振搖式紅棗收獲機的設計,振搖式,紅棗,收獲,設計 0.08 A0.03AA 中文摘要 振搖式紅棗收獲機 摘要 紅棗是一種重要的經濟型農作物，它具有豐富的維生素含量，被廣泛用于藥材和日常食用品，在我國山東、山西、新疆、河北等多地都有大量種植。是我國分布地最廣的果樹種植之一，目前我國已研發(fā)出多種大型振搖式紅棗收獲機，但是由于我國各個地區(qū)地形不同，同時種植規(guī)模也有較大差異，這些紅棗收獲機不能廣泛適用于各個地區(qū)和各種種植規(guī)模，多處地方仍然采用雇傭農民去進行紅棗收獲。而國外的大型紅棗收獲機主要適用于平原，進行大規(guī)模機械化收獲。由于我國種植紅棗地區(qū)主要在于山丘，地形不利于大規(guī)模機械化工作，工作環(huán)境滿足不了機器需求，而且機器價格昂貴，不符合價值要求。 為了解決這些地形復雜和機械化收獲等問題，本文主要通過對紅棗與樹枝連接之間產生的結合力進行計算，計算出能夠滿足紅棗與樹枝脫落所需要的慣性力，設計一款以振搖叉為主要執(zhí)行件的振搖式紅棗收獲機，并主要針對紅棗收獲機的外部結構、傳動裝置、收集傘進行主要設計，工作時由拖拉機動力輸出軸輸出動力，再通過傳動裝置將動力輸入到振搖叉上，振搖叉夾持紅棗樹干，利用曲柄滑塊機構滿足振搖叉進行直線往復運動，收集傘對振搖下來的紅棗進行收集，從而使得振搖叉對紅棗進行機械化高效收獲，并且達到較高的使用可靠性，完成較高果實采凈率目的，該裝置操作簡單，使用可靠率與果實采凈率都能達到很高的比率，且機器的體型較小，價格便宜，后期維修與保養(yǎng)都較為方便，對實現紅棗的農業(yè)機械化種植與收獲都有一定的促進作用。 關鍵詞：振搖式；振搖叉；曲柄滑塊機構；高效率  英文摘要 Red harvester vibration wave type Abstract Red jujube is a kind of important economic crops, it has rich vitamin content, is widely used in medicine and daily food, in China's shandong, shanxi, xinjiang, hebei has a large number of plant such as much as possible. Is one of the most widely distributed to fruit tree planting in our country, at present our country has developed a variety of large vibration wave type red jujube harvest machine, but because the terrain is different from region to region in China, the planting scale at the same time also have bigger difference, the red jujube harvest machine cannot be widely applicable to all regions and all kinds of planting scale, many local farmers to hire red jujube harvest is still applied. And foreign big jujube harvest machine is mainly applicable to the original, on a large scale mechanized harvesting. Because our country planting jujube region lies in the hills, the terrain is not conducive to large-scale mechanization work, the work environment to meet demand, the machine and the machine is expensive, do not conform to the requirements of the value. In order to solve these problems such as complex terrain and mechanized harvesting, this paper mainly through to the red jujube and the branches of the connection between the binding force is calculated, the calculated can satisfy the red jujube and the branches off the inertial force needed to design a vibration wave fork as the main implementation of a red harvester vibration wave type, and mainly aims at the external structure of red jujube harvest machine, transmission device, collecting umbrellas in the main design, the tractor pto output power at work, and then through the transmission power input to the vibration wave fork, vibration wave forks gripping jujube tree trunks, using slider-crank mechanism with vibration wave fork be straight line reciprocating movement, collect the red jujube are collected vibration to roll down the umbrella, so as to make the vibration wave fork of red jujube harvest mechanization and efficiently, and to achieve high reliability, the use of complete high fruit net rate, the equipment operation is simple, the use of the fruits are reliable and that the net rate can reach very high rate, and the smaller of the machine, price cheap, the late repairs and maintenance are more convenient, to realize agricultural mechanization planting and harvesting red jujube, there is a certain role in promoting. Key words: vibration wave type; The vibration wave fork; Collect the umbrella; High efficiency  目錄 1、緒論1 1.1、課題背景與意義2 1.2、國內外研究現狀3 1.2.1、紅棗液壓驅動振搖式收獲裝置4 1.2.2、紅棗曲柄滑塊傳動振搖式收獲裝置5 1.2.3、可變地隙自走式紅棗收獲機6 1.3、機構的選取4 2、技術任務書4 2.1設計依據5 2.2產品的用途及適用范圍6 2.2主要技術參數6 2.2主要研究內容6 3、設計計算說明書4 3.1整機結構的設計5 3.2裝置的工作原理6 3.3振搖式紅棗收獲機外部結構的設計6 3.3.1振搖叉的設計6 3.3.2曲柄滑塊機構的設計6 3.3.3收集傘的設計6 3.4機架的設計6 3.5發(fā)動機的設計6 3.5.1紅棗收獲機所需功率6 3.5.2發(fā)動機的選取6 3.6錐齒輪的設計6 3.7傳動鏈的設計6 3.8鏈輪的設計6 3.9傳動軸設計6 3.10軸承的設計6 4、使用說明書4 4.1操作說明5 4.2注意事項6 5、標準化審查報告4 6、結論4 參考文獻4 致謝4 振搖式紅棗收獲機的設計 1 緒論 1.1課題背景及意義 紅棗是一種李科棗屬植物，其自身復有豐富的維生素含量，有著“天然維生素丸”的美稱，這一特點使得紅棗具有滋陽補陰的功效，在藥用上有很大價值，同時由于紅棗的甜美口感，也使的人們在日常生活中頻繁食用。這使得在北方大多數省份都有種植紅棗來提高經濟收益的種植基地。近年來，我國棗樹種植面積約為331萬公頃，產量占全球的98%。同時我國的棗樹種植面積還在不斷增長。 因此，紅棗收獲效率決定了紅棗種植業(yè)的經濟效益高低，，傳統的紅棗收獲，是通過農民手持長木棒敲打、振搖樹干等方式，對棗樹樹枝進行敲打或對樹干進行振搖，從而使得紅棗獲得一定的慣性力，當慣性力大于紅棗與樹枝之間的結合力的時候，紅棗便進行掉落，這種方式不僅收獲效率低，而且木棒在揮打時產生的作用力極易對紅棗和棗樹本身造成傷害，影響紅棗經濟價值和棗樹自身成長。這些傳統收獲方式嚴重抑制了紅棗種植業(yè)的發(fā)展，近年來，我國農業(yè)機械化高速發(fā)展，在紅棗種植業(yè)方面有了重大突破，不僅可以降低農民的勞動強度，還可以進行機械化種植與收獲，大大提高了工作效率。在新疆、山西、河北等省份的平原地區(qū)，紅棗收獲主要由大型自走振搖式紅棗收獲機完成，這些收獲方式雖然大大降低了勞動力需求，但由于各種植地區(qū)地形不同，并不能廣泛適用于所有種植基地。所以我們迫切需要一臺果實采凈率高/實用性廣泛、價格合理的振搖式紅棗收獲機。 1.2國內外研究現狀 現在我們國家擁有的紅棗收獲機樣式還不是很豐富，大多數是使用機械手夾持樹干進行震動，從而使得果實可以從樹干上掉落。也有的是機器通過騎跨在棗樹上方，通過棒桿直接擊打樹木枝干，將果實打落下來，再通過氣吹式系統將紅棗進行收集，這樣的技術目前來說還不是很成熟。還有的是通過鼓風機將紅棗直接吹下來，在進行收集，這種收集方式較前兩種頗為麻煩。其中最為有代表性的就是以新疆農墾科學院機械裝備研究所研制成功的首臺紅棗收獲機“4YS-24紅棗收獲機”，這臺機器就是通過振搖叉對樹干進行夾持并進行往復式振搖運動，從而使得果實掉落。該收獲機的設計采用了液壓傳動與控制技術相結合的振動機械手，實現了棗樹的可靠夾持、無損傷振動落果和果實的快速收集。使用這種紅棗收獲機可以在每小時采摘50棵棗樹，果實采凈率高達91%功效比人工提高了將近十倍左右，為新疆紅棗種植戶收獲紅棗提供了強有力的技術和裝備支撐，而且這種紅棗收獲機，還具有價格實惠的優(yōu)點，每臺機器售價僅兩萬左右，受到了廣大人民的喜愛。 近年來隨著紅棗收獲機械的不斷改進，研制出了很多新的紅棗收獲機械，如武漢威明德科 技股份有限公司研制的 4ZZ-1B 型自走式紅棗收獲機 以及石大銳拓機械裝備有限公司研制的 4ZZ-1Y 型紅 棗收獲機等，但是這些機械仍然有沒有解決了道路行駛要求的問題，例如隙高與田間作業(yè)時要求地隙低的矛盾，于是出現了一種新型的、實用的可變地隙自走式紅棗收獲機，去解決地隙與收獲機械之間存在的不適應問題。它綜合考慮了棗樹的種植特點、最低果枝高度、紅棗產量和兼顧機器行走時的通過性能，地隙調節(jié)范圍在150-550mm，輪距寬2m，采摘行數為一行。這種紅棗收獲機的工作方式是機器工作時通過騎跨在棗樹上方，在機器的前部對棗樹枝干進行聚攏，前后輪之間采摘并向后輸送棗樹枝干，用龍門架式結構建造機架，機架上安裝采摘棒桿，然后在外圍上安裝鋼絲網，用來防止掉落的紅棗飛濺到外面。 這些紅棗收獲機械都大大減少了紅棗種植戶的收獲成本，降低了農民的勞動強度。 目前國外對采摘機械的研究主要是以采摘機器人為主，20世紀70年代末期，計算機技術與自動控制技術得到了快速發(fā)展，美國首先開始研究各種農業(yè)機器人，自1983年第一臺采摘機器人在美國誕生以來，經過20年來的不斷研究與試驗，采摘機器人技術變得日益成熟與完善。以日本為代表的發(fā)達國家，包括美國、法國、荷蘭、英國、西班牙等國相繼試驗成功了多種采摘機器人，如蘋果、柑橘、番茄、西瓜和葡萄等果實采摘的具有人工智能的機器人。采摘機器人主要由機械手、末端執(zhí)行器、視覺識別系統和行走裝置等4大系統組成。在日本首先是京都大學NoboruKawamura等人在20世紀80年代中期研制了五自由度關節(jié)型機械手，但這種機械手的工作空間并沒有包含所有果實的位置，而且機械手末端執(zhí)行器的可操作度也低。這種機械手在夾持方面很值得我們借鑒，又因為紅棗主要產地在中國，國外并沒有大型的紅棗種植基地，但是國外的各種新型采摘機器人在執(zhí)行件和傳動裝置上對我們紅棗收獲機械有很大的啟發(fā)。 1.2.1、紅棗液壓驅動振搖式收獲裝置 1、 機械手2、機架3、油箱4、液壓傳動回路及控制系統5、支撐裝置 這種紅棗收獲機工作時，用振動夾持手夾持樹干，然后拖拉機的動力輸出軸輸出動力，根據實際棗樹的樹干直徑和棗樹高度決定振動夾持手的夾持位置。經過傳動系統驅動振動夾持手振搖果樹。振搖完成后收回振動夾持手，與果樹樹干進行脫離。 1.2.2、紅棗曲柄滑塊傳動振搖式收獲裝置 1、 夾持手；2、機架；3、曲柄滑塊機構；4、動力裝置。 工作過程，以小型汽油機作為動力輸出裝置，并且將動力傳送到曲柄滑塊機構，使得夾樹裝置夾緊樹干并且進行直線往復運動，然后樹干受到外力強迫振動后就會使得與棗樹樹枝連接的果實獲得一定大小的慣性力，隨著曲柄轉速的加快，果實所獲得的慣性力也在不斷增大，當慣性力大于果實與樹枝之間的結合力后，果實就會掉落，同時底部所放置的收集結構會對掉落下來的果實進行收集。 1.2.3、可變地隙自走式紅棗收獲機 1、 后驅動總成2、動力機3、輸送及風選機構4、. 振動箱5、前腿總成6、. 龍門動力架7、. 駕駛室8、清掃機9、導流機構 10、.采摘輥11、擺線啟動機12、柴油箱 發(fā)動機功率為84kw，通過傳動系統提供動力到振動箱，并且驅動采摘輥進行工作，將樹枝上的果實進行擊打，促使其掉落到導流機構，最終將果實導流出收集裝置。完成紅棗收獲作業(yè)。 1.3、機構的選取 如果綜合比較以上三種紅棗收獲裝置，不難發(fā)現，可變地隙自走式紅棗收獲機，具有自動化采摘與收集的優(yōu)點，可以根據不同的種植方式來調整機器收獲間隙，適應不同地塊的種植方式，但是由于其棒桿式執(zhí)行件在工作時容易對果實與數目枝干造成損傷，導致果實采凈率較低，而紅棗液壓驅動振搖式收獲裝置雖然具有夾持可靠，果實采凈率高，對果實與果樹損傷較小等優(yōu)點，但由于它是液壓驅動，所以在維修和保養(yǎng)上具有較大難度。相對來說，紅棗曲柄滑塊傳動振搖式收獲裝置在果實采凈率和適應工作條件等方面都有較大的優(yōu)點，而且工作效率較高，在各個方面的表現都較為均衡，可以滿足紅棗收獲需求。因此在多方面考慮下，本文擬設計振搖式紅棗收獲機，不僅符合當前農村種植戶的生產需求，并且采用曲柄滑塊傳動的方式對紅棗進行收獲。  2、技術任務書 2.1設計依據 目前為止，在我國新疆、山西等地區(qū)，振搖式紅棗收獲機因為其有較高的工作效率與果實采凈率，并且價格相對來說較為便宜，操作也相對簡單，因此受到了廣大農民的喜愛，這種紅棗收獲機械其實是在采摘機械手的基礎上，添加了傳動機構使得機械手在夾持樹干的同時獲得動力，通過研究棗樹樹干受力之后的撓度變化，紅棗與樹枝之間的結合力大小，然后在計算果實在振搖過程中獲得足夠大的慣性力使得果實與樹枝分離。最后通過下方的收集傘對掉落的果實進行收集，確定裝置的主要技術參數。振搖式紅棗收獲機的優(yōu)勢充分模擬了人工作業(yè)的方式，振搖叉與收集傘的結合使用，使這個機械具有高效率和低損傷率的優(yōu)點。適用于不同種植地區(qū)的地形，有很高的通用性，所以本文設計的振搖式紅棗收獲機對傳動機構與振搖叉機構進行了優(yōu)化設計 2.2產品的用途及適用范圍 該裝置主要適用于地形復雜的農村地區(qū)，比如山西地區(qū)山脈較多，各地區(qū)的農村用地面積很不規(guī)范，大多分布在山上，不像河南、山東這些平原地區(qū)，同時，棗樹的直徑與高度也不盡相同。所以這些問題使得不能采用大型自走式紅棗收獲機，只能進行人工收獲，振搖式紅棗收獲機可以解決這些收獲難題，降低農民的勞動強度。 2.2主要技術參數 振搖式紅棗收獲機的主要技術參數如表2-1所示，其主要包括裝置的拖拉機功率、裝備質量、主軸轉速、傳動鏈型號、鏈輪速度、主動輪直徑、從動輪直徑、結構總體尺寸、振搖叉尺寸、收集傘尺寸、鏈輪與傳動鏈之間的配合等。 表2-1主要技術參數 參數項目 單位 參數 拖拉機功率 27.6 kw 結構質量 150 kg 輸出軸轉速 540/1000 r/min-1 振搖機構形式 曲柄滑塊機構 振動頻率 8 Hz 振幅 60mm 結構總體尺寸(長x寬x高) 2800 X 2200 X 1400 mm 2.2主要研究內容 本文擬設計一種適用于農村地區(qū)的振搖式紅棗收獲機，并滿足果實采凈率高、果樹損傷小、工作效率高、價格便宜這幾大特點。具體設計方案如下所示： （1） 對裝置的整機結構設計，包括機架設計、振搖叉、收集傘等外部結構的設計。 （2） 對驅動系統的設計，包括拖拉機標定功率的選擇、主動輪的設計、從動輪的設計、以及傳動鏈與鏈輪的選擇等。 （3） 對傳動系統的設計，包括錐齒輪的設計、主軸的設計與強度校核 （4） 對箱體與支撐結構的設計，包括箱體材料與支撐裝置材料的選擇，結構的設計等。 3、設計計算說明書 3.1整機結構的設計 3.1.1整機結構 振搖式紅棗收獲機主要由四大系統組成，分別是振搖系統、傳動系統、收集系統、整機結構系統組成。其具體如圖3-1所示，振搖式紅棗收獲機結構的總體尺寸為：長X寬X高=2800 X 2200 X 1400 mm。 （1）振搖叉（2）機架 （3）鏈輪（4）傳動箱 （5）錐齒輪 （6）主傳動軸（7）三點懸掛裝置 （8）聯軸器 圖3-1 振搖式紅棗收獲機結構示意圖 3.2裝置的工作原理 該振搖式紅棗收獲機，在在振搖叉上很大程度的模仿了以前人們用手去搖晃樹干使得紅棗掉落機械手結構，通過利用連桿機構與螺栓連接相結合的方式，設計出可自動控制夾持與松開的振搖叉，同時，為了使得振搖叉可以對不同直徑的樹干進行可靠加持，我們通過現實中考察與網絡上查詢等方式，了解到紅棗樹干直徑一般在80~200mm左右，因此對振搖叉的結構進行了相關尺寸設計，選取了合適的振搖叉尺寸與連桿之間的角度，振搖叉夾持住紅棗樹干后，在拖拉機輸出軸PTO的轉動下，經過錐齒輪減速，將轉速為1000r/min降低到500r/min。再通過軸與鏈輪相連接的傳動方式將動力傳送到曲柄滑塊機構，使得振搖叉進行直線往復運動，振搖樹干。使得樹干的撓度發(fā)生變化，通過合適的頻率，使得樹干與果實獲得足夠的加速度，這樣的話。果實就會獲得一個固定的慣性力，當紅棗所獲得的慣性力足夠大且能大于紅棗與樹干之間的結合力的時候，紅棗就會與樹干之間發(fā)生分離與掉落現象，再用樹干底部所放置的收集傘，將掉落下來的紅棗果實進行收集。 3.3振搖式紅棗收獲機外部結構的設計 圖 3-2振搖式紅棗收獲機的主視圖 3-2振搖式紅棗收獲機的俯視圖 3.3.1振搖叉的設計 圖3-3 振搖叉機構參數 振搖叉是振搖式紅棗收獲機的執(zhí)行件結構，一般用于機器對棗樹樹干進行夾持與固定，使得機器在進行正常工作時，將動力轉化為振搖叉與樹干之間產生的摩擦力，從而傳送到樹干上，使樹干發(fā)生一定的撓度變化，為了使得振搖叉可以對樹干進行可靠加持，我們通過查閱書籍與文獻與進行實際考察的多種方式了解到紅棗棗樹的樹干直徑一般在80~200mm左右，所以我們所設計的振搖叉結構為連桿機構，可以在可調螺栓的控制下，振搖叉進行一定位移的，對樹干進行可靠夾持，因此設計機械手放松狀態(tài)下兩夾持塊之間的距離為200mm，通過對連桿機構的長度設計與對可調螺栓的長度設計可達到機械手位置要求，整個機構在工作時，通過旋轉螺栓，控制兩個機械夾持部件進行橫向位移，對樹干進行夾緊。 同時，在夾持部件上添加防滑墊，使得機械手夾持時產生足夠大的摩擦力，并且該摩擦力使得樹干產生撓度變化，從而樹干上的果實獲得一定的加速度，果實因此獲得一個不斷變化的慣性力。 在可調螺栓與連桿機構之間設計一對合適的彈簧，這樣，在機器工作結束后，機械手可自動松開對樹木的夾持。 振搖叉參數：由于振搖叉為平面連桿機構，所以需要計算其自由度，根據式機械原理第八版P16頁式3-1： 自由度F=3n-(2pl+ph) （3-1） 代入得F=3*9-（2*13+0）=1 該振搖叉得自由度為1，只允許兩個夾持塊做直線對向運動。 如圖3-3所示，正常狀態(tài)下兩夾持手之間距離為200mm，長度為350mm,寬度為300mm，厚度為50mm。 連桿1長度為270mm，厚度為30mm。兩端轉動副用銷連接方式進行連接，與X軸之間呈30度夾角，銷直徑為10mm，長度為90mm。 連桿2長度為190mm，厚度為30mm。兩端轉動副用銷連接方式進行連接，銷直徑為10mm，長度為90mm與直徑為25mm，長度為150mm。 連桿3的長度為320mm，厚度為15mm。兩端轉動副用銷連接方式進行連接，與X軸之間呈30度夾角，銷直徑為25mm，長度為150mm。 連桿4長度為150mm，厚度為30mm。兩端轉動副用銷連接方式進行連接，銷直徑為25mm，長度為150mm。 可調螺栓的長度為280mm，大徑為40mm。 彈簧放松狀態(tài)下長度為90mm,彈簧直徑為5mm。 3.3.2曲柄滑塊機構的設計 考慮到設計簡單，并且為了使機器的維修與保養(yǎng)盡可能地簡單方便，運行成本低，以及振搖叉在下死點附近承受較小的側向力等因素，采用曲柄連桿滑塊機構，并且采用對心機構用來增加機構的穩(wěn)定性。 曲柄滑塊機構是利用曲柄和滑塊來實現鏈輪轉動和振搖叉移動相互轉換的平面連桿機構，這個機構也被稱為曲柄連桿機構，在振搖式紅棗收獲機的應用中，主要是為了將整周的回轉運動轉換為直線往復移動，使得振搖叉夾持著樹干一起完成直線往復的動作。 初步設定：如圖3-3所示，以曲柄圓心A點作為坐標原點，以水平向右為X軸，建立X1-X2坐標系，將曲柄、連桿的矢量分別表達為L1、L2，該矢量的角度變化分別用θ1、θ2 表示。其主要參數如下： （1）曲柄的平均轉動速度和速率： n1=480r/min ω=n1×2π60 （3-2） （2）曲柄參數：曲柄半徑L1=AB=0.06m，質量m1=20.0kg,設O1為曲柄的質心，L1a=AO1=0.03m;方向矢量L1到AO1角度θ1P 為 0.1rad； （3）連桿的參數為：連桿長度L2=BC=0.3m;質量m2=10.5kg；質心O2則處在連桿BC上距離B點0.1m的位置，則L2a=BO2=0.1m。 圖3-4曲柄連桿機構 圖3.-5曲柄連桿機構的運動特性 （4）外載參數：振搖叉所受水平摩擦力根據樹干所發(fā)生的撓度變化隨之而增大或減小 根據材料力學 第六版P195頁,已知梁的結構與撓度變化，來求所需力的大小。 序號 梁的簡圖 撓曲線方程 端截面轉角 最大撓度 通過查閱文獻得：棗樹的彈性模量為E=10.012GPa 棗樹直徑一般在80~200mm之間，為了滿足功率要求，計算過程中，取最大棗樹直徑d=200mm代入計算方程中。 慣性矩I=π?464=3.14×20046+=78500000 （3-3） 取棗樹高度為3m 振搖叉距離地面高度a=1.2m 撓度ωB=0.06m 代入方程F=σEIωBa23l?a=∞×6×10.012×78500000120023×3000?1200=25190N （3-4） 表3-1——振搖叉所受的摩擦力 θ1 F1.D 0。 25190 90 0 180 -25190 270 0 360 25190 圖3-6曲柄的受力分析圖 圖3-7連桿的受力分析圖 圖3-8振搖叉得受力分析圖 圖解法求解步驟： 首先可以通過B點速度來求得C點的速度，構造矢量方程 sC = sB + SBC （3-5） 大小 ？ L1ω L21ω 方向 ⊥CD ⊥AB ⊥BC 繪制上式的速度多邊形，可以計算出來角速度ω和C點的速度 對上式進行求導可得角加速度與C點加速度。 再一次對各構件進行隔離受力分析，研究連桿，通過圖3-6可得力矢量方程： F1,B + F2,B + F1,C + F2,C + m2g -m2ao2 = 0 （3-6） 大小 ？ ? v v v v 方向 v v v v v v 通過圖解法求解上式可以得到F1,B，F2,B 研究曲柄，可列出力矢量方程： F1,A + F2,A + F1,B + F2,B + m1g -m1ao1 = 0 （3-7） 大小 ？ ? v v v v 方向 v v v v v v 列出繞A點的力矩平衡方程，求出Mb 經過計算，曲柄所需平均力矩Mb,a和最大驅動力矩Mb,MAX分別為 Mb,a=i=035Mb36=414.5N.m Mb,MAX=960.70 3.3.3收集傘的設計 收集傘的設計是為了將因為振搖而掉落的果實進行收集，所以為了使得收集效率足夠高，同時又能夠保證果實的品質，我們擬采用收集傘為倒傘狀結構，這樣既可以將樹干上掉落的果實進行收集，又因為收集傘本身材質較軟，防止了果實掉落在地上同時表皮受到損壞，影響果實品質與銷售價值的降低。 3.4機架的設計 機架的設計是為了給振搖叉與鏈輪、錐齒輪、曲柄滑塊機構等部件提供結構支撐，并且合理安排各部件結構位置布局的合理性，保證振搖叉工作時所需要的工作高度，從而符合撓度地計算與棗樹樹干振幅地標準性。振搖式紅棗收獲機工作時，不會因其自身共振而發(fā)生部件間的移動，從而產生不必要的安全隱患，為滿足剛度要求，擬采用方鋼焊接而成，為了使得振搖叉、傳動箱等部件方便安裝，需要在各個部位進行鉆孔，滿足安裝要求。其具體如圖3-8所示。 圖3-9機架的設計 3.5拖拉機的功率與選取 3.5.1紅棗收獲機所需功率 振搖叉是振搖式紅棗收獲機的的核心部件，振搖叉作為執(zhí)行件，與棗樹樹干之間發(fā)生接觸，由于振搖樹干需要一定的功率，故對此功率進行計算。其中對功率產生影響的因素分別有角速度ω，振搖頻率f=8HZ。 ω=2π?f=16 π （3-8） 所需要的平均力矩： Mb,a=i=035Mb36=414.5N.m 由功率的計算公式可知，曲柄上所需要的平均功率為： Pa=wt=F?5t=F?v=F?γ?ω= Mb,a ω =20.82(kw) （3-9） 查閱資料，選取相關傳動部件的能量損失效率，根據式3-10： ?=?v×?z×?c×?N （3-10） 式中： ?v——鏈傳動的效率； ?z——錐齒輪的傳動效率； ?c ——軸承的傳動效率； ?N ——萬向節(jié)聯軸器的傳動效率； 查資料得，各傳動部位傳動效率如表3-1所示 表3-2 各傳動部件傳動效率 各部件傳動效率 傳動效率 取值 滾子鏈傳動效率 0.96 0.96 錐齒輪傳動效率 0.97-0.98 0.98 軸承傳動效率 0.98-0.99 0.98 萬向節(jié)聯軸器傳動效率 0.92-0.95 0.92 電機傳動到滾筒的效率為? =0.96×0.98×0.98×0.92=0.85 3.5.2拖拉機的選取 拖拉機通過PTO輸出軸提供動力，再通過錐齒輪，鏈輪等傳動部分帶動振搖叉做直線往復運動。根據公式（3-11）計算出拖拉機輸出軸所需功率為PU= PU = Pz? =20.82kw0.85 =24.49kw （3-7） 式中： Pz——振搖叉所需功率，kw;(取20.82) ? ——總傳遞效率； PU ——拖拉機輸出軸輸出功率，kw;(求得24.49) 通過計算，拖拉機的輸出軸功率應該大于24.49kw,查閱資料最終選擇了型號為黃海金馬404的拖拉機滿足條件，拖拉機的參數如表3-3所示： 表3-3 拖拉機的參數 拖拉機 黃海金馬404 型式 4 X 4輪式 前輪胎規(guī)格 7.50-16 外形尺寸 3825x1625x2065 后輪胎規(guī)格 11.2-16 發(fā)動機形式 立式、水冷 后退速度 4.45 標定功率（kw） 29.4 最小離地間隙（mm） 325 額定轉速（r/min） 2400 三點懸掛類別 半分置式I類 軸距（mm） 1943 動力輸出軸轉速（r/min） 540/1000 前輪輪距（mm） 1300 前配重質量 120 后輪輪距（mm） 1300~1600 后配重質量 180 3.6錐齒輪的設計 錐齒輪傳動用來傳遞兩相交軸之間的運動和動力，在振搖式紅棗收獲機的設計中，錐齒輪用來將拖拉機動力輸出軸的動力傳遞到鏈輪上 ，設計步驟如下： 首先選取錐齒輪標準模數系列m=5。根據兩輪的傳動比i12=z2/z1=d2/d1=sinδ2/sinδ1 (3-8) z2——大錐齒輪齒數  z1——小錐齒輪齒數 d2——大錐齒輪分度圓直徑 d1——小錐齒輪分度圓直徑 δ2——大錐齒輪分錐角 δ1——小錐齒輪分錐角 已知i12=2，則： δ1=tan?1z1z2=tan?15454=26.5。 設大錐齒輪齒數Z2=40 小錐齒輪齒數Z1=20 主要涉及結論如表3-4所示： 表3-4 名稱 代號 計算結果 小齒輪 大齒輪 分錐角 δ 26.56 63.44 齒頂高 ?a 5 mm 齒根高 ?f 6 mm 分度圓直徑 d 100 mm 200 mm 齒頂圓直徑 da 108.94 mm 204.47 mm 齒根圓直徑 df 89.27 mm 194.63 mm 錐距 R 111.80 mm 齒根角 θf 3.07 頂錐角 δa 29.63 66.51 根錐角 δf 23.49 60.37 頂隙 C 1 分度圓齒厚 s 7.85 當量齒厚 zv 22.50 89.50 齒寬 B 37 齒輪選用45鋼（調質），齒輪按7級精度設計。 錐齒輪結構如圖3-9所示： 圖3-10錐齒輪結構示意圖 3.7傳動鏈的設計 1.計算當量的單排鏈計算功率Pca 根據鏈傳動的工作情況、主動鏈輪齒數和鏈條排數，將鏈傳動所傳遞的功率修正為當量的單排鏈計算功率 Pca=KAKZKPP 工作情況系數KA=1.4 主動鏈輪齒數系數KZ=0.473 多排鏈系數KP=1 Pca=KAKZKPP=1.4×0.4731×27.3=18.07kw 2.確定鏈條型號和節(jié)距p 根據當量的單排鏈計算功率、單排鏈額定功率和主動鏈輪轉速，查表可得鏈輪型號選為16A，由此可得節(jié)距p=25.4 3.計算鏈節(jié)數和中心距 初選中心距a0=30p~50p=762~1270mm， 取a0=800mm Lp0=2a0p+z1+z22+z2?z12π2pa0=100.99 為了避免使用過渡鏈節(jié)，應將計算出的鏈節(jié)數圓整為偶數 Lp=102 鏈傳動的最大中心距為 查表得f1=0.24578 amax=f1p2Lp?z1+z2=1024mm 4.計算鏈速v，確定潤滑方式 v=z1n1p60×1000=8.04m/s 由資料顯示，潤滑方式選為滴油潤滑。 計算鏈傳動作用在軸上的壓軸力FP FP≈KFpFe=1.05Fe 傳動鏈如下圖所示： 圖3-11傳動鏈的結構示意圖 3.8鏈輪的設計 鏈輪尺寸計算 已知傳動鏈選用滾子鏈16A型號，則節(jié)距p=25.4，滾子直徑d1max=15.88,內鏈節(jié)內寬b1min=15.75,銷軸直徑d2max=7.94,內鏈板高度h2=24.13，排距pt=29.29 齒數Z=38. 分度圓直徑 d=psin180z=25.40.8258=302.7mm 齒頂圓直徑 damin=d+p1?1.6z?d1=294.5mm damax=d+1.25p?d1=318.87mm 齒根圓直徑 df=d?d1=287.12mm 齒高 ?amax=0.625p?0.5d1+0.8pz=6.97mm 尺側倒角 Ba=0.13p=0.13x25.4=3.302 尺側半徑 Rx=25.4 鏈輪結構如下圖所示 圖3-11鏈輪的結構示意圖 3.9鏈輪傳動箱的設計 鏈輪傳動箱的作用主要是使軸、滾動軸承、鏈輪各個部件組裝起來，成為一個整體，結構緊湊，并實現最初設計的功能。鏈輪傳動箱應該使裝置每個零件安裝合理。 3.10錐齒輪傳動箱的設計 錐齒輪傳動箱的作用主要是使軸、滾動軸承、錐齒輪各個部件組裝起來，成為一個整體，結構緊湊，并實現最初設計的功能。錐齒輪傳動箱應該使裝置每個零件安裝合理。 3.11傳動軸的設計 根據公式（3-35）計算軸的轉矩T =266326N·mm： T =9550000Pn =9550000×26.772kw960r/min =266326N·mm （3-35） 式中： P - 軸的實際功率，kw；（取26.772） 其中：P = ?×P =0.97×27.6kw=26.772kw ? -錐齒輪的傳遞效率；（取0.97） P- 拖拉機的實際功率，kw；（27.6） n -軸的轉速，r/min；（取960） T -軸的轉矩，N·mm；（求得266326） 根據公式（3-36）設計軸的最小直徑d0 =40mm： d0 ≥ 395500000.2[τT] · 3Pn = 395500000.2×35MPa · 326.772kw960 = 33.3542mm （3-36） 式中： [τT] - 45鋼的許用應力，MP；（取35） P - 軸的實際工作功率，kw；（取26.772） n - 軸的轉速，r/min；（取960） d0 - 軸的最小直徑，mm；（求得40） 軸安裝時，與錐齒輪，傳動箱等部件配合，需要對錐齒輪進行軸向固定，常采用鍵槽，為保證軸端蓋便于安裝，將軸與端蓋配合處設計為50mm，軸端擋圈用于錐齒輪軸向定位，錐齒輪的左端采用軸肩定位，且錐齒輪軸向定位采用鍵槽。根據錐齒輪的設計要求，軸與錐齒輪的配合長度L1 =70mm，軸的直徑d1 = 40mm；軸與軸承的配合長度L2 = 34mm，軸的直徑d 2 =50mm；軸與箱體的配合長度L3 =76mm，軸的直徑d3 =60。 主傳動軸如圖3-12所示： 圖3-12主傳動軸的結構示意圖 設計完主傳動軸之后，需要對從動錐齒輪上的軸進行類似的設計，又因為從動的錐齒輪在轉速與功率上都略小于主動輪，所以可對該軸與主動輪上的軸選用相同的直徑，滿足軸的強度要求即可。 圖3-13傳動軸的設計 3.11軸承的設計 該裝置中有三根軸，需要16個軸承，根據其直徑與工作特性，選擇軸承的規(guī)格。主軸與軸承配合的直徑為50mm，選擇軸承代號6010；基本尺寸如下表所示： 軸承代號 基本尺寸 6010 小徑d 大徑D 軸承寬度B 50 80 16 從動錐齒輪與軸承配合的直徑為60mm，軸承代號6012；基本尺寸如下表所示： 軸承代號 基本尺寸 6012 小徑d 大徑D 軸承寬度B 60 95 18 鏈輪軸與軸承配合的直徑為70mm，軸承代號6014基本尺寸如下表所示： 軸承代號 基本尺寸 6014 小徑d 大徑D 軸承寬度B 70 110 20 4、使用說明書 4.1操作說明 在使用前先對振搖式紅棗收獲機裝置進行檢查，確認機器良好后，根據棗樹的樹干直徑，通過轉動可搖螺栓，控制振搖叉對樹干進行可靠夾持，啟動拖拉機，通過PTO輸出軸進行動力傳送，在經過傳動裝置使振搖叉獲得動力并做直線往復運動，最后樹干根部放置的收集傘歲果實進行收集。最后手動調整可調螺栓，振搖叉松開對樹干的夾持。 4.2注意事項 振搖式紅棗收獲機裝置在正常工作時，工作人員不能離開，不可以在裝置正常工作時，觸碰裝置的各個運動部件。當裝置發(fā)生故障時，先切斷拖拉機電源，使裝置停止工作后，在對其進行故障排查與維修。 5、標準化審查報告4 本文擬設計的振搖式紅棗收獲機裝置基本完成，機構中的基本數據全部給出，附有全套cad圖紙，根據相關規(guī)定，對其標準化審查，結果如下： （1）設計圖紙和文件：圖紙和文件所用編號原則復合以下標準： GB/T 17710—1999 數據處理校檢系統； JB/T 5054.8—1991 產品圖樣即涉及文件通用和借用件管理辦法； JB/T 8823—1998 機械工業(yè)企業(yè)計算機輔助管理信息分類編碼原則。 （2）產品圖樣及設計文件復合以下標準： GB/T 10609.1—1989 技術制圖 標題欄； GB/T 10609.2—1989 技術制圖 明細欄； GB/T 14689—1993 就似乎制圖 圖紙幅面和格式。 6、結論4 本設計主要是在曲柄滑塊機構傳動和振搖叉結構方面進行了優(yōu)化設計，當振搖叉夾持住棗樹樹干時，合適的振幅與頻率將會使得果實與樹干之間發(fā)生脫離，通過合理的設計曲柄的轉速與長度，實現半自動化。 （1） 裝置的設計為拖拉機輸出軸傳動，輸出軸通過與聯軸器、錐齒輪、鏈輪等部件相配合，錐齒輪可改變傳動方向，并起到減速作用。 （2） 主要對振搖叉與曲柄滑塊機構進行設計，振搖叉采用仿機械手的方法，并添加可調螺栓與彈簧相結合的方式，實現對不同樹干直徑的棗樹進行夾持。 （3） 該裝置的主要創(chuàng)新之處是利用曲柄滑塊機構來實現對振搖叉振幅與頻率的精準控制，使得果實所受的慣性力足夠大，脫離樹干。 機架和整體布置，振搖叉利用鏈鎖與機架相連，傳動箱利用螺栓螺母與機架相連，整個裝置利用三點懸掛裝置與拖拉機相連。 參考文獻 [1]李世偉,鄭美朝,鄭德聰.4SZ-1型酸棗采收機機架有限元分析[J].農業(yè)工程,2020,10(05):80-85. [2]魯兵,湯修映,胡燦,侯書林,王旭峰.清掃式紅棗收獲機Ⅴ型布置清掃輥刷支撐架的設計與有限元分析[J].塔里木大學學報,2018,30(03):62-69. [3]張鳳奎,冉軍輝,李忠杰,王得偉,李平.氣吸式落地紅棗撿拾機作業(yè)參數優(yōu)化[J/OL].果樹學報:1-14[2021-05-20].https://doi.org/10.13925/j.cnki.gsxb.20200573. [4]尹素珍,張鐵,董祥,冉小琴,孫星.可變地隙自走式紅棗收獲機設計與試驗[J].農業(yè)工程,2019,9(01):67-71. [5]丁凱,張炳成,張慧明,付威,坎雜.機械振動式紅棗收獲的動力學研究[J].農機化研究,2019,41(02):50-54. [6]孟祥金,湯智輝,沈從舉,賈首星,劉威,周艷,鄭炫.4YS-24型紅棗收獲機[J].新疆農機化,2013(01):13-14. [7]范修文,張宏,李傳峰,孟煒.新疆紅棗收獲機械現狀及發(fā)展建議[J].新疆農機化,2013(06):40-41. [8]何榮. 自走式矮化密植紅棗收獲機激振裝置的設計及試驗研究[D].石河子大學,2014. [9]李春明,尹曉麗,贠平利,郭穎,崔云靜.某機械曲柄滑塊機構的動力學及相關問題研究[J].德州學院學報,2019,35(06):40-46. [10]楊麗新. 重載夾持裝置動態(tài)夾持力分析及夾持驅動策略研究[D].中南大學,2011. [11]周海寶.新型可調式自鎖手鉗[J].機械工程師,2000(02):15. [12]虞華強. 人工經濟林核桃、棗樹木材性質及其變異規(guī)律的研究[D].安徽農業(yè)大學,2001. [13]杜小強,倪柯楠,潘珂,陳少鐘,高旗,武傳宇.可調振幅單向拽振式林果采收機構參數優(yōu)化[J].農業(yè)工程學報,2014,30(16):25-32. [14]毛文俊,張銀花,宋衛(wèi)華,田常海,耿國梁,李海權.十字軸式萬向聯軸器傳動性能分析[J].機械傳動,2021,45(01):116-122. [15]林琳.十字軸萬向聯軸器安裝使用與維護[J].中國水泥,2018(12):107-108. [16]機械設計課程設計手冊/吳宗澤，高志，羅圣國，李威主編.--5版.--北京：高等教育出版社.2018.6. [17]機械設計/濮良貴，陳國定，吳立言主編；西北工業(yè)大學機械原理及機械零件教研室編著.--9版.--北京：高等教育出版社，2013.5. [18]機械原理/孫恒，陳作模，葛文杰主編.--8版.—西北工業(yè)大學：高等教育出版社.2013.3. [19]. Engineering - Agricultural and Biological Engineering; Study Results from W. Fu and Colleagues in the Area of Agricultural and Biological Engineering Reported (Design and test of 4ZZ-4A2 full-hydraulic self-propelled jujube harvester)[J]. Agriculture Week,2018. [20]. Engineering - Agricultural and Biological Engineering; Study Results from W. Fu and Colleagues in the Area of Agricultural and Biological Engineering Reported (Design and test of 4ZZ-4A2 full-hydraulic self-propelled jujube harvester)[J]. Agriculture Week,2018. 致謝 本論文是在老師精心指導和嚴格要求下完成的。他平時不僅給我們提出大的設計方向，同時也經常詢問我們的設計進度，當我們遇到問題時，他都會給我們耐心解答，當我們設計出現錯誤時，他也會及時對我們的錯誤進行糾正，正是他的辛勤教導、高標準、嚴要求，讓我更加慎重地對待自己的設計，不愿辜負師長對我的期待，在此次設計中，我全力以赴。 在此論文完成之際，我首先要感謝他，同時希望老師在以后可以一切順利。 同時我要感謝大學四年的所有關心我?guī)椭业睦蠋?、同學，祝他們在以后的工作、學習與人生道路順順利利，一帆風順。 最后感謝我的家人和朋友，感謝他們的關心和支持，正是因為這些讓我不斷前進，不斷進步，無論何時他們都愿意支持我，做我堅強的后盾，我很感謝他們