简易水果采摘装置设计说明

目录

摘 要3

Abstract4

1 绪论5

1.1可伸缩齿梳式水果采摘装置的技术前景5

1.1.1可伸缩齿梳式水果采摘装置的采摘对象分析5

2 可伸缩齿梳式水果采摘装置原理6

2.1水果采摘方式的选择6

2.1.1可伸缩齿梳式水果采摘装置原理简述6

2.1.2 可伸缩齿梳式水果采摘装置三维装配图7

3 可伸缩齿梳式水果采摘装置设计与计算................................ 8

3.1 可伸缩齿梳式水果采摘装置头部原理与设计8

3.1.1可伸缩齿梳式水果采摘装置可伸缩部分原理与设计9

3.1.2动力部分原理及设计计算11

3.1.3各个零配件材料的选择12

4 可伸缩齿梳式水果采摘装置总结13

参 考 文 献14

致 谢15

摘 要

本课题运用制图软件对水果采摘器进行装置设计，可伸缩齿梳式采摘机械是一种为解决人们采摘高处果实难而创新设计的工具，同时本设计大大的方便了农民工采摘水果的过程及采摘效率的提高。设计装置内容包括：采摘装置、可伸缩杆装置、齿梳形状装置设计和收集装置并用Pro/e软件绘制了装置的三维图以助理解。可伸缩齿梳式水果采摘装置主要采用了齿梳式采摘装置和铝合金管可伸缩装置，采摘宽度范围较大效率高、伸缩长短可调节，采摘较灵活省力，果实由铝合金管空心部分滑出，最小采摘水果直径为各个齿的中心间距20mm，最大采摘水果为最小铝合金管的直径60mm，收集极为方便省力，铝合金管可伸缩装置又使其质量较轻，便于携带，经投产和改进后可望解决农民朋友油茶及直径相近果实的采摘难题，市场前景广阔。

关键词：可伸缩性；水果；采摘；齿梳式；装置设计。

Abstract

This topic using mapping software for mechanism design of camellia fruit picking, scalable picking machine is a kind of comb type people picking fruits high difficult to solve and innovative design tools, at the same time the design greatly convenient for migrant workers picking the fruit of the process and picking efficiency. Design organization include: picking mechanism, telescopic rod, comb shape design and collection mechanism using Pro/e software rendering the 3 d map to help understanding. Scalable comb type camellia picking fruit picking agencies and institutions mainly adopts the comb type aluminum alloy tube scalable, picking the width of the range with high efficiency, larger scale length can be adjusted, the harvest is flexible and effort, the fruit out of aluminum alloy tube hollow section, picking fruit diameter for each tooth of the minimum cent distance of 20 mm, picking fruit for minimum alumin tube of the largest diameter of 60 mm, collection is extremely convenient save Lab, aluminum alloy tube scalable organizations and their quality is lighter, easy to carry, the production and improvement.

Key words: scalability; camellia fruit; harvest; comb type; mechanism

1  绪论

1.1  可伸缩齿梳式水果采摘装置的技术前景

在国内，水果采摘由人工来完成，采摘效率低、采摘人员劳动强度大、工作环境差。目前对油茶采摘机的报道比较少，最近国内也有一些采摘机具的专利，如坚果采摘机，这些专利能在一定程度上减轻采摘人员的劳动强度，改变采摘人员的工作环境；但大多结构简单，所以未从根本上解决采摘难度，效率低等问题。本研究以设计出实用化的水果采摘机为目标，通过对水果采摘的工作环境和特性进行深入分析，利用pro/e软件对水果采摘机进行三维设计和虚拟装配，设计出可伸缩齿梳式水果采摘装置。基本解决了采摘劳动力大、效率低等问题，具有一定的发展前景。

1.1.1  可伸缩齿梳式水果采摘装置的采摘对象分析

果树种植密度根据地块、坡度、光照强度和管理水平确定。土层深厚、肥沃的平地，株行距3m x 3m，栽植1100株/hm^2;坡脚和缓坡地株行距3m x2.5m，栽植1335株/hm^2。经过改良后的成熟油茶树一般高为1.5m-2.7m，冠幅平均为1.52-2.99m^2如果将冠幅简化为圆形则直径在1.4-2.0m之间，本设计适合任意地貌特征地区采摘最大采摘高度为：人的身高+单臂展+伸缩铝合金管；采摘宽度范围为：500mm；采摘水果直径为：20mm-50mm（经过大量分析水果直径一般都在27mm-39mm之间）。所以本设计的优点可想而知：采摘途径方便、效率较高、工作地点不限大大减小了农民工的劳动强度、设计费用经济实惠等等。

2  可伸缩齿梳式水果采摘装置原理

2.1  水果采摘方式的选择

经分析要实现对水果的采摘装置设计，按原理可分为抓拉式、吸附式、剪切式等类型，其各自特点如下图所示。

各类不同工作原理的采摘装置及特点

通过老师的指导及设计要求，本装置设计采用拉抓式采摘类型进行设计。

2.1.1可伸缩齿梳式水果采摘装置原理简述

如下所示的装置装配图，水果采摘机械整体分为两个部分：采摘部分和可伸缩部分，采摘部分和可伸缩部分详见后面的采摘头和可伸缩部分原理说明。

首先，采摘部分由动齿梳、定齿梳、板块、加强杆、摇杆、杆套、管套、螺栓、螺母、和钢丝绳索等零件组成,并通过螺纹固定在铝合金管3上，可伸缩部分由铝合金空心管1、2、3，它们相互用螺纹连接。收集部分由收集卡环、网袋及伸缩杆内茶果实时，通过手向下拉动钢丝绳索，绳索带动连杆装置做双曲柄运动，连杆带动板部空心结构组成，动力部分由五杆装置、及钢丝绳索组成。当装置的头部触到油块做弧线运动，从而使得动齿梳达到闭合的效果，由于动、定齿梳为半圆性，方便自动定位，并在动齿梳与定齿梳闭合同时，将整个装置向下拉或者旋转以采摘果实，也可以直接剪切果梗，果实脱离枝条后沿铝合金空心管内部滑落至放置在装置尾部的收集网袋中，至此完成一次采摘过程。

2.1.2  简易水果采摘机械三维总装配图

从图形中可以大致看出本装置设计主要由哪些部分组成的，在上面的装置原理简述中已经提到过了。

现在根据总装配图简要说明此可伸缩齿梳式水果采摘装置的工作原理：

第一步骤：手动伸缩铝合金管1、管2、管3；

第二步骤：将预先设计好的采摘头部设计装配到可伸缩铝合金管并将钢丝拉绳的准备工作做好；

第三步骤：瞄准采摘目标，先用定齿梳部分将水果拉住，同时用力将钢丝拉绳往下拉动，通过一摇杆装置带动动齿梳做摇摆运动与定齿梳相互交错，目的是为了将水果更好的定位住；

第四步骤：用手将铝合金管向下拉动，此时果实将与树枝分离开来并落入空心铝合金管道中，果实沿着管道掉落于底部的网袋中，此时水果采摘收集完成。

3  可伸缩齿梳式水果采摘装置设计与计算

3.1  可伸缩齿梳式油茶采摘装置头部原理与设计：

3.1.1  可伸缩齿梳式水果采摘装置可伸缩原理与装置设计：

以下两图是铝合金管连接处的三维图，其实现可伸缩的关键在于两个连接的铝合金管连接处有螺纹，直径大的铝合金管攻有内螺纹，直径较小的铝合金管攻有外螺纹，且两个铝合金管均为空心，小直径的套在大直径的铝合金管里面，实现可伸缩功能，不用的时候也可将它们分离开来，将小直径的铝合金管压入大直径的铝合金管即可。

3.1.2 动力部分原理及计算

首先，借助三维图形进行原理分析：

图示中同种颜色则说明这些零件的连接关系为焊接，本设计的动力传达装置主要为摇杆装置：板块焊接有固定销切穿过该板块，再将两个套筒分别套入固定销并将螺母旋进，但是要保证套筒两端均留有间隙，然后套筒与摇杆焊接在一块，通过摇杆带动板块及齿梳的合离运动，在图形的右侧有一根钢丝绳索，它将穿过较短的摇杆并与其固定在一起，最后通过人为的拉动钢丝绳索来实现动力传输，从而达到设计要求。

动力部分装置设计与计算

板块设计：长度(L)80mm，宽度(D)50mm，厚度(h)4mm；固定销直径(d）4mm；两固定销之间的距离为40mm。

摇杆分别为L1，L2，L3;长度分别为40mm，40mm，20mm。

摇杆满足任意两边之和大于第三边，两边之差小于第三边，所以能够达到所需要的效果。

3.1.3  各个零配件材料的选择

可伸缩材料的选择

考虑到三根伸缩管的直径都较大，所以采用普通轻质的铝合金管来制造，以达到经济实惠，方便携带的效果。

采摘头材料的选择

齿梳、加强杆、摇杆、杆套、管套及板块为实心钢铁所制，材料采用45号钢；钢丝拉绳使用尼龙涂塑材料制作；螺栓GB/T5782-2000M4；螺母采用GB/T6170-2000M4配件。

4 可伸缩水果采摘装置设计总结

此次毕业设计从采摘的方式上入手，先是考虑了剪切式采摘装置，之后是考虑抓取式采摘，参考了油茶的一些知识，并根据自己采摘油茶的经验发现水果和一般的果实有不同之处。油茶树枝条韧性大，果实主要分布在油茶树枝条的前端，在较高的油茶树面前使用抓拉式采摘装置最为方便实用。又考虑到可伸缩性，最后确定可伸缩性用铝合金管实现，。另外考虑到自动定位功能，动、定齿梳采用半圆形来实现。重点从定位、动力传送和可伸缩性等方面入手，利用Pro/e和AutoCAD软件，绘制三维图及二维图；结合机械原理、机械设计和农业机械等知识，在饶老师的指导下来完成此次毕业设计。我发现真正地要设计一样产品真不是一件简单的事情，从理论到实践的转换，设计思路理念，对课本知识的深入运用，绘图软件一些高级绘图功能都是比较难的，需要花时间。知识储备太少，而且不系统，又没有多少实践经验，我想这是我以后应该努力的方向，也是学院加强这方面教学条件的契机吧。

由于水果种类较多，此次设计主要是针对普通油茶，水果采收时，本产品只针对油茶树较高果实的采收，其高度适合范围为1.8-3.5米，允许通过的最大油茶直径为60mm。需要进一步改进的地方应该是将连杆与板块之间的接触更为紧密一些，从而达到增加强度的效果，并改变相应的齿梳的位置，使该装置更为简单实用；另外钢丝绳索与连杆相连接的部位设计也应当改进。

参 考 文 献

[1] 徐灏主编，机械设计手册[M]，北京：机械工业出版社，1992

[2] 杨明忠、朱家诚主编，机械设计[M]，武汉：武汉理工大学出版社，2001

[3] 曾志新、吕明主编，机械制造技术基础[M]，武汉：武汉理工大学出版社，2004

[4] 郑文纬、吴克坚主编，机械原理[M]，北京：高等教育出版社，1997

[5] 刘鸿文主编，材料力学[M]，北京：高等教育出版社，2004

[6] 哈尔滨工业大学理论力学教研室编，理论力学[M]，北京：高等教育出版社，2008

[7] 陈立德主编，机械专业英语[M]，上海：上海交通大学出版社，2001

[8] 于永泗、齐民主编，机械工程材料[M]，大连：大连理工大学出版社，2007

[9] 余桂英、郭纪林主编，AutoCAD2008中文版实用教程[M]，大连：大连理工大学出版社，2007

[10] 邵立新、夏素民、孙江宏等编著，Pro/ENGINEER Wildfire ４.0中文版标准教程[M]，北京：清华大学出版社，2007

[11] 冯炳、韩泰荣、将文森等编著，中国机械设计大典（3）[M]，北京：机械工业出版社，2006

致 谢

毕业设计是在饶老师的多次指导下完成的，从构思、结构设计到图纸绘制过程中，饶老师和同学都给了很多建议，除此之外，还包括资料、表格、文献、研究思想和设想的所有者，借图书证给我、陪我一起去图书馆的同学们，我在此表示衷心的感谢。