漿果采摘機的設計

摘 要現(xiàn)在農(nóng)業(yè)采摘已采用專業(yè)化、集約化和規(guī)?；烧r(nóng)業(yè)采摘機成為當今世界最具活力的新興農(nóng)業(yè)機械之一和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械的亮點。結(jié)合我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實際需要，針對漿果采摘機農(nóng)業(yè)機械市場的特點，對漿果采摘機進行了研究、開發(fā)，設計研制出一種可自動完成對漿果的采摘及收獲的機械。課題從漿果采摘機原動部分及傳動部分的設計、工作部分的設計、液壓系統(tǒng)的設計等多方面詳細介紹了研究過程與方法，并給出了安裝及維護的注意事項。本設計以拖拉機作為原動機，通過拖拉機的拖拽，實現(xiàn)了漿果采摘機的行駛功能，液壓馬達為動力源，采用四連桿機構(gòu)實現(xiàn)了采摘機的采摘功能。針對不同的農(nóng)業(yè)地況，車體設計成可升降的結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵詞： 漿果采摘機；結(jié)構(gòu)設計；理論計算AbstractNow agricultural picking has adopted specialized, intensive and large-scale agriculture picking, picking machine becomes the world's most dynamic emerging agricultural machinery and modern agricultural machinery window. With China's agricultural production actual need, according to berry picking machine agricultural machinery market characteristics, the berry picking machine undertook research, development, design and develop a automatic completion of the berry picking and harvesting machinery.The berry picking machine driving part and a transmission part of the design, part of the design work, the design of hydraulic system and other aspects detailed introduces the study process and method, and gives the installation and maintenance of the matters needing attention.The design of tractor as motive, the tractor drag, realizes the driving function of berry picking machine, hydraulic motor as a power source, four connecting rod mechanism is adopted to realize picking machine picking function. In view of the different agricultural condition, body is designed into a lifting structure. Keywords： Berry picking machine; Structure design; Theoretical calculation目 錄摘 要IAbstractII第1章 緒論11.1 選題的意義11.2 采摘機概述11.2.1 國內(nèi)外發(fā)展情況11.2.2 采摘機的簡介21.2.3 采摘機的主要用途和應用領域2第2章 總體方案設計42.1 總體方案確定42.1.1 旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)42.1.2 擺動式結(jié)構(gòu)52.2 方案介紹及選擇52.2.1 旋轉(zhuǎn)式采摘介紹52.2.2 擺動式采摘介紹52.2.3 采摘方案選擇6第3章 采摘機的結(jié)構(gòu)設計及計算73.1 參數(shù)初定73.1.1 車體框架尺寸初定73.1.2 接果板總長初定73.1.3 擺架機構(gòu)尺寸初定73.2 框架的材料選擇及重量計算73.3 傳輸帶鏈輪的設計83.3.1 初選鏈輪齒數(shù)83.3.2 確定計算功率83.3.4 計算單排鏈所能傳遞的功率及鏈節(jié)距83.3.5 確定鏈實際長度及中心距83.3.6 計算鏈速93.3.7 計算作用在軸上的壓軸力93.3.8 按靜強度校核鏈條93.3.9 潤滑方式的選擇103.3.10 鏈輪的結(jié)構(gòu)設計103.4 擺架的設計103.5 軸的設計及計算103.5.1 選定車輪軸徑123.5.2 車輪軸的校核143.5.3 液壓支柱支撐軸校核163.6 軸承壽命計算16第4章 液壓系統(tǒng)設計184.1 液壓系統(tǒng)的設計要求184.2 液壓系統(tǒng)的基本回路184.3 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)204.3.1 初選工作壓力204.3.2 計算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸214.3.3 液壓缸工作流量的確定224.3.4 確定液壓缸的安裝方式224.3.5 繪制液壓系統(tǒng)的工作原理圖22第5章 漿果采摘機的安裝與維護255.1 安裝注意事項255.2 維護中的注意事項25結(jié) 論26致 謝27參考文獻28CONTENTSAbstractIChapter 1 Introduction11.1 Significance of topics1 1.2 Picking machine overview 11.2.1 The development status at home and abroad1 1.2.2 Picking machine introduction 21.2.3 Picking machine mainly uses and Applications3Chapter 2 Scheme design 5 2.1 Scheme 5 2.2 Comparison of the trin7 2.3 The design features t 8Chapter 3 Calculation of two-way conveyor belt design9 3.1 The primary parameters9 3.2 driven form 9 3.3 Calculation of transmission capacity103.4 The choice of conveyor belt10 3.4.1 Checking with the intensity 113.4.2 with the resistance calculation 123.4.3 Belt tension calculation13 3.5 Calculation of traction and motor power16Chapter 4 Design of the main components17 4.1 The choice of motor and reducer17 4.1.1 Motor Selection17 4.1.2 Selection reducer17 4.2 Selection and calculation of roller18 4.2.1 choice of roll diameter18 4.2.2 roller spacing19 4.2.3 Calculation and check of roller19 4.3 The choice of drum 19 4.3.1 Checking the diameter of roll204.3.2 Selection drum auxiliary board214.4 Design of roller shaft214.5 tensioning device224.6 cleaning device224.7 Brake224.8 installed, uninstall the device structure design224.9 Selection of Protectors244.9.1 speed protection device244.9.2 Deviation protection24Chapter 5 Installation and maintenance of transport25Conclusion 26Thanks 27References 2828第1章 緒論1.1 選題的意義藍莓具有“世界水果之王”和“黃金水果”的美譽，由于其保健作用和經(jīng)濟、藥用價值，藍莓產(chǎn)業(yè)鏈必然成為我國林業(yè)經(jīng)濟新的增長點。本研究欲引進美國藍莓自動采摘技術(shù)，填補我國在小漿果采摘機械方面的空白，促進林業(yè)科技進步，同時也為高附加值的林特產(chǎn)品的種植和推廣提供設備支持，解決由于人工采摘效率低造成的阻礙藍莓種植面積擴大的問題，也解決了人工野蠻采摘對母枝破壞影響來年產(chǎn)量的問題，促進林業(yè)生態(tài)建設和產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展，促進林業(yè)從業(yè)者收入提高及人民生活品質(zhì)的提高。目前國內(nèi)藍莓采摘完全是人力手工方式采摘，采摘速度慢，一個熟練的采摘工人一天采摘數(shù)量不超過20斤。部分地區(qū)使用鐵絲彎成叉形的簡單工具，損失率大(果實掉落和損壞)，采摘費.(查看更多)用占藍莓制品總成本的比例約為33%70%。人工采摘還有一個不容忽視的問題是野蠻采摘，追求采摘效率的結(jié)果經(jīng)常是造成果樹的破壞，影響來年的產(chǎn)量。 藍莓采摘作業(yè)的季節(jié)性強，成熟期只有50余天，勞動強度大，不及時采摘成熟果實就會掉落，造成損失。因此在藍莓果實成熟時期要投用大量的人力進行藍莓果實采摘。 因此實現(xiàn)藍莓收獲的機械化變得越來越迫切。 結(jié)合上述思路設計，設計出一款采摘機。采摘機前部安有采摘機構(gòu)，采摘機構(gòu)擺動后，通過桿件對植株的擊打使成熟漿果脫離植株，并通過摘果板將果實輸送到摘果板兩側(cè)的漿果傳送帶上，在輸送帶的輸送下，將藍莓運動到收集筐里。由于桿件在擊落果實的過程中，勢必要破壞母枝，因此本研究在最大程度提高效率的基礎上，設法使藍莓母枝的破壞降低到最少而不影響到來年產(chǎn)量，選出一種對藍莓果及其母枝破壞小的一種材料。同時要考慮作業(yè)環(huán)境，設法簡化傳動結(jié)構(gòu)，最大程度上減輕采摘機重量。1.2 采摘機概述1.2.1 國內(nèi)外發(fā)展情況根據(jù)大量文獻資料表明，目前在國內(nèi)，有關(guān)藍莓引種栽培的報道很多，許多科研院所成功引進多種藍莓進行人工栽培獲得成功，并以此建立了眾多的藍莓種植基地，開始大面積種植藍莓。然而，針對藍莓果實采摘機械的科研樣機尚無報道。本課題組我課題組承擔了2項藍莓采摘機器人的研究課題，開展了藍莓采摘機器人的研究，在識別和定位、非接觸采摘等方面做了一些研究工作，在國內(nèi)外發(fā)表了幾篇學術(shù)論文，但仍停留在理論層面。機器人采摘成本高，單個果實的方式采摘效率也并不比人工采摘有明顯的優(yōu)勢。我課題組受黑龍江省林業(yè)廳委托的漿果采摘機研制，模仿人工采摘的梳摟方式，采摘方式稍顯粗暴，還不能很好用于實際生產(chǎn)中?？傊?，國內(nèi)對于藍莓采摘技術(shù)的研究與開發(fā)并沒有引起足夠的重視1。藍莓采摘是藍莓產(chǎn)業(yè)鏈的瓶頸，藍莓采摘從人工方式向機械化方式轉(zhuǎn)變已經(jīng)勢在必行。美國是國際上最早研究開發(fā)藍莓采摘機的國家，近幾十年來，美國在藍莓采摘技術(shù)上投入了大量的人力和物力，已經(jīng)基本完成了該項技術(shù)的研究開發(fā)工作，在九十年代就已經(jīng)開始投入使用，目前產(chǎn)品擯棄了前期的種種不足，逐步走向成熟，開始批量生產(chǎn)。而在國內(nèi)既沒有這方面的研究，也沒有這種設備。在我國，其他采摘收獲機械有一定的研究，如東北林業(yè)大學的陸懷民研制了林木球果采摘機器人,主要由5自由度機械手、行走機構(gòu)、液壓驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。采摘時,機器人停在距離果樹24m處,采摘手爪沿著樹枝生長方向靠近,然后，采摘手爪的梳齒夾攏果枝,大小臂帶動采摘手爪按原路返回,梳下樹枝上果實,完成一次采摘。中國計量學院、中國農(nóng)業(yè)大學、吉林大學等單位對蘋果、草莓等水果采摘機器人進行了研究。但是小漿果的采摘與這些果實地采摘有很大地差異，這些采摘都是單個進行的，藍莓采摘由于果實小而軟，識別和定位及采摘較其他水果難，且容易破損，采摘原理本質(zhì)不同。1.2.2 采摘機的簡介采摘機結(jié)構(gòu)為小車型，工作時由拖拉機牽引，“騎著”藍莓叢縱向行駛。采摘機前部安采摘機構(gòu)，采摘桿件擺動后，會震動藍莓枝干，進而將成熟藍莓擊落到采摘板上，采摘板兩側(cè)有傳送帶，采摘板會將藍莓果刮落到傳送帶上，在輸送帶的輸送下，將藍莓輸送到收集筐里。為了減少對藍莓果的傷害，采摘機構(gòu)的擺動桿件采用橡膠材質(zhì)。采摘機構(gòu)和輸送帶的動力源是由拖拉機帶動的液壓馬達組成。1.2.3 采摘機的主要用途和應用領域該作品生產(chǎn)成本較低且采摘效率高，可以廣泛應用于各種復雜地形的矮叢藍莓采摘。同時該采摘機也可應用于其他小漿果的采摘，如黑豆果（黑加侖）、藍靛果、五味子、樹莓等高附加值珍稀林特水果的采摘，適用性廣，適應性強。 在我國，隨著人們對藍莓的大量需求，對于藍莓的引種栽植、商品化種植、大面積栽培才剛剛開始，在國內(nèi)市場，藍莓一直處于供不應求的狀態(tài)。就我省而言，黑龍江省政府已下發(fā)了黑龍江省藍莓產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，目標就是要將黑龍江建設成全國乃至世界著名.(查看更多)的藍莓生產(chǎn)和加工基地。 據(jù)統(tǒng)計，我省大小興安嶺地區(qū)蘊藏野生藍莓面積約245萬畝，產(chǎn)量達27萬噸，分別占全國和世界野生藍莓總儲量的90%、30%。從2009開始，大興安嶺的加格達奇還組織每年一次的中國國際藍莓節(jié)。這些勢必帶來藍莓更大的市場需求空間，所以擴大藍莓種植面積是一種必然趨勢，隨之而來的藍莓采摘機械將會更多的被推廣使用，而對于自行式式藍莓采摘機將會有廣闊的市場空間，帶來巨大的經(jīng)濟效益。第2章 總體方案設計采摘機的整體結(jié)構(gòu)主要包括：1. 動力系統(tǒng) 2. 整體框架 3. 采摘機構(gòu) 4. 漿果傳送機構(gòu) 動力系統(tǒng)選用液壓馬達和液壓缸作為動力源。整體框架選用矩形方鋼焊接構(gòu)成。采摘機構(gòu)由接果板和搖桿機構(gòu)組成。漿果傳送機構(gòu)選用兩個傳輸帶完成傳遞。2.1 總體方案確定 采摘機的主要采摘機構(gòu)由接果板和擺架組成，接果板作用主要是將掉落的漿果分送到兩側(cè)的傳輸帶上，而擺架是主要采摘部件。設計方案主要對擺架結(jié)構(gòu)進行選擇。2.1.1 旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)式采摘機構(gòu)是由馬達帶動兩側(cè)擺桿旋轉(zhuǎn)，對植株進行打擊，使?jié){果掉落達到采摘的效果。旋轉(zhuǎn)式采摘機構(gòu)簡圖如圖2-1所示：圖2-1 旋轉(zhuǎn)式采摘機構(gòu)簡圖圖2.1中O處為液壓馬達帶動的圓盤通過皮帶傳動分別帶動AB兩處圓盤轉(zhuǎn)動，AB兩處圓盤上分別均勻的分布采摘桿頭。2.1.2 擺動式結(jié)構(gòu)擺動式采摘機構(gòu)是由液壓馬達帶動兩側(cè)擺桿進行往復運動，對植株進行打擊，使?jié){果掉落達到采摘效果。擺動式采摘機構(gòu)簡圖如圖2-2所示：圖2-2 擺動式采摘機構(gòu)簡圖此結(jié)構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)，O處為液壓馬達帶動的圓盤，OA為曲柄帶動DF搖桿做往復的擺動。左右兩搖桿的頂端采用柔韌的橡膠材料。2.2 總體方案介紹及選擇2.2.1旋轉(zhuǎn)式采摘介紹旋轉(zhuǎn)式采摘機是較新的藍莓采摘機產(chǎn)品，具有自走式大幅U形框架，可以跨越一個藍莓灌木行，車體行走速度、車身高度和收獲采摘頭都由操作人員來控制，采摘機操作人員利用液壓傳動裝置使得藍莓采摘機有著廣泛的地面行走速度。U形框架車身，其高度可調(diào)節(jié)，以適應不同高度的藍莓灌木叢。旋轉(zhuǎn)式藍莓采摘機采用旋轉(zhuǎn)式采摘頭、履帶式果實傳輸、噴氣式果實凈化。旋轉(zhuǎn)式采摘頭包含288個尼龍手指，當旋轉(zhuǎn)采摘頭旋轉(zhuǎn)時，采摘手指邊振動邊象木梳一樣穿過藍莓灌木叢，使得成熟的藍莓果實在振動的條件下被采摘下來，這種采摘頭具有采摘效果好、采摘速度快，但對植株損傷大的特點。2.2.2擺動式采摘介紹除了轉(zhuǎn)動式采摘機構(gòu)，藍莓采摘機還有采用擺動式采摘手臂。這種方式的藍莓采摘機適合于采摘藍莓灌木叢比較稀疏以及搭架架起的植被。擺動式采摘手在搖擺手指的過程中，通過擠壓及振動把成熟的果實采摘下來。前后的擺動使采摘植被形成波浪一樣的振動。針對不同的藍莓灌木叢，可以選用不同的擺動手指，以取得更好的采摘效果。采摘手的擺動速度是完全可調(diào)節(jié)的。這種采摘結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡易、經(jīng)濟性高，且對植株損傷較小等特點。2.2.3 采摘方案選擇在經(jīng)濟性、結(jié)構(gòu)簡易程度、對植株傷害大小以及操作控制等多方面考慮，本次設計選用擺動式采摘機構(gòu)。采摘機構(gòu)由往復運動的柔韌材料桿件，以及摘果板構(gòu)成。通過桿件對植株的擊打使成熟漿果脫離植株，并通過摘果板將果實輸送到摘果板兩側(cè)的漿果傳送帶上，進而實現(xiàn)漿果的采摘。第3章 采摘機的結(jié)構(gòu)設計及計算3.1 參數(shù)初定3.1.1 車體框架尺寸初定：初定車體長=1500mm；車體寬=1300mm；車體高=1800mm。3.1.2 接果板總長初定：接果板長度初定=1450mm.3.1.3 擺架機構(gòu)尺寸初定：擺桿長度=1000mm；初定擺桿擺角=30°因為設計時未知量較多，故對重要參數(shù)進行初選，在以后章節(jié)中有校核或選擇說明。3.2 框架的材料選擇及重量計算車體框架材料選擇Q235矩形鋼管，如圖3-1：圖3-1 矩形鋼示意圖圖中尺寸：=100mm；=50mm；=3mm；=7mm；矩形鋼的理論重量=6.69kg/m。估算車體框架總重量；車體框架鏈接方式選用焊接方式。3.3 傳輸帶鏈輪的設計初選傳輸帶鏈輪直徑D=80mm，則車輪的轉(zhuǎn)速應為由于電機轉(zhuǎn)速和車輪轉(zhuǎn)速幾乎相同，故傳動比為1。3.3.1 初選鏈輪齒數(shù)由機械設計表6-6查得，則從動鏈輪齒數(shù)3.3.2 .確定計算功率 由于載荷比較平穩(wěn)，由機械設計查表6-3得工況系數(shù)=1.0，因此 =0.75kw初定中心距，確定鏈條鏈節(jié)數(shù)Lp：初定中心距,則鏈節(jié)數(shù)取Lp = 423.3.4 計算單排鏈所能傳遞的功率及鏈節(jié)距P由機械設計表6-5查得小鏈輪齒數(shù)系數(shù)Kz=1.0,選擇單排鏈，由機械設計表6-4查得多排鏈系數(shù)Kp=1.0由機械設計圖6.14查得長度系數(shù)=0.98故所需傳遞的功率為根據(jù)額定功率和轉(zhuǎn)速查機械設計圖6.13選擇滾子鏈的型號為12A，由表6-1查得鏈節(jié)距P=19.05mm鏈標記為：12A62GB/T1243-19973.3.5 確定鏈實際長度 L及中心距L=Lp×P/1000=42×19.05/1000=0.8mm 3.3.6 計算鏈速3.3.7 計算作用在軸上的壓軸力Q圓周力F=1000/V=（1000×0.75）/0.11=6818N按平均布置查機械設計取壓軸力系數(shù)有3.3.8 .按靜強度校核鏈條由于鏈條處于低速重載傳動中，其靜強度占主要地位。由參考文獻5知，鏈條靜強度計算式： (3-1)式中 靜強度安全系數(shù)； 工況系數(shù)，查表12-2-3??；鏈條極限拉伸載荷，=31.1kN；有效圓周力，；離心力引起的力，其中為鏈條質(zhì)量，可由機械設計手冊表12-2-9查得：q=1.50kg/m；時，可以忽略。 懸垂力，其中為系數(shù)，由機械設計手冊查圖12-2-3得：，為中心距，為兩輪中心線對水平面的傾角，則； 許用安全系數(shù)，。代入數(shù)據(jù)得：符合強度要求。3.3.9 潤滑方式的選擇根據(jù)鏈速v=0.11m/s和鏈節(jié)距P=19.05mm，按圖6.16查得潤滑方式為人工定期潤滑。3.3.10 鏈輪的結(jié)構(gòu)設計鏈輪的結(jié)構(gòu)選為整體式，材料為45鋼，熱處理為淬火、回火，齒面硬度4050HRC。由機械設計手冊表14.2-19查得主要結(jié)構(gòu)尺寸如下圖：圖3-2 鏈輪結(jié)構(gòu)圖3.4擺架的設計擺架結(jié)構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)，液壓馬達轉(zhuǎn)盤為轉(zhuǎn)動件，帶動擺桿作往復的擺動。最簡單的平面連桿機構(gòu)由四個構(gòu)件組成，稱為平面四桿機構(gòu)。它的應用十分廣泛，而且是組成多桿機構(gòu)的基礎 2。圖3-3 平面四桿機構(gòu)的分類圖3經(jīng)過設計計算擺架的結(jié)構(gòu)如圖3-4所示，擺桿長度設計為1000mm，擺桿通過軸承座與車體相連接，兩擺桿由長800mm的桿相連，使三桿之間可以有相對運動，左邊擺桿通過長430mm桿與液壓馬達轉(zhuǎn)盤相連。液壓馬達的轉(zhuǎn)速為，擺桿的擺角°擺桿的擺動頻率為。圖3-4 擺架的平面簡圖3.5 軸的設計及計算3.5.1 選定車輪軸徑軸的材料選擇45調(diào)質(zhì)，其主要的力學性能如下：材料牌號：45熱處理：調(diào)質(zhì) 毛坯直徑（mm）:60 硬度（HBS）：217255 抗拉強度MPa：650 屈服點MPa：360 彎曲疲勞極限MPa：270 扭轉(zhuǎn)疲勞極限MPa：155 許用靜應力MPa：260 許用疲勞應力MPa：180270備注：應用最廣泛初算軸徑 (3-2) 式中 軸傳遞的功率，； 軸的轉(zhuǎn)速，；與軸的材料及相應的值有關(guān)的系數(shù)。查文獻4表15-3得=118。將上述數(shù)據(jù)代入公式(3-5)得確定車輪軸的直徑和長度如圖3-5：1段： ，；2段： ，；3段： ，；4段： ，；圖3-5 車輪軸確定液壓支柱支撐軸的直徑和長度如圖3-6:1段： ，；2段： ，；3段： ，；4段： ，；圖3-6 液壓支柱支撐軸3.5.2 車輪軸的校核這種校核計算的實質(zhì)在于確定變應力情況下軸的安全程度。在已知軸的外形、尺寸及載荷的基礎上，既可通過分析確定出一個或幾個危險截面（這時不僅要考慮彎曲應力和扭轉(zhuǎn)切應力的大小，而且還要考慮應力集中和絕對尺寸等因素影響的程度），按式求出計算安全系數(shù)并使其稍大于或至少等于設計安全系數(shù)S，既 (3-3)僅有法向應力時，應滿足 (3-4)僅有扭轉(zhuǎn)切應力時，應滿足 (3-5)式中 按疲勞強度計算的許用安全系數(shù)；對稱循環(huán)應力下的材料彎曲疲勞極限，；對稱循環(huán)應力下的材料扭轉(zhuǎn)疲勞極限，；、彎曲和扭轉(zhuǎn)時的有效應力集中系數(shù)；、材料拉伸和扭轉(zhuǎn)的平均應力折算系數(shù)；、彎曲應力的應力幅和平均應力，；、扭轉(zhuǎn)應力的應力幅和平均應力，；表3-1 應力特性表循環(huán)特性應力名稱彎 曲 應 力扭 轉(zhuǎn) 應 力對稱循環(huán)應 力 幅平均應力脈沖循環(huán)應 力 幅平均應力說 明M、T軸危險截面上的彎矩和扭矩，Nm、軸危險截面的抗彎和抗扭截面系數(shù)， NmNNNm查表可得滿足疲勞強度要求。3.5.3 液壓支柱支撐軸校核由于液壓支柱支撐軸所受扭矩特別小，所以按只考慮彎矩作用情況計算。Nm查表可得滿足疲勞強度要求。3.6軸承壽命計算輸入端軸承壽命計算 根據(jù)文獻3表13-3，取軸承的預期工作壽命軸承所受徑向力 (3-6)由于軸承只受徑向力，所以當量動載荷基本額定動載荷c (3-6)根據(jù)輸入端內(nèi)徑和基本額定動載荷選擇軸承類型軸承的基本額定壽命若,則軸承滿足要求。表3-2 軸承參數(shù)表參數(shù)/型號NJ2217ENJ2215ENJ2220E22220CNJ2232E2321261121348221775766210/310/310/310/310/3C1604415031252112318043109第4章 液壓系統(tǒng)設計4.1 液壓系統(tǒng)的設計要求在液壓傳動與控制的機械設備或裝備中，其液壓系統(tǒng)使用具有連續(xù)流動性的液壓油等工作介質(zhì)，通過液壓泵將原動機的機械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，經(jīng)過壓力、流量、方向等各種控制閥，送至執(zhí)行器(液壓缸、液壓馬達或擺動液壓馬達)中，轉(zhuǎn)換為機械能去驅(qū)動負載這樣的液壓系統(tǒng)一般都是由動力源、控制閥、執(zhí)行器、液壓附件及液壓工作介質(zhì)等部分所組成。漿果采摘機采用液壓元件作為動力輸出，所以液壓系統(tǒng)是溫室采摘車的一個重要組成部分，液壓系統(tǒng)的設計要同整機的總體設計同時進行。著手設計時，必須從實際出發(fā)，有機地結(jié)合傳動形式，充分發(fā)揮液壓傳動的優(yōu)點，力求設計出結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡單、維修方便的液壓傳動系統(tǒng)。4.2 液壓系統(tǒng)的基本回路由于液壓傳動體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，能無級調(diào)速，操縱簡便，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)工作可靠等優(yōu)點，近年來在國內(nèi)外各種類型的起重機上已經(jīng)得到廣泛的應用。雖然本課題所要設計的漿果采摘機與起重機有些差別，但是根據(jù)現(xiàn)有的起重機的液壓系統(tǒng)的成熟的經(jīng)驗，我們可以加以借鑒，以下是關(guān)于液壓系統(tǒng)的基本回路的分析性介紹。一個復雜的液壓系統(tǒng)仍然是由一些基本回路所組成，液壓回路要使用液壓泵、液壓缸或液壓馬達、液壓閥、管路、油箱等各種液壓元件，顯然，液壓回路的功能和性能將直接取決于液壓元件的安排連接或組合方式。通常將能夠?qū)崿F(xiàn)某種特定功能的液壓元件的組合，成為液壓基本功能回路，簡稱液壓基本回路。毋庸置疑，了解和掌握現(xiàn)有液壓基本回路的構(gòu)成、特點及工作原理，是液壓系統(tǒng)分析和設計的基礎。調(diào)壓回路，調(diào)壓回路的作用是限定系統(tǒng)的最高壓力，防止系統(tǒng)的工作超載。如圖4-1所示為起重機主油路調(diào)壓回路，它是用溢流閥來調(diào)整壓力的，由于系統(tǒng)壓力在油泵的出口處較高，所以溢流閥設在油泵出油口側(cè)的旁通郵路上，油泵排出的油液到達A點后，一路去系統(tǒng)，一路去溢流閥，這兩路是并聯(lián)的，當系統(tǒng)的負載增大油壓升高并超過溢流閥的調(diào)定壓力時，溢流閥開啟回油，知道油壓下降到調(diào)定值為止。該回路對整個系統(tǒng)起保護作用。卸荷回路，當執(zhí)行機構(gòu)不工作時，應是油泵輸出的油液在極低的壓力下流回油箱，減少功率消耗，油泵的這種工況稱為卸荷。卸荷的方法很多，起重機上多用換向閥卸荷，如圖4-2所示為利用滑閥機能的卸荷回路，當執(zhí)行機構(gòu)不工作是三位四通換向閥閥芯處于中間位置，這時進油口P與回路扣O相通，油液流回油箱卸荷，圖中M、H、K型滑閥機都能實現(xiàn)卸荷。限速回路，限速回路也稱平衡回路，起重機的起升馬達、變幅油缸在下降過程中，由于卸荷與自重重力的作用，有產(chǎn)生超速的趨勢，運用限速回路可可靠的控制其下降速度。如圖4-3所示常見的限速回路。當?shù)蹉^起升時，壓力油經(jīng)右側(cè)平衡閥的單向閥通過，油路通暢，當?shù)蹉^下降時，左側(cè)通油，但右側(cè)平衡閥回油通路封閉，馬達不能轉(zhuǎn)動，只有當左側(cè)進油壓力達到開啟壓力，通過控制油路打開平衡閥形成回油通路，馬達才能轉(zhuǎn)動使重物下降，如在重力作用下馬達發(fā)生超速運轉(zhuǎn)，則造成進油路供油不足，油壓降低，使平衡閥芯開口關(guān)小，回油阻力增大，從而限定重物下降的速度。 圖4-1 液壓回路 圖4-2 卸荷回路 圖4-3 限速回路鎖緊回路，又稱位置保持回路，其功能是液壓執(zhí)行器能在不工作時切斷其進出油液通道，確切地保持在既定位置上，而不會因外力而移動。起重機執(zhí)行機構(gòu)經(jīng)常需要在某個位置保持不動，如支腿變幅與伸縮油缸等，這樣必須把執(zhí)行元件的進口油路可靠地鎖緊，否則便會發(fā)生“墜臂”或“軟腿”危險。在起重機的鎖緊回路中除用平衡閥鎖緊外，還用液控單向閥鎖緊。漿果采摘機的液壓系統(tǒng)將根據(jù)具體的功能要求選擇上述液壓基本回路繪制液壓系統(tǒng)原理圖。4.3確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)根據(jù)對采摘機升降系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)力學分析，可以看出液壓執(zhí)行元件在工作過程中載荷變化情況，為確定系統(tǒng)及各執(zhí)行元件的參數(shù)提供依據(jù)。液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是壓力和流量，它們是設計液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件的主要依據(jù)。壓力決定于外載荷，流量決定于液壓執(zhí)行元件的運動速度和結(jié)構(gòu)尺寸。4.3.1 初選工作壓力壓力的選擇要根據(jù)載荷大小和設備類型而定。還要考慮執(zhí)行元件的裝配空間、經(jīng)濟條件及元件供應情況等的限制。在載荷一定的情況下，工作壓力低，勢必要加大執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸，對某些設備來說，尺寸要受到限制，從材料消耗角度看也不經(jīng)濟；反之，壓力選得太高，對泵、缸、閥等元件的材質(zhì)、密封、制造精度也要求很高，必然提高設備成本。具體選擇見表4-1和表4-2。表4-1 按卸荷選擇工作壓力 載荷/KN 5 510 120 2030 3050 50工作壓力/MPa0.81 1.52 2.53 34 4557表4-2 各種機械常用的系統(tǒng)工作壓力 機械類型機床農(nóng)業(yè)機械，小型工程機械，建筑機械，液壓鑿巖機液壓機，重型機械，起重運輸機械 磨床組合機床龍門刨床 拉床工作壓力/MPa 0.82 35 28 810 1018 2032根據(jù)力學分析，計算出油缸在初始起升位置處的所需推力最大，并且為了安全可靠，將推力放大為T=l5KN來進行相關(guān)選型計算。所以根據(jù)表4-1所示，載荷為15KN時，系統(tǒng)的工作壓力不需要很大，但如果完全按照表4-1來選取液壓系統(tǒng)的工作壓力，則必然造成執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸過大，不適應漿果采摘機的實際使用空間。另外根據(jù)表4-2可以知道農(nóng)業(yè)機械，小型工程機械的工作壓力在10-l8MPa之間所以先初選系統(tǒng)的工作壓力為p= 10MPa。4.3.2 計算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸漿果采摘機的車體升降液壓系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)是由油缸完成的，油缸舉升，使其變幅，到達舉升的目的。根據(jù)客戶的使用要求，為了降低成本，現(xiàn)用升降平臺上常見的單作用式活塞缸又稱為柱塞缸作為執(zhí)行機構(gòu)。單作用式活塞缸只利用液壓力推動活塞向著一個方向運動，而反向運動則依靠重力或彈簧力等實現(xiàn)。在本課題的液壓系統(tǒng)中，車體的上升依靠單作用活塞缸的油缸推力，工作平臺的下降則利用載荷的重力實現(xiàn)。根據(jù)上章計算液壓缸的最大推力，知道了在車體初始起升時，油缸需要的推力最大，此時的活塞桿所需要承受的外部載荷也是最大。1. 液壓缸內(nèi)徑D的計算 設為液壓缸進油口處的工作壓力，為液壓缸進油口處受壓面積，且： (4-1)式中液壓缸內(nèi)徑，也為活塞直徑設為液壓缸工作效率，當活基桿向外仲出時，液壓缸提供的推力為： (4-2)根據(jù)市場調(diào)研，實際工作中液壓缸的工作效率, 因為工作條件不算惡劣，所以選擇液壓缸的工作效率。又由之前的計算得知液壓缸的最大舉升力KN，=10MPa,將數(shù)值代入式 (4-1)、式 (4-2), 則得到液壓缸內(nèi)徑50.5mm。液壓缸直徑D按國際規(guī)定的液壓缸的有關(guān)標準進行圓整，如與標準液壓缸參數(shù)接近，最好選用標準液壓缸，免于自行設計加工。經(jīng)查表可得，=50mm, 為了避免泄漏，柱塞直徑 (活塞桿直徑)也為=50mm。2. 液壓缸長度的計算 由前面對液壓系統(tǒng)的詳細分析得知，車體升降機構(gòu)在最低位置時油缸處于為未工作狀態(tài)，其中車輪支架與水平方向的夾角為=8°。當車體升降機構(gòu)在最高位置時油缸處于為極限工作狀態(tài)，其中車輪支架與水平方向的夾角為=40。由裝配圖中通過作圖法可以量得，當油缸處于為未工作狀態(tài)時，油缸長度為：=808mm當油缸處于極限工作狀態(tài)時，油缸長度為：=953mm所以，液壓缸的行程是：145mm4.3.3 液壓缸工作流量的確定計算液壓缸工作需的流量出以下公式計算可得 (4-3)式中液壓缸行程（dm）；柱塞直徑（dm）；柱塞全伸出所規(guī)定的時間（min）；額定流量（L/min）；考慮到車體上升的平穩(wěn)性，選取車體上升1米所需要的時間為15秒，則平臺上升速度為66.7mm/s,。所以根據(jù)柱塞直徑=50mm, 柱塞完全伸出所規(guī)定的時間為=305, 液壓缸行程=145mm。將數(shù)據(jù)代入公式 (4-3), 求得液壓缸所需的額定工作流量為： =0.57（L/min）4.3.4確定液壓缸的安裝方式液壓缸與機架的安裝方式有支座式、軸銷式、法蘭式、耳環(huán)式、球頭式等。其中支座式、法蘭式適用于缸筒與機架間沒有相對運動的場合；軸銷式、耳環(huán)式、球頭式適用于缸筒與機架間有相對轉(zhuǎn)動的場合。采用法蘭或軸銷安裝定位時，法蘭或軸銷的軸向位置會影響活塞桿的壓桿穩(wěn)定性。漿果采摘機中，缸筒與車體間存在相對轉(zhuǎn)動，并且油缸耳環(huán)式固定方式比較常見，所以液壓缸的兩端均采用單耳環(huán)式安裝方式，且?guī)бr套，固定安裝距為484mm。查閱相關(guān)規(guī)定，計算得耳環(huán)孔徑為30mm, 耳環(huán)厚度為35mm。4.3.5 繪制液壓系統(tǒng)的工作原理圖1. 基本方案的制定在液壓系統(tǒng)中，液壓執(zhí)行元件確定之后，其運動方向和運動速度的控制是擬訂液壓回路的核心問題。在本課題中，液壓缸的運動方向和運動速度的控制需要通過液壓元件來調(diào)節(jié)液壓油的流量和系統(tǒng)的壓力來調(diào)節(jié)的；壓力式油箱在工作中要隨時注意油箱氣壓，其壓力必須保持在隨機使用說明書規(guī)定的范圍內(nèi)。壓力過低，油泵吸油不足易損壞，壓力過高，會使液壓系統(tǒng)漏油，容易造成低壓油路爆管。對維修和換油后的設備，排盡系統(tǒng)中的空氣后，要按隨機使用說明書規(guī)定的檢查油位狀態(tài)，將機器停在平整的地方，發(fā)動機熄火15min后重新檢查油位，必要時予以補充。另外根據(jù)實際的要求還需要在適當?shù)奈恢弥苿?，滿足工作平臺可以在任意高度停留。因此在繪制液壓系統(tǒng)圖之前，需要分別確定各個的基本回路。( 1 )調(diào)速方案制定 速度控制通過改變液壓執(zhí)行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來現(xiàn)。相應的調(diào)速方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者結(jié)合起的容積節(jié)流調(diào)速。在本系統(tǒng)中用到普通節(jié)流閥未限定流量，以控制舉升系統(tǒng)的下降速度。（2） 壓力控制方案制定 液壓執(zhí)行元件工作時，要求系統(tǒng)保持一定的工作壓力和在一定壓力范圍內(nèi)工作。本系統(tǒng)所采用的壓力控制方案，由定量泵供油，用溢流閥調(diào)節(jié)所需要的壓力，并保持恒定。（3） 平臺制動方案制定 車體在升降過程中，為保證平臺能夠平穩(wěn)地?？吭诟呖漳硞€位置，因此平臺的制動系統(tǒng)非常重要。在液壓系統(tǒng)中，系統(tǒng)是靠在一定的壓力環(huán)境下，高壓油不斷的輸入執(zhí)行機構(gòu)進行工作的。根據(jù)這一點可以切斷高壓油的供給，保持原來的高壓環(huán)境，進而就可以控制執(zhí)行元件。在起重機的鎖緊回路中除用平衡閥鎖緊外，還用液控單向閥鎖緊。由于溫室采摘車的低成本要求，本系統(tǒng)根據(jù)自身的特點采用普通單向閥和二通換向閥來控制液壓油的流向。2. 液壓系統(tǒng)工作原理圖的繪制漿果采摘機的車升降過程為：當需要車上升時，開啟控制閥，拖拉機馬達帶動油泵泵油，液壓油經(jīng)普通單向閥進入油缸，油缸推動車體上升。液壓缸舉升動作完成后即關(guān)閉控制閥。只要液壓缸和管道以及閥無泄漏，柱塞就不會下降。此時，車體可以較長時間停留在此高度，保證操作人員能夠完成采摘作業(yè)。在需要柱塞下降時，只要使二通閥換向，就可以使液壓缸內(nèi)液壓油經(jīng)二通閥流回油箱，使柱基復位，即實現(xiàn)車體借助自身重力下降。整個系統(tǒng)的壓力控制由溢流閥調(diào)節(jié)，平臺下降速度可由節(jié)流閥調(diào)整。為了使采摘機械操作方便可靠，二通換向閥采用電磁式。液壓系統(tǒng)工作原理圖4-4所示。1. 濾網(wǎng) 2.液壓馬達 3.油泵 4.單向閥 5.溢流閥 6.電磁換向閥 7.節(jié)流閥 8.柱塞缸圖4-4 液壓系統(tǒng)工作原理圖第5章 漿果采摘機的安裝與維護5.1 安裝注意事項1.檢查安裝的零部件是否完整，位置是否正確，是否符合安全質(zhì)量標準。2.注意各部位潤滑。3.采摘機機安裝中心線在水平方向不得歪斜，初始安裝時必須擺架軸線與車體的中心線平行，并保證擺架轉(zhuǎn)動靈活。4.所有液壓裝置必須按照液壓裝置說明書的要求進行安裝，并檢驗其動作的準確性與可靠性。5.外露非加工表面涂灰色油漆，旋轉(zhuǎn)件外露端面涂紅色油漆，加工表面涂黑色防銹漆。6.各部件必須按照設計要求準確安裝。7.所有緊固件（螺栓、螺母、墊圈）均應采取防銹氧化處理。5.2 維護中的注意事項1.保證各液壓馬達散熱條件良好。各個馬達部位的垃圾必須及時清除，確保設備正常運轉(zhuǎn)。2.盡量避免在短時間內(nèi)頻繁啟動液壓馬達，在正常情況下馬達應空載啟動。3.不允許發(fā)生傳輸帶皮帶沿滾筒打滑現(xiàn)象，如有發(fā)現(xiàn)應立即張緊皮帶。4.作業(yè)中要防止飛落石塊打擊液壓油缸、活塞桿、液壓油管等部件?；钊麠U上如果有小點擊傷，要及時用油石將小點周圍棱邊磨去，以防破壞活塞桿的密封裝置，在不漏油的情況下可繼續(xù)使用。連續(xù)停機在24h以上的設備，在啟動前，要向液壓泵中注油，以防液壓泵干磨而損壞。5.液壓系統(tǒng)需由專業(yè)人員檢測，進行必要的調(diào)整和維修。根據(jù)實踐，進口液壓泵、液壓馬達工作10000h后必須大修，否則液壓泵、馬達因失修可能損壞，對液壓系統(tǒng)是至命性的破壞。結(jié) 論該機械在采摘部分的設計選用可調(diào)節(jié)擺動速度的擺動式采摘機構(gòu)輔以采摘板進行采摘的設計，用以最大可能減少對植株的損傷，并且能提供較高的采摘效率。在漿果采摘的運送過程中選用傳輸帶傳送，并在傳送過程中用風機進行簡單的雜物篩選，以達到漿果的初步清理工作。該作品生產(chǎn)成本較低且采摘效率高，可以廣泛應用于各種復雜地形的矮叢藍莓采摘。同時該采摘機也可應用于其他小漿果的采摘，如黑豆果（黑加侖）、藍靛果、五味子、樹莓等高附加值珍稀林特水果的采摘，適用性廣，適應性強。致 謝在畢業(yè)設計制作過程中遇到了很多困難，無論是在理論學習階段，還是在資料查詢、開題、研究和撰寫的每一個環(huán)節(jié)，無不得到耿雷導師悉心的指導和幫助，他始終認真負責地給予我細致深刻地指導，幫助我開拓研究思路，精心點撥、并熱忱鼓勵我。借此機會我向?qū)煴硎局孕牡母兄x！同時，我要感謝黑龍江科技學院授課的各位老師，正是由于他們的傳道、授業(yè)、解惑，讓我學到了專業(yè)知識，并從他們身上學到了如何求知治學、如何為人處事。最后，衷心感謝于百忙之中評閱設計的各位老師專家、教授。謝謝！參考文獻1 劉鴻文. 材料力學(上冊)第2版M.北京:高等教育出版社,1985年1月2 周士昌. 液壓系統(tǒng)設計圖集.機械工業(yè)出版社,2004年3月3 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