沙棘果實采收機設(shè)計（汽油機）【90張CAD圖紙+畢業(yè)論文+任務(wù)書】,90張CAD圖紙+畢業(yè)論文+任務(wù)書,沙棘,果實,采收,設(shè)計,汽油機,90,CAD,圖紙,畢業(yè)論文,任務(wù)書
畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書
論文題目
沙棘果實采收機設(shè)計
學(xué)院
機電工程
專業(yè)
機械制造
班級
08機制四班
畢業(yè)論文（設(shè)計）的要求：
針對沙棘果實較難采收，設(shè)計實現(xiàn)采摘、收集為一體的沙棘果實采收機。要求機器適應(yīng)性強，采收工效高，采凈率高，完好率也高，作業(yè)面積大，整機結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，安全可靠，易于維修。
畢業(yè)論文（設(shè)計）的主要內(nèi)容與技術(shù)參數(shù)：
1. 對本機的主要技術(shù)參數(shù)進行計算選取，包括柴油機、風(fēng)機（風(fēng)口吸力、風(fēng)速流量）等參數(shù)進行計算選取。
2. 計算選取本機所需的功率、生產(chǎn)率及配套動力。
3. 繪制本機的總體裝配圖及部分零、部件圖。
4. 編寫設(shè)計說明書一份。
畢業(yè)論文（設(shè)計）工作計劃：
2月28-3月14日 閱讀指導(dǎo)教師安排的一些主要書籍及參考資料，并寫出開題報告。
3月15-5月20日 提出設(shè)計方案，選擇較優(yōu)方案展開設(shè)計。
5月21-6月01日 編寫設(shè)計說明書，出圖，并請指導(dǎo)教師審閱圖紙和說明書。
6月18-6月20日 審核自己的說明書、圖紙，準備答辯。
接受任務(wù)日期 年 月 日 要求完成日期 年 月 日
學(xué) 生 (簽名) 年 月 日
指 導(dǎo) 教 師 (簽名) 年 月 日
院長(主任) (簽名) 年 月 日
注：該表一式二份，一份自存，一份報教務(wù)處。
摘 要
沙棘果實中含有多種微量元素、氨基酸等活性物質(zhì)，被譽為“維生素寶庫”，成為一個高附加值的生態(tài)樹種。但是沙棘果的采收十分困難，沙棘經(jīng)營成本的80％ 以上消耗在果實的采集上。針對秋季采收的問題，設(shè)計實現(xiàn)采摘、收集為一體的沙棘果實采收機，該機器適應(yīng)性強，將會達到采收工效高、采凈率高、作業(yè)面積大的效果，同時整機結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，安全可靠，易于維修。沙棘果實采收機一定會給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益，同時會產(chǎn)生顯著的社會效益。
[關(guān)鍵詞]：沙棘果；采收機；設(shè)計
Abstract
Seabuckthorn fruit contains many trace elements, amino acids and other active substances, known as "Vitamin treasure"into a high value ecological species. But very difficult to harvest the fruit of seabuckthorn, seabuckthorn more than 80% of the operating costs of the acquisition on the consumption of the fruit. Issues for the fall harvest, pick the design to achieve the collection as one of the seabuckthorn fruit harvesting machine, the machine adaptability, harvest will reach high efficiency, adopt a net rate, the effect of large area operations, while machine Simple structure, easy operation, safe, reliable, easy to maintain. Seabuckthorn fruit harvest machine will give companies bring considerable economic benefits, will also produce significant social benefits.
Key words: Seabuckthorn;Harvesting machines; Design
目 錄
1引言 1
1.1選題背景 1
1.2研究的意義 1
1.3沙棘果實采收機的國內(nèi)外現(xiàn)狀 1
1.3.1國外現(xiàn)狀 1
1.3.2國內(nèi)現(xiàn)狀 3
1.3.3發(fā)展趨勢 4
1.4本次設(shè)計的機型性能參數(shù) 4
2總體設(shè)計 5
2.1整機結(jié)構(gòu)及組成 5
2.2工作頭結(jié)構(gòu)設(shè)計 5
2.3傳動系統(tǒng)及吸送系統(tǒng)的設(shè)計 6
2.4動力裝置的選擇 6
2.5傳動裝置的選擇 7
2.6風(fēng)機的選擇 7
3. 離合器具體材料的選取 7
3.1離合器端蓋的材料選取 8
3.2 離合器殼體的材料選取 8
3.3離合器主從動軸的材料選取 8
4.工作原理 9
5.帶傳動設(shè)計 9
5.1確定計算功率Pca 9
5.2選擇V帶型 9
5.3計算大帶輪的基準直徑。 10
5.4確定V帶的中心距a和基準長度Ld 10
5.5驗算小帶輪的包角 10
5.6計算帶的根數(shù)Z 10
5.7計算單根V帶的初拉力的最小值 11
5.8計算壓軸力FP 11
6.傳動軸的設(shè)計 11
6.1傳動軸材料的選取 11
6.2 傳動軸的定位 11
6.3傳動軸的強度校核計算 12
7. 蝸桿傳動設(shè)計 12
7.1選擇材料 12
7.2確定主要參數(shù) 12
7.3按齒面接觸疲勞強度計算蝸輪的模數(shù)及蝸桿特性系數(shù)q 12
7.4驗算蝸輪的圓周速度v2 13
7.5求中心距a 13
7.6校核齒根彎曲疲勞強度 13
7.7蝸桿、蝸輪各個部分尺寸的計算（按表10-4） 14
8.研究與展望 15
9.結(jié)束語 15
參考文獻 17
致謝 18
大學(xué)機電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書
1引言
1.1選題背景
沙棘果實較難采收, 為獲得營養(yǎng)價值好維生素高的產(chǎn)品,應(yīng)當(dāng)在果實成熟期的秋季采果。但是秋季采收難度大，效率低，成本高。目前傳統(tǒng)方法有兩種：凍打采集和剪枝采集，上述采集法對果實營養(yǎng)成分有較大損失。針對秋季采收的問題，設(shè)計實現(xiàn)采摘、收集為一體的沙棘果實采收機，要求機器適應(yīng)性強，采收工效高，采凈率高，完好率也高，作業(yè)面積大，整機結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，安全可靠，易于維修。
1.2研究的意義
沙棘果實采收技術(shù)的引進和沙棘果實采收機具的研制成功，對沙棘資源的保護和沙棘果的后續(xù)加工利用都將產(chǎn)生積極地作用和意義，其優(yōu)勢體現(xiàn)為：
1. 沙棘果實采收機的使用，使沙棘果資源得以可持續(xù)發(fā)展，不會造成大面積破壞。
2. 傳統(tǒng)的、破壞性的剪枝方式采摘漿果類隨枝葉壓榨，破壞性大，果實破碎率高，提高了成本，沙棘果實采收機的發(fā)明降低成本，提高工作效率。
3. 倡導(dǎo)一種保護沙棘資源的理念，使沙棘果的開發(fā)永續(xù)利用和生態(tài)資源的健康發(fā)展二者有機地協(xié)調(diào)。
1.3沙棘果實采收機的國內(nèi)外現(xiàn)狀
1.3.1國外現(xiàn)狀
國外在沙棘果實采收技術(shù)和配套機械方面研究范圍最廣、技術(shù)最新、效率最高者，當(dāng)屬獨聯(lián)體。早在20世紀50年代，前蘇聯(lián)就開始研究沙棘采收技術(shù)，到目前已有一套成熟的沙棘采收技術(shù)，且有一批配套適用的沙棘采收機械。引進這些技術(shù)并加以消化、吸收，對于發(fā)展我區(qū)乃至我國沙棘產(chǎn)業(yè)具有重要意義
目前俄羅斯沙棘果實采收機械有兩種機型，其中俄羅斯農(nóng)業(yè)機械研究院研制的мпо-6м型氣吸式沙棘果實采收機（見圖１）。
俄羅斯農(nóng)業(yè)機械研究院研制的мпо-6м氣吸式沙棘果實采收機（圖１）
此機型配套動力為50馬力以上拖拉機，由拖拉機后輸出軸作為動力源經(jīng)萬向傳動軸驅(qū)動帶動兩臺真空泵產(chǎn)生負壓，傳到工作頭形成吸氣流采收沙棘果，可供６個人同時工作。
另一種機型是自行式聯(lián)合沙棘果實采收機，由俄羅斯農(nóng)業(yè)科學(xué)院西伯利亞分院利薩文科園藝科學(xué)研究所研制。（如圖2）
俄羅斯農(nóng)業(yè)科學(xué)院西伯利亞分院利薩文科園藝科學(xué)研究所沙棘果采收機（圖2）
該機型是在60馬力以上拖拉機的基礎(chǔ)上改裝設(shè)計的，集自行行走、采收、分離、過濾為一體的聯(lián)合沙棘果實采收機。對沙棘整株采收，破環(huán)性比較大，不適合我國的沙棘果實采收現(xiàn)狀。
以上兩種沙棘果實采收機型，均以采收俄羅斯無刺大果沙棘而設(shè)計的，且沙棘加工廠距沙棘果實采收種源基地距離近，采收過程是將沙棘連果帶枝、帶葉一起混合采收，后經(jīng)葉和汁篩選分離，并于當(dāng)天就可以進入車間進行深加工。
我國目前引進的俄羅斯無刺大果沙棘還沒有形成規(guī)模，仍處于小面積試種階段，沙棘林主要以防風(fēng)固沙和水土保持的生態(tài)功效林為主，隨著林業(yè)兩大體系的完善，林業(yè)產(chǎn)業(yè)的開發(fā)、帶動地方經(jīng)濟使農(nóng)牧民脫貧致富逐漸成為林業(yè)的一個支柱產(chǎn)業(yè)。在內(nèi)蒙古地區(qū)分布的多為天然沙棘林，與俄羅斯無刺大果沙棘在一些生長特性、經(jīng)營管理上有很大差異（見下表）。
中國沙棘與俄羅斯沙棘物理機械性能參數(shù)
特性
樹種
沙棘果
果柄
附著力
落果程度
枝條
工作環(huán)境
產(chǎn)量
俄羅斯沙棘
大
長
小
易
無刺
良
多
中國沙棘
小
短
大
難
有刺
一般
少
因此，通過引進技術(shù)一定要適合我國的沙棘現(xiàn)狀，不僅要采摘中國引進的俄羅斯無刺大果沙棘，更重要的是立足中國沙棘資源現(xiàn)狀采摘中國沙棘果實。通過消化吸收創(chuàng)新的沙棘采收機一是要適合人工沙棘林坡度≤15°，拖拉機能行走的大面積人工沙棘林，二是要適合坡度＞15°的山坡地，天然沙棘林果實采收。
1.3.2國內(nèi)現(xiàn)狀
我國研究沙棘收獲機起步于20世紀80年代末，目前采收的方式主要有以下幾種：
(1)人工采收：人工采收是利用簡單工具鉤果、摘果、抖果或結(jié)合整形連枝帶果剪下。手工采集、效率低，一個勞力每天平均采收6～8 kg。
(2)手工器具采收：手工器具采收近年來發(fā)展較為迅速。人工輔助采收的“梳子式”采果器，是用一個鐵圈，套住沙棘枝條將果擄下來，采凈率低，爛果率大。這種工具用于沙棘成熟期的單枝作業(yè)，使用效果不太理想。
(3)凍果采收：在冬季清晨果實凍實后用木棍敲擊樹干，震落凍果，進行人工收集。
(4)機械采收：近年來我國的機械采收技術(shù)發(fā)展比較迅速。
國內(nèi)采收技術(shù)機械的特點：1)生產(chǎn)率低，只可比手工采收提高8一一10倍，而大面積的沙棘林采收需要提高工效70～100倍。2)漿果采盡率低，用一般的手工器具采集沙棘果為60％ ，對植物高大的沙棘數(shù)種，采盡率更低。3)漿果完好率低，現(xiàn)有手工器具采收時易拉傷果實，漿果完好率僅50％ 一60％ ，且果汁流出，易引起蟲害。4)對植株有一定的損害。
1.3.3發(fā)展趨勢
由于沙棘是一種漿果植物，果實小而柄短，簇生于長有棘刺的果枝上，且附著牢固，這使果實采收十分困難。在沙棘經(jīng)營的總成本中，80%以上消耗在果實采集上。內(nèi)蒙古自治區(qū)現(xiàn)有沙棘13萬hm2，每年因采收困難少收果實達1000—1250萬kg，造成損失2500—3750萬元。針對我國沙棘果實的生物學(xué)特性和沙棘資源分布的地形特點以及當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)技術(shù)水平，引智成果就是要通過采摘機具解決手工采摘生產(chǎn)率低下、人工勞動強度大的難題，同時想改變傳統(tǒng)的、破壞性的剪枝方式，提倡直接采收沙棘鮮果、凍果。沙棘果實采收機具的研制成功，對沙棘資源的保護和沙棘果的后續(xù)加工利用都將產(chǎn)生積極的作用。
1.4本次設(shè)計的機型性能參數(shù)
動力來源：1E40F型汽油發(fā)動機
風(fēng)機工作轉(zhuǎn)速范圍：ｎ=5000 轉(zhuǎn)／分鐘
氣吸流量: Q=0.184 m3/s
氣吸風(fēng)速：V=41 m/s
進口氣流負壓值：-110 mmH2O
變頻頻率：45--60赫茲
工作采摘頭: 2個
采收生產(chǎn)率：70—80 Kg/h（俄羅斯無刺大果沙棘）
90--110 Kg/h（歐李）
40--50 Kg/h（枸杞）
果實采凈率: 漿果≥85--90%，堅果≥95%
果實破損率: 漿果≤10--15%，堅果≤5%
整機重量: 60公斤
機型外形尺寸：1040mm×700mm×1180mm該機型分別對俄羅斯無刺大果沙棘、枸杞、歐李、白刺、沙棗、檸條幾種植物的果實和種子進行采集。
2總體設(shè)計
2.1整機結(jié)構(gòu)及組成
沙棘果實采收機由采摘裝置、氣力吸送系統(tǒng)、分離器、動力機、傳動系統(tǒng)、行走裝置以及機架等部分組成。如下圖1所示
圖1
1—機架 2—工作頭 3—傳動軟軸 4—分離器
5—皮帶傳動罩 6—離合器 7—發(fā)電機風(fēng)機總成
2.2工作頭結(jié)構(gòu)設(shè)計
工作頭結(jié)構(gòu)如圖2所示，采用懸臂雙軸形式，軸上固定有門字形柔性鋼
絲撥簧兩個，徑向180°布置，二輥轉(zhuǎn)向相反，其間可喂入樹木枝條。其殼體采用薄型不銹鋼沖壓形成
2.3傳動系統(tǒng)及吸送系統(tǒng)的設(shè)計
該機工作頭工作動力來自汽油機，動力傳遞路線如下：汽油機曲軸→軟
軸→離合器→皮帶輪→軟軸→蝸輪蝸桿→齒輪→撥輥。
該機利用其吸風(fēng)段工作，實現(xiàn)氣力輸送。采摘工作頭與輸送管連接。采
下的果實由吸送系統(tǒng)吸入后，通過容積式分離器，進行氣物分離，果實留在容
器內(nèi)，氣體經(jīng)風(fēng)機排出。
2.4動力裝置的選擇
沙棘果采收機的動力裝置是1E40F型汽油發(fā)動機，該發(fā)動機是以汽油作為燃料的發(fā)動機。由于汽油粘性小，蒸發(fā)快，可以在氣缸外部與空氣形成均勻的混合氣，然后將混合氣吸入氣缸，或用汽油噴射系統(tǒng)將汽油噴入氣缸，經(jīng)過壓縮達到一定的溫度和壓力后，用火花塞點燃，使氣體膨脹做功。汽油機的特點是轉(zhuǎn)速高，結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，造價低廉，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，使用維修方便。
主要技術(shù)參數(shù)：
發(fā)動機類型：風(fēng)冷單氣缸兩沖程
發(fā)動機功率：1.47kw/7000rpm
發(fā)動機排量：40.3cc
發(fā)動機轉(zhuǎn)速：5000r/min
油箱容積：1.2L
凈重：10.5kg
2.5傳動裝置的選擇
沙棘果實采收機工作時，需要通過帶傳動實現(xiàn)具體工作。帶傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、價格低廉和緩沖吸震等特點。
具體工作為當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速達到離合器工作轉(zhuǎn)速時，離合器開始結(jié)合對外輸出動力，通過一級皮帶減速驅(qū)動軟軸帶動蝸輪蝸桿機構(gòu)進行二級減速后，帶動采摘工作頭工作，具體計算過程在后面帶傳動設(shè)計中給出。
2.6風(fēng)機的選擇
沙棘果采收機工作中一重要環(huán)節(jié)便是對果實的采集，其具體工作是通過風(fēng)機來實現(xiàn)的，步驟是由風(fēng)機、氣吸管、氣吸收集罐、排氣管；最終采摘工作頭與氣吸管合成為一套采摘氣吸工作裝置。
該風(fēng)機選取為比較廣泛應(yīng)用的WFB-18G型風(fēng)機，動力部分由市場上擁有量最大的1E40F汽油機作為動力，使采收機的維修更方便，成本降低，通過這樣的選取，使整個沙棘果采收機的重量降低，方便移動，提高工作效率。
主要技術(shù)參數(shù)：
凈重：≤10.5千克
額定功率：1.18kW
風(fēng)機工作轉(zhuǎn)速范圍：ｎ=5000 轉(zhuǎn)／分鐘
氣吸流量: Q=0.184 m3/s
氣吸風(fēng)速：V=41 m/s
進口氣流負壓值：-110 mmH2O
3. 離合器具體材料的選取
沙棘果實采收機之所以能夠完成工作任務(wù)，離合器的作用是相當(dāng)重要的，離合器在機器運轉(zhuǎn)中可將傳動系統(tǒng)隨時分離或接合，對離合器的基本要求是：接合平穩(wěn)，分離迅速兒徹底；調(diào)節(jié)和修理方便；外廓尺寸??；質(zhì)量??；耐磨性好和有足夠的散熱能力；操縱方便省力。在沙棘果實采收機的小型汽油發(fā)動機在怠速狀態(tài)工作時，離心式離合器處于分離狀態(tài)；不傳遞動力；當(dāng)發(fā)動機機轉(zhuǎn)速達到離合器工作轉(zhuǎn)速時，離合器開始結(jié)合對外輸出動力。從而其具體材料的選取也是十分必要的。
3.1離合器端蓋的材料選取
沙棘果實采收機其離合器端蓋材料采用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼-Q235。
具體機械性能為：
抗拉強度（σb/MPa）:375-500
延伸率（δ5%）:
≥26(a≤16mm)
≥25(a>16-40mm)
≥24(a>40-60mm)
≥23(a>60-100mm)
≥22(a>100-150mm)
≥21(a>150mm)
其中a為鋼材厚度或直徑。
在板材里面，是最普通的材質(zhì)，普通板系列。
執(zhí)行標準：
外部標準為：GB/T709-2006《熱軋鋼板和鋼帶的尺寸、外形、重量及允許偏差》， 內(nèi)部標準為：GB/T3274-2007 《碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼熱軋厚鋼板和鋼帶》
3.2 離合器殼體的材料選取
沙棘果實采收機其離合器殼體材料采用灰鑄鐵HT150，屬于中強度鑄鐵件，鑄造性能好，工藝簡單，鑄造應(yīng)力小，可不用人工時效；有一定機械強度和良好的減震性。適用于制造承受中等應(yīng)力的零件，在弱腐蝕環(huán)境工作的零件。
3.3離合器主從動軸的材料選取
沙棘果實采收機其離合器主、從動軸的材料采用45號鋼， 45號鋼為 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)用鋼 ,硬度不高易切削加工,45鋼抗拉強度為600MPa，屈服強度為355MPa，伸長率為16%，斷面收縮率為40%，沖擊功為39J。
45鋼是軸類零件的常用材料，它價格便宜經(jīng)過調(diào)質(zhì)（或正火）后，可得到較好的切削性能，而且能獲得較高的強度和韌性等綜合機械性能，淬火后表面硬度可達45～52HRC。
4.工作原理
由小型汽油機作為氣吸裝置和采摘工作頭的動力來源，通過小型汽油機的曲軸與采摘工作頭的結(jié)構(gòu)裝置連接和與風(fēng)機裝置連接分成兩個支路，一路經(jīng)由軟軸、離合器、皮帶輪、軟軸、蝸輪蝸桿兩級減速傳遞到采摘工作頭；另一路經(jīng)由風(fēng)機、氣吸管、氣吸收集罐、排氣管；最終采摘工作頭與氣吸管合成為一套采摘氣吸工作裝置。
小型汽油發(fā)動機在怠速狀態(tài)工作時，離心式離合器處于分離狀態(tài)；不傳遞動力；當(dāng)發(fā)動機機轉(zhuǎn)速達到離合器工作轉(zhuǎn)速時，離合器開始結(jié)合對外輸出動力，通過一級皮帶減速驅(qū)動軟軸帶動蝸輪蝸桿機構(gòu)進行二級減速后，帶動采摘工作頭工作。采摘工作頭與吸送式風(fēng)送管道連接。與此同時當(dāng)發(fā)動機在額定工況下工作時，風(fēng)機也在額定工況下工作。氣吸式風(fēng)送機構(gòu)把采摘后的小林果吸送到分離裝置進行氣物分離，果實經(jīng)分離后留在沉降室中，氣流經(jīng)風(fēng)機排風(fēng)管排出，從而實現(xiàn)對果實的收集。
5. 帶傳動設(shè)計
具體選取根據(jù)《機械設(shè)計》第八版中的帶傳動步驟進行選取。帶輪的材料選取為HT150，根據(jù)發(fā)動機功率為1.47kw，轉(zhuǎn)速n1=2800r/min，傳動比i=1.6，每天工作8小時，計算過程如下：
5.1確定計算功率Pca
由表8-7 查的工作情況系數(shù)KA=1.0，故
Pca=KAP=1.01.47kW=1.47kW
5.2選擇V帶型
根據(jù)Pca、n1由圖8-10選用Z行帶
1. 確定帶輪的基準直徑dd并驗算帶速v
1） 初選小帶輪的基準直徑dd1.由表8-6和表8-8，取小帶輪的基準直徑dd1=56mm。
2） 驗算帶速v。按式（8-13）驗算帶的速度
因為5m/s
收藏