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本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 題 目 小型可升降可移動(dòng)蘋果采摘機(jī) 系 別 專 業(yè) 班 級(jí) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)老師  本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 No：J 題 目 小型果樹自動(dòng)采摘機(jī)的設(shè)計(jì) 姓 名 1． 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題的主要任務(wù)： 進(jìn)入21世紀(jì)，陜西省已成為全國(guó)蘋果產(chǎn)量大省。醴泉、洛川、白水等地的果農(nóng)們有的每戶每年大多需要手工收獲5-10萬多斤的蘋果，摘果時(shí)常因上梯或上樹而感到非常勞累不便，也有因不慎從樹上或梯子上掉下來的情況，采摘?jiǎng)趧?dòng)強(qiáng)度大，非常辛苦。因此，急需要有一種既能有效采摘又能減輕勞動(dòng)輕度的小型實(shí)用機(jī)械，目前市面上尚未見到此種工具。 本項(xiàng)目擬研究出可升降的且能自動(dòng)采摘高空樹干蘋果的采摘機(jī)。利用它可以站在地上準(zhǔn)確快捷摘到樹上的任何部位的果實(shí)，再也不用帶著凳子上來下去為摘果而費(fèi)時(shí)費(fèi)力，既能減輕摘果時(shí)的勞動(dòng)強(qiáng)度提高采摘速度，又可避免摘果站在凳子或果樹上的危險(xiǎn)性。 2.課題的具體工作內(nèi)容（原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求）： 1）了解蘋果自動(dòng)采摘機(jī)應(yīng)用的環(huán)境與條件，分析其功能要求； 2）查閱相關(guān)資料，學(xué)習(xí)研究設(shè)計(jì)小型機(jī)械的思路和方法； 3）設(shè)計(jì)出總體實(shí)現(xiàn)方案并進(jìn)行充分論證； 4）設(shè)計(jì)出采摘機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖； 5）要求以1：1的比例畫出切割部分的機(jī)械加工圖紙； 6）采摘重量范圍：2兩到2斤的都可以，不會(huì)碰掉其它果實(shí)。 3.課題完成后提交的書面材料要求（論文字?jǐn)?shù)，圖紙規(guī)格、數(shù)量，實(shí)物樣品、外文翻譯字?jǐn)?shù)等）： 1)撰寫出1.5萬字以上的論文； 2）總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖一張； 3）機(jī)械加工圖紙（1：1的比例）1張； 4）不少于20，000印刷符號(hào)的英文翻譯 4.主要參考文獻(xiàn)： n [1]侯書林，朱海主編，《機(jī)械制造基礎(chǔ)》北京 中國(guó)林業(yè)出版社，北京大學(xué)出版社 2007 n [2]郭艷玲，李彥蓉主編，《機(jī)械制造工藝學(xué)》北京 北京大學(xué)出版社 2008 n [3]任金泉主編，《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》西安 西安交通大學(xué)出版社2006 n [4]蔡懷崇，閔行主編，《材料力學(xué)》西安 西安交通大學(xué)出版社 2004 n [5]哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室編，《理論力學(xué)I》哈爾濱 高等教育出版社 2004 n [6]沈蓮主編，《機(jī)械工程材料》西安 機(jī)械工業(yè)出版社 2007 n [7]唐克中，朱同軍主編，《畫法幾何及工程制圖》西安 高等教育出版社 2006 n [8]任曉莉，史艷莉主編，《互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)》西安 西安交通法大學(xué)城市學(xué)院 n [9]諸文俊，鐘發(fā)祥主編，《機(jī)械原理及機(jī)械設(shè)計(jì)（上冊(cè)）》西安 西安交通大學(xué)城市學(xué)院 n [10] 諸文俊，鐘發(fā)祥主編，《機(jī)械原理及機(jī)械設(shè)計(jì)（下冊(cè)）》西安 西安交通大學(xué)城市學(xué)院 5課題工作進(jìn)度計(jì)劃 時(shí)間 工作內(nèi)容 第1周∽第2周 查閱相關(guān)資料，學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)小型機(jī)械的思路和方法 第3周∽第4周 反復(fù)論證所設(shè)計(jì)的總體實(shí)現(xiàn)方案 第5周 設(shè)計(jì)出總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖 第6周∽第8周 畫出夾持、切割部分的機(jī)械加工圖紙 第9周∽第11周上半周 畫出支撐和升降等部分的機(jī)械加工圖紙 第11周下半周∽第13周 撰寫論文，做好總結(jié)答辯工作 第14周 畢業(yè)論答辯 指導(dǎo)教師（簽名）： 學(xué)生（簽名）： 系審批意見： 負(fù)責(zé)人簽字： 年 月 日 摘要 摘 要 進(jìn)入21世紀(jì)，陜西省已成為全國(guó)蘋果產(chǎn)量大省。醴泉、洛川、白水等地的果農(nóng)們有的每戶每年大多需要手工收獲5-10萬多斤的蘋果，目前，對(duì)于采摘高枝蘋果主要靠人力來采摘，摘果時(shí)常因上梯或上樹而感到非常勞累不便，也有因不慎從樹上或梯子上掉下來的情況，采摘?jiǎng)趧?dòng)強(qiáng)度大，非常辛苦。因此，急需要有一種既能有效采摘又能減輕勞動(dòng)輕度的小型實(shí)用機(jī)械，目前市面上尚未見到此種工具。 蘋果采摘機(jī)的出現(xiàn)，有望改變傳統(tǒng)的勞動(dòng)方式。小型可升降蘋果采摘機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，經(jīng)濟(jì)實(shí)用等特點(diǎn)，適用于對(duì)高枝蘋果的剪切，亦可以控制升降高度，從而有效地進(jìn)行剪切。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)擬研究出可升降的且能自動(dòng)采摘高空樹上蘋果的采摘機(jī)。利用它可以站在地上準(zhǔn)確快捷摘到樹上的任何部位的果實(shí)，再也不用帶著凳子上來下去為摘果而費(fèi)時(shí)費(fèi)力，既能減輕摘果時(shí)的勞動(dòng)強(qiáng)度提高采摘速度，又可避免摘果站在凳子或果樹上的危險(xiǎn)性。 蘋果采摘機(jī)主要由夾持、切割、支撐和升降機(jī)構(gòu)等部分組成。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。像人的手一樣摘果準(zhǔn)確靈活，不影響其它臨位水果，觸部位特軟成弧形并且保果不傷果；攜帶、摘果方便；站在地上能準(zhǔn)確摘下樹上任何部位的果實(shí)；采摘重量范圍：2兩到2斤的都可以，不會(huì)碰掉其它果實(shí)。 通過完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，全面復(fù)習(xí)，鞏固機(jī)械設(shè)計(jì)原理、機(jī)械制造工藝學(xué)以及相關(guān)課程的基本知識(shí)，并運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決加工中的工藝、材料及性能關(guān)系等問題，優(yōu)化結(jié)構(gòu)。 關(guān)鍵字：蘋果，可升降，采摘機(jī) I ABSTRACT ABSTRACT Entering the 21st century, has become the countrys Apple production in Shaanxi Province. Liquan, Luo chuan, whitewater and other places, the fruit of some household mostly need to be hand-harvested more than 5.1 million pounds of apples a year, At present, the main rely on manpower to harvest branches for Apple picking, picking the fruit often feel very tired on ladders or trees on inconvenience, accidentally fell out of a tree or on a ladder picking intensive, very hard. Therefore, urgent need to have a valid picking can ease labor slightly small practical machine, currently on the market that have not seen this kind of tool. The emergence of Apple-picking machine, is expected to change the traditional way of working. Small lift Apple-picking machine is simple in structure, easy to use, economical and practical features, applies to the high branches of Apples cut, can also control the height, thus effectively cutting. Apple picking mainly by supporting and clamping, cutting, lifting mechanism components. Design structure is simple, economical and practical. Like a human hand, fruit picking precision and flexibility, without affecting the other fruits, special soft touch parts of the fruit into the arc and does not hurt fruit and fruit, and easy to carry, picking fruit; standing on the ground can accurately take off any parts of the fruit on the trees; pick the weight range: 22 to 2 kg can, wont touch some fruit. Through the final, comprehensive review and consolidation of machinery design and theory, basic knowledge of mechanical manufacturing processes, as well as related courses, and use what they have learned to resolve processing technology, materials and property relations and other issues, optimized structure. KEY WORDS： Apple, lifting, harvesting machines 目錄 目 錄 前 言 1 第1章 小型可升降蘋果采摘機(jī)的國(guó)內(nèi)外研究分析 3 1.1小型可升降蘋果采摘機(jī)的研究目的 4 1.2小型可升降蘋果采摘機(jī)的國(guó)內(nèi)外研究分析研究現(xiàn)狀及特點(diǎn) 4 1.2.1小型可升降蘋果采摘機(jī)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 5 1.2.2小型可升降蘋果采摘機(jī)的特點(diǎn) 5 1.3小型可升降蘋果采摘機(jī)的基本構(gòu)造 5 1.4 本章小結(jié) 6 第2章 小型可升降蘋果采摘機(jī)的總體設(shè)計(jì) 8 2.1 設(shè)計(jì)思路分析 8 2.2 總體結(jié)構(gòu)分析及設(shè)計(jì) 8 2.2.1切割機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 8 2.2.2可升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 9 2.2.3安全傳輸機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 13 2.2.4運(yùn)送行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 13 2.4 本章小結(jié) 15 第3章 小型可升降蘋果采摘機(jī)的切割機(jī)構(gòu) 16 3.1 切割果柄方式的選擇 16 3.2 切割機(jī)構(gòu)材料的選擇 16 3.3 復(fù)位彈簧的設(shè)計(jì) 17 3.4 切割機(jī)構(gòu)上力的分析論證 19 3.5 本章小結(jié) 第4章 小型可升降蘋果采摘機(jī)可升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 20 4.1 可升降機(jī)構(gòu)的方案選型 20 4.2 可升降機(jī)構(gòu)的材料選取 20 4.3 可升降機(jī)構(gòu)的分析及論證 25 4.4 本章小結(jié) 27 第5章 小型可升降蘋果采摘機(jī)安全傳輸機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 28 5.1 蘋果安全傳輸?shù)囊?28 5.2 安全傳輸機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案 28 5.3 柔性帶的優(yōu)點(diǎn) 29 5.4 本章小結(jié) 29 第6章 小型可升降蘋果采摘機(jī)運(yùn)送行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 30 6.1 可移動(dòng)蘋果采摘機(jī)運(yùn)送行走機(jī)構(gòu)的一般方案 30 6.2 可移動(dòng)蘋果采摘機(jī)運(yùn)送行走機(jī)構(gòu)的選擇 30 6.3 本章小結(jié) 第7章 結(jié)論和展望 7.1結(jié)論 7.2展望 致 謝 32 參考文獻(xiàn) 34 附 錄 36 39 小型農(nóng)用車啟動(dòng)裝置的國(guó)內(nèi)外研究分析 前言 前 言 果樹種植業(yè)是我國(guó)農(nóng)業(yè)中的重要產(chǎn)業(yè)之一，近幾十年來，我國(guó)果樹種植業(yè)規(guī)模和產(chǎn)量都有大規(guī)模的增長(zhǎng)，其中蘋果產(chǎn)量居世界第一位。如果在每年蘋果收獲季節(jié)，由自動(dòng)化、機(jī)械化采摘代替人工勞作，能夠大大提高蘋果采摘效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高經(jīng)濟(jì)效率。 據(jù)農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計(jì)，2008年全國(guó)蘋果栽培面積和產(chǎn)量為199．22萬hm2和2 984．66萬t，占全國(guó)水果總面積和總產(chǎn)量的18．56％和26．32％，面積和產(chǎn)量均居水果生產(chǎn)的首位。與2007年相比，2008年蘋果的面積和產(chǎn)量分別增加3．04萬hm2和198．67萬t，同比增長(zhǎng)了1．55％和7．13％。20lO年中國(guó)蘋果總需求約3 120萬t，2015年蘋果總需求達(dá)到約3 370萬t。但目前蘋果收獲主要由人工采摘，勞動(dòng)強(qiáng)度大、消耗時(shí)間長(zhǎng)，具有一定危險(xiǎn)性。隨著蘋果種植園生產(chǎn)的擴(kuò)大，規(guī)?；⒍鄻踊?、精確化、時(shí)令需求以及農(nóng)民外出打工增多等因素使勞動(dòng)力不足的現(xiàn)象越來越明顯，人們自然不斷地對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械提出新的要求，于是果園收獲作業(yè)機(jī)械化、自動(dòng)化成為廣大果農(nóng)們最為關(guān)注的熱點(diǎn)問題，采摘機(jī)器人便應(yīng)運(yùn)而生。一般蘋果在采摘收獲的基本受力原理主要有拉伸、彎曲、剪切、折斷、撞擊以及下落沖擊等。 研究表明，由于蘋果果柄具有韌性大、易剪斷、位置高低不定等特點(diǎn)，為保護(hù)果樹枝干不受較大損壞，且蘋果收獲時(shí)不受或少受撞擊損傷，蘋果采摘機(jī)一般由底 座支撐機(jī)構(gòu)、伸縮機(jī)構(gòu)、剪切機(jī)構(gòu)、緩沖機(jī)構(gòu)、裝運(yùn)機(jī)構(gòu)和可移動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成。 蘋果采摘機(jī)的問世，有望改變傳統(tǒng)的勞動(dòng)方式，改善農(nóng)民的生活勞動(dòng)狀態(tài)。為此，本文針對(duì)我國(guó)蘋果種植的情況以及規(guī)模，果樹的區(qū)域生長(zhǎng)特點(diǎn)，考慮到使用者(果農(nóng))的經(jīng)濟(jì)情況和文化水平，設(shè)計(jì)出一種高效率、低成本、操作簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)方案，滿足了廣大果農(nóng)的需求。 小型農(nóng)用車啟動(dòng)裝置的國(guó)內(nèi)外研究分析 第1章 小型可升降蘋果采摘機(jī)國(guó)內(nèi)外研究分析 最早采摘果實(shí)的方法是采用機(jī)械振搖式和氣動(dòng)振搖式, 但是存在果實(shí)容易損壞, 效率不高以及容易采摘到不成熟果實(shí)的缺點(diǎn)。隨著技術(shù)的改進(jìn), 人們開始用梯子、升降臺(tái)等設(shè)備協(xié)助機(jī)器采摘水果, 但是仍然存在勞動(dòng)密集型的特點(diǎn)。從而, 運(yùn)用機(jī)器人技術(shù)采摘水果有了快速的發(fā)展。 美國(guó)學(xué)者Schertz和Brown于1968年首先提出應(yīng)該用機(jī)器人技術(shù)采摘果實(shí)，1987年Sistler指出當(dāng)時(shí)開發(fā)的果實(shí)采摘機(jī)器人都需要人協(xié)助, 因此只能算是半自動(dòng)化的收獲機(jī)械。目前在國(guó)內(nèi), 果實(shí)采摘基本上還是人工進(jìn)行, 但隨著人口老齡化和農(nóng)村勞動(dòng)力的日益減少, 水果采摘機(jī)器人將會(huì)得到充分的使用。而在日本和歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家在果實(shí)采摘機(jī)器人方面已取得了較大的發(fā)展。 隨著高科技的迅速發(fā)展 ,機(jī)器人技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域 。機(jī)器人應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中 ,特別是設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程 ,是農(nóng)業(yè)向自動(dòng)化和智能化發(fā)展的標(biāo)志 。在農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究方面 ,目前國(guó)內(nèi)還只是處于起步階段 ;但是國(guó)外農(nóng)業(yè)機(jī)器人發(fā)展迅速,美國(guó)、歐洲和亞洲等許多國(guó)家對(duì)蔬菜和水果機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行了研究開發(fā)并有初步應(yīng)用,主要用于番茄、黃瓜 、草莓、葡萄、西瓜、蘋果、柑橘、甘藍(lán)、蘑菇等收獲以及育苗生產(chǎn)和作物管理等各類農(nóng)業(yè)機(jī)器人 。 在果蔬生產(chǎn)作業(yè)中 ,收獲采摘約占整個(gè)作業(yè)量的33% ～50%。由于采摘作業(yè)的復(fù)雜性 ,采摘自動(dòng)化程度仍然很低。21 世紀(jì)農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力將逐漸向社會(huì)其它產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移 ,世界各國(guó)面臨著人口老齡化問題,勞動(dòng)力資源不足將逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實(shí) ,收獲機(jī)器人作為農(nóng)業(yè)機(jī)器人的重要類型,能夠降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度 ,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量 ,保證果實(shí)適時(shí)采收,具有很大發(fā)展?jié)摿?。因?發(fā)展機(jī)械化收獲技術(shù) ,研究開發(fā)果蔬采摘機(jī)器人,具有重要的意義。 1.1小型可升降蘋果采摘機(jī)的研究目的 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作業(yè)中 ,收獲采摘約占整個(gè)作業(yè)量很大比重。由于采摘作業(yè)的復(fù)雜性 ,采摘自動(dòng)化程度仍然很低。21 世紀(jì)農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力將逐漸向社會(huì)其它產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移 ,世界各國(guó)面臨著人口老齡化問題,勞動(dòng)力資源不足將逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實(shí) ,而采用小型可升降蘋果采摘機(jī)能夠降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度 ,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，利用它可以站在地上準(zhǔn)確快捷摘到樹上的任何部位的果實(shí)，再也不用帶著凳子上來下去為摘果而費(fèi)時(shí)費(fèi)力，既能減輕摘果時(shí)的勞動(dòng)強(qiáng)度提高采摘速度，又可避免摘果站在凳子或果樹上的危險(xiǎn)性。 1.2 小型可升降蘋果采摘機(jī)研究現(xiàn)狀及特點(diǎn) 當(dāng)前，農(nóng)業(yè)機(jī)械化的普及化程度還不高，大多還是采用傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，這樣不僅耗費(fèi)人力體力，而且勞動(dòng)效率也不高，更重要的是帶有一定的危險(xiǎn)性。因此，設(shè)計(jì)一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用，省時(shí)省力的小型機(jī)械產(chǎn)品成為市場(chǎng)的一種強(qiáng)烈需求。 1.2.1小型可升降蘋果采摘機(jī)的研究現(xiàn)狀 對(duì)于小型蘋果采摘機(jī)的研究，目前主要有兩種，一種是應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)的智能采摘機(jī)。另一種則是小型機(jī)械化的采摘機(jī)。應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)而開發(fā)的采摘機(jī)，雖說采摘效率高，對(duì)果樹傷害較小，但其代價(jià)昂貴，不適合應(yīng)用于廣大農(nóng)村。而基于小型機(jī)械化的蘋果采摘機(jī)，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，成本低廉，非常適合果園種植面積大，勞動(dòng)力不足的農(nóng)村，大大降低農(nóng)民在集中收獲蘋果時(shí)的勞動(dòng)強(qiáng)度，因?yàn)槠浣?jīng)濟(jì)實(shí)用，所以可以大力推廣。 1.2.2小型可升降蘋果采摘機(jī)的特點(diǎn) 小型可升降蘋果采摘機(jī)的出現(xiàn)，可以大大提高勞動(dòng)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，解決勞動(dòng)力不足、提高經(jīng)濟(jì)效率，有望改變傳統(tǒng)的勞動(dòng)方式。小型可升降蘋果采摘機(jī)的特點(diǎn)有以下幾點(diǎn): (1 ) 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易操作。 （2）像人手一樣準(zhǔn)確靈活，不會(huì)傷害其他果實(shí)。 （3）攜帶，摘果方便，站在地上就可以摘到高處的蘋果。 （4）經(jīng)濟(jì)實(shí)用性很高，非常適用于廣大農(nóng)村果園種植地，大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度。 1.3一般小型可升降蘋果采摘機(jī)的基本構(gòu)造 一般蘋果在采摘的過程中基本受力原理主要有拉伸，彎曲，剪切，折斷，撞擊以及下落沖擊等，研究表明，由于蘋果果柄具有韌性大，易剪切，位置高等特點(diǎn)，為保護(hù)蘋果枝干不受較大的損傷，且蘋果收獲時(shí)不受或者少受撞擊損傷，蘋果采摘機(jī)一般由底座支撐機(jī)構(gòu)，伸縮機(jī)構(gòu)，剪切機(jī)構(gòu)，緩沖機(jī)構(gòu)，裝運(yùn)機(jī)構(gòu)和可移動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成。如圖1-1為常見的蘋果采摘機(jī)。 （1） 底座支撐機(jī)構(gòu)：主要起到支撐的作用，能更好地進(jìn)行切割。 （2） 伸縮機(jī)構(gòu)：蘋果樹有高有低，高的最高可達(dá)4m左右，沒有伸縮機(jī)構(gòu)就無法夠到，所以設(shè)計(jì)出可伸縮機(jī)構(gòu)，可以根據(jù)蘋果的高低來調(diào)節(jié)桿的高度，以達(dá)到剪切的目的。 （3） 緩沖機(jī)構(gòu)：蘋果容易損傷，在剪切的過程中會(huì)受到下落沖擊的作用，緩沖機(jī)構(gòu)可以降低或消除下落所帶來的沖擊，常用的緩沖機(jī)構(gòu)主要有柔性布筒裝置。 （4） 裝運(yùn)機(jī)構(gòu)：可以用來存放采摘下來的蘋果的機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求盡量簡(jiǎn)單實(shí)用，而且不傷害蘋果。 （5） 可移動(dòng)機(jī)構(gòu)：由于果實(shí)生長(zhǎng)的植株是固定的，所以小型蘋果采摘機(jī)在采摘果實(shí)時(shí)通過運(yùn)送行走機(jī)構(gòu)移動(dòng)，配合采摘蘋果。可移動(dòng)式蘋果采摘機(jī)的行走機(jī)構(gòu)方案一般有3種：車輪式、履帶式和人形結(jié)構(gòu)。其中，車輪式應(yīng)用最廣泛。車輪式的走機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)彎半徑小，轉(zhuǎn)向靈活，但輪式的結(jié)構(gòu)對(duì)于松軟的地面適應(yīng)性較差，會(huì)影響切割機(jī)構(gòu)的精度。而履帶式的行走機(jī)構(gòu)對(duì)地面的適應(yīng)性較好，但因其轉(zhuǎn)彎半徑過大，轉(zhuǎn)向不靈活。目前只有葡萄采摘機(jī)器人使用履帶式行走機(jī)構(gòu)。 圖1-1 常見蘋果采摘機(jī) 1.4 本章小結(jié) 本章首先交代了小型可升降蘋果采摘機(jī)研究的目的，簡(jiǎn)要的介紹了小型可升降蘋果采摘機(jī)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀、以及小型可升降蘋果采摘機(jī)的特點(diǎn)；其次說明了本課題研究的內(nèi)容、目的和意義，最后簡(jiǎn)單介紹了小型可升降蘋果采摘機(jī)基本構(gòu)造。 小型農(nóng)用車啟動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì) 第2章 小型可升降蘋果采摘機(jī)的總體設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)思路分析 設(shè)計(jì)小型可升降蘋果采摘機(jī)的目的是為了減輕農(nóng)民的負(fù)擔(dān)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，使蘋果采摘更安全，更有效率，小型蘋果采摘機(jī)也要考慮到其經(jīng)濟(jì)實(shí)用，這也是很重要的。本文設(shè)計(jì)的小型可升降蘋果采摘機(jī)可以極大的提高采摘的效率，對(duì)于高處的蘋果，再也不用去費(fèi)力搬梯子，也就不會(huì)出現(xiàn)因不慎從樹上或梯子上掉下來的危險(xiǎn)情況。 設(shè)計(jì)小型可升降蘋果采摘機(jī)主要是為了應(yīng)用于農(nóng)村廣大種植園，所以就首先要經(jīng)濟(jì)實(shí)用，所以這里不考慮那些基于機(jī)器人技術(shù)和智能技術(shù)的基礎(chǔ)上來設(shè)計(jì)蘋果采摘機(jī)。果柄有的韌度大有的韌度小，所以這里就要采用剪刀來剪切，這樣就可以保證韌度較大的果柄被順利剪切.蘋果樹有高有低，高的可達(dá)四米左右，單靠人根本無法夠到，所以就要設(shè)計(jì)出一種可伸縮的機(jī)構(gòu)，根據(jù)果樹的高低可以來調(diào)節(jié)剪切的高度。剪切下來的蘋果在下落過程中會(huì)受到?jīng)_擊作用而傷害果實(shí)，所以，就必須設(shè)計(jì)一種可以緩解或者消除沖擊力的機(jī)構(gòu)來使得蘋果能安全落到蘋果筐里面。由于果實(shí)生長(zhǎng)的植株是固定的，對(duì)于搬運(yùn)采摘下來的蘋果來說就很費(fèi)力，設(shè)計(jì)一種適合在果園里移動(dòng)的安全行走機(jī)構(gòu)就可以大幅降低勞動(dòng)力，目前，采用智能導(dǎo)航技術(shù)的無人駕駛自主式小車是智能采摘機(jī)器人行走部分發(fā)展的趨勢(shì)。 2.2 總體結(jié)構(gòu)分析及設(shè)計(jì) 蘋果采摘機(jī)基本組成： 切割機(jī)構(gòu) 可伸縮機(jī)構(gòu) 安全傳輸機(jī)構(gòu) 運(yùn)送行走機(jī)構(gòu) 首先為了達(dá)到能順利地剪切果柄，剪切機(jī)構(gòu)的剪切部分采用剪刀來剪切，然后用拉桿來控制剪刀的剪切，剪刀的兩個(gè)手柄中間設(shè)置有復(fù)位彈簧，可以在剪切完成后又能使剪刀恢復(fù)張開狀態(tài)；其次是可升降機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)由內(nèi)桿和外桿組成，內(nèi)桿套在外桿內(nèi)，內(nèi)桿內(nèi)有壓縮彈簧被壓縮著，頂著外桿的內(nèi)壁，內(nèi)外桿可以用手來驅(qū)動(dòng)相互運(yùn)動(dòng)，當(dāng)內(nèi)桿伸出一定距離后，里面的壓縮彈簧就會(huì)彈出來，起到固定的作用，根據(jù)果樹的高低來設(shè)定內(nèi)外桿的可伸縮長(zhǎng)度。接下來的安全傳輸機(jī)構(gòu)的設(shè)置主要是為了使剪切下來的蘋果安全落到蘋果筐里面，該機(jī)構(gòu)主要采用柔性布筒來減輕或者消除蘋果下落所帶來的沖擊對(duì)蘋果造成的損傷，蘋果剪切下來后，可以順利落到連接在下面的柔性布筒當(dāng)中，柔性布筒里面安裝有彈性網(wǎng)，可以使蘋果下落減速，不會(huì)傷果。柔性布筒可以直接連接到蘋果筐里，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用方便，有利于降低勞動(dòng)強(qiáng)度，減少人力消耗，提高工作效率，保障人身安全。接下來就是運(yùn)送行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，考慮到蘋果園地形的因素，這里選用車輪式的行走機(jī)構(gòu)。 小型可升降蘋果采摘機(jī)由切割機(jī)構(gòu)，可伸縮機(jī)構(gòu)，安全傳輸機(jī)構(gòu)和運(yùn)送行走機(jī)構(gòu)幾部分組成的，下面就這幾個(gè)方面分別分析。 2.2.1切割機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 1）切割機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案 切割機(jī)構(gòu)目前主要有兩種方案： （1）利用手腕的旋轉(zhuǎn)和周轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)在執(zhí)行器抓牢果實(shí)后擰斷果柄。 該方案可以避免切刀對(duì)其他蘋果造成的誤傷，適合對(duì)于果柄易斷的蘋果，但對(duì)于果柄韌度較大，就不容易切割下來，從而降低勞動(dòng)效率。 （2）利用切刀或者電極直接切斷果柄。 該方案能夠有效地切割果柄，但切刀容易傷到其他果實(shí)，并且也要對(duì)果柄的位置做出精確的判斷，同時(shí)手腕要有必要的自由度，否則很容易傷到別的果實(shí)，根據(jù)果柄的方位，由手腕調(diào)整末端執(zhí)行器的采摘姿態(tài)后，切刀才能進(jìn)行精準(zhǔn)的切斷果柄。而如果要對(duì)果柄的方位做精確的檢測(cè)的話，就相應(yīng)的增加了設(shè)計(jì)的難度和成本。　 　 2）針對(duì)以上兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，再結(jié)合采摘蘋果的實(shí)際情況，我設(shè)計(jì)研究 了以下兩種采摘方案。 （1）根據(jù)電磁原理切割研究方案 電磁原理切割機(jī)構(gòu)包括交流電機(jī)，磁性剪刀，電池電源，開關(guān)和導(dǎo)線等，利用電磁原理，通過改變電路正負(fù)極方向來改變剪刀兩端的磁性實(shí)現(xiàn)切割。例如，左邊剪刀定位S極，開始時(shí)右邊為S極，由于同性相斥，剪刀狀態(tài)為打開狀態(tài)。然后剪切時(shí)通電改變右邊剪刀的磁性，使其變?yōu)镹極，由于異性相吸，剪刀就會(huì)閉合，從而實(shí)現(xiàn)切割。 （2）根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)的切割方案 本機(jī)構(gòu)包括：壓縮彈簧，剪刀，剪刀連接鞘，小拉桿，拉桿連接鞘，鋼絲繩。利用平面四桿結(jié)構(gòu)和簡(jiǎn)單機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)來達(dá)到切割目的，如圖所示： 其中，1為剪刀，2為剪刀連接鞘，3為壓縮彈簧，4為剪刀連接鞘，5為拉桿連接鞘，6為拉桿。該機(jī)構(gòu)采用瞬間拉動(dòng)拉桿，通過外部拉桿拉動(dòng)鋼絲繩連接的拉桿6，兩個(gè)小拉桿的角度就會(huì)減小，然后壓縮彈簧被壓縮，剪刀閉合從而實(shí)現(xiàn)切割。切割完后，壓縮彈簧收縮，剪刀就會(huì)成張開狀態(tài)，剪刀柄和小拉桿角度恢復(fù)，鋼絲繩拉桿自動(dòng)恢復(fù)原狀。 2.2.2可升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 可升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)關(guān)系到切割機(jī)構(gòu)能否達(dá)到剪切的高度，可升降機(jī)構(gòu)的要求首先是機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單容易操作，更重要的是設(shè)計(jì)出來的結(jié)構(gòu)不會(huì)過于沉重，否則就會(huì)增加勞動(dòng)強(qiáng)度，影響到采摘的效率。 1）可升降機(jī)構(gòu)的可行方案 方案一： 方案一說明： 上圖為蘋果采摘機(jī)升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案一，重要組成部分在圖中已有明確表示，主要包括底座，升降臺(tái)一，升降臺(tái)二，桿一，桿二，伸縮支撐器等。其中升降臺(tái)一可繞底座轉(zhuǎn)動(dòng)，增大采摘面積。伸縮支撐器可上下伸縮，由此調(diào)整采摘桿相對(duì)于地面的角度，這樣一來更加增大了蘋果采摘的范圍。升降臺(tái)和伸縮支撐器的動(dòng)力部分均是由液壓完成，液壓系統(tǒng)的主要設(shè)備安裝在底座部分，其他的輔助設(shè)備安裝在適當(dāng)部位。 方案二： 方案二說明： 上圖為蘋果采摘機(jī)升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案二，重要組成部分在圖中已有明確表示，主要包括凸輪機(jī)構(gòu)，箱體一和二，支架，支架板，球鉸鏈等。箱體一中安裝電動(dòng)機(jī)，使得凸輪一轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)升降效果。支架固定于箱體一和支架板之間，起到穩(wěn)定支架板的作用。箱體二的作用主要為安裝桿件的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)，要是有更多的人為參與的話，箱體二的作用有所減弱。球鉸鏈的作用主要為讓桿件獲得更多的自由度，以實(shí)現(xiàn)增大采摘范圍的目的。 方案三： 方案三說明： 該方案的可升降機(jī)構(gòu)主要有內(nèi)桿和外桿組成，內(nèi)桿套在外桿里，兩桿接觸的部分做成螺紋接觸，這樣就不會(huì)出現(xiàn)由于桿太滑而影響可升降桿的升降和切割機(jī)構(gòu)的切割。內(nèi)桿中有彈片，兩彈片之間用壓縮彈簧相連，頂著內(nèi)桿內(nèi)壁，當(dāng)內(nèi)桿伸出來時(shí)，彈片就會(huì)彈出，就會(huì)頂住外桿，這樣就可以起到固定的作用，不會(huì)影響到切割。 2.2.3安全傳輸機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 剪切下來的蘋果要受到下落沖擊的作用，下落沖擊產(chǎn)生的力會(huì)損傷蘋果，造成損失，如何安全地使剪切下來的蘋果落到蘋果筐里面，這就是設(shè)計(jì)安全傳輸機(jī)構(gòu)所要考慮的。安全傳輸機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，主要是為了減少或者消除沖擊力，避免傷害到蘋果。安全傳輸機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)也應(yīng)該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用方便和經(jīng)濟(jì)實(shí)用。根據(jù)實(shí)際情況，我設(shè)計(jì)出了以下的安全傳輸機(jī)構(gòu)： ? 如上圖所示，1為剪刀，2為鐵圈，3為網(wǎng)兜，4為柔性袋，5為支架，6為拉桿。 ? 撐桿的端部固定設(shè)置有鐵圈，鐵圈直徑有15厘米，足夠蘋果落入。鐵圈上設(shè)有網(wǎng)兜，網(wǎng)兜下面與柔性布袋相連接，柔性布袋通過支架固定在撐桿上。柔性布袋可收縮，富有彈性，不會(huì)在蘋果下落過程中傷蘋果，而且布袋下面設(shè)有緩沖網(wǎng)，且可以直接連接到蘋果筐里，該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。 2.2.4運(yùn)送行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 考慮到果園里采摘要運(yùn)送蘋果，為了降低勞動(dòng)強(qiáng)度，就得設(shè)計(jì)一種適合在蘋果園里移動(dòng)的運(yùn)送行走機(jī)構(gòu)，這樣就省去了費(fèi)大力氣去人工搬運(yùn)的許多麻煩，小型蘋果采摘機(jī)在采摘時(shí)候，通過運(yùn)送行走機(jī)構(gòu)的移動(dòng)來配合采摘蘋果。目前，可用于實(shí)際操作的運(yùn)送行走機(jī)構(gòu)主要有兩種，一種是車輪式結(jié)構(gòu)，一種是履帶式結(jié)構(gòu)。如圖所示： 2.4 本章小結(jié) 本章主要分析了小型可升降蘋果采摘機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。詳細(xì)地介紹了切割機(jī)構(gòu)，可升降機(jī)構(gòu)，安全傳輸機(jī)構(gòu)和運(yùn)送行走機(jī)構(gòu)的可選擇設(shè)計(jì)方案以及當(dāng)前的應(yīng)用發(fā)展，下面主要就是對(duì)各個(gè)結(jié)構(gòu)部分做出最優(yōu)選擇以及可行性論證。 小型農(nóng)用車啟動(dòng)裝置的動(dòng)力傳輸機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 第3章 小型可升降蘋果采摘機(jī)切割機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1 切割方式的選擇 從國(guó)內(nèi)外的研究成果來看，對(duì)于果柄的打斷，基本上采用以下兩種方式： （1）利用手腕的旋轉(zhuǎn)和周轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)在執(zhí)行器抓牢果實(shí)后擰斷果柄。 該方案可以避免切刀對(duì)其他蘋果造成的誤傷，適合對(duì)于果柄易斷的蘋果，但對(duì)于果柄韌度較大，就不容易切割下來，從而降低勞動(dòng)效率。 （2）利用切刀或者電極直接切斷果柄。 該方案能夠有效地切割果柄，但切刀容易傷到其他果實(shí)，并且也要對(duì)果柄的位置做出精確的判斷，同時(shí)手腕要有必要的自由度，否則很容易傷到別的果實(shí)，根據(jù)果柄的方位，由手腕調(diào)整末端執(zhí)行器的采摘姿態(tài)后，切刀才能進(jìn)行精準(zhǔn)的切斷果柄。而如果要對(duì)果柄的方位做精確的檢測(cè)的話，就相應(yīng)的增加了設(shè)計(jì)的難度和成本。 針對(duì)以上兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，再結(jié)合采摘蘋果的實(shí)際情況，我設(shè)計(jì)研究了以下兩種采摘方案。 （1）根據(jù)電磁原理切割研究方案 電磁原理切割機(jī)構(gòu)包括交流電機(jī)，磁性剪刀，電池電源，開關(guān)和導(dǎo)線等，利用電磁原理，通過改變電路正負(fù)極方向來改變剪刀兩端的磁性實(shí)現(xiàn)切割。例如，左邊剪刀定位S極，開始時(shí)右邊為S極，由于同性相斥，剪刀狀態(tài)為打開狀態(tài)。然后剪切時(shí)通電改變右邊剪刀的磁性，使其變?yōu)镹極，由于異性相吸，剪刀就會(huì)閉合，從而實(shí)現(xiàn)切割。 ( 2 ) 機(jī)械設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)的切割方案 本機(jī)構(gòu)包括：壓縮彈簧，剪刀，剪刀連接鞘，小拉桿，拉桿連接鞘，鋼絲繩。利用平面四桿結(jié)構(gòu)和簡(jiǎn)單機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)來達(dá)到切割目的，如圖所示： 其中，1為剪刀，2為剪刀連接鞘，3為壓縮彈簧，4為剪刀連接鞘，5為拉桿連接鞘，6為拉桿。該機(jī)構(gòu)采用瞬間拉動(dòng)拉桿，通過外部拉桿拉動(dòng)鋼絲繩連接的拉桿6，兩個(gè)小拉桿的角度就會(huì)減小，然后壓縮彈簧被壓縮，剪刀閉合從而實(shí)現(xiàn)切割。切割完后，壓縮彈簧收縮，剪刀就會(huì)成張開狀態(tài)，剪刀柄和小拉桿角度恢復(fù)，鋼絲繩拉桿自動(dòng)恢復(fù)原狀。 以上的可行性設(shè)計(jì)方案中，方案一結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)也較合理，不足的是要用到電池或者電機(jī)，而且容易傷到其他果實(shí)，不好實(shí)現(xiàn)控制；方案二結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)也合理，而且容易操作，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。所以在這里切割機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)選擇方案二。 3.2 切割材料的選擇 材料的力學(xué)性能有強(qiáng)度，硬度和疲勞強(qiáng)度，強(qiáng)度是材料在外力的作用下抵抗變形和斷裂的能力，根據(jù)外力的作用方式，材料的強(qiáng)度分為抗拉強(qiáng)度，抗壓強(qiáng)度，抗彎強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度等。硬度是材料抵抗更硬物體壓入的能力，常用的硬度指標(biāo)有布氏硬度，洛式硬度等。疲勞強(qiáng)度是在交變應(yīng)力下工作的，所謂交變應(yīng)力是指零件所受應(yīng)力的大小和方向隨時(shí)間做周期性變化。例如，受力發(fā)生彎曲的軸，在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)材料要反復(fù)受到拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，屬于對(duì)稱交變應(yīng)力循環(huán)。零件在交變應(yīng)力的作用下，當(dāng)交變應(yīng)力值遠(yuǎn)低于材料的屈服強(qiáng)度時(shí)，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后也會(huì)發(fā)生破壞，這種破壞成為疲勞破壞，疲勞破壞往往會(huì)突然發(fā)生，無論是塑性材料還是脆性材料，斷裂時(shí)都不產(chǎn)生明顯的變形。 對(duì)于要剪切韌度高的果柄，這就要求刀片的硬度要高，而且耐磨。 碳素鋼應(yīng)用非常廣泛，能滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要，加之價(jià)格低廉，并且有一定的力學(xué)性能，所以在這里刀片選用碳素工具鋼。碳素工具鋼又可分為碳素結(jié)構(gòu)鋼，優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，碳素工具鋼和一般工程鑄造碳素鋼。下表就是對(duì)各類碳素鋼的介紹： 名稱 特點(diǎn) 應(yīng)用 碳素結(jié)構(gòu)鋼 較高的強(qiáng)度和良好的塑性，韌性，工藝性能優(yōu)異 用于一般工程結(jié)構(gòu)，普通機(jī)械零件以及日用品等 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 這類鋼中有害雜質(zhì)含量較少，化學(xué)成分控制較嚴(yán)格，塑性和韌性較高 多用于制造較重要的零件，一般經(jīng)過熱處理后使用，以充分發(fā)揮其性能潛力。 碳素工具鋼 生產(chǎn)成本較低，加工性能好 可用于制造低速，手動(dòng)刀具及常溫下使用的工具，模具，量具等。 一般工程鑄造碳素鋼 能制造形狀復(fù)雜的零件。 應(yīng)用于機(jī)械制造尤其是重型制造業(yè)中。 綜合以上表，切割機(jī)構(gòu)選擇碳素工具鋼比較好。 3.3 復(fù)位彈簧的設(shè)計(jì) . 1. 彈簧的種類很多，按受載性質(zhì)可以分為拉伸彈簧，壓縮彈簧，扭轉(zhuǎn)彈簧和彎曲彈簧等四種；按照彈簧形狀又可以分為螺旋彈簧，碟形彈簧，環(huán)形彈簧等。 螺旋彈簧使用螺旋線圈繞而成，由于制造簡(jiǎn)便，所以應(yīng)用最廣，螺旋彈簧按外形可分為圓柱形彈簧和圓錐形彈簧。在這里，圓柱形彈簧應(yīng)用最廣，在這里選用圓柱形彈簧。如圖所示： 2.彈簧的制造 螺旋彈簧的制造過程包括卷繞，兩端面加工（壓縮彈簧）、熱處理和工藝試驗(yàn)。 彈簧制成后，如再進(jìn)行一次強(qiáng)壓處理，一般可提高承載能力約百分之二十，如果進(jìn)行噴丸處理，則承載能力可提高百分之三十至百分之五十，使用壽命增大2——2.5倍。 3.彈簧的材料 彈簧在工作中經(jīng)常受到?jīng)_擊載荷和循環(huán)變載荷的作用，因而要求制造彈簧的材料應(yīng)具有較高的抗壓強(qiáng)度和一定的沖擊韌性、塑性以及良好的熱處理性能。 選擇彈簧的材料時(shí)，應(yīng)充分考慮彈簧的工作條件、功用、重要性和經(jīng)濟(jì)性等因素。 常用的彈簧材料有碳素彈簧鋼、合金鋼和有色金屬等。 碳素彈簧鋼: 含碳量在0.6%——0.9%之間，按其力學(xué)性能可分為B、C、D三級(jí)。這類鋼價(jià)廉易得，熱處理后具有較高的強(qiáng)度，適宜的韌性和塑性，但當(dāng)彈簧絲直徑大于12mm時(shí)，不易淬透，故僅用于做小尺寸的彈簧。 故這里選用的材料為碳素彈簧鋼。 4.彈簧的許用應(yīng)力計(jì)算 由教材《機(jī)械原理及設(shè)計(jì)》中的表20-4試取彈簧絲直徑d=1mm,C（彈 簧指數(shù)）取5。其中C為彈簧中徑與彈簧絲直徑的比。 則由表20-2可取碳素彈簧鋼的抗拉強(qiáng)度@1為1660Mpa(B級(jí)） 可得彈簧的許用應(yīng)@2=0.45*@1=0.45*1660=747Mpa 曲率系數(shù)K=（4c-1）/(4c-4)+0.615/c=1.31 彈簧所受到的應(yīng)力為@=c*8*F*d2/3.14*d*d*d 代入數(shù)據(jù)得：@=667.5﹤747Mpa 故所選尺寸和材料符合要求。 3.4切割機(jī)構(gòu)上力的分析論證 蘋果樹枝的半徑一般為2mm,剪刀末端切割蘋果時(shí)的角度為50度，其受力分析如下所示： ? 如上受力分析圖所示，剪切果枝用大概二十牛的力，兩角度可近似看做50度，根據(jù)圖中剪切力受力分析可知： ? F1=F2 ? F=2F1cos65=2F2cos65 由以上式解得剪斷果柄所需要的施加在拉桿上的拉力大概為F=16.9N。 ? 通過分析可得，當(dāng)剪刀與蘋果果柄相切時(shí)，需要的拉力為16.9牛的力就可以切割下來，拉動(dòng)拉桿的力為瞬時(shí)力，比這個(gè)力大得多，所以剪刀可以切割下來。 3.4 本章小結(jié) 本章主要介紹了小型可升降蘋果采摘機(jī)的設(shè)計(jì)，分別詳細(xì)介紹了切割方式，切割機(jī)構(gòu)材料的選擇，復(fù)位彈簧的設(shè)計(jì)以及加在切割機(jī)構(gòu)上力的分析論證。 小型農(nóng)用車啟動(dòng)裝置的儲(chǔ)能裝置及動(dòng)力轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 第4章 小型可升降蘋果采摘機(jī)可升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 4.1可升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和方案選型 上章我介紹了關(guān)于小型可升降蘋果采摘機(jī)可升降機(jī)構(gòu)的可行性方案，有兩種方案，一種是基于液壓系統(tǒng)的可升降機(jī)構(gòu)，另一種則是基于凸輪系統(tǒng)的可升降機(jī)構(gòu)。 這兩種設(shè)計(jì)方案各有優(yōu)缺，但這兩種設(shè)計(jì)方案都不可避免地增加了機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性，既增加了操作的的復(fù)雜性，降低了靈活性，也增加了成本，不利于在農(nóng)村果園普及推廣開來。 我根據(jù)雨傘的可升降原理設(shè)計(jì)出了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)可行的可升降方案，如圖所示： 如圖所示，1為外桿，2為內(nèi)桿，3為彈片，4為壓縮彈簧。 蘋果樹最高為4米，可伸縮桿外桿長(zhǎng)度為1.25米，內(nèi)桿為2.00米，內(nèi)桿可以自由伸縮。所以，可伸縮桿長(zhǎng)度的長(zhǎng)度變化范圍為2.00——2.90之間，再加上人的身高最低1.5米，長(zhǎng)度足夠，可以滿足采摘要求。 該方案的可升降機(jī)構(gòu)主要有內(nèi)桿2和外桿1組成，內(nèi)桿套在外桿里，兩桿接觸的部分做成螺紋接觸，這樣就不會(huì)出現(xiàn)由于桿太滑而影響可升降桿的升降和切割機(jī)構(gòu)的切割。內(nèi)桿中有彈片3，兩彈片之間用壓縮彈簧4相連，頂著內(nèi)桿內(nèi)壁，當(dāng)內(nèi)桿伸出來時(shí)，彈片3就會(huì)彈出，就會(huì)頂住外桿1，這樣就可以起到固定的作用，不會(huì)影響到切割。 4.2可升降機(jī)構(gòu)材料的選擇 可升降桿材料的要求: 首先不能過重，其次要有一定的強(qiáng)度。而鋁合金強(qiáng)度高，用它可以代替某些鋼鐵材料，可以減輕機(jī)構(gòu)的質(zhì)量。下表是有關(guān)鋁合金代號(hào)，力學(xué)性能以及用途的說明： 類別 牌號(hào) 代號(hào) 化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 處理狀態(tài) 力學(xué)性能 用于舉例 Cu Mg Mn Zn 其他 σb δ HBS 硬鋁合金 2A01 LY1 2.2-3.0 0.2-05 0.2 0.1 線材Cz 300 24 70 工作溫度不超過100℃的結(jié)構(gòu)用中等用中等強(qiáng)度鉚釘。 2A11 LY11 3.8-4.8 0.4-0.8 0.4-0.8 0.3 板材Cz 420 18 100 中等強(qiáng)度結(jié)構(gòu)零件，如骨架，模鍛的固定端頭，支柱，葉片等。 2A12 LY12 3.8-4.9 1.2-1.8 0.3-0.9 0.3 板材Cz 470 17 105 高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)零件，如骨架，蒙皮，梁，鉚釘?shù)?50℃之下的零件。 7A04 LC4 1.4-2.0 1.8-2.8 0.2-0.6 5.0-7.0 Cs 600 12 105 結(jié)構(gòu)中主要受力件，如飛機(jī)大梁，加強(qiáng)框，蒙皮，及起落架等。 結(jié)合上表所示，可升降桿的材料應(yīng)選擇ＬＹ１２材料，該材料時(shí)鋁－銅－鎂合金系中的典型硬鋁合金，其成分也比較合理，綜合性能也較好。合金桿的許用應(yīng)力為３７０ＭＰａ． 4.3 可升降機(jī)構(gòu)上力的分析計(jì)算及其論證 　　　可升降構(gòu)件上連接的部分有剪刀，網(wǎng)兜，柔性袋及其連接件，其質(zhì)量約為１Ｋｇ，果農(nóng)在進(jìn)行采摘時(shí)，桿與水平地面夾角設(shè)為８０度。 受力分析如圖所示： 　　　　　　 （１） 求支反力 分別由平衡方程∑ＭＢ＝０和∑ＭＡ＝０求得 ＦＡ＝ｂＦ／ａ＋ｂ，ＦＢ＝ａＦ／ａ＋ｂ （２） 列剪力方程和彎矩方程 ＡＣ段： 　　　在ＡＣ段任取一截面，設(shè)截面上有正的剪力Ｆｓ１和彎矩Ｍ１，如圖所示： 　　　 　　　由平衡可得，Ｆｓ１＝ＦＡ＝ｂＦ／ａ＋ｂ?。ǎ埃迹兀保迹岍w 　　　　　　　　　Ｍ１＝ＦＡＸ１?。剑猓疲幔狻。ǎ埃迹兀保迹岍w ＣＢ段： 　　　在ＣＢ段任取一截面，設(shè)截面上有正的剪力Ｆｓ２和彎矩M 2，受力分析如圖所示: 由平衡條件可得：Fs2=FA－F=﹣aF／a+b (a ＜X2＜a+b﹚ M2=FAX2－F(X2－a)= bF／a+bX2－F(X2－a) (a＜X2＜a+b﹚ 做剪力圖和彎矩圖： 由剪力方程和彎矩方程分別作出剪力圖和彎矩圖，如圖所示： 由圖可知 最大剪力為Fs max=bF／a+b 最大彎矩為Mmax=abF／a+b 要求出F的大小，就得先作出剪切力受力分析。如圖： 從圖中可知桿在拉伸到最大時(shí)所受切向的力為F=mgsin10=1.7N 代入數(shù)據(jù)可得最大剪力為Fsmax=1.7(2－0.35﹚2＝1.4N. 可升降桿的截面相當(dāng)于薄壁圓環(huán)截面，最大切應(yīng)力發(fā)生在中性軸上，方向平行于剪力Fs,由計(jì)算得: Τmax=2Fs／A 其中設(shè)計(jì)d=29mm，A為圓環(huán)截面面積，求得A=2πR t(R為圓環(huán)的中徑，t為圓環(huán)壁厚) 代入數(shù)據(jù)可得A=2πRt＝23.140.0270.002＝0.000339mm 所以最大切應(yīng)力τmax=21.40.000339=8.26Mpa〈370Mpa 因此，可升降桿的剛度完全符合要求。 4. 4本章小結(jié) 本章介紹了可升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，分析了設(shè)計(jì)的可行性，并且通過計(jì)算進(jìn)行了論證和分析。 小型農(nóng)用車啟動(dòng)裝置的止動(dòng)機(jī)構(gòu)、釋放機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和離合機(jī)構(gòu)的選型 第5章 小型可升降蘋果采摘機(jī)安全傳輸機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 5.1 蘋果安全傳輸機(jī)構(gòu)的要求 采摘下來的蘋果如何安全地傳輸?shù)教O果筐里面是設(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮到的，如果單靠人力一個(gè)個(gè)放到筐子里，就會(huì)增加勞動(dòng)的強(qiáng)度，消耗體力。所以應(yīng)該設(shè)計(jì)一種安全傳輸機(jī)構(gòu)，，可以減輕或者消除蘋果下落產(chǎn)生的下落沖擊力，使蘋果安全地落到筐子里。安全傳輸機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝使用方便，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，可以在滿足采摘的不同要求。 5.2安全傳輸機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案 根據(jù)蘋果下落安全，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全使用方便等要求，設(shè)計(jì)安全傳輸機(jī)構(gòu)如圖所示： 如圖所示，1為剪刀，2為鐵圈，3為網(wǎng)兜，4為柔性布筒，5為布筒撐桿，6為拉桿。 在剪刀下部設(shè)置有鐵圈，鐵圈直徑有15cm,足夠蘋果落入。鐵圈上設(shè)有網(wǎng)兜，網(wǎng)兜的下部與柔性布筒相連接，柔性布筒通過布筒撐桿固定在桿上。切割機(jī)構(gòu)所在的部分與可升降機(jī)構(gòu)所在的部分成135℃，是為了增加采摘時(shí)的靈活性，也可以避免采摘下來的蘋果直接落入柔性布筒，有了角度可以緩緩滾入里面，柔性布筒采用柔性帶，可收縮，帶有彈性，而且柔軟有張力，柔性布筒里面安裝有彈性網(wǎng)，可以使蘋果下落減速，不會(huì)傷果，布筒可以直接連到蘋果筐里。 該方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易 ，可以極大地減少工作強(qiáng)度，提高工作效率，能夠使得采摘下來的蘋果安全落入。 5.3 柔性帶的選型 柔性帶的設(shè)計(jì)主要是為了減輕或者消除蘋果下落所帶來的沖擊力，以免損傷蘋果，柔性布筒采用的是柔性帶，柔性帶有以下的優(yōu)點(diǎn)： 1 有著高抗拉能力，可承受0.5——8.5t的拉力。 2 高抗沖擊性能，能夠很好地吸收沖擊能量。 3 使用安全，柔軟質(zhì)量小，不會(huì)產(chǎn)生安全隱患， 4 不傷產(chǎn)品。 5 不生銹不變質(zhì)，不會(huì)污染產(chǎn)品，能經(jīng)受各種氣候條件的考驗(yàn)。 6 經(jīng)濟(jì)實(shí)用，節(jié)約成本。 5.4 本章小結(jié) 本章首先介紹了安全傳輸機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求，然后設(shè)計(jì)出了可行性方案，并且對(duì)結(jié)構(gòu)材料的性能要求做了說明。 第6章 運(yùn)送行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 6.1可移動(dòng)蘋果采摘機(jī)運(yùn)送行走方案 對(duì)于采摘下來的蘋果，如果單靠人力去運(yùn)送，就會(huì)增加勞動(dòng)強(qiáng)度，為此，必須設(shè)計(jì)一種可以在果園自由運(yùn)送蘋果的裝置，通過這個(gè)運(yùn)送裝置來配合采摘。 可移動(dòng)采摘機(jī)的運(yùn)送方案一般有三種：車輪式，履帶式和人形機(jī)器人結(jié)構(gòu)。如圖所示： 6.2 運(yùn)送行走方案的選擇 車輪式運(yùn)送行走方案應(yīng)用最為廣發(fā)，車輪式轉(zhuǎn)彎半徑小，轉(zhuǎn)向較為靈活，可以在果園自由行走。而履帶式行走機(jī)構(gòu)雖然對(duì)地面的適應(yīng)性好，但其轉(zhuǎn)彎半徑大，轉(zhuǎn)向又不靈活。對(duì)于目前尚處于研究開發(fā)中的人形機(jī)器人技術(shù)，則由于技術(shù)還不成熟，有待進(jìn)一步的探索。 所以，考慮到地形，經(jīng)濟(jì)方面的因素，在這里選用車輪式的運(yùn)送行走方案。 結(jié)論和展望 第7章 結(jié)論和展望 7.1結(jié)論 研究本課題對(duì)于提高農(nóng)業(yè)勞動(dòng)的生產(chǎn)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工作環(huán)境，提高經(jīng)濟(jì)效率有著重要意義，本文針對(duì)采摘蘋果的具體要求，設(shè)計(jì)出一種適用于廣大農(nóng)村地區(qū)，該產(chǎn)品充分利用機(jī)械設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)出了一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用，實(shí)用操作簡(jiǎn)便的小型可升降蘋果采摘機(jī)。 研究工作結(jié)論：本文根據(jù)農(nóng)業(yè)中采摘蘋果的存在的問題，主要介紹了一種簡(jiǎn)單的、可靠的純機(jī)械式的蘋果采摘機(jī)。它操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，使用成本低廉，可以滿足采摘的要求，文中詳細(xì)地介紹了小型可升降蘋果采摘機(jī)的各個(gè)組成部分的設(shè)計(jì)，通過對(duì)比，最后選擇了其中較好的機(jī)構(gòu)，并通過計(jì)算、分析論證了設(shè)計(jì)的可行性。 6.2展望 本研究中設(shè)計(jì)的小型可升降蘋果采摘機(jī)有許多的不足之處，如可能會(huì)傷害到蘋果芽的生長(zhǎng)，也可能因?yàn)榈镀瑫?huì)碰到其他蘋果而造成不必要的損失等。希望在以后的研究中能夠借以為鑒，發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化其不足之處。本設(shè)計(jì)還可以加以改進(jìn)，將來需要進(jìn)一步可以設(shè)計(jì)出果實(shí)識(shí)別和定位系統(tǒng)，可以更加精確地進(jìn)行切割，使其能成為一個(gè)完善的機(jī)構(gòu)?？傊?，希望我設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)能夠發(fā)揮出應(yīng)有的作用，為我國(guó)農(nóng)業(yè)做貢獻(xiàn)。 致謝 致 謝 本論文是在指導(dǎo)老師樊琛教授的精心指導(dǎo)下完成的。從選題、論證、設(shè)計(jì)、到畢業(yè)論文的撰寫無不滲透著恩師的心血。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的知識(shí)、對(duì)問題的敏銳洞察力、精益求精的務(wù)實(shí)學(xué)風(fēng)讓我受益匪淺；同時(shí)，導(dǎo)師在生活和學(xué)習(xí)上對(duì)我給予了無微不至的關(guān)懷和教誨，在此特別向樊老師致以誠(chéng)摯的感謝。 在整個(gè)課題研究期間，還得到了曹凡老師、楊振坤老師大力幫助和支持，特別是樊琛老師對(duì)我的精心輔導(dǎo)，對(duì)我的幫助也非常大，在此向他們表示衷心的感謝！ 同時(shí)還得特別感謝我的父母，在我學(xué)習(xí)期間，他們無論是精神上還是在物質(zhì)上都給了我很大的支持。在這里，我表示最衷心的謝意！ 面對(duì)如此多的關(guān)心和幫助，這是一種幸福也是一種感動(dòng)，唯有在以后的日子里時(shí)時(shí)敦促自己，努力成長(zhǎng)，不斷進(jìn)取，以不辜負(fù)師長(zhǎng)、親人和朋友對(duì)我的殷切期望。 參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn) n [1]侯書林，朱海主編，《機(jī)械制造基礎(chǔ)》北京 中國(guó)林業(yè)出版社，北京大學(xué)出版社 2007 n [2]郭艷玲，李彥蓉主編，《機(jī)械制造工藝學(xué)》北京 北京大學(xué)出版社 2008 n [3]任金泉主編，《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》西安 西安交通大學(xué)出版社2006 n [4]蔡懷崇，閔行主編，《材料力學(xué)》西安 西安交通大學(xué)出版社 2004 n [5]哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室編，《理論力學(xué)I》哈爾濱 高等教育出版社 2004 n [6]沈蓮主編，《機(jī)械工程材料》西安 機(jī)械工業(yè)出版社 2007 n [7]唐克中，朱同軍主編，《畫法幾何及工程制圖》西安 高等教育出版社 2006 n 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