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塔里木大學 畢業(yè)論文（設(shè)計）中期檢查記錄表 2016年 4 月 18 日 學生姓名 楊海斌 班級 機械16-1 課題名稱 自走連續(xù)振動式紅棗收獲機 課題完成進度（學生自述） 第 1 周 查閱相關(guān)文獻，為撰寫開題報告做準備工作。 第 2-3 周 確定設(shè)計方案，粗化結(jié)構(gòu)草圖，完成開題報告。 第 4-5 周 根據(jù)工作要求，查閱相關(guān)手冊書籍，選擇、設(shè)計計算同時校核各零部件。 第6-10周 利用三維設(shè)計軟件完成各零部件的三維實體建模。基本完成三維圖的繪制，已開始二維裝配圖的繪制。 存在的問題及整改措施（學生自述） 建立的三維模型需要細節(jié)的修改和補充，沒有完成規(guī)定的任務(wù)進程。需要加快任務(wù)進度，盡快完成二維圖的繪制。 指導(dǎo)教師意見（課題進展情況、優(yōu)缺點、整改措施等） 指導(dǎo)教師簽名 年 月 日 學院意見 負責人簽名 年 月 日 塔里木大學 畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書 學院 機械電氣化工程學院 班級 機械16-1 學生姓名 楊海斌 學號 8011212125 課題名稱 自走連續(xù)振動式紅棗收獲機 起止時間 2015年11月27日——2016年5月28日（共 14 周） 指導(dǎo)教師 郭文松 職稱 課題內(nèi)容： 設(shè)計要求一種自走連續(xù)振動式紅棗收獲機包括裝有行心輪的機架以及分機，還有鉗式振動頭。其特征是:在機架上放置一個盛果箱，在盛果箱的前端上部安裝一根吸氣管，所說的風機安裝在吸氣管上，吸氣管的自由端口連接著一個紅棗撿拾吸頭，在盛果箱后部上方的輕雜物沉降室的下端連接這一個過濾網(wǎng)兜，在盛果箱中部頂端設(shè)計一個豎直向下延伸的擋棗部，擋棗部的長度與盛果筐的寬度相同。在擋棗部下方的盛果箱內(nèi)放置一個盛果筐，盛果筐的前端頂部與盛果箱的前臂之間設(shè)計一個傾斜的紅棗下滑板。為了實用的方便在風機和紅棗撿拾頭直接設(shè)計一根波紋管。而且盛果筐四周壁上均設(shè)置著網(wǎng)孔，擋棗部為平直的擋板，所說的紅棗下滑板為柵欄板上的縫隙寬度必須比紅棗的直徑小。 擬定工作進度（以周為單位） 第1～2周 查閱相關(guān)文獻，撰寫開題報告。 第3～4周 根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)有的紅棗收獲機確定棒桿式紅棗收獲裝置的總體設(shè)計方案，繪制總體結(jié)構(gòu)簡圖。 第5～6周 根據(jù)工作要求，計算并查閱相關(guān)手冊，選擇和設(shè)計各零部件。 第7～9周 運用AutoCAD軟件，繪制二維零件圖和裝配圖。 第10～11周 運用三維設(shè)計軟件完成整機各零部件的三維建模并進行運動仿真。 第12周 從工藝性能，經(jīng)濟性能，實用性能等方面對產(chǎn)品進行綜合評價、校核、修正。 第13周 完成設(shè)計說明書。 第14周 整理材料，準備答辯 主要參考文獻 [1]成大先.《機械設(shè)計手冊 單行本 液壓傳動》.化學工業(yè)出版社，2004: 311-317. [2]西北工業(yè)大學機械原理及機械零件教研室.《機械設(shè)計》.第九版.高等教育出版社，2014:72-78. [3]朱家誠.《機械設(shè)計課程設(shè)計》.合肥工業(yè)大學出版社，2005:43-201. [4]甘永立.《幾何量公差與檢測》.上?？茖W科技出版社，2008:25-45. [5]許福玲.《液壓與氣壓傳動》.機械工業(yè)出版社，2007:3-5. [6]王乃康，矛也冰，趙平.《現(xiàn)代園林機械》.中國林業(yè)出版社，2000:147-152. [7]大連理工大學工程圖學教研室.《機械制圖》.高等教育出版社，2007:1-346. [8]成大先.《機械設(shè)計手冊 單行本 機械傳動》.化學工業(yè)出版社，2004:102-210. 任務(wù)下達人（簽字） 郭文松 2015年 11 月 20 日 任務(wù)接受人意見 無意見 任務(wù)接受人簽名 楊海斌 2015年 11 月 20 日 注：1、此任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫，任務(wù)下達人為指導(dǎo)教師。 2、此任務(wù)書須在學生畢業(yè)實踐環(huán)節(jié)開始前一周下達給學生本人。 3、此任務(wù)書一式三份，一份留學院存檔，一份學生本人留存，一份指導(dǎo)教師留存。 塔里木大學 畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告 課題名稱 自走連續(xù)振動式紅棗收獲機 學生姓名 楊海斌 學 號 8011212125 所屬學院 機電院 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 16-1 指導(dǎo)教師 郭文松 起止時間 2015-11-27 機械電氣化工程學院教務(wù)辦制 填 表 說 明 一、學生撰寫《開題報告》應(yīng)包含的內(nèi)容： 1、本課題來源及研究的目的和意義； 2、本課題所涉及的問題在國內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀及分析； 3、對課題所涉及的任務(wù)要求及實現(xiàn)預(yù)期目標的可行性分析； 4、本課題需要重點研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路； 5、完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法； 6、完成本課題的工作方案及進度計劃； 7、主要參考文獻（不少于7篇）。 二、本報告必須由承擔畢業(yè)論文（設(shè)計）課題任務(wù)的學生在接到“畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書”的兩周內(nèi)獨立撰寫完成，并交指導(dǎo)教師審閱。 三、開題報告要求手寫體，字數(shù)在3000字以上，由學生在本報告冊內(nèi)填寫，頁面不夠可自行添加A4紙張。 四、每個畢業(yè)論文（設(shè)計）課題須提交開題報告一式三份，一份學生本人留存，一份指導(dǎo)教師存閱，一份學生所在學院存檔，備檢備查。 開題報告正文 1、 本課題來源及研究的目的和意義： 該課題是指導(dǎo)教師擬定，學生本人選定的。該課題研究的目的是為了解放生產(chǎn)力，發(fā)展生產(chǎn)力，從而使生產(chǎn)力適應(yīng)生產(chǎn)關(guān)系、經(jīng)濟基礎(chǔ)適應(yīng)上層建筑，加快我國的社會主義建設(shè)貢獻一份力量！該課題研究的意義主要是培養(yǎng)學生的動手和動腦能力，使理論知識與實踐相結(jié)合，從而獲得直接經(jīng)驗，為踏入社會做好準備。 棗樹在我國的分布很廣，一般來講，小氣候冬季最低氣溫不低于-32攝氏度，就可以栽培植棗。棗樹在我國大面積經(jīng)濟栽培主要在山東、河北、山西、陜西五省的黃河流域，近年來安徽、甘肅、湖南、湖北發(fā)展很快。紅棗為溫帶作物，適應(yīng)性強，營養(yǎng)豐富，富含鐵元素和維生素。紅棗素有“鐵桿莊稼”之稱，具有耐旱、耐澇的特性，是發(fā)展節(jié)水型林果業(yè)的首選良種。由于經(jīng)濟的發(fā)展，特色農(nóng)業(yè)的建立，紅棗種植成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的一條新的產(chǎn)業(yè)項目，紅棗產(chǎn)業(yè)已呈現(xiàn)出區(qū)域化布局、規(guī)模化發(fā)展、多種栽培模式盡顯其效的新模式。各地根據(jù)自己的情況確立了不同的棗樹種植面積，為農(nóng)民增加了經(jīng)濟收入。隨著紅棗的種植面積的增加，紅棗的機械化作業(yè)在紅棗栽培中的重要性逐漸凸顯。依據(jù)最近幾年林果業(yè)發(fā)展的態(tài)勢分布。果樹種植每年以10%的速度遞增，由于林果業(yè)的快速發(fā)展，各地正形成了較大的種植規(guī)模，每年收獲季節(jié)需要投入大量的勞動力來完成水果采收?？梢灶A(yù)見到，再過3~5年，新種植的果樹進去盛果期后，水果采收作業(yè)將會出現(xiàn)因勞動力短缺，采收不及時，而直接影響果品質(zhì)量和造成大量損失的問題。這是因為，水果采摘是一項勞動投入量很大的作業(yè)，有些水果因成熟期不一致，需要多次采摘才能完成收獲;而有些作為鮮食或作為加工用途的果品，因市場對于果實外觀要求較高，不能有碰傷、刮傷、壓裂等機械損傷，采收這些水果時必須小心翼翼;另外，水果收獲是在離地面3~5米高的空中作業(yè)，以上原因決定了水果采摘是一項費時、費工、費力的作業(yè)。人工采收水果的速度緩慢，大面積發(fā)展水果種植時，必須要依靠機械化來提高采摘效率。據(jù)有關(guān)資料介紹，有些鮮食水果的采收用工量較大，占水果生產(chǎn)總量用工的50%以上，導(dǎo)致特色果品的生產(chǎn)成本過大，不能滿足向果品加工企業(yè)提供數(shù)量充足、質(zhì)量優(yōu)越、價格相對低廉的原料，這樣極不利于企業(yè)直接參與市場競爭?？梢剖郊t棗收獲機的研究，就是針對紅棗的采摘時的要求進行設(shè)計的采摘機械，紅棗的機械化收獲對提高收獲效率，降低收獲作業(yè)成本，做到適時收獲，減少收獲過程中造成的機損失，保證紅棗質(zhì)量，促進棗業(yè)生產(chǎn)的規(guī)范化、標準化具有重要現(xiàn)實意義。 2、 本課題所涉及的問題在國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析： 由于機械振動式紅棗收獲機具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，作業(yè)可靠，適用范圍廣和通用性好等特點，因此具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。近幾年來，由于特色紅棗種植模式的調(diào)整，矮化值方式將成為部分林果的主要種植方式，因此機械振動式紅棗收獲機將成為今后機械采收的一個新的有待解決的問題和關(guān)鍵影響因素的基礎(chǔ)研究。 國外對水果機械化收獲技術(shù)的研究較多，機械采摘在美國、西班牙、俄羅斯、意大利、英國、德國、丹麥、匈牙利等國家的果園應(yīng)用較為普遍。目前，機械采摘量較大的作物有蘋果、葡萄、甜橙、桃、李、杏、櫻桃、油橄欖、核桃、扁桃等。他們采用的機械收獲方法主要有:震搖法、梳刷法、撞擊法、水力法、半機械化采收等方法。但是，針對紅棗收獲的采摘機械比較少。據(jù)了解，美國的堅果收獲已全部實現(xiàn)機械化，美國的葡萄、柑桔類水果的機械化收獲問題也解決的較好。意大利生產(chǎn)一種鮮食水果收獲機，專門用于蘋果、梨、杏、李子等鮮食水果的操作，水果收獲的效率可大大提高。同時也能避免和減少水果在收獲過程中的機械損傷。除了收獲機械之外，還需要引進適于機械化收獲的品種和果園修剪等管理技術(shù)。例如，在法國和意大利，為實現(xiàn)水果作業(yè)機械化，把葡萄樹普遍栽成扁平形，并花了很大的力量栽培修剪。栽果樹時，樹與樹排行成列，既有較好的光照與通風，又便于拖拉機進去行間松土、施肥、噴藥和采摘。法國的勃拉特研所據(jù)此設(shè)計制造了一種高架式葡萄收獲機，成功地解決了釀酒用葡萄的收獲問題。國外有很多發(fā)展水果機械化收獲的經(jīng)驗，值得我們學習和研究。 總之，國外的水果收獲機械研究主要在鮮食水果的收獲中，他們是著眼于市場針對性的研制各種收獲機械。他們不光強調(diào)機械一定要適應(yīng)當?shù)剞r(nóng)園藝的要求，而且從生物學角度、農(nóng)園藝角度加大科研力度，并開發(fā)利于機械化作業(yè)的新品種、新農(nóng)園藝等，為機械化作業(yè)創(chuàng)造條件。這樣就提高了水果的機械化采收作業(yè)率。 我們國家雖然紅棗的種類很多，種植面積大，但是對于機械化采摘紅棗的技術(shù)還是比較少，機械化作業(yè)水平很低。近年來，作為鮮食上市的水果收獲仍沒有完全實現(xiàn)機械化。這是因為長在果樹上的果實的生長形態(tài)不適于機械化采摘，而市場對于商品果外觀要求又較高，不能有碰傷、擦傷等機械損傷的緣故。雖然這種水果收獲機需要人工輔助摘果，但摘下后水果的輸送、裝箱等過程全部是機械化操作，水果收獲的效率可大大提高，同時也能避免和減少水果再收獲過程中的機械損傷。根據(jù)全國各地調(diào)查資料顯示，目前我國的水果機械還是只停留在節(jié)水灌溉、滴灌、施肥一體化，包裝保鮮等有限的幾個工序上，在清洗、分級中偶有使用，而水果采摘機械還是很少。我國的水果采摘機械種類很少，大型的機械化設(shè)備使用率很低，只有少量的半自動機械在使用。比如，可移動水果采摘梯、可伸縮式高枝采果器這樣的改進型機械。這些機械雖然在某種意義上使生產(chǎn)效率提升，提高了水果的采摘質(zhì)量。但是對于大面積的果樹收獲還是不能滿足要求，像紅棗這樣的果實數(shù)量多，結(jié)果時，紅棗分布在果樹的各個部位，所以如果要提高生產(chǎn)率就需要機械化程度比較高的水果采摘機械來完成。 目前，我國紅棗收獲主要靠人工手摘和借助簡單工具輔助，如云梯和采果刀等紅棗，勞動強度較大，用工量很多。采收整體技術(shù)水平較低，在操作上都為手動控制。采收機械的研究在我國仍處于起步階段，尚未見成熟先進的實用機具報道。 當前,機械采收的方法主要有振搖法和梳刷法。其中,振搖法是應(yīng)用最多的一種方法, 適用于采收大多數(shù)干果、堅果和部分鮮食水果；而梳刷法適用于采收草莓、葡萄等漿果。兵團應(yīng)根據(jù)林果生產(chǎn)實際,從易于實現(xiàn)機械采收的紅棗、核桃等特色干果的收獲入手, 研發(fā)基于振搖原理的干果收獲機具。 農(nóng)墾科學院農(nóng)機研究所已首次從意大利引進了一臺干果收獲機成套設(shè)備, 并于2007年9 月在哈密農(nóng)十三師火箭農(nóng)場進行了紅棗、核桃機械采收的適應(yīng)性試驗, 效果較好。 自2008年開始，農(nóng)墾科學院機械裝備研究所經(jīng)過反復(fù)研究，終于成功研制出了“4YS-24紅棗收獲機”。該紅棗收獲機每小時可采摘50棵棗樹，采凈率達到91.5% ，工效提高了10倍左右，而人工采摘紅棗每小時只能采摘5棵棗樹。 總的來說,兵團以及國內(nèi)林果業(yè)機械化發(fā)展步伐緩慢,林果業(yè)生產(chǎn)過程機械化作業(yè)大部分尚處于空白階段。 3、 對課題所涉及的任務(wù)要求及實現(xiàn)預(yù)期目標的可行性分析： 設(shè)計要求一種自走連續(xù)振動式紅棗收獲機包括裝有行心輪的機架以及分機，還有鉗式振動頭。其特征是:在機架上放置一個盛果箱，在盛果箱的前端上部安裝一根吸氣管，所說的風機安裝在吸氣管上，吸氣管的自由端口連接著一個紅棗撿拾吸頭，在盛果箱后部上方的輕雜物沉降室的下端連接這一個過濾網(wǎng)兜，在盛果箱中部頂端設(shè)計一個豎直向下延伸的擋棗部，擋棗部的長度與盛果筐的寬度相同。在擋棗部下方的盛果箱內(nèi)放置一個盛果筐，盛果筐的前端頂部與盛果箱的前臂之間設(shè)計一個傾斜的紅棗下滑板。為了實用的方便在風機和紅棗撿拾頭直接設(shè)計一根波紋管。而且盛果筐四周壁上均設(shè)置著網(wǎng)孔，擋棗部為平直的擋板，所說的紅棗下滑板為柵欄板上的縫隙寬度必須比紅棗的直徑小。 （1）選擇合適配套動力，設(shè)計工作裝置、收集除雜裝置和行走裝置。 （2）運用AutoCAD繪制二維裝配圖和零件圖。 （3）利用Solidworks繪制三維圖。 4、 本課題需要重點研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路： 本設(shè)計需要重點研究的是紅棗采摘機械的基本形式、傳動機構(gòu)、采摘的類型。需要充分發(fā)揮機械的特性，最大限度的利用機械結(jié)構(gòu)對紅棗進行采摘并且保證收獲的紅棗質(zhì)量和采凈率。機械化收獲是整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)里的重要部分，所以研究紅棗采摘機的技術(shù)具有很重要的意義。 機械振動式紅棗收獲機工作原理是基于機械振動的果實脫落原理，主要過程是通過操作液壓控制閥控制五個液壓油缸動作。首先，將果樹振搖裝置的鉗式振動頭夾持樹干；然后，由拖拉機輸出軸PTO傳遞動力經(jīng)由液壓控制回路到鉗式振動頭振動；振動頭產(chǎn)生的機械振動傳遞給果樹；果枝在接受了外加的強迫振動后，也以一定的頻率和振幅振動，從而就使果枝上的果實以某種形式的振動而加速運動；加速運動的物體要受到慣性力的作用，當慣性力大于果實與果枝的結(jié)合力時，果實就會掉落。實驗結(jié)果表明：樹干的振動是一種無限多自由度的懸臂梁橫向振動，其一階基頻的計算機值和實驗值相差在10%左右。 5、 完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法： 塔里木大學位于南疆中心位置，區(qū)域優(yōu)勢明顯。生產(chǎn)建設(shè)兵團紅棗種植面積有90萬畝，為設(shè)計開展提供了便利的外部條件。塔里木大學有良好的硬件與軟件設(shè)施，這些都為課題的實施提供了保障。 機械振動式紅棗收獲機適用于樹冠較大，樹干直徑較粗且操作空間較大的稀疏果園，而且要求棗樹長得筆直，不能有太大的彎曲度和根部不能有太多的分叉。設(shè)計要注意的是：采摘的方式；采摘后果實如何利于采集；保證對果實的損傷不影響其質(zhì)量；使用簡便的采摘方式；減少對果實的打擊；提高采集裝置承接的效率；傳動裝置要配套和采摘機械相互協(xié)調(diào)。經(jīng)過查詢資料和實際的測量，確定收獲機所具備的基本條件是：工作寬度小，易移動，采摘過程對果實的損傷小。經(jīng)研究采用負壓撿拾，正壓傳送，中間擋棗部前設(shè)計成弧形進一步降低紅棗與擋棗部進行碰撞時出現(xiàn)的碰撞摩擦力，減少紅棗表皮的損傷。紅棗擋部也可以設(shè)計成一塊平直的擋板，可以減少制作的成本。 6、 完成本課題的工作方案及進度計劃： 第1～2周 查閱相關(guān)文獻，撰寫開題報告。 第3～4周 根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)有的紅棗收獲機確定棒桿式紅棗收獲裝置的總體設(shè)計方案，繪制總體結(jié)構(gòu)簡圖。 第5～6周 根據(jù)工作要求，計算并查閱相關(guān)手冊，選擇和設(shè)計各零部件。 第7～9周 運用AutoCAD軟件，繪制二維零件圖和裝配圖。 第10～11周 運用三維設(shè)計軟件完成整機各零部件的三維建模并進行運動仿真。 第12周 從工藝性能，經(jīng)濟性能，實用性能等方面對產(chǎn)品進行綜合評價、校核、修正。 第13周 完成設(shè)計說明書。 第14周 整理材料，準備答辯 工作方案為首先根據(jù)工況選擇原動力部分即發(fā)動機的型號，再通過實地測量棗樹之間的行距和間距初步確定機器外廓尺寸，然后根據(jù)工作條件設(shè)計各部分零、部件，如收獲機機架的設(shè)計、底板的設(shè)計、擋棗部的設(shè)計，鏈式輸送帶的設(shè)計、鉗式振動頭的設(shè)計等等。 7、 主要參考文獻： (1)《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》（第4版）吳宗澤、羅圣國等著 高等教育出版社 (2)《機械設(shè)計》（第七版）濮良貴、紀名剛等著 高等教育出版社 (3)《機械原理》（第七版）陳作模、葛文杰等著 高等教育出版社 (4) <<機械設(shè)計手冊》（第二版）上冊.化學工業(yè)出版社，1983 (5)《機械設(shè)計手冊》（第二版）中冊.化學工業(yè)出版社，1983 （6）《機械設(shè)計圖冊》化學工業(yè)出版社，2002 （7）《農(nóng)業(yè)機械學》(第二版)農(nóng)業(yè)出版社，1994 學生簽名 楊海斌 2015 年 11 月 29 日 指導(dǎo)教師審閱意見 指導(dǎo)教師簽名 年 月 日 擋棗板直徑400毫米，中心孔10毫米，厚度10毫米，30個扇形； 敲擊棒直徑900毫米，中心孔30毫米，厚度10毫米，12個桿； 敲擊棒中心桿外直徑47毫米，內(nèi)直徑20毫米，長度1700毫米； 機架長4000毫米（1300，1200，1500），外寬1300毫米，內(nèi)寬1100毫米，外高1800毫米，內(nèi)高1700毫米； 輪胎直徑1000毫米，寬300毫米； 帶板外長4000，寬500，高100，內(nèi)長3900，寬450，高100，板上孔深50，直徑20，平帶長3450，寬450，厚5,； 傳送帶長1700，寬150，厚5，帶擋板長100，寬150，厚5； 擋棗板中心軸長100，直徑20； 駕駛室支撐桿外徑100，長1200； 機箱長1000，寬1000； 果樹采摘機器人及控制系統(tǒng)研制 摘要 機器設(shè)備組成的操縱者,效應(yīng)器和基于圖像的視覺伺服控制系統(tǒng)是為了采摘蘋果而開發(fā)的。5自由度的機械手PRRRP結(jié)構(gòu)幾何優(yōu)化提供準線性行為和簡化控制策略。匙形效應(yīng)器與氣動驅(qū)動爪為了滿足采摘蘋果的要求。蘋果采摘機器人自主完成收集任務(wù)使用一個應(yīng)用模塊。通過使用支持向量機與徑向基函數(shù),果實識別算法開發(fā)了檢測并自動查找蘋果在樹上?？刂葡到y(tǒng),包括工業(yè)電腦和交流伺服驅(qū)動程序,進行了機械手和效應(yīng)器融合、將蘋果摘下來的。原型機器人裝置的有效性經(jīng)實驗室測試和現(xiàn)場實驗的領(lǐng)域。機器人采摘蘋果的成功率是77%,平均采摘時間大約是15秒/蘋果。 1 序言 在中國,農(nóng)村經(jīng)濟的快速發(fā)展和水果種植領(lǐng)域結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整,如蘋果、柑橘和梨自1993年以來達到8 - 9百萬公頃,占四分之一世界上的水果種植總面積。然而,水果收集任務(wù),以50%-70%/小時,仍然依靠體力勞動。所以收獲將自動化,因為農(nóng)業(yè)人口在中國逐漸減少。此外,由于果樹高,采摘工作已經(jīng)將使用梯子,這使得手工收割十分危險和低效。因此,未來需要對蘋果采摘進入機械化和自動化。機械采摘實驗在一些地區(qū)已經(jīng)進行了假設(shè)模擬收獲,但開發(fā)這一戰(zhàn)略還沒有廣泛。有選擇性的采摘,這是必要的,需要復(fù)雜的機器人技術(shù)?？傊?有必要設(shè)計一個與人類感知能力相似的智能機器人。以下這個為實例,這臺機器需要檢測水果、計算水果的位置,然后選擇不破壞果皮或果樹，從而進行采摘。 研究水果收獲機器人發(fā)生在1980年代。河村建夫、Namikawa Fujiura,Ura所言(1984)首次開發(fā)了一個果園機器人。后來, Rabatel,Pellenc、Journeau Aldon(1987)開發(fā)了一個機器人。從那時起,他們關(guān)于這方面的知識進行了開創(chuàng)性的研究。此外,一些相關(guān)的研究農(nóng)業(yè)機器人在溫室進行了。例如,番茄收獲,黃瓜收獲,櫻桃收獲,草莓收獲。然而,大多數(shù)水果收獲機器人的文獻目前沒有進入生產(chǎn)或銷售。相反,他們?nèi)匀惶幱谘芯堪l(fā)展階段。為此,支持進一步的研究和開發(fā)是很重要的,以提高性能和減少這些機器人的初始安裝費用。 基于上述概念,本研究打算開發(fā)和評估競爭低價設(shè)備自動收獲,即,一個蘋果采摘機器人。首先,一個完整的機器人包括組件描述的操縱者,效應(yīng)器和基于圖像的視覺伺服控制的系統(tǒng)描述。其次,機械手的幾何優(yōu)化以獲得準線性行為并簡化描述的控制策略。第三,氣動驅(qū)動的結(jié)構(gòu)爪設(shè)計來滿足采摘蘋果的要求。基于這個設(shè)計,采摘機器人的自動執(zhí)行部分使用一個應(yīng)用模塊來檢測和采集任務(wù)找到蘋果在樹上,控制系統(tǒng)進行機械手和效應(yīng)器方法來摘蘋果。研究采摘機器人,來有效的驗證實驗室測試和現(xiàn)場實驗測試的領(lǐng)域執(zhí)行。實驗結(jié)果是本文的重要貢獻。 本文組織如下:例如在第二節(jié)中,機械手,效應(yīng)器和基于圖像的視覺伺服控制系統(tǒng)。在第三節(jié)中討論實驗結(jié)果顯示的可行性機器人系統(tǒng)的提出。最后,在第四節(jié)中總結(jié)對機器人未來研究的建議。 2 材料和方法 2．1 蘋果采摘機器人的機械結(jié)構(gòu) 蘋果采摘機器人的原型主要考慮的是模型設(shè)計效率和成本效益。它主要由自主車,5自由度機械手,效應(yīng)器,傳感器、視覺系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。自主研發(fā)水果采摘的機械結(jié)構(gòu)如圖1所示。 1.移動車輛 2.水果籃子 3.活動帶 4.末端效應(yīng)器 5.采集單元 6. 電動絞盤棒 7.運動小手臂 8.大臂 9.運動大手臂 10.活動的腰部 11.腰部 12. 升降平臺 13.中心控制系統(tǒng) 圖1 蘋果采摘機器人的原理圖 2.1.1 自主移動車輛 車輛的移動方式為履帶式移動。氣動泵供應(yīng)電力，電子硬件數(shù)據(jù)采集和控制,機械手的效應(yīng)器切水果。全球定位系統(tǒng)(GPS)技術(shù)用于自治導(dǎo)航的移動車輛,其典型的速度1.5m/s。 2.1.2 機械手 與其他結(jié)構(gòu)相比 ,聯(lián)合結(jié)構(gòu)是有效的三維位置和方向空間。采摘機器人是一個隨機的操作空間分布,可能存在很多障礙機器人。聯(lián)合操縱與自由的多具有任意曲線擬合功能。因此很容易躲開障礙,操作時相應(yīng)的關(guān)節(jié)效應(yīng)器到達指定的位置。因此,采摘機器人與五自由度機械手 (PRRRP)結(jié)構(gòu)安裝在自主移動車輛設(shè)計。第一個自由度是用于提出整個機械手。Xo、Xc、Yc為攝像機坐標系的軸。L1,L2,L3為機器人的腰,大臂和手臂。q1、q2為第三關(guān)節(jié)的腰和手臂。水平垂直。U0為平面坐標軸,中心坐標xg,yg，投影中心用來協(xié)調(diào)目標,按照目標蘋果的圖像特性的差異來進行辨別，要采摘的目標就會出現(xiàn)在顯示器上。主要的直臂k1,k2武器的控制參數(shù)Dd，根據(jù)運動度的像素單元就會調(diào)整一個合適的角度。交流模擬信號A / D、數(shù)字CCD電荷裝置，D /數(shù)字模擬直流電流。要求自由度GPS全球定位系統(tǒng)目標的的顏色,強度、飽和IBVS基于圖像的視覺伺服，PBVS定位視覺伺服PRRRP棱鏡的轉(zhuǎn)動 ，從而進行判斷。中間三個自由度的旋轉(zhuǎn),其中,第二個驅(qū)動臂設(shè)計旋轉(zhuǎn)腰部,第三和第四的轉(zhuǎn)動軸移動終端上下操作符。這個自由度允許效應(yīng)器朝任意方向移動。最后,手臂的靈活用于伸長, 機器人控制命令會根據(jù)實測值的誤差達到目標位置,從而實現(xiàn)蘋果的采摘。上面的討論表明,五自由度機械手的設(shè)計應(yīng)足以執(zhí)行蘋果采摘的操作。機械手的機械結(jié)構(gòu)如圖2所示。機械手的升降是通過升降平臺來進行的,能夠應(yīng)付特殊情況下蘋果的采摘。旋轉(zhuǎn)接頭和靈活的關(guān)節(jié)是由伺服電機驅(qū)動的。機器人機械手的運動參數(shù)和機械結(jié)構(gòu)如表一所示。 圖2 機械手的照片 2.1.3 實測值的誤差 效應(yīng)器機制是由生物學特性來操作目標對象的。蘋果采摘機器人的操作對象主要是像蘋果一樣的球形。匙形效應(yīng)器(圖3所示)根據(jù)球面生物學特性而設(shè)計的水果,通過切斷莖來實現(xiàn)的。 圖3 末端效應(yīng)器的圖片 效應(yīng)器包含以下部分:鉗子用于掌握水果，電動切割裝置將蘋果從枝椏上切斷。效應(yīng)器的打開和關(guān)閉是由一些適合快速行動的氣動設(shè)備,快速響應(yīng)特征效應(yīng)器的開關(guān)控制。轉(zhuǎn)移模式實現(xiàn)能量傳遞的動力是使用壓縮氣體壓力傳輸。蘋果根莖是安裝在夾具機制的電動刀切斷的。蘋果被抓住時,電源通過直流電使得爪刀旋轉(zhuǎn),切斷效應(yīng)器感應(yīng)到的目標。 2.2 傳感器 非結(jié)構(gòu)性和不確定的操作特性，個體差異和隨機的操作對象的不同,使得蘋果采摘機器人應(yīng)該足夠應(yīng)對復(fù)雜的環(huán)境。在水果夾緊過程中,水果的生物學特性,包括果皮的薄和脆弱需要效應(yīng)器的高度掌控。它要求傳感器來控制高精度的把握力。此外,手臂的旋轉(zhuǎn),目標的位置和準確捕獲還需要經(jīng)過傳感器來檢測和定位。此外,為了避免損壞設(shè)備,導(dǎo)致受傷,未能確定水果、避免手臂的碰撞也需要傳感器有效的感知操作環(huán)境。 2.2.1 效應(yīng)器上的傳感器 傳感器的上的效應(yīng)器,包括攝像頭傳感器、位置傳感器、碰撞傳感器和壓力傳感器。如圖4所示。視覺傳感器,它使用高分辨率的電荷耦合裝置(CCD)攝像機，采集系統(tǒng)通過串行總線(USB)接口的視頻窗口捕獲技術(shù)形成圖像, 在完成圖像采集、水果搜索和認可扮演一個重要角色。獲得廣泛應(yīng)用。視覺傳感器的位置是在一個眼手并用的模式。在圖4中可以看出的兩對紅外雙光電位置傳感器光電電池。此外, 傳感器的開關(guān)位置通常是用來限制安裝在手臂上的電切刀。手臂開始減速時,效應(yīng)器通過視覺傳感器上傳來的采摘對象的圖像。手臂停了下來,鉗子夾水果當蓄電池的兩雙都是模糊的。在這一點上,壓力和碰撞傳感器采用力敏感電阻。當壓力爪感到一定的壓力傳感器,電動切割器旋轉(zhuǎn)和切斷花梗。開關(guān)位置傳感器便會操作電切刀停止工作。碰撞傳感器用于采摘過程中躲避障礙物。模擬信號來自力敏感電阻和紅外線光電管，在工業(yè)計算機與數(shù)據(jù)采集模塊通常是不相容的。因此,他們之間需要調(diào)制傳輸之前數(shù)據(jù)采集模擬信號。圖5顯示了傳感器信號調(diào)制電路。 圖4 末端傳感器的布局 圖5 傳感器信號的調(diào)制電路 2.2.2 傳感器為避免操作的碰撞 控制旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的角度和位置用來控制關(guān)節(jié)的靈活度?；魻杺鞲衅靼惭b在腰的轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié),主要負責小手臂關(guān)節(jié)的兩端。在工作環(huán)境中,小手臂的運動空間大。其中位置傳感器，壓力傳感器，圖像傳感器，碰撞傳感器圖，效應(yīng)器的傳感器。圖5 為信號調(diào)制電路。 2.3 視覺系統(tǒng) 蘋果采摘機器人視覺系統(tǒng)的關(guān)鍵成分是公認的蘋果圖像處理方法。它影響機器人的可靠性和直接決定的能力,快速、準確進行水果識別。然而,在早期的研究中,存在一些尚未解決的問題，低準確率和時間消耗等在一定程度上限制了蘋果采摘機器人在自然環(huán)境中的實時和多任務(wù)處理能力。 為了克服這些缺點,運用識別視覺系統(tǒng)組成的彩色CCD相機自動獲取原始的蘋果圖像和一個工業(yè)計算機處理圖像識別定位水果。因為富士蘋果在中國是最受歡迎的,我們研究集中這種多樣性。識別和定位過程如下。 首先,由于自然環(huán)境的形象采集設(shè)備使用,原始的未經(jīng)加工的蘋果圖像不可避免的包含噪聲,影響其質(zhì)量。一個向量中值濾波器應(yīng)用于圖像增強預(yù)處理。它不僅可以有效地去除噪聲突顯出蘋果果實的前景,也能保持良好的圖像邊緣。 其次,大多數(shù)的蘋果采摘在自然圖像條件下通常包括樹枝和樹葉讓問題變得更加復(fù)雜。只通過傳統(tǒng)的形象分割算法,很難達到預(yù)期的效果?；陬伾狈綀D色調(diào)的統(tǒng)計,強度飽和模型,圖像分割算法用來開發(fā)雙閾值和區(qū)域增長，從復(fù)雜的背景識別蘋果果實。色度組件是適用于提取輕色調(diào)的蘋果,這避免了不同的照明水平對圖像的影響。這種算法簡單,所需的處理時間簡短。 蘋果提取通過不同的特征來確定空間位置,并提供手臂相應(yīng)的運動參數(shù)。對于顏色特征提取,色度組件色調(diào)和飽和度,通常與顏色特征提取識別不同。然而,在我們的研究中,蘋果果實、樹枝和葉有特定形狀,及其不同的形狀是巨大的。因此,蘋果的形狀特性對于對象識別是非常重要。形狀特征的選擇規(guī)則基于旋轉(zhuǎn)不變性和規(guī)模?？紤]到蘋果果實圖像的特點,圓形的方差,方差橢圓,圓周邊比率和正方形區(qū)域是用來描述蘋果的形狀特征輪廓。這四個特征向量與形狀特征提取。對應(yīng)的特征值的計算后,他們作為每個樣本的特征向量,用于訓(xùn)練和分類。 最后,基于支持向量的分類算法并建立了辨識蘋果方法。仿真和實驗表明, 基于蘋果的顏色特征和形狀特征，支持向量機方法和徑向基函數(shù)(RBF)的內(nèi)核是對于蘋果被發(fā)現(xiàn)最好的認可。 自走連續(xù)振動式紅棗收獲機設(shè)計 學生姓名 楊海斌 學 號 8011212125 所屬學院 機械電氣化工程學院 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 16-1 指導(dǎo)老師 郭文松 日 期 2016.05 塔里木大學機械電氣化工程學院制 16 屆畢業(yè)設(shè)計 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 前 言 果業(yè)是人類生存和社會發(fā)展的經(jīng)濟基礎(chǔ)，果業(yè)產(chǎn)業(yè)應(yīng)該是一個可持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。因而，隨 著世界性果業(yè)日益發(fā)展，尋找新的果園發(fā)展方式擺在了人們的面前。 棗業(yè)是果業(yè)中的一種，在南疆一帶種植廣泛，果園收獲作業(yè)是果園生產(chǎn)全過程中重要的 環(huán)節(jié)，棗樹收獲用工量多，勞動強度大。傳統(tǒng)的人工收獲方法，每公頃需幾百個工時，占果園生 產(chǎn)過程中總用工量的50%左右，效率大大降低。因此，果園收獲機械化一直是國內(nèi)外研究工作的 重點。當前，果園收獲機械化在已作為一種比較成熟技術(shù)在國外被廣泛采用，機械收獲的生產(chǎn)效 率與人工相比提高了5～10 倍，大大的提高了效率。機械采收的方法主要有振搖法和梳刷法，振 搖法是應(yīng)用最多的一種機械采收方法，是國外應(yīng)用較多、適用性較好的采收機型。然而，國內(nèi)果 園收獲主要依靠人工摘或借助簡單工具采摘，林果采收機械的研究在我國仍處于起步階段，尚未 見比較成熟的實用機具報道。目前，隨著特色林果，尤其是紅棗等林果的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，依靠 人工采收已不能滿足產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的需要。 針對國內(nèi)尤其是果園采收機械的研究現(xiàn)狀和林果業(yè)機械化發(fā)展的新的形式及要求，研究 并設(shè)計機械振動式林果采收機，對于發(fā)展并提高我國林果收獲機械化水平具有十分重大的意義。 關(guān)鍵詞：紅棗；收獲機；振動式 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 目 錄 1 緒論 ........................................................................................................................................1 1.1 課題研究的目的及意義 ..................................................................................................................1 1.2 國內(nèi)外水果采摘機械的現(xiàn)狀 ..........................................................................................................1 1.3 國外現(xiàn)狀水果采摘機械的現(xiàn)狀 ......................................................................................................2 1.4 本課題需要重點研究的關(guān)鍵問題及解決思路 ..............................................................................2 2 總體方案擬定 ................................................................................................................................................3 2.1 方案來源 ..........................................................................................................................................3 2.2 總體方案設(shè)計 ..................................................................................................................................3 3 總體計算 ..........................................................................................................................................................5 3.1 傳動比分配 ......................................................................................................................................5 3.2 效率計算 ..........................................................................................................................................5 3.3 功率計算 ..........................................................................................................................................5 3.4 轉(zhuǎn)矩計算 ..........................................................................................................................................5 4 主要零部件設(shè)計 ...........................................................................................................................................6 4.1 減速機的選擇 ..................................................................................................................................6 4.2V 帶的設(shè)計計算 ...............................................................................................................................6 4.3 帶輪計算 ..........................................................................................................................................8 4.4 滾子鏈傳動設(shè)計計算 ......................................................................................................................9 4.5 鏈輪計算 ........................................................................................................................................10 4.6 直齒圓錐齒輪計算 ........................................................................................................................11 4.7 軸的設(shè)計 ........................................................................................................................................15 5 軸的校核 ........................................................................................................................................................19 5.1 按扭轉(zhuǎn)剛度條件計算 ....................................................................................................................19 5.2 校核軸的疲勞強度 ........................................................................................................................19 6 輔助部件 ........................................................................................................................................................21 6.1 鍵的選擇 ........................................................................................................................................21 6.2 聯(lián)軸器的選擇 ................................................................................................................................21 6.3 軸承選擇 ........................................................................................................................................21 7 總 結(jié) ...............................................................................................................................................................22 致 謝 ..................................................................................................................................................................23 參考文獻 ...........................................................................................................................................................24 1 1緒論 1.1課題研究的目的及意義 大棗又名紅棗、干棗、棗子，起源于中國，在中國已有四千多年的種植歷史，自古以來就被 列為“五果”（桃、李、梅、杏、棗）之一。紅棗富含蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、胡蘿卜素、B 族維生 素、維生素 C、 維生素 P 以及鈣、磷、鐵和環(huán)磷酸腺苷等營養(yǎng)成分。其中維生素 C 的含量在果品 中名列前茅，有維生素王之美稱。 隨著紅棗的種植面積的增加，紅棗的機械化作業(yè)在紅棗栽培中的重要性逐漸凸顯。依據(jù)最近 幾年林果業(yè)發(fā)展的態(tài)式分析，果樹種植每年以 10%的速度遞增，由于林果業(yè)的快速發(fā)展， 各地已形成了較大的種植規(guī)模，每到收獲季節(jié)需要投入大量的勞力來完成水果采收?？梢灶A(yù)見到， 再過 3～5 年，新種植的果樹進入盛果期后，水果采收作業(yè)將會出現(xiàn)因勞動力短缺、采收不及時， 而直接影響果品質(zhì)量和造成大量損失的問題。這是因為，水果采摘是一項勞動投入量很大的作業(yè)， 有些水果因成熟期不一致，需要多次采摘才能完成收獲；而有些作為鮮食或作為加工用途的果品， 因市場對于果實外觀要求較高，不能有碰傷、刮傷、壓裂等機械損傷，采收這些水果時必須小心 翼翼；另外，水果收獲是在離地面有 3～5 m 高的空中作業(yè)，以上原因決定了水果采摘是一項費時、 費工、費力的作業(yè)。人工采收水果的速度緩慢，大面積發(fā)展水果種植時，必須要依靠機械化來提 高采摘效率。據(jù)有關(guān)資料介紹，有些鮮食水果的采收用工量較大，約占水果生產(chǎn)總用工量的 50% 以上，導(dǎo)致特色果品的生產(chǎn)成本過大，不能滿足向果品加工企業(yè)提供數(shù)量充足、質(zhì)量優(yōu)越、價格 相對低廉的原料，這樣極不利于企業(yè)直接參與市場競爭。 果園收獲作業(yè)是果園生產(chǎn)全過程中最重要的環(huán)節(jié)，林果采收勞動強度大，用工量多。傳統(tǒng)的 人工采收方法，每公頃需要幾百個工時，占果園生產(chǎn)過程中用工量的 50%左右，費時費力且成本 高。目前，隨著特色林果，尤其是紅棗等林果的規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，依靠人工采收的方式 已不能滿足紅棗等產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的需要。 針對我國尤其是林果采收機械的研究現(xiàn)狀和林果業(yè)機械化發(fā)展的新形式要求，研究設(shè)計 機械振動式林果采收機，對提高我國林果收獲機械化水平具有重要意義。 1.2 國內(nèi)外水果采摘機械的現(xiàn)狀 上世紀 80 年代我國開始林果機械化收獲研究，張克孝教授先后采用梳刷和振動的原理對黑加 侖進行機械采收的試驗研究；王業(yè)成采用振動采收裝置對黑加侖進行收獲試驗；寧夏固原地區(qū)農(nóng) 機所研制了手工沙棘采收器。寧夏農(nóng)林科學院研制的枸杞采摘機；內(nèi)蒙古自治區(qū)園藝科學研究所 研究了噴灑 40%乙烯利溶劑的沙棘化學采收法；內(nèi)蒙古林業(yè)研究院應(yīng)用氣吸式小林果采收裝置進 行氣吸采收。這些方法可在一定程度上提高工效、改善采收條件，但采收效率低，果樹損傷嚴重。 2009 年，農(nóng)墾科學院機械裝備研究所研制 4YS-24 型紅棗收獲機，采用抱搖式收獲方法，適 于收獲樹高 3 m 以上的棗樹，采凈率 91.5%；2010 年農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)機械化研究所研制了手 持式振動林果收獲機，采用樹枝振動式收獲方法，采凈率≥85%；時代沃林推出的果樹振動采收機 ZTM-02，采用抱搖式收獲方法，適用于各類堅果和表皮不易破損的鮮果進行收獲。 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 2 1.3 國外現(xiàn)狀水果采摘機械的現(xiàn)狀 20 世紀 60 年代，國外開始林果機械化收獲研究，根據(jù)收獲機械所用動力不同，主要有氣力 式和機械式。氣力式分為：氣吹和氣吸式，振動式根據(jù)激振位置不同分為：樹桿、樹枝和樹冠振 動式。氣力式振動收獲：Whitney J D 和 Wheaton T A 通過氣力式振動采收機對噴灑落果劑的 Valencia 柑橘進行試驗。研究發(fā)現(xiàn)：該方法的采收率很低，且氣力式振動采收機相對于人工采摘， 柑橘減產(chǎn) 16%。樹桿振動式收獲： Whitney and Wheaton 使用 FMC-4000 抱搖式振動收獲機對噴灑 落果劑的柑橘進行試驗，振動時間 3～7s，收獲率在 90%以上，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)機采比人工采摘的柑 橘減產(chǎn) 10％。樹枝振動式收獲：Mateev L.M.et al.認為采收工作部件撞擊櫻桃樹枝的沖擊力為隨機 函數(shù)，在不同工作參數(shù)下建立了櫻桃振動采收數(shù)學模型，在櫻桃田間采收試驗中，實驗結(jié)果與該 模型預(yù)測結(jié)果的相關(guān)系數(shù)約為 0.99。樹冠振動式收獲：韓國忠南國立大學 S.W.Lee etal.對紅棗的 物理力學特性研究，研究基于樹冠振動的采收裝置，激振頻率 7.7 Hz，試驗時間 3 s，成熟紅棗采 收率達到 95.8%。 綜上所述，國外沒有可以引進消化吸收的矮化密植紅棗收獲機，兵團以及國內(nèi)林果業(yè)機 械化發(fā)展步伐緩慢，國內(nèi)林果收獲機研制也沒有提供相應(yīng)的技術(shù)和經(jīng)驗，林果業(yè)生產(chǎn)過程機械化 作業(yè)大部分尚處于空白階段。為了應(yīng)對矮化密植紅棗種植面積迅猛增長帶來的收獲難題，國內(nèi)自 主研制其收獲機械裝備勢在必行。 1.4本課題需要重點研究的關(guān)鍵問題及解決思路 矮化密植紅棗棗樹枝干比較細，且不會太高。因此，在進行機械化采收的時候還要特別主要 的是對棗樹枝干的保護，就是敲擊強度不宜過大，同時，還要保證采凈率。因此，在設(shè)計過程中 要注意機械采摘過程中對棗樹枝干的保護等問題。 通過資料的查詢和實際的測量，同時還有指導(dǎo)老師的指導(dǎo)，可以總結(jié)出該矮化密植紅棗收獲 機設(shè)計要求為：工作寬度小，易移動，采摘過程對樹枝和果實的損傷小。經(jīng)借鑒采用連續(xù)旋轉(zhuǎn)的 方式敲擊樹枝，敲擊棒為橡膠材質(zhì)，盡量減少對樹枝的損傷。 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 3 2 總體方案擬定 2.1 方案來源 門式高架采果機：用成排的指桿式橡膠敲擊棒在液壓系統(tǒng)操縱下做往復(fù)運動，敲打果枝，使 果實脫落，適用于采收成行的矮化果樹。如圖 2-1 所示： 12345 1 操縱臺 2 槳葉 3 振動器 4 輸送帶 5 承接導(dǎo)向器 圖 2-1 門式高架采果機 2.2 總體方案設(shè)計 1 收果架 2 鋼架輪 3 鋼架 4 軸承端蓋 5 螺釘 6 軸承 7 敲擊棒 8 聯(lián)軸器 9 螺栓 10 墊片 11 螺母 12 軸承座 13 鏈輪 14 大帶輪 15 錐齒輪 16 鏈條 17 帶 18 小帶輪 圖 2-2 總體方案圖 總體方案圖如圖 2-2 所示，以發(fā)動機動力輸出軸為動力，動力輸出軸以聯(lián)軸器與減速機相連 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 4 接，將動力遞給減速機，帶動減速機旋轉(zhuǎn)，減速機輸出軸以聯(lián)軸器與小皮帶輪相連接，小皮帶輪 通過皮帶與大皮帶輪相連接，將動力傳遞給大皮帶輪，實現(xiàn)大皮帶輪的轉(zhuǎn)動，皮帶應(yīng)用張緊輪張 緊，并采用防護罩，以防止灰塵。大皮帶輪轉(zhuǎn)動帶動軸的轉(zhuǎn)動，以實現(xiàn)同軸連接鏈輪轉(zhuǎn)動，主動 鏈輪的轉(zhuǎn)動帶動其余兩軸兩個從動鏈輪轉(zhuǎn)動，從動鏈輪轉(zhuǎn)動帶動同軸相連接錐齒輪的轉(zhuǎn)動，通過 錐齒輪的變向作用，將豎直平面的運動改為水平平面的運動，從而帶動連接有橡膠敲擊棒的軸旋 轉(zhuǎn)，以固定頻率樹枝，使果實下落，下面放有接果盤，用以收集果實，收集完果實后用風扇吹去 落葉，在進行其他方式除雜工作，最后完成對紅棗的收集過程。在收集的過程中應(yīng)當注意工作寬 度小，易移動，采摘過程對樹枝和果實的損傷小，鏈輪潤滑等要求。 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 5 3 總體計算 3.1 傳動比分配 選擇轉(zhuǎn)速為 540 r/min 后動力輸出軸，執(zhí)行機構(gòu)敲擊棗樹的頻率為 60 r/min，傳動比為 9:1，綜 合考慮各個因素，分配傳動比為減速機 6:1，大帶輪與小帶輪傳動比為 1.5:1，鏈輪傳動比為 1:1， 錐齒輪傳動比為 1:1。 3.2 效率計算 η =0.99，每對滾動軸承 η =0.98，η =0.96，η =0.9，η =0.92聯(lián) 軸 器 滾 動 軸 承 帶 鏈 條 錐 齒 輪 η =0.85，η =0.9發(fā) 動 機 減 速 器 3.3 功率計算 選擇型號 4BTA3.9-C100-II 發(fā)動機，故功率 P 為 25×0.735Kw=18.375 kW 動力輸出軸功率 P =P×η ≈15.62 kW動 力 輸 出 軸 發(fā) 動 機 輸入減速機功率 P = P ×η ≈15.46 kW輸 入 動 力 輸 出 軸 聯(lián) 軸 器 小帶輪軸功率 P = P ×η ≈13.91 kW小 帶 輪 輸 入 減 速 器 大帶輪軸功率 P =P ×η ×η ≈13.09 kW大 帶 輪 小 帶 輪 帶 滾 動 軸 承 上錐齒輪 1 軸功率 P =P ×η ×η ≈11.53 kW1錐 大 帶 輪 滾 動 軸 承 鏈 條 上錐齒輪 2 軸功率 P =P ×η ×η ×η ≈9.35 kW2錐 錐 滾 動 軸 承 鏈 條 錐 齒 輪 下錐齒輪 3 軸功率 P =P ×η ×η ≈10.17 kW3錐 1錐 滾 動 軸 承 錐 齒 輪 下錐齒輪 4 軸功率 P =P ×η ×η ≈8.42 kW4錐 2錐 滾 動 軸 承 錐 齒 輪 3.4 轉(zhuǎn)矩計算 額定轉(zhuǎn)矩 T =9550×P /n ≈276.07 N·md動 力 輸 出 軸 m 輸入減速機轉(zhuǎn)矩 T =T ×η ≈273.31 N·m減 速 機 聯(lián) 軸 器 小帶輪軸轉(zhuǎn)矩 T =T ×η ×i≈1495.85N·m小 帶 輪 減 速 機 減 速 器 大帶輪軸轉(zhuǎn)矩 T =T ×η ×η ×η ×i≈2100.87 N·m大 帶 輪 小 帶 輪 帶 滾 動 軸 承 發(fā) 動 機 上錐齒輪 1 軸轉(zhuǎn)矩 T =T ×η ×η ≈1861.79 N·m1錐 大 帶 輪 滾 動 軸 承 鏈 條 上錐齒輪 2 軸轉(zhuǎn)矩 T =T ×η ×η ×η ≈1510.73N·m2錐 錐 滾 動 軸 承 鏈 條 錐 齒 輪 下錐齒輪 3 軸轉(zhuǎn)矩 T =P ×η ×η ≈ 1678.59 N·m3錐 1錐 滾 動 軸 承 錐 齒 輪 下錐齒輪 4 軸轉(zhuǎn)矩 T = P ×η ×η ≈1362.07 N·m4錐 2錐 滾 動 軸 承 錐 齒 輪 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 6 4 主要零部件設(shè)計 4.1 減速機的選擇 通過查閱相關(guān)材料，決定采用擺線減速機。 擺線減速機特點為：傳動比大；傳動效率高，一般一級傳動效率為 90%～95% ；結(jié)構(gòu)緊湊， 體積小，重量輕，體積和普通圓柱齒輪減速機相比可減小 1/2～2/3 ；故障少，壽命長。運轉(zhuǎn)平穩(wěn) 可靠；拆裝方便，容易維修；過載能力強，耐沖擊，慣性力矩小，適用于起動頻繁和正反轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn) 的特點。選用單級臥式擺線針減速機 X6 型，傳動比為 6:1。 其中 Z1=352 mm，M=335 mm，W=430 mm，H=423 mm，H1=200 mm ，F(xiàn)=30 mm，P=275 mm，Q=380 mm，T=34 mm，N=4 mm，G=22 mm，B=18 mm，C=69 mm ，D=35 mm，L=87 mm，b1=10 mm ，c1=38 mm，d1=35 mm,l1=25 mm，Z=202 mm。 三維圖如圖 4-1 所示： 圖 4-1 減速機三維圖 4.2V 帶的設(shè)計計算 （1）條件給定 已知：小帶輪轉(zhuǎn)速 n =90 r/min，大帶輪轉(zhuǎn)速 n =60 r/min。1 2 減速機輸出功率 P=13.91 kW。 （2）設(shè)計功率 P d P = K ×P=1.2×13.91= 16.7 kW (4-1)dA K —工況系數(shù)，取 K =1.3。AA （3）選擇 V 帶型號 由 P =16.7kW，小帶輪轉(zhuǎn)速 n =90 r/min，選 D 型帶。d 1 （4）傳動比 i 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 7 i=n /n =90 r/min/60 r/min=1.5 (4-2)12 （5）求大小帶輪基準直徑 ，d 1）小帶輪的基準直徑 1 由表 8-4，取小帶輪的基準直徑 =400 mm。1d 2）大帶輪的基準直徑 2d =i =1.5×400=600 mm (4-3)2d1 取為 600 mm。2d =600 mm（雖使 n 略有減小，但其范圍小于 5％，允許） 。Ⅰ （6）驗算帶速 V V= m/s< =25～30 m/s (4-4)8.10694106????md maxv （7）求 V 帶基準長度 L 和中心距 ad 初步選取中心距取 a 0 因 0.7（ + ）＜a ＜2( + )，1d21d2 故 700＜a ＜2000 mm，取 a =1500 mm。00 基準長度 L d =2a +?0 150463102542 202121 ???????? ）（）（）（）（ ??add ≈3777 mm (4-5) 對 D 型帶選用 L =4000 mm，計算實際中心距d a≈a + 1611.5 mm=1612 mm (4-6)0??20dL （8）驗算小帶輪包角 α1 由式得 α=180° ，合適。 (4-7)???????12089.73.512ad （9）求 V 帶根數(shù) z z= (4-8) lcKP?)(0?? 根據(jù) n =960 r/m， =100 mm 和 D 型帶。11d 由表 8-4，取單根 V 帶額定功率 P =3.66 kW。0 由表 8-5，取 V 帶額定功率增量 =0.24 kW。 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 8 由 α = ，查表 8-6，可知包角修正系數(shù) K =0.99。1?89.72? 取帶長修正系數(shù) K =0.91，由此可得l Z=4.75，取 5 根。 （10）求作用在帶輪軸上的壓力 ??min?F 取 D 型帶單位長度質(zhì)量 q=0.620 kg/m， 故單根 V 帶的張緊力 = (4-9)??min???2d5.20qvzkp??? = N81.764.198.19.76502??? 應(yīng)使帶的實際初拉力 F ＞（F ） 。min （11）作用在軸上的壓力 =2z sin =7633.45 N (4-10)??minpin? 289.17sin8.7652 ????? =3z sin =11450 NaxpF??min? .i.3 ? 4.3 帶輪計算 （1）小帶輪計算 帶輪材料為 HT150，采用輪輻式帶輪。 由帶輪計算經(jīng)驗公式可得 d =（1.8～2)d，d 為軸的直徑為 65 mm，取 d =120 nn。1 1 H =290 式中 z 為輪輻數(shù)取為 4，P 為傳遞功率為 16.7 kW，轉(zhuǎn)數(shù)為 90 r/min,3anPa 故 h =104.2mm≈104 mm.。1 h =0.8h =83.36≈83 mm b =0.4h =41.68 mm≈42 mm b =0.8b =33.34 mm≈33 mm2 1 21 L=(1.5～2)d=97.5 mm～130 mm，取為 100 mm，由于 B<1.5d，L=B=100 mm，f =0.2h2 f =0.2h =16.72 mm≈17 mm12 輪槽截面尺寸表示如表 4-1 所示： 表 4-1 輪槽截面尺寸(mm) 槽型 b h h e dminaminf minf D 27.0 8.1 19.9 37 0.6 23? （2）大帶輪計算 帶輪材料為 HT150，采用輪輻式帶輪。 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 9 由帶輪計算經(jīng)驗公式可得： d =（1.8～2)d，d 為軸的直徑為 76 mm，取 d =140 mm。1 1 H =290 式中為輪輻數(shù)取為 6，P 為傳遞功率為 16.7kW，轉(zhuǎn)數(shù)為 60r/min。3anzP 故 h =104.2mm≈104 mm。1 h =0.8h =84 mm b =0.4h =42 mm b =0.8b =34 mm2 1 21 L=(1.5～2)d=114 mm～152 mm，取為 125 mm，由于 B=9，推薦 z =29-2i=273 （3）大鏈輪齒數(shù) z 4 z =iz =27<=12043 （4）設(shè)計功率 P d P =K PdA K -工況情況，取為 K =1。A P-傳遞功率，可得 P =K P=8.61 kW。d （5）特定條件下單排鏈條傳遞功率 P 0 P =P /K K (4-12)dZp K -小鏈輪齒數(shù)系數(shù)，取為 1.34。Z K -排數(shù)系數(shù)，取為 1，故 P =6.42kW。p 0 （6）鏈條節(jié)距 p 由 P =6.42 kW，n =90 r/min，選擇單排 A 型滾子鏈，ISO 鏈號為 20A，節(jié)距 p=31.75 mm。03 （7）驗算小鏈輪軸孔直徑 d k d <=dkmax 其中 d 為鏈輪軸孔最大許用直徑，取為 152 mm。k 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 10 （8）初定中心距 a 0 一般 a =（30～50）p0 952.5 mm<=a <=1587.5 mm0 （9）以節(jié)距計的初定中心距 a p0 a =a /p≈50p0 （10）鏈條節(jié)數(shù) L p L p= (4-13)ppakz0043/21?）（ ≈ 128 節(jié) k 取為 0.025。 （11）鏈條長度 L L=L p/1000≈4.03 mp （12）計算中心距 a c 當 z =z =z 時， a =p/2（L -z）≈1600 mm12p （13）實際中心距 a a=a -Δa=1596.8～1596.3 mmc 一般 Δa=（0.002～0.004）a =3.2～6.4 mmc 垂度 f =（0.01～0.020a =16～32 mmp （14）鏈條速度 V=z n 3p/60000≈0.23 mm （15）有效圓周力 F =1000P/v≈37434 N (4-14)c （16）在軸上的力 水平傳動 F=(1.15～1.2)F K ≈43050～44920 NtA 4.5 鏈輪計算 滾子鏈鏈輪齒槽形狀，如表 4-2 所示： 表 4-2 滾子鏈鏈輪鏈輪齒槽形狀(mm) 計 算 公 式 名稱 符號 最小齒槽形狀 最大齒槽形狀 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 11 齒側(cè)圓弧半徑 滾子定位半徑 滾子定位角 eri α 62.94 9.09 116.67° 130.896 9.27 136.67° 滾子鏈鏈輪主要尺寸如下： （1）分度圓直徑 d =274 mm (4-15) )180(sinzpd? （2）齒頂圓直徑 a 286 mm (4-16)???1min)6.(dzpa 296 mm?x25.1d （3）齒根圓直徑 fd 256 mm (4-17)?1f （4）齒高 ah 7 mm (4-18)??)(5.01mindpha 12 mm (4-19)??z/8.62.x （5）確定的最大軸凸緣直徑 gd 246 mm (4-20)??76.04.18cot2hzp ? -鏈板高度，取為 25 mm。2h 滾子鏈鏈輪軸向齒廓尺寸如表 4-3 所示： 表 4-3 滾子鏈鏈輪軸向齒廓尺寸（mm） 名 稱 符 號 計 算 結(jié) 果 齒寬 齒側(cè)倒角 齒側(cè)半徑 齒全寬 內(nèi)節(jié)內(nèi)寬 排數(shù) 1fb公 稱a公 稱xrfn1b19 4.1275 31.75 19 見教材機械設(shè)計表 9-1，取為.20 1 4.6 直齒圓錐齒輪計算 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 12 圖 4-2 錐齒輪尺寸圖 已知：兩個錐齒輪轉(zhuǎn)數(shù)均為 60 r/min，即 n =n =60 r/min。56 （1）齒形角 α、齒頂高系數(shù) 、頂系系數(shù) c 、螺旋角 β*ah* 齒形角 α=20° 齒頂高系數(shù) =1 頂系系數(shù) c =0.2 螺旋角 β=0° （2）大端端面模數(shù) m 直齒錐齒輪所傳遞的轉(zhuǎn)矩 = = N·mm (4-21)nPT 510.9??6053.1.9?6108 材料選擇兩齒輪材料為 45 號鋼調(diào)質(zhì)，取為 7 級精度，初取 m=5 mm。 （3）設(shè)計計算 m 1）由設(shè)計計算公式可得 (4-22)325][1).01( 4FRSaFuzYKT????? m-模數(shù) K-載荷系數(shù) T-轉(zhuǎn)矩 Y -齒形系數(shù) Y -應(yīng)力矯正系數(shù) -齒形系數(shù)FaSaR? -小齒輪齒數(shù) u-傳動比 [ ]-彎曲疲勞極限5z? （4）確定各個參數(shù)計算值 彎曲疲勞強度系數(shù) K =K =0.95。1FN2 齒輪的彎曲疲勞極限取為 380MPa，取彎曲疲勞安全系數(shù)為 S=1.2，由式 ，SKFNF??][ 可得 =300 MPa。][F? K=K K K KVA?? K -動載系數(shù) K -使用系數(shù) K -齒間載荷分配系數(shù) K -齒向載荷分布系數(shù)A?F?F 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 13 取 K =1.5。A 由低一級精度的精度線及 ，得 K =1。mvV 齒間載荷分配系數(shù) K =K =1，齒向載荷分配系數(shù) K =K =1.5K 。?FH?FHbe? 其中 K -軸承系數(shù)，取為 1.25，K =K =1.5K =11.875。beH? ?FHbe K=K K K K =2.815，齒寬系數(shù) Φ =1/4～1/3 ，取 Φ =1/3。VA?F?RR 由 29，δ=45°，可知 z =41。?65z 15vcos/??26cs/z 齒形系數(shù) Y =2.4，應(yīng)力矯正系數(shù) Y =1.37。FaSa 故由 ≈5.52mm，由 GB/T12368-1990 標準模數(shù)表，可知325][1).01( 4FRFauzTm????? m=6 （5）齒數(shù)比 u u=n /n =60 r/min / 60 r/min=1 (4-23)56 （6）齒數(shù) z 通常 z =16～30 。不產(chǎn)生根切的齒數(shù) z =2 cosδ/sin α≈41 齒。初步選取最小齒數(shù)為5 min*ah2 29。當分度圓確定以后，再選取最小齒數(shù)。 （7）變位系數(shù) x 、x 12 x =0，x =0。12 （8）節(jié)錐角 δ = =45° δ =90°-δ =45° (4-24)1?cosin??u21 （9）分度直徑 d d =mz =174 mm d =mz =174 mm56 （10）錐距 R R= = ≈123 mm (4-25)15cos2?d26 （11）齒寬系數(shù) Φ R Φ =1/4～1/3，取 Φ =1/3。R （12）齒寬 b b=Φ R=41 mm，b 不大于 10 m，即 b>S=1.5，故符合要求。??2??S 鏈輪中間為危險截面可依照大帶輪中間截面計算公式進行校核，得到 8.8>1.5 (5-7)??2??S 故符合要求。 綜上所述，軸符合要求，可滿足工作需要。 6 輔助部件 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 21 6.1 鍵的選擇 平鍵具有結(jié)構(gòu)簡單，裝拆簡單，對中性好等優(yōu)點選擇 A 型平鍵。 大帶輪鍵的選擇：大帶輪軸直徑為 76 mm，選擇 b×h 為 22 mm×14 mm 鍵，長度為 110 mm. 鏈輪輪鍵的選擇：當鏈輪軸直徑為 76 mm，選擇 b×h 為 22 mm×14 mm 鍵，長度為 90 mm， 直徑為 72 mm，選擇 b×h=20 mm×12 mm，長為 90 mm。 錐齒輪間的選擇：當鏈輪軸直徑為 80 mm，選擇 b×h 為 22 mm×14 mm 鍵，長度為 70 mm， 直徑為 70 mm，選擇 b×h=20 mm×12 mm，長為 70 mm。 6.2 聯(lián)軸器的選擇 已知：由功率 P=15.62 kW， n=540 r/min，軸頸為 35 mm 選擇聯(lián)軸器。 （1）類型選擇 為了隔離振動與沖擊，選擇彈性柱銷聯(lián)軸器。 （2）載荷計算 公稱轉(zhuǎn)矩 ≈324.965 N·m (6-1)nPT 510.9?? 取 =2.0，故由計算公式可得AK =649.93 N·m (6-2)KAca （3）型號選擇 選擇 LX3 型聯(lián)軸器，許用轉(zhuǎn)矩為 1250 N·m，極限轉(zhuǎn)速 4700 r/min，軸徑在 30 mm～48 mm 之 間，故合用。 由功率 P=15.62 kW，n=540 r/min，軸頸為 35 mm 選擇聯(lián)軸器。 6.3 軸承選擇 選擇深溝球軸承與角接觸球軸承分別主要承受徑向與軸向載荷， 大帶輪安裝軸承的直徑為 90 mm， ，選擇 6018 深溝球軸承。 基本參數(shù)：d=90 mm，D=140 mm，B=24 mm。 錐齒輪軸安裝軸承的直徑為 80mm，選擇 6016 深溝球軸承。 基本參數(shù)：d=80 mm，D=125 mm，B=22 mm。 下錐齒輪安裝軸承的軸直徑為 80 mm，選擇 7016AC 角接觸球軸承。 基本參數(shù)：d=80 mm，D=125 mm，B=24 mm。 （注：以上公式均來源于機械設(shè)計課本） 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 22 7 總 結(jié) 畢業(yè)論文是本科學習階段一次非常難得的理論與實際相結(jié)合的機會，現(xiàn)將設(shè)計總結(jié)如下： （1）自走式紅棗收獲裝置相對其他收獲機，具有對棗樹木損傷小，成本低等優(yōu)點。 （2）自走式紅棗收獲機的應(yīng)用可以充分利用機械運動進行收獲，使原本的低效率的采收有了 一定的提高，并且降低了采摘的人工成本，在采摘速度上人工采摘有了顯著的提高。 （3）通過在實驗田地的收獲觀察，了解到振動棒對棗樹有一定的損傷，所以應(yīng)控制振動棒的 振動頻率在合適的范圍內(nèi)。 （3）本次設(shè)計仍有很多缺點，發(fā)展矮化密植紅棗采收裝置仍然很多內(nèi)容需要探索。 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 23 致 謝 本畢業(yè)設(shè)計的完成，首先得感謝指導(dǎo)教師的悉心指導(dǎo)，在畢業(yè)設(shè)計這段時間里，為我創(chuàng)造了 良好學習環(huán)境，提供了發(fā)展機會。不僅教會我很多的專業(yè)技能，也在工作方式、治學態(tài)度上言傳 身教，尤其是在多次修改設(shè)計圖的過程中他以極大的耐心幫助修改我的設(shè)計，使我深受感動，同 時感謝所有教導(dǎo)過我、幫助過我的老師，正是因為他們多年來孜孜不倦的教誨才使得我的專業(yè)技 能有很大的提高。 大學四年學習時光已經(jīng)接近尾聲，在此我想對我的母校，我的老師和同學們表達我由衷的謝 意。感謝我的母校給了我在大學的本科四年深造機會，讓我能繼續(xù)學習和提高。大學四季如歌的 校園，美麗如詩的風景都深深的留在了我的記憶里。 最后，衷心的感謝機械電氣化工程學院的每位老師，謝謝你們在學習上、生活中給予我的關(guān) 心與支持。衷心祝愿塔里木大學的明天更加美好！ 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 24 參考文獻 [1]成大先.《機械設(shè)計手冊 單行本 液壓傳動》.化學工業(yè)出版社， 2004: 311-317. 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