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任 務(wù) 書(shū)
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設(shè)計(jì)（論文）題目：
便攜式摘果手設(shè)計(jì)
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學(xué)生姓名：
學(xué)??號(hào)：
專????業(yè)：
所在學(xué)院：
指導(dǎo)教師：
職????稱：
發(fā)任務(wù)書(shū)日期：年月日
任務(wù)書(shū)填寫要求
1．畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)由指導(dǎo)教師根據(jù)各課題的具體情況填寫，經(jīng)學(xué)生所在專業(yè)的負(fù)責(zé)人審查、系（院）領(lǐng)導(dǎo)簽字后生效。此任務(wù)書(shū)應(yīng)在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)始前一周內(nèi)填好并發(fā)給學(xué)生。
2．任務(wù)書(shū)內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書(shū)寫，不得涂改或潦草書(shū)寫；或者按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)上下載）打印，要求正文小4號(hào)宋體，1.5倍行距，禁止打印在其它紙上剪貼。
3．任務(wù)書(shū)內(nèi)填寫的內(nèi)容，必須和學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）完成的情況相一致，若有變更，應(yīng)當(dāng)經(jīng)過(guò)所在專業(yè)及系（院）主管領(lǐng)導(dǎo)審批后方可重新填寫。
4．任務(wù)書(shū)內(nèi)有關(guān)“學(xué)院”、“專業(yè)”等名稱的填寫，應(yīng)寫中文全稱，不能寫數(shù)字代碼。學(xué)生的“學(xué)號(hào)”要寫全號(hào)，不能只寫最后2位或1位數(shù)字。
5．任務(wù)書(shū)內(nèi)“主要參考文獻(xiàn)”的填寫，應(yīng)按照《金陵科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）撰寫規(guī)范》的要求書(shū)寫。
?6．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)標(biāo)GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書(shū)寫。如“2002年4月2日”或“2002-04-02”。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書(shū)
1．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題應(yīng)達(dá)到的目的：
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便攜式摘果手是一種解決農(nóng)業(yè)中人工摘果效率低，果樹(shù)高，摘果困難等問(wèn)題的一項(xiàng)設(shè)計(jì)。針對(duì)水果采摘行業(yè)的前景。該設(shè)計(jì)要解決了農(nóng)民在摘果時(shí)，長(zhǎng)期持續(xù)一個(gè)系列動(dòng)作造成對(duì)身體上的勞累和傷害。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，幫助學(xué)生融匯貫通大學(xué)四年學(xué)習(xí)的專業(yè)知識(shí)，掌握基本的設(shè)計(jì)技能，也希望能對(duì)農(nóng)業(yè)摘果行業(yè)盡一份綿薄之力。
2．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：
?
本課題主要要求設(shè)計(jì)用于采摘蘋果，梨子等硬質(zhì)水果的便攜式摘果手。
需設(shè)計(jì)摘果手各部件（包括，踏板、伸縮桿、杠桿省力裝置、可調(diào)節(jié)傳輸帶、特制剪刀、緩沖裝置以及可升降剪刀和果倉(cāng)）的基本組成，完成便攜式摘果手的調(diào)試與總結(jié)。
要求設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性好、重量較輕易于便攜，針對(duì)果樹(shù)的高度具有可調(diào)節(jié)性，操作簡(jiǎn)單。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書(shū)
3．對(duì)本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題成果的要求〔包括圖表、實(shí)物等硬件要求〕：
相關(guān)裝配圖若干
零件圖若干
設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份
開(kāi)題報(bào)告、外文翻譯及設(shè)計(jì)大綱各一份
4．主要參考文獻(xiàn)：
[1] 何元庚．機(jī)械原理與機(jī)械零件．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001年．
[2] 韓剛/龐恩泉．典型零件造型與加工方案圖解．山東：山東科學(xué)技術(shù)出版社．2009．
[3] 張秉榮/章劍青．工程力學(xué)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996．
[4] 范崇洛/謝黎明．機(jī)械加工工藝學(xué)．南京：東南大學(xué)出版社，2002．
[5] 魏康民．機(jī)械加工技術(shù)．西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006．
[6] 劉克城．切削加工工藝與技能訓(xùn)練．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005．
[7] 陳立德．機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)．北京：高等教育出版社，2002．
[8] 胡家秀．機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001．
[9] 徐灝．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)．第二版。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999．
[10] 陳崇恭．機(jī)械原理．北京：高等教育出版社，1999．
[11] 王淑英．電器控制與PLC控制技術(shù)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015．
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書(shū)
5．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題工作進(jìn)度計(jì)劃：
20xx.12.16-20xx.1.10 領(lǐng)任務(wù)書(shū)、開(kāi)題
20xx.2.25-2.16.3.9 畢業(yè)實(shí)習(xí)調(diào)研，完成開(kāi)題報(bào)告、中英文翻譯、論文大綱
20xx.3.19-20xx.4.25 提交論文草稿，4月中旬中期檢查
20xx.4.26-20xx.5.6 提交論文定稿
20xx.5.6-20xx.5.13 準(zhǔn)備答辯
20xx.5.13-20xx.5.26 答辯，成績(jī)?cè)u(píng)定，修改完成最終稿
所在專業(yè)審查意見(jiàn)：
?通過(guò)?
負(fù)責(zé)人： ??????????? ?20xx? 年??? 12 ?月???25 ?日
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摘 要
便攜式摘果手是解決農(nóng)業(yè)中人工摘果效率低，果樹(shù)高，摘果困難等問(wèn)題的一項(xiàng)設(shè)計(jì)。
本文主要介紹了便攜式摘果手的功能及設(shè)計(jì)，水果采摘行業(yè)的前景。該設(shè)計(jì)利用兩個(gè)微型電機(jī)作為動(dòng)力元件，解決了農(nóng)民在摘果時(shí)，長(zhǎng)期持續(xù)一個(gè)系列動(dòng)作造成對(duì)身體上的傷害。本文介紹了便攜式摘果手的設(shè)計(jì)思路，使用方法。另外，著重介紹便攜式摘果手的功能、結(jié)構(gòu)和各部件的具體設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)次設(shè)計(jì)的調(diào)試，羅列出許多在實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題以及解決方案。文章最后對(duì)該設(shè)計(jì)的應(yīng)用做了總結(jié)，并針對(duì)該課題將便攜式摘果手今后的前景做了一個(gè)展望。
關(guān)鍵詞：手推車；電動(dòng)控制；保護(hù)果品；采摘工具
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Abstract
The portable fruit-picker is a kind of hand can replace artificial low efficiency in agricultural picking fruit, resolve the high, picking fruit difficult problems, such as an invention. This article mainly introduced the design of the portable hand picking fruit, the invention USES the pedal and human body mechanics principle, fully solve the an action for a long time and power works cause harm to the body. Here briefly introduces the features of his, use environment and method. In addition, this paper introduces the function of the system emphatically the design, structure, and each module. Through the invention of the design debugging, to solve the problems in the experiment. Finally, the application of the invention and design made a summary, and the subject will portable hand picking fruit in the future prospects and development made a prospect.
Key words: Electric control ; protecting the fruit ; picking tools
目 錄
摘 要 III
Abstract IV
1 緒 論 1
1.1? 課題背景及意義 1
1.2?國(guó)外水果機(jī)械化采摘裝置研究進(jìn)展及現(xiàn)狀 2
1.3 國(guó)內(nèi)便攜式摘果手的市場(chǎng)前景 3
2 便攜式摘果手的總體方案 4
2.1便攜式摘果手的結(jié)構(gòu)和功能 4
2.2總體方案設(shè)計(jì) 4
3 部件設(shè)計(jì)及相關(guān)理論基礎(chǔ) 6
3.1采摘裝置的主要結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求 6
3.1.1采摘裝置設(shè)計(jì)方案 6
3.1.2剪切刀具的材料選擇 9
3.1.3采摘剪的主要結(jié)構(gòu)尺寸 10
3.1.4剪枝剪的技術(shù)要求 10
3.1.5剪枝剪在剪切過(guò)程中受力情況分析 12
3.1.6上刀刃與彎刀之間的工作載荷 12
3.1.7上刀刃與彎刀剪切刀具的強(qiáng)度校核 13
3.1.8 剪刀開(kāi)合減速箱的設(shè)計(jì) 14
3.2 伸縮桿與電動(dòng)控制方案 15
3.2.1伸縮桿的設(shè)計(jì)方案 15
3.2.2電機(jī)控制方案 17
3.3果品減震裝置 20
4 產(chǎn)品的調(diào)試與改進(jìn) 21
4.1 產(chǎn)品調(diào)試時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題 22
4.2產(chǎn)品改進(jìn)和解決的方案 23
4.3 產(chǎn)品改進(jìn)后的特色 24
5 總結(jié) 24
參考文獻(xiàn) 25
致 謝 26
附錄 27
XII
1 緒 論
1.1? 課題背景及意義
縱觀人類文明的發(fā)展歷程，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)一直對(duì)人類的族群的數(shù)量、經(jīng)濟(jì)文化起著至關(guān)重要的作用。隨著人類人口數(shù)量大量增張，其對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的要求越來(lái)越高，我國(guó)是一個(gè)人口數(shù)量超過(guò)13億的大國(guó)，有著養(yǎng)活全球人類1/5人口的責(zé)任，在社會(huì)主義發(fā)展的初期階段，發(fā)展先進(jìn)的社會(huì)生產(chǎn)是最主要的命題。我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，其GDP產(chǎn)值一直在國(guó)內(nèi)占有較大的比重，同時(shí)我國(guó)又是一個(gè)落后的手工生產(chǎn)農(nóng)業(yè)國(guó)家，農(nóng)業(yè)從業(yè)者對(duì)于新型生產(chǎn)設(shè)備的需求越來(lái)越高，隨著科技的進(jìn)步，各種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備得以研發(fā)應(yīng)用，在很大程度的減輕了農(nóng)民的體力勞動(dòng)。
果樹(shù)種植作為經(jīng)濟(jì)作物在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著很重要的地位。發(fā)展果樹(shù)生產(chǎn)是優(yōu)化我國(guó)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)、促進(jìn)農(nóng)業(yè)協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展的重要措施。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)果樹(shù)生產(chǎn)中存在許多問(wèn)題，列如果樹(shù)樹(shù)形過(guò)高不易摘取、單產(chǎn)低、成本高、后天采摘破壞嚴(yán)重、栽培模式和果園規(guī)劃不合理等。果樹(shù)種植發(fā)展目前正處在優(yōu)質(zhì)化、精品化的起步階段，其發(fā)展前景廣闊。針對(duì)國(guó)內(nèi)果樹(shù)經(jīng)濟(jì)作物的發(fā)展國(guó)家制定了一系列的優(yōu)惠扶持措施，國(guó)家畫出了大的發(fā)展框架，就需要更加科學(xué)的生產(chǎn)方式來(lái)支撐，如何將簡(jiǎn)單的手工生產(chǎn)通過(guò)合理的市場(chǎng)機(jī)制與相對(duì)適宜的經(jīng)濟(jì)投入提升至機(jī)械化、工具化，對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著舉足輕重的作用。
在果樹(shù)作物的生產(chǎn)過(guò)程中，列如：蘋果、梨、柑橘等，其果實(shí)采摘在整個(gè)生產(chǎn)流程中最耗時(shí)、耗力的，且是必不可少的環(huán)節(jié)，但是在最后也是最重要的環(huán)節(jié)中，果樹(shù)果實(shí)采摘中出現(xiàn)的損壞率也是最高的，其主要原因還是果樹(shù)改良品種越來(lái)越好，樹(shù)干越來(lái)越高，不同以往，勞動(dòng)者站在地面就可以采摘大部分的果實(shí)，現(xiàn)在只能通過(guò)高架作業(yè)或者自制簡(jiǎn)易工具采摘，其壞果率不言而喻。樹(shù)形水果在果實(shí)收獲階段中投入的人力約占整個(gè)生產(chǎn)周期投入人力總和的50%~60%。采摘作業(yè)的效率高低直接的影響到水果儲(chǔ)存、加工和銷售。水果收益的季節(jié)性和時(shí)效性很強(qiáng)，屬于典型的勞動(dòng)密集行型工作產(chǎn)業(yè)，更有甚者，因?yàn)槲覈?guó)農(nóng)村勞動(dòng)力的缺失，北方果實(shí)大都在深秋季節(jié)收獲，即有一部分農(nóng)戶因來(lái)不及采摘而使水果過(guò)度成熟爛在樹(shù)上，或遇到寒流凍壞果實(shí)無(wú)法儲(chǔ)存。果實(shí)采摘操作環(huán)境的復(fù)雜性高，水果采摘的自動(dòng)化程度低，所以國(guó)內(nèi)的水果采摘市場(chǎng)基本上是手工完成的，隨著人口的老齡化和農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力的減少，勞動(dòng)力成本不斷的提高，人工徒手進(jìn)行水果采摘作業(yè)難度越來(lái)越大，人工徒手采摘果實(shí)的成本在整個(gè)生產(chǎn)成本中所占的比例在持續(xù)增高，而高枝水果的采摘還帶有一定的危險(xiǎn)性，農(nóng)村留守高齡勞動(dòng)者已經(jīng)無(wú)法繼續(xù)從事采摘工作。所以一款適宜的采摘工具在很大程度上會(huì)影響果實(shí)的采摘相率，降低勞動(dòng)力需求，延長(zhǎng)水果從業(yè)者的工作年限，對(duì)于提高果農(nóng)的經(jīng)濟(jì)收益，改善果農(nóng)的生活質(zhì)量有著促進(jìn)作用。
通過(guò)研究和開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)易操作、價(jià)格低廉的采摘工具從而提高了果農(nóng)的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，保證水果的品質(zhì)，符合我國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)于未來(lái)水果經(jīng)濟(jì)作物的發(fā)展起著積極重要的作用。簡(jiǎn)單便捷摘果裝置的研發(fā)為未來(lái)中小型農(nóng)副產(chǎn)業(yè)機(jī)具的發(fā)展起到了帶頭作用，其發(fā)展方向也符合國(guó)家對(duì)于農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略構(gòu)思，小型農(nóng)業(yè)機(jī)具的研發(fā)具有廣闊的應(yīng)用前景。2005年11月1日國(guó)家頒布實(shí)施 《中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化促進(jìn)法》其中推行了一系列的鼓勵(lì)農(nóng)業(yè)，扶持農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，大力促進(jìn)中小機(jī)械化的普及，用機(jī)具化替代原始手工勞作是必然的趨勢(shì)。
針對(duì)目前國(guó)內(nèi)果樹(shù)生產(chǎn)的現(xiàn)況，結(jié)合本人所學(xué)機(jī)械制造與自動(dòng)化專業(yè)，通過(guò)簡(jiǎn)單的機(jī)械原理與吸收前人的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)一款易于使用、價(jià)格低廉、操作方便的樹(shù)形水果采摘裝置（即便攜式摘果手）。
1.2?國(guó)外水果機(jī)械化采摘裝置研究進(jìn)展及現(xiàn)狀
從上世界40年代就開(kāi)始有關(guān)果園機(jī)械采摘工具的研究，以美、英等國(guó)為首的西方國(guó)家較早就開(kāi)始機(jī)械采摘的嘗試應(yīng)用。發(fā)展至今，目前國(guó)外果園機(jī)械采摘形式可分為三種：搖震式、撞擊式和切割式三種。搖震式是利用外部動(dòng)力源使果樹(shù)本體或者樹(shù)枝發(fā)生較大幅度的晃動(dòng)，果實(shí)與樹(shù)枝之間產(chǎn)生較大的剪切力，式果實(shí)與樹(shù)枝連接脆弱的地方折斷，而實(shí)現(xiàn)采摘的目的。美國(guó)40年代中期就開(kāi)始研究使用搖震式采摘設(shè)備，但是因其工作效率較低，采摘過(guò)程中較高的損傷率，只能適用于核桃等硬堅(jiān)果作物，對(duì)于易損傷，對(duì)果面要求高的新鮮食用水果和儲(chǔ)藏用水果并不適用。撞擊式是利用撞擊部件直接敲打果實(shí)，使之掉落，很多果農(nóng)自制的工具都較為類似撞擊式，但因其自身野蠻式的工作特點(diǎn)，只能用于堅(jiān)果類果實(shí)采摘，并且對(duì)樹(shù)枝也有較大傷害，撞擊式逐漸被市場(chǎng)淘汰。切斷式就是利用剪刀或者切割工具將果實(shí)與樹(shù)枝切斷，從而實(shí)現(xiàn)采摘目標(biāo)，比較成功的產(chǎn)品有意大利CAMPAGNOLA公司的F系列和Star系列氣動(dòng)剪。
近年來(lái)國(guó)外采摘機(jī)械的研究主要是以采摘機(jī)器人為主，自1983年美國(guó)成功研發(fā)第一臺(tái)采摘機(jī)器人以來(lái)，美國(guó)、法國(guó)、荷蘭、英國(guó)等國(guó)相繼研發(fā)了多種采摘機(jī)器人，更有加入人工智能用以采摘蘋果、葡萄等易損傷果實(shí)的機(jī)器人。但是機(jī)器人對(duì)使用環(huán)境要求過(guò)高，以及國(guó)內(nèi)小農(nóng)經(jīng)濟(jì)體系下的果農(nóng)來(lái)說(shuō)，其費(fèi)用相當(dāng)昂貴。
日本的果園種植地形與我國(guó)南方地形相似，日本種植蘋果的高山和丘陵地帶無(wú)法使用常規(guī)的采摘機(jī)器人，在20世紀(jì)90年代，日本四國(guó)農(nóng)業(yè)試驗(yàn)場(chǎng)成功研制采用曲軸式擺動(dòng)懸掛的采摘車，使用無(wú)線控制系統(tǒng)與攝像機(jī)監(jiān)控技術(shù)，這種采摘車輛擁有寬距輪胎，更低的中心，良好的爬坡越野能力，可以車輪正反轉(zhuǎn)360°回轉(zhuǎn)，樞軸懸掛使機(jī)器行走更加穩(wěn)定，為采摘機(jī)器人在丘陵地區(qū)的應(yīng)用建立了良好的開(kāi)端。
2007年美國(guó)加州柑橘研究委員會(huì)與華盛頓蘋果委員會(huì)成功合作研發(fā)了一種高度智能、精準(zhǔn)的水果采摘機(jī)器人，科學(xué)家使用最快速的運(yùn)算芯片和頂級(jí)液壓技術(shù)，為這太采摘機(jī)器人打造了一副靈敏度接近人的手臂和手指，并應(yīng)用成像技術(shù)，使這臺(tái)機(jī)器人可以辨識(shí)水果的品質(zhì)。這種機(jī)器人在一定程度上可以完全替代勞動(dòng)者就行采摘收獲，但是這臺(tái)機(jī)器人的收獲系統(tǒng)與成像掃描系統(tǒng)生產(chǎn)成本就高達(dá)300萬(wàn)人民幣，所以廣泛推廣還需要新技術(shù)、新材料的開(kāi)發(fā)。
美國(guó)研發(fā)高智能采摘機(jī)器人效果圖
機(jī)器人本身越靈活，其控制系統(tǒng)越復(fù)雜，因采摘機(jī)器人的工作環(huán)境復(fù)雜多樣，機(jī)器人對(duì)果實(shí)的辨識(shí)度不夠高，采摘時(shí)較高的損壞率以及研發(fā)采摘機(jī)器人的高昂費(fèi)用，機(jī)器人的開(kāi)發(fā)仍需要長(zhǎng)久的發(fā)展。
1.3 國(guó)內(nèi)便攜式摘果手的市場(chǎng)前景
近年來(lái)，因?yàn)榉N植業(yè)中年輕勞動(dòng)力的流失，另外生產(chǎn)效率低下，耗費(fèi)勞動(dòng)力非常大，生產(chǎn)成本持續(xù)提高是我國(guó)果農(nóng)群眾面臨的一個(gè)重要的問(wèn)題，所以國(guó)家農(nóng)業(yè)部門對(duì)于農(nóng)業(yè)的重視程度日益增加。
我國(guó)目前勞動(dòng)力老齡化及精品農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向和日本極其相像，借鑒日本的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)有助于我國(guó)的發(fā)展，所以當(dāng)前果農(nóng)迫切需要一種可以幫助其解脫原始生產(chǎn)，延長(zhǎng)超齡果農(nóng)工作年齡，改善果農(nóng)工作環(huán)境，整體提高生產(chǎn)率的工具。目前雖然市場(chǎng)上雖然有很多新型的水果采摘工具（例如采摘手），但在使用的過(guò)程對(duì)水果外形要求較為苛刻，存在很多弊端，不可避免的會(huì)造成水果品相的不同程度損傷，水果往往是選擇性收獲的，且水果對(duì)采摘的時(shí)效性要求很高。所以很多果農(nóng)寧愿采用傳統(tǒng)的采摘方式或者手工制作簡(jiǎn)易工具采摘，但是仍舊出現(xiàn)水果跌落損壞的情況。
雖然人們利用機(jī)械化方式采摘水果最早可以追溯到上個(gè)世紀(jì)60年代，但是簡(jiǎn)單的機(jī)械收獲利用半機(jī)械半人工的方式采摘水果是解決上述問(wèn)題有效的方法。
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第2章 便攜式摘水果的總體方案
2 便攜式摘果手的總體方案
2.1便攜式摘果手的結(jié)構(gòu)和功能
便攜式摘果手?jǐn)y帶方便，果農(nóng)可把便攜式摘果手放置在較小空間內(nèi)，占地面積小，大多用于采摘蘋果，梨子等硬質(zhì)水果。
剪刀：剪斷果蒂，由于在剪刀刀片上弧形設(shè)計(jì)，可以防止果蒂?gòu)募舻渡匣觥?
伸縮桿：控制剪刀的方向，并適應(yīng)高低不同的果樹(shù)
傳輸袋：在采摘過(guò)程中，便攜式摘果手有固定的果品下落通道，保證水果能夠順利的落入籃筐中。
水果緩沖裝置：當(dāng)水果穿過(guò)緩沖裝置時(shí)，緩沖裝置減緩了水果從高空落下自由落體時(shí)的速度，減少果品從高空墜落的傷害。對(duì)果品有緩沖，不破壞水果的品相。
驅(qū)動(dòng)裝置：以電力驅(qū)動(dòng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)人力，減少勞動(dòng)者負(fù)擔(dān)，更加人性化。
2.2總體方案設(shè)計(jì)
結(jié)合國(guó)外設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與國(guó)內(nèi)果農(nóng)現(xiàn)況，閱讀有關(guān)技術(shù)資料，包括果樹(shù)情況等，便攜式摘果手設(shè)計(jì)主體思路是一種手持、輕便，并利用電力驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)提供伸縮和剪刀閉合動(dòng)力的采摘水果的摘果裝置。位于副桿頂端的剪刀通過(guò)電機(jī)提供動(dòng)力可以輕而易舉剪斷果蒂或細(xì)枝條，被剪刀剪斷果蒂的水果落入袋中，順著傳輸帶落到到橡皮質(zhì)地的減震裝置上，通過(guò)袋內(nèi)的彈力裝置，減少了水果在做自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)，落地的一瞬間產(chǎn)生的動(dòng)力勢(shì)能，減輕了水果的表面碰撞問(wèn)題。從而保護(hù)了果品的表面完好度，在一定程度上提高了水果的市場(chǎng)價(jià)值。
如圖2.2.1便攜式摘果器整體包括電源、電機(jī)、滾珠絲桿、減速箱、果蒂專用剪刀、連桿機(jī)構(gòu)由外管、內(nèi)管和鎖緊裝置構(gòu)成。當(dāng)電機(jī)一得電時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)可帶動(dòng)滾珠絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)從而使內(nèi)桿向上傳遞，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)控制伸縮桿升降的效果。電動(dòng)伸縮桿的上部裝有一個(gè)迷你的電機(jī)以及變速箱，最頂端裝有專用剪刀，剪刀與伸縮桿之間用鉸鏈鏈接在變速箱里的偏心軸上，并且通過(guò)電機(jī)二的得電轉(zhuǎn)動(dòng)控制偏斜軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而完成剪刀的開(kāi)合。在這一整個(gè)過(guò)程中，伸縮桿電機(jī)的控制開(kāi)關(guān)放置在推車的左把手位置，剪刀電機(jī)的控制開(kāi)關(guān)放置在推車的右把手，方便作業(yè)人員操作。
果農(nóng)先推動(dòng)小車移動(dòng)至果樹(shù)下方，拿起摘果裝置，用手按住伸縮桿上的上下控制按鈕把伸縮桿調(diào)整到適當(dāng)?shù)母叨龋焉炜s桿端部的剪刀對(duì)準(zhǔn)果蒂，摘果裝置端部的剪刀下方安裝了小型的變速器和伺服電機(jī)，剪刀的閉合由開(kāi)關(guān)按鈕控制，當(dāng)操作者按下剪刀閉合按鈕時(shí)，剪刀閉合從而切斷果蒂，水果從而順利的落入傳送帶中，在傳送帶內(nèi)部安裝了一個(gè)簡(jiǎn)單的彈性質(zhì)地的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（緩沖裝置），水果可通過(guò)傳送帶首先落到緩沖裝置上，而后又因自身的重力及加速度穿過(guò)緩沖裝置，由于果品從下落時(shí)的自由落體到通過(guò)傳送帶中的緩沖裝置減弱了一部分勢(shì)能，當(dāng)水果落在果筐里時(shí)減少了很大程度上的撞擊。從而保護(hù)了水果的外觀質(zhì)量。
圖2.1摘果器總裝圖
圖2.2手推車總裝圖
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第3章 部件設(shè)計(jì)及相關(guān)理論基礎(chǔ)
3 部件設(shè)計(jì)及相關(guān)理論基礎(chǔ)
便攜式摘果手主要設(shè)計(jì)了踏板裝置、果品采摘裝置、伸縮桿、直行車車閘制動(dòng)裝置、果品緩沖裝置這五個(gè)部分。本章分別對(duì)這五個(gè)部分的原理和結(jié)構(gòu)做具體的講解。
3.1采摘裝置的主要結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求
3.1.1采摘裝置設(shè)計(jì)方案
方案一：
用普通的剪刀來(lái)作為剪掉果蒂主要工具。該剪刀分別由上刀片和下刀片組成，刀片的上下刀刃成直線型，加工設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，成本低，在市場(chǎng)上也容易采購(gòu)到。在整個(gè)采摘裝置的安裝上也極為簡(jiǎn)單。材料大多用不銹鋼作為剪刀的材料，不易生銹和腐蝕。
缺點(diǎn)：由于此類剪刀雖說(shuō)材料是不銹鋼，但由于成本等各方面的原因，剛才質(zhì)量不好，大眾普遍認(rèn)為只要是不銹鋼其質(zhì)量都會(huì)比普通鋼要好上幾倍，其實(shí)不然，在鋼材的煉制中加上添加了鉻的不銹鋼由于減少了碳的含量，增加了抗銹的性能，卻在加工難度上提高了很多倍，刀具更難打磨，刀刃在使用的持久性上也大大降低。另一方面，剪刀的設(shè)計(jì)也是及其的不合理，果樹(shù)不論是枝干還是果蒂都呈現(xiàn)的是類圓形而此剪刀上下片刀刃幾乎程直線型，在剪切的過(guò)程中剪切的過(guò)程，舉例鋼板來(lái)說(shuō)，首先是剪刃切入一段距離，之后鋼板不是被切斷而是滑移，就像山體滑坡那種。
如果樹(shù)枝結(jié)構(gòu)太硬或表面太圓滑，就很難切入一個(gè)切口，故一定力作用下很難形成滑移，因此很難剪斷。
方案二：
果品采摘裝置分別由上刀片1和下刀片3組成。剪刀是利用杠桿原理，通過(guò)鐵心4把兩個(gè)刀片連起來(lái)。當(dāng)手柄5受到相對(duì)的力時(shí)，兩刀片就會(huì)閉合起來(lái)，下刀片產(chǎn)生向右的力，上刀片產(chǎn)生向左的力，兩種大小相同方向相反的力同時(shí)壓在兩刀片相交的果蒂上。因?yàn)榈犊诜浅ｄh利且壓強(qiáng)很大，所以剪刀很容易就把果蒂“剪”開(kāi)了。支點(diǎn)上的鐵心是一個(gè)圓頭螺絲，當(dāng)兩刀片結(jié)合不緊時(shí)可以擰緊螺絲，避免兩刀片松動(dòng)影響水果的采摘。
在上刀片的刀刃處打磨了幾個(gè)凹槽鎖2，可防止在采摘水果時(shí)果蒂與刀片之間打滑，利用凹槽鎖住果蒂。兩刀片相互配合，剪下水果。
缺點(diǎn)：咬合力不夠，有些硬質(zhì)水果的果蒂很難剪切下來(lái)，結(jié)構(gòu)比較粗糙。即使用腳來(lái)當(dāng)作兩刀片剪切的動(dòng)力也相當(dāng)費(fèi)力，與實(shí)際預(yù)期情況相差較大。
圖3.1剪刀簡(jiǎn)單示意圖
圖3.2剪刀實(shí)物圖
方案三：
把剪刀的刀刃形狀設(shè)計(jì)成弧線形，在剪切過(guò)程中，首先剪刀上刀刃( 圖3.3 )與彎刀( 圖3.4)之間給予樹(shù)枝相互的作用力使樹(shù)枝擠壓變彎從而產(chǎn)生內(nèi)部張力，1.樹(shù)枝受到力的作用，樹(shù)纖維被拉長(zhǎng)，進(jìn)而樹(shù)枝的強(qiáng)度和韌性就會(huì)降低，由于刀口設(shè)計(jì)的是弧形刀刃，刀刃又給予枝干一個(gè)作用在被剪切的枝干上朝向支點(diǎn)的作用力，這樣一來(lái)基本上解決了枝干在剪切時(shí)打滑的現(xiàn)象，刀口也很容易從樹(shù)纖維的拉伸點(diǎn)剪切并垂直于張力的方向。2.由于用的是上刀片帶有刀刃和無(wú)韌彎刀相互配合的剪切設(shè)計(jì)方案（不容易向之前在實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)的那樣，對(duì)上下兩刀面?zhèn)让娈a(chǎn)生力的作用）。彎刀由于采用的無(wú)韌設(shè)計(jì)，使彎刀承受的力理論上并不包含剪切力。這樣一來(lái)就不容易擠壓到兩刀片，出現(xiàn)刀片使用壽命降低的情況。設(shè)計(jì)出大概的模型并計(jì)算出所受的力的方式和大小，在其基礎(chǔ)上選擇具體的刀刃弧線角度，并計(jì)算出刀尖和刀柄與支點(diǎn)之間相距多少時(shí)最省力且符合實(shí)際。計(jì)劃在實(shí)驗(yàn)允許的范圍內(nèi)再在下彎刀上附加一塊5毫米左右的硬質(zhì)塑料板( 圖3.5 )，形狀與下彎刀形狀類似，在貼合在彎刀旁的塑料板的在程弧線形狀的方向被裁剪成波浪形，這樣一來(lái)不僅僅是彎刀的弧線型設(shè)計(jì)給予枝干一個(gè)朝向支點(diǎn)的力是枝干不會(huì)在刀口滑動(dòng)，還增加了一個(gè)對(duì)枝干的摩擦力，使枝干在剪切不易遠(yuǎn)離支點(diǎn)，使枝干在整個(gè)剪切過(guò)程中，人施的力一直處于相對(duì)平穩(wěn)的狀態(tài)，且試圖用電動(dòng)開(kāi)關(guān)控制剪刀的閉合，采摘者不易疲憊 。
圖3.3
圖3.4
圖3.5
圖3.6
圖3.7
圖3.8
3.1.2剪切刀具的材料選擇
上刀刃與彎刀材料的選擇必須保證耐腐蝕，不生銹，有一定的剛度和強(qiáng)度，同時(shí)還要考慮其機(jī)械加工性和經(jīng)濟(jì)性。為此，在1Crl3 和9Crl8 兩種材料中參考（表3-1）進(jìn)行選擇。
材料
性能
1Cr13
9Cr18
化學(xué)成分/%
C0.15
Cr11.50~13.40
C0.90~1.00
Cr17.00~19.00
硬度(HB)
159
255
屈服強(qiáng)度
345
—
抗拉強(qiáng)度
540
—
加工性能
普通材料，稍難切削
難以加工的材料
用途
具有良好的耐蝕性、機(jī)械加工性，一般用途 刃具類用
不銹切片機(jī)械刃具及剪片道具、手術(shù)刀片、高耐磨設(shè)備零件等
表3-1 材料1Crl3 和9Crl8參數(shù)表
(a)材料中C 的含量越高，其耐腐蝕性越差；
(b)在鋼中加入Cr 能顯著提高鋼的抗氧化作用，增加鋼的抗腐蝕能力，并能提高鋼的強(qiáng)度和耐磨性，從而能顯著提高鋼的力學(xué)性能和物理、化學(xué)性能，因而在各種用途的鋼中普遍加入數(shù)量不等的Cr[11]。但由于我國(guó)Cr 資源稀少，故應(yīng)盡量節(jié)約使用，少用或不用。
根據(jù)分析可以看出， 1Crl3 比9Crl8 易加工，C、Cr 的含量低，價(jià)位大體相當(dāng)，所以，本課題的上下拍爪選用1Crl3 作為材料來(lái)加工。
3.1.3采摘剪的主要結(jié)構(gòu)尺寸
剪枝剪的主要結(jié)構(gòu)尺寸是指反映剪枝剪的外觀形狀?，F(xiàn)以廣泛使用的JZ200剪枝剪的外 形和結(jié)構(gòu)為例，如圖3.9所示。
圖3.9
剪枝剪全長(zhǎng)200mm，剪把長(zhǎng)度135mm,主剪刀、副剪刀長(zhǎng)度65mm,主剪刀厚度 5 = 3.4mm,副剪刀厚度d=4.3mm.主副剪刀閉 合后兩剪把端距離33mm,主刀刃距支點(diǎn)最近 處20mm,兩剪刀張開(kāi)角度最大70 ，最小角度 10°。
3.1.4剪枝剪的技術(shù)要求
技術(shù)是為了適應(yīng)生產(chǎn)實(shí)踐提出的要求
的。生產(chǎn)實(shí)際足設(shè)計(jì)機(jī)具的原始依據(jù)，因而規(guī)定 r技術(shù)耍求。手剪枝剪的技術(shù)要求主要有:剪刀在使用過(guò)程中，磨損均勻，有一定的使用壽命;能自動(dòng)張開(kāi).兩剪刀張開(kāi)的角度能保證人手的握持:剪枝剪應(yīng)有閉鎖裝置，方便攜帶；在參加剪切的刃線上，輕快省力地剪斷直徑在15mm 以內(nèi)的活樹(shù)枝.井保證剪斷枝條的斷面整齊，不損傷樹(shù)皮等。
S:穿過(guò)枝條斷面中線剪切力；F:刃口P點(diǎn)垂直0P由力矩M產(chǎn)生的重力; M:剪把在f力作用下產(chǎn)生的力
矩; Φ：螺旋升角； f:剪把端的垂直力.
圖3.10
1枝條2主剪3彎刀4螺栓5剪簧6剪把
圖3.11
3.1.5剪枝剪在剪切過(guò)程中受力情況分析
在剪枝的過(guò)程中，在上刀刃切入枝干后，刀刃與枝干之間相互接觸，在枝桿上所受的力為所有力作用在接觸面上的合力。設(shè)作用點(diǎn)為刀刃與枝條的接觸點(diǎn)。則通過(guò)以上所述做出枝條的受力分析圖。如圖3.2.4所示。當(dāng)動(dòng)作開(kāi)始時(shí)，枝條的接觸點(diǎn)就會(huì)受到力F 的作用，在這個(gè)力的作用下會(huì)使枝條有朝著支點(diǎn)的反方向運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，而后又產(chǎn)生穿過(guò)枝條的斷面中心線的剪切力S。剪刀的刀刃與枝條的接觸切點(diǎn)（作用在P上的作用力F以及剪切力S），在剪柄端作用力矩不變的情況下，剪切時(shí)的作用點(diǎn)距離支點(diǎn)的距離OP越大，作用在紙條上的作用力F 就越小。所以，理想的狀態(tài)就是可以靠近支點(diǎn)的方向剪切。但是，在剪枝過(guò)程中，枝干的橫截面積粗細(xì)不等，很難做到都可以集中在靠近支點(diǎn)的位置，故剪柄端的力矩就需要加大，無(wú)形之中給使用者也造成了不少的困難。由圖3.2.4可得力矩M=lf。l為支點(diǎn)到剪柄端點(diǎn)的距離。f為在剪柄上施加的力。由于l是一個(gè)定值，所以要想使M增大，就要增加作用力f 大小。則剪刀刃線的作用力F則可以用一下公式來(lái)表示：
3.1.6上刀刃與彎刀之間的工作載荷
上刀刃與彎刀工作時(shí)需要克服阻力，為了確保刀具有足夠的強(qiáng)度，設(shè)計(jì)刀具時(shí)首先應(yīng)對(duì)刀具載荷進(jìn)行分析。把上刀刃與彎刀之間的剪切運(yùn)動(dòng)設(shè)想為上剪刀刀刃與剪刀彎刀的2個(gè)刀具縫平行，因而能進(jìn)行剪切，在剪切處是果實(shí)枝頭的樹(shù)枝剪切的阻力。
枝頭剪切阻力的計(jì)算
一般果樹(shù)的枝頭都很細(xì)，不考慮彎矩，所以只考慮剪切力，由于果實(shí)質(zhì)量不大，不考慮其重力。如圖3-12所示
枝條
圖3.12 蘋果枝條剪切力示意圖
蘋果果實(shí)的枝條屬木質(zhì)材料，取最粗為5mm，偏心軸軸心的平均水平方向的速度設(shè)定為0.02 m/s，剪切處的剪切速度大概可取為0.4m/s，刀刃最厚處可取為0.01mm。
3.1.7上刀刃與彎刀剪切刀具的強(qiáng)度校核
上刀刃與彎刀處的剪切刀具工作時(shí)候需要克服阻力，為了確保其具有足夠的強(qiáng)度，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)剪切處所承受的載荷進(jìn)行分析，刀具受到剪切時(shí)的載荷作用，容易發(fā)生疲勞破壞。刀具的設(shè)計(jì)是決定便攜式摘果手的壽命長(zhǎng)短的因素之一，因此，應(yīng)按無(wú)限壽命設(shè)計(jì)，即要求各部件在工作載荷作用下具有無(wú)限長(zhǎng)壽命。
金屬材料在交變應(yīng)力強(qiáng)度常用曲線或者疲勞極限來(lái)衡量，見(jiàn)圖3.13，當(dāng)時(shí)，試件則能經(jīng)受無(wú)限循環(huán)而不發(fā)生破壞。為此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)力水平應(yīng)該很低，以便有足夠的應(yīng)力儲(chǔ)備。
疲勞極限與抗拉強(qiáng)度之間的關(guān)系為：
材料1Cr13的抗拉強(qiáng)度=540Mpa，取其下限MPa。
圖3.13
計(jì)算上刀刃與彎刀剪切刀具的強(qiáng)度
一般蘋果果蒂都比較細(xì)，可以盡可能的選擇最粗的枝條直徑為5mm進(jìn)行計(jì)算以確保剪切刀具有足夠的強(qiáng)度進(jìn)行剪切。
由上述可知，=20N，切應(yīng)力MPa
查表得材料1Cr13的抗剪強(qiáng)度MPa，所以=1Mpa<<320Mpa。
由于幾乎不存在拉應(yīng)力，所以
綜上所述，試件能經(jīng)受無(wú)限循環(huán)而不發(fā)生破壞，因此設(shè)計(jì)的上刀刃與彎刀的剪切刀具滿足強(qiáng)度要求。
3.1.8 剪刀開(kāi)合減速箱的設(shè)計(jì)
圖3.14減速箱部分三維前視圖
圖3.15傳動(dòng)部件三維前視圖
驅(qū)動(dòng)裝置包括電機(jī)和變速箱，變速箱由箱體、I軸（包含一段齒輪軸）、II軸（設(shè)有偏心軸）、小圓錐齒輪、大圓錐齒輪、大圓柱齒輪構(gòu)成，齒輪直接用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，通過(guò)在機(jī)殼外殼打幾個(gè)小孔，讓空氣流動(dòng)進(jìn)入減速箱體內(nèi)，運(yùn)用流動(dòng)的空氣來(lái)實(shí)現(xiàn)降溫效果。
工作部分是由連接臂和剪刀上下刀構(gòu)成，其中有多個(gè)鉸接孔，連接動(dòng)力臂與剪刀上刀片是鉸接的。
內(nèi)管和電機(jī)箱體相連，內(nèi)管的直徑比外管直徑小，內(nèi)管可以在外管內(nèi)部實(shí)現(xiàn)伸縮，通過(guò)鎖緊裝置實(shí)現(xiàn)鎖緊，其中內(nèi)外管內(nèi)均設(shè)有導(dǎo)線，把手與外管相連，把手上設(shè)有與外界電源相連的導(dǎo)線。
3.2 伸縮桿與電動(dòng)控制方案
3.2.1伸縮桿的設(shè)計(jì)方案
方案一：
伸縮桿分別有四部分組成。圖3.16內(nèi)桿，決定著整個(gè)伸縮桿的長(zhǎng)度，伸縮桿向外拉長(zhǎng)，內(nèi)桿向外露出的長(zhǎng)度就會(huì)變長(zhǎng)。圖3.17外桿，是整個(gè)伸縮桿的基礎(chǔ)長(zhǎng)度，伸縮桿的最小長(zhǎng)度由外桿決定。圖3.17手柄，利用手握住手柄來(lái)控制方向。伸縮鎖，通過(guò)旋轉(zhuǎn)伸縮鎖來(lái)固定內(nèi)桿。伸縮鎖向右轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，為開(kāi)鎖，內(nèi)桿可以在上下任意位置伸縮。伸縮鎖向左旋轉(zhuǎn)時(shí)，固定內(nèi)桿不讓其上下移動(dòng)。
本設(shè)計(jì)選用伸縮桿的型號(hào)為MXX110902。當(dāng)然根據(jù)伸縮桿的極限長(zhǎng)度也不同。針對(duì)高低果樹(shù)的采摘情況，選擇的伸縮桿的型號(hào)也不相同。
圖3.16內(nèi)桿 圖3.17外桿
圖3.18手柄
圖3.19伸縮鎖
方案二：
電動(dòng)可控制伸縮桿由直流電機(jī)提供動(dòng)力來(lái)源，通過(guò)螺旋內(nèi)桿為副桿提供上升或下降的動(dòng)力（如圖3.20），當(dāng)電機(jī)1通電后可通過(guò)電機(jī)1正反開(kāi)關(guān)按鈕實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，當(dāng)正轉(zhuǎn)時(shí)螺桿隨之正轉(zhuǎn)，在提升控制件與主副桿固緊件的制約前提下，副桿會(huì)隨著螺旋提升桿的正轉(zhuǎn)而被升起。同理，當(dāng)電機(jī)1正反轉(zhuǎn)按鈕調(diào)至反轉(zhuǎn)時(shí)，螺旋提升桿反轉(zhuǎn)，副桿下降。
螺旋提升桿頂部制作時(shí)便比主桿頂部短20cm，并在螺旋桿頂部不刻紋，當(dāng)副桿提升至極限高度時(shí)，螺旋提升桿會(huì)提供物理限位，即電機(jī)動(dòng)力無(wú)法突破之障礙，當(dāng)操作手感到電機(jī)發(fā)出“嗡嗡嗡”的聲響與振動(dòng)時(shí)即關(guān)閉按鈕。在設(shè)計(jì)初期也同事考慮加入電限位，但是將復(fù)雜的電路加入到使用理念與制作簡(jiǎn)單的摘果手設(shè)備中去有違初衷，并且本次選用的直流電機(jī)本身可以耐受長(zhǎng)時(shí)間的超高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，多次試車試驗(yàn)中，極限高度很少達(dá)到，并且操作手會(huì)有“警惕性”，并且電動(dòng)機(jī)的超強(qiáng)耐用與可耐受長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，其并不影響機(jī)械手的使用壽命。
當(dāng)副桿下降至極限位置時(shí)會(huì)出現(xiàn)同上升至極限位置同樣的問(wèn)題，此時(shí)同樣適用物理限位，當(dāng)副桿降至極限位置時(shí)抵達(dá)物理限位點(diǎn)時(shí)，伸縮桿停止下降，操作員斷開(kāi)電動(dòng)機(jī)電源，電機(jī)1反轉(zhuǎn)隨機(jī)停止。
本設(shè)計(jì)選用伸縮桿的型號(hào)為GE766E093。當(dāng)然根據(jù)伸縮桿的極限長(zhǎng)度也不同。針對(duì)高低果樹(shù)的采摘情況，選擇的伸縮桿的型號(hào)也不相同。
圖3.20
圖3.21升降桿三維
圖3.22伸縮桿調(diào)速原理圖
圖3.23升降桿總裝圖
3.2.2電機(jī)控制方案
現(xiàn)在市場(chǎng)上的電機(jī)種類非常豐富，結(jié)合摘果手的設(shè)計(jì)思路與客觀經(jīng)濟(jì)條件，對(duì)市場(chǎng)上的各類電機(jī)進(jìn)行篩選。
電機(jī)是便攜式摘果手最為核心的裝置，作為基本動(dòng)力來(lái)源，能直接決定便攜式摘果手的使用效果，結(jié)合便攜式摘果手使用的特性，根據(jù)其啟動(dòng)、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、使用頻率、超負(fù)荷運(yùn)載等性能需求以及客觀經(jīng)濟(jì)狀況和維修因素選擇電機(jī)。
本次設(shè)計(jì)的便攜式摘果手的電動(dòng)機(jī)的使用特點(diǎn)為頻繁短時(shí)間運(yùn)行、快速啟動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、承受過(guò)載、無(wú)調(diào)速要求。依據(jù)電動(dòng)機(jī)類型參照表，直流電動(dòng)機(jī)快速頻繁啟動(dòng)、正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)、大過(guò)載能力、順滑的速度、精切、方便使用、低價(jià)易于保養(yǎng)等特點(diǎn)。本次便攜式摘果手選用直流電動(dòng)機(jī)。
電動(dòng)機(jī)類型選擇參考表1
負(fù)載類別
選用電機(jī)類型
恒轉(zhuǎn)矩和通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性的機(jī)械
選用機(jī)械特性為硬性的電動(dòng)機(jī)較適宜
恒功率負(fù)載特性的機(jī)械
選用調(diào)勵(lì)磁的變速直流電機(jī)或帶有機(jī)械變速的交流異步電機(jī)
無(wú)調(diào)速要求的機(jī)械
負(fù)載平穩(wěn)，對(duì)啟動(dòng)、制動(dòng)無(wú)特殊要求的長(zhǎng)期運(yùn)行的機(jī)械
小功率
普通籠型電動(dòng)機(jī)
大功率
采用同步電動(dòng)機(jī)
帶周期性變動(dòng)負(fù)載的機(jī)械（如飛輪）或啟動(dòng)條件沉重
大中功率
采用繞線型電動(dòng)機(jī)
小功率經(jīng)過(guò)載能力啟動(dòng)條件校驗(yàn)通過(guò)的
采用高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)
某些斷續(xù)運(yùn)行機(jī)械，采用交流電機(jī)在發(fā)熱、啟動(dòng)、制動(dòng)特性等方面不能滿足要求或技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)過(guò)低
采用直流電動(dòng)機(jī)
電動(dòng)機(jī)類型選擇參考表2
序號(hào)
負(fù)載性質(zhì)
生產(chǎn)機(jī)械工作狀態(tài)
選用電動(dòng)機(jī)類型
平穩(wěn)
沖擊
長(zhǎng)期
短時(shí)
斷續(xù)
調(diào)速
飛輪儲(chǔ)能
異步電動(dòng)機(jī)
同步電動(dòng)機(jī)
直流電動(dòng)機(jī)
籠型
繞線型
他勵(lì)
串勵(lì)
1
2
3
4
5
6
7
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
②
√
√
③④
√
√
③
③
①
√
√
√
√
√
⑤
√
①對(duì)于小功率機(jī)械，或啟動(dòng)次數(shù)較多而電網(wǎng)容量不大易受沖擊時(shí)，不推薦采用同步電動(dòng)機(jī)。
②對(duì)于大中型機(jī)械，當(dāng)電網(wǎng)容量不大時(shí)，不宜選用籠型電動(dòng)機(jī)，而選用繞線型電動(dòng)機(jī)。
③異步電動(dòng)機(jī)需帶調(diào)速裝置（一般為轉(zhuǎn)子外接電阻方式，還有采用滑差離合器、渦流制動(dòng)器、串級(jí)或變頻等方式）。
④指小功率機(jī)械只要求幾級(jí)速度時(shí)，采用多速籠型電動(dòng)機(jī)。
⑤需要啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大的機(jī)械（如電車、牽引機(jī)車等）采用串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。
電氣控制方案以簡(jiǎn)單控制、功能齊全、方便維修、使用便利為原則，本方案設(shè)計(jì)電氣控制有兩個(gè)開(kāi)關(guān)SK1、SK2，SK1使用復(fù)位按鈕，即SK1控制下的電機(jī)M1只有啟-停兩個(gè)狀態(tài)。SK2使用船型三擋開(kāi)關(guān)，即SK2控制下的電機(jī)M2有正轉(zhuǎn)-停-反轉(zhuǎn)三個(gè)運(yùn)行狀態(tài)。
SK2切換在zt1時(shí)電機(jī)M2靜止?fàn)顟B(tài)，SK2切換在zt2時(shí)電機(jī)M2正轉(zhuǎn)狀態(tài)，SK2切換在zt3時(shí)電機(jī)M2反轉(zhuǎn)狀態(tài)。
圖3.24電路SK2切換狀態(tài)圖
圖3.25線路安裝示意簡(jiǎn)圖
3.26船型三檔按鈕
圖 3.27復(fù)位按鈕
3.3果品減震裝置
減震裝置配置在傳輸袋中，利用皮筋的彈性，使高空自由落體的水果得到緩沖，以至于不損壞到水果，并且利用皮筋的張力，當(dāng)水果落在橡皮網(wǎng)上，由于水果自身的重力使皮筋之間的距離變大，從而是水果落入筐中。如圖3.28當(dāng)水果自由落體時(shí)水果向下的重力F1，果品減震裝置對(duì)水果有向上的力F2,F3，向左右的力F5,F6.使落下的水果的動(dòng)能減少。此裝置減少了水果在采摘時(shí)對(duì)水果的碰撞，最大限度的保證了果品的質(zhì)量。
圖3.29為緩沖裝置的簡(jiǎn)單示意圖，橡皮筋圍成的網(wǎng)略小于平均水果的直徑。例如采摘蘋果時(shí)，橡皮筋圍成的矩形網(wǎng)絡(luò)邊長(zhǎng)大約在60mm左右，一般蘋果的直徑大概在90mm左右，在當(dāng)蘋果下落時(shí)，利用橡皮網(wǎng)的張力，對(duì)蘋果起到緩沖作用，減少了蘋果在落入果筐的一瞬間受到的碰撞。圖3.30為緩沖裝置的實(shí)物圖。
圖3.28 果品減震裝置受力圖
圖3.29緩震裝置示意圖
圖3.30 緩震裝置實(shí)物圖
第4章 產(chǎn)品的調(diào)試與改進(jìn)
4 產(chǎn)品的調(diào)試與改進(jìn)
便攜式摘果手的使用方法：果農(nóng)用手握住伸縮桿的下端，按動(dòng)控制SK2開(kāi)關(guān)調(diào)整伸縮桿深處長(zhǎng)度，使剪刀對(duì)準(zhǔn)水果的果蒂。然后按動(dòng)SK1按鈕啟動(dòng)電機(jī)M1，使剪刀做剪切動(dòng)作，從而剪斷果蒂，使果實(shí)脫離樹(shù)干。被剪下的水果順著傳輸袋落下，穿過(guò)傳輸袋中的減震裝置，被減速的水果安全落入果筐。推車上專門設(shè)有摘果手的放置架，當(dāng)摘果手使用完畢后可放置在推車上的放置架上作為一個(gè)整體存放在適當(dāng)?shù)奈恢谩?
4.1 產(chǎn)品調(diào)試時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題
1.剛開(kāi)始對(duì)于果品采摘時(shí)是利用的普通剪刀，但在采摘的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)閉合剪刀時(shí)，靠近果蒂的兩個(gè)刀片很容易使果蒂滑出刀片外，在采摘過(guò)程中對(duì)果蒂不能起到固定的作用。
2.兩刀片就算固定住果蒂，使刀片閉合，由于刀片重合度不高，果蒂并不容易被完全剪斷，就會(huì)出現(xiàn)果蒂剪掉一半，水果還被懸掛在樹(shù)枝上的現(xiàn)象。
3.桿子不夠長(zhǎng)或過(guò)長(zhǎng)，不能適應(yīng)大多數(shù)的果樹(shù)。
4.桿子在伸縮控制時(shí)到達(dá)到達(dá)一定的高度后人工就很難再進(jìn)行伸縮和控制。
5.在水果掉落到傳輸袋時(shí)，同樣傳輸袋也面臨著不適應(yīng)適應(yīng)高低不等的果樹(shù)的問(wèn)題，當(dāng)采摘高枝的水果時(shí)，傳輸帶的底部不能與果筐直接相接，就會(huì)造成水果剪掉后，通過(guò)傳輸袋的水果掉落在果筐外面。而低枝果樹(shù)，由于傳輸袋過(guò)長(zhǎng)，水果掉落的路線不容易固定。導(dǎo)致水果不能通過(guò)緩沖裝置，對(duì)水果的品相造成一些損傷。
6. 利用類似自行車剎車系統(tǒng)原理，使用踏板通過(guò)鋼絲牽引剪刀，來(lái)實(shí)現(xiàn)剪刀的閉合，但其靈活性太低，不適用于復(fù)雜的工作環(huán)境。
圖4.1 踏板結(jié)構(gòu)圖（1）
圖4.2踏板結(jié)構(gòu)圖（2）
圖4.3 踏板修改后實(shí)物圖
4.2產(chǎn)品改進(jìn)和解決的方案
1.把剪刀的刀片制作成圓弧形的刀口，上刀片的刀刃為凸圓弧，下彎刀的則無(wú)刀刃，利用剪切時(shí)枝干變形的張力把枝干剪斷。
2.在上刀刃旁附著著一片10毫米厚的波浪形塑料板，貼合在刀刃弧線的方向，可以利用其波浪形的形狀在剪切時(shí)緊緊抓住果樹(shù)的細(xì)枝，不讓細(xì)枝向刀尖的方向滑動(dòng)。使剪刀更有效率的把果樹(shù)的細(xì)枝剪斷。
3.利用鉸鏈的上下運(yùn)動(dòng)來(lái)直接控制剪刀的閉合，鉸鏈鏈接在減速器的偏心軸上當(dāng)偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)一圈時(shí)，鉸鏈上下運(yùn)動(dòng)一個(gè)回合，剪刀則因鉸鏈的上下移動(dòng)而進(jìn)行閉合。
4.利用可分段拆卸的傳輸袋，解決采摘高低枝或低枝果樹(shù)時(shí)，傳輸袋與果筐距離銜接不好而造成的水果掉落果筐外部，或不能穿過(guò)緩沖裝置造成水果品相破壞的問(wèn)題。
5.利用電動(dòng)伸縮桿來(lái)解決高枝，低枝的果樹(shù)采摘的問(wèn)題，通過(guò)電動(dòng)控制，避免了果農(nóng)用手控制調(diào)整伸縮桿的長(zhǎng)短，換句話講，之前的設(shè)計(jì)需要先目測(cè)果樹(shù)的高度，在地面上把伸縮桿調(diào)節(jié)好后，把伸縮桿拿起對(duì)準(zhǔn)果樹(shù)，但是一旦調(diào)整的長(zhǎng)短不符合實(shí)際的操作，就要放下伸縮桿，重新調(diào)整。而現(xiàn)階段利用電機(jī)使?jié)L珠絲桿旋轉(zhuǎn)使得伸縮桿上下移動(dòng)，可直接用手拿著伸縮桿的把手，按動(dòng)上下控制按鈕，即可伸長(zhǎng)的希望的位置。減少了果農(nóng)反復(fù)調(diào)節(jié)的次數(shù)，提高了采摘效率。
6.將踏板改為直接模仿自行車手剎的手動(dòng)剎車把手裝置，但是在操作員試用一段時(shí)間后，手部負(fù)擔(dān)會(huì)很大，考慮到操作者要頻繁試用摘果手，所以“剎車把手”也被淘汰了?？紤]到伸縮桿已經(jīng)用電機(jī)來(lái)牽引來(lái)提升工作效率，又不會(huì)給操作員帶來(lái)長(zhǎng)時(shí)間工作的操作負(fù)擔(dān)，所以剪刀動(dòng)力也改為電機(jī)牽引。
4.3 產(chǎn)品改進(jìn)后的特色
便攜式摘果手巧妙的設(shè)計(jì)了水果落下時(shí)的緩震裝置，保護(hù)果品的外觀。
設(shè)計(jì)了類似手推車的裝置，使得便攜式摘果手從采摘水果，到水果滑落后的存放，包括摘果裝置的存放都融為一體。當(dāng)推車上籃筐里的水果裝滿時(shí)，只需置換籃筐就可繼續(xù)工作。
推車底部安裝了四個(gè)萬(wàn)向輪，果農(nóng)可以根據(jù)果樹(shù)及采摘方向的不同調(diào)整推車的位置。充分做到了便攜式摘果。
(4) 電動(dòng)可控伸縮桿，方便快捷的把剪刀升降到目的位置 為果農(nóng)提供了方便。
(5) 傳輸布袋可調(diào)節(jié)長(zhǎng)短，避免了布袋過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短給果品帶來(lái)的不必要的撞擊。
(6) 裝置體積小容易攜帶。可用于私人果田或大面積的采摘。
(7) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易，人性化的設(shè)計(jì)。
(8) 大大減輕了果農(nóng)的作業(yè)負(fù)荷。
(9) 剪摘水果后，水果可順著固定軌道滑入果籃中，減少摘果裝置重復(fù)舉起放下的次數(shù)，增大工作效率。
第5章 總結(jié)
5 總結(jié)
一直以來(lái)，國(guó)家對(duì)于農(nóng)業(yè)的重視程度是我們有目共睹的。在許多大型會(huì)議上，國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人反復(fù)強(qiáng)調(diào)農(nóng)業(yè)的重要性，不斷的出臺(tái)關(guān)于農(nóng)業(yè)新的政策，保證農(nóng)民的收入和種植農(nóng)產(chǎn)品的積極性。另一方面，隨著生活水平的提高，人們對(duì)于蔬果等農(nóng)產(chǎn)品的需求量日益增加。這些都不斷充斥著果樹(shù)種職業(yè)的發(fā)展，從而使各個(gè)地方的果樹(shù)種植業(yè)逐漸興起，不論城市還是農(nóng)村，人們對(duì)于水果采摘市場(chǎng)的憧憬與熱情變得一發(fā)不可收拾。
目前在小型果樹(shù)種植戶中，存在生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)力耗費(fèi)量大等問(wèn)題。以上問(wèn)題導(dǎo)致水果成本的增加，使我國(guó)果農(nóng)面臨的一個(gè)嚴(yán)峻的問(wèn)題。果農(nóng)們迫切需要一種可以解放生產(chǎn)力，提高生產(chǎn)效率的工具。目前市場(chǎng)上有很多種類的采摘工具，大多價(jià)格較高，使用不方便，不易攜帶，更有甚者在采摘時(shí)會(huì)對(duì)果品有損傷。
便攜式摘果手是面向中小型果樹(shù)種植戶的設(shè)計(jì)，價(jià)格低廉，果農(nóng)容易接受，且操作簡(jiǎn)單、方便，在許多的地方有著不可替代的作用。便攜式摘果手利用踏板來(lái)代替手動(dòng)施力，在踏板上運(yùn)用了杠桿裝置更減輕了農(nóng)民的勞動(dòng)力。便攜式摘果手的刀片的設(shè)計(jì)靈感來(lái)源于鋸齒，增加果蒂與剪刀直接的摩擦力。在操作的過(guò)程中使用便攜式摘果手，可以方便的把果實(shí)采摘下來(lái)。
在便攜式摘果手初步制作完成后，我們通過(guò)不同實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論，對(duì)裝置的整體結(jié)構(gòu)和各部件的設(shè)計(jì)又做了進(jìn)一步的改善。原本只是一個(gè)設(shè)計(jì)框架，通過(guò)不停的調(diào)試、補(bǔ)充，逐漸成為一個(gè)比較完整的設(shè)計(jì)項(xiàng)目。整個(gè)課題對(duì)便攜式摘果手設(shè)計(jì)思路的介紹和對(duì)項(xiàng)目未來(lái)的憧憬做了一個(gè)整體的敘述。
在社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中，農(nóng)業(yè)是我們?nèi)祟惒豢扇鄙俚囊徊糠帧Ｈ祟惖纳媾c發(fā)展是以農(nóng)業(yè)作為堅(jiān)實(shí)的后盾。當(dāng)然展望美好前景的同時(shí)，我們也需要面對(duì)現(xiàn)實(shí)中的一些問(wèn)題。在目前，農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率是人們所密切關(guān)注的問(wèn)題。如何改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率低下，也是一直以來(lái)討論的話題。在資源極度緊缺的情況下，為人類的基礎(chǔ)事業(yè)貢獻(xiàn)一份微薄的力量，是我們這個(gè)世紀(jì)的青少年應(yīng)當(dāng)做的事情。
通過(guò)這幾個(gè)月的努力，在老師的幫助下，為了保證論文的質(zhì)量及書(shū)寫的規(guī)范，我上網(wǎng)查閱許多資料和書(shū)籍，為得是希望這次畢業(yè)論文做的能再完美一些，畢業(yè)論文算是告一段落，這次畢業(yè)論文，是一項(xiàng)由生活中的點(diǎn)滴總結(jié)得到的設(shè)計(jì)課題。
我設(shè)計(jì)的綠色、環(huán)保、便攜的摘果工具，希望能為我們可敬的農(nóng)民伯伯減輕一部分體力負(fù)擔(dān)，有效的保證穩(wěn)定的收入，讓我們的家園變得更加美好。
參考文獻(xiàn)
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附錄
致 謝
時(shí)光飛逝，一晃兩年過(guò)去了，兩年中遇到的一件件事情，發(fā)生的一個(gè)個(gè)故事，都在腦海中一遍遍穿梭。忘不了老師在課堂的諄諄教誨，忘不了每次去圖書(shū)館安靜的坐在課桌上低頭沉思每一道題目的狀態(tài)。在這兩年即將過(guò)去，當(dāng)寫下這篇自己親手有鍵盤一字一句敲打，用軟件繪制自己心中構(gòu)想出來(lái)的設(shè)計(jì)時(shí)。突然發(fā)現(xiàn)我對(duì)這篇論文的重視遠(yuǎn)超過(guò)自己的想象。
作為一個(gè)毫無(wú)經(jīng)驗(yàn)可談的大學(xué)生而言，要不是導(dǎo)師逐字逐句的批改和嚴(yán)格的督促教導(dǎo)，同學(xué)的相互鼓勵(lì)支持，要完成這個(gè)設(shè)計(jì)，其實(shí)我自己都沒(méi)有太大的信心。感謝李曉暉老師平日里對(duì)我們的督促。老師平時(shí)工作非常繁重，但老師把每一次的信息及時(shí)的告知我們每一位同學(xué)。在我寫論文的每一個(gè)階段中，每當(dāng)遇到問(wèn)題，老師總是悉心的對(duì)我教導(dǎo)。從開(kāi)始的查閱資料，到設(shè)計(jì)題目的確定修改，中間不時(shí)的詢問(wèn)我論文的進(jìn)展情況，在這整個(gè)過(guò)程，我的導(dǎo)師給予了我很大的支持和鼓勵(lì)。
感謝這兩年，讓我從一個(gè)懵懂的孩子，漸漸長(zhǎng)大。感謝這兩年，讓我遇到許多無(wú)私付出毫無(wú)保留的給予我知識(shí)的老師們。感謝這兩年，讓我交到一幫相互支持志同道合的朋友。
感謝母校，是金陵科技學(xué)院給予了我這個(gè)機(jī)會(huì)，讓我度過(guò)充滿朝氣且有意義的兩年！