2265 棒桿式紅棗收獲裝置的設(shè)計(jì)

2265 棒桿式紅棗收獲裝置的設(shè)計(jì),棒桿式,紅棗,收獲,收成,裝置,設(shè)計(jì) - 1 -棒 桿 式 紅 棗 收 獲 裝 置 的 設(shè) 計(jì) 肖靖毅（塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院， 阿拉爾 843300）摘 要：針對(duì)矮化密植種植特點(diǎn)紅棗產(chǎn)業(yè)化發(fā)展與紅棗產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的需要，以及紅棗采收機(jī)械的研究性水平和新形勢(shì)要求，研究機(jī)械振動(dòng)紅棗采收機(jī)，設(shè)計(jì)出棒桿式紅棗收獲裝置。該裝置由動(dòng)力裝置、行走裝置、傳動(dòng)裝置、敲擊裝置、收獲裝置組成，可完成對(duì)棗樹的敲擊及收集工作。介紹了該收獲裝置整體設(shè)計(jì)與主要零部件的設(shè)計(jì)，以固定頻率使棗樹發(fā)生振動(dòng)使其下落以收獲紅棗振動(dòng)采收的基本原理，矮化密植紅棗采收工作寬度小，易移動(dòng)，采摘過程對(duì)樹枝和果實(shí)的損傷小一般設(shè)計(jì)要求，為矮化密植紅棗采收裝置的設(shè)計(jì)提供了參考。關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)計(jì)算；傳動(dòng)；裝置中圖分類號(hào)： 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0 引言果業(yè)是人類生存和社會(huì)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，果業(yè)產(chǎn)業(yè)應(yīng)該是一個(gè)可持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。因而，隨著世界性果業(yè)日益發(fā)展，尋找新的果采收方式擺在了人們的面前。棗業(yè)是果業(yè)中的一種，在南疆一帶種植廣泛，果園收獲作業(yè)是果園生產(chǎn)全過程中比較重要的環(huán)節(jié)，棗樹收獲用工量多，勞動(dòng)強(qiáng)度大。傳統(tǒng)的人工收獲方法，每公頃需幾百個(gè)工時(shí)，占果園生產(chǎn)過程中總用工量的 50%左右，效率大大降低。因此，果園收獲機(jī)械化一直是國(guó)內(nèi)外研究工作的重點(diǎn)。當(dāng)前，果園收獲機(jī)械化在已作為一種比較成熟技術(shù)在國(guó)外被廣泛采用，機(jī)械收獲的生產(chǎn)效率與人工相比提高了 5～10 倍，大大的提高了效率。機(jī)械采收的方法主要有振搖法和梳刷法，振搖法是應(yīng)用最多的一種機(jī)械采收方法，是國(guó)外應(yīng)用較多、適用性較好的采收機(jī)型。然而，國(guó)內(nèi)果園收獲主要依靠人工摘或借助簡(jiǎn)單工具采摘，林果采收機(jī)械的研究在我國(guó)仍處于起步階段，尚未見比較成熟的實(shí)用機(jī)具報(bào)道。目前，隨著特色林果，尤其是紅棗等林果的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，依靠人工采收已不能滿足產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的需要。針對(duì)國(guó)內(nèi)尤其是果園采收機(jī)械的研究現(xiàn)狀與林果業(yè)機(jī)械化發(fā)展的新的形式及要求，研究并設(shè)計(jì)機(jī)械振動(dòng)式林果采收機(jī)，對(duì)于發(fā)展并提高我國(guó)林果收獲機(jī)械化水平具有十分重大的意義。1 設(shè)計(jì)思路與總體方案擬定1.1 設(shè)計(jì)關(guān)鍵問題及要求矮化密植紅棗棗樹枝干比較細(xì)，且不會(huì)太高。因此，在進(jìn)行機(jī)械化采收的時(shí)候還要特別主要的是對(duì)棗樹枝干的保護(hù)，即敲擊棗樹強(qiáng)度不宜過大，同時(shí)，還要保證采凈率。因此，在設(shè)計(jì)過程中要注意機(jī)械采摘過程中對(duì)棗樹枝干的保護(hù)等問題。通過資料的查詢和實(shí)際的測(cè)量，可以總結(jié)出該矮化密植紅棗收獲機(jī)設(shè)計(jì)要求為：工作寬度小，易移動(dòng)，采摘過程對(duì)樹枝和果實(shí)的損傷小。經(jīng)借鑒采用連續(xù)旋轉(zhuǎn)的方式敲擊樹枝，敲擊棒為橡膠材質(zhì)，盡量減少對(duì)樹枝的損傷。1.2 設(shè)計(jì)原理及機(jī)構(gòu)組成裝置以拖拉機(jī)后動(dòng)力輸出軸為動(dòng)力，拖拉機(jī)三點(diǎn)懸掛帶動(dòng)行走，以聯(lián)軸器與后動(dòng)力輸出軸連接減速裝置進(jìn)行減速，減速裝置輸出軸連接傳動(dòng)裝置，傳動(dòng)裝置帶動(dòng)敲擊棒以固定頻率旋轉(zhuǎn)敲擊棗樹，棗樹發(fā)生共振，紅棗下落，下面放好收獲裝置以收集紅棗。該裝置由動(dòng)力裝置、行走裝置、傳動(dòng)裝置、敲擊裝置、收獲裝置組成。1.3 方案來源門式高架采果機(jī)：用成排的指桿式橡膠敲擊棒在液壓系統(tǒng)操縱下做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，敲打果枝，使果實(shí)脫落，適用于采收成行的矮化果樹。如圖 1 所示：- 2 -123451.操縱臺(tái) 2.槳葉 3.振動(dòng)器 4.輸送帶 5.承接導(dǎo)向器圖 1 門式高架采果機(jī)Fig.1 door type overhead fruit picking machine1.4 總體方案設(shè)計(jì)1.收果架 2.鋼架輪 3.鋼架 4.軸承端蓋 5.螺釘 6.軸承 7.敲擊棒 8.聯(lián)軸器 9.螺栓 10.墊片 11.螺母 12.軸承座 13.鏈輪 14.大帶輪 15.錐齒輪 16.鏈條17.帶 18.小帶輪圖 2 總體方案圖Fig.2 scheme of the picture總體方案圖如圖 2 所示，以拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸為動(dòng)力，動(dòng)力輸出軸以聯(lián)軸器與減速機(jī)相連接，將動(dòng)力遞給減速機(jī)，帶動(dòng)減速機(jī)旋轉(zhuǎn)，減速機(jī)輸出軸以聯(lián)軸器與小皮帶輪相連接，小皮帶輪通過皮帶與大皮帶輪相連接，將動(dòng)力傳遞給大皮帶輪，實(shí)現(xiàn)大皮帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，皮帶應(yīng)用張緊輪張緊，并采用防護(hù)罩，以防止灰塵。大皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)同軸連接鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)鏈輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)其余兩軸兩個(gè)從動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)同軸相連接錐齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過錐齒輪的變向作用，將豎直平面的運(yùn)動(dòng)改為水平平面的運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)連接有橡膠敲擊棒的軸旋轉(zhuǎn)，以固定頻率樹枝，使果實(shí)下落，下面放有接果盤，用以收集果實(shí)，收集完果實(shí)后用風(fēng)扇吹去落葉，在進(jìn)行其他方式除雜工作，最后完成對(duì)紅棗的收集過程。- 3 -在收集的過程中應(yīng)當(dāng)注意工作寬度小，易移動(dòng)，采摘過程對(duì)樹枝和果實(shí)的損傷小，鏈輪潤(rùn)滑等要求。2 主要零部件設(shè)計(jì)2.1V 帶的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）條件給定已知：小帶輪轉(zhuǎn)速 n1=90 r/min，大帶輪轉(zhuǎn)速 n 2=60 r/min。減速機(jī)輸出功率 P=13.91 kW。（2）設(shè)計(jì)功率 P dP d=K A×P=1.2×13.91= 16.7 kW (2-1)K —工況系數(shù)，取 K A=1.3。（3）選擇 V 帶型號(hào)由 P d=16.7 kW，小帶輪轉(zhuǎn)速 n1=90 r/min，選 D 型帶。（4）傳動(dòng)比 ii=n1/n 2=90/60 r/min=1.5 (2-2)（5）求大小帶輪基準(zhǔn)直徑 1d， 21）小帶輪的基準(zhǔn)直徑可取小帶輪的基準(zhǔn)直徑 1d=400 mm2）大帶輪的基準(zhǔn)直徑 22d=i 1=1.5×400=600 mm2d取為 600 mm=600 mm（雖使 nⅠ略有減小，但其范圍小于 5％，允許）。（6）驗(yàn)算帶速 VV= 8.10694106????mdn m/s=9，推薦 z 3=29-2i=27（3）大鏈輪齒數(shù) z 4z 4=iz 3=27<=120（4）設(shè)計(jì)功率 PdPd=K APK A-工況情況，取為 K =1。P-傳遞功率，可得 Pd=K AP=8.61 kW。（5）特定條件下單排鏈條傳遞功率 P 0P 0=Pd/K ZK pK Z-小鏈輪齒數(shù)系數(shù)，取為 1.34。K p-排數(shù)系數(shù)，取為 1，故 P 0=6.42 kW。（6）鏈條節(jié)距 p由 P 0=6.42 kW，n 3=90 r/min，選擇單排 A 型滾子鏈，ISO 鏈號(hào)為 20A，節(jié)距 p=31.75 mm。（7）驗(yàn)算小鏈輪軸孔直徑 dkdk<=d max其中 dk為鏈輪軸孔最大許用直徑，取為 152 mm。（8）初定中心距 a 0- 6 -一般 a 0=（30～50）p952.5 mm<=a <=1587.5 mm（9）以節(jié)距計(jì)的初定中心距 a p0a p0=a /p≈50（10）鏈條節(jié)數(shù) L pL p= ppakz0043/21?）（ （2-10）≈128 節(jié)k 取為 0.025。（11）鏈條長(zhǎng)度 LL=L pp/1000≈4.03 m （2-11）（12）計(jì)算中心距 ac當(dāng) z1=z 2=z 時(shí)，a c=p/2（L p-z）≈1600 m （2-12）（13）實(shí)際中心距 aa=ac-Δa=1596.8～1596.3 mm (2-13)一般 Δa=（0.002～0.004）a c=3.2～6.4 mm垂度 f p=（0.01～0.020a =16～32 mm（14）鏈條速度V=z 3n p/60000≈0.23 mm （2-14）（15）有效圓周力Fc=1000P/v≈37434 N （2-15）（16）在軸上的力水平傳動(dòng) F=(1.15～1.2)F tK A≈43050～44920 N （2-16）2.3 直齒圓錐齒輪計(jì)算已知：兩個(gè)錐齒輪轉(zhuǎn)數(shù)均為 60 r/min，即 n 5=n 6=60 r/min。（1）齒形角 α、齒頂高系數(shù) *ah、頂系系數(shù) c*、螺旋角 β齒形角 α=20° 齒頂高系數(shù) =1 頂系系數(shù) c =0.2 螺旋角 β=0°- 7 -（2）大端端面模數(shù) m直齒錐齒輪所傳遞的轉(zhuǎn)矩nPT510.9??= 6053.1.9?= 608 N·mm （2-17）材料選擇兩齒輪材料為 45 號(hào)鋼調(diào)質(zhì)，取為 7 級(jí)精度，初取 m=5 mm。（3）設(shè)計(jì)計(jì)算 m1）由設(shè)計(jì)計(jì)算公式可得325][1).01(4FRSaFuzYKT?????（2-18）m—模數(shù) K— 載荷系數(shù) T— 轉(zhuǎn)矩 Y Fa—齒形系數(shù) Y Sa—應(yīng)力矯正系數(shù) R?—齒形系數(shù)5z—小齒輪齒數(shù) u— 傳動(dòng)比 [ ?]—彎曲疲勞極限（4）確定各個(gè)參數(shù)計(jì)算值彎曲疲勞強(qiáng)度系數(shù) K 1FN=K 2=0.95。齒輪的彎曲疲勞極限取為 380MPa，取彎曲疲勞安全系數(shù)為 S=1.2，由式 SKFNF??][，可得 ][F=300 MPa。K=KVK AK?K ?KV—?jiǎng)虞d系數(shù) K A—使用系數(shù) K ?F—齒間載荷分配系數(shù) K F—齒向載荷分配系數(shù)取 K A=1.5。由低一級(jí)精度的精度線及 mv，得 KV=1。齒間載荷分配系數(shù) K ?F=K H=1，齒向載荷分配系數(shù) K ?F=K H=1.5K be?。其中 K beH?-軸承系數(shù)，取為 1.25，K ?F=K H=1.5K be=11.875。K=KVK AK ?K =2.815，齒寬系數(shù) Φ R=1/4～1/3，取 Φ R=1/3。由 ?65z29，δ=45°，可知 z 15vcos/??26cs/z=41，齒形系數(shù) Y Fa=2.4，應(yīng)力矯正系數(shù) Y Sa=1.37。故由 325][1).01(4FRFauzKTm?????≈5.52mm，由 GB/T12368-1990 標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)表，可知m=6（5）齒數(shù)比 u- 8 -u=n 5/n 6=60 r/min / 60 r/min=1（6）齒數(shù) z通常 z5=16～30。不產(chǎn)生根切的齒數(shù) z min=2 *ah cosδ/sin 2α≈41 齒。初步選取最小齒數(shù)為 29。當(dāng)分度圓確定以后，再選取最小齒數(shù)。（7）變位系數(shù) x1、x 2 x1=0，x 2=0。（8）節(jié)錐角δ 1= ?cosin??u=45° δ 2=90°-δ 1=45° （2-19）（9）分度直徑 dd5=mz =174 mm d 6=mz =174 mm （2-20）（10）錐距 RR= 15cos2?= 26≈123 mm （2-21）（11）齒寬系數(shù) Φ RΦ R=1/4～1/3，取 Φ R=1/3。（12）齒寬 bb=Φ RR=41 mm，b 不大于 10 m，即 b<=60 mm。（13）齒根高 fhf5h=h- a=8 mm f5h=h- a=8 mm （2-22）（14）齒高h(yuǎn)=( *a+c )m=14 mm （2-23）（15）齒頂高 aha5h=( *+ x1)m=6 mm a5h=( *+ x 2)m=6 mm （2-24）（16）齒頂圓直徑 dad 5= d +2 a5cosδ 1=183 mm d 6a= d5+2 a6cosδ 2≈183 mm （2-25）- 9 -（17）齒根角 θ ftanθ f5=h /R≈7.35° tanθ f6=h /R≈7.35° （2-26）（18）齒頂角 θ a等隙收縮齒為 θ a5=θ f6=7.35° θ a6=θ f5=7.35°（19）頂錐角 δ aδ a1=δ +θ f5=52.25° δ a2=δ 1+θ f6=52.35° （2-27）（20）根錐角 δ fδ f1=δ -θ f5=37.65° δ a2=δ 1-θ f6=37.65° （2-28）（21）安裝距 A由結(jié)構(gòu)而定，取為 133 mm。（22）外錐高 A kA 1=d5/2 -2 a5hsinδ 1≈83mm A k2=d 6/2 -2 a6hsinδ 2≈83 mm （2-29）（23）支承端距 HH1= A - A k1=50 mm H 2= A1- A k2=50 mm（2-20）（24）周節(jié) pp=πm≈19 mm（2-21）（25）分度圓弧齒厚 ss1=m（π/2 +2x 1tanα+x t1）≈9.5mm s 2=m（π/2 +2x 2tanα+x t2）≈9.5 mm（26）分度圓弦齒厚??1s=d5 sin 1?/cosδ≈s 1- 2536cosd?=?=d 6 sin 2?/cosδ≈s 2- 263cosd?≈0.17 mm （2-30）（27）分度圓弦齒高?h1= 15215cos4cos2??dhaa??=?h2≈6.69 mm （2-31）（28）當(dāng)量齒數(shù) z v v1z=z 152cs/?26cos/?z=41 （2-32）（29）端面重合度 ε ?- 10 -)]tan(t)tan(t[21221 ????? ????vvvvzz =1 （2-33）式中 1*11cosarcsxhzvv? 2*22cosrcsxhzvv ??? （2-34）得，ε ?=1.14。故當(dāng)分度圓確定以后，選取最小齒數(shù)，錐齒輪齒數(shù)為 29，模數(shù) m=6。錐齒輪嚙合如圖 3 所示：圖 3 錐齒輪嚙合Fig.3 bevel gears3 總結(jié)（1）棒桿式紅棗收獲裝置相對(duì)其他大型收獲機(jī)，具有對(duì)棗樹木損傷小，成本低等優(yōu)點(diǎn)；（2）棒桿式紅棗收獲裝置的應(yīng)用可以充分利用機(jī)械運(yùn)動(dòng)進(jìn)行收獲，使原本的低效率的采收有了一定的提高，并且降低了采摘的人工成本，在采摘速度上人工采摘有了顯著的提高；（3）本次設(shè)計(jì)為轉(zhuǎn)速低，載荷大的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)深深體會(huì)到采用中小馬力拖拉機(jī)即可滿足需要，不宜選擇大馬力拖拉機(jī)；（4）本次設(shè)計(jì)仍有很多缺點(diǎn)，發(fā)展矮化密植紅棗采收裝置仍然很多內(nèi)容需要探索。參考文獻(xiàn)：[1] 鄧玉珍. 4YS-24 型紅棗收獲機(jī)[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械,2010,(3): 1～3.[2] 時(shí)惠英.機(jī)械工程材料與熱加工工藝[J]. 熱加工工藝,2008,(7):43～88[3] 濮良貴,紀(jì)名剛 .機(jī)械設(shè)計(jì)[M].第八版.北京:高等教育出版社,2009:1～259.[4] 孫桓,陳作模,葛文杰 .機(jī)械原理[M].第七版.北京:高等教育出版社,2009:12～45.[5] 丁彩紅,況云峰.基于 Solidworks 的零件建模的若干方法[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2006,(5):1～4.[6] 丘有永.淺談《機(jī)械制造技術(shù)》的課程設(shè)計(jì)[J]. 科技信息( 科學(xué)教研),2007,(11):2～5.[7] 李彩風(fēng),劉俊峰,馮曉靜等.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法與農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)[J]. 農(nóng)機(jī)化研究,2006,(5):1～3.[8] 湯智輝,沈從舉,孟祥金等.4YS-24 型紅棗收獲機(jī)的研制[J]. 農(nóng)機(jī)化 ,2010,(1):2～6.Rod type red dates harvesting device designXiao JingYi（College of Mechanical and Electrical Engineering，Tarim University，Alar 843300，China）Abstract : In view of the Xinjiang dwarf close planting cultivation characteristics of red dates industrialization development - 11 -and red dates industry development needs, and red dates harvest machinery in the research level and the new requirement of new situation, study mechanical vibration red dates harvesting machine, design a rod type red dates harvesting device. The device consists of a power device, a walking device, transmission device, a knocking device, harvesting device, can be completed on the jujube percussion and collection. Introduced the harvesting device overall design and the major parts of the design, with fixed frequency to vibrate the whereabouts of jujube harvest red dates to the basic principle of vibration oil recovery, dwarfing close planting red dates harvest work width is small, easy to move, the picking process on branches and fruits damage small general design requirements, for the Xinjiang dwarf close planting red dates recovery device design reference.Keywords: Design and calculation of transmission; device;CLC: Document Code: A