葡萄采摘机设计（含三维SW模型+CAD图纸）.zip

葡萄采摘机的设计 葡萄采摘机的设计学生姓名学 号所属学院专 业班 级指导老师日 期机械电气化工程学院制 届毕业设计前前 言言我国鲜食葡萄进口位居第 10 位，年进口量达 8 万 t 以上，价值 9062.9 万美元，而葡萄出口量仅 1.8 万 t，占世界葡萄出口量的 0.58%，出口值 781.5 万美元，价格不足世界出口平均价的 1/21，国内外鲜食葡萄采摘没有机械化，依然依靠人工，或者一些简单的机械，葡萄采摘机器人停留在机器人视觉系统研究阶段。本课题针对国内鲜食葡萄需求量大，而且采摘环节没有机械化的问题设计一种机器，手持杆状剪刀，手握端采用自行车手捏闸形式，工作端设计路径控制器控制剪刀的开，用弹簧控制剪刀的闭。可折叠葡萄输送机构，闲时可折叠。总机架机构的结构形式和结构尺寸，动力传动系统，并确定主要零、部件的结构尺寸及其选型。并进行强度校核和三维造型和装配，为鲜食葡萄采摘提供了一种新的机器。关键词：关键词：鲜食葡萄采摘；结构设计；强度校核目目 录录1 概述概述.11.1 课题背景.11.2 研究的目的与意义.11.3 课题国内外研究现状及发展趋势.21.4 葡萄的营养和种植情况.32 葡萄采摘机的设计葡萄采摘机的设计.32.1 葡萄采摘机基本结构设计.32.2 葡萄采摘机参数的确定.102.3 减速级轴的强度校核计算.172.4 传动轴键的校核.192.5 葡萄采摘机工作效率的计算.193 葡萄采摘机的工作过程葡萄采摘机的工作过程.204 操作使用及注意事项操作使用及注意事项.20总总 结结.22致致 谢谢.23参考文献参考文献.24工程概况工程概况本文首先介绍了本课题要设计的葡萄采摘机的总体结构，总体结构包括了：手持采摘器末端剪刀机构、特制葡萄运输带、手持采摘器手握控制机构、可折叠带传动运输机构、二级减速机构、葡萄收集箱、180mm 万向轮、一级减速机构、汽油机、总机架、总机架手扶机构。结合实际的使用情况，设计手握杆的手握端和执行端的结构，运输带的结构，可折叠运输机构，一二减速的结构和参数，汽油机的参数，汽油机在总机架的位置，然后对各个确定结构的零部件进行参数确定，最后对轴、键校核，计算工作效率。毕业设计11 概述概述1.1 课题背景课题背景世界各地生产的葡萄有上千种，总体上可以分为酿酒葡萄和鲜食葡萄两大类，在葡萄的整个生产过程中，采摘是最重要的环节之一，是一项季节性较强和劳动密集型的工作，将直接影响葡萄的质量，并造成大量的经济损失，目前，作为葡萄天堂种植区的美国加州法国波尔多的酿酒葡萄大面积采收已实现了机械化作业，技术较成熟，但是鲜食葡萄的采摘没有机械化作业，中国的葡萄种植稳步发展，栽培面积约 1100 万亩1，除了港澳外，各省几乎都有葡萄种植，有成片种植，也有庭院种植，鲜食葡萄在鲜食果品贸易中占有重要地位，贸易量逐年增加，2004 年世界进出口量均在 300 万 t 左右，比 1990 年（162 万 t）增加 80%以上，出口值 32.93 亿美元，进口值 40.78亿美元。我国葡萄进口位居第 10 位，年进口量达 8 万 t 以上，价值 9062.9 万美元，而葡萄出口量仅 1.8 万 t，占世界葡萄出口量的 0.58%，出口值 781.5 万美元，价格不足世界出口平均价的 1/21。天山区，其中庭院高架葡萄面积达 1300hm2，根据资料显示架高一般为 20.2m，架高大于两米的葡萄架，成熟的葡萄果穗粒多、肉多，不能直接采摘，必须靠梯子、凳子等辅助登高工具完成（图 1-1），不仅增加了采摘难度和危险性，而且费时费力，效率低，损失大。传统的采摘方式平均每 667m2损失葡萄 50kg，浪费率为 2%7%。图 1-1 农民踩梯子采摘鲜食葡萄1.2 研究的目的与意义研究的目的与意义为解决高架鲜食葡萄采摘难，损失大的问题，本设计推出一种采摘器达到以下目的：（1）采收依靠机械，降低人的劳动强度，提高生产效率；（2）解决收获季节与棉花、番茄等经济作物收获期重叠，导致雇佣工困难的问题；（3）降低采摘机器各项成本，促进我葡萄标准化，产业化。鲜食葡萄采收环节实现机械化的意义在于：（1）体现了人类社会的进步，效率更高，增加国家的贸易额，使国家强盛；（2）体现了人类科技的积淀已渗透到生活的方方面面，使人类的生活更加舒适。毕业设计21.3 课题国内外研究现状及发展趋势课题国内外研究现状及发展趋势1.3.1国外葡萄采摘机的研究现状（1）在美国，葡萄机械化应用在酿酒葡萄上，采收的葡萄成颗粒状，收获作业试验开始于1952 年的美国加利福尼亚州，1963 年建成了第一台商业化的葡萄收获机，1965 年对该机进行了改进。目前对鲜食葡萄的采摘机械，停留的机器人视觉系统-葡萄采摘点控制方法的理论阶段。（2）在法国，法国从拖拉机到与之配套的栽植、剪枝、整形、施肥、施药、采收、包装、运输等均有相应的作业机械，其葡萄采收机械每年生产量较大，出口较多，与美国的机械相同也是振动分离式酿酒葡萄收获机，目前对鲜食葡萄的采摘机械，没有制造出采摘鲜食葡萄机器人。（3）在纽荷兰，Braud 9080L 酿酒葡萄葡萄收获机，在沈阳展会展出，是全天候生产设计机型，其工作涵盖从预修剪和葡萄收货各个环节，为中国的葡萄酒业提供更加强大的支撑和动力，为用户提供高质量的收货状态，节约种植成本。1.3.2国内葡萄采摘机的研究现状近年来，我国大学对葡萄采摘机开展了大量的研究工作，最早的机械采摘方法是采用机械振摇式和气动振摇式，应用于酿酒葡萄，中国农业大学工学院联合浙江理工大学机械与自动控制学院、美国华盛顿州立大学精细与自动化农业研究中心对振动原理分离果实与果梗做了详细的演算，石河子大学研发出一台振动分离原理的葡萄采摘机和相配合的输送机构，摘下来之后是颗粒状的，目前对鲜食葡萄的采摘机械，停留的机器人视觉系统-葡萄采摘点控制方法的理论阶段。2002 年新疆克州农机研究推广所，研究出一种 4PCQ-1 采摘高架鲜食葡萄的机器（图 1-2），结构包括：1.布网架，2.摘刀，3.摘刀固定架，4.撑杆，5.网兜调整套，6.塑料堵件，7.布网工作过程，采摘者立地双手握采摘器，刀撑杆下部举升，将要采摘的整串葡萄套(装入网兜内，摘刀对葡萄把上部轻轻一划，割刀将葡萄把割断，葡萄串落入网兜内(在此时葡萄受布网的弹性作用，防止散粒，待网兜装满后，采摘者本人或另一个人从里面取出。去掉坏粒、弱粒，即可装入包装箱9。图 1-2 克州农机研究推广所研制 4PCQ-1 鲜食葡萄采摘器9毕业设计3优点：4PCQ-1 型葡萄采摘器具有重量轻，价格便宜，防散粒，操作方便，效率高，多功能等特点9。缺点：摘刀的角度不易适当调节，人双手举撑杆时间长容易疲惫，摘葡萄少量进行转移会降低生产效率，大量进行转移增加人双臂的负担人容易疲惫，枝条枯叶的阻挡，导致工作效率低9。1.3.3 发展趋势随着科学技术的发展，农业机器人在国内外迅速发展起来。自从 20 世纪 60 年代美国人Schertz 和 Brown 提出用机器人采摘果实之后，对采摘机器人的研究受到广泛重。我国农业机器人的研究起步比较晚，但正在不断的发展。其中包括中国农业大学的草莓采摘机器人研究、东北林业大学林木球果采摘机器人研究及上海交通大学的黄瓜机器人研究等。目前国内外采摘鲜食葡萄没有机器人，停留在机器人判断采摘鲜食葡萄的采摘点理论方法上。1.4 葡萄的营养和种植情况葡萄的营养和种植情况葡萄在全世界果品生产中，产量及栽培面积长期居于首位，20 世纪 90 年代后仅次于柑橘。因其富含大量矿物质元素、多种氨基酸和蛋白质等营养物质，在水果界一直被冠以“水果之王”的美称。我国葡萄资源丰富，2007 年栽培总面积达 41.867 万hm2，葡萄总产量 627 万 t1，随着我国经济的快速发展，人们饮食习惯与食物结构的改变，消费品位的提高，从葡萄、葡萄酒具有的外观特征、营养价值、药用价值以及文化内涵等方面拓展了葡萄产业的消费市场。科技的进步，更加速了人们对葡萄营养成分及其营养价值等方面新的开发或新的发现，如葡萄籽油、白藜芦醇胶囊、原花青素等。1.4.1鲜食葡萄营养成分葡萄不仅风味优美，而且营养特别丰富。据测定，葡萄果实中除了常规的营养成分如：15%25%葡萄糖和果糖，0.01%0.1%的果胶，0.3%1.5%的有机酸，0.3%0.5%的各种矿物质以及多种维生素、氨基酸、蛋白质、粗纤维等之外，还含有近些年被充分认识的重要营养或药用成分白藜芦醇(1%)以及多酚(0.5%)等；1.4.2鲜食葡萄种植的情况鲜食葡萄采用高架的形式，架高为 2.0 米的高架居多，而且 2.0 米的果穗显著最多，新疆的阿图什木纳格高架葡萄种植面积达到 1300hm2。加高在 20.2m 左右，而且不能直接采摘，必须靠梯子、凳子等辅助登高工具完成，不仅增加了采摘难度和危险性，而且费时费力，效率低，损失大。毕业设计42 葡萄采摘机的设计葡萄采摘机的设计2.1 葡萄采摘机基本结构设计葡萄采摘机基本结构设计2.1.1葡萄采摘机的整体结构本课题的葡萄采摘器是用于鲜食葡萄的采摘，采摘下的葡萄是成串的。葡萄采摘器是果品行业机械设备，由于鲜食葡萄种植在高架上面，架高在 20.2m，采摘者手持采摘杆，可以不用搭梯，增加工作效率，剪落下来的葡萄是成串的，落在葡萄收集筐内，葡萄采摘机（图 2-1）主要结构包括：1.手持采摘器末端剪刀机构，2.特制葡萄运输带，3.手持采摘器手握控制机构，4.可折叠带传动运输机构，5.二级减速机构，6.葡萄收集筐，7.180mm 万向轮，8.一级减速机构，9.汽油机，10.总机架，11.总机架手扶机构。图 2-1 葡萄采摘机整体结构图2.1.2减速级结构设计（1）减速级数的设计考虑到葡萄的果肉容易损坏，所以葡萄运输布的速度一定慢，初定减速比为 30/1，考虑到成本问题，决定采用二级带传动减速装置（图 2-2）。设计减速级阶梯轴，应考虑大小带轮与汽油机和终端带轮的轴向距离，图中序号代表意思：1.汽油机带轮，2.一级减速机构，3.二级减速机构。图 2-2 减速级总装二维图毕业设计5（2）减速级支撑轴结构的设计由于要形成两级减速，考虑到带轮的大小，以及轴向定位，减速级结构应包括减速机阶梯轴，轴向定位套筒，6005 深沟球轴承，SN205 深沟轴承立式轴承座及轴承座支撑台（图 2-3），图中序号代表的意思：1.限位套筒，2.阶梯轴，3.6005 深沟球轴承，4.轴承座，5.轴承座支撑台。图 2-3 减速级二维剖面图2.1.3总机架设计此葡萄采摘机是采用手推小车的形式，根据采摘者的身高设计适当的小车高度，根据高架葡萄的种植地形采取适当高度的的万向轮，根据人的普遍身高设计手扶把手的适当高度，根据汽油机尺寸和减速级传动比所需要的尺寸，确定适当的总机架的宽和长（图 2-4，图 2-5）。四根立柱采用 6.3 号角钢，底板用 10mm 厚的铁板，整体由角钢和铁板焊接，可用放置手持剪切杆的环可用铁块焊接，设计用于可调整高度折叠运输带承载机构的放置横杆。图 2-4 总机架二维图毕业设计6图 2-5 总机架三维图2.1.4特制运输带设计由于降落下来的葡萄有速度不能采用硬质运输带接收，否则会增加葡萄的浪费率，降低产量，决定采用平带承当动力传输，两根平带之间用棉布缝制，葡萄掉落在棉布上，棉布上割有适当的矩形孔洞，但矩形孔洞不宜过宽，以免将葡萄卡在里面，以便方便鲜食葡萄的运输（图 2-6），图中序号代表意思：1.葡萄运输布，2.平带，3.传输带动力轴，4.传输带支撑轴。图 2-6 特制运输带二维图2.1.5可调节高度折叠运输机构设计首先确定可折叠运输机构的基本形式，考虑重量因素，采用铝合金杆作为基本杆件，圆钢作为铝合金杆的支撑杆件，通过两种不同长度的拉杆与铝合金杆件的连接，实现不同高度，合折叠功能（图 2-7）。毕业设计7图 2-7 可调节高度折叠运输机构三维图（1）为加强铝合金杆件之间的连接，采用圆钢杆支撑杆横串两成对的铝合金杆件，形成支架（图 2-8），图中序号代表：1.不同长度的传输带支撑轴，2.不同长度圆钢支撑杆件。