气吸式油茶果采摘机构设计

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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 绪论 1.1气吸式油茶果实采摘机构的技术背景 我国是一个油茶种植大国，全国14个油茶主产省区现有2.6亿亩宜林地（江西、湖南两省分布最多），其中相当一部分适宜种植油茶。目前油茶果实采摘方式主要为手工作业，由于油茶树形或地形原因，果农不得不爬上树上或用钩子辅助采收，效率较低且劳神费时，同时还存在安全隐患。 在庞大而迫切的需求量面前，我国一直未能解决油茶果实采摘机械化的难题，油茶果采摘机的研制才刚刚起步，在国外虽早有油茶果采摘机械问世，自动化程度和工作效率也较高，但其机构的复杂性和成本门槛是我国果农较难跨越的，可谓舶来品不符合我国国情。 1.2气吸式油茶果实采摘机构的作用 采用半机械化的便携式油茶采摘机可以轻巧灵活地采摘油茶果实，效率也比手工直接采摘更高。具体体现在以下三个方面：1.动力方面，便携式油茶果实采收机构无需用力，只需一个开关自动完成采摘；2.实用性方面，本机构适用于低、中、高不同高度的油茶树果实的采摘并且携带方便；3.经济性方面，制造工艺简单，成本低廉，性价比高，便于推广。 2 气吸式油茶果实采摘机械原理 2.1气吸式油茶果实采摘机械原理分析 2.1.1果实采摘方式的选择 要实现果实采摘，可以根据原理分为吸附式、剪切式、抓拉式等类型，其特点比较如表1所示。 表1 各类不同工作原理的采摘机构及特点 类型 优点 缺点 气吸式 定位要求低、动作灵敏 需要配备真空形成装置，笨重不方便携带，造价较高。 剪切式 结构简单，操作方便，对果实和枝条的伤害较小 定位要求高，效率较低，不方便收集。 抓拉式 结构简单、操作方便、效率高 对枝条和花蕾伤害稍大 通过对油茶树性状研究，发现油茶树枝条比较脆，花蕾和果实连接较为紧密，综合比较之后，采用气吸式采摘原理进行设计较为合适。 2.1.2 气吸式油茶果实采摘机械原理简述 如下所示的机构装配图，油茶果实采摘机械头部总体分为两个部分。即采摘部分和可伸缩部分，采摘部分和可伸缩部分详见后面的采摘和可伸缩部分原理说明。 首先，采摘部分由锥形采摘头、齿轮、齿轮轴、连接体、轴承、等零件组成,并通过铆钉固定在伸缩杆部件1上，可伸缩部分由铝合金空心管1、2、3，套1、2、，对应的套的螺母组成，动力部分由电机、齿轮轴、联轴器组成。当机构的头部触到油茶果实时，通过风机产生负压，吸住油茶果，控制电机正转，由齿轮传动扭矩带动齿轮轴1及采摘头旋转产生扭断力，从而果实采摘完毕。 2.2气吸式油茶果采摘机械装配图分析 2.2.1 气吸式油茶果实采摘机械总装配图 图2.1 1. 联轴器 2.内六角螺栓 3.螺母1 4.平键 5.齿轮 6.齿轮轴2 7.采摘头 8.齿轮轴1 9.齿轮 10.滚动轴承 11、滚动体12.连接体 13.伸缩杆部件1 14.套1螺母 15.套1 16.伸缩杆部件2 17.套2螺母 18.套2 19.伸缩杆部件3 20.软管连接管 2.2.2 气吸式油茶果实采摘机械三维装配图： 图2.2 3.气吸式油茶果采摘机构部装图 3.1气吸式油茶采摘机构头部部装图： 图3.1.1 图3.1.2 3.2气吸式油茶果实采摘机械可伸缩机构、拉杆组件装配图及其三维图： 以下两图是铝合金管连接处的三维图，其实现可伸缩的关键在于两个连接的铝合金管连接处有卡环，且两个铝合金管均为空心，直径也是一大一小，小直径的套在大直径的铝合金管里面，实现可伸缩功能，而铝合金管头部的凹下卡环槽和另一个铝合金管凸起的卡环保证了小直径的铝合金管不会在伸缩过程中滑出。套在铝合金管接口处的套制有螺纹并且开了槽，螺母旋进时将两个铝合金管固定，保证刚度，要实现缩回功能时，只需旋开螺母，将小直径的铝合金管压入大直径的铝合金管即可。 图3.2.1 三维部装图 下图为伸缩杆两端接口： 图3.2.2 图3.2.3 3.3电动机的选型 SL系列交流伺服电动机型号和主要技术数据 型号 励磁电压V 控制电压V 频率 Hz 堵转转矩N·m 空载转速r/min 输出功率W 机电时间常数m·s 外形尺寸 mm 总长 机壳外径 轴径 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伺服电动机 3.3.2、90SL55伺服电动机 交流伺服电动机的机械特性是非线性的；不需要电刷和换向器，因此结构简单、运行可靠、没有无线电干扰等优点。 SL系列交流伺服电动机是由笼子转子和隐极式定子两部分组成。定子槽内嵌以二相绕组，一相为励磁绕组，一相为控制绕组，控制绕组分为两半，分别引出四根线，可接成串联或并联，以适用于两种电压。 BF系列反应式步进电动机型号和主要技术数据 型号 相数 步距 （º） 电压 V 静态 电流 A 额定负载转矩μN·m 静态力矩μN·m 空载起动频率步/s 额定负载起动频率 步/s 外形尺寸 mm 总长 机壳外径 轴径 70BF1-3 3 3/1.5 27 3 1000 --- --- 1000 112 70 8 3.3.3、70BF1-3步进电动机 BF系列步进电动机系反应式步进电动机，它是将脉冲指令转换为角位移或转速的控制电动机，其角位移与脉冲数量严格成正比，改变脉冲频率实现调速。它具有定位精度高，同步运行特性好，调速范围宽、能快速起动、反转和制动等特点。广泛用于开环数控系统作执行元件和驱动元件。 4. 气吸式油茶果实采摘机构前景及总结 4.1 气吸式油茶果实采摘产品前景 对于此便携式油茶果采收机构分析并结合具体市场分析可知，该机构的设计较巧妙，制造简单，操作方便，成本低廉，携带方便等优点可推测本产品的前景。目前我国油茶采收技术还比较落后，但我国油茶的产量又相当可观，而且油茶生长于丘陵和山坡，这样就给油茶果的采收工作带来了极大的不便。采收工作必定要投入大量的人力、物力和财力，而且我国目前大部分油茶的采收都是通过人工作业，由于各方面的原因导致采收效率普遍不高。 采摘是一个重要的难题，而便携式油茶果采收机构的出现将极大的提高采收的效率，节省人力、物力和财力，给农民带来经济效益。目前国外暂无此类机构的研究，国内研究也还在起步阶段，尚不成熟，而此机构由于其可伸缩性、增力功能、携带方便、使用灵活等特性经过实际投产和改进之后必然会得到迅速的使用和推广。 4.2气吸式油茶果实采摘机械总结 此次毕业设计从采摘的方式上入手，先是考虑了剪切式采摘机构，之后是考虑抓取式采摘，参考了油茶的一些知识，并根据自己采摘油茶的经验发现油茶果实和一般的果实有不同之处。油茶树枝条韧性大，果实主要分布在油茶树枝条的前端，在较高的油茶树面前使用抓拉式采摘机构最为方便实用。又考虑到可伸缩性和增力功能，最后确定可伸缩性用铝合金管实现，增力功能则由动刀片和拉杆杠杆作用及双滑轮的省力作用实现。另外考虑到自动定位功能，动、定刀片采用半圆形来实现。重点从定位、增力、动力传送和可伸缩性等方面入手，利用Pro/e和AutoCAD软件，绘制三维图及二维图；结合机械原理、机械设计和农业机械等知识，在饶老师的指导下来完成此次毕业设计。我发现真正地要设计一样产品真不是一件简单的事情，从理论到实践的转换，设计思路理念，对课本知识的深入运用，绘图软件一些高级绘图功能都是比较难的，需要花时间。知识储备太少，而且不系统，又没有多少实践经验，我想这是我以后应该努力的方向，也是学院加强这方面教学条件的契机吧。 由于油茶果实种类较多，此次设计主要是针对普通油茶，油茶果实采摘时，本产品只针对油茶树较高果实的采摘，其高度适合范围为1.8-3.6米，允许通过的最大油茶直径为50mm。需要进一步改进的地方应该是将伸缩杆改小，，使该机构更为简单实用。 参 考 文 献 [1] 徐灏主编，机械设计手册[M]，北京：机械工业出版社，1992 [2] 杨明忠、朱家诚主编，机械设计[M]，武汉：武汉理工大学出版社，2001 [3] 曾志新、吕明主编，机械制造技术基础[M]，武汉：武汉理工大学出版社，2004 [4] 郑文纬、吴克坚主编，机械原理[M]，北京：高等教育出版社，1997 [5] 刘鸿文主编，材料力学[M]，北京：高等教育出版社，2004 [6] 哈尔滨工业大学理论力学教研室编，理论力学[M]，北京：高等教育出版社，2008 [7] 陈立德主编，机械专业英语[M]，上海：上海交通大学出版社，2001 [8] 于永泗、齐民主编，机械工程材料[M]，大连：大连理工大学出版社，2007 [9] 余桂英、郭纪林主编，AutoCAD2008中文版实用教程[M]，大连：大连理工大学出版社，2007 [10] 邵立新、夏素民、孙江宏等编著，Pro/ENGINEER Wildfire ４.0中文版标准教程[M]，北京：清华大学出版社，2007 [11] 冯炳、韩泰荣、将文森等编著，中国机械设计大典（3）[M]，北京：机械工业出版社，2006 致 谢 一眨眼，我已经在美丽的江西农业大学工学院度过了四个年头。四年，这是我人生中非常重要的四年。给我留下了大学生活的美好回忆，留下了一笔巨大的无形的知识财富。这必将对我今后的学习、工作、生活产生积极、长远的帮助。感谢江西农业大学工学院四年来的培养，在此，我真诚地向我尊敬的老师们和母校表达我深深的谢意！ 毕业设计是在我的导师饶洪辉老师的多次指导下完成的。从毕业设计的选题、构思、结构设计到论文写作的过程中，饶洪辉老师多次与我深入细致地探讨，并给我提出切实可行的指导性建议。饶老师的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神将永远激励着我。在此，请允许我向尊敬的饶洪辉老师表示真挚的谢意！ 在做毕业设计的过程中，也得到了许多同学的宝贵建议，在此致以诚挚的谢意。 最后，向在百忙中抽出时间对此毕业设计进行评审并提出宝贵意见的各位老师表示衷心地感谢！ 衷心祝愿母校江西农业大学工学院的明天更加美好！自 毕业论文 14