气吸式红枣收获机的设计含CAD图纸

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harvesting machinery was designedbased on the Bernoulli principle Functions and picking efficiency of prototype were tested with the jujube orchards in the southregion of Xinjiang as the test points Experimental results showed that the best wind velocity of straw mouth was 23 ms，averagepicking efficiency was 182.8 kgh，production efficiency with that machinery was 5.2 times than that with manual pickingKey words:ed dates，Picking machinery，Air-suction，Design，Experiment0引言矮化密植是现代园艺栽培的方向，其主要利用人工和化学控制的方法使树体矮化，以大幅度提高单产。其优点是提早结果、早期丰产、节约土地、降低投资、树体矮小、管理方便、收回成本早和品种更新快，被广泛应用推广1。新疆南部(以下简称“南疆”)地区是我国重要的特色优势瓜果生产基地。2011 年，全区红枣面积已达 30 万 hm2，位居全国第2 位，占全国红枣总面积的 142。矮化密植模式不利于机械作业的发展，尤其在红枣收获环节机械难在枣树行间作业3。目前我国在红枣收获机械的研制方面取得一定进展，但是针对矮化密植枣园的收获机械研究较少。新疆农垦科学院研制的 4YS-24 型红枣收获机，通过机械手臂钳住红枣树干并进行低频振动，红枣落入地面的伞形装置内，采净率达 91.5%，效率是人工的 10 倍，但不适用于矮化密植模式4。针对南疆红枣种植模式，石河子大学机械电气工程学院研制的 4ZZ-4 型自走式红枣收获机，具有对枣树损伤小、可连续作业和采净率高等优点，缺点是无法收获落地红枣5。针对以上情况，设计了一种可用于矮化密植枣园收获的红枣捡拾机。该机械具有结构简单、体积小、可靠性高、成本低和效率高等优点，并能一次性完成红枣的捡拾收集和除杂分选。1设计思路设计一种 3 通管道，利用风机吹出的正压经过 3通管道转变风向形成负压，使管道口产生足够的吸力，从而达到捡拾红枣的目的6。当红枣被吸起经过 3 通管道时，管道截面积逐渐变大，气流速度降低，质量大的红枣落入下方的收集框，质量小的杂质被吸送到集杂袋。根据伯努利原理风压与风速的关系，可计算出具体的风速大小。P+v22+gh=C(1)式中P 管道内风流体的压强 风流体的密度v 管道内风流体的线性速度g 重力加速度h 铅垂高度C 常量比值农业工程设计制造及理论研究由公式(1)可知，在单位体积风流体的各参数在沿流线运动过程中，总和保持常量不变。在 h 值保持一致的情况下，风压与风速成反比，风速越大时，风压越小，3 通管道吸口处产生的负压越大，对枣的吸力越强。因此，合理选用风机和设计管道结构，是实现气吸式红枣捡拾的关键。2整机设计2.1结构及工作原理该机主要由吸管、风机、3 通管道、分选管道、收集框、机架和集杂袋等部件组成(图 1)。工作时，风机 1 转动产生足够的风速，使吸管 2 产生足够负压，捡拾枣与杂物，当红枣与杂物经吸管 2 进入 3 通管道 3 时，因气流方向改变，3 通管道出口处为正压值，红枣和杂物被气流吹送到分选管道 5 后，因气流管道变大，流速减慢，质量大的红枣落入收集框 6中，枣叶等杂物因质量较小被吹入集尘袋 7 中，完成红枣捡拾和杂物分离过程。1.风机2.吸管3.3 通管道4.机架5.分选管道6.收集框7.集杂袋图 1气吸式红枣捡拾机整体结构Fig.1Whole structure of air-suction red dates picking ma-chinery2.1.1 3 通管道的设计与原理3 通管道是将风机产生的正风压在吸管内转变成负风压的部件，由直径 12 cm 和 8 cm 的 PVC 管拼接而成，2 根管夹角 10。直径 8 cm 的管与吸管连接，直径 12 cm 的管一端为风机进风口，另一端为出风口。图 2a 中，4 处为风机出口的风速，气流从 1 至 4的过程中管道截面积逐渐变小，气流速度增大，在 2处气流速度最大。此时，气流会从吸管 2 进入，在吸管 2 内产生负压与风机产生的气流一同从管道 3 排出。3 通管道内风速及在截面发生变化后，在管道 2内产生的负压吸附力是关键数据。红枣能被吸起的临界条件即红枣悬浮速度，悬浮速度是负压吸附力对红枣产生的作用力等于红枣重力。该处应满足的条件为质量最大的红枣在最小投影面积时依然能被吸起。根据悬浮速度公式可列平衡方程:图 23 通管道设计原理Fig.2Design principle of 3 way pipemmaxg 0.5CdSjV2t=0(2)式中mmax 南疆地区单个红枣的最大质量g 重力加速度 空气密度，取 1.205 kgm3Cd 阻力系数Sj 红枣在运动方向上的投影面积Vt 悬浮速度根据南疆地区红枣标准，mmax取值 0.036 1 kg，阻力系数 Cd取值 0.6，红枣在运动方向上的投影面积 Sj取值 0.003 m2，可得 Vt=18.2 ms。同时为保证可靠输送的气流速度，将悬浮速度乘以一个气流速度系数 K，为了保证红枣能可靠地进行气吸收获，K的取值设为 1.27。v=Kvt(3)式中v 安全风速K 安全系数vt 悬浮速度由公式(3)计算可得安全风速v=21.8ms。该速度是红枣能被顺利吸起的可靠气流速度，也是选择风机的依据。2.1.2分选管道的设计分选管道由截面积逐渐变大的箱体和筛网组成，作用是将红枣与杂质分离。杂质主要是枣树叶及枣吊和土粒构成。红枣与杂质一起进入分选管道中，随着管道截面积的增大，风速降低，质量较大的红枣沉降落入收集框中，质量较小的枣树叶、枣吊、土粒，穿过筛网而被排出分选管道。少数质量较小、没有沉降的红枣被筛网拦下，落入收集框。2.1.3风机的选取风机的选取需满足风压要求，即系统整体的风压011史高昆等:气吸式红枣捡拾机设计与试验损失。风压损失主要为动压损失、摩擦压力损失和吸口局部压力损失7。P=0.5v2+4sv22L+(+)v232(4)式中s 管道的水力半径，直径为 D 的圆形管道 s=D4 摩擦系数，橡胶 =0.028 5D0.285V0.01，D=圆形管道直径v3 橡胶管内气流速度 尘气速度比，通常 =0.5 0.8，取=0 6n 吸口局部压损系数，取 n=5 混合比，对于收获机=0.01 0.03，取=0.02代入数据计算风压为 1 861.7 Pa，据此选用 F-4S2200 型离心风机。风机的动力选用汽油机，便于田间移动作业。2.2气吸管道结构仿真与优化气吸管道的关键部件是 3 通管道，其设计关系到捡拾效率、拾净率和燃油消耗。同时，合理的设计能避免管道内产生涡流，减少红枣之间或与管道碰撞造成的破损 8。对3 通管道仿真能直观了解内部气流运动情况。为了便于仿真，将风机出口简化成直径 6 cm的管道，吸管简化成直径 8 cm 的管道。3 通管道 Flu-ent 仿真简图见图3，压强云图和速度矢量图见图4。a.风机出口b.连接吸管c.连接分选箱图 33 通管道 Fluent 仿真简图Fig.3Diagram of Fluent simulation for 3 way pipe通过压强云图发现在过渡处出现了压强集中区域，在速度矢量图中的过渡处也出现了紊流区域。该处不仅降低机械效率，而且会导致红枣之间发生碰撞损伤红枣。将此过渡区设计成渐变过渡，使气流运动情况逐渐改变，通过合理的结构设计避免了紊流的出现。图 43 通管道的压强云图和速度矢量图Fig.4Diagram of pressure contour and velocity vector for 3way pipe3田间试验根据气吸式红枣捡拾机的各设计参数，研制了 1台样机(图 5)。样机采用汽油机驱动离心式风机。图 5气吸式红枣捡拾机械试验样机Fig.5Experimental prototype of air-suction red datespicking machinery3.1试验材料与设备试验材料选用南疆地区种植的一级骏枣;试验设备采用自行设计研制的气吸式红枣捡拾机械，电子称1 台，红枣收集框若干。3.2试验内容试验地选取新疆生产建设兵团农 1 师 10 团 7 连红枣园。该枣园是 10 团精品示范园，采用矮化密植栽培模式，行距 1.5 m。(1)试验前，人工将红枣与杂质在枣园中的地面上呈自然分布，使枣园中的红枣与收获时模式一致。试验时，单人操作红枣捡拾样机，控制吸管移动捡拾红枣，同时移动整个机械前进。(2)试验分 6 组进行，每组重复 3 次，取平均值。1 3 组进行气吸式红枣捡拾机械的性能测试，测得机械最优的风速参数下最好的收获效果。4 6 组用来统计捡拾机械的生产效率。每组试验收获 100 kg 红111农业工程设计制造及理论研究枣，同时统计机械的使用效果与收获效率。(3)衡量红枣捡拾机收获性能的指标有拾净率、损失率和含杂率。拾净率是红枣捡拾机械能捡拾的红枣与未捡拾红枣的比值;损失率指红枣被捡拾起，但在分选管道中未能落入收集框而随着杂质一同被排出的红枣质量与所有捡拾的红枣质量的比值;含杂率指进入收集框的杂物质量与红枣质量的比值。4试验结果与分析4.1性能指标试验时，通过改变汽油机油门大小实现控制风机转速，从而调整吸管口的吸附风力大小;通过风速计测得吸管吸附风力最小值为 17 ms，最大值为27 ms，以 2 ms 为步进量，称质量计算出每组的拾净率、损失率及含杂率 3 个性能指标的数据，如表 1 所示。表 1气吸式红枣捡拾机性能测试结果Tab.1Performance test results of air-suction red dates pickingmachinery风速ms1171921232527拾净率%77.0086.5093.5198.6399.1099.65损失率%0.200.340.420.531.872.52含杂率%2.232.101.450.870.590.46由表 1 可知，风速越大，拾净率越高、损失率增加、含杂率降低。通过正交试验分析，吸管口的吸附风速为 23 ms 时，各项指标较优。4.2捡拾效率根据气吸式红枣捡拾机的性能测试结果，选择吸管口吸附风速为 23 ms 作为气吸式红枣捡拾的风速指标，进行 5 组收获生产效率试验，试验结果如表 2所示。由表 2 可知，气吸式红枣捡拾机的平均捡拾效率是 182.8 kgh，而南疆地区农 1 师团场枣园人工捡拾生产率只有 35 kgh。与人工捡拾相比，气吸式红枣捡拾机械的生产效率是人工捡拾的 5.2 倍。表 2气吸式红枣捡拾机捡拾效率Tab.2Picking efficiency of air-suction red dates picking machin-ery序号纯捡拾红枣生产率kgh1包含辅助操作实际生产率kgh1辅助操作减少的生产率与纯加工生产率的比值%第 1 组187.0169.09.63第 2 组194.0173.010.83第 3 组173.0158.08.67第 4 组179.0161.010.06第 5 组181.0170.07.73平均182.8166.29.385结束语针对南疆地区红枣人工捡拾收获的现状，根据伯努利原理，设计研制了气吸式红枣捡拾机械，通过收获试验，验证了气吸式捡拾红枣的可行性。通过试验测试，气吸式红枣捡拾机吸管口的最优吸附风速为23 ms。实地红枣捡拾试验表明，气吸式红枣捡拾机的生产率为 182.8 kgh，是人工捡拾的 5.2 倍。参考文献 1杨红英，坎杂，王丽红，等矮化密植红枣采收装置的设计J 农机化研究，2012，34(6):77-80Yang Hongying，Kan Za，Wang Lihong，et alDesigning equip-ment of dwarf and close planting jujube harvestJ Journal of Agri-cultural Mechanization esearch，2012，34(6):77-80 2史彦江，宋锋惠 红枣在新疆的发展前景及对策J新疆农业科学，2005，42(6):418-422Shi Yanjiang，Song FenghuiDevelopment prospect and counterp-lan of ziziphus jujube in XinjiangJXinjiang Agricultural Sci-ences，2005，42(6):418-422 3付威，何荣，曲金丽，等 自走式矮化密植红枣收获机的设计J 农机化研究，2014(4):106-109Fu Wei，He ong，Qu Jinli，et al Design of self-propelled dwarfand close planting jujube harvesterJJournal of AgriculturalMechanization esearch，2014(4):106-109 4孟祥金，汤智辉，沈从举，等 4YS-24 型红枣收获机J新疆农机化，2013(1):13-14 5付威，杨红英，王丽红，等 4ZZ-4 型自走式红枣收获机J湖南农机，2012，39(5):68-69Fu Wei，Yang Hongying，Wang Lihong，et al 4ZZ-4 type self-propelled dates harvester JHunan Agricultural Machinery，2012，39(5):68-69 6庞昌乐，鄂卓茂，苏聪英，等 气吸式双层滚筒水稻播种器设计与试验研究J 农业工程学报，2000，16(5):52-55Pang Changle，E Zhuomao，Su Congying，et alDesign and ex-perimental study on air-suction two-layer cylinder rice seederJTransactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2000，16(5):52-55 7孙勇 真空吸尘车气路系统优化设计与仿真分析D沈阳:东北大学，2008Sun Yong Design optimization and simulation analysis on pneumaticsystem on vacuum sweeperD Shenyang:Northeastern Universi-ty，2008 8左彦军，马旭，玉大略，等 水稻芽种窝眼窄缝式气吸滚筒排种器流场模拟与试验J 农业机械学报，2011，42(2):58-62Zuo Yanjun，Ma Xu，Yu Dalue，et al Flow field numerical simu-lation of suction cylinder-seeder for rice bud seed with socket-slotJ Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machiner-y，2011，42(2):58-62211 12届毕业设计 气吸式红枣收获机的设计 设计说明书 学生姓名 学 号 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 农业机械化及其自动化 班 级 指导教师 日 期 塔里木大学教务处制 前 言 随着新疆农业产业结构的调整，林果业种植面积迅速扩大，其中红枣种植面积增长最快，给农民带来了巨大的经济效益。但是目前林果业的机械化水平较低，目前红枣收获主要还是采用传统的击打果枝，使红枣落在地上，再采用人工捡拾的方法进行收获，不仅耗费大量的人力而且作业成本较高，收获的效率也比较低，针对这一现状我们研究了一种新型的红枣收获机，气吸式红枣收获机。 本课题研究一种新型的红枣收获机，气吸式红枣收获机，包括装有行走论的机架及风机，在机架上设计一个盛果箱，在盛果箱前端上部安装着一根吸气管，所说的风机安装在吸气管上，吸气管的自由端连接着一只红枣捡拾吸头，在盛果箱的后部上方请杂物沉降式下端连接着一个过滤网兜，在盛果箱中部顶面下设置着一竖直向下延伸的挡枣部，挡枣部的长度和盛果箱的宽度相同，在挡枣部下方的盛果箱内设计一个盛果筐，盛果筐前端顶边与盛果箱的前臂之间设计一个倾斜的红枣下滑板。本设计不仅结构简单而且造价低廉，通过机械代替人工捡拾地面的红枣，不仅速度快而且功效高，而且不损伤红枣，省时省力。 枣树在我国的分布很广，一般来讲，小气侯冬季最低气温不低于-32℃，就可栽培植枣。枣树在我国大面积经济栽培主要在山东、河北、河南、山西、陕西五省的黄河流域，近年来安徽、甘肃、湖南、湖北发展很快。红枣为温带作物，适应性强，营养丰富，富含铁元素和维生素。红枣素有“铁杆庄稼”之称，具有耐旱、耐涝的特性，是发展节水型林果业的首选良种。由于经济的发展，特色农业的建立，红枣种植成为现代农业发展的一条新的产业项目，红枣产业已呈现出区域化布局、规模化发展、多种栽培模式尽显其效的新格局。各地根据自己的情况确立了不同的枣树种植面积，为农民增加了经济收入。随着红枣的种植面积的增加，红枣的机械化作业在红枣栽培中的重要性逐渐凸显。依据最近几年新疆林果业发展的态式分析，新疆果树种植每年以10%的速度递增，由于林果业的快速发展，各地已形成了较大的种植规模, 每到收获季节需要投入大量的劳力来完成水果采收。可以预见到, 再过3～5 年, 新种植的果树进入盛果期后, 水果采收作业将会出现因劳动力短缺、采收不及时, 而直接影响果品质量和造成大量损失的问题。这是因为, 水果采摘是一项劳动投入量很大的作业, 有些水果因成熟期不一致, 需要多次采摘才能完成收获; 而有些作为鲜食或作为加工用途的果品, 因市场对于果实外观要求较高, 不能有碰伤、刮伤、压裂等机械损伤, 采收这些水果时必须小心翼翼; 另外, 水果收获是在离地面有3～5m 高的空中作业, 以上原因决定了水果采摘是一项费时、费工、费力的作业。人工采收水果的速度缓慢, 大面积发展水果种植时, 必须要依靠机械化来提高采摘效率。据有关资料介绍, 有些鲜食水果的采收用工量较大, 约占水果生产总用工量的50%以上,导致特色果品的生产成本过大, 不能满足向果品加工企业提供数量充足、质量优越、价格相对低廉的原料, 这样极不利于企业直接参与市场竞争。可移式红枣收获机械的研究，就是针对红枣的采摘时的要求进行设计的采摘机械，红枣的机械化收获对提高收获效率, 降低收获作业成本, 做到适时收获, 减少收获过程中造成的机械损伤, 保证红枣质量, 促进枣业生产的规范化、标准化具有重要现实意义。 目 录 1.绪论 1 1.1选题的意义和目的 1 1.2国内外研究现状 2 1.3方案的确定 3 2.设计方案的选择 3 2.1采摘方式 3 2.2传动方式 3 3 红枣采收机的结构机说明与工作原理 4 3.1 气吸式红枣收获机的工作原理图 4 3.2红枣采收机的工作原理 4 4 作业程序 4 4.1启动本机械的动力装置汽油机。 4 4.2放置好盛果筐子。 4 5 红枣采收机的零件的选择 4 5.1设计要求 4 5.2工作方式的确定 5 5.2动力的选择 5 5.2.1风机的选择 5 5.2.2风机的选型计算 5 5.2.3风机流量的计算 6 5.2.4压力功率与风机的选型 7 6主要的已知参数 9 6.1汽油机的选择 9 6.2气吸式红枣售货机的机架的设计 9 6.3底板的设计 10 6.4挡枣部的设计 10 6.5尘袋的设计 11 6.6三通的设计 11 6.7风机吸头的设计 12 致 谢 13 参考文献 14 塔里木大学毕业设计 1.绪论 1.1选题的意义和目的 红枣的功效与作用： 小小一颗红枣，功效很强。中医的方子里，常常见到它的踪影，因为红枣有缓和药性的功能；红枣能补气养血，是很好的营养品。 　　中国的草药书籍「本经」中记载到，红枣味甘性温、脾胃经，有补中益气，养血安神，缓和药性的功能。现代药理研究现，红枣能使血中含氧量增强、滋养全身细胞，是一种药效缓和的强壮剂。 　　在中药学里，红枣功效与作用可分为以下几种： 1.健脾益胃：脾胃虚弱,腹泻,倦怠无力的人,每日吃红枣七颗,或与党参,白术共用,能补中益气,健脾胃,达到增加食欲,止泻的功效;红枣和生姜,半夏同用,可治疗饮食不慎所引起的胃炎如胃胀,呕吐等症状. 2.增强人体免疫力 红枣含有大量的糖类物质，主要为葡萄糖，也含有果糖、蔗糖，以及由葡萄糖和果糖组成的低聚糖、阿拉伯聚糖及半乳醛聚糖等；并含有大量的维生素C、核黄素、硫胺素、胡萝卜素、尼克酸等多种维生素，具有较强的补养作用，能提高人体免疫功能，增强抗病能力。 3.补气养血：红枣为补养佳品,食疗药膳中常加入红枣补养身体,滋润气血.台大免疫学孙安迪博士大力提倡平时多吃红枣,黄耆,枸杞,能提升身体的元气. 4.增强肌力，增加体重 实验小鼠每日灌服大枣煎剂，共3周，体重的增加较对照组明显升高，并且在游泳试验中，其游泳时间较对照组明显延长，这表明红枣有增强肌力和增加体重的作用。 5.缓和药性：红枣常被用於药性剧烈的药方中,以减少烈性药的副作用,并保护正气.如：「十枣汤」中,用大枣缓解甘遂,大戟,芜花等泻药的毒性,保护脾胃不受伤害.红枣是补气养血的圣品,同时又物美价廉,民众无需h买坊间昂贵的补品,善用红枣即可达到养生保健的功效. 6.镇静安神 大枣中所含有黄酮--双- 葡萄糖甙A有镇静、催眠和降压作用，其中被分离出的柚配质C糖甙类有中枢抑制作用，即降低自发运动及刺激反射作用、强直木僵作用，故大枣具有安神、镇静之功。 7.养血安神：女性躁郁症,哭泣不安,心神不宁等,用红枣和甘草,小麦同用〈甘麦红枣汤〉,可起到养血安神,舒肝解郁的功效. 8.抗过敏 大枣乙醇提取物对特异反应性疾病，能抑制抗体的产生，对小鼠反应性抗体也有抑制作用，提示大枣具有抗变态反应作用。 9.抗癌，抗突变 红枣含多种三该类化合物，其中烨木酸、山植酸均发现有抗癌活性，对肉瘤S－180有抑制作用。枣中所含的营养素，能够增强人体免疫功能，对于防癌抗癌和维持人体脏腑功能都有一定效果。 10.保护肝脏有实验证实，对四氯化碳肝损伤的家兔，每日喂给大枣煎剂共1周，结果血清总蛋白与白蛋白较对照组明显增加，表明大枣有保肝作用。 枣树在我国的分布很广，一般来讲，小气侯冬季最低气温不低于-32℃[1]，就可栽培植枣。枣树在我国大面积经济栽培主要在山东、河北、河南、山西、陕西五省的黄河流域，近年来安徽、甘肃、湖南、湖北发展很快。红枣为温带作物，适应性强，营养丰富，富含铁元素和维生素。红枣素有“铁杆庄稼”之称，具有耐旱、耐涝的特性，是发展节水型林果业的首选良种。由于经济的发展，特色农业的建立，红枣种植成为现代农业发展的一条新的产业项目，红枣产业已呈现出区域化布局、规模化发展、多种栽培模式尽显其效的新格局。各地根据自己的情况确立了不同的枣树种植面积，为农民增加了经济收入。随着红枣的种植面积的增加，红枣的机械化作业在红枣栽培中的重要性逐渐凸显。依据最近几年新疆林果业发展的态式分析，新疆果树种植每年以10%的速度递增[1]，由于林果业的快速发展，各地已形成了较大的种植规模, 每到收获季节需要投入大量的劳力来完成水果采收。可以预见到，再过3～5 年, 新种植的果树进入盛果期后, 水果采收作业将会出现因劳动力短缺、采收不及时，而直接影响果品质量和造成大量损失的问题[1]。这是因为，水果采摘是一项劳动投入量很大的作业，有些水果因成熟期不一致，需要多次采摘才能完成收获；而有些作为鲜食或作为加工用途的果品，因市场对于果实外观要求较高，不能有碰伤、刮伤、压裂等机械损伤, 采收这些水果时必须小心翼翼；另外, 水果收获是在离地面有3～5m高的空中作业， 以上原因决定了水果采摘是一项费时、费工、费力的作业[1]。人工采收水果的速度缓慢, 大面积发展水果种植时, 必须要依靠机械化来提高采摘效率。据有关资料介绍, 有些鲜食水果的采收用工量较大，约占水果生产总用工量的50%以上,导致特色果品的生产成本过大，不能满足向果品加工企业提供数量充足、质量优越、价格相对低廉的原料, 这样极不利于企业直接参与市场竞争[1]。可移式红枣收获机械的研究，就是针对红枣的采摘时的要求进行设计的采摘机械，红枣的机械化收获对提高收获效率, 降低收获作业成本, 做到适时收获, 减少收获过程中造成的机械损，保证红枣质量，促进枣业生产的规范化、标准化具有重要现实意义。 1.2国内外研究现状 国外对水果机械化收获技术的研究较多，机械采收在美国、西班牙、俄罗斯、意大利、英国、德国、丹麦、匈牙利等国家的果园应用较为普遍。目前, 机采量较大的果树作物有苹果、葡萄、甜橙、桃、李、杏、樱桃、越桔、油橄榄、核桃、扁桃等。他们采用的机械收获方法主要有：震摇法、梳刷法、撞击法、水力法、半机械化采收等方法。但是，针对红枣收获的采摘机械比较少。 据了解, 美国的坚果收获已全部实现机械化，美国的葡萄、柑桔类水果的机械化收获问题也解决得较好。意大利生产一种鲜食水果收获机， 专用于苹果、梨、杏、李子等鲜食水果的收获, 虽然这种水果收获机需要人工辅助摘果，但摘下后水果的输送、装箱等过程全部是机械化操作，水果收获的效率可大大提高，同时也能避免和减少水果在收获过程中的机械损伤。除了收获机械之外， 还需要引进适于机械化收获的品种和果园修剪等管理技术。例如, 在法国和意大利，为实现水果作业机械化，把葡萄树普遍栽成扁平形，并花了很大的力量栽培修剪。栽果树时，树与树排列成行， 既有较好的光照与通风， 又便于拖拉机进入行间松土、施肥、喷药和采摘。法国的勃拉特研究所据此设计制造了一种高架式葡萄收获机，成功地解决了酿酒用葡萄的收获问题[2]。国外有很多发展水果机械化收获的经验，值得我们学习和研究。 总之，国外的水果收获机械研究主要在鲜食水果的收获中，他们是着眼于市场针对性的研制的各种收获机械。他们不光强调机械一定要适应当地农( 园) 艺的要求，而是从生物学角度、农( 园) 艺角度加大科研力度，开发利于机械化作业的新品种、新农( 园) 艺等，为机械化作业创造条件。这样就提高了水果的机械化采收作业率[3]。 我们国家虽然红枣的种类很多，种植面积大。但是对于机械化采摘红枣的技术还是比较少，机械化作业水平很低。 近年来，作为鲜食上市的水果收获仍没有完全实现机械化。这是因为长在果树上的果实的生长形态不适于机械化采摘, 而市场对于商品果外观要求又较高，不能有碰伤、擦伤等机械损伤的缘故。虽然这种水果收获机需要人工辅助摘果，但摘下后水果的输送、装箱等过程全部是机械化操作，水果收获的效率可大大提高，同时也能避免和减少水果在收获过程中的机械损伤。 根据全国各地调查资料显示，目前我国的水果机械化还只是停留在节水滴灌、灌溉施肥一体化、包装保鲜等有限的几个工序上，在清洗、分级中偶有使用，而水果采摘机械还是很少。我国的水果采摘机械种类很少，大型的机械化设备使用率很低，只有少量的半自动机械在使用。比如，可移动水果采摘梯、可伸缩式高枝采果器这样的改进型机械。这些机械虽然在某种意义上是生产效率提升，提高了水果的采摘质量。但是对于大面积的果树收获还是不能满足要求，像红枣这样的果实数量多，结果时，红枣分布在果树的各个部位，所以如果要提高生产率就需要机械化程度比较高的水果采摘机械来完成。 1.3方案的确定 本设计需要重点研究的是红枣采摘机械的基本形式、传动机构、采摘的类型。需要充分发挥机械的特性，最大限度的利用机械结构对红枣进行采摘并且保证收获的红枣质量和采净率。机械化收获是整个生产环节里的重要部分。所以研究红枣采摘机的技术具有很重要的意义。 设计要注意的是：采摘的方式；采摘后果实如何利于采集；保证对果实的损伤不影响其质量；使用简便的采摘方式；减少对果实的打击；提高采集装置承接的效率；传动装置要配套和采摘机械相互协调。 总装图如下： 图1-1 1红枣捡拾头 3风机 4红枣下滑板 5挡板 6 盛果箱 7盛果筐 8 轻杂物沉降室 9 驱动手柄 10 滤网兜 11 机架 本新型设计使用时，风机高速旋转，对盛果箱产生正压吹送，而因气流告诉流动，在捡拾吸头、吸气管里产生负压。在捡拾红枣时人推动机具前进，捡拾头贴着地面，在负压的作用下，地表红枣被吸入管道中，在经风机出口时，被风流吹送到盛果箱内，因气流截面积突然增大，果品在盛果箱内部收到挡枣部的阻挡沿着红枣下滑板滑落到盛果筐内，轻杂物树叶、灰尘等在气流的作用下，翻过挡枣部落到盛果箱后部的上方的轻杂物沉降式内，经过过滤网兜的过滤，轻杂物叶子和灰尘沉降于此，气流从网兜中流出，完成地表红枣的捡拾过程。随着人推着机具不断沿着枣树前行，落到地表的红枣被吸入盛果筐内，筐满后换成空筐子继续作业。本实用型机械采用负压捡拾，正压输送，工作效率高，不伤果，结构简单，造价低廉，工作可靠，通过机械代替人工捡拾地面的红枣，省时省力易于推广。 2.设计方案的选择 2.1采摘方式 经过资料的查询和实际的测量，确定采摘机所具备的基本条件是：工作宽度小，易移动，采摘过程对果实的损伤小。经研究采用负压捡拾，正压传送，中间挡枣部前表明设计成弧形进一步降低红枣与挡枣部进行碰撞时出现的碰撞摩擦力，减少红枣表皮的损伤。红枣挡部也可以设计成一块平直的挡板，可以减少制作的成本。 2.2传动方式 根据设计机械的性能，为了提高机械的灵活性，减少造价，节约陈本，采用气流传送。因为红枣的质量较小所以采用这种方式，是的机器更加的灵活。 3 红枣采收机的结构机说明与工作原理 3.1 气吸式红枣收获机的工作原理图 图3-1气吸式红枣收获机示意 1红枣捡拾头 3风机 4红枣下滑板 5挡板 6 盛果箱 7盛果筐 8 轻杂物沉降室 9 驱动手柄 10 滤网兜 11 机架 整机结构由：红枣捡拾头 风机 红枣下滑板 挡板 盛果箱 盛果筐 轻杂物沉降室 驱动手柄 滤网兜 机架等组成。采用半自动的方式，由人工推动其前行。风机安装在习惯的尾部。在风机与红枣收获头之间设计一个波纹管，提高红枣收获头的灵活性。 3.2红枣采收机的工作原理 本新型设计使用时，风机高速旋转，对盛果箱产生正压吹送，而因气流告诉流动，在捡拾吸头、吸气管里产生负压。在捡拾红枣时人推动机具前进，捡拾头贴着地面，在负压的作用下，地表红枣被吸入管道中，在经风机出口时，被风流吹送到盛果箱内，因气流截面积突然增大，果品在盛果箱内部收到挡枣部的阻挡沿着红枣下滑板滑落到盛果筐内，轻杂物树叶、灰尘等在气流的作用下，翻过挡枣部落到盛果箱后部的上方的轻杂物沉降式内，经过过滤网兜的过滤，轻杂物叶子和灰尘沉降于此，气流从网兜中流出，完成地表红枣的捡拾过程。 4 作业程序 4.1启动本机械的动力装置汽油机。 4.2放置好盛果筐子。 4.3开始捡拾，由人工推着机械前进然后红枣吸头在气流的作用下将红枣吸入盛果箱内。然后人推着收获机沿着枣树前进，等盛果筐满了后换换一个空的筐子继续作业。 5 红枣采收机的零件的选择 5.1设计要求 设计一种气吸式红枣收获机包括装有行心轮的机架以及风机，其特征是：在机架上设置一个盛果箱，在盛果箱的前端上部安装一根吸气管，所说的风机安装在吸气管上，吸气管的自由端口连接着一个红枣捡拾吸头，在盛果箱后部上方的轻杂物沉降室的下端连接这一个过滤网兜，在盛果箱中部顶端设计一个竖直向下延伸的挡枣部，挡枣部的长度与盛果筐的宽度相同。在挡枣部下方的盛果箱内放置着一个盛果筐，盛果筐的前端顶部与盛果箱的前臂之间设计一个倾斜的红枣下滑板。为了实用的方便在风机和红枣捡拾头直接设计一根波纹管。而且盛果筐四周壁上均设置着网孔，挡枣部为平直的挡板，所说的红枣下滑板为栅栏板栅栏板上的缝隙宽度必须比红枣的宽度小。 5.2工作方式的确定 本新型设计使用时，风机高速旋转，对盛果箱产生正压吹送，而因气流告诉流动，在捡拾吸头、吸气管里产生负压。在捡拾红枣时人推动机具前进，捡拾头贴着地面，在负压的作用下，地表红枣被吸入管道中，在经风机出口时，被风流吹送到盛果箱内，因气流截面积突然增大，果品在盛果箱内部收到挡枣部的阻挡沿着红枣下滑板滑落到盛果筐内，轻杂物树叶、灰尘等在气流的作用下，翻过挡枣部落到盛果箱后部的上方的轻杂物沉降式内，经过过滤网兜的过滤，轻杂物叶子和灰尘沉降于此，气流从网兜中流出，完成地表红枣的捡拾过程。 5.2动力的选择 5.2.1风机的选择 根据设计要求，查风机手册［1］。 ［1］续奎昌，王洪强，盖京方 .风机手册.第二版.机械工业出版社，2011年: 369～400. 表5-1 Y90S-4-1离心式通风机 机号No. 转速/（r/min） 全风压/pa 风量/（） 功率/kw 传动方式 外形尺寸 质量/kg Y90S-4-1 2900 994~606 1131~2356 1.5 A 251×455×561 24.5 5.2.2风机的选型计算 表5-2风机的类型 序号 名称 型号 说明 形式 品种 1 （通用）离心式通风机 4-72 No.20 一般通风换气用，压力系数乘5后化整数为4，转速为72，机号为20即叶轮直径为2000mm。 2 （通用）离心式通风机 4-272 No.20 示叶轮是双吸入形式，其他参数同第一条。 3 矿井离心式通风机 K4-272 No.20 矿井主扇通风用，其他参数同第二条。 4 防爆离心式通风机 B4-72 No.20 防爆通风换气用，其他参数同第一条。 5 （通用）离心式通风机 4-721 No.20 与4-72型相同的另一（系列）产品。其他参数同第一条 6 锅炉离心式通风机 G4-72 No.20 用在锅炉上其他参数同第一条。 常见的风机的与动力机构的连接方式 4-72型离心式通风机可输送空气和其他不自燃的、对人体无害的、对钢材无腐蚀性的气体。气体内不允许有粘性物质，所含尘土及硬质颗粒物不大于150mg/m3。气体温度不得超过80。C。该风机具有良好的气动性能，叶轮、皮带轮均经严格的静、动平衡较正，故运转平衡、振动小、效率高、寿命长等特点。广泛适用于工矿企业、大型建筑物、宾馆酒楼等室内通风换气排烟。4-72型有四种转动方式：A式为电机直联传动；B式为皮带轮在两大支撑点中间传动；C式为电机通过轴承箱联轴器传动；D式为电机通过轴承箱联轴器传动。NO.2.8-6采用A式传动；NO.8-12采用C、D式传动；NO.16-20采用B式传动。查资料最后确定为直接连接。 风机主要性能参数的确定 风机的主要性能参数包括流量（可分为排气与送风量）、压力、气体介质、转速、功率、参数确定项目见下 表5-3风机的主要性能参数 项目 单位 备注 流量 风量 m/min、m/h、kg/s 最大最小量喘振点 标准风量 m/min（NTP）、m/h（NTP） 压力 进气及出气静压、风机静压、全压、升压 Pa、Mpa 气 体 介 质 温度 C 最高、最低温度 湿度 Kg/h 密度 Kg/ m(NTP) 灰尘量及灰尘种类 g/ m、g/ m(NTP)、g/min 附着性、磨损性、腐蚀性 气体种类 腐蚀性、有毒性、易爆性 转速 r/min 滑动、定速、变速（转速范围） 功率 输出功率 Kw 驱动机（电动机、发动机） 驱动方法（带轮、直连、液力联轴器） 5.2.3风机流量的计算 所说的风机流量是指用气流量换算成进气状态的结果来表示的，通常以/h. /min表示。但在压比为1.03以下时，也不妨将出气流量看作为进气流量。在化学工业等领域中以/h（常温常压）来表示的情况居多，它是将流量换算成标准状态，即0c、0.1MPa干燥状态。另外。有时还以质量m按kg/s来表示的。 流量亦称气体量或着空气量。将出气流量Qvs可以按以下公式计算 Qvs=Qvd （1-1） 式中出气气体的密度（kg/）； 进气气体的密度（kg/） 标准状态的流量qvn[/min(常温常压）]换算成进气流量qvs(/min)可按下式计算 Qvs=qvn （1-2） 式中 T1— 进气体的热力学温度（K） Pb1—进气绝对压力（kPa） Ps—水蒸气的饱和压力（kPa） —相对湿度 5.2.4压力功率与风机的选型 一 压力 为进行正常通风,需要有客服管道阻力的压力,风机则必须产生出这种压力.风机的压力分为静压 动压 全压三种形式。其中，客服前述送风机的压力为静压；把气体流动中所需的动能转换成压力的形势为动压,实际中,为实现送风目的,就需要有静压和动压. 二 全压 静压 动压 风机的全压及静压 1 静压、动压、全压 静压Ps为气体对平行于气流的物体表面作用是压力，它是通过垂直于其表面的孔测量出来的。 动压Pd以下式表示： Pd= （1-3） 式中 Pd—动压（Pa） —气体的密度（kg/） v—气体的速度（m/s） 全压Pt为动压和静压的代数和，即 Pt=Ps+Pd （1-4） 2风机的全压、静压 所谓风机的全压是指由风机所给定的全压增加量，即风机的出口和进口之间的全压差。若下标2表示出口，1表示进口，则 Ptf=Pt1-Pt2=(Ps2+Pd2)-(Ps1+Pd1)=(Ps2-Ps1)+(Pd2-Pd1) （1-5） 所谓风机的静压是指由风机全压减去风机出口的动压，即 Psf=（Pt2-Pt1）-Pd2=(Ps2-Ps1)+(Pd2-Pd1)-Pd2=(Ps2-Ps1)-Pd1 （1-6） 式中Ptf—风机的全压（Pa） Psf—风机的静压(Pa) Pt1—风机进口全压(Pa) Pt2—风机出口全压(Pa) Pd1—风机井口处动压(Pa) Pd2—风机出口处动压(Pa) Ps1—风机井口处静压(Pa) Ps1—风机出口处静压(Pa) 如果风机的进口和出口的面积相等，则动压也可以看成大致相等（Pd1= Pd2），对于全压及静压可归纳如下： 1）在使用状态下如图1-2所示，在同时带有进气管和出气管的风机中，出口动压与进口动压之差中，在减去进口动压，即根据（Pd1= Pd2），则风机的全压：Ptf=Ps2-Ps1 此外风机的静压可以由式（1-6）可知。 2）在使用状态下，仅具有出气管，进口朝大气开放式时的风机全压为出口静压与出口动压之和。此外，风机的静压可用出口静压表示即，因Ps1=0、Pd1=0，根据式（1-5）、式（1-6） 风机的全压 Ptf=Ps2+Pd2 （1-7） 风机的静压 Psf=Ps2 （1-8） 表5-1 3）在使用状态下,仅具有进气管,出口朝大气开放时的风机全压可用进口静压表示,风机的静压静压可以在进气静压(负压)上加上进口动压表示.即 风机的全压 Ptf=-Ps1 （1-9） 风机的静压 Psf=-Ps1+Pd1 （1-10） 压力单位,在通风机中,可用用Pa表示,在鼓风机中用kPa或Mpa表示。 4）最后确定选择的风机为 图5-2Y90S-4-1-1.5kw型离心式风机 6主要的已知参数 空气密度：1.293 kg/m而要使红枣可以被吸进沉降室，单颗枣重20~30g，相对应的投影面积大约为10~15cm。通过计算可以得到我们需要的最小负压和空气流速大约为=200PA =20m/s 6.1汽油机的选择 根据风机的转速以及功率选择 表6-1汽油机的参数 型号 排量(ml) 功率（kw） 转速（r/min） 152F 97.7 1.1~1.9 3600 6.2气吸式红枣售货机的机架的设计 图6-1机架 6.3底板的设计 图6-2 图6-3 底板有40403的角铁焊接而成 6.4挡枣部的设计 图6-4 挡枣部是由一个角钢焊接而成的一个框子中间是铁丝网 6.5尘袋的设计 吸尘器主要对借助机体内外气压差进行工作。吸尘器电机高速旋转，经电机的入口将吸尘器的尘箱内的空气吸走，使尘箱产生负压，即产生一定的真空，地上的灰尘就会随着空气通过地面刷、接管、软管、滤尘袋（或尘杯）进入到尘箱内，灰尘留在尘杯内，空气进入到电机后经吸尘器的出风口排出。由于尘袋上有小孔，所以细小的灰尘不能完全过滤，从尾气中露出。 图6-5 6.6三通的设计 三通管工件如图所示，它是一种常见的塑料工件，广泛运用于个行业,由于塑件材料为聚氯乙烯，模具浇注系统应粗短，进气口截面应该粗短，气流流程不易过大,因此采用直接浇口。根据该塑件的结构特点模具设计为上下开模,三向轴测芯，由滑块上的型芯成型.为了使模具与注射机相匹配提高生产力和经济性、保证塑件的精度,并考虑时应合理确定型腔数目该模具选择一次开模及一模一腔。 图6-6A 图6-6B 6.7风机吸头的设计 风机吸头利用风机转动产生负压,然后利用气压使红枣吸入框子内部 图6-7 7结论 （1）可移动红枣收获机的应用可以充分利用机械运动进行收获，使原本的低效率的采收提高了工作的效率，并且降低了采摘的人工成本。 （2）可移动红枣收获机代替了以往的人工采摘作业，提高了机械化程度及生产效率，节省了人力及时间，改善了工人的作业环境。为少劳力的红枣采摘提供了便利。 （3）本设计采用小型单缸汽油机驱动，结构简单不复杂，理论上达到了采摘要求及其它相应工作条件。理论上收获机有较高的利用价值，由于本设计没有做试验，对其实际的可行性程度还不能确定。估计问题可能出现在这几个方面:首先，效率可能会比较低。其次在实际操作的过程中还可能存在一些别的问题。 致 谢 首先感谢的是我的指导老师，设计是在马少辉老师的悉心指导下完成的。他无论是在资料的整理，还是在设计的画图等各个方面都给予了我大量的指导和帮助，在他的精心指导下，才使得我的设计一步一步的有序的完成，同时也学到了许多书本上学不到的知识，受益匪浅，特致以深深的感谢。同时也要感谢学科组每一位老师们在百忙中抽出时间对我的问题进行了详细的解答和指导，也给我提供了充足完备的条件和宝贵的学习交流机会，而且在我没有想到的方面还给予我详细的指导，为我改进设计，提供了宝贵的建议，学生深表谢意。 大学四年学习时光已经接近尾声，在此我想对我的母校，我的父母亲人们，我的老师和同学们、表达我由衷的谢意。感谢我的母校塔里木大学给了我在大学的本科四年深造机会，让我能继续学习和提高。塔里木大学四季如歌的校园，美丽如诗的风景都深深的留在了我的记忆里。四年珍贵的学习期间，让我的知识体系更加完善，思想观念更加成熟，整体素质得到了极大的锻炼。“自强不息，求真务实”的校训我将铭记于心，在未来的学习和工作中躬身践行。 再次,感谢我的同学们,在毕业设计过程中得到了他们无私的帮助，以及许多启发性的指导和建议。在此向所有支持、关心、帮助我的人表示由衷的感谢!祝他们永远健康、幸福! 最后，感谢我的父母亲人们对我大学四年学习的默默支持，使我能顺利完成学业。 参考文献 [1]新疆特色水果机械化收获问题的探索 梁勤安, 楚耀辉, 王晓东, 王国强 新疆农科院农业机械化研究所, [J]新疆：新疆农机化，2006 （4） [2]国外果园的机械采收 丁志祥 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