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JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY 本 科 畢 業(yè) 設 計 題目：氣吸式油茶果采摘機構設計 學 院： 工學院 姓 名： 丁博文 學 號： 20100969 專 業(yè)： 農業(yè)機械化及其自動化 班 級： 農機1001班 指導教師： 饒洪輝 職 稱： 副教授 2014 年 05 月 目錄 摘 要 1 Abstract 2 1 緒論 3 1.1氣吸式油茶果實采摘機構的技術背景 3 2 氣吸式油茶果實采摘機械原理 4 2.1氣吸式油茶果實采摘機械原理分析 ........................................................................4 2.1.1果實采摘方式的選擇 4 2.1.2 氣吸式油茶果實采摘機械原理簡述 4 2.2氣吸式油茶果采摘機械裝配圖分析 5 2.2.1 氣吸式油茶果實采摘機械總裝配圖 5 2.2.2 氣吸式油茶果實采摘機械三維裝配圖： 5 3.氣吸式油茶果采摘機構部裝圖 6 3.1氣吸式油茶采摘機構頭部部裝圖： 6 3.2氣吸式油茶果實采摘機械可伸縮機構、拉桿組件裝配圖及其三維圖： 7 3.3電動機的選型 10 4. 氣吸式油茶果實采摘機構前景及總結 12 4.1 氣吸式油茶果實采摘產品前景 12 4.2氣吸式油茶果實采摘機械總結 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，便攜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。包括采摘機構、可伸縮桿機構、真空負壓裝置、電機正反轉復位機構和齒輪傳動機構并用Pro/e軟件繪制了機構的三維圖以助理解。便攜式油茶果實采摘機構主要采用了齒輪傳動機構和鋁合金管可伸縮機構，采摘高度范圍、省力、伸縮長短均可調節(jié)，采摘較靈活效率高，不會對枝條和花蕾造成傷害，鋁合金管可伸縮機構又使其質量較輕，便于攜帶，經投產和改進后可望解決農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：油茶果實；采摘；便攜式；氣吸式 0 Abstract This subject is to use mapping software fruit picking heads was camellia mechanism design, picking machinery is a portable solution for people picking fruit difficult and innovative design height of tools. Including: picking institutions, clamping device and manual control wire cable for dynamic force, cylindrical compression spring collection agencies reset. Make casting 3d drawing using Pro/e software to simulate the best Angle picking, avoid the fruit size limits, picking height range can be adjusted, picking a flexible, high efficiency, easy to carry, solve the problem, picking fruit market prospect. Key words: Camellia fruit ；picking; Portable; design 1 緒論 1.1氣吸式油茶果實采摘機構的技術背景 我國是一個油茶種植大國，全國14個油茶主產省區(qū)現有2.6億畝宜林地（江西、湖南兩省分布最多），其中相當一部分適宜種植油茶。目前油茶果實采摘方式主要為手工作業(yè)，由于油茶樹形或地形原因，果農不得不爬上樹上或用鉤子輔助采收，效率較低且勞神費時，同時還存在安全隱患。 在龐大而迫切的需求量面前，我國一直未能解決油茶果實采摘機械化的難題，油茶果采摘機的研制才剛剛起步，在國外雖早有油茶果采摘機械問世，自動化程度和工作效率也較高，但其機構的復雜性和成本門檻是我國果農較難跨越的，可謂舶來品不符合我國國情。 1.2氣吸式油茶果實采摘機構的作用 采用半機械化的便攜式油茶采摘機可以輕巧靈活地采摘油茶果實，效率也比手工直接采摘更高。具體體現在以下三個方面：1.動力方面，便攜式油茶果實采收機構無需用力，只需一個開關自動完成采摘；2.實用性方面，本機構適用于低、中、高不同高度的油茶樹果實的采摘并且攜帶方便；3.經濟性方面，制造工藝簡單，成本低廉，性價比高，便于推廣。 2 氣吸式油茶果實采摘機械原理 2.1氣吸式油茶果實采摘機械原理分析 2.1.1果實采摘方式的選擇 要實現果實采摘，可以根據原理分為吸附式、剪切式、抓拉式等類型，其特點比較如表1所示。 表1 各類不同工作原理的采摘機構及特點 類型 優(yōu)點 缺點 氣吸式 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。 抓拉式 結構簡單、操作方便、效率高 對枝條和花蕾傷害稍大 通過對油茶樹性狀研究，發(fā)現油茶樹枝條比較脆，花蕾和果實連接較為緊密，綜合比較之后，采用氣吸式采摘原理進行設計較為合適。 2.1.2 氣吸式油茶果實采摘機械原理簡述 如下所示的機構裝配圖，油茶果實采摘機械頭部總體分為兩個部分。即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和可伸縮部分原理說明。 首先，采摘部分由錐形采摘頭、齒輪、齒輪軸、連接體、軸承、等零件組成,并通過鉚釘固定在伸縮桿部件1上，可伸縮部分由鋁合金空心管1、2、3，套1、2、，對應的套的螺母組成，動力部分由電機、齒輪軸、聯軸器組成。當機構的頭部觸到油茶果實時，通過風機產生負壓，吸住油茶果，控制電機正轉，由齒輪傳動扭矩帶動齒輪軸1及采摘頭旋轉產生扭斷力，從而果實采摘完畢。 2.2氣吸式油茶果采摘機械裝配圖分析 2.2.1 氣吸式油茶果實采摘機械總裝配圖 圖2.1 1. 聯軸器 2.內六角螺栓 3.螺母1 4.平鍵 5.齒輪 6.齒輪軸2 7.采摘頭 8.齒輪軸1 9.齒輪 10.滾動軸承 11、滾動體12.連接體 13.伸縮桿部件1 14.套1螺母 15.套1 16.伸縮桿部件2 17.套2螺母 18.套2 19.伸縮桿部件3 20.軟管連接管 2.2.2 氣吸式油茶果實采摘機械三維裝配圖： 圖2.2 3.氣吸式油茶果采摘機構部裝圖 3.1氣吸式油茶采摘機構頭部部裝圖： 圖3.1.1 圖3.1.2 3.2氣吸式油茶果實采摘機械可伸縮機構、拉桿組件裝配圖及其三維圖： 以下兩圖是鋁合金管連接處的三維圖，其實現可伸縮的關鍵在于兩個連接的鋁合金管連接處有卡環(huán)，且兩個鋁合金管均為空心，直徑也是一大一小，小直徑的套在大直徑的鋁合金管里面，實現可伸縮功能，而鋁合金管頭部的凹下卡環(huán)槽和另一個鋁合金管凸起的卡環(huán)保證了小直徑的鋁合金管不會在伸縮過程中滑出。套在鋁合金管接口處的套制有螺紋并且開了槽，螺母旋進時將兩個鋁合金管固定，保證剛度，要實現縮回功能時，只需旋開螺母，將小直徑的鋁合金管壓入大直徑的鋁合金管即可。 圖3.2.1 三維部裝圖 下圖為伸縮桿兩端接口： 圖3.2.2 圖3.2.3 3.3電動機的選型 SL系列交流伺服電動機型號和主要技術數據 型號 勵磁電壓V 控制電壓V 頻率 Hz 堵轉轉矩N·m 空載轉速r/min 輸出功率W 機電時間常數m·s 外形尺寸 mm 總長 機殼外徑 軸徑 36SL5E2 36 36/18 50 110 2700 1 8 62 36 4 90SL55 220 220 50 3000 2700 25 30 140 90 14 3.3.1、36SL5E2伺服電動機 3.3.2、90SL55伺服電動機 交流伺服電動機的機械特性是非線性的；不需要電刷和換向器，因此結構簡單、運行可靠、沒有無線電干擾等優(yōu)點。 SL系列交流伺服電動機是由籠子轉子和隱極式定子兩部分組成。定子槽內嵌以二相繞組，一相為勵磁繞組，一相為控制繞組，控制繞組分為兩半，分別引出四根線，可接成串聯或并聯，以適用于兩種電壓。 BF系列反應式步進電動機型號和主要技術數據 型號 相數 步距 （o） 電壓 V 靜態(tài) 電流 A 額定負載轉矩μN·m 靜態(tài)力矩μN·m 空載起動頻率步/s 額定負載起動頻率 步/s 外形尺寸 mm 總長 機殼外徑 軸徑 70BF1-3 3 3/1.5 27 3 1000 --- --- 1000 112 70 8 3.3.3、70BF1-3步進電動機 BF系列步進電動機系反應式步進電動機，它是將脈沖指令轉換為角位移或轉速的控制電動機，其角位移與脈沖數量嚴格成正比，改變脈沖頻率實現調速。它具有定位精度高，同步運行特性好，調速范圍寬、能快速起動、反轉和制動等特點。廣泛用于開環(huán)數控系統(tǒng)作執(zhí)行元件和驅動元件。 4. 氣吸式油茶果實采摘機構前景及總結 4.1 氣吸式油茶果實采摘產品前景 對于此便攜式油茶果采收機構分析并結合具體市場分析可知，該機構的設計較巧妙，制造簡單，操作方便，成本低廉，攜帶方便等優(yōu)點可推測本產品的前景。目前我國油茶采收技術還比較落后，但我國油茶的產量又相當可觀，而且油茶生長于丘陵和山坡，這樣就給油茶果的采收工作帶來了極大的不便。采收工作必定要投入大量的人力、物力和財力，而且我國目前大部分油茶的采收都是通過人工作業(yè)，由于各方面的原因導致采收效率普遍不高。 采摘是一個重要的難題，而便攜式油茶果采收機構的出現將極大的提高采收的效率，節(jié)省人力、物力和財力，給農民帶來經濟效益。目前國外暫無此類機構的研究，國內研究也還在起步階段，尚不成熟，而此機構由于其可伸縮性、增力功能、攜帶方便、使用靈活等特性經過實際投產和改進之后必然會得到迅速的使用和推廣。 4.2氣吸式油茶果實采摘機械總結 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，并根據自己采摘油茶的經驗發(fā)現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。又考慮到可伸縮性和增力功能，最后確定可伸縮性用鋁合金管實現，增力功能則由動刀片和拉桿杠桿作用及雙滑輪的省力作用實現。另外考慮到自動定位功能，動、定刀片采用半圓形來實現。重點從定位、增力、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)現真正地要設計一樣產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，油茶果實采摘時，本產品只針對油茶樹較高果實的采摘，其高度適合范圍為1.8-3.6米，允許通過的最大油茶直徑為50mm。需要進一步改進的地方應該是將伸縮桿改小，，使該機構更為簡單實用。 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 一眨眼，我已經在美麗的江西農業(yè)大學工學院度過了四個年頭。四年，這是我人生中非常重要的四年。給我留下了大學生活的美好回憶，留下了一筆巨大的無形的知識財富。這必將對我今后的學習、工作、生活產生積極、長遠的幫助。感謝江西農業(yè)大學工學院四年來的培養(yǎng)，在此，我真誠地向我尊敬的老師們和母校表達我深深的謝意！ 畢業(yè)設計是在我的導師饒洪輝老師的多次指導下完成的。從畢業(yè)設計的選題、構思、結構設計到論文寫作的過程中，饒洪輝老師多次與我深入細致地探討，并給我提出切實可行的指導性建議。饒老師的高深精湛的造詣與嚴謹求實的治學精神將永遠激勵著我。在此，請允許我向尊敬的饒洪輝老師表示真摯的謝意！ 在做畢業(yè)設計的過程中，也得到了許多同學的寶貴建議，在此致以誠摯的謝意。 最后，向在百忙中抽出時間對此畢業(yè)設計進行評審并提出寶貴意見的各位老師表示衷心地感謝！ 衷心祝愿母校江西農業(yè)大學工學院的明天更加美好！自 畢業(yè)論文 14