藍莓收獲機設計-開題報告

畢業(yè)設計開題報告

開題報告正文1．目的與意義藍莓原產北美東北部沿海，太平洋沿岸及波羅的海沿岸也有分布。果實呈球狀，紫黑色。中國在上世紀90年代分別從朝鮮與前蘇聯(lián)引進。藍莓具有較高的食用價值和商業(yè)價值。REF_Ref67559307\r\h[1]另外，藍莓的提取物對于高血壓、心臟病等心腦血管疾病具有很好的治療效果在歐美發(fā)達國家廣泛應用于醫(yī)藥及保健食品生產。REF_Ref67559332\r\h[2]大量研究證實了藍莓具有抗氧化、抗誘變、抗癌、心臟保護、胃保護、預防糖尿病、抗病毒、放射防護和免疫調節(jié)和治療慢性疾病等作用。REF_Ref67559346\r\h[3]圖1藍莓的果實藍莓在遼寧、吉林、黑龍江、內蒙古、山西、河北、河南、新疆、北京、江蘇、山東、安徽、西藏等十余個省市發(fā)展種植。截至2019年，僅遼寧各市就先后引種栽培藍莓近0.51萬hm2（鞍山海城1333.3hm2，丹東1000hm2，遼陽弓長嶺666.7hm2，葫蘆島533.3hm2，朝陽466.7hm2，鐵嶺333.3hm2，沈陽333.3hm2，阜新133.3hm2，大連133.3hm2，錦州133.3hm2，盤錦33.3hm2）。REF_Ref67559346\r\h[4]藍莓的產量很高，最高畝產可以達到2噸左右。初步估算平均畝產值達到2萬元左右。果實深加工后價值更能增加5至10倍。目前，藍莓在我國的種植面積已超10萬畝。藍莓不僅可以大規(guī)模種植，也可以適應于農民的小規(guī)模家庭式種植，人工和資金的投入很少，與回報的性價比更高，種植優(yōu)勢更強。六到七月份是藍莓果實生長的高峰期，九月上旬果實成熟。要在雨天后2到3天進行采摘。21世紀以來，我國農業(yè)機械化較改革開放初期有了明顯的發(fā)展，人民的生活有了很大改善。與此同時，廣大農民對農業(yè)機械的使用與依賴程度也有所提高。REF_Ref67559346\r\h[5]發(fā)展農業(yè)機械化無論是對農業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展還是對農業(yè)的綜合發(fā)展都有很大的價值。藍莓屬于漿果范疇，而收獲環(huán)節(jié)是藍莓種植過程中人工用量最大，成本最高，要求最苛刻以及技術含量要求最高的環(huán)節(jié)。因此要降低成本、提高收獲效率以及擴大規(guī)模，最佳辦法就是采用機械化采收。藍莓作為鮮果采食的食用量是比較少的，采摘的果實主要是運往工廠進行深加工。目前，歐美關于野櫻莓栽培方面的技術研究已經(jīng)日益成熟。REF_Ref67559874\r\h[8]其相關產業(yè)也隨之建立和發(fā)展起來。在波蘭，圍繞藍莓果實加工的產業(yè)已經(jīng)建立。果實在采收后，立即被加工成果汁飲料、果茶（醬）、保健品等，銷往歐美。形成了一套較為完整的模式。國內藍莓產品的開發(fā)也在從起步走向成熟。2017年，以中國科學院孫炳志教授為首的技術研發(fā)團隊從廣度和深度上對藍莓進行研究，現(xiàn)已開發(fā)出八大品系、數(shù)十款產品，包括酒類、飲料類、凍干粉、功能片劑食品、茶葉等。2018年9月，國家衛(wèi)健委正式批準藍莓為新食品原料。本課題所涉及的梳刷式收獲機械的工作效率要比振動式收獲機械的高。但其工作效率卻取決于種植條件。由于藍莓的花青素主要在果皮中，所以它的收獲過程對果實的保護程度要求會很高。梳刷式收獲機械對果樹是柔性接觸，這與機械振動式的鋼性接觸不同。很大程度上的保護了藍莓果實的完整性。本文就規(guī)?；{莓的果實的收獲環(huán)節(jié)為背景，設計出一款高效輕便，容易操作，具有通過性的梳刷式藍莓收獲裝置。2．國內外研發(fā)現(xiàn)狀2.1國外發(fā)展現(xiàn)狀國外關于藍莓收獲機械的研究較早。目前的藍莓采收機都是利用外力將果實從樹上進行分離，進行清理和裝籃。按照摘果方式可以分為振動式、梳刷式和氣吹式。梳刷式收獲機械技術作為一種新型的收獲工藝，早在上世紀40年代，一些機構就已經(jīng)開始進行研究工作。根據(jù)波蘭華沙農業(yè)和農村發(fā)展的數(shù)據(jù)顯示，2004年在波蘭有11119英畝種植地，一年后增長到12355英畝！專注于藍莓的研究機構從1997年的2家增長到2007年的108家。目前，波蘭是世界上最大的藍莓生產國。REF_Ref67506222\r\h[6]波蘭Jagoda公司已經(jīng)開發(fā)了全新的藍莓收獲機械，目前已在大部分種植區(qū)域投入使用，這些機器通過“快速攪動，慢速旋轉”的原理從植株上采摘漿果。圖2來自波蘭Jagoda漿果收獲機1990年英國的一家研究所經(jīng)過多年的研究取得了突破性的進展。隨后又經(jīng)過年多的改良,梳刷式商品化收獲裝置終于問世,它以梳刷臺代替原來傳統(tǒng)的割臺,展現(xiàn)出其極大的優(yōu)越性與先進性。近年來,德英等國的收獲機械廠家,都在積極的投入該技術的研究開發(fā)。梳刷式機械收獲技術代替?zhèn)鹘y(tǒng)的收獲技術已成為一種共識,大量的梳脫式收獲機械已在世界各地的農業(yè)生產中發(fā)揮重要作用。REF_Ref67559874\r\h[7，8]從全世界研究藍莓的文獻分析來看，波蘭文獻數(shù)量居第1位，美國和保加利亞分列第2、3位，我國位居第17位。說明歐洲和北美對黑果腺肋藍莓的研究和認知程度相對較高，而我國由于起步相對較晚，與歐美國家相比，研究水平尚存在不小的差距。美國是最早研究藍莓收獲機的國家。自從1959年H·McKibben發(fā)表第一篇關于藍莓采摘技術的專利開始，美國的相關學者和科研人員針對藍莓采摘技術展開了相關研究。進入20世紀60年代后，振動采摘機械由單一的定沖程推搖方式發(fā)展為慣性式振動、氣力推動和使用動力驅動振動棒擊打果樹等多種類型的藍莓采摘機械?，F(xiàn)在美國主要有三家公司研究藍莓采摘機，形成了Korvan、Littau和BEI三種各具特色的品牌，其中BEI技術最先進。REF_Ref67559874\r\h[8]進入20世紀60年代后，振動采摘機械由單一的定沖程推搖方式發(fā)展為慣性式振動、氣力推動和使用動力驅動振動棒擊打果樹等多種類型的果園采摘機械。如今世界各地的藍莓采摘機械都采用美國的技術。圖4阿克斯波8040梳刷式藍莓采摘機2.2國內發(fā)展現(xiàn)狀我國引入藍莓的時間較晚，在梳刷式野櫻莓果實收獲機械的研究水平較低。但我國早在上世紀中葉就開始梳刷式機械收獲技術研究工作,由于種種客觀條件限制沒有取得實質性進展。直到上世紀90年代初,此技術研究開發(fā)工作才被列為正式的科研課題。借鑒國外已取得先進的經(jīng)驗后,特別是英國Shel-bounRenolds產品技術。國內才對此項技術的研究明顯加快。90年代中期進入實質性的研制并被國家列為“九五”重點攻關項目。至上世紀末,我國自主研制開發(fā)的第一代梳刷式收獲機械終于研制成功。REF_Ref67506222\r\h[8]現(xiàn)如今,國內有兩家企業(yè)開始生產梳刷式收獲機械,但生產規(guī)模較小。預估年產量約為300臺左右,未形成大規(guī)模生產,而且價格較高,生產技術水平有限,產品質量具有不穩(wěn)定性。嚴重影響了我國梳刷式收獲機械的普及。綜上所述，我國的梳刷式機械收獲技術還處于起步階段,與世界先進水平相比還有很大的差距。我國從上世紀70年代開始研究藍莓采摘機械，主要靠人工手摘和借助簡單工具，藍莓采摘機械的研究在我國仍處于起步階段。新疆農墾科學院機械裝備研究所研制開發(fā)了機械振動式林果采收機，采用推搖樹干振動的收獲方式，與常規(guī)拖拉機懸掛式連接，主要適用于稀疏種植紅棗、核桃等林果的收獲，卻不適用于藍莓收獲。草莓采摘機械的動力源主要由電動機、柴油機等提供，但仍然需要人工花費大量時間參與其中，進行肉眼識別定位果梗、推動機器行走和手動完成收集等。因此，研究更加自動化、智能化、高效率的機器人采摘草莓以實現(xiàn)草莓高效率、高質量采摘。王糧局等人研究機器人采摘草莓發(fā)現(xiàn)，果實重疊和枝葉遮擋等會影響識別效果，導致末端執(zhí)行器定位不準確。馮青春等人針對高架栽培草莓設計一款可自主導航、自動采摘的草莓采摘機器人采用機器視覺系統(tǒng)識別定位成熟草莓的空間位置，為機械臂軌跡規(guī)劃提供依據(jù)，實現(xiàn)對兩側同時采摘。REF_Ref67559874\r\h[9]圖5草莓收獲機械草莓采摘機械的動力源主要由電動機、柴油機等提供，但仍然需要人工花費大量時間參與其中，進行肉眼識別定位果梗、推動機器行走和手動完成收集等。因此，研究更加自動化、智能化、高效率的機器人采摘草莓以實現(xiàn)草莓高效率、高質量采摘。王糧局等人研究機器人采摘草莓發(fā)現(xiàn)，果實重疊和枝葉遮擋等會影響識別效果，導致末端執(zhí)行器定位不準確。馮青春等人針對高架栽培草莓設計一款可自主導航、自動采摘的草莓采摘機器人采用機器視覺系統(tǒng)識別定位成熟草莓的空間位置，為機械臂軌跡規(guī)劃提供依據(jù)，實現(xiàn)對兩側同時采摘。REF_Ref67559874\r\h[9]東北林業(yè)大學在藍莓視頻識別和定位、振動采摘方面做了大量研究，研制了適合野生藍莓收獲的手推式矮從藍莓采摘機和適合矮從藍莓的手推式矮從藍莓振動收獲機，兩款采摘均為手扶式機械，操作簡單，制造成本低，在矮從藍莓采摘領域內取得了初步的成果，但是兩款機械在行走機構需要配有動力，因此都處于實驗階段，投入農業(yè)生產實際仍需時日。3.設計任務書內容要求以及可行性3.1設計主要內容(1)藍莓收獲裝置整體結構設計。(2)采摘裝置設計與分析。(3)收集裝置的設計與分析。(4)傳動系統(tǒng)設計與分析。3.2設計基本要求(1)藍莓收獲機主要應用于在山坡、丘陵、地頭和岸邊，進行連續(xù)梳刷作業(yè)和果實收集，要求整機設計合理，收獲方案可行，滿足實際需求。(2)要求梳刷機構設計合理，保證連續(xù)梳刷作用下對不同強度果實采摘率完成度，采摘過程避免果實與果柄分離過程中果實損傷。(3)對整機收獲裝置的結構強度及剛度進行校核,確保收獲結構承載薄弱部位。(4)整機傳動方案合理，計算分析結果滿足實際生產需求。選擇適宜的零部件進行設計，且與實踐緊密的聯(lián)合起來，學習使用CAD及Solidworks等二三維軟件的使用，熟練掌握繪圖技能。提高自身處理解決問題的綜合能力。通過嚴謹且合理的設計相關結構，與國內外的有關研究進展成果結合到一起，設計出一款高效輕便，容易操作的藍莓收獲裝置。解決人工收獲成本高，相關技術不成熟的問題。4．關鍵問題以及解決的思路藍莓收獲機主要由行走裝置、傳送帶、梳刷工作頭等組成。藍莓收獲機在工作過程中，接通電源，居中定位驅動器會命令機械完全覆蓋在藍莓樹中。內部像梳子一樣的采摘器不停的轉動，將藍莓的果實從樹上震落到捕集板。采摘器由多個工作組構成。每組由多片梳刷采摘器組成，以保證不間斷的高效率的收獲果實。REF_Ref67559874\r\h[11]我需要完成的設計應該有傳送帶裝置設計、采摘頭設計，梳刷工作頭設計、整體機架設計、齒輪箱設計以及摘果器設計等，通過了解收獲機械的工作特性，滿足相應題目的設計要求，確定各部件的具體尺寸及規(guī)格，從而完成整體的設計。5．完成問題所必須的工作條件及解決的方法首先通過查看相關文獻了解所做課題所涉及的對象和研究的方向，通過solidwork三維實體建模，繪制分體式行走裝置設計的三維圖，然后進行結構分析，最后進行結構優(yōu)化，以達到最佳效果，然后用CAD繪制各個零部件的零件圖和裝備圖，所以此項研究，必須熟練使用這兩種軟件的前提下對所課程的綜合鞏固學習。6．進度安排序號日期階段內容1查找和下載參考文獻2深入學習，了解國內外研究狀況3了解設計任務要求與可行性。4解決關鍵問題及思路。5完成本課題所需的工作條件及解決辦法。6完成論文開題報告7.參考文獻：李佳怡,李夢達,孫天利.淺談藍莓營養(yǎng)功效及應用前景[J].新農業(yè)2022,No.979(22).羅猛.黑花果楸豐產栽培技術北方果樹[J]2015,32(5):424-426王助乾.藍莓對酒精性肝病保護作用的研究[D].吉林大學,2020.DOI:10.27162馮秀蘭.消毒供應中心三項標準修訂內容解讀及其對護理管理的啟示［J］.孔繁軾.黑果腺肋藍莓的開發(fā)與栽培[J].中國花卉園藝，2006（10）：38-39.岑曉斐,賈國晶,惠學東等.黑果腺肋藍莓的研究進展及開發(fā)前景[J].寧夏農林科技,2021,62(09):22-29.北懇農機公司，藍莓收獲裝置發(fā)展現(xiàn)狀2022,01,20No.44薄克明,相俊紅.