸304x362x335和兩級(jí)減速級(jí)的尺寸定為,總高為1040mm,總寬為800mm,總長(zhǎng)為1452mm,780*1180的10m后的鐵板焊接在底部。四個(gè)萬(wàn)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(jī)的抽拉端位于手扶端的右端,汽油機(jī)邊緊靠在手扶端側(cè)地板,四根支撐桿由6.3號(hào)的角鋼焊制成。手扶端由φ30mm的圓鋼彎制后焊接在總機(jī)架上。
2.2.3剪刀尺寸 的參數(shù)
剪刀長(zhǎng)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(zhǎng)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(dòng)時(shí)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(dòng)的一邊,得到c邊的長(zhǎng)度就得到了,滑動(dòng)半徑。
圖2-17 剪刀控制邊運(yùn)動(dòng)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(jì)計(jì)算
(1)初步計(jì)算減速級(jí)階梯軸的直徑
根據(jù)強(qiáng)度扭轉(zhuǎn)初步估計(jì)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(hào)鋼材料取
計(jì)算的最小直徑為 d=21 mm
有一個(gè)鍵槽時(shí),軸徑增大5%~7%
于是可取
(2)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shí)心軸的方式。
(3)根據(jù)定位要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度
減速級(jí)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(shí)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(tái)上,此段長(zhǎng)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(dòng),和安裝皮帶方便,也防止帶輪旋轉(zhuǎn)的時(shí)碰到支撐臺(tái)上,使帶輪的傳動(dòng)能夠穩(wěn)定和精確,此段軸長(zhǎng)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(kāi)有鍵槽,此帶輪是提供與二級(jí)減速的小帶輪和一級(jí)減速級(jí)大帶輪配合,此段長(zhǎng)取40mm,直徑33mm。
第四段是減速大帶輪與二級(jí)減速小帶輪之間的軸肩,此段長(zhǎng)取10mm,直徑45mm。
(4)初步計(jì)算折疊支架動(dòng)力軸的直徑
根據(jù)強(qiáng)度扭轉(zhuǎn)公式2-23,初步估計(jì)軸的直徑帶入表2-2基本參數(shù)式,軸用尼龍材料 ,計(jì)算的最小直徑為,d=21 m有一個(gè)鍵槽時(shí),軸徑增大5%~7%,取 。
(5)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
此軸承運(yùn)輸機(jī)構(gòu)的動(dòng)力軸,為安全和耐久因素,成本因素,采用實(shí)心軸的方式。
(6)根據(jù)定位要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度
減速級(jí)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(zhǎng)度取8mm,直徑為軸最小直徑25mm。
第二段與二級(jí)減速大帶輪限位套筒配合,此段是階梯軸,直徑28mm,此段長(zhǎng)度取40mm,為安轉(zhuǎn)皮帶方便,第十二段直徑與長(zhǎng)度與第二段長(zhǎng)度相同,但不與限位套筒配合。
第三段與二級(jí)減速大帶輪配合,軸上開(kāi)有鍵槽,此段長(zhǎng)取65mm,直徑50mm。
第十一段與第三段的長(zhǎng)度相同,但是直徑70mm,上面沒(méi)有開(kāi)鍵槽。
第四與十段為防止大帶輪軸向串動(dòng)的軸肩,此段長(zhǎng)取20mm,直徑82.5mm。
第五與九段為防止平帶軸向串動(dòng),指向深溝球軸承方向,此段長(zhǎng)5mm,直徑95mm.
第六與八段平帶配合,此段長(zhǎng)25mm,直徑91mm。
第七段與運(yùn)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(dòng),指向中心方向串動(dòng),此段長(zhǎng)306mm,直徑95mm。
(7)初步計(jì)算折疊支架承載2軸的直徑
根據(jù)強(qiáng)度扭轉(zhuǎn)公式3-23,初步估計(jì)軸的直徑帶入表3-2基本參數(shù)式,軸用尼龍材料 ,計(jì)算取 。
(8)根據(jù)定位要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度
減速級(jí)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(zhǎng)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(zhǎng)度取40mm,為安轉(zhuǎn)皮帶方便。
第三與九段,此段長(zhǎng)取35mm,直徑40mm。
第四與八段為防止平帶軸向串動(dòng),此段長(zhǎng)取5mm,直徑60mm。
第五與七段為平帶配合,此段長(zhǎng)25mm,直徑56mm。
第六段運(yùn)輸布帶配合,此段長(zhǎng)306mm,直徑60mm。
(9)初步計(jì)算折疊支架承載三和四軸的直徑
根據(jù)強(qiáng)度扭轉(zhuǎn)公式2-23,初步估計(jì)軸的直徑帶入表2-2基本參數(shù)式,軸用尼龍材料 ,計(jì)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(zhǎng)度
減速級(jí)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(zhǎng)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(zhǎng)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(dòng),此段長(zhǎng)取5mm,直徑60mm。
第四與六段為平帶配合,此段長(zhǎng)25mm,直徑56mm。
第五段運(yùn)輸布帶配合,此段長(zhǎng)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(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)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(zhǎng)度取32mm。
2.2.6 確定軸上的圓角和倒角
參考文獻(xiàn)[3]可知圓角和倒角取1.5×45°。
2.2.7 滾動(dòng)軸承
葡萄采摘機(jī)在運(yùn)動(dòng)時(shí),會(huì)產(chǎn)生徑向力,在軸的兩端各安裝一個(gè)深溝球軸承,可以抵消軸向力的同時(shí)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(duì)安裝在軸承座內(nèi)。
軸承的潤(rùn)滑方式采用脂潤(rùn)滑,材料選用SG13Cr4Mo4Ni4V。
2.3 減速級(jí)軸的強(qiáng)度校核計(jì)算
按彎扭合成強(qiáng)度條件校核:
(1)軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為
(2-24)
圓周力:
(2-25)
徑向力: (2-26)
軸向力:
(2)計(jì)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(jì)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(xiàn)[3]表9-4得。
(8)校核軸的強(qiáng)度
(2-37)
(2-38)
(2-39)
按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核軸滿足條件。
2.4 傳動(dòng)軸鍵的校核
(1)鍵1長(zhǎng)查文獻(xiàn)[3]得:許用擠壓應(yīng)力為在60到90Mpa。
鍵的工作長(zhǎng)度為;
鍵與輪轂鍵槽的接觸高度;
由公式
(2-40)
滿足。
(2)鍵2長(zhǎng)查文獻(xiàn)[3]得:許用擠壓應(yīng)力為在60到90Mpa。
鍵的工作長(zhǎng)度為;
鍵與輪轂鍵槽的接觸高度;
由文獻(xiàn)[3]公式5.1得
(2-41)
滿足。
2.5葡萄采摘機(jī)工作效率的計(jì)算
未改進(jìn)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(jìn)后,采摘者只需要站在地面,瞄準(zhǔn)葡萄采摘點(diǎn),剪落就可以,瞄準(zhǔn)的時(shí)間大約8s-17s,剪落大約需用3s,整個(gè)剪落的過(guò)程所用時(shí)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(jī)的工作過(guò)程
葡萄采摘機(jī)基本工作過(guò)程:采摘者將閑置的葡萄采摘機(jī)(圖3-1)中可折疊帶傳動(dòng)運(yùn)輸機(jī)構(gòu)調(diào)整到合適的位置,用圓鋼-銷軸-開(kāi)口銷固定(圖3-2),并套上特制的運(yùn)輸帶,拿下掛在總機(jī)架的
采摘器,捏緊手持采摘器的控制閘,使剪刀張開(kāi),對(duì)準(zhǔn)葡萄采摘點(diǎn),松開(kāi)閘,彈簧使剪刀閉合,葡萄掉落在運(yùn)輸帶上,運(yùn)輸帶由動(dòng)力帶動(dòng),把葡萄運(yùn)輸回葡萄收集箱內(nèi),待箱內(nèi)葡萄夠2/3時(shí)即可拿下,換另一空箱子。
圖3-1閑置葡萄采摘機(jī)
圖3-2調(diào)整好準(zhǔn)備工作的葡萄采摘機(jī)
4 操作使用及注意事項(xiàng)
①檢查整機(jī)上各個(gè)螺栓,檢查減速級(jí)螺栓是否松動(dòng)。
②清洗整機(jī),保持潔凈。
③發(fā)動(dòng)汽油機(jī)后調(diào)試運(yùn)行5分鐘,確認(rèn)機(jī)器一切正常后,即可采摘。
④注意調(diào)整運(yùn)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(dá)到工藝要求。
⑥停機(jī)時(shí),直接熄滅汽油機(jī)即可。
⑦換葡萄收集框時(shí)從總機(jī)架左側(cè)處取出。
⑧定期檢查汽油機(jī)帶輪和汽油機(jī)的連接是否緊密,軸承部位是否加油。
⑨可折疊運(yùn)輸機(jī)構(gòu),在采摘者搭架完成后,檢查二級(jí)減速大帶輪的V型帶連接是否滿足要求。
⑩整機(jī)在收貨季節(jié),折疊時(shí)可不用卸傳輸帶,到隔兩月以上不用時(shí)許卸下傳輸帶,以免風(fēng)化。
總 結(jié)
(1)課題所設(shè)計(jì)的葡萄采摘機(jī)是采用手推小車,和可折疊結(jié)構(gòu)機(jī)身,它能很好的提高葡萄采摘的作業(yè)效率。
(2)它采用了簡(jiǎn)單可靠的機(jī)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(shí)更換,進(jìn)一步說(shuō)明了它具有非常人性化的設(shè)計(jì)。
致 謝
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)從選題到完成歷經(jīng)兩個(gè)多月,首先我要感謝我的指導(dǎo)老師孟老師,在設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程中,我得到了孟老師的大力支持和幫助,從設(shè)計(jì)選題到設(shè)計(jì)方法、思路都給予我細(xì)心的指導(dǎo),在設(shè)計(jì)修改方面更是細(xì)致入微。從老師身上不盡學(xué)到了理論知識(shí),更多的是待人接物與為人處世的道理。其嚴(yán)以律己,寬以待人的崇高風(fēng)范,樸實(shí)無(wú)華、平易近人的人格魅力,使人倍感溫馨。在此真誠(chéng)的感謝孟老師。
最后,雖然本次畢業(yè)設(shè)計(jì)暫時(shí)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(méi)有他們傳授的知識(shí),就沒(méi)有我今天的設(shè)計(jì)成果。
感謝老師們的細(xì)心指導(dǎo),感謝同學(xué)們的幫助,謝謝!在這里,祝愿你們?cè)诮窈蟮纳詈凸ぷ髦猩眢w健康、心想事成!
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