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便攜式油茶果實(shí)采摘機(jī)構(gòu)設(shè)計
JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY
本 科 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計）
題目： 便攜式可伸縮油茶果采摘機(jī)構(gòu)設(shè)計
學(xué) 院： 工學(xué)院
姓 名： 徐正峰
學(xué) 號： 20100989
專 業(yè)： 農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動化
年 級： 農(nóng)機(jī)1001班
指導(dǎo)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(shí)采摘機(jī)構(gòu)的技術(shù)前景 5
1.1.1可伸縮齒梳式油茶果實(shí)采摘機(jī)構(gòu)的采摘對象分析 5
2 可伸縮齒梳式油茶果實(shí)采摘機(jī)構(gòu)原理 6
2.1油茶果實(shí)采摘方式的選擇 6
2.1.1可伸縮齒梳式油茶果實(shí)采摘機(jī)構(gòu)原理簡述 6
2.1.2 可伸縮齒梳式油茶果實(shí)采摘機(jī)構(gòu)三維裝配圖 7
3 可伸縮齒梳式油茶果實(shí)采摘機(jī)構(gòu)設(shè)計與計算................................ 8
3.1 可伸縮齒梳式油茶果實(shí)采摘機(jī)構(gòu)頭部原理與設(shè)計 8
3.1.1可伸縮齒梳式油茶果實(shí)采摘機(jī)構(gòu)可伸縮部分原理與設(shè)計 9
3.1.2動力部分原理及設(shè)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(shí)采摘機(jī)構(gòu)總結(jié) 13
參 考 文 獻(xiàn) 14
致 謝 15
摘 要
本課題運(yùn)用制圖軟件對油茶果實(shí)采摘器進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計，可伸縮齒梳式采摘機(jī)械是一種為解決人們采摘高處果實(shí)難而創(chuàng)新設(shè)計的工具，同時本設(shè)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(shè)計機(jī)構(gòu)內(nèi)容包括：采摘機(jī)構(gòu)、可伸縮桿機(jī)構(gòu)、齒梳形狀機(jī)構(gòu)設(shè)計和收集機(jī)構(gòu)并用Pro/e軟件繪制了機(jī)構(gòu)的三維圖以助理解?？缮炜s齒梳式油茶果實(shí)采摘機(jī)構(gòu)主要采用了齒梳式采摘機(jī)構(gòu)和鋁合金管可伸縮機(jī)構(gòu)，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(shí)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(jī)構(gòu)又使其質(zhì)量較輕，便于攜帶，經(jīng)投產(chǎn)和改進(jìn)后可望解決農(nóng)民朋友油茶及直徑相近果實(shí)的采摘難題，市場前景廣闊。
關(guān)鍵詞：可伸縮性；油茶果；采摘；齒梳式；機(jī)構(gòu)設(shè)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(shí)采摘機(jī)構(gòu)的技術(shù)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(qiáng)度大、工作環(huán)境差。目前對油茶采摘機(jī)的報道比較少，最近國內(nèi)也有一些采摘機(jī)具的專利，如堅果采摘機(jī)，這些專利能在一定程度上減輕采摘人員的勞動強(qiáng)度，改變采摘人員的工作環(huán)境；但大多結(jié)構(gòu)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(shè)計出實(shí)用化的油茶果采摘機(jī)為目標(biāo)，通過對油茶果采摘的工作環(huán)境和特性進(jìn)行深入分析，利用pro/e軟件對油茶果采摘機(jī)進(jìn)行三維設(shè)計和虛擬裝配，設(shè)計出可伸縮齒梳式油茶果采摘機(jī)構(gòu)?；窘鉀Q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(shí)采摘機(jī)構(gòu)的采摘對象分析
油茶林種植密度根據(jù)地塊、坡度、光照強(qiáng)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(shè)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(shè)計的優(yōu)點(diǎn)可想而知：采摘途徑方便、效率較高、工作地點(diǎn)不限大大減小了農(nóng)民工的勞動強(qiáng)度、設(shè)計費(fèi)用經(jīng)濟(jì)實(shí)惠等等。
2 可伸縮齒梳式油茶果實(shí)采摘機(jī)構(gòu)原理
2.1 油茶果實(shí)采摘方式的選擇
經(jīng)分析要實(shí)現(xiàn)對油茶果實(shí)的采摘機(jī)構(gòu)設(shè)計，按原理可分為抓拉式、吸附式、剪切式等類型，其各自特點(diǎn)如下圖所示。
各類不同工作原理的采摘機(jī)構(gòu)及特點(diǎn)
類型
優(yōu)點(diǎn)
缺點(diǎn)
抓拉式
結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)簡單，操作方便，對果實(shí)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(dǎo)及設(shè)計要求，本機(jī)構(gòu)設(shè)計采用拉抓式采摘類型進(jìn)行設(shè)計。
2.1.1可伸縮齒梳式油茶果實(shí)采摘機(jī)構(gòu)原理簡述
如下所示的機(jī)構(gòu)裝配圖，油茶果實(shí)采摘機(jī)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(qiáng)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(shí)時，通過手向下拉動鋼絲繩索，繩索帶動連桿機(jī)構(gòu)做雙曲柄運(yùn)動，連桿帶動板部空心結(jié)構(gòu)組成，動力部分由五桿機(jī)構(gòu)、及鋼絲繩索組成。當(dāng)機(jī)構(gòu)的頭部觸到油塊做弧線運(yùn)動，從而使得動齒梳達(dá)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(jī)構(gòu)向下拉或者旋轉(zhuǎn)以采摘果實(shí)，也可以直接剪切果梗，果實(shí)脫離枝條后沿鋁合金空心管內(nèi)部滑落至放置在機(jī)構(gòu)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(shí)采摘機(jī)械三維總裝配圖
從圖形中可以大致看出本機(jī)構(gòu)設(shè)計主要由哪些部分組成的，在上面的機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)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(yù)先設(shè)計好的采摘頭部設(shè)計裝配到可伸縮鋁合金管并將鋼絲拉繩的準(zhǔn)備工作做好；
第三步驟：瞄準(zhǔn)采摘目標(biāo)，先用定齒梳部分將油茶果實(shí)拉住，同時用力將鋼絲拉繩往下拉動，通過一搖桿機(jī)構(gòu)帶動動齒梳做搖擺運(yùn)動與定齒梳相互交錯，目的是為了將油茶果實(shí)更好的定位??；
第四步驟：用手將鋁合金管向下拉動，此時果實(shí)將與樹枝分離開來并落入空心鋁合金管道中，果實(shí)沿著管道掉落于底部的網(wǎng)袋中，此時油茶果實(shí)采摘收集完成。
3 可伸縮齒梳式油茶果實(shí)采摘機(jī)構(gòu)設(shè)計與計算
3.1 可伸縮齒梳式油茶采摘機(jī)構(gòu)頭部原理與設(shè)計：
3.1.1 可伸縮齒梳式油茶果采摘機(jī)構(gòu)可伸縮原理與機(jī)構(gòu)設(shè)計：
以下兩圖是鋁合金管連接處的三維圖，其實(shí)現(xiàn)可伸縮的關(guān)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(shí)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(jìn)行原理分析：
圖示中同種顏色則說明這些零件的連接關(guān)系為焊接，本設(shè)計的動力傳達(dá)機(jī)構(gòu)主要為搖桿機(jī)構(gòu)：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(jìn)，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(yùn)動，在圖形的右側(cè)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(shí)現(xiàn)動力傳輸，從而達(dá)到設(shè)計要求。
動力部分機(jī)構(gòu)設(shè)計與計算
板塊設(shè)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(dá)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(dá)到經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，方便攜帶的效果。
采摘頭材料的選擇
齒梳、加強(qiáng)桿、搖桿、桿套、管套及板塊為實(shí)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(shí)采摘機(jī)構(gòu)設(shè)計總結(jié)
此次畢業(yè)設(shè)計從采摘的方式上入手，先是考慮了剪切式采摘機(jī)構(gòu)，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(yàn)發(fā)現(xiàn)油茶果實(shí)和一般的果實(shí)有不同之處。油茶樹枝條韌性大，果實(shí)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(jī)構(gòu)最為方便實(shí)用。又考慮到可伸縮性，最后確定可伸縮性用鋁合金管實(shí)現(xiàn)，。另外考慮到自動定位功能，動、定齒梳采用半圓形來實(shí)現(xiàn)。重點(diǎn)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(jié)合機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計和農(nóng)業(yè)機(jī)械等知識，在饒老師的指導(dǎo)下來完成此次畢業(yè)設(shè)計。我發(fā)現(xiàn)真正地要設(shè)計一樣產(chǎn)品真不是一件簡單的事情，從理論到實(shí)踐的轉(zhuǎn)換，設(shè)計思路理念，對課本知識的深入運(yùn)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，我想這是我以后應(yīng)該努力的方向，也是學(xué)院加強(qiáng)這方面教學(xué)條件的契機(jī)吧。
由于油茶果實(shí)種類較多，此次設(shè)計主要是針對普通油茶，油茶果實(shí)采收時，本產(chǎn)品只針對油茶樹較高果實(shí)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(jìn)一步改進(jìn)的地方應(yīng)該是將連桿與板塊之間的接觸更為緊密一些，從而達(dá)到增加強(qiáng)度的效果，并改變相應(yīng)的齒梳的位置，使該機(jī)構(gòu)更為簡單實(shí)用；另外鋼絲繩索與連桿相連接的部位設(shè)計也應(yīng)當(dāng)改進(jìn)。
參 考 文 獻(xiàn)
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[6] 哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室編，理論力學(xué)[M]，北京：高等教育出版社，2008
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[8] 于永泗、齊民主編，機(jī)械工程材料[M]，大連：大連理工大學(xué)出版社，2007
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[10] 邵立新、夏素民、孫江宏等編著，Pro/ENGINEER Wildfire ４.0中文版標(biāo)準(zhǔn)教程[M]，北京：清華大學(xué)出版社，2007
[11] 馮炳、韓泰榮、將文森等編著，中國機(jī)械設(shè)計大典（3）[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006
致 謝
畢業(yè)設(shè)計是在饒老師的多次指導(dǎo)下完成的，從構(gòu)思、結(jié)構(gòu)設(shè)計到圖紙繪制過程中，饒老師和同學(xué)都給了很多建議，除此之外，還包括資料、表格、文獻(xiàn)、研究思想和設(shè)想的所有者，借圖書證給我、陪我一起去圖書館的同學(xué)們，我在此表示衷心的感謝。