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13屆畢業(yè)設(shè)計(jì)
彈指式小型紅棗撿拾機(jī)
設(shè)計(jì)說明書
學(xué)生姓名 聶 劍
學(xué) 號(hào) 8031209225
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) 13-2
指導(dǎo)教師 范修文
日 期 2013.05
塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院制
前 言
紅棗是我國廣泛種植的特色林果，其種植面積和產(chǎn)量占全世界的 99％。紅棗中含有豐富的蘆丁、環(huán)磷酸腺苷，能夠防止和治療心腦血管疾病，具有抗過敏作用，抑制癌細(xì)胞生長并促進(jìn)癌細(xì)胞轉(zhuǎn)化成正常細(xì)胞的功能，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值和藥用價(jià)值極高。地處歐亞大陸腹地，干旱少雨，日照長，光熱資源豐富，晝夜溫差大，適宜栽培品質(zhì)優(yōu)良、產(chǎn)量高的紅棗。近年來，紅棗的種植面積不斷增長，目前紅棗的種植面積近26.7萬平方千米。但紅棗的收獲主要依賴于人工，勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、成本高，且收獲季節(jié)多與棉花等其它經(jīng)濟(jì)作物收獲期重合，導(dǎo)致雇工極其困難，不能適時(shí)收獲，造成不必要的損失。隨著紅棗規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，依靠人工收獲已不能滿足紅棗產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的需求，實(shí)現(xiàn)紅棗機(jī)械化收獲已是紅棗產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞：紅棗；機(jī)械化；采收
目 錄
1緒論 1
1.1課題研究的意義 1
1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀及分析 1
1.3.研究的內(nèi)容和方法 2
2彈指式紅棗撿拾機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2
2.1總體設(shè)計(jì)方案 2
2.2各個(gè)主要部件的結(jié)構(gòu)示意圖及其功能 3
2.2動(dòng)力的選擇 5
2.3設(shè)計(jì)要求 5
2.4設(shè)計(jì)方案 5
3彈指式紅棗撿拾機(jī)的零件設(shè)計(jì) 5
3.1 計(jì)算撿拾棍帶輪直徑及轉(zhuǎn)速 5
3.2 V帶的選取 6
3.3 V帶線速度的檢驗(yàn) 7
3.4 計(jì)算中心距及基準(zhǔn)長度 7
3.5計(jì)算A型普通v帶根數(shù) 8
3.6求作用在帶輪軸上的壓力 8
3.7計(jì)算帶傳動(dòng)作用在軸上的力（簡稱壓軸力） 9
3.8 撿拾裝置帶輪結(jié)構(gòu)參數(shù) 9
3.9撿拾裝置軸與齒輪的計(jì)算 10
總結(jié) 16
致 謝 16
參考文獻(xiàn) 18
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
據(jù)史料記載，棗是原產(chǎn)中國的傳統(tǒng)名優(yōu)特產(chǎn)樹種。經(jīng)考古學(xué)家從新鄭斐李崗文化遺址中發(fā)現(xiàn)棗核化石，證明棗在我國已有8000多年歷史。
隨著紅棗的種植面積的增加，紅棗的機(jī)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(jìn)入盛果期后, 水果采收作業(yè)將會(huì)出現(xiàn)因勞動(dòng)力短缺、采收不及時(shí)，而直接影響果品質(zhì)量和造成大量損失的問題。這是因?yàn)?，水果采摘是一?xiàng)勞動(dòng)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；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(xiàng)費(fèi)時(shí)、費(fèi)工、費(fèi)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(shí)，必須要依靠機(jī)械化來提高采摘效率。彈指式紅棗收獲機(jī)械的研究，就是針對(duì)疆內(nèi)紅棗的采摘要求自主研發(fā)的采摘機(jī)械，紅棗的機(jī)械化收獲對(duì)提高收獲效率, 降低收獲作業(yè)成本, 做到適時(shí)收獲, 提高采凈率都有很大的幫助。
1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀及分析
根據(jù)全國各地調(diào)查資料顯示，目前我國的水果機(jī)械化還只是停留在節(jié)水滴灌、灌溉施肥一體化、包裝保鮮等有限的幾個(gè)工序上，在清洗、分級(jí)中偶有使用，而水果采摘機(jī)械還是很少。我國的水果采摘機(jī)械種類很少，大型的機(jī)械化設(shè)備使用率很低，只有少量的半自動(dòng)機(jī)械在使用。
到本世紀(jì)初，我們國家雖然紅棗的種類很多，種植面積大。但是對(duì)于機(jī)械化采摘紅棗的技術(shù)還是比較少，機(jī)械化作業(yè)水平很低，需要注入新的采摘機(jī)械。
農(nóng)墾科學(xué)院機(jī)械裝備研究所研制的紅棗收獲機(jī)。這是首臺(tái)用于紅棗采摘的收獲機(jī)。該機(jī)全稱是“4YS－24紅棗收獲機(jī)”，使用東方紅400型拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)；機(jī)械手臂在液壓控制操作下，可以上下、左右、前后、高低靈活運(yùn)動(dòng)，準(zhǔn)確地鉗住紅棗樹干并進(jìn)行低頻振動(dòng)。大型的采摘機(jī)械多為震搖式，震搖式采摘采摘時(shí)沒有選擇性，容易把樹枝樹葉等搖落，不適用于采摘高大的紅棗樹[1]。
國外對(duì)水果機(jī)械化收獲技術(shù)的研究較多，機(jī)械采收在美國、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(jī)采量較大的果樹作物有蘋果、葡萄、甜橙、桃、李、杏、櫻桃、越桔、油橄欖、核桃、扁桃等。他們采用的機(jī)械收獲方法主要有：震搖法、梳刷法、撞擊法、水力法、半機(jī)械化采收等方法[2]。但是，針對(duì)紅棗收獲的采摘機(jī)械比較少。
對(duì)于紅棗撿拾機(jī)可以參考打瓜的撿拾裝置[3]。國外的打瓜撿拾裝置的結(jié)構(gòu)主要有幾種，一種是根據(jù)打瓜長度設(shè)計(jì)的臂架結(jié)構(gòu)的收割撿拾器，前進(jìn)作業(yè)時(shí)上下浮動(dòng)將打瓜從地上檢起，進(jìn)人輸送裝置；第二種是圓盤狀的結(jié)構(gòu)，根據(jù)打瓜的大小在圓盤兩側(cè)加裝斜凸出的擋板，在工作時(shí)利用擋板和圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的慣性力將打瓜撿拾起；另外一種結(jié)構(gòu)是一種圓筒型式的撿拾裝置，根據(jù)打瓜的大小在圓筒外壁上加裝幾塊板狀或棍狀的挑撥齒結(jié)構(gòu)，工作時(shí)，圓筒旋轉(zhuǎn)，附帶著挑撥齒做圓周運(yùn)動(dòng)，靠慣性力將打瓜撿拾起來送人輸送裝置，同這兩種結(jié)構(gòu)相似之處是根據(jù)打瓜大小設(shè)計(jì)的圓筒型結(jié)構(gòu)內(nèi)凹的裝置。在后期的發(fā)展中，撿拾裝置的結(jié)構(gòu)由原來的檔板式的撿拾板改進(jìn)為柵欄狀的結(jié)構(gòu)，靠撿拾輥和擋板撿拾打瓜[4]。
國內(nèi)的打瓜撿拾裝置的結(jié)構(gòu)，一種是機(jī)架中部的滾筒上均布設(shè)置拾瓜裝置；另一種是在撿拾輥上均布扎瓜齒型結(jié)構(gòu)，打瓜撿拾起來之后由后面的瓜齒分離器將打瓜和齒輥分開，打瓜進(jìn)入輸送裝置。從結(jié)構(gòu)上分析，打瓜機(jī)結(jié)構(gòu)由靠慣性力撿拾的刮板型和夾持型向檢拾輥上加裝扎瓜齒型發(fā)展，由于扎瓜齒能夠?qū)⒐侠卫卧5]。
1.3國內(nèi)外紅棗撿拾機(jī)械的存在的問題
首先，現(xiàn)在國內(nèi)的紅棗收獲機(jī)暫還在發(fā)展階段，把紅棗從棗樹上震搖下來現(xiàn)在可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械作業(yè)，但是在紅棗落地以后主要還是依靠人工撿拾，這樣的不利因素是在人工緊缺的時(shí)候紅棗不能及時(shí)收獲入庫并進(jìn)行加工，會(huì)造成果品品質(zhì)大幅下降，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。
其次，紅棗撿拾機(jī)械不同于打瓜撿拾機(jī)械，打瓜撿拾對(duì)于打瓜表面由機(jī)械造成的傷害沒有要求，而紅棗在撿拾過程中應(yīng)該將機(jī)械損傷將為零，所以不能采取扎取式進(jìn)行撿拾。為了減小收獲對(duì)紅棗的機(jī)械損傷，應(yīng)該采取彈指式撿拾收獲。彈指式是仿照人的指頭進(jìn)行作業(yè)，不會(huì)對(duì)紅棗造成機(jī)械損傷[6]。
因此本文針對(duì)上述問題，設(shè)計(jì)彈指式紅棗撿拾機(jī)，即可以降低勞動(dòng)力的投入，解放人力資源。已達(dá)到再投入降低的同時(shí)，讓紅棗的產(chǎn)值達(dá)到最大化的目的。
1.4研究的內(nèi)容和方法
根據(jù)我國紅棗收獲機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀和存在的問題以及種植戶的更高要求，設(shè)計(jì)出一款實(shí)用性很強(qiáng)的彈指式紅棗撿拾機(jī)。
設(shè)計(jì)彈指式紅棗撿拾機(jī)的整體結(jié)構(gòu)，主要由動(dòng)力源、傳動(dòng)裝置、彈指式撿拾裝置、裝載裝置、行走膠輪、雜物清理裝置等組成。拖拉機(jī)提供動(dòng)力，通過聯(lián)軸器與減速器連接，為撿拾裝置提供動(dòng)力。
2彈指式紅棗撿拾機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1總體設(shè)計(jì)方案
彈指式紅棗撿拾機(jī)的設(shè)計(jì)需要充分發(fā)揮機(jī)械的特性，最大限度的利用機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)紅棗進(jìn)行采集并且保證收獲的紅棗質(zhì)量和采凈率。機(jī)械化收獲是整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)里的重要部分。所以紅棗采集的技術(shù)的研究是刻不容緩。
根據(jù)網(wǎng)上信息的搜索，結(jié)合實(shí)際情況本機(jī)械的基本要求是：減少對(duì)果實(shí)的機(jī)械損傷；提高采集裝置承接的效率；傳動(dòng)裝置要配套和采摘機(jī)械相互協(xié)調(diào)。
紅棗撿拾機(jī)模型如下圖：
圖2-1 紅棗撿拾機(jī)模型
工作原理：該彈指式紅棗撿拾機(jī)其掛在拖拉機(jī)前配重處，拖拉機(jī)推動(dòng)其前進(jìn)，地輪帶動(dòng)撿拾棍轉(zhuǎn)動(dòng)，撿拾棍上的是彈指對(duì)地上的紅棗施加力，紅棗由于力的作用彈入撿拾機(jī)機(jī)殼內(nèi)，進(jìn)入機(jī)殼內(nèi)的半圓槽體后，由絞龍將紅棗持續(xù)輸入到槽體左側(cè)，由槽體的漏口出進(jìn)入紅棗送裝置，該輸送裝置為刮板式輸送器，最終通過輸送裝置將紅棗輸送至紅棗的盛放車斗內(nèi)，至此完成紅棗的撿拾。
2.2各個(gè)主要部件的結(jié)構(gòu)示意圖及其功能
2.2.1彈指式撿拾器
圖2-2 彈指式撿拾器正視圖
圖2-3 彈指式撿拾器左視圖
該裝置為彈指式撿拾器，它的工作原理為由地輪傳動(dòng)為其提供動(dòng)力，其轉(zhuǎn)動(dòng)方向與地輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致，工作時(shí)彈指會(huì)有一定得入土深度，利用彈指的彈性勢(shì)能將紅棗彈起并進(jìn)入撿拾機(jī)的殼體內(nèi)。
2.2.2側(cè)向傳輸裝置
圖2-4 側(cè)向傳輸裝置
該裝置為螺旋推送裝置，其工作原理為旋轉(zhuǎn)的螺旋葉片將物料推移而進(jìn)行螺旋輸送機(jī)輸送，使物料不與螺旋輸送機(jī)葉片一起旋轉(zhuǎn)的力是物料自身重量和螺旋輸送機(jī)機(jī)殼對(duì)物料的摩擦阻力。
2.2.3刮板式輸送器
圖2-5 刮板式輸送器
刮板式輸送器輸送時(shí)紅棗從下端送入，由回旋的刮板將物料刮送升運(yùn)，在外殼上端經(jīng)排料口卸下紅棗。卸下的紅棗最終進(jìn)入車斗內(nèi)。
2.2.4地輪
圖2-6 撿拾器地輪
上圖為彈指式紅棗撿拾機(jī)的地輪，它的功能為支撐整個(gè)機(jī)器。其次還可以起到仿形裝置的作用，解決田間地勢(shì)不平的問題。
2.2動(dòng)力的選擇
該撿拾機(jī)械是與拖拉機(jī)進(jìn)行配套，將撿拾機(jī)械配合于拖拉機(jī)的前配重插孔處[7]。撿拾動(dòng)力來源于地輪傳動(dòng)，當(dāng)拖拉機(jī)前進(jìn)時(shí)推動(dòng)彈指式紅棗撿拾機(jī)前進(jìn)，地輪也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)力的大小是由拖拉機(jī)推動(dòng)彈指式紅棗撿拾機(jī)在田間的行使速度決定的，地輪的轉(zhuǎn)速高，帶動(dòng)的撿拾輥的帶輪也轉(zhuǎn)速高。
2.3設(shè)計(jì)要求
（1）由于田間作業(yè)場地的約束，本設(shè)計(jì)應(yīng)該盡量小巧緊湊
（2）各個(gè)零件之間盡量不采用焊接及剛性固定，便于零件的更換及修理
（3）制造材料應(yīng)該合理選取，節(jié)約成本
（4）機(jī)器操作性要強(qiáng)，操作簡單，便于使用
2.4設(shè)計(jì)方案
（1）對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及輸送機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)尺寸計(jì)算；
（2）根據(jù)田間實(shí)際作業(yè)需要設(shè)定彈指式紅棗撿拾機(jī)的尺寸；
（3）進(jìn)行各個(gè)傳動(dòng)軸及齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算；
（4）進(jìn)行紅棗傳輸方案的確定。
3彈指式紅棗撿拾機(jī)的零件設(shè)計(jì)
3.1 計(jì)算撿拾棍帶輪直徑及轉(zhuǎn)速
設(shè)定撿拾機(jī)行駛速度為0.8m/s，地輪直徑為210mm，地輪軸上的帶輪直徑為180mm。
地輪連接的皮帶輪與撿拾棍帶輪的傳動(dòng)比為1/3。
則地輪周長為
則地輪轉(zhuǎn)速為，即
因?yàn)椋鶕?jù)
所以
則取，則
所以， 取帶輪直徑為63mm
3.2 V帶的選取
撿拾棍與地輪傳動(dòng)的連接形式為V帶傳動(dòng)如下圖
圖3-1 V帶傳動(dòng)示意圖
根據(jù)查表得輪胎與干燥的土路摩擦系數(shù)為0.025-0.035，與沙地的摩擦系數(shù)為0.100-0.300，與濕的土路的摩擦系數(shù)為0.050-0.150。設(shè)彈指式紅棗撿拾裝置與地面的
壓力為2000N，根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況選取取,則根據(jù)公式
（3-2）
取地輪功率為
V帶速度為= （3-3）
計(jì)算帶輪功率
（3-4）
（由下表得工作情況系數(shù)K=1.1）
表3-1 工作情況系數(shù)
載荷性質(zhì)
工作機(jī)
原動(dòng)機(jī)
電動(dòng)機(jī)（交流啟動(dòng)、三角啟動(dòng)、直流并勵(lì)）、四缸以上的內(nèi)燃機(jī)
電動(dòng)機(jī)（聯(lián)機(jī)交流啟動(dòng)、直流復(fù)勵(lì)或串勵(lì)）四缸以下的內(nèi)燃機(jī)
每工作小時(shí)數(shù)
載荷變動(dòng)很小
液體攪拌機(jī)、通風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)（7.5kW）、離心式水泵和壓縮機(jī)、輕負(fù)載輸送機(jī)
<10
1016
>16
<10
1016
>16
1.0
1.1
1.2
1.1
1.2
1.3
根據(jù)， ，確定選用A型普通v帶
3.3 V帶線速度的檢驗(yàn)
m/s 合適 (3-5)
3.4 計(jì)算中心距及基準(zhǔn)長度
初步選取中心距 (3-6)
取360mm符合0.7（D1+ D2）
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