番茄收獲機(jī)的設(shè)計(jì)【西紅柿】【說明書+SOLIDWORKS】
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16 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)
番茄收獲機(jī)的設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名 郭 毅
學(xué) 號(hào) 8031212225
所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院
專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化
班 級(jí) 16-2
指導(dǎo)老師 王紅飆
日 期 2016.05
塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院制
前 言
目前中國(guó)已成為繼美國(guó)之后世界第二大加工番茄生產(chǎn)基地，其加工番茄的種植面積約占世界總種植面積的28%。是我國(guó)最大的加工番茄生產(chǎn)基地，其具有發(fā)展加工番茄生產(chǎn)得天獨(dú)厚的農(nóng)業(yè)資源。晝夜溫差大、日照時(shí)間長(zhǎng)、干燥炎熱、病蟲害少、獨(dú)特的自然條件為大規(guī)模發(fā)展加工番茄產(chǎn)業(yè)提供了非常有利的條件，約占中國(guó)加工番茄的種植面積的80%左右。2009年番茄種植面積已達(dá)158萬畝，番茄產(chǎn)量達(dá)到744萬噸，生產(chǎn)番茄制品101.46萬噸。然而，目前的加工番茄普遍采用人工采收，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，采收費(fèi)用高，且常由于采收不及時(shí)，造成大量的加工番茄腐爛在地里，而正值的秋收季節(jié)之時(shí)，致使勞動(dòng)力極為緊缺。但經(jīng)過十幾年的發(fā)展，的“紅色產(chǎn)業(yè)”發(fā)展迅猛，產(chǎn)量逐年遞增。
大力發(fā)展番茄產(chǎn)業(yè)，加快發(fā)展步伐，就促使番茄收獲實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。番茄收獲是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，目前大都是人工采收，生產(chǎn)效率低，而番茄成熟季節(jié)與棉花成熟季節(jié)相同，由于是棉花大省，占用勞動(dòng)力很多，往往都是因?yàn)閯趧?dòng)力不足，影響了番茄的最佳成熟時(shí)節(jié)，嚴(yán)重影響了番茄的品質(zhì)，造成了一定的損失！由于進(jìn)口番茄收獲機(jī)存在價(jià)格昂貴服務(wù)周期長(zhǎng)和收費(fèi)高等問題，對(duì)我國(guó)番茄機(jī)械化采收技術(shù)的推廣和普及造成很大障礙，嚴(yán)重影響了和兵團(tuán)番茄產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。 為此，設(shè)計(jì)一種番茄收獲機(jī)，并對(duì)該機(jī)的關(guān)鍵部件進(jìn)行研制，該機(jī)可同時(shí)完成番茄秧的切割、果秧分離和輸送等工作。
關(guān)鍵詞：自走式；收獲機(jī)；番茄
目 錄
1緒論 1
1.1課題研究的意義 1
1.2國(guó)內(nèi)外葵花籽去殼機(jī)發(fā)展?fàn)顩r 1
1.3國(guó)內(nèi)外葵花籽去殼機(jī)存在的問題 1
1.4研究的內(nèi)容和方法 2
1.5預(yù)期目標(biāo) 2
1.6重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題及解決思路 2
1.7工作條件及解決方法 2
2葵花籽剝殼機(jī)總體設(shè)計(jì) 3
2.1剝殼的典型方法及剝殼機(jī)方案的選擇 3
2.2手搖式葵花籽剝殼機(jī)的結(jié)構(gòu) 3
2.3手搖式葵花籽剝殼機(jī)脫殼的原理 4
3手搖式葵花籽脫殼機(jī)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5
3.1喂料機(jī)構(gòu) 5
3.2兩膠輥軋距的計(jì)算 6
3.3機(jī)架的設(shè)計(jì)說明 6
4分選機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 6
4.1分選機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)原理 6
4.2篩子的工作分析 8
5動(dòng)力裝置的設(shè)計(jì)與選用 9
5.1增速系統(tǒng)及傳動(dòng)裝置 9
5.2葵花籽脫殼機(jī)生產(chǎn)率 10
6.軸的校核 10
6.1膠輥軸的校核 10
6.2變速箱輸入軸的校核 15
總 結(jié) 20
致 謝 21
參考文獻(xiàn) 22
塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)
1緒論
1.1課題研究的意義
目前中國(guó)已成為繼美國(guó)之后世界第二大加工番茄生產(chǎn)基地，其加工番茄的種植面積約占世界總種植面積的28%。是我國(guó)最大的加工番茄生產(chǎn)基地，其具有發(fā)展加工番茄生產(chǎn)得天獨(dú)厚的農(nóng)業(yè)資源。晝夜溫差大、日照時(shí)間長(zhǎng)、干燥炎熱、病蟲害少、獨(dú)特的自然條件為大規(guī)模發(fā)展加工番茄產(chǎn)業(yè)提供了非常有利的條件，約占中國(guó)加工番茄的種植面積的80%左右。2009年番茄種植面積已達(dá)158萬畝，番茄產(chǎn)量達(dá)到744萬噸，生產(chǎn)番茄制品101.46萬噸。然而，目前的加工番茄普遍采用人工采收，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，采收費(fèi)用高，且常由于采收不及時(shí)，造成大量的加工番茄腐爛在地里，而正值的秋收季節(jié)之時(shí)，致使勞動(dòng)力極為緊缺。但經(jīng)過十幾年的發(fā)展，的“紅色產(chǎn)業(yè)”發(fā)展迅猛，產(chǎn)量逐年遞增。
大力發(fā)展番茄產(chǎn)業(yè)，加快發(fā)展步伐，就促使番茄收獲實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。番茄收獲是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，目前大都是人工采收，生產(chǎn)效率低，而番茄成熟季節(jié)與棉花成熟季節(jié)相同，由于是棉花大省，占用勞動(dòng)力很多，往往都是因?yàn)閯趧?dòng)力不足，影響了番茄的最佳成熟時(shí)節(jié)，嚴(yán)重影響了番茄的品質(zhì)，造成了一定的損失！由于進(jìn)口番茄收獲機(jī)存在價(jià)格昂貴服務(wù)周期長(zhǎng)和收費(fèi)高等問題，對(duì)我國(guó)番茄機(jī)械化采收技術(shù)的推廣和普及造成很大障礙，嚴(yán)重影響了和兵團(tuán)番茄產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。 為此，設(shè)計(jì)一種番茄收獲機(jī)，并對(duì)該機(jī)的關(guān)鍵部件進(jìn)行研制，該機(jī)可同時(shí)完成番茄秧的切割、果秧分離和輸送等工作。
1.2國(guó)內(nèi)外番茄收獲機(jī)發(fā)展?fàn)顩r
1.2.1國(guó)外番茄收獲機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀
美國(guó)是世界上加工番茄生產(chǎn)第一大國(guó)，采用機(jī)械化收獲以后，不但促進(jìn)了番茄種植規(guī)模的擴(kuò)大，而且使番茄收獲費(fèi)用從占生產(chǎn)總費(fèi)用的50%降低到16%。種植面積的擴(kuò)大和收獲費(fèi)用的降低對(duì)提高美國(guó)番茄產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力起到了極大的促進(jìn)作用。
美國(guó)加工番茄機(jī)械化收獲與其它作物機(jī)械化收獲發(fā)展過程的最大區(qū)別是，加工番茄機(jī)械化收獲的發(fā)展充分體現(xiàn)了農(nóng)藝與機(jī)械化技術(shù)的結(jié)合；它是首先通過選育出適于機(jī)械化收獲的品種之后，才著手研制番茄收獲機(jī)的。1962年以后，適于機(jī)械化收獲的番茄品種達(dá)到成熟之后，番茄機(jī)械化收獲才逐漸得到推廣應(yīng)用。到1968年，美國(guó)加工番茄機(jī)械化收獲水平就達(dá)到了80%。
美國(guó)番茄收獲過程已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了向自走式大型化自動(dòng)化方向的發(fā)展，從早期人工輔助作業(yè)的半機(jī)械化番茄收獲機(jī)過渡到牽引式番茄收獲機(jī), 再發(fā)展裝有光電識(shí)別選果的自走式大型化收獲機(jī)。
1.3國(guó)內(nèi)外番茄收獲機(jī)存在的問題
我國(guó)研究葵花籽去殼機(jī)起步較晚發(fā)展緩慢，和發(fā)達(dá)國(guó)家相比只能望其項(xiàng)背，目前市場(chǎng)上流行的一些機(jī)具中，存在一些問題，因此，難以大范圍推廣應(yīng)用。是我國(guó)番茄主要種植地區(qū)，目前機(jī)械化程度也已越來越高，但要實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化還需要很長(zhǎng)一段時(shí)間的努力，目前番茄收獲機(jī)械化存在的問題主要有一下幾個(gè)方面：
1）番茄品種還不能完全適應(yīng)機(jī)械化收獲
2）缺乏與機(jī)械化收獲相適應(yīng)的科學(xué)種植和田間管理規(guī)范
3）缺乏機(jī)械化收獲番茄的收購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)
4）缺乏適用的番茄收獲機(jī)
5） 番茄種植戶規(guī)模較小
6）番茄收獲時(shí)間過于集中
因此，在很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，人工采摘仍將是地區(qū)番茄收獲的主要方式。相對(duì)于人工收獲來說，番茄收獲機(jī)明顯是一個(gè)良好的選擇，是既可以節(jié)約勞動(dòng)力又可以節(jié)約成本的一種機(jī)械。
1.4研究的內(nèi)容和方法
根據(jù)我國(guó)番茄收獲機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀和存在問題以及未來番茄收獲機(jī)發(fā)展要求，設(shè)計(jì)農(nóng)用番茄收獲機(jī)。農(nóng)用番茄收獲機(jī)主要由動(dòng)力輸入裝置、傳動(dòng)裝置、切割裝置、果秧分離裝置和輸送裝置組成。其中，動(dòng)力裝置是通過發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)三角帶傳遞，切割裝置將番茄秧割斷，經(jīng)由輸送帶的一系列輸送，，經(jīng)過果秧分離裝置實(shí)現(xiàn)果實(shí)和果秧的分離，最后由輸送帶進(jìn)行運(yùn)輸。通過本機(jī)能一次性完成對(duì)番茄的收獲。
先確定我國(guó)已有番茄收獲機(jī)的類型，根據(jù)已有大型番茄收獲機(jī)的原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新型的番茄收獲機(jī)，使番茄收獲機(jī)能滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的要求，也就是番茄收獲機(jī)要能工作穩(wěn)定，保證收獲率高，番茄完整率高，果秧分離效果好等優(yōu)點(diǎn)。
1.5預(yù)期目標(biāo)
（1）番茄收獲機(jī)操作方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性好，使用壽命長(zhǎng)。
（2）被分離的番茄果秧分離率高、番茄完整率高、果秧分離效果好。
（3）收獲效率高，人工勞動(dòng)量少，同時(shí)動(dòng)力上要消耗少。
（4）制造價(jià)格便宜，容易普及，能滿足農(nóng)業(yè)使用的要求。
1.6重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題及解決思路
該機(jī)動(dòng)力源于發(fā)動(dòng)機(jī)，通過帶輪、三角帶實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳輸，番茄通過采摘頭、輸送裝置、分離裝置等實(shí)現(xiàn)一次性完成對(duì)番茄的收獲。
（1）選擇合適動(dòng)力傳遞方式，設(shè)計(jì)工作裝置和傳動(dòng)裝置。
（2）運(yùn)用Auto CAD軟件，繪制二維零件圖和裝配圖。
（3）利用有限分析和Solidworks進(jìn)行虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)，完成整機(jī)各零部件的三維建模。
1.7工作條件及解決方法
塔里木大學(xué)位于南疆中心位置，校內(nèi)有實(shí)習(xí)工廠、土槽實(shí)驗(yàn)室、農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等，設(shè)計(jì)條件較好，為項(xiàng)目開展提供了場(chǎng)地和基本條件。校內(nèi)擁有優(yōu)良的硬件環(huán)境，機(jī)械電氣化工程學(xué)院擁有先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和機(jī)械加工制造設(shè)備，并且?guī)熧Y力量雄厚，完全可以滿足番茄的工作條件。
2果秧分離的典型方法及果秧分離機(jī)構(gòu)方案的選擇
2.1梳齒式分離機(jī)構(gòu)
如下圖2-1所示，這是一種強(qiáng)制性分離機(jī)構(gòu)，當(dāng)機(jī)器沿行壟行駛時(shí)，梳齒插入番茄秧莖，強(qiáng)制 性地把果實(shí)從果枝上捋下來，實(shí)現(xiàn)果實(shí)與莖桿的分離。該機(jī)型的分離過程對(duì)西紅柿果實(shí)帶來很大損傷，并且它只是把果實(shí)分下來，莖稈仍長(zhǎng)在地里，除去他們還需要其他后續(xù)的工作。
圖2-1 從動(dòng)梳齒式果秧分離裝置
2.2滾筒式分離機(jī)構(gòu)
如圖2-2所示，果秧被送至傾斜的滾筒式分離裝置中，滾筒通過回轉(zhuǎn)，對(duì)西紅柿果秧進(jìn)行多次起落摔打，從而使果實(shí)脫落，實(shí)現(xiàn)果實(shí)的分離。該分離機(jī)構(gòu)在進(jìn)行果秧分離的過程中無法保證分離的效果，當(dāng)滾筒回轉(zhuǎn)速度過快或過慢時(shí)，分離效果都不理想。轉(zhuǎn)速過慢，分離不完全；過快時(shí)被分離下來的果實(shí)來不及落下，與番茄秧一塊被拋甩在田地里，造成收獲損失。
圖2-2 滾筒式分離裝置
2.3摘果器式分離機(jī)構(gòu)
如圖2-3所示，先由收獲機(jī)把整株番茄莖秧拔出來，固定在輸送帶上，再由分離機(jī)構(gòu)敲打植株，使植株振動(dòng)。依據(jù)果實(shí)質(zhì)量集中同時(shí)慣性較大的特點(diǎn)，使果實(shí)脫落，從而實(shí)現(xiàn)果實(shí)的分離。該機(jī)構(gòu)果莖分離的工序過多，果實(shí)分離結(jié)束還要將莖秧取下。生產(chǎn)率過低，不符合高效率作業(yè)的要求。
圖2-3 摘果實(shí)分離裝置
2.4振動(dòng)分離機(jī)構(gòu)
振動(dòng)分離機(jī)勾大多為轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，保證單向轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，來實(shí)現(xiàn)速度大小的周 期性變化。通過速度大小變化產(chǎn)生的慣性力，將西紅柿果實(shí)甩落下來。因此可以通過改變轉(zhuǎn)速變化的快慢，來實(shí)現(xiàn)不同的分離效果，同時(shí)可以很方便地實(shí)現(xiàn)連續(xù)作業(yè)。這種機(jī)型在番茄聯(lián)合收獲機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛。由意大利 FMC 公司所生產(chǎn)的 SZ 系列的西紅柿收獲機(jī)上的果秧分離機(jī)構(gòu)就屬于此類。該分離機(jī)構(gòu)包括分離滾筒和分離驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。分離彈齒結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過它撥動(dòng)西紅柿莖秧，分離驅(qū)動(dòng) 機(jī)構(gòu)則是彈齒滾筒的動(dòng)力源， 用來帶動(dòng)滾筒的旋轉(zhuǎn)，滾筒以變化的速度進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng) 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)西紅柿果秧的拋甩。西紅柿果秧通過拋甩作用，果實(shí)分離下來落到果實(shí)輸送帶上，輸送到集果器中。而果秧通過拋秧鏈拋灑到田間。
2.5鍵式果實(shí)分離器
如圖2-4所示，該分離裝置由10個(gè)鍵體連接成兩組，利用鍵和曲柄形成平行四桿裝置，鍵上各桿均做半徑相同的圓周運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)分離。這種機(jī)型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，生產(chǎn)效率低，沒有得到廣泛應(yīng)用。
圖2-4 鍵式果實(shí)分離器
2.6果實(shí)分離裝置方案的選擇
經(jīng)過方案的比較及選擇，在設(shè)計(jì)要求內(nèi)能夠滿足設(shè)計(jì)的要求條件，本文設(shè)計(jì)了一中能夠適應(yīng)番茄種植模式的梳齒滾筒分離裝置，同時(shí)對(duì)該裝置主要的結(jié)構(gòu)參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行了參數(shù)化設(shè)計(jì)。
3番茄分離裝置的總體設(shè)計(jì)
3.1番茄種植模式及物理機(jī)械特性
3.1.1 番茄果實(shí)在莖葉中狀態(tài)分析
在番茄收獲過程中，一般采取收獲機(jī)切割組件將番茄果秧從根部切除，然后將切除后的果秧輸送至分離機(jī)構(gòu)進(jìn)行分離。切斷主莖稈后的番茄果秧或是以果實(shí)單體的形式夾雜于莖葉中，或是連接在側(cè)枝上，其中連接側(cè)枝的果實(shí)是需要分離的對(duì)象。機(jī)械收獲時(shí)，切斷主莖桿后的番茄果秧不是定向輸送給分離裝置，果實(shí)相對(duì)于莖稈、葉子、分離器的位置不同，果實(shí)與側(cè)枝的連接強(qiáng)度也不同，果實(shí)的存在狀態(tài)有以下幾種情況：
（a）處于物料最下層的番茄果實(shí)可能存在的狀態(tài)，果實(shí)自由懸掛在側(cè)枝上；
（b）處于物料中間層的果實(shí)屬于這種情況，果實(shí)掛在側(cè)枝上，受到葉層和莖稈的作用，在一個(gè)垂直方向上受到約束；
（c）果實(shí)掛在側(cè)枝上，被葉層和莖稈夾住，處于物料中間層的果實(shí)可能存在的狀態(tài)；
（d）處于物料上層的果實(shí)主要屬于這種情況，果實(shí)在莖稈和葉層的上部。
3.12 加工番茄的種植模式
加工番茄植株被收獲機(jī)割臺(tái)切割后，通過輸送裝置送至分離裝置，在分離裝置中完成果秧分離， 分離裝置的阻秧板，柵格間距等基本設(shè)計(jì)參數(shù)依據(jù)來源植株特性，故需對(duì)加工番茄的植株相關(guān)特性進(jìn)行測(cè)量，實(shí)測(cè)加工番茄植株的主莖桿直徑和高度、植株重量、側(cè)枝直徑和長(zhǎng)度、果實(shí)數(shù)量等參數(shù)，加工番茄的種植主要有兩種滴灌機(jī)械采收栽培模式：
（1）寬窄行間距 100cm+40cm，1膜1管布置，滴灌帶間距 1.4m；
（2）寬窄行間距 80cm+40cm，1 膜 1 管布置，滴灌帶間距 1.52m；
（3）株距為35～40cm。
這兩種栽培模式的窄行滴灌帶距均為20cm，以利于水的測(cè)向滲透并使水及早被番茄根系吸收利用，中間行距為100cm 或 120cm 的行距有利于番茄收獲機(jī)的行走。根據(jù)番茄品種的生長(zhǎng)特性，對(duì)長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)或密度大的品種選用1.52m 滴灌帶間距，長(zhǎng)勢(shì)稍弱的品種選用1.4m滴灌帶間距，調(diào)研中發(fā)現(xiàn)還有部分地塊采用寬窄行間距為80cm+40cm。
圖3-1 加工番茄植株形態(tài)
3.1.2 加工番茄果實(shí)形狀，單果重
測(cè)量加工番茄果實(shí)的直徑、長(zhǎng)度是為了設(shè)計(jì)出與其相適應(yīng)的采摘機(jī)構(gòu)，提升加工番茄的采收效果。通過采樣測(cè)得里格爾 87-5，石紅20，屯河41的果實(shí)形狀和單果重，采集數(shù)據(jù)各 100 個(gè)。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖 3-2 所示：其結(jié)果平均值如表3-1所示：
(a)里格爾87-5果實(shí)形狀
(b)石紅20果實(shí)形狀
(c)屯河41果實(shí)形狀
(d)三種果實(shí)形狀
圖3-2不同果實(shí)形狀參數(shù)
表3-1 加工番茄果實(shí)形狀及單果重
品種
單果質(zhì)量/g
縱徑/mm
橫徑/mm
最大
最小
平均
最大
最小
平均
最大
最小
平均
里格爾87-5
131
15.1
62.47
90.71
24.06
50.09
79.48
21.39
45.12
石紅20
101.24
30.28
60.76
90.73
30.23
55.48
80.33
38.25
48.29
屯河41
96.47
25.35
70.91
80.58
25.38
50.08
74.36
22.54
42.45
由以上圖表可知：
(1)里格爾 87-5 的果實(shí)縱徑主要范圍為45～70mm，平均縱徑為52mm；橫徑主要范圍為40～60mm，平均橫徑為 45mm；
(2)石紅 20 的果實(shí)縱徑主要范圍為45～60mm，平均縱徑為55mm；橫徑主要范圍為40～55mm，平均橫徑為48mm；
(3)屯河 41的果實(shí)縱徑主要范圍為45～60mm，平均縱徑為50mm；橫徑主要范圍為35～50mm，平均橫徑為 42mm；
(4)里格爾87-5的單果重62g 左右，石紅20 的單果重為60g 左右，屯河41的單果重為70g 左右。
3.2 加工番茄破壞靜載荷的測(cè)量
為了減少番茄收獲過程引起的含雜率和破損率，對(duì)加工番茄的果實(shí)生物力學(xué)特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。利用拉壓力試驗(yàn)臺(tái)，如圖。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括：
(1)測(cè)量不同大小加工番茄果實(shí)的分離力；
(2)平均果實(shí)大小在不同拉伸角度下的分離力；
(3)測(cè)量最大果實(shí)的分離力。
加工番茄果實(shí)與莖稈的分離力是指果實(shí)與莖稈分開所需的拉力，其大小反映果實(shí)與莖稈之間的連接強(qiáng)度，也直接反映果莖分離的難易程度。
圖3-3單果重 75g加工番茄在不同拉伸角度下的分離力
由圖知在垂直拉伸時(shí)分離力最大為25N左右。
3.3加工番茄破壞靜載荷的測(cè)量
為了減少加工番茄收獲過程中的含雜率和破損率，有必要對(duì)加工番茄的果實(shí)生物力學(xué)特性進(jìn)行考察。利用拉壓力試驗(yàn)臺(tái)，對(duì)加工番茄的果皮和表皮進(jìn)行了拉伸試驗(yàn)和整進(jìn)行靜態(tài)載荷下的壓縮力學(xué)特性試驗(yàn)，如圖3-4。
圖3-4 加工番茄整果靜載荷下的壓縮特性
由圖可知，加工番茄的靜載壓縮力是不同的，但其最小破壞力為 100N 左右。
3.4梳齒滾筒式分離裝置的設(shè)計(jì)
3.4.1圖 3-5 所示為滾動(dòng)梳齒式分離裝置試驗(yàn)臺(tái)
梳齒滾筒式分離機(jī)構(gòu)是果秧分離裝置的核心部件，主要由滾筒主軸、分離滾筒、分離彈齒、傳動(dòng)輪等零件組成。被割臺(tái)切割的果秧由輸送帶6 輸送至果秧分離裝置，通過滾筒的作用，番茄進(jìn)行果秧分離，分離后的番茄果實(shí)從格柵落下進(jìn)入下面果實(shí)輸送帶；剩余果秧被滾筒彈齒拋出。
1.撥桿 2.擋板 3.傳動(dòng)輪 4.格柵 5.機(jī)架 6.輸送帶 7.滾筒 8.梳齒
圖3-5
3.4.2分離滾筒的設(shè)計(jì)
分離滾筒是果秧分離裝置的主體，滾筒的直徑和長(zhǎng)度決定著分離轉(zhuǎn)速和工作效率等工作參數(shù)，其直徑還間接影響了分離彈齒的長(zhǎng)度范圍，因此，對(duì)其直徑和長(zhǎng)度的確定具有一定意義。目前現(xiàn)有的適合機(jī)械采收的加工番茄種植模式為寬窄行40cm +80cm，株距35 ～40 cm，國(guó)外進(jìn)口的番茄收獲機(jī)生產(chǎn)率為20～35t/h,機(jī)車行走速度為1.5～3km/h。本裝置設(shè)計(jì)所配套機(jī)車行走速度為 2.5 km/h，滾筒轉(zhuǎn)速范圍由下式確定：2πna≥2.5km/h≈7m/s（式中，n 為滾筒轉(zhuǎn)速，r/s，a 為撥桿長(zhǎng)度與滾筒半徑之和，m。）設(shè)計(jì)滾筒的半徑為 180mm，材料選擇為鋼，長(zhǎng)度為 1600mm。
3.4.3分離彈齒撥桿的設(shè)計(jì)
分離彈齒是分離果秧的主要部件，其直接作用在果秧上，因此，彈齒的形狀和分布為設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。根據(jù)目前已有分離彈齒的造型和田地采集的番茄果秧的尺寸以及番茄果實(shí)尺寸，該分離撥桿采用直徑為12mm的冷拔鋼筋（外涂橡膠層）。撥桿間距為 82mm。分離彈齒與滾筒相結(jié)合，根據(jù)滾筒半徑確定彈齒的長(zhǎng)度為 350mm。撥桿與滾筒采用焊接的連接方式。
3.5 番茄果秧分離機(jī)構(gòu)工作原理
果秧分離機(jī)構(gòu)工作時(shí)，滾筒與傳動(dòng)輪由發(fā)動(dòng)機(jī)輸出力，兩者轉(zhuǎn)動(dòng)，撥桿的端部插入格柵之間的柵條間隙，格柵上有果秧時(shí)插入果秧中間，另一端部插入梳齒的柵條間隙以防止果秧纏繞撥桿。撥桿轉(zhuǎn)動(dòng)起到向后輸送果秧的作用；撥桿由傳動(dòng)輪傳動(dòng)不斷旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為n，撥桿質(zhì)量為m，長(zhǎng)度為R，這種旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的力F作用在果秧上，實(shí)現(xiàn)番茄果實(shí)與果秧的分離。由于番茄的直徑小于格柵間的間隙，大部分番茄被捋下來掉入下面的番茄輸送帶進(jìn)而傳送。
撥桿對(duì)番茄的力F
得
設(shè)撥桿不是最低點(diǎn)打到番茄而是能擊打到的最高點(diǎn)擊打番茄
則撥桿對(duì)番茄的力F1
得
由前文可知番茄最大分離力為25N，最小破壞強(qiáng)度為100N。所以番茄在果秧分離時(shí)能夠滿足果秧分離切不傷害果實(shí)。
4 傳送裝置的設(shè)計(jì)
4.1 切割撿拾裝置
根據(jù)我國(guó)番茄種植現(xiàn)狀,在國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)調(diào)研的基礎(chǔ)上,充分考慮到各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),我與導(dǎo)師經(jīng)過討論提出兩種番茄收獲機(jī)割臺(tái)設(shè)計(jì)方案。
方案一圓盤式割刀切斷植株,利用圓盤式割刀切割番茄莖桿,圓盤式割刀的運(yùn)動(dòng)是刀盤的水平旋轉(zhuǎn)與機(jī)器前進(jìn)運(yùn)動(dòng)所合成的。刀片某一點(diǎn)對(duì)地面的軌跡為余擺線,刀片刃線對(duì)地面所掃過的面積為余擺帶,其帶寬與刃部長(zhǎng)度相近似。但是固定盤式割刀功耗大、使用不方便甩刀回轉(zhuǎn)式割刀果實(shí)損失較多,使用不夠經(jīng)濟(jì)。
方案二往復(fù)割刀切斷植株,經(jīng)輸送鏈輸送莖桿,割臺(tái)配置分禾器,輸送帶,結(jié)構(gòu)緊湊,碎莖桿容易收集。
本設(shè)計(jì)采用第二種切割裝置。
4.2機(jī)架的總成設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
考慮番茄種植的模式,各部分在安裝過程中尺寸合理,割臺(tái)寬度為1200mm。機(jī)架要具有一定的強(qiáng)度和韌性,即要防止斷裂又要防止彎曲變形,所以選擇中碳鋼,初步定機(jī)架的材料為45號(hào)鋼。45號(hào)鋼的焊接性能不太好,焊接材料應(yīng)當(dāng)選用低氫焊接材料,抗裂性也較高,焊條的型號(hào)選用J422。與牽引連接的部件采用鋼板剪切彎曲得到,方型鋼管采用無縫鋼管焊接。
機(jī)架的計(jì)算：
求梁上的載荷：
首先根據(jù)梁的結(jié)構(gòu)圖作出梁的計(jì)算,因?yàn)樵诠ぷ鬟^程中受到的扭矩很小,在計(jì)算過程中不考慮,從應(yīng)力集中對(duì)一方鋼疲勞強(qiáng)度的影響看,截面處引起的應(yīng)力集中最為嚴(yán)重,對(duì)此處應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度校核?？箯澖孛嫦禂?shù)
截面處的彎矩
料為號(hào)鋼,查得
因?yàn)榉戒摮叽缱兓淮?取
尺寸系數(shù)
表面未加工,表面質(zhì)量系數(shù)為
可知碳鋼的特性系數(shù)
取
計(jì)算安全系數(shù)的值：
4.3往復(fù)性割刀的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)總成設(shè)計(jì)
4.3.1收獲機(jī)的切割裝置分為回轉(zhuǎn)式和往復(fù)式兩種?；剞D(zhuǎn)式切割器切割能力較強(qiáng), 切割后的果秧容易集束。但圓盤割刀直徑的限制，工作幅寬較窄，同時(shí)機(jī)車行走速度較慢，生產(chǎn)率較低，因此，實(shí)際生產(chǎn)中使用較少。往復(fù)式切割器包括動(dòng)刀片和定刀片兩刀片， 利用動(dòng)刀片相對(duì)于定刀片作往復(fù)的剪切運(yùn)動(dòng)，將番茄果秧剪斷。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠。不需要過高的切割速度，適用于不同割幅和行距的植株切割，不會(huì)漏割。切割過程:使用齒刃形狀的動(dòng)刀片和齒尖形狀的定刀片,齒刃動(dòng)刀片的齒尖首先扎入莖稈表皮,咬住莖稈，由于齒距遠(yuǎn)小于番茄莖稈直徑，因此幾把利齒同時(shí)扎入莖稈，因此剪切穩(wěn)定。如圖所示割刀：
圖4-1 往復(fù)性割刀
往復(fù)式切割器由動(dòng)刀、壓刃器、摩擦器、刀桿和定刀片等組成。切割時(shí),定刀片對(duì)莖稈起支撐作用，動(dòng)刀由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng),做往復(fù)運(yùn)動(dòng),使動(dòng)刀片和定刀片構(gòu)成穩(wěn)定的剪切副。動(dòng)刀由許多齒刃刀片鉚在刀桿上,刀桿背和動(dòng)刀片背貼抵在摩擦片上,用來保持穩(wěn)定的往復(fù)運(yùn)動(dòng)和防止過度磨損,如果摩擦片磨損后,可以將其前移或者是更換。
4.3.2
圖4-2 割刀傳動(dòng)裝置
割刀傳動(dòng)裝置由傳動(dòng)桿，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，軸組成。軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)做圓周運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)傳動(dòng)桿做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。
4.4 割刀運(yùn)動(dòng)和速度分析
為了使切割器得到往復(fù)運(yùn)動(dòng),可以采用不同的傳動(dòng)系統(tǒng),如曲柄連桿機(jī)構(gòu)、擺環(huán)機(jī)構(gòu)、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和曲柄搖桿機(jī)構(gòu),根據(jù)木課題的割臺(tái)傳動(dòng)布置要求,選用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。以其驅(qū)動(dòng)的往復(fù)式切割器動(dòng)刀片的運(yùn)動(dòng),為一近似的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。動(dòng)刀片刃口上任意點(diǎn)的位移x、速度和加速度都是變值,分別為
式中————曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度（rad/s）；
————曲柄從極左點(diǎn)a轉(zhuǎn)過的時(shí)間（s)。
圖4-3 動(dòng)刀片運(yùn)動(dòng)圖解
由式可知,動(dòng)刀片的運(yùn)動(dòng)速度和它的位移是一橢圓方程式關(guān)系：
上式表明動(dòng)刀片刃口上某點(diǎn)的速度是按照橢圓曲線規(guī)律變化。當(dāng)，某點(diǎn)正處于中點(diǎn)位置，為最大值；當(dāng)時(shí)，某點(diǎn)正處于極左位置或極右位置。
圖4-4 動(dòng)刀片受力分析圖
一般用動(dòng)刀片的平均速度表示動(dòng)刀片的切割速度。但實(shí)際上剪切植株是在動(dòng)刀片和定刀片刃口開始相遇時(shí)的點(diǎn)至離開時(shí)的點(diǎn)這段距離內(nèi),因此實(shí)際的剪切速度都大于平均速度。動(dòng)刀的平均速度、始切速度、終切速度、平均剪切速度的計(jì)算公式分別為：
式中 ——曲柄半徑；
——曲柄轉(zhuǎn)速；
——切割行程；
、——分別是動(dòng)刀片的底寬和頂寬；
——定刀片的寬度；
——曲柄由始切點(diǎn)到終切點(diǎn)轉(zhuǎn)過的角度。
切割器工作時(shí),動(dòng)刀一面作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng),一面隨機(jī)器前進(jìn),其絕對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡是兩者的合成。用作圖法畫出動(dòng)刀片絕對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡形成切割圖,用以分析切割器的工作過程。割刀的平均速度與機(jī)器前進(jìn)速度之間有一種關(guān)系稱之為切割速比,用公式計(jì)算：，
式中： ——?jiǎng)拥镀谐蹋?
——凸輪曲柄轉(zhuǎn)速。
切割速比對(duì)切割性能影啊較大,番茄莖桿的收割可在1.11--1.66之間選取,常以1.33較為合適。一般說速比大,漏割區(qū)減少,重割區(qū)增加,無用功增加；反之漏割區(qū)增加,重割區(qū)減少。在切刀往復(fù)頻率一定時(shí),影響切割速比值的因素主要是機(jī)器前進(jìn)速度,據(jù)實(shí)驗(yàn)計(jì)算的結(jié)果,認(rèn)為較好,標(biāo)準(zhǔn)切割區(qū)較大,重割區(qū)和漏害區(qū)都較小。
往復(fù)式切割器的工作質(zhì)量跟切割速度與機(jī)組前進(jìn)速度的速比有密切關(guān)系。往復(fù)切割速度是指平均速度,平均速度越高,切割性能越好。但過高的切割速度是不可取,因?yàn)闀?huì)使整個(gè)機(jī)組產(chǎn)生較大的振動(dòng),不但增加了機(jī)組功率的消耗,而且會(huì)加速零件的磨損與破壞。經(jīng)過理論計(jì)算和試驗(yàn),速比在0.8--2.2范圍內(nèi)時(shí),工作質(zhì)量比較理想,故本設(shè)計(jì)確定切割速度為。
總 結(jié)
此次設(shè)計(jì)的任務(wù)是完成番茄收獲機(jī)的設(shè)計(jì)。這是我們?cè)诖髮W(xué)期間所進(jìn)行的一次非常全面的設(shè)計(jì)，為自己在大學(xué)四年所學(xué)習(xí)知識(shí)的全面總結(jié)和鞏固，使我們初步了解和掌握做設(shè)計(jì)的基本步驟、基本方法，通過本環(huán)節(jié)把我們?cè)诖髮W(xué)期間所學(xué)課程中所獲得的理論知識(shí)在設(shè)計(jì)實(shí)踐中加以綜合運(yùn)用，把大學(xué)四年來所學(xué)的知識(shí)貫穿起來，使理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)踐密切的結(jié)合起來，為我將來的實(shí)際工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
這是一個(gè)非常全面而系統(tǒng)的設(shè)計(jì)題目，非常鍛煉人。從方案的論證到最終的設(shè)計(jì)，涉及的領(lǐng)域包括：機(jī)械制圖，機(jī)械原理，工程材料，機(jī)械設(shè)計(jì)等等。通過設(shè)計(jì)實(shí)踐，提高我計(jì)算、制圖能力；使我們能熟練地應(yīng)用有關(guān)參考資料、計(jì)算圖表、手冊(cè)、圖集、規(guī)范，熟悉有關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)械方面知識(shí)得到系統(tǒng)的鞏固和提升。在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的同時(shí)，我還學(xué)到了許多新的知識(shí)，如Solidworks，CAD2007的使用和WORD、POWERPOINT等軟件的應(yīng)用。
我深刻的認(rèn)識(shí)到，要想成為一名合格的工程設(shè)計(jì)人員只是掌握本專業(yè)的知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，應(yīng)該具有更加淵博的知識(shí)，如應(yīng)該對(duì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用，農(nóng)產(chǎn)品的特性，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀等各個(gè)方面能力進(jìn)行加強(qiáng)。
在設(shè)計(jì)過程中也曾遇到很多的問題，但通過查閱相關(guān)的書籍、手冊(cè)以及老師的精心指導(dǎo)，都得到了解決，設(shè)計(jì)過程基本順利完成。
致 謝
時(shí)光匆匆如白駒過隙，四年的大學(xué)生活轉(zhuǎn)眼間接近尾聲。四年的求學(xué)生涯在親人的支持和朋友的陪伴下過的豐富多彩，不僅如此也收獲頗豐。
首先感謝我的畢業(yè)指導(dǎo)老師王洪飆老師，他認(rèn)真負(fù)責(zé)，學(xué)識(shí)淵博，從選定畢業(yè)設(shè)計(jì)題目到設(shè)計(jì)進(jìn)行，他給了我悉心的指導(dǎo)，如果沒有老師的指導(dǎo)我完成論文必定困難重重。雖然辛苦，但也算是順利完成，比起成就感，更多的還是感慨，感覺四年的大學(xué)生活也要隨著畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成而畫上了句點(diǎn)。由于自身能力的限制，設(shè)計(jì)中自然也有很多不盡人意的地方，但做一件事情，重要的不是結(jié)果，而是要享受這個(gè)過程，真的是不親自去做一件事情，就永遠(yuǎn)不會(huì)理解其中的心酸與樂趣，雖然只有短短近一萬字的論文，卻感覺是把大學(xué)四年又重新過了一遍，總之就是感慨多多吧。畢業(yè)設(shè)計(jì)，也許是我在塔里木大學(xué)所上交的最后一個(gè)作業(yè)了。我也想在這里感謝四年以來給我?guī)椭乃欣蠋熀屯瑢W(xué)們，能與你們相識(shí)相知是我最珍貴的財(cái)富，也將是我回憶里最不可磨滅的一部分。
大學(xué)四年，不光是學(xué)習(xí)了知識(shí)，更多的還是一種思想上的升華，付出了很多，但也收獲了更多。為人處世的道理，遇到困難時(shí)的不退縮，都會(huì)成為以后人生道路上的指南針，指引著我前進(jìn)，也是我以后可以拿來回味再三的生活感受。
最后在這兒祝福大學(xué)里風(fēng)雨同舟的兄弟姐妹和良師們，愿未來絢爛繽紛。
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