草莓采摘機畢業(yè)設(shè)計說明書

心打造心打造PAGE3QQ1638290842業(yè)設(shè)計說明書題 目： 草莓采摘機設(shè)計 專 業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化 學 號： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 摘 要 12第一章 緒論 3引言 3草莓采摘機國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3國外研究現(xiàn)狀 3國內(nèi)研究現(xiàn)狀 4研究的目標和內(nèi)容 5研究目標 5采摘機采摘原理簡介 5第二章 草莓采摘機總體方案設(shè)計 7草莓采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計及其計算 7草莓采摘機設(shè)計及其材料選擇 8第三章 采摘裝置的設(shè)計 9采摘擋板的設(shè)計 9彈簧的設(shè)計 9滾輪的設(shè)計 11第四章 電動機的選擇 124.1.傳動比的分配 13第五章 V帶傳動的設(shè)計 155.1.V帶參數(shù)計算 15第六章 齒輪的設(shè)計 17齒輪相關(guān)參數(shù)初步確定 17按齒面接觸強度設(shè)計 17按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計 19幾何尺寸的計算 20第七章 軸的設(shè)計 22軸的材料 22軸的參數(shù)設(shè)計 22軸承的強度校核 27第八章 傳送裝置的設(shè)計 29傳送帶的寬度設(shè)計 29傳送帶的選型 29滾筒的選擇 29結(jié) 論 31參考文獻 32致謝 33附錄 34未來未來1草莓采摘機設(shè)計 摘要： 現(xiàn)在國內(nèi)的農(nóng)業(yè)采摘雖然對于大部分水果都有專業(yè)的采摘設(shè)備，但是對于草莓采摘還是一大難點，所設(shè)計的采摘設(shè)備針對特殊地形和栽種方式還有保持果實的完整度都有一定的難度。本設(shè)計對現(xiàn)階段我國草莓種植環(huán)境進行相關(guān)了解，再結(jié)合實際采摘情況，針對草莓采摘需要注意的一些細節(jié)進行分析，設(shè)計出合理的采摘機構(gòu)，實現(xiàn)對草莓的大批量采摘。所設(shè)計的草莓采摘機以人力推動或機器牽引，通過拖拽，實現(xiàn)了草莓采摘機的行駛功能。針對不同草莓田壟形狀，采摘裝置加入了收緊滾輪的結(jié)構(gòu)，以便適應(yīng)多變的地形。設(shè)計過程包含了草莓采摘機的電機選擇，傳動部分零件的材料選擇及設(shè)計，及采摘部分和傳送部分的設(shè)計和分析。關(guān)鍵詞： 草莓采摘機；結(jié)構(gòu)設(shè)計；理論計算心打造DesignofStrawberryPickerAbstract:Althoughthedomesticagriculturalpluckinghasprofessionalpickingequipmentformostfruits,itisstilladifficultproblemforstrawberrypicking.difficulttodesignthepluckingequipmentforthespecialterrainandplantingmethodsandtokeeptheintegrityoffruit.ThisdesignisrelatedtothepresentsituationofstrawberryplantinginChina.Accordingtotheactualpickingsituation,somedetailsofthestrawberrypickingneedtobeandareasonablepickingmechanismisdesignedtothelargebatchofstrawberrypicking.isbyorfunctionofstrawberrypickingmachineisbydragginganddragging.Accordingtothedifferentshapeofstrawberryridges,thepickingdeviceaddsthestructureoftherollertoadapttothechangeableterrain.Thedesignprocessincludestheselectionofthemotorofthestrawberrypickingmachine,thematerialselectionanddesignofthetransmissionpart,andthedesignandanalysisofthepickingpartandthetransmissionpart.Keywords:Strawberrypicker;Structuraldesign;Theoreticalcalculation未來2心打造心打造未來未來PAGE10引言

第一章 緒論 譽，而且還有極高的營養(yǎng)價值。正是因為草莓受歡迎的程度和它的生長周期短，讓果農(nóng)們能夠在短時間內(nèi)得到極高的經(jīng)濟回報，在我們國家，草莓的種植面積正逐年增加。隨著食品加工行業(yè)的發(fā)展，草莓不僅僅可以作為鮮果供人們食用，還可以加工成各種各樣的衍生產(chǎn)品，比如草莓醬，草莓果干，草莓汁等，同時草莓還有一定的醫(yī)藥用價值。草莓作為當今比較普遍的水果，但相較其他普通的常見水果來說依然價格較高，在草莓的收獲季節(jié)，普通的草莓仍能賣到十元一斤的價格，究其原因還是因為其收獲季節(jié)時勞動成本過于昂貴。草莓成熟的季節(jié)，約有四分之一的成本是投入到采摘過程中去的。因此減輕勞動強度，降低生產(chǎn)成本，成了草莓收獲的重中之重。日本研制出的草莓采摘機器人需要以高架種植模式為基礎(chǔ)，并不適用于國內(nèi)的田壟種植環(huán)境。Kondo帶領(lǐng)的團隊研制出的草莓采摘機器人摘取單個草莓所用時間為十一秒，采摘成功率只有一半。顯然，對于真正投入到使用還差很 長一段距離。國內(nèi)張鐵中等人對于的田壟栽培模式下的草莓采摘機器人研究也有一定的進展，但是這些設(shè)備對草莓果實的采摘都存在一定的不足。對于機器 人的機械臂的定位還存在著各種問題，例如圖像識別和感應(yīng)裝置的識別成功率。這種智能采摘機器人的工作效率也是一個值得關(guān)注的問題，單獨一個機械 臂的采摘效率甚至不如人工采摘速度，多臂采摘也需要特殊的種植模式才能實現(xiàn)。而且采摘之后對于果實的完整度是對采摘機器人的極大挑戰(zhàn)。多數(shù)草莓果實在采摘時可能完好，但是收集運送過程中可能會對果實造成不同程度碰撞，造成果實損傷。本設(shè)計除了主要考慮到草莓的采摘條件以外，還需要考慮到我國農(nóng)業(yè)的實際發(fā)展水平，大部分果農(nóng)的文化水平不高，對于機械產(chǎn)品的使用僅僅是通過他人的一些簡單教學。所以，草莓采摘機的設(shè)計還需要注意操作方面的簡化，所設(shè)計出的產(chǎn)品必須具備只通過簡單操作就能完成批量采摘的工作。而且還可以適當?shù)膶⒃O(shè)備的維修便捷程度、環(huán)保等因素考慮進去。草莓采摘機國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國外研究現(xiàn)狀對于智能草莓采摘機只有找準草莓在空間三維坐標中的準確位置才能夠?qū)Σ葺M行準確的采摘，這就需要利用到機器人技術(shù)中的機器視覺才能實現(xiàn)。在機器人的發(fā)展歷史中，機器視覺的發(fā)展歷史也有一定的時間，許多國家都具備一定的技術(shù)，所以他們將其運用到了農(nóng)業(yè)采摘機器人上面，利用其在三維空間的精確定位，實現(xiàn)對果實的精確采摘，很多發(fā)達國家現(xiàn)在已經(jīng)在采摘機器人領(lǐng)域有了較大的發(fā)展。但是對于草莓采摘機器人的研究，目前仍是處于初級階段。很多國家都研制除了針對不同栽培模式的采摘機器人，對于田壟栽培下的采摘機人研究還處于初期階段，其中高架栽培的模式由于適合機器人作業(yè)，現(xiàn)如今被越來越多地采用，在高架栽培模式下，水果的種植密度大幅度提高，機器人的采摘臂設(shè)計不必針對對地模式采摘，所需的活動空間相對對地采摘極大減小，采摘時依靠機械手臂和末端執(zhí)行機構(gòu)，先將草莓的空間位置確定，機械臂移動到相應(yīng)置后末端執(zhí)行器將草莓切完成采摘過程。日本宮崎大學研制出的跨壟采摘4自由度的草莓采摘機器人通過兩個CCD相理器的計算得到草莓的空間后利用激光傳感器的測距功能草莓果實間的距離通過移動機械手臂使末端執(zhí)行器達到草莓莖的位置切刀切斷草莓莖實現(xiàn)果實的采摘，避免傷害到草莓果實。國內(nèi)研究現(xiàn)狀內(nèi)對草莓采摘機器人的研究雖然起步晚，但是通過學習些外先進技術(shù)和我科研人員自主研發(fā)創(chuàng)新神，在草莓采摘機器人領(lǐng)域也取得了一定的進內(nèi)的研發(fā)人員通過際栽種情況和果農(nóng)需求，通過當方法和技術(shù)手段，研制出了一些滿足農(nóng)業(yè)需求的采摘機。、草莓選果機。栃木縣農(nóng)業(yè)試驗場開出可根據(jù)草莓不同品質(zhì)進行分類的草莓選果機。草莓選果機的分類功能是基于雙目立體視覺技術(shù)開發(fā)出來的，這個裝置通過對采集到的圖像進行處理并利用擬合曲線對圖像進行分割實現(xiàn)對草莓的分類，所分類的草莓不僅果實大小有差別，甚至是草莓的含糖量也能通過這個設(shè)備進行分類。草莓采摘機對圖像進行處理之后，將采集的二維圖像轉(zhuǎn)換為 三維空間的形狀，還能對果實進行準確的定位。二、中國農(nóng)業(yè)大學開出了一套基顏色識別的計算算法，可以用于草莓采摘機器人的視覺系統(tǒng)中，對于采摘成功率有很大的提高。因為成熟的草莓是鮮艷紅色，具有一定的特殊性與周圍綠色植被很鮮明形成比通過對草莓圖像特顏色信息進行擬分析，可完成指定的成熟草莓進行采摘，解決了草莓單個果實因成熟度不同而難批量采摘的問題而且這算法僅僅適用于草莓采摘，對于一些果實顏色具有特點蔬果都具有泛性。、浙江學在采摘機器人的機械手臂方面研究取得了一定成果，對于機械手臂的工能力出了一個評判標準，他們所提出評判標準可從五個方進行測試，分別是工作空間、可操作度、避障能力、冗余空間與姿態(tài)多樣性。目前，草莓采摘機器人的依舊是停留在理論和試驗階段，無法進行大規(guī)模的推廣，無論是國內(nèi)還是國外，距離實現(xiàn)草莓園的自動化采摘還有很大的差距。差距有以下四個方面：（1）末端執(zhí)行器在采摘草莓果實的時候容易對果實表面造成損傷；（2）沒有設(shè)計出理想的機械手，很難達到有效的采摘范圍；（3）運輸過程無法避免碰撞對草莓產(chǎn)生的傷害；（4）采摘效率不高，誤差大。研究的目標和內(nèi)容 研究目標目前研制草莓采摘機用于國內(nèi)棚載草莓的收獲，使其具有使用價值，需要在以下兩個方面進行努力：（1）研理，在的工作能理機效用；（2）研，方采摘工人操作用和設(shè)；（3）制出高效的采摘方，采摘效率高于人工采摘效率。針對以上三點，本文將選擇產(chǎn)量高、規(guī)模大的南方目前開發(fā)設(shè)計草莓采摘機并且用于國內(nèi)大棚栽種的草莓收獲，讓其具備使用價值，需達到幾個要求：（1）研理，在的工作能理機效用；（2）研，方采摘工人操作用和設(shè)；（3）制出高效的采摘方，采摘效率高于人工采摘效率。針對以上三點，本文將選擇產(chǎn)量高、規(guī)模大的南方溫室大棚壟作栽培的草莓為研究對象，對草莓采摘機進行設(shè)計和研究。采摘機采摘原理簡介工作原理：草莓采摘機為小車型，工作時果農(nóng)握住采摘機把手，推動草莓采摘機跨壟縱向前進，安裝在采摘機前端靠田壟內(nèi)測的采摘裝置對草莓進行采摘，由采摘擋板先穿過草莓和壟之間的距離，將草莓微微挑起，隨著采摘機的移動，草莓隨桿移動到采摘刀片位置，采摘刀片轉(zhuǎn)動后，將垂在壟邊的草莓割下，掉落在傳送帶上，通過傳送帶的輸送，將草莓運到收集筐里。為減少對草莓的傷害，傳送帶采用橡膠材質(zhì)（如圖 。收集箱 2.傳送帶 3.電機 4.收緊滾輪 5.切割器 6.采摘擋板 7.傳動系統(tǒng)圖1-1采摘機簡圖第二章 草莓采摘機總體方案設(shè)計 我國大多數(shù)草莓種植是田壟栽培模式，田壟的橫截面成梯形，壟頂寬400mm，壟底寬600mm250mm。在這種栽培模式下長出的草莓由田壟的上方伸出，隨著草莓的逐漸成熟，果實慢慢垂下，伏于壟的兩側(cè)，相鄰兩壟間為寬度約500mm的壟溝(2-1)本文要求在現(xiàn)有農(nóng)藝條件下，設(shè)計出合適尺寸的車身模型。圖2-1壟作栽培模式下的草莓田間環(huán)境根據(jù)對國內(nèi)草莓園的實地考察，草莓園的路面大部分都是凹凸不平的，且種植密度較大。兩個壟之間的距離也比較窄，壟橫截面的形狀大致為梯形，有一層塑料薄膜包裹，整個壟的高度也不高，人工采摘必須以蹲姿才能完成采摘。根據(jù)這些草莓園的特點，采摘機必須滿足以下兩點基本要求：一由于實際種植情況，致使草莓采摘機的采摘空間非常有限，所以整個機體若用電機驅(qū)動，或液壓驅(qū)動顯然是不現(xiàn)實的。這些驅(qū)動方式所需的采摘空間都比較大，適于露天采摘。對于大棚種植的農(nóng)作物，以人力比較合理，通過 人推動草莓采摘機前行可以控制采摘速度，根據(jù)不同的采摘情況做出相應(yīng)調(diào)整，而且便于更換采摘籃。二行走機構(gòu)為了適應(yīng)這種狹小的采摘環(huán)境，也必須做出相應(yīng)的調(diào)整，履帶式的行走機構(gòu)雖然能克服路面凹凸不平的問題但是整機過于笨重，以人力推動比較困難。所以選用跨壟式四輪機構(gòu)。草莓采摘機結(jié)構(gòu)設(shè)計及其計算 體框架尺寸初定：初定車長L=1200m；車體寬B=1500m；車體高接果板總長初定：傳送帶長度初定 J=800mm.

H =650mm?？偝醵ǎ狠S長度 =300mm；采摘刀片半徑 r=25mm；因為設(shè)計時未知量較多，故應(yīng)該對重要的參數(shù)進行一一初選，并且在之后的 章節(jié)進行計算和校核。 草莓采摘機設(shè)計及其材料選擇 采摘機的車體選用厚度為 m和 1.5mm的 5鋼板，如圖 1：圖 2-2壟單側(cè)車體形狀 圖中尺寸：L1

L2

L4

H1

H =450m；2H3

H 4

H5

H=25m；m；63mm的

345鋼板理論重量 M1

23.55kgm

；1.5mm

345鋼板理論重量 M 11782

kgm2。估算車體的總重量

2M2

(HH1

LH1

2( 2

R(H4

R))4H3

L)127.49kg4車體框架鏈接方式選用焊接方式。 第三章 采摘裝置的設(shè)計 采摘裝置主要負責將草莓用傾斜一定角度的采摘擋板挑起后，通過采摘機自身的移動，讓草莓莖達到刀片的位置，然后刀片將草莓莖切斷，完成采摘過程。采摘擋板能否以完美的角度將草莓挑起關(guān)系到草莓采摘機的采摘效率。所以在采摘裝置上加上一個彈簧滾輪收緊裝置，確保擋片始終能以合適的角都將草莓挑起。如圖3-1所示。滾輪2.彈簧3.采摘刀片4.采摘擋板5.草莓莖6.草莓果實7.田壟橫截面圖3-1采摘裝置的結(jié)構(gòu)示例采摘擋板的設(shè)計 為了適合國內(nèi)大部分草莓種植園的采摘，采摘擋板采用橡膠材質(zhì)。根據(jù)國內(nèi)大部分草莓園的田壟尺寸，和采摘機的裝配尺寸，在實際操作中調(diào)整采摘擋板的傾斜角都和伸出長度。擋板尺寸長為500mm，高70mm。厚度為5mm。傾斜角度和伸出長度可以通過采摘擋板的固定裝置進行實際調(diào)節(jié)。彈簧的設(shè)計 根據(jù)工作條件選擇材料并確定需用應(yīng)力彈簧為普通圓柱螺旋壓縮彈簧，有四個，分別固定在擋板固定裝置一側(cè)的四個角上。已知中徑DD7.5mm時，1 250N,當彈簧壓縮變形量為50mm300N。由于彈簧在一般載荷條件下工作，可按第Ⅲ類彈簧來考慮?，F(xiàn)選用碳素彈簧鋼絲 SL型，根據(jù)D2-D1=4-2mm，估取彈簧鋼絲直徑為2.5mm。由表可得暫選B

，則]0.80.5B

。根據(jù)強度條件計算彈簧鋼絲直徑選取旋繞比C=6，則K10.6154610.6151.254 C 464 6彈簧直徑的公式：d'

d'1.6FKCFKCFKC

3001.253001.256456

（24）改取d=2m，查得B

。重新計算得

]0.80.5B

，取

C2056，算得K=1.27，于是FKCFKC3001.275.56508d'1.6

2.04mm上值與估取值相似，取彈簧鋼絲標準直徑d=2m，此時D=15為標準值，則Dm≤19mm2所得尺寸與限制條件相符，合適。根據(jù)剛度條件，計算彈簧圈數(shù)n彈簧剛度的公式為：FFK 2 1

（25）F FFK 2

2

1

N/F取G=86500MPa,彈簧圈數(shù)的公式為：

2

507.5Gd4n （26）8D3k則彈簧圈數(shù)n

n Gd48D3kF

F 348153

12.78取n=13圈。此時彈簧的剛度為驗算彈簧初壓力

k 12.785.885.78N/mmF 13F F0 1

kF

7.5N彈簧初應(yīng)力

'的公式為：0

'K

8FD0

（27）初應(yīng)力'0

應(yīng)按式得

0 3'K

8FD0

1.27

893.3515

167.8MPa0 當C=5.56時初應(yīng)力的推薦值為95200MP極限工作應(yīng)力m取m

B，則

m

B

MPa極限載荷F的公式為：

F

m

（28）極限工作載荷滾輪的設(shè)計

Fm

m

8DK33815

395.64N為了保證采摘擋板能夠平穩(wěn)的在草莓壟的側(cè)面行進，一個適合工作環(huán)境貼合壟側(cè)行走的滾輪是必不可少的。滾輪中分為鋼輪和膠輪。鋼輪一般用于重型機械的承載，對于采摘機這類的農(nóng)用機械，一般采用橡膠輪，橡膠輪在壟側(cè)面行進時可以產(chǎn)生一定的摩擦力，而且可以抵抗一些行進和采摘過程中產(chǎn)生的震動。根據(jù)草莓采摘機的工作環(huán)境及條件，本設(shè)計的滾輪選用橡膠輪，把橡膠用鋼盤固定在滾輪輪緣上，選擇滾輪的直徑為40mm。第四章 電動機的選擇 為選出適合此機械的電動機。需針對多方面因素進行考慮。根據(jù)實際的工作為了確定出傳動方案，需要根據(jù)實際情況做出選擇，在采摘部分，采摘機的采摘刀片轉(zhuǎn)速需要達到1200r/min，采摘機構(gòu)工作時電機需要效率高、轉(zhuǎn)速快、體積小、轉(zhuǎn)速穩(wěn)定等特點。在傳送部分，傳送帶連續(xù)工作，單向運動，載荷平穩(wěn)，空載啟動，傳送帶的速度容許誤差為±5，傳送帶的速度要求為0.5m/s，驅(qū)動卷筒直徑為傳送帶的有效拉力F=500N。根據(jù)上述工作環(huán)境及條件，可采用兩級圓柱齒輪傳動，如圖（3-1）。

圖3-1兩級圓柱齒輪傳動?[?d

=60×n?7

(1)根據(jù)已知條件1可件2筒nw=60×1000v/(n?7)=60×1000×0.5/（n×100）=95.54r/m功率的公式為：電動機工作時所需功率為

P = Fvw

(2)Pw=Fv/1000=500×0.5/1000=0.25kw刀從電動機到刀片之間的總效率5 為刀 1

22 3

096

099

099

096

089式中、、、V1 2 3 4率 為刀 1

42 3

25

0.960.990.9940.960.972

0.83式中V1 2 3 4 5動效率。輸出功率的公式為：電動機所需的輸出功率為

P =d η

(3)PPd

//

0.3kw為 0.75kw，常用同步轉(zhuǎn)速為1500r/min的電機，型號額定功率型號額定功率轉(zhuǎn)速（r/min）電流（A）效率（）功率因數(shù)重量（kg）Y80M2-40.7513902.372.50.7234.1. 傳動比的分配 傳送帶部分傳動裝置的總傳動比為i傳i 1390

14.4傳96Vi=1.161i=42i=33傳送部分各軸的輸入轉(zhuǎn)速

1n

2=1390r/min1Ⅰ軸n12n23n3

ni01ni12ni23

43

0 m1198r/minr/r/采摘部分輸入軸轉(zhuǎn)速n=n=1198r/min4 1傳送部分輸入軸轉(zhuǎn)速n=n=99.8r/min5 3各軸的輸入功率PP×=0.75×0.96×0.99=0.71kw1 d 1 3PP×=0.71×0.97×0.99=0.69kw2 1 2 3PP×=0.69×0.97×0.99=0.66kw3 2 2 3P=P×=0.71×0.99×0.99=0.69kw4 1 3 4P=P3×5=0.66×0.99×0.99=0.65kw5 3各軸的輸入轉(zhuǎn)矩輸出功率的公式為：電動機軸的輸出功率

PT=9.55×6n (4)P 0.75T 9.55106d

d 9.5510nm

1390

5.1510

Nmm其余各軸的輸入功率P

0.711Ⅰ軸 T1

9.5510

19.5510n1P

11980.69

5.6610

Nmm2Ⅱ軸 T2

9.55106 2n2P

9.5510

29950.66

2

10

Nmm3Ⅲ軸 T3Ⅳ軸 T4Ⅴ軸 T5

9.551069.55109.5510

39.55106n3P4 9.5510n4P5 9.55106n5

9980.6911980.65998

63562

10410104

NNN第五章 V帶傳動的設(shè)計V帶傳動作為帶傳動中應(yīng)用最廣泛的一種傳動，是因為其具備諸多優(yōu)勢與特點。首先V帶傳動相比于其他傳動具備傳動平穩(wěn)的特點，這種帶傳動在工作時通過V帶與帶輪內(nèi)測的帶輪槽的摩擦力進行動力傳遞，因為其特殊的V帶結(jié)構(gòu)，使其具有相較其他帶傳動而不具備的巨大摩擦力，所以傳動過程極少出現(xiàn)打滑的現(xiàn)象，傳動平穩(wěn)。其次，就算傳動過程中因為過載而引起的打滑，也可以對機械本身起到保護的作用。而且V帶傳動因為結(jié)構(gòu)相對簡單，所以安裝簡便，對機構(gòu)的維護也非常容易，適合一些相對距離稍遠的傳動。但是V帶傳動也有一些弊端，因為其相對簡單的結(jié)構(gòu)，使得V帶傳動的精確度不夠高，真實機械上的V帶傳動比可能與設(shè)計中的傳動比存在一些差異，而且V帶依靠其彈性和摩擦性能進行傳動，就導(dǎo)致V間V環(huán)境也有一定限制V帶傳動不適用于高溫環(huán)境。V帶傳動是一種在農(nóng)用機械上非常常用的傳動方式，因為農(nóng)用機械大多結(jié)構(gòu)簡單，所需的傳動精度不高，而且V帶傳動的成本低廉，適用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。5.1. V帶參數(shù)計算草莓采摘機工作時，帶傳動需要承受一定幅度抖動，且需要保證安裝尺寸緊湊，已知電機的額定功率為0.75w轉(zhuǎn)速為1390r/min，傳動比為1.16。確定計算功率 Pca根據(jù) 傳遞功率 和帶的工作條件 確定式中：

P --計算功率 ，kca

P KPca A

5)K工作情況系數(shù)； AP--所傳遞的額定功率，如電機的額定功率，kw。