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1/1大棗收獲機(jī)發(fā)明設(shè)計(jì)
摘要:針對(duì)河北阜平大棗設(shè)計(jì)了一款收獲機(jī)器,打棗裝置采用曲柄連桿機(jī)構(gòu),對(duì)棗樹(shù)枝進(jìn)行高頻率低振幅的上下往復(fù)振動(dòng),實(shí)現(xiàn)機(jī)械化打棗,收棗裝置采用負(fù)壓原理,由汽油機(jī)帶動(dòng)高壓軸流風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn),使箱體內(nèi)部與外部產(chǎn)生壓力差,從而將地面上的棗吸入箱體內(nèi)部,完成大棗的收集。本裝置預(yù)期達(dá)到生產(chǎn)率≥30株/h;采凈率≥80%,初步確定該打棗裝置的振動(dòng)頻率400~500次/min,振幅為20~30mm。
關(guān)鍵詞:大棗;打棗裝置;曲柄連桿;收棗裝置;壓力差
1打棗裝置設(shè)計(jì)
打棗方案設(shè)計(jì)
方案一:水平橫向拉動(dòng)樹(shù)干振動(dòng)。
此種方法在一些矮化密植的棗樹(shù)上有應(yīng)用,如新疆,但本設(shè)計(jì)針對(duì)河北阜平大棗,這里的棗樹(shù)歷史悠久,樹(shù)干高大,直徑較粗,因此水平方向拉伸需要消耗較大的功率且不能保證落果率,不予采用。
方案二:打棗桿在豎直平面內(nèi)一定幅度擺動(dòng),擊打樹(shù)冠。
在人工收棗時(shí)經(jīng)常采用此種方法,但經(jīng)常是作為其他收棗方式的輔助,比如落果不完全時(shí),用長(zhǎng)度約2米的韌性枝條作為工具直接擊打未落果的樹(shù)枝,優(yōu)點(diǎn)是操作靈活,落果率高,不足之處是由于對(duì)棗樹(shù)枝條進(jìn)行橫向擊打,棗的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)樗匠霭l(fā)的拋物線,落地方向里棗樹(shù)較遠(yuǎn),收集困難。如果以機(jī)械方式完成全部落果,由于樹(shù)干較高,有的甚至高度達(dá)到12米,在初期需要對(duì)棗樹(shù)樹(shù)冠進(jìn)行擺幅較大的擊打,力矩較大,消耗的功率就多,所以此方案不予采用。
方案三:豎直方向依次振動(dòng)樹(shù)冠主要枝條。
采用小幅高頻樹(shù)冠振動(dòng)方式,用連接桿迫使樹(shù)冠做小幅高頻震動(dòng),當(dāng)樹(shù)枝上的紅棗所受慣性力大于果柄拉力時(shí),紅棗與果樹(shù)脫離,從而實(shí)現(xiàn)紅棗的采收。此方案落果率高,且棗的掉落位置就在棗樹(shù)的周?chē)?,收集方便,予以采用?/p>
為了適應(yīng)工作位置移動(dòng)要求,整個(gè)打棗裝置安裝在一個(gè)帶輪子的底板上,用手推動(dòng)機(jī)構(gòu)移動(dòng)位置。采用汽油機(jī)作為動(dòng)力源,帶動(dòng)固定在汽油機(jī)上的帶輪轉(zhuǎn)動(dòng),主動(dòng)帶輪帶動(dòng)從動(dòng)帶輪,即實(shí)現(xiàn)對(duì)汽油機(jī)的降速,帶輪傳動(dòng)能吸收運(yùn)動(dòng)傳遞過(guò)程中的震動(dòng),尤其是機(jī)構(gòu)在顛簸的坡地上運(yùn)動(dòng)時(shí),由于曲軸與從動(dòng)帶輪同軸,所以從動(dòng)帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)。曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)鉸接在其上的打棗桿上下往復(fù)運(yùn)動(dòng),可調(diào)節(jié)高度的打棗桿通過(guò)頂端鉤子鏈接棗樹(shù)的樹(shù)枝上。通過(guò)桿件的上下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)棗樹(shù)枝的上下振動(dòng)使棗掉落,最終實(shí)現(xiàn)高效打棗,節(jié)省了人力。
曲柄做圓周運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速由帶輪的'轉(zhuǎn)速和傳動(dòng)比大小控制,而帶輪的轉(zhuǎn)速是根據(jù)汽油機(jī)動(dòng)力輸出軸的轉(zhuǎn)速而調(diào)節(jié)的。因此只要調(diào)整汽油機(jī)的功率,輸出轉(zhuǎn)速便隨之改變,就可實(shí)現(xiàn)振動(dòng)頻率的改變以適應(yīng)不同直徑大小、不同成熟度果園大棗的采收,如圖1所示。
打棗關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)
振動(dòng)頻率和振幅的確定
從上述計(jì)算結(jié)果可知:運(yùn)動(dòng)由打棗桿帶給果實(shí)的脅迫簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)和果實(shí)的自由振動(dòng)組成,這樣可得出果實(shí)的基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律,就可以求出作用在紅棗果實(shí)上的法向分力Fs和切向分力Fn分別為:
Fs=mLθ?2,F(xiàn)n=mLθ??
式中:θ?――大棗果實(shí)擺動(dòng)的角速度;
θ??――大棗果實(shí)擺動(dòng)的角加速度。
Fs與Fn的大小由擺動(dòng)傾角θ決定,而θ由F(t)決定,那么就可以根據(jù)大棗果柄的強(qiáng)度、大棗果實(shí)質(zhì)量來(lái)選擇振動(dòng)機(jī)構(gòu)的振動(dòng)頻率和振幅,初步確定該采收裝置的振動(dòng)頻率為400~500次/min,振幅為20~30mm。
曲柄連桿機(jī)構(gòu)如圖4所示,能將發(fā)動(dòng)機(jī)的圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為連桿往復(fù)直線運(yùn)動(dòng),本機(jī)采用偏距為20~30mm的偏心式曲柄連桿方式連接,以此實(shí)現(xiàn)較小行程的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng),滿足設(shè)計(jì)需求。偏心式曲柄的動(dòng)力是由便攜式汽油機(jī)的動(dòng)力經(jīng)帶傳動(dòng)輸入的。
2收棗裝置設(shè)計(jì)
收棗方案設(shè)計(jì)
按照實(shí)際情況將大棗分為四種顆粒大小,所以收棗裝置需要不同大小的進(jìn)氣口。
方案一:將進(jìn)氣口與紅棗收集機(jī)分開(kāi)設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)四種不同大小的進(jìn)氣口,收集不同顆粒大小的大棗時(shí),只需更換進(jìn)氣口即可。
方案二:將進(jìn)氣口設(shè)計(jì)在紅棗收集機(jī)的箱體底部,按照四種不同顆粒大小的紅棗中的最大紅棗進(jìn)行設(shè)計(jì),適合收集所有顆粒大小的紅棗。
本設(shè)計(jì)選用方案一,可以根據(jù)紅棗的顆粒大小來(lái)選擇進(jìn)氣口,并且進(jìn)氣口損壞僅需更換即可,而且根據(jù)需要更換不同大小的進(jìn)氣口后可以調(diào)節(jié)汽油機(jī)的輸出功率,可以減少燃料的損耗。而方案二有著很大的局限性,而且大大的增加了箱體的長(zhǎng)度。
收棗裝置整體結(jié)構(gòu)
汽油機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)減速箱減速后,帶動(dòng)高壓軸流風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn),將箱體內(nèi)部的氣體排出,使之箱體內(nèi)外產(chǎn)生壓強(qiáng)差,在進(jìn)氣口出產(chǎn)生吸力,將掉落在地的大棗收集進(jìn)入收集箱內(nèi),完成對(duì)大棗的收集,如圖4所示。
收棗關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)
風(fēng)壓
大棗從地面上被吸入進(jìn)氣口所用的時(shí)間:
a=/s2
大棗的直徑為:2~,所以大棗收集機(jī)構(gòu)可最多同時(shí)吸入的紅棗數(shù)為:n=/=10;
考慮到進(jìn)氣口處的氣體損失,取F=4N
所以箱體內(nèi)外壓強(qiáng):p=FS=×=400Pa
通風(fēng)機(jī)的主要性能參數(shù)是風(fēng)量、風(fēng)壓、軸功率和效率,下面進(jìn)行具體分析。
風(fēng)量Q
風(fēng)量指以風(fēng)機(jī)進(jìn)口狀態(tài)的氣體體積流量(m3/h),又因通風(fēng)機(jī)的壓縮比比較小,故可以忽略進(jìn)、出風(fēng)機(jī)流量的變化。
進(jìn)氣口處氣體的速度:vt=/1=/s;
所以風(fēng)量Q=vt?t??=???1=/s。
風(fēng)壓Pt
若以每立方米氣體為基準(zhǔn)對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)出口列出機(jī)械能衡算式,并忽略進(jìn)出口位差變化和進(jìn)、出風(fēng)管的阻力損失可得下式:
當(dāng)風(fēng)機(jī)是由靜止的大氣吸入氣體,而且氣體壓力按表壓力計(jì)時(shí),則因u1=0和p1=0故得風(fēng)機(jī)的全風(fēng)壓為:
軸功率和效率
3結(jié)束語(yǔ)
河北省阜平縣棗產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá),但是至今還沒(méi)有幫助棗農(nóng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化打棗的高效農(nóng)業(yè)機(jī)械,仍然依靠傳統(tǒng)的棗桿人工打棗,人工撿棗方式,增加棗農(nóng)勞動(dòng)強(qiáng)
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