振摇式红枣收获机的设计
振摇式红枣收获机的设计,振摇式,红枣,收获,设计
0.08 A0.03AA 中文摘要
振摇式红枣收获机
摘要
红枣是一种重要的经济型农作物，它具有丰富的维生素含量，被广泛用于药材和日常食用品，在我国山东、山西、新疆、河北等多地都有大量种植。是我国分布地最广的果树种植之一，目前我国已研发出多种大型振摇式红枣收获机，但是由于我国各个地区地形不同，同时种植规模也有较大差异，这些红枣收获机不能广泛适用于各个地区和各种种植规模，多处地方仍然采用雇佣农民去进行红枣收获。而国外的大型红枣收获机主要适用于平原，进行大规模机械化收获。由于我国种植红枣地区主要在于山丘，地形不利于大规模机械化工作，工作环境满足不了机器需求，而且机器价格昂贵，不符合价值要求。
为了解决这些地形复杂和机械化收获等问题，本文主要通过对红枣与树枝连接之间产生的结合力进行计算，计算出能够满足红枣与树枝脱落所需要的惯性力，设计一款以振摇叉为主要执行件的振摇式红枣收获机，并主要针对红枣收获机的外部结构、传动装置、收集伞进行主要设计，工作时由拖拉机动力输出轴输出动力，再通过传动装置将动力输入到振摇叉上，振摇叉夹持红枣树干，利用曲柄滑块机构满足振摇叉进行直线往复运动，收集伞对振摇下来的红枣进行收集，从而使得振摇叉对红枣进行机械化高效收获，并且达到较高的使用可靠性，完成较高果实采净率目的，该装置操作简单，使用可靠率与果实采净率都能达到很高的比率，且机器的体型较小，价格便宜，后期维修与保养都较为方便，对实现红枣的农业机械化种植与收获都有一定的促进作用。
关键词：振摇式；振摇叉；曲柄滑块机构；高效率
英文摘要
Red harvester vibration wave type
Abstract
Red jujube is a kind of important economic crops, it has rich vitamin content, is widely used in medicine and daily food, in China's shandong, shanxi, xinjiang, hebei has a large number of plant such as much as possible. Is one of the most widely distributed to fruit tree planting in our country, at present our country has developed a variety of large vibration wave type red jujube harvest machine, but because the terrain is different from region to region in China, the planting scale at the same time also have bigger difference, the red jujube harvest machine cannot be widely applicable to all regions and all kinds of planting scale, many local farmers to hire red jujube harvest is still applied. And foreign big jujube harvest machine is mainly applicable to the original, on a large scale mechanized harvesting. Because our country planting jujube region lies in the hills, the terrain is not conducive to large-scale mechanization work, the work environment to meet demand, the machine and the machine is expensive, do not conform to the requirements of the value.
In order to solve these problems such as complex terrain and mechanized harvesting, this paper mainly through to the red jujube and the branches of the connection between the binding force is calculated, the calculated can satisfy the red jujube and the branches off the inertial force needed to design a vibration wave fork as the main implementation of a red harvester vibration wave type, and mainly aims at the external structure of red jujube harvest machine, transmission device, collecting umbrellas in the main design, the tractor pto output power at work, and then through the transmission power input to the vibration wave fork, vibration wave forks gripping jujube tree trunks, using slider-crank mechanism with vibration wave fork be straight line reciprocating movement, collect the red jujube are collected vibration to roll down the umbrella, so as to make the vibration wave fork of red jujube harvest mechanization and efficiently, and to achieve high reliability, the use of complete high fruit net rate, the equipment operation is simple, the use of the fruits are reliable and that the net rate can reach very high rate, and the smaller of the machine, price cheap, the late repairs and maintenance are more convenient, to realize agricultural mechanization planting and harvesting red jujube, there is a certain role in promoting.
Key words: vibration wave type; The vibration wave fork; Collect the umbrella; High efficiency
目录
1、绪论1
1.1、课题背景与意义2
1.2、国内外研究现状3
1.2.1、红枣液压驱动振摇式收获装置4
1.2.2、红枣曲柄滑块传动振摇式收获装置5
1.2.3、可变地隙自走式红枣收获机6
1.3、机构的选取4
2、技术任务书4
2.1设计依据5
2.2产品的用途及适用范围6
2.2主要技术参数6
2.2主要研究内容6
3、设计计算说明书4
3.1整机结构的设计5
3.2装置的工作原理6
3.3振摇式红枣收获机外部结构的设计6
3.3.1振摇叉的设计6
3.3.2曲柄滑块机构的设计6
3.3.3收集伞的设计6
3.4机架的设计6
3.5发动机的设计6
3.5.1红枣收获机所需功率6
3.5.2发动机的选取6
3.6锥齿轮的设计6
3.7传动链的设计6
3.8链轮的设计6
3.9传动轴设计6
3.10轴承的设计6
4、使用说明书4
4.1操作说明5
4.2注意事项6
5、标准化审查报告4
6、结论4
参考文献4
致谢4
振摇式红枣收获机的设计
1 绪论
1.1课题背景及意义
红枣是一种李科枣属植物，其自身复有丰富的维生素含量，有着“天然维生素丸”的美称，这一特点使得红枣具有滋阳补阴的功效，在药用上有很大价值，同时由于红枣的甜美口感，也使的人们在日常生活中频繁食用。这使得在北方大多数省份都有种植红枣来提高经济收益的种植基地。近年来，我国枣树种植面积约为331万公顷，产量占全球的98%。同时我国的枣树种植面积还在不断增长。
因此，红枣收获效率决定了红枣种植业的经济效益高低，，传统的红枣收获，是通过农民手持长木棒敲打、振摇树干等方式，对枣树树枝进行敲打或对树干进行振摇，从而使得红枣获得一定的惯性力，当惯性力大于红枣与树枝之间的结合力的时候，红枣便进行掉落，这种方式不仅收获效率低，而且木棒在挥打时产生的作用力极易对红枣和枣树本身造成伤害，影响红枣经济价值和枣树自身成长。这些传统收获方式严重抑制了红枣种植业的发展，近年来，我国农业机械化高速发展，在红枣种植业方面有了重大突破，不仅可以降低农民的劳动强度，还可以进行机械化种植与收获，大大提高了工作效率。在新疆、山西、河北等省份的平原地区，红枣收获主要由大型自走振摇式红枣收获机完成，这些收获方式虽然大大降低了劳动力需求，但由于各种植地区地形不同，并不能广泛适用于所有种植基地。所以我们迫切需要一台果实采净率高/实用性广泛、价格合理的振摇式红枣收获机。
1.2国内外研究现状
现在我们国家拥有的红枣收获机样式还不是很丰富，大多数是使用机械手夹持树干进行震动，从而使得果实可以从树干上掉落。也有的是机器通过骑跨在枣树上方，通过棒杆直接击打树木枝干，将果实打落下来，再通过气吹式系统将红枣进行收集，这样的技术目前来说还不是很成熟。还有的是通过鼓风机将红枣直接吹下来，在进行收集，这种收集方式较前两种颇为麻烦。其中最为有代表性的就是以新疆农垦科学院机械装备研究所研制成功的首台红枣收获机“4YS-24红枣收获机”，这台机器就是通过振摇叉对树干进行夹持并进行往复式振摇运动，从而使得果实掉落。该收获机的设计采用了液压传动与控制技术相结合的振动机械手，实现了枣树的可靠夹持、无损伤振动落果和果实的快速收集。使用这种红枣收获机可以在每小时采摘50棵枣树，果实采净率高达91%功效比人工提高了将近十倍左右，为新疆红枣种植户收获红枣提供了强有力的技术和装备支撑，而且这种红枣收获机，还具有价格实惠的优点，每台机器售价仅两万左右，受到了广大人民的喜爱。
近年来随着红枣收获机械的不断改进，研制出了很多新的红枣收获机械，如武汉威明德科 技股份有限公司研制的 4ZZ-1B 型自走式红枣收获机 以及石大锐拓机械装备有限公司研制的 4ZZ-1Y 型红 枣收获机等，但是这些机械仍然有没有解决了道路行驶要求的问题，例如隙高与田间作业时要求地隙低的矛盾，于是出现了一种新型的、实用的可变地隙自走式红枣收获机，去解决地隙与收获机械之间存在的不适应问题。它综合考虑了枣树的种植特点、最低果枝高度、红枣产量和兼顾机器行走时的通过性能，地隙调节范围在150-550mm，轮距宽2m，采摘行数为一行。这种红枣收获机的工作方式是机器工作时通过骑跨在枣树上方，在机器的前部对枣树枝干进行聚拢，前后轮之间采摘并向后输送枣树枝干，用龙门架式结构建造机架，机架上安装采摘棒杆，然后在外围上安装钢丝网，用来防止掉落的红枣飞溅到外面。
这些红枣收获机械都大大减少了红枣种植户的收获成本，降低了农民的劳动强度。
目前国外对采摘机械的研究主要是以采摘机器人为主，20世纪70年代末期，计算机技术与自动控制技术得到了快速发展，美国首先开始研究各种农业机器人，自1983年第一台采摘机器人在美国诞生以来，经过20年来的不断研究与试验，采摘机器人技术变得日益成熟与完善。以日本为代表的发达国家，包括美国、法国、荷兰、英国、西班牙等国相继试验成功了多种采摘机器人，如苹果、柑橘、番茄、西瓜和葡萄等果实采摘的具有人工智能的机器人。采摘机器人主要由机械手、末端执行器、视觉识别系统和行走装置等4大系统组成。在日本首先是京都大学NoboruKawamura等人在20世纪80年代中期研制了五自由度关节型机械手，但这种机械手的工作空间并没有包含所有果实的位置，而且机械手末端执行器的可操作度也低。这种机械手在夹持方面很值得我们借鉴，又因为红枣主要产地在中国，国外并没有大型的红枣种植基地，但是国外的各种新型采摘机器人在执行件和传动装置上对我们红枣收获机械有很大的启发。
1.2.1、红枣液压驱动振摇式收获装置
1、 机械手2、机架3、油箱4、液压传动回路及控制系统5、支撑装置
这种红枣收获机工作时，用振动夹持手夹持树干，然后拖拉机的动力输出轴输出动力，根据实际枣树的树干直径和枣树高度决定振动夹持手的夹持位置。经过传动系统驱动振动夹持手振摇果树。振摇完成后收回振动夹持手，与果树树干进行脱离。
1.2.2、红枣曲柄滑块传动振摇式收获装置
1、 夹持手；2、机架；3、曲柄滑块机构；4、动力装置。
工作过程，以小型汽油机作为动力输出装置，并且将动力传送到曲柄滑块机构，使得夹树装置夹紧树干并且进行直线往复运动，然后树干受到外力强迫振动后就会使得与枣树树枝连接的果实获得一定大小的惯性力，随着曲柄转速的加快，果实所获得的惯性力也在不断增大，当惯性力大于果实与树枝之间的结合力后，果实就会掉落，同时底部所放置的收集结构会对掉落下来的果实进行收集。
1.2.3、可变地隙自走式红枣收获机
1、 后驱动总成2、动力机3、输送及风选机构4、. 振动箱5、前腿总成6、. 龙门动力架7、. 驾驶室8、清扫机9、导流机构 10、.采摘辊11、摆线启动机12、柴油箱
发动机功率为84kw，通过传动系统提供动力到振动箱，并且驱动采摘辊进行工作，将树枝上的果实进行击打，促使其掉落到导流机构，最终将果实导流出收集装置。完成红枣收获作业。
1.3、机构的选取
如果综合比较以上三种红枣收获装置，不难发现，可变地隙自走式红枣收获机，具有自动化采摘与收集的优点，可以根据不同的种植方式来调整机器收获间隙，适应不同地块的种植方式，但是由于其棒杆式执行件在工作时容易对果实与数目枝干造成损伤，导致果实采净率较低，而红枣液压驱动振摇式收获装置虽然具有夹持可靠，果实采净率高，对果实与果树损伤较小等优点，但由于它是液压驱动，所以在维修和保养上具有较大难度。相对来说，红枣曲柄滑块传动振摇式收获装置在果实采净率和适应工作条件等方面都有较大的优点，而且工作效率较高，在各个方面的表现都较为均衡，可以满足红枣收获需求。因此在多方面考虑下，本文拟设计振摇式红枣收获机，不仅符合当前农村种植户的生产需求，并且采用曲柄滑块传动的方式对红枣进行收获。
2、技术任务书
2.1设计依据
目前为止，在我国新疆、山西等地区，振摇式红枣收获机因为其有较高的工作效率与果实采净率，并且价格相对来说较为便宜，操作也相对简单，因此受到了广大农民的喜爱，这种红枣收获机械其实是在采摘机械手的基础上，添加了传动机构使得机械手在夹持树干的同时获得动力，通过研究枣树树干受力之后的挠度变化，红枣与树枝之间的结合力大小，然后在计算果实在振摇过程中获得足够大的惯性力使得果实与树枝分离。最后通过下方的收集伞对掉落的果实进行收集，确定装置的主要技术参数。振摇式红枣收获机的优势充分模拟了人工作业的方式，振摇叉与收集伞的结合使用，使这个机械具有高效率和低损伤率的优点。适用于不同种植地区的地形，有很高的通用性，所以本文设计的振摇式红枣收获机对传动机构与振摇叉机构进行了优化设计
2.2产品的用途及适用范围
该装置主要适用于地形复杂的农村地区，比如山西地区山脉较多，各地区的农村用地面积很不规范，大多分布在山上，不像河南、山东这些平原地区，同时，枣树的直径与高度也不尽相同。所以这些问题使得不能采用大型自走式红枣收获机，只能进行人工收获，振摇式红枣收获机可以解决这些收获难题，降低农民的劳动强度。
2.2主要技术参数
振摇式红枣收获机的主要技术参数如表2-1所示，其主要包括装置的拖拉机功率、装备质量、主轴转速、传动链型号、链轮速度、主动轮直径、从动轮直径、结构总体尺寸、振摇叉尺寸、收集伞尺寸、链轮与传动链之间的配合等。
表2-1主要技术参数
参数项目 单位 参数
拖拉机功率 27.6 kw
结构质量 150 kg
输出轴转速 540/1000 r/min-1
振摇机构形式 曲柄滑块机构
振动频率 8 Hz
振幅 60mm
结构总体尺寸(长x宽x高) 2800 X 2200 X 1400 mm
2.2主要研究内容
本文拟设计一种适用于农村地区的振摇式红枣收获机，并满足果实采净率高、果树损伤小、工作效率高、价格便宜这几大特点。具体设计方案如下所示：
（1） 对装置的整机结构设计，包括机架设计、振摇叉、收集伞等外部结构的设计。
（2） 对驱动系统的设计，包括拖拉机标定功率的选择、主动轮的设计、从动轮的设计、以及传动链与链轮的选择等。
（3） 对传动系统的设计，包括锥齿轮的设计、主轴的设计与强度校核
（4） 对箱体与支撑结构的设计，包括箱体材料与支撑装置材料的选择，结构的设计等。
3、设计计算说明书
3.1整机结构的设计
3.1.1整机结构
振摇式红枣收获机主要由四大系统组成，分别是振摇系统、传动系统、收集系统、整机结构系统组成。其具体如图3-1所示，振摇式红枣收获机结构的总体尺寸为：长X宽X高=2800 X 2200 X 1400 mm。
（1）振摇叉（2）机架 （3）链轮（4）传动箱 （5）锥齿轮 （6）主传动轴（7）三点悬挂装置 （8）联轴器
图3-1 振摇式红枣收获机结构示意图
3.2装置的工作原理
该振摇式红枣收获机，在在振摇叉上很大程度的模仿了以前人们用手去摇晃树干使得红枣掉落机械手结构，通过利用连杆机构与螺栓连接相结合的方式，设计出可自动控制夹持与松开的振摇叉，同时，为了使得振摇叉可以对不同直径的树干进行可靠加持，我们通过现实中考察与网络上查询等方式，了解到红枣树干直径一般在80~200mm左右，因此对振摇叉的结构进行了相关尺寸设计，选取了合适的振摇叉尺寸与连杆之间的角度，振摇叉夹持住红枣树干后，在拖拉机输出轴PTO的转动下，经过锥齿轮减速，将转速为1000r/min降低到500r/min。再通过轴与链轮相连接的传动方式将动力传送到曲柄滑块机构，使得振摇叉进行直线往复运动，振摇树干。使得树干的挠度发生变化，通过合适的频率，使得树干与果实获得足够的加速度，这样的话。果实就会获得一个固定的惯性力，当红枣所获得的惯性力足够大且能大于红枣与树干之间的结合力的时候，红枣就会与树干之间发生分离与掉落现象，再用树干底部所放置的收集伞，将掉落下来的红枣果实进行收集。
3.3振摇式红枣收获机外部结构的设计
图 3-2振摇式红枣收获机的主视图
3-2振摇式红枣收获机的俯视图
3.3.1振摇叉的设计
图3-3 振摇叉机构参数
振摇叉是振摇式红枣收获机的执行件结构，一般用于机器对枣树树干进行夹持与固定，使得机器在进行正常工作时，将动力转化为振摇叉与树干之间产生的摩擦力，从而传送到树干上，使树干发生一定的挠度变化，为了使得振摇叉可以对树干进行可靠加持，我们通过查阅书籍与文献与进行实际考察的多种方式了解到红枣枣树的树干直径一般在80~200mm左右，所以我们所设计的振摇叉结构为连杆机构，可以在可调螺栓的控制下，振摇叉进行一定位移的，对树干进行可靠夹持，因此设计机械手放松状态下两夹持块之间的距离为200mm，通过对连杆机构的长度设计与对可调螺栓的长度设计可达到机械手位置要求，整个机构在工作时，通过旋转螺栓，控制两个机械夹持部件进行横向位移，对树干进行夹紧。
同时，在夹持部件上添加防滑垫，使得机械手夹持时产生足够大的摩擦力，并且该摩擦力使得树干产生挠度变化，从而树干上的果实获得一定的加速度，果实因此获得一个不断变化的惯性力。
在可调螺栓与连杆机构之间设计一对合适的弹簧，这样，在机器工作结束后，机械手可自动松开对树木的夹持。
振摇叉参数：由于振摇叉为平面连杆机构，所以需要计算其自由度，根据式机械原理第八版P16页式3-1：
自由度F=3n-(2pl+ph) （3-1）
代入得F=3*9-（2*13+0）=1
该振摇叉得自由度为1，只允许两个夹持块做直线对向运动。
如图3-3所示，正常状态下两夹持手之间距离为200mm，长度为350mm,宽度为300mm，厚度为50mm。
连杆1长度为270mm，厚度为30mm。两端转动副用销连接方式进行连接，与X轴之间呈30度夹角，销直径为10mm，长度为90mm。
连杆2长度为190mm，厚度为30mm。两端转动副用销连接方式进行连接，销直径为10mm，长度为90mm与直径为25mm，长度为150mm。
连杆3的长度为320mm，厚度为15mm。两端转动副用销连接方式进行连接，与X轴之间呈30度夹角，销直径为25mm，长度为150mm。
连杆4长度为150mm，厚度为30mm。两端转动副用销连接方式进行连接，销直径为25mm，长度为150mm。
可调螺栓的长度为280mm，大径为40mm。
弹簧放松状态下长度为90mm,弹簧直径为5mm。
3.3.2曲柄滑块机构的设计
考虑到设计简单，并且为了使机器的维修与保养尽可能地简单方便，运行成本低，以及振摇叉在下死点附近承受较小的侧向力等因素，采用曲柄连杆滑块机构，并且采用对心机构用来增加机构的稳定性。
曲柄滑块机构是利用曲柄和滑块来实现链轮转动和振摇叉移动相互转换的平面连杆机构，这个机构也被称为曲柄连杆机构，在振摇式红枣收获机的应用中，主要是为了将整周的回转运动转换为直线往复移动，使得振摇叉夹持着树干一起完成直线往复的动作。
初步设定：如图3-3所示，以曲柄圆心A点作为坐标原点，以水平向右为X轴，建立X1-X2坐标系，将曲柄、连杆的矢量分别表达为L1、L2，该矢量的角度变化分别用θ1、θ2 表示。其主要参数如下：
（1）曲柄的平均转动速度和速率：
n1=480r/min
ω=n1×2π60 （3-2）
（2）曲柄参数：曲柄半径L1=AB=0.06m，质量m1=20.0kg,设O1为曲柄的质心，L1a=AO1=0.03m;方向矢量L1到AO1角度θ1P 为 0.1rad；
（3）连杆的参数为：连杆长度L2=BC=0.3m;质量m2=10.5kg；质心O2则处在连杆BC上距离B点0.1m的位置，则L2a=BO2=0.1m。
图3-4曲柄连杆机构
图3.-5曲柄连杆机构的运动特性
（4）外载参数：振摇叉所受水平摩擦力根据树干所发生的挠度变化随之而增大或减小
根据材料力学 第六版P195页,已知梁的结构与挠度变化，来求所需力的大小。
序号 梁的简图 挠曲线方程 端截面转角 最大挠度
通过查阅文献得：枣树的弹性模量为E=10.012GPa
枣树直径一般在80~200mm之间，为了满足功率要求，计算过程中，取最大枣树直径d=200mm代入计算方程中。
惯性矩I=πⅆ464=3.14×20046+=78500000 （3-3）
取枣树高度为3m
振摇叉距离地面高度a=1.2m
挠度ωB=0.06m
代入方程F=σEIωBa23l−a=∞×6×10.012×78500000120023×3000−1200=25190N （3-4）
表3-1——振摇叉所受的摩擦力
θ1
F1.D
0。
25190
90
0
180
-25190
270
0
360
25190
图3-6曲柄的受力分析图
图3-7连杆的受力分析图
图3-8振摇叉得受力分析图
图解法求解步骤：
首先可以通过B点速度来求得C点的速度，构造矢量方程
sC = sB + SBC （3-5）
大小 ？ L1ω L21ω
方向 ⊥CD ⊥AB ⊥BC
绘制上式的速度多边形，可以计算出来角速度ω和C点的速度
对上式进行求导可得角加速度与C点加速度。
再一次对各构件进行隔离受力分析，研究连杆，通过图3-6可得力矢量方程：
F1,B + F2,B + F1,C + F2,C + m2g -m2ao2 = 0 （3-6）
大小 ？ ? v v v v
方向 v v v v v v
通过图解法求解上式可以得到F1,B，F2,B
研究曲柄，可列出力矢量方程：
F1,A + F2,A + F1,B + F2,B + m1g -m1ao1 = 0 （3-7）
大小 ？ ? v v v v
方向 v v v v v v
列出绕A点的力矩平衡方程，求出Mb
经过计算，曲柄所需平均力矩Mb,a和最大驱动力矩Mb,MAX分别为
Mb,a=i=035Mb36=414.5N.m
Mb,MAX=960.70
3.3.3收集伞的设计
收集伞的设计是为了将因为振摇而掉落的果实进行收集，所以为了使得收集效率足够高，同时又能够保证果实的品质，我们拟采用收集伞为倒伞状结构，这样既可以将树干上掉落的果实进行收集，又因为收集伞本身材质较软，防止了果实掉落在地上同时表皮受到损坏，影响果实品质与销售价值的降低。
3.4机架的设计
机架的设计是为了给振摇叉与链轮、锥齿轮、曲柄滑块机构等部件提供结构支撑，并且合理安排各部件结构位置布局的合理性，保证振摇叉工作时所需要的工作高度，从而符合挠度地计算与枣树树干振幅地标准性。振摇式红枣收获机工作时，不会因其自身共振而发生部件间的移动，从而产生不必要的安全隐患，为满足刚度要求，拟采用方钢焊接而成，为了使得振摇叉、传动箱等部件方便安装，需要在各个部位进行钻孔，满足安装要求。其具体如图3-8所示。
图3-9机架的设计
3.5拖拉机的功率与选取
3.5.1红枣收获机所需功率
振摇叉是振摇式红枣收获机的的核心部件，振摇叉作为执行件，与枣树树干之间发生接触，由于振摇树干需要一定的功率，故对此功率进行计算。其中对功率产生影响的因素分别有角速度ω，振摇频率f=8HZ。
ω=2π⋅f=16 π （3-8）
所需要的平均力矩：
Mb,a=i=035Mb36=414.5N.m
由功率的计算公式可知，曲柄上所需要的平均功率为：
Pa=wt=F⋅5t=F⋅v=F⋅γ⋅ω= Mb,a ω =20.82(kw) （3-9）
查阅资料，选取相关传动部件的能量损失效率，根据式3-10：
Ƞ=ƞv×ƞz×ƞc×ƞN （3-10）
式中：
ƞv——链传动的效率；
ƞz——锥齿轮的传动效率；
ƞc ——轴承的传动效率；
ƞN ——万向节联轴器的传动效率；
查资料得，各传动部位传动效率如表3-1所示
表3-2 各传动部件传动效率
各部件传动效率
传动效率
取值
滚子链传动效率
0.96
0.96
锥齿轮传动效率
0.97-0.98
0.98
轴承传动效率
0.98-0.99
0.98
万向节联轴器传动效率
0.92-0.95
0.92
电机传动到滚筒的效率为Ƞ =0.96×0.98×0.98×0.92=0.85
3.5.2拖拉机的选取
拖拉机通过PTO输出轴提供动力，再通过锥齿轮，链轮等传动部分带动振摇叉做直线往复运动。根据公式（3-11）计算出拖拉机输出轴所需功率为PU=
PU = PzȠ =20.82kw0.85 =24.49kw （3-7）
式中：
Pz——振摇叉所需功率，kw;(取20.82)
Ƞ ——总传递效率；
PU ——拖拉机输出轴输出功率，kw;(求得24.49)
通过计算，拖拉机的输出轴功率应该大于24.49kw,查阅资料最终选择了型号为黄海金马404的拖拉机满足条件，拖拉机的参数如表3-3所示：
表3-3 拖拉机的参数
拖拉机
黄海金马404
型式
4 X 4轮式
前轮胎规格
7.50-16
外形尺寸
3825x1625x2065
后轮胎规格
11.2-16
发动机形式
立式、水冷
后退速度
4.45
标定功率（kw）
29.4
最小离地间隙（mm）
325
额定转速（r/min）
2400
三点悬挂类别
半分置式I类
轴距（mm）
1943
动力输出轴转速（r/min）
540/1000
前轮轮距（mm）
1300
前配重质量
120
后轮轮距（mm）
1300~1600
后配重质量
180
3.6锥齿轮的设计
锥齿轮传动用来传递两相交轴之间的运动和动力，在振摇式红枣收获机的设计中，锥齿轮用来将拖拉机动力输出轴的动力传递到链轮上 ，设计步骤如下：
首先选取锥齿轮标准模数系列m=5。根据两轮的传动比i12=z2/z1=d2/d1=sinδ2/sinδ1 (3-8)
z2——大锥齿轮齿数
z1——小锥齿轮齿数
d2——大锥齿轮分度圆直径
d1——小锥齿轮分度圆直径
δ2——大锥齿轮分锥角
δ1——小锥齿轮分锥角
已知i12=2，则：
δ1=tan−1z1z2=tan−15454=26.5。
设大锥齿轮齿数Z2=40
小锥齿轮齿数Z1=20
主要涉及结论如表3-4所示：
表3-4
名称
代号
计算结果
小齿轮
大齿轮
分锥角
δ
26.56
63.44
齿顶高
ℎa
5 mm
齿根高
ℎf
6 mm
分度圆直径
d
100 mm
200 mm
齿顶圆直径
da
108.94 mm
204.47 mm
齿根圆直径
df
89.27 mm
194.63 mm
锥距
R
111.80 mm
齿根角
θf
3.07
顶锥角
δa
29.63
66.51
根锥角
δf
23.49
60.37
顶隙
C
1
分度圆齿厚
s
7.85
当量齿厚
zv
22.50
89.50
齿宽
B
37
齿轮选用45钢（调质），齿轮按7级精度设计。
锥齿轮结构如图3-9所示：
图3-10锥齿轮结构示意图
3.7传动链的设计
1.计算当量的单排链计算功率Pca
根据链传动的工作情况、主动链轮齿数和链条排数，将链传动所传递的功率修正为当量的单排链计算功率
Pca=KAKZKPP
工作情况系数KA=1.4
主动链轮齿数系数KZ=0.473
多排链系数KP=1
Pca=KAKZKPP=1.4×0.4731×27.3=18.07kw
2.确定链条型号和节距p
根据当量的单排链计算功率、单排链额定功率和主动链轮转速，查表可得链轮型号选为16A，由此可得节距p=25.4
3.计算链节数和中心距
初选中心距a0=30p~50p=762~1270mm，
取a0=800mm
Lp0=2a0p+z1+z22+z2−z12π2pa0=100.99
为了避免使用过渡链节，应将计算出的链节数圆整为偶数
Lp=102
链传动的最大中心距为
查表得f1=0.24578
amax=f1p2Lp−z1+z2=1024mm
4.计算链速v，确定润滑方式
v=z1n1p60×1000=8.04m/s
由资料显示，润滑方式选为滴油润滑。
计算链传动作用在轴上的压轴力FP
FP≈KFpFe=1.05Fe
传动链如下图所示：
图3-11传动链的结构示意图
3.8链轮的设计
链轮尺寸计算
已知传动链选用滚子链16A型号，则节距p=25.4，滚子直径d1max=15.88,内链节内宽b1min=15.75,销轴直径d2max=7.94,内链板高度h2=24.13，排距pt=29.29
齿数Z=38.
分度圆直径
d=psin180z=25.40.8258=302.7mm
齿顶圆直径
damin=d+p1−1.6z−d1=294.5mm
damax=d+1.25p−d1=318.87mm
齿根圆直径
df=d−d1=287.12mm
齿高
ℎamax=0.625p−0.5d1+0.8pz=6.97mm
尺侧倒角
Ba=0.13p=0.13x25.4=3.302
尺侧半径
Rx=25.4
链轮结构如下图所示
图3-11链轮的结构示意图
3.9链轮传动箱的设计
链轮传动箱的作用主要是使轴、滚动轴承、链轮各个部件组装起来，成为一个整体，结构紧凑，并实现最初设计的功能。链轮传动箱应该使装置每个零件安装合理。
3.10锥齿轮传动箱的设计
锥齿轮传动箱的作用主要是使轴、滚动轴承、锥齿轮各个部件组装起来，成为一个整体，结构紧凑，并实现最初设计的功能。锥齿轮传动箱应该使装置每个零件安装合理。
3.11传动轴的设计
根据公式（3-35）计算轴的转矩T =266326N·mm：
T =9550000Pn =9550000×26.772kw960r/min =266326N·mm （3-35）
式中：
P - 轴的实际功率，kw；（取26.772）
其中：P = ƞ×P =0.97×27.6kw=26.772kw
ƞ -锥齿轮的传递效率；（取0.97）
P- 拖拉机的实际功率，kw；（27.6）
n -轴的转速，r/min；（取960）
T -轴的转矩，N·mm；（求得266326）
根据公式（3-36）设计轴的最小直径d0 =40mm：
d0 ≥ 395500000.2[τT] · 3Pn = 395500000.2×35MPa · 326.772kw960 = 33.3542mm （3-36）
式中：
[τT] - 45钢的许用应力，MP；（取35）
P - 轴的实际工作功率，kw；（取26.772）
n - 轴的转速，r/min；（取960）
d0 - 轴的最小直径，mm；（求得40）
轴安装时，与锥齿轮，传动箱等部件配合，需要对锥齿轮进行轴向固定，常采用键槽，为保证轴端盖便于安装，将轴与端盖配合处设计为50mm，轴端挡圈用于锥齿轮轴向定位，锥齿轮的左端采用轴肩定位，且锥齿轮轴向定位采用键槽。根据锥齿轮的设计要求，轴与锥齿轮的配合长度L1 =70mm，轴的直径d1 = 40mm；轴与轴承的配合长度L2 = 34mm，轴的直径d 2 =50mm；轴与箱体的配合长度L3 =76mm，轴的直径d3 =60。
主传动轴如图3-12所示：
图3-12主传动轴的结构示意图
设计完主传动轴之后，需要对从动锥齿轮上的轴进行类似的设计，又因为从动的锥齿轮在转速与功率上都略小于主动轮，所以可对该轴与主动轮上的轴选用相同的直径，满足轴的强度要求即可。
图3-13传动轴的设计
3.11轴承的设计
该装置中有三根轴，需要16个轴承，根据其直径与工作特性，选择轴承的规格。主轴与轴承配合的直径为50mm，选择轴承代号6010；基本尺寸如下表所示：
轴承代号
基本尺寸
6010
小径d
大径D
轴承宽度B
50
80
16
从动锥齿轮与轴承配合的直径为60mm，轴承代号6012；基本尺寸如下表所示：
轴承代号
基本尺寸
6012
小径d
大径D
轴承宽度B
60
95
18
链轮轴与轴承配合的直径为70mm，轴承代号6014基本尺寸如下表所示：
轴承代号
基本尺寸
6014
小径d
大径D
轴承宽度B
70
110
20
4、使用说明书
4.1操作说明
在使用前先对振摇式红枣收获机装置进行检查，确认机器良好后，根据枣树的树干直径，通过转动可摇螺栓，控制振摇叉对树干进行可靠夹持，启动拖拉机，通过PTO输出轴进行动力传送，在经过传动装置使振摇叉获得动力并做直线往复运动，最后树干根部放置的收集伞岁果实进行收集。最后手动调整可调螺栓，振摇叉松开对树干的夹持。
4.2注意事项
振摇式红枣收获机装置在正常工作时，工作人员不能离开，不可以在装置正常工作时，触碰装置的各个运动部件。当装置发生故障时，先切断拖拉机电源，使装置停止工作后，在对其进行故障排查与维修。
5、标准化审查报告4
本文拟设计的振摇式红枣收获机装置基本完成，机构中的基本数据全部给出，附有全套cad图纸，根据相关规定，对其标准化审查，结果如下：
（1）设计图纸和文件：图纸和文件所用编号原则复合以下标准：
GB/T 17710—1999 数据处理校检系统；
JB/T 5054.8—1991 产品图样即涉及文件通用和借用件管理办法；
JB/T 8823—1998 机械工业企业计算机辅助管理信息分类编码原则。
（2）产品图样及设计文件复合以下标准：
GB/T 10609.1—1989 技术制图 标题栏；
GB/T 10609.2—1989 技术制图 明细栏；
GB/T 14689—1993 就似乎制图 图纸幅面和格式。
6、结论4
本设计主要是在曲柄滑块机构传动和振摇叉结构方面进行了优化设计，当振摇叉夹持住枣树树干时，合适的振幅与频率将会使得果实与树干之间发生脱离，通过合理的设计曲柄的转速与长度，实现半自动化。
（1） 装置的设计为拖拉机输出轴传动，输出轴通过与联轴器、锥齿轮、链轮等部件相配合，锥齿轮可改变传动方向，并起到减速作用。
（2） 主要对振摇叉与曲柄滑块机构进行设计，振摇叉采用仿机械手的方法，并添加可调螺栓与弹簧相结合的方式，实现对不同树干直径的枣树进行夹持。
（3） 该装置的主要创新之处是利用曲柄滑块机构来实现对振摇叉振幅与频率的精准控制，使得果实所受的惯性力足够大，脱离树干。
机架和整体布置，振摇叉利用链锁与机架相连，传动箱利用螺栓螺母与机架相连，整个装置利用三点悬挂装置与拖拉机相连。
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致谢
本论文是在老师精心指导和严格要求下完成的。他平时不仅给我们提出大的设计方向，同时也经常询问我们的设计进度，当我们遇到问题时，他都会给我们耐心解答，当我们设计出现错误时，他也会及时对我们的错误进行纠正，正是他的辛勤教导、高标准、严要求，让我更加慎重地对待自己的设计，不愿辜负师长对我的期待，在此次设计中，我全力以赴。
在此论文完成之际，我首先要感谢他，同时希望老师在以后可以一切顺利。
同时我要感谢大学四年的所有关心我帮助我的老师、同学，祝他们在以后的工作、学习与人生道路顺顺利利，一帆风顺。
最后感谢我的家人和朋友，感谢他们的关心和支持，正是因为这些让我不断前进，不断进步，无论何时他们都愿意支持我，做我坚强的后盾，我很感谢他们
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