葡萄采摘機(jī)的設(shè)計(jì)【含CAD圖紙和說(shuō)明書(shū)】

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1.2研究的目的與意義 1 1.3課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 2 1.4葡萄的營(yíng)養(yǎng)和種植情況 3 2 葡萄采摘機(jī)的設(shè)計(jì) 3 2.1葡萄采摘機(jī)基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 2.2葡萄采摘機(jī)參數(shù)的確定 10 2.3 減速級(jí)軸的強(qiáng)度校核計(jì)算 17 2.4 傳動(dòng)軸鍵的校核 19 2.5葡萄采摘機(jī)工作效率的計(jì)算 19 3 葡萄采摘機(jī)的工作過(guò)程 20 4 操作使用及注意事項(xiàng) 20 總 結(jié) 22 致 謝 23 參考文獻(xiàn) 24  工程概況 本文首先介紹了本課題要設(shè)計(jì)的葡萄采摘機(jī)的總體結(jié)構(gòu)，總體結(jié)構(gòu)包括了：手持采摘器末端剪刀機(jī)構(gòu)、特制葡萄運(yùn)輸帶、手持采摘器手握控制機(jī)構(gòu)、可折疊帶傳動(dòng)運(yùn)輸機(jī)構(gòu)、二級(jí)減速機(jī)構(gòu)、葡萄收集箱、180mm萬(wàn)向輪、一級(jí)減速機(jī)構(gòu)、汽油機(jī)、總機(jī)架、總機(jī)架手扶機(jī)構(gòu)。結(jié)合實(shí)際的使用情況，設(shè)計(jì)手握桿的手握端和執(zhí)行端的結(jié)構(gòu)，運(yùn)輸帶的結(jié)構(gòu)，可折疊運(yùn)輸機(jī)構(gòu)，一二減速的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，汽油機(jī)的參數(shù)，汽油機(jī)在總機(jī)架的位置，然后對(duì)各個(gè)確定結(jié)構(gòu)的零部件進(jìn)行參數(shù)確定， 最后對(duì)軸、鍵校核，計(jì)算工作效率。 1 概述 1.1課題背景 世界各地生產(chǎn)的葡萄有上千種，總體上可以分為釀酒葡萄和鮮食葡萄兩大類(lèi)，在葡萄的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，采摘是最重要的環(huán)節(jié)之一，是一項(xiàng)季節(jié)性較強(qiáng)和勞動(dòng)密集型的工作，將直接影響葡萄的質(zhì)量，并造成大量的經(jīng)濟(jì)損失，目前，作為葡萄天堂種植區(qū)的美國(guó)加州法國(guó)波爾多的釀酒葡萄大面積采收已實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化作業(yè)，技術(shù)較成熟，但是鮮食葡萄的采摘沒(méi)有機(jī)械化作業(yè)，中國(guó)的葡萄種植穩(wěn)步發(fā)展，栽培面積約1100萬(wàn)畝[1]，除了港澳外，各省幾乎都有葡萄種植，有成片種植，也有庭院種植，鮮食葡萄在鮮食果品貿(mào)易中占有重要地位，貿(mào)易量逐年增加，2004年世界進(jìn)出口量均在300萬(wàn)t左右，比1990年（162萬(wàn)t）增加80%以上，出口值32.93億美元，進(jìn)口值40.78億美元。我國(guó)葡萄進(jìn)口位居第10位，年進(jìn)口量達(dá)8萬(wàn)t以上，價(jià)值9062.9萬(wàn)美元，而葡萄出口量?jī)H1.8萬(wàn)t，占世界葡萄出口量的0.58%，出口值781.5萬(wàn)美元，價(jià)格不足世界出口平均價(jià)的1/2[1]。 天山區(qū)，其中庭院高架葡萄面積達(dá)1300hm2，根據(jù)資料顯示架高一般為2±0.2m，架高大于兩米的葡萄架，成熟的葡萄果穗粒多、肉多，不能直接采摘，必須靠梯子、凳子等輔助登高工具完成（圖1-1），不僅增加了采摘難度和危險(xiǎn)性，而且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低，損失大。傳統(tǒng)的采摘方式平均每667m2損失葡萄50kg，浪費(fèi)率為2%~7%。 圖1-1 農(nóng)民踩梯子采摘鮮食葡萄 1.2研究的目的與意義 為解決高架鮮食葡萄采摘難，損失大的問(wèn)題，本設(shè)計(jì)推出一種采摘器達(dá)到以下目的： （1）采收依靠機(jī)械，降低人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率； （2）解決收獲季節(jié)與棉花、番茄等經(jīng)濟(jì)作物收獲期重疊，導(dǎo)致雇傭工困難的問(wèn)題； （3）降低采摘機(jī)器各項(xiàng)成本，促進(jìn)我葡萄標(biāo)準(zhǔn)化，產(chǎn)業(yè)化。 鮮食葡萄采收環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化的意義在于： （1）體現(xiàn)了人類(lèi)社會(huì)的進(jìn)步，效率更高，增加國(guó)家的貿(mào)易額，使國(guó)家強(qiáng)盛； （2）體現(xiàn)了人類(lèi)科技的積淀已滲透到生活的方方面面，使人類(lèi)的生活更加舒適。 1.3課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 1.3.1國(guó)外葡萄采摘機(jī)的研究現(xiàn)狀 （1）在美國(guó)，葡萄機(jī)械化應(yīng)用在釀酒葡萄上，采收的葡萄成顆粒狀，收獲作業(yè)試驗(yàn)開(kāi)始于1952年的美國(guó)加利福尼亞州，1963年建成了第一臺(tái)商業(yè)化的葡萄收獲機(jī)，1965年對(duì)該機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)。目前對(duì)鮮食葡萄的采摘機(jī)械，停留的機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)-葡萄采摘點(diǎn)控制方法的理論階段。 （2）在法國(guó)，法國(guó)從拖拉機(jī)到與之配套的栽植、剪枝、整形、施肥、施藥、采收、包裝、運(yùn)輸?shù)染邢鄳?yīng)的作業(yè)機(jī)械，其葡萄采收機(jī)械每年生產(chǎn)量較大，出口較多，與美國(guó)的機(jī)械相同也是振動(dòng)分離式釀酒葡萄收獲機(jī)，目前對(duì)鮮食葡萄的采摘機(jī)械，沒(méi)有制造出采摘鮮食葡萄機(jī)器人。 （3）在紐荷蘭， Braud 9080L釀酒葡萄葡萄收獲機(jī)，在沈陽(yáng)展會(huì)展出，是全天候生產(chǎn)設(shè)計(jì)機(jī)型，其工作涵蓋從預(yù)修剪和葡萄收貨各個(gè)環(huán)節(jié)，為中國(guó)的葡萄酒業(yè)提供更加強(qiáng)大的支撐和動(dòng)力，為用戶提供高質(zhì)量的收貨狀態(tài)，節(jié)約種植成本。 1.3.2國(guó)內(nèi)葡萄采摘機(jī)的研究現(xiàn)狀 近年來(lái)，我國(guó)大學(xué)對(duì)葡萄采摘機(jī)開(kāi)展了大量的研究工作，最早的機(jī)械采摘方法是采用機(jī)械振搖式和氣動(dòng)振搖式，應(yīng)用于釀酒葡萄，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院聯(lián)合浙江理工大學(xué)機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院、美國(guó)華盛頓州立大學(xué)精細(xì)與自動(dòng)化農(nóng)業(yè)研究中心對(duì)振動(dòng)原理分離果實(shí)與果梗做了詳細(xì)的演算，石河子大學(xué)研發(fā)出一臺(tái)振動(dòng)分離原理的葡萄采摘機(jī)和相配合的輸送機(jī)構(gòu)，摘下來(lái)之后是顆粒狀的，目前對(duì)鮮食葡萄的采摘機(jī)械，停留的機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)-葡萄采摘點(diǎn)控制方法的理論階段。 2002年新疆克州農(nóng)機(jī)研究推廣所，研究出一種4PCQ-1采摘高架鮮食葡萄的機(jī)器（圖1-2），結(jié)構(gòu)包括：1.布網(wǎng)架 ，2. 摘刀，3. 摘刀固定架 ，4. 撐桿 ，5. 網(wǎng)兜調(diào)整套，6. 塑料堵件 ，7. 布網(wǎng)工作過(guò)程，采摘者立地雙手握采摘器，刀撐桿下部舉升，將要采摘的整串葡萄套 (裝入網(wǎng)兜內(nèi)，摘刀對(duì)葡萄把上部輕輕一劃，割刀將葡萄把割斷，葡萄串落入網(wǎng)兜內(nèi) (在此時(shí)葡萄受布網(wǎng)的彈性作用，防止散粒，待網(wǎng)兜裝滿后，采摘者本人或另一個(gè)人從里面取出。去掉壞粒、弱粒，即可裝入包裝箱[9]。 圖1-2 克州農(nóng)機(jī)研究推廣所研制4PCQ-1鮮食葡萄采摘器[9] 優(yōu)點(diǎn)：4PCQ-1型葡萄采摘器具有重量輕，價(jià)格便宜，防散粒，操作方便，效率高，多功能等特點(diǎn)[9]。 缺點(diǎn)：摘刀的角度不易適當(dāng)調(diào)節(jié)，人雙手舉撐桿時(shí)間長(zhǎng)容易疲憊，摘葡萄少量進(jìn)行轉(zhuǎn)移會(huì)降低生產(chǎn)效率，大量進(jìn)行轉(zhuǎn)移增加人雙臂的負(fù)擔(dān)人容易疲憊，枝條枯葉的阻擋，導(dǎo)致工作效率低[9]。 1.3.3發(fā)展趨勢(shì) 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)器人在國(guó)內(nèi)外迅速發(fā)展起來(lái)。自從20世紀(jì)60年代美國(guó)人Schertz和Brown提出用機(jī)器人采摘果實(shí)之后，對(duì)采摘機(jī)器人的研究受到廣泛重。我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究起步比較晚，但正在不斷的發(fā)展。其中包括中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)的草莓采摘機(jī)器人研究、東北林業(yè)大學(xué)林木球果采摘機(jī)器人研究及上海交通大學(xué)的黃瓜機(jī)器人研究等。目前國(guó)內(nèi)外采摘鮮食葡萄沒(méi)有機(jī)器人，停留在機(jī)器人判斷采摘鮮食葡萄的采摘點(diǎn)理論方法上。 1.4葡萄的營(yíng)養(yǎng)和種植情況 葡萄在全世界果品生產(chǎn)中，產(chǎn)量及栽培面積長(zhǎng)期居于首位，20世紀(jì)90年代后僅次于柑橘。因其富含大量礦物質(zhì)元素、多種氨基酸和蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，在水果界一直被冠以“水果之王”的美稱(chēng)。我國(guó)葡萄資源豐富，2007年栽培總面積達(dá)41.867萬(wàn)hm2，葡萄總產(chǎn)量627萬(wàn)t[1]，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們飲食習(xí)慣與食物結(jié)構(gòu)的改變，消費(fèi)品位的提高，從葡萄、葡萄酒具有的外觀特征、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、藥用價(jià)值以及文化內(nèi)涵等方面拓展了葡萄產(chǎn)業(yè)的消費(fèi)市場(chǎng)?？萍嫉倪M(jìn)步，更加速了人們對(duì)葡萄營(yíng)養(yǎng)成分及其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值等方面新的開(kāi)發(fā)或新的發(fā)現(xiàn)，如葡萄籽油、白藜蘆醇膠囊、原花青素等。 1.4.1鮮食葡萄營(yíng)養(yǎng)成分 葡萄不僅風(fēng)味優(yōu)美，而且營(yíng)養(yǎng)特別豐富。據(jù)測(cè)定，葡萄果實(shí)中除了常規(guī)的營(yíng)養(yǎng)成分如：15%～25%葡萄糖和果糖，0.01% ～0.1%的果膠，0.3% ～1.5%的有機(jī)酸，0.3%～0.5%的各種礦物質(zhì)以及多種維生素、氨基酸、蛋白質(zhì)、粗纖維等之外，還含有近些年被充分認(rèn)識(shí)的重要營(yíng)養(yǎng)或藥用成分白藜蘆醇(1%)以及多酚(0.5%)等； 1.4.2鮮食葡萄種植的情況 鮮食葡萄采用高架的形式，架高為2.0米的高架居多，而且2.0米的果穗顯著最多，新疆的阿圖什木納格高架葡萄種植面積達(dá)到1300hm2。加高在2±0.2m左右，而且不能直接采摘，必須靠梯子、凳子等輔助登高工具完成，不僅增加了采摘難度和危險(xiǎn)性，而且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低，損失大。 2 葡萄采摘機(jī)的設(shè)計(jì) 2.1葡萄采摘機(jī)基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1.1葡萄采摘機(jī)的整體結(jié)構(gòu) 本課題的葡萄采摘器是用于鮮食葡萄的采摘，采摘下的葡萄是成串的。葡萄采摘器是果品行業(yè)機(jī)械設(shè)備，由于鮮食葡萄種植在高架上面，架高在2±0.2m，采摘者手持采摘桿，可以不用搭梯，增加工作效率，剪落下來(lái)的葡萄是成串的，落在葡萄收集筐內(nèi)，葡萄采摘機(jī)（圖2-1）主要結(jié)構(gòu)包括：1.手持采摘器末端剪刀機(jī)構(gòu)，2.特制葡萄運(yùn)輸帶，3.手持采摘器手握控制機(jī)構(gòu)，4.可折疊帶傳動(dòng)運(yùn)輸機(jī)構(gòu)，5.二級(jí)減速機(jī)構(gòu)，6.葡萄收集筐，7.180mm萬(wàn)向輪，8.一級(jí)減速機(jī)構(gòu)，9.汽油機(jī)，10.總機(jī)架，11.總機(jī)架手扶機(jī)構(gòu)。 圖2-1 葡萄采摘機(jī)整體結(jié)構(gòu)圖 2.1.2減速級(jí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （1）減速級(jí)數(shù)的設(shè)計(jì) 考慮到葡萄的果肉容易損壞，所以葡萄運(yùn)輸布的速度一定慢，初定減速比為30/1，考慮到成本問(wèn)題，決定采用二級(jí)帶傳動(dòng)減速裝置（圖2-2）。設(shè)計(jì)減速級(jí)階梯軸，應(yīng)考慮大小帶輪與汽油機(jī)和終端帶輪的軸向距離，圖中序號(hào)代表意思：1.汽油機(jī)帶輪，2.一級(jí)減速機(jī)構(gòu)，3.二級(jí)減速機(jī)構(gòu)。 圖2-2 減速級(jí)總裝二維圖 （2）減速級(jí)支撐軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 由于要形成兩級(jí)減速，考慮到帶輪的大小，以及軸向定位，減速級(jí)結(jié)構(gòu)應(yīng)包括減速機(jī)階梯軸，軸向定位套筒，6005深溝球軸承，SN205深溝軸承立式軸承座及軸承座支撐臺(tái)（圖2-3），圖中序號(hào)代表的意思：1.限位套筒， 2.階梯軸， 3.6005深溝球軸承， 4.軸承座 ，5.軸承座支撐臺(tái)。 圖2-3 減速級(jí)二維剖面圖 2.1.3總機(jī)架設(shè)計(jì) 此葡萄采摘機(jī)是采用手推小車(chē)的形式，根據(jù)采摘者的身高設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)男≤?chē)高度，根據(jù)高架葡萄的種植地形采取適當(dāng)高度的的萬(wàn)向輪，根據(jù)人的普遍身高設(shè)計(jì)手扶把手的適當(dāng)高度，根據(jù)汽油機(jī)尺寸和減速級(jí)傳動(dòng)比所需要的尺寸，確定適當(dāng)?shù)目倷C(jī)架的寬和長(zhǎng)（圖2-4，圖2-5）。四根立柱采用6.3號(hào)角鋼，底板用10mm厚的鐵板，整體由角鋼和鐵板焊接，可用放置手持剪切桿的環(huán)可用鐵塊焊接，設(shè)計(jì)用于可調(diào)整高度折疊運(yùn)輸帶承載機(jī)構(gòu)的放置橫桿。 圖2-4 總機(jī)架二維圖 圖2-5總機(jī)架三維圖 2.1.4特制運(yùn)輸帶設(shè)計(jì) 由于降落下來(lái)的葡萄有速度不能采用硬質(zhì)運(yùn)輸帶接收，否則會(huì)增加葡萄的浪費(fèi)率，降低產(chǎn)量，決定采用平帶承當(dāng)動(dòng)力傳輸，兩根平帶之間用棉布縫制，葡萄掉落在棉布上，棉布上割有適當(dāng)?shù)木匦慰锥矗匦慰锥床灰诉^(guò)寬，以免將葡萄卡在里面，以便方便鮮食葡萄的運(yùn)輸（圖2-6），圖中序號(hào)代表意思：1.葡萄運(yùn)輸布， 2.平帶， 3.傳輸帶動(dòng)力軸，4.傳輸帶支撐軸。 圖2-6特制運(yùn)輸帶二維圖 2.1.5可調(diào)節(jié)高度折疊運(yùn)輸機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 首先確定可折疊運(yùn)輸機(jī)構(gòu)的基本形式，考慮重量因素，采用鋁合金桿作為基本桿件，圓鋼作為鋁合金桿的支撐桿件，通過(guò)兩種不同長(zhǎng)度的拉桿與鋁合金桿件的連接，實(shí)現(xiàn)不同高度，合折疊功能（圖2-7）。 圖2-7可調(diào)節(jié)高度折疊運(yùn)輸機(jī)構(gòu)三維圖 （1）為加強(qiáng)鋁合金桿件之間的連接，采用圓鋼桿支撐桿橫串兩成對(duì)的鋁合金桿件，形成支架（圖2-8），圖中序號(hào)代表：1.不同長(zhǎng)度的傳輸帶支撐軸， 2.不同長(zhǎng)度圓鋼支撐桿件。 圖2-8總機(jī)架正視圖（未裝運(yùn)輸帶） （2）運(yùn)輸帶承載軸的設(shè)計(jì)，減速級(jí)終端軸-動(dòng)力軸，及其他三根長(zhǎng)度不一，形狀相似的運(yùn)輸帶承載軸（圖2-9）及圓鋼（圖2-10），為防止平帶在傳輸過(guò)程中左右滑動(dòng)，軸中間兩凹槽用于固定平帶。下圖序號(hào)代表：（a）減速級(jí)階梯軸 ，（b）傳輸帶支撐軸。 （a） （b） 圖2-9軸 圖2-10三根鋁合金桿件支撐圓鋼 （3）動(dòng)力軸與鋁合金桿件之間的連接，鋁合金桿件與軸承座采用螺栓連接（圖2-11），軸承座通過(guò)深溝球軸承與運(yùn)輸帶承載軸連接（圖2-12）。 圖2-11軸承座與鋁合金桿用螺栓連接 圖2-12 軸、軸承和軸承座連接二維圖 2.1.6手持采摘器手握端設(shè)計(jì) 手持采摘器由桿件支撐，手握控制端和末端剪切端用自行車(chē)閘線連接，確定手握端采用自行車(chē)手閘，降低成本增加易操作度。 2.1.7手持采摘器剪切末端機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 手持采摘器的手握端與末端用自行車(chē)閘線連接，設(shè)計(jì)的末端剪切機(jī)構(gòu)采用自行設(shè)計(jì)的左剪刀（圖2-13），右剪刀（圖2-14），閘線收緊時(shí)與閘線連接的路徑控制器帶動(dòng)剪刀張開(kāi)，閘線放松時(shí)，彈簧推動(dòng)路徑控制器帶動(dòng)剪刀閉合，將葡萄剪落，路徑控制器（圖2-15），剪刀和手握桿支架的配合用一根支撐軸，支撐軸的兩端由可插開(kāi)口銷(xiāo)的銷(xiāo)軸控制，使支撐軸不掉落，末端剪切機(jī)構(gòu)與手握桿支架配合（圖2-16）。 圖2-13左剪刀二維圖 圖2-14右剪刀二維圖 圖2-15路徑控制器二維圖 圖2-16末端剪切機(jī)構(gòu)三維圖 2.2葡萄采摘機(jī)參數(shù)的確定 2.2.1汽油機(jī)的選擇 根據(jù)末端運(yùn)輸帶的速度應(yīng)小于150r/min轉(zhuǎn)，按初定減速比28，則動(dòng)力源的轉(zhuǎn)速在4200r/min考慮到汽油機(jī)與電動(dòng)機(jī)相比可以提供較大扭矩，而且葡萄采摘機(jī)在野外作業(yè)，用電動(dòng)機(jī)，得采用產(chǎn)生電的設(shè)備，會(huì)使整個(gè)設(shè)備笨重龐大，最終決定選取騰龍品牌，型號(hào)為T(mén)L152F/P，單缸四沖程汽油機(jī),摘錄具體參數(shù)如下表： 表2-1 汽油機(jī)參數(shù) 參數(shù) 數(shù)值 啟動(dòng)方式 手拉反沖啟動(dòng) 旋轉(zhuǎn)方向 逆時(shí)針 額定功率（kw/3600） 1.2/3600 重量（kg） 15 尺寸（mm） 304x362x335 耗油量（g/kw.h） ≤450 最大扭矩（N.m/rpm） 3.2/3000 2.2.2兩級(jí)減速帶輪大小及總轉(zhuǎn)動(dòng)比的確定 （1）設(shè)計(jì)的基本條件 表2-2 設(shè)計(jì)的基本條件 基本參數(shù) 數(shù)值 額定功率（kw） 1.2 工作時(shí)間（h） <10 初定傳動(dòng)比i 30 由工況，載荷變動(dòng)微小，屬于輕負(fù)荷輸送機(jī)，文獻(xiàn)[3]表8-8，得工況系數(shù)，故 （2-1） （2）一級(jí)減速選擇帶型 根據(jù)，查文獻(xiàn)[3]表8-4選用普通v帶Y型帶傳動(dòng)。 （3） 確定各帶輪的基準(zhǔn)直徑 查文獻(xiàn)[3]表8-9知汽油機(jī)帶輪應(yīng)不小于50，取，可得 （2-2） 取 （4） 計(jì)算帶速 汽油機(jī)的速度可調(diào)節(jié)油門(mén)控制，日常使用可以人為調(diào)節(jié)油門(mén)調(diào)節(jié)帶速即可，用只需要計(jì)算得到汽油的最低速度就好，如下式。 （2-3） 5.2m/s滿足帶的速度范圍要求5m/s-20m/s調(diào)節(jié)汽油機(jī)的油門(mén)的使二級(jí)的帶轉(zhuǎn)速不低于1910r/min，就可以使帶正常運(yùn)輸 （5）V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度和中心距 初步選取中心距 （2-4） （2-5） 查文獻(xiàn)[3]表8-2，取 實(shí)際中心距 （2-6） （6）驗(yàn)算小帶輪包角 （2-7） 由上計(jì)算可知，帶輪包角在合適范圍內(nèi)。 （7）V帶根數(shù) 由查表8-4得 由傳動(dòng)比查文獻(xiàn)[3]表8-5得 由查文獻(xiàn)[3]表8-6得，查文獻(xiàn)[3]表8-2得，由此可得 （2-8） 由上計(jì)算得出，V帶根數(shù)取為3。 （8）作用在帶輪軸上的壓力 查文獻(xiàn)[3]公式8-27得，故求得單根V帶的初拉力 （2-9） 作用在軸上的壓力為： （2-10） （9）帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 帶輪材料選擇HT200，用實(shí)心式結(jié)構(gòu)。 （10）二級(jí)減速選擇帶型 根據(jù)，查文獻(xiàn)[3]表8-4選用普通V帶Z型帶傳動(dòng)，可以增大中心距，和增大傳動(dòng)的穩(wěn)定性。 （11）確定大、小帶輪的基準(zhǔn)直徑 減速級(jí)的功率為 （2-11） 查文獻(xiàn)[3]表8-9知減速級(jí)小帶輪應(yīng)不小于50，取，可得 （2-12） 取。 （12）計(jì)算帶速 由于此機(jī)械屬于輕載荷，負(fù)載波動(dòng)小，的機(jī)械設(shè)備，轉(zhuǎn)矩需求量?jī)H是帶動(dòng)機(jī)器轉(zhuǎn)動(dòng)，可以調(diào)節(jié)油門(mén)使皮帶的轉(zhuǎn)速滿足要求，此時(shí)需要的因素如下式： （2-13） 帶速在5~25m/s之間，調(diào)節(jié)汽油機(jī)轉(zhuǎn)速使減速級(jí)的轉(zhuǎn)速不低于1709r/min。 （13）c帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度和中心距 初步選取中心距 （2-14） （2-15） 查文獻(xiàn)[3]表8-2，取 實(shí)際中心距 （2-16） （14）驗(yàn)算小帶輪包角 （2-17） 由上計(jì)算可知，帶輪包角在合適范圍內(nèi)。 （15）V帶根數(shù) 由查表8-4得 由傳動(dòng)比查文獻(xiàn)[3]表8-5得 由查文獻(xiàn)[3]表8-6得，查文獻(xiàn)[3]表8-2得，由此可得 （2-18） 由上計(jì)算得出，V帶根數(shù)取為3。 （16）作用在帶輪軸上的壓力 查文獻(xiàn)[3]公式8-27得，故求得單根V帶的初拉力 （2-19） 作用在軸上的壓力為： （2-20） （17）帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 帶輪材料選擇HT200，用實(shí)心式結(jié)構(gòu)。 （18）總傳動(dòng)比的確定 （2-21） 2.2.2總機(jī)架尺寸的參數(shù) 根據(jù)汽油機(jī)的尺寸304x362x335和兩級(jí)減速級(jí)的尺寸定為，總高為1040mm，總寬為800mm，總長(zhǎng)為1452mm，780*1180的10m后的鐵板焊接在底部。四個(gè)萬(wàn)向輪均勻分布的地板的四角，相鄰邊距離地板邊緣35.6mm和30.7mm.汽油機(jī)的抽拉端位于手扶端的右端，汽油機(jī)邊緊靠在手扶端側(cè)地板，四根支撐桿由6.3號(hào)的角鋼焊制成。手扶端由φ30mm的圓鋼彎制后焊接在總機(jī)架上。 2.2.3剪刀尺寸 的參數(shù) 剪刀長(zhǎng)度150mm，左建刀配合位于上側(cè)，右剪刀配合位于下側(cè)，左剪刀在左側(cè)焊制，右剪刀在右側(cè)焊制長(zhǎng)32mm的板，上面焊制φ6的圓柱，與路徑控制器配合。 2.2.4路徑控制器的參數(shù) 由于路徑控制器要控制剪刀的轉(zhuǎn)向，所以路徑控制在手持支撐桿上滑動(dòng)時(shí)候，要包裝剪刀的閉合（圖2-17），圖中十字交叉的地方就是，剪刀軸的方位，c邊的就是控制邊，控制剪刀左右擺動(dòng)的一邊，得到c邊的長(zhǎng)度就得到了，滑動(dòng)半徑。 圖2-17 剪刀控制邊運(yùn)動(dòng)半徑示意圖 （2-22） 路徑控制器與剪刀一側(cè)的圓柱配合52.29±3mm，就是路徑控制的內(nèi)外圓半徑，則可以得到路徑控制器的控制圖（2-18）。 圖2-18 控制路徑圖 2.2.5軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 （1）初步計(jì)算減速級(jí)階梯軸的直徑 根據(jù)強(qiáng)度扭轉(zhuǎn)初步估計(jì)軸的直徑 （2-23） 帶入表2-2基本參數(shù)式中P 為軸的傳遞功率，n為軸的轉(zhuǎn)速，為軸的材料和受載情況參數(shù)， 軸用40Cr號(hào)鋼材料取 計(jì)算的最小直徑為 d=21 mm 有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大5%～7% 于是可取 （2）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)取定的最小值和各配件的安裝，此軸承擔(dān)減速作用，為安全和耐久因素，采用實(shí)心軸的方式。 （3）根據(jù)定位要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 減速級(jí)階梯軸從左至右分七段： 第一與七段端部與6005深溝球軸承配合，為減小阻力和工作時(shí)的穩(wěn)定性，深溝球軸承與SN205型深溝球軸承座配合，軸承座固定在支撐臺(tái)上，此段長(zhǎng)度取8mm，直徑為軸最小直徑25mm。 第二與六段上帶輪限位套筒配合，為防止帶輪軸向串動(dòng)，和安裝皮帶方便，也防止帶輪旋轉(zhuǎn)的時(shí)碰到支撐臺(tái)上，使帶輪的傳動(dòng)能夠穩(wěn)定和精確，此段軸長(zhǎng)取33mm，直徑27mm，采用27mm的軸徑有軸向定位的功能。 第三與五段，軸上開(kāi)有鍵槽，此帶輪是提供與二級(jí)減速的小帶輪和一級(jí)減速級(jí)大帶輪配合，此段長(zhǎng)取40mm，直徑33mm。 第四段是減速大帶輪與二級(jí)減速小帶輪之間的軸肩，此段長(zhǎng)取10mm，直徑45mm。 （4）初步計(jì)算折疊支架動(dòng)力軸的直徑 根據(jù)強(qiáng)度扭轉(zhuǎn)公式2-23，初步估計(jì)軸的直徑帶入表2-2基本參數(shù)式，軸用尼龍材料 ，計(jì)算的最小直徑為，d=21 m有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大5%～7%，取 。 （5）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 此軸承運(yùn)輸機(jī)構(gòu)的動(dòng)力軸，為安全和耐久因素，成本因素，采用實(shí)心軸的方式。 （6）根據(jù)定位要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 減速級(jí)階梯軸從左至右分十三段： 第一與十三段端部與6005深溝球軸承配合，深溝球軸承與深溝球軸承座配合，軸承座固定在鋁合金桿件上，此段長(zhǎng)度取8mm，直徑為軸最小直徑25mm。 第二段與二級(jí)減速大帶輪限位套筒配合，此段是階梯軸，直徑28mm，此段長(zhǎng)度取40mm，為安轉(zhuǎn)皮帶方便，第十二段直徑與長(zhǎng)度與第二段長(zhǎng)度相同，但不與限位套筒配合。 第三段與二級(jí)減速大帶輪配合，軸上開(kāi)有鍵槽，此段長(zhǎng)取65mm，直徑50mm。 第十一段與第三段的長(zhǎng)度相同，但是直徑70mm，上面沒(méi)有開(kāi)鍵槽。 第四與十段為防止大帶輪軸向串動(dòng)的軸肩，此段長(zhǎng)取20mm，直徑82.5mm。 第五與九段為防止平帶軸向串動(dòng)，指向深溝球軸承方向，此段長(zhǎng)5mm，直徑95mm. 第六與八段平帶配合，此段長(zhǎng)25mm，直徑91mm。 第七段與運(yùn)輸布帶配合，此段也比第五與七段直徑大，也為防止平帶軸向傳動(dòng)，指向中心方向串動(dòng)，此段長(zhǎng)306mm，直徑95mm。 （7）初步計(jì)算折疊支架承載2軸的直徑 根據(jù)強(qiáng)度扭轉(zhuǎn)公式3-23，初步估計(jì)軸的直徑帶入表3-2基本參數(shù)式，軸用尼龍材料 ，計(jì)算取 。 （8）根據(jù)定位要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 減速級(jí)階梯軸從左至右分十一段： 第一與十一段端部與6005深溝球軸承配合，深溝球軸承與深溝球軸承座配合，軸承座固定在鋁合金桿件上，此段長(zhǎng)度取8mm，直徑為軸最小直徑25mm。 第二與十段處直徑28mm為軸向定位，此段長(zhǎng)度取40mm，為安轉(zhuǎn)皮帶方便。 第三與九段，此段長(zhǎng)取35mm，直徑40mm。 第四與八段為防止平帶軸向串動(dòng)，此段長(zhǎng)取5mm，直徑60mm。 第五與七段為平帶配合，此段長(zhǎng)25mm，直徑56mm。 第六段運(yùn)輸布帶配合，此段長(zhǎng)306mm，直徑60mm。 （9）初步計(jì)算折疊支架承載三和四軸的直徑 根據(jù)強(qiáng)度扭轉(zhuǎn)公式2-23，初步估計(jì)軸的直徑帶入表2-2基本參數(shù)式，軸用尼龍材料 ，計(jì)算的最小直徑為，取 。 （10）根據(jù)定位要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 減速級(jí)階梯軸從左至右分九段： 第一與九段端部與6005深溝球軸承配合，深溝球軸承與深溝球軸承座配合，軸承座固定在鋁合金桿件上，此段長(zhǎng)度取8mm，直徑為軸最小直徑25mm。 第二與八段處直徑28mm為軸向定位，此段長(zhǎng)度取25mm，為安轉(zhuǎn)平帶方便。 第三與七段為防止平帶軸向串動(dòng)，此段長(zhǎng)取5mm，直徑60mm。 第四與六段為平帶配合，此段長(zhǎng)25mm，直徑56mm。 第五段運(yùn)輸布帶配合，此段長(zhǎng)306mm，直徑60mm。 （11） 軸上零件的周向定位 軸與帶輪的連接采用平鍵連接，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得，普通平鍵的型式和尺寸（GB/T1096-79），d=27mm選用的鍵為8×7，d=50mm選用鍵為14×9，鍵槽用鍵槽銑刀加工，鍵長(zhǎng)度取32mm。 2.2.6 確定軸上的圓角和倒角 參考文獻(xiàn)[3]可知圓角和倒角取1.5×45°。 2.2.7 滾動(dòng)軸承 葡萄采摘機(jī)在運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生徑向力，在軸的兩端各安裝一個(gè)深溝球軸承，可以抵消軸向力的同時(shí)也能承受較大的載荷，由于安裝軸承位置的軸徑大小分別為25mm，于是選擇6005深溝球軸承，它們的基本尺寸分別為，成對(duì)安裝在軸承座內(nèi)。 軸承的潤(rùn)滑方式采用脂潤(rùn)滑,材料選用SG13Cr4Mo4Ni4V。 2.3 減速級(jí)軸的強(qiáng)度校核計(jì)算 按彎扭合成強(qiáng)度條件校核： （1）軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為 （2-24） 圓周力： （2-25） 徑向力： （2-26） 軸向力： （2）計(jì)算軸承支反力 水平面 （2-27） 垂直面 （2-28） （3）中間斷面處的水平彎矩為： （2-29） （4）端軸承處的水平彎矩為： （2-30） （5）中間斷面處的垂直彎矩為： （2-31） 按下式合成彎矩： （2-32） 中間斷面兩側(cè)的彎矩為： （2-33） （6）軸的轉(zhuǎn)矩T 按照下式求當(dāng)量彎矩 （2-34） 這里，取， 由計(jì)算結(jié)果可知，在滾筒處和軸承中間斷面處的最大當(dāng)量彎矩分別是： （2-35） （2-36） （7）選用軸的材料，確定許用應(yīng)力 軸材料選用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241~286HBW，由文獻(xiàn)[3]表9-4得。 （8）校核軸的強(qiáng)度 （2-37） （2-38） （2-39） 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核軸滿足條件。 2.4 傳動(dòng)軸鍵的校核 （1）鍵1長(zhǎng)查文獻(xiàn)[3]得：許用擠壓應(yīng)力為在60到90Mpa。 鍵的工作長(zhǎng)度為； 鍵與輪轂鍵槽的接觸高度； 由公式 （2-40） 滿足。 （2）鍵2長(zhǎng)查文獻(xiàn)[3]得：許用擠壓應(yīng)力為在60到90Mpa。 鍵的工作長(zhǎng)度為； 鍵與輪轂鍵槽的接觸高度； 由文獻(xiàn)[3]公式5.1得 （2-41） 滿足。 2.5葡萄采摘機(jī)工作效率的計(jì)算 未改進(jìn)前，采摘者摘1m2需要搭梯子，上梯子，手持剪刀，剪夠四到五串后，下梯子放置好，再上梯子，改進(jìn)后，采摘者只需要站在地面，瞄準(zhǔn)葡萄采摘點(diǎn)，剪落就可以，瞄準(zhǔn)的時(shí)間大約8s-17s，剪落大約需用3s，整個(gè)剪落的過(guò)程所用時(shí)間為11s-20s，即按人工不休息，不斷剪切，剪葡萄速度為。 （2-42） （2-43）  3 葡萄采摘機(jī)的工作過(guò)程 葡萄采摘機(jī)基本工作過(guò)程：采摘者將閑置的葡萄采摘機(jī)（圖3-1）中可折疊帶傳動(dòng)運(yùn)輸機(jī)構(gòu)調(diào)整到合適的位置，用圓鋼-銷(xiāo)軸-開(kāi)口銷(xiāo)固定（圖3-2），并套上特制的運(yùn)輸帶，拿下掛在總機(jī)架的 采摘器，捏緊手持采摘器的控制閘，使剪刀張開(kāi)，對(duì)準(zhǔn)葡萄采摘點(diǎn)，松開(kāi)閘，彈簧使剪刀閉合，葡萄掉落在運(yùn)輸帶上，運(yùn)輸帶由動(dòng)力帶動(dòng)，把葡萄運(yùn)輸回葡萄收集箱內(nèi)，待箱內(nèi)葡萄夠2/3時(shí)即可拿下，換另一空箱子。 圖3-1閑置葡萄采摘機(jī) 圖3-2調(diào)整好準(zhǔn)備工作的葡萄采摘機(jī) 4 操作使用及注意事項(xiàng) ①檢查整機(jī)上各個(gè)螺栓，檢查減速級(jí)螺栓是否松動(dòng)。 ②清洗整機(jī)，保持潔凈。 ③發(fā)動(dòng)汽油機(jī)后調(diào)試運(yùn)行5分鐘，確認(rèn)機(jī)器一切正常后，即可采摘。 ④注意調(diào)整運(yùn)輸帶的位置，防止葡萄掉落地面。 ⑤檢查筐內(nèi)的葡萄是否達(dá)到工藝要求。 ⑥停機(jī)時(shí)，直接熄滅汽油機(jī)即可。 ⑦換葡萄收集框時(shí)從總機(jī)架左側(cè)處取出。 ⑧定期檢查汽油機(jī)帶輪和汽油機(jī)的連接是否緊密，軸承部位是否加油。 ⑨可折疊運(yùn)輸機(jī)構(gòu)，在采摘者搭架完成后，檢查二級(jí)減速大帶輪的V型帶連接是否滿足要求。 ⑩整機(jī)在收貨季節(jié)，折疊時(shí)可不用卸傳輸帶，到隔兩月以上不用時(shí)許卸下傳輸帶，以免風(fēng)化。 總 結(jié) （1）課題所設(shè)計(jì)的葡萄采摘機(jī)是采用手推小車(chē)，和可折疊結(jié)構(gòu)機(jī)身,它能很好的提高葡萄采摘的作業(yè)效率。 （2）它采用了簡(jiǎn)單可靠的機(jī)構(gòu)和通用的零部件，具有攜帶方便、使用可靠，耗材少、易加工、成本低并能滿足廣大老百姓。 （3）部分易損件能夠方便拆卸并且隨時(shí)更換，進(jìn)一步說(shuō)明了它具有非常人性化的設(shè)計(jì)。 致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)從選題到完成歷經(jīng)兩個(gè)多月，首先我要感謝我的指導(dǎo)老師孟老師，在設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程中，我得到了孟老師的大力支持和幫助，從設(shè)計(jì)選題到設(shè)計(jì)方法、思路都給予我細(xì)心的指導(dǎo)，在設(shè)計(jì)修改方面更是細(xì)致入微。從老師身上不盡學(xué)到了理論知識(shí)，更多的是待人接物與為人處世的道理。其嚴(yán)以律己，寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無(wú)華、平易近人的人格魅力，使人倍感溫馨。在此真誠(chéng)的感謝孟老師。 最后，雖然本次畢業(yè)設(shè)計(jì)暫時(shí)可以告一段落了，但是我在這里還是要感謝在這四年里教導(dǎo)我的所有老師，沒(méi)有他們傳授的知識(shí)，就沒(méi)有我今天的設(shè)計(jì)成果。 感謝老師們的細(xì)心指導(dǎo)，感謝同學(xué)們的幫助，謝謝！在這里，祝愿你們?cè)诮窈蟮纳詈凸ぷ髦猩眢w健康、心想事成！ 參考文獻(xiàn) [1]胡志超，田立佳，彭寶，計(jì)福來(lái)，王海鷗.國(guó)內(nèi)外葡萄生產(chǎn)機(jī)械化的研究與應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械，2005，9（1）:62-63. 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