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JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY
本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)
題目：氣吸式油茶果采摘機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
學(xué) 院： 工學(xué)院
姓 名： 丁博文
學(xué) 號(hào)： 20100969
專 業(yè)： 農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化
班 級(jí)： 農(nóng)機(jī)1001班
指導(dǎo)教師： 饒洪輝 職 稱： 副教授
2014 年 05 月
目錄
摘 要 1
Abstract 2
1 緒論 3
1.1氣吸式油茶果實(shí)采摘機(jī)構(gòu)的技術(shù)背景 3
2 氣吸式油茶果實(shí)采摘機(jī)械原理 4
2.1氣吸式油茶果實(shí)采摘機(jī)械原理分析 ........................................................................4
2.1.1果實(shí)采摘方式的選擇 4
2.1.2 氣吸式油茶果實(shí)采摘機(jī)械原理簡(jiǎn)述 4
2.2氣吸式油茶果采摘機(jī)械裝配圖分析 5
2.2.1 氣吸式油茶果實(shí)采摘機(jī)械總裝配圖 5
2.2.2 氣吸式油茶果實(shí)采摘機(jī)械三維裝配圖： 5
3.氣吸式油茶果采摘機(jī)構(gòu)部裝圖 6
3.1氣吸式油茶采摘機(jī)構(gòu)頭部部裝圖： 6
3.2氣吸式油茶果實(shí)采摘機(jī)械可伸縮機(jī)構(gòu)、拉桿組件裝配圖及其三維圖： 7
3.3電動(dòng)機(jī)的選型 10
4. 氣吸式油茶果實(shí)采摘機(jī)構(gòu)前景及總結(jié) 12
4.1 氣吸式油茶果實(shí)采摘產(chǎn)品前景 12
4.2氣吸式油茶果實(shí)采摘機(jī)械總結(jié) 13
參 考 文 獻(xiàn) 14
致 謝 15
摘 要
本課題運(yùn)用制圖軟件對(duì)油茶果實(shí)采摘器進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，便攜式采摘機(jī)械是一種為解決人們采摘高處果實(shí)難而創(chuàng)新設(shè)計(jì)的工具。包括采摘機(jī)構(gòu)、可伸縮桿機(jī)構(gòu)、真空負(fù)壓裝置、電機(jī)正反轉(zhuǎn)復(fù)位機(jī)構(gòu)和齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)并用Pro/e軟件繪制了機(jī)構(gòu)的三維圖以助理解。便攜式油茶果實(shí)采摘機(jī)構(gòu)主要采用了齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和鋁合金管可伸縮機(jī)構(gòu)，采摘高度范圍、省力、伸縮長(zhǎng)短均可調(diào)節(jié)，采摘較靈活效率高，不會(huì)對(duì)枝條和花蕾造成傷害，鋁合金管可伸縮機(jī)構(gòu)又使其質(zhì)量較輕，便于攜帶，經(jīng)投產(chǎn)和改進(jìn)后可望解決農(nóng)民朋友油茶及直徑相近果實(shí)的采摘難題，市場(chǎng)前景廣闊。
關(guān)鍵詞：油茶果實(shí)；采摘；便攜式；氣吸式
0
Abstract
This subject is to use mapping software fruit picking heads was camellia mechanism design, picking machinery is a portable solution for people picking fruit difficult and innovative design height of tools. 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 緒論
1.1氣吸式油茶果實(shí)采摘機(jī)構(gòu)的技術(shù)背景
我國(guó)是一個(gè)油茶種植大國(guó)，全國(guó)14個(gè)油茶主產(chǎn)省區(qū)現(xiàn)有2.6億畝宜林地（江西、湖南兩省分布最多），其中相當(dāng)一部分適宜種植油茶。目前油茶果實(shí)采摘方式主要為手工作業(yè)，由于油茶樹形或地形原因，果農(nóng)不得不爬上樹上或用鉤子輔助采收，效率較低且勞神費(fèi)時(shí)，同時(shí)還存在安全隱患。
在龐大而迫切的需求量面前，我國(guó)一直未能解決油茶果實(shí)采摘機(jī)械化的難題，油茶果采摘機(jī)的研制才剛剛起步，在國(guó)外雖早有油茶果采摘機(jī)械問(wèn)世，自動(dòng)化程度和工作效率也較高，但其機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性和成本門檻是我國(guó)果農(nóng)較難跨越的，可謂舶來(lái)品不符合我國(guó)國(guó)情。
1.2氣吸式油茶果實(shí)采摘機(jī)構(gòu)的作用
采用半機(jī)械化的便攜式油茶采摘機(jī)可以輕巧靈活地采摘油茶果實(shí)，效率也比手工直接采摘更高。具體體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：1.動(dòng)力方面，便攜式油茶果實(shí)采收機(jī)構(gòu)無(wú)需用力，只需一個(gè)開關(guān)自動(dòng)完成采摘；2.實(shí)用性方面，本機(jī)構(gòu)適用于低、中、高不同高度的油茶樹果實(shí)的采摘并且攜帶方便；3.經(jīng)濟(jì)性方面，制造工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，性價(jià)比高，便于推廣。
2 氣吸式油茶果實(shí)采摘機(jī)械原理
2.1氣吸式油茶果實(shí)采摘機(jī)械原理分析
2.1.1果實(shí)采摘方式的選擇
要實(shí)現(xiàn)果實(shí)采摘，可以根據(jù)原理分為吸附式、剪切式、抓拉式等類型，其特點(diǎn)比較如表1所示。
表1 各類不同工作原理的采摘機(jī)構(gòu)及特點(diǎn)
類型
優(yōu)點(diǎn)
缺點(diǎn)
氣吸式
定位要求低、動(dòng)作靈敏
需要配備真空形成裝置，笨重不方便攜帶，造價(jià)較高。
剪切式
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，對(duì)果實(shí)和枝條的傷害較小
定位要求高，效率較低，不方便收集。
抓拉式
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、效率高
對(duì)枝條和花蕾傷害稍大
通過(guò)對(duì)油茶樹性狀研究，發(fā)現(xiàn)油茶樹枝條比較脆，花蕾和果實(shí)連接較為緊密，綜合比較之后，采用氣吸式采摘原理進(jìn)行設(shè)計(jì)較為合適。
2.1.2 氣吸式油茶果實(shí)采摘機(jī)械原理簡(jiǎn)述
如下所示的機(jī)構(gòu)裝配圖，油茶果實(shí)采摘機(jī)械頭部總體分為兩個(gè)部分。即采摘部分和可伸縮部分，采摘部分和可伸縮部分詳見后面的采摘和可伸縮部分原理說(shuō)明。
首先，采摘部分由錐形采摘頭、齒輪、齒輪軸、連接體、軸承、等零件組成,并通過(guò)鉚釘固定在伸縮桿部件1上，可伸縮部分由鋁合金空心管1、2、3，套1、2、，對(duì)應(yīng)的套的螺母組成，動(dòng)力部分由電機(jī)、齒輪軸、聯(lián)軸器組成。當(dāng)機(jī)構(gòu)的頭部觸到油茶果實(shí)時(shí)，通過(guò)風(fēng)機(jī)產(chǎn)生負(fù)壓，吸住油茶果，控制電機(jī)正轉(zhuǎn)，由齒輪傳動(dòng)扭矩帶動(dòng)齒輪軸1及采摘頭旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生扭斷力，從而果實(shí)采摘完畢。
2.2氣吸式油茶果采摘機(jī)械裝配圖分析
2.2.1 氣吸式油茶果實(shí)采摘機(jī)械總裝配圖
圖2.1
1. 聯(lián)軸器 2.內(nèi)六角螺栓 3.螺母1 4.平鍵 5.齒輪 6.齒輪軸2 7.采摘頭 8.齒輪軸1 9.齒輪 10.滾動(dòng)軸承 11、滾動(dòng)體12.連接體 13.伸縮桿部件1 14.套1螺母 15.套1 16.伸縮桿部件2 17.套2螺母 18.套2 19.伸縮桿部件3 20.軟管連接管
2.2.2 氣吸式油茶果實(shí)采摘機(jī)械三維裝配圖：
圖2.2
3.氣吸式油茶果采摘機(jī)構(gòu)部裝圖
3.1氣吸式油茶采摘機(jī)構(gòu)頭部部裝圖：
圖3.1.1
圖3.1.2
3.2氣吸式油茶果實(shí)采摘機(jī)械可伸縮機(jī)構(gòu)、拉桿組件裝配圖及其三維圖：
以下兩圖是鋁合金管連接處的三維圖，其實(shí)現(xiàn)可伸縮的關(guān)鍵在于兩個(gè)連接的鋁合金管連接處有卡環(huán)，且兩個(gè)鋁合金管均為空心，直徑也是一大一小，小直徑的套在大直徑的鋁合金管里面，實(shí)現(xiàn)可伸縮功能，而鋁合金管頭部的凹下卡環(huán)槽和另一個(gè)鋁合金管凸起的卡環(huán)保證了小直徑的鋁合金管不會(huì)在伸縮過(guò)程中滑出。套在鋁合金管接口處的套制有螺紋并且開了槽，螺母旋進(jìn)時(shí)將兩個(gè)鋁合金管固定，保證剛度，要實(shí)現(xiàn)縮回功能時(shí)，只需旋開螺母，將小直徑的鋁合金管壓入大直徑的鋁合金管即可。
圖3.2.1 三維部裝圖
下圖為伸縮桿兩端接口：
圖3.2.2
圖3.2.3
3.3電動(dòng)機(jī)的選型
SL系列交流伺服電動(dòng)機(jī)型號(hào)和主要技術(shù)數(shù)據(jù)
型號(hào)
勵(lì)磁電壓V
控制電壓V
頻率
Hz
堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩N·m
空載轉(zhuǎn)速r/min
輸出功率W
機(jī)電時(shí)間常數(shù)m·s
外形尺寸 mm
總長(zhǎng)
機(jī)殼外徑
軸徑
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伺服電動(dòng)機(jī)
3.3.2、90SL55伺服電動(dòng)機(jī)
交流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是非線性的；不需要電刷和換向器，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、沒有無(wú)線電干擾等優(yōu)點(diǎn)。
SL系列交流伺服電動(dòng)機(jī)是由籠子轉(zhuǎn)子和隱極式定子兩部分組成。定子槽內(nèi)嵌以二相繞組，一相為勵(lì)磁繞組，一相為控制繞組，控制繞組分為兩半，分別引出四根線，可接成串聯(lián)或并聯(lián)，以適用于兩種電壓。
BF系列反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)和主要技術(shù)數(shù)據(jù)
型號(hào)
相數(shù)
步距
（o）
電壓
V
靜態(tài)
電流
A
額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩μN(yùn)·m
靜態(tài)力矩μN(yùn)·m
空載起動(dòng)頻率步/s
額定負(fù)載起動(dòng)頻率
步/s
外形尺寸 mm
總長(zhǎng)
機(jī)殼外徑
軸徑
70BF1-3
3
3/1.5
27
3
1000
---
---
1000
112
70
8
3.3.3、70BF1-3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)
BF系列步進(jìn)電動(dòng)機(jī)系反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，它是將脈沖指令轉(zhuǎn)換為角位移或轉(zhuǎn)速的控制電動(dòng)機(jī)，其角位移與脈沖數(shù)量嚴(yán)格成正比，改變脈沖頻率實(shí)現(xiàn)調(diào)速。它具有定位精度高，同步運(yùn)行特性好，調(diào)速范圍寬、能快速起動(dòng)、反轉(zhuǎn)和制動(dòng)等特點(diǎn)。廣泛用于開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)作執(zhí)行元件和驅(qū)動(dòng)元件。
4. 氣吸式油茶果實(shí)采摘機(jī)構(gòu)前景及總結(jié)
4.1 氣吸式油茶果實(shí)采摘產(chǎn)品前景
對(duì)于此便攜式油茶果采收機(jī)構(gòu)分析并結(jié)合具體市場(chǎng)分析可知，該機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)較巧妙，制造簡(jiǎn)單，操作方便，成本低廉，攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)可推測(cè)本產(chǎn)品的前景。目前我國(guó)油茶采收技術(shù)還比較落后，但我國(guó)油茶的產(chǎn)量又相當(dāng)可觀，而且油茶生長(zhǎng)于丘陵和山坡，這樣就給油茶果的采收工作帶來(lái)了極大的不便。采收工作必定要投入大量的人力、物力和財(cái)力，而且我國(guó)目前大部分油茶的采收都是通過(guò)人工作業(yè)，由于各方面的原因?qū)е虏墒招势毡椴桓摺?
采摘是一個(gè)重要的難題，而便攜式油茶果采收機(jī)構(gòu)的出現(xiàn)將極大的提高采收的效率，節(jié)省人力、物力和財(cái)力，給農(nóng)民帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益。目前國(guó)外暫無(wú)此類機(jī)構(gòu)的研究，國(guó)內(nèi)研究也還在起步階段，尚不成熟，而此機(jī)構(gòu)由于其可伸縮性、增力功能、攜帶方便、使用靈活等特性經(jīng)過(guò)實(shí)際投產(chǎn)和改進(jìn)之后必然會(huì)得到迅速的使用和推廣。
4.2氣吸式油茶果實(shí)采摘機(jī)械總結(jié)
此次畢業(yè)設(shè)計(jì)從采摘的方式上入手，先是考慮了剪切式采摘機(jī)構(gòu)，之后是考慮抓取式采摘，參考了油茶的一些知識(shí)，并根據(jù)自己采摘油茶的經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)油茶果實(shí)和一般的果實(shí)有不同之處。油茶樹枝條韌性大，果實(shí)主要分布在油茶樹枝條的前端，在較高的油茶樹面前使用抓拉式采摘機(jī)構(gòu)最為方便實(shí)用。又考慮到可伸縮性和增力功能，最后確定可伸縮性用鋁合金管實(shí)現(xiàn)，增力功能則由動(dòng)刀片和拉桿杠桿作用及雙滑輪的省力作用實(shí)現(xiàn)。另外考慮到自動(dòng)定位功能，動(dòng)、定刀片采用半圓形來(lái)實(shí)現(xiàn)。重點(diǎn)從定位、增力、動(dòng)力傳送和可伸縮性等方面入手，利用Pro/e和AutoCAD軟件，繪制三維圖及二維圖；結(jié)合機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)和農(nóng)業(yè)機(jī)械等知識(shí)，在饒老師的指導(dǎo)下來(lái)完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)。我發(fā)現(xiàn)真正地要設(shè)計(jì)一樣產(chǎn)品真不是一件簡(jiǎn)單的事情，從理論到實(shí)踐的轉(zhuǎn)換，設(shè)計(jì)思路理念，對(duì)課本知識(shí)的深入運(yùn)用，繪圖軟件一些高級(jí)繪圖功能都是比較難的，需要花時(shí)間。知識(shí)儲(chǔ)備太少，而且不系統(tǒng)，又沒有多少實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，我想這是我以后應(yīng)該努力的方向，也是學(xué)院加強(qiáng)這方面教學(xué)條件的契機(jī)吧。
由于油茶果實(shí)種類較多，此次設(shè)計(jì)主要是針對(duì)普通油茶，油茶果實(shí)采摘時(shí)，本產(chǎn)品只針對(duì)油茶樹較高果實(shí)的采摘，其高度適合范圍為1.8-3.6米，允許通過(guò)的最大油茶直徑為50mm。需要進(jìn)一步改進(jìn)的地方應(yīng)該是將伸縮桿改小，，使該機(jī)構(gòu)更為簡(jiǎn)單實(shí)用。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 徐灝主編，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992
[2] 楊明忠、朱家誠(chéng)主編，機(jī)械設(shè)計(jì)[M]，武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2001
[3] 曾志新、呂明主編，機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M]，武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2004
[4] 鄭文緯、吳克堅(jiān)主編，機(jī)械原理[M]，北京：高等教育出版社，1997
[5] 劉鴻文主編，材料力學(xué)[M]，北京：高等教育出版社，2004
[6] 哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室編，理論力學(xué)[M]，北京：高等教育出版社，2008
[7] 陳立德主編，機(jī)械專業(yè)英語(yǔ)[M]，上海：上海交通大學(xué)出版社，2001
[8] 于永泗、齊民主編，機(jī)械工程材料[M]，大連：大連理工大學(xué)出版社，2007
[9] 余桂英、郭紀(jì)林主編，AutoCAD2008中文版實(shí)用教程[M]，大連：大連理工大學(xué)出版社，2007
[10] 邵立新、夏素民、孫江宏等編著，Pro/ENGINEER Wildfire ４.0中文版標(biāo)準(zhǔn)教程[M]，北京：清華大學(xué)出版社，2007
[11] 馮炳、韓泰榮、將文森等編著，中國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)大典（3）[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006
致 謝
一眨眼，我已經(jīng)在美麗的江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院度過(guò)了四個(gè)年頭。四年，這是我人生中非常重要的四年。給我留下了大學(xué)生活的美好回憶，留下了一筆巨大的無(wú)形的知識(shí)財(cái)富。這必將對(duì)我今后的學(xué)習(xí)、工作、生活產(chǎn)生積極、長(zhǎng)遠(yuǎn)的幫助。感謝江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院四年來(lái)的培養(yǎng)，在此，我真誠(chéng)地向我尊敬的老師們和母校表達(dá)我深深的謝意！
畢業(yè)設(shè)計(jì)是在我的導(dǎo)師饒洪輝老師的多次指導(dǎo)下完成的。從畢業(yè)設(shè)計(jì)的選題、構(gòu)思、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到論文寫作的過(guò)程中，饒洪輝老師多次與我深入細(xì)致地探討，并給我提出切實(shí)可行的指導(dǎo)性建議。饒老師的高深精湛的造詣與嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)精神將永遠(yuǎn)激勵(lì)著我。在此，請(qǐng)?jiān)试S我向尊敬的饒洪輝老師表示真摯的謝意！
在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，也得到了許多同學(xué)的寶貴建議，在此致以誠(chéng)摯的謝意。
最后，向在百忙中抽出時(shí)間對(duì)此畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)審并提出寶貴意見的各位老師表示衷心地感謝！
衷心祝愿母校江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院的明天更加美好！自 畢業(yè)論文
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