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草莓采摘装置结构设计.doc
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草莓采摘装置结构设计.doc
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1
摘 要
本文研究设计的主要内容是设计一款新型的草莓采摘辅助装置和针对采摘后对草莓
进行分选处理的草莓分选机,意在减轻劳动市场上劳动强度大,人工成本投入大这一现
象,同时减缓未来社会老年化,劳动力不足这一问题,为我国农业机械化发展添砖加瓦。
针对这个研究课题,主要工作有了解目前草莓产业发展趋势,了解市面上类似的采摘分
选产品和研究现状,逐个进行挖掘分析其优缺点,同时对研究对象--草莓具体参数进行
测量,寻找该分类等级。在了解分析后,确定设计草莓采摘器结构为操作简单的手握式
草莓采摘器和实用性强的滚筒式大小分选器。草莓采摘器创新点在于能够同时兼顾安全、
连续采摘、减轻劳动强度和普遍舒适性上,集大成者为一体,采摘器设计内容有刀头设
置位置、剪夹机构、传动机构和手持机构。在分选器上设计滚筒式分选机,能够精确对
草莓进行等级分选,创先点在于精确分选该品种草莓等级,在结构上,设计三角筛孔和
较为恰当的转速,以便达到分选效率的最大化,专业为草莓分选量身定制。主要设计内
容有分选滚筒、传动机构及电机。在对零件设计完成后,借助SolidWorks软件对其设计,
绘制机构零件的三维模型和二维图。整个过程实现从草莓采摘到等级分选,两者机构简
单容易操作、便于维护,具有良好的市场前景。
关键词:草莓;采摘器;分选机;Solidworks;齿轮:
2
Structure design of strawberry picking device
Abstract
The main content of the research and design of this paper is to design a new strawberry
picking auxiliary device and a strawberry sorting machine for sorting strawberries after
picking, which is intended to reduce the phenomenon of large labor intensity and large labor
cost input in the labor market. At the same time, it will slow down the aging of society and
the shortage of labor in the future, which will contribute to the development of China's
agricultural mechanization. For this research topic, the main work is to understand the current
development trend of the strawberry industry, to understand similar picking and sorting
products and research status on the market, to mine one by one to analyze its advantages and
disadvantages, and to measure the specific parameters of the research object-strawberry
Classification level. After understanding the analysis, it is determined that the structure of the
strawberry picker is a hand-held strawberry picker with simple operation and a drum size
sorter with strong practicability. The innovation of the strawberry picker is that it can
simultaneously take into account safety, continuous picking, reduce labor intensity and
general comfort. It integrates the big ones. The design content of the picker includes the
position of the cutter head, the cutting mechanism, the transmission mechanism and the
hand-held mechanism. The drum sorter is designed on the sorter, which can accurately
classify the strawberry. The first point is to accurately sort the strawberry grade of the variety.
In the structure, the triangular sieve and the more appropriate speed are designed to achieve
the classification. Maximize the selection efficiency, professionally tailored for strawberry
sorting. The main design contents are sorting drum, transmission mechanism and motor. After
the design of the parts is completed, the SolidWorks software is used to design the parts, and
a three-dimensional model and a two-dimensional drawing of the mechanism parts are drawn.
The whole process from strawberry picking to grade sorting, the two mechanisms are simple
and easy to operate, easy to maintain, and have good market prospects.
Keywords: Strawberry; Sicker; Sorter; SolidWorks;Gear;
目录
1 前言..........................................................................................................................................1
1.1 课题研究背景...............................................................................................................1
1.2 研究现状.......................................................................................................................1
1.2.1 草莓采摘机器人研究现状................................................................................1
1.2.2 草莓采摘装置研究现状....................................................................................3
1.3 意义...............................................................................................................................3
2 采摘装置总体设计..................................................................................................................4
2.1 需求分析.......................................................................................................................4
2.2 设计内容.......................................................................................................................4
2.3 研究对象参数...............................................................................................................5
3 剪夹结构的设计......................................................................................................................5
3.1 执行机构的选择...........................................................................................................5
3.2 原理分析.......................................................................................................................7
3.3 机构设计.......................................................................................................................7
4 传动结构的设计....................................................................................................................11
4.1 齿轮材料选择.............................................................................................................11
4.2 按齿根弯曲强度设计.................................................................................................11
5 草莓分选器的设计................................................................................................................14
5.1 总体设计.....................................................................................................................14
5.1.1 方案选择..........................................................................................................14
5.1.2 设计思路和原理分析......................................................................................16
5.1.3 传动路线..........................................................................................................16
5.2 执行机构设计计算.....................................................................................................17
5.2.1 草莓分选器的滚筒设计..................................................................................17
5.2.2 摩擦轮和滚轮..................................................................................................21
5.2.3 电动机的选择..................................................................................................22
5.3 设计传动装置的各项运动.........................................................................................23
5.3.1 计算传动装置传动比及各传动的转速..........................................................23
5.3.2 各轴输入功率和转矩的计算..........................................................................23
6 设计草莓分选器传动装置各个零件....................................................................................24
6.1 皮带传动的设计.........................................................................................................24
6.2 设计减速器的直齿圆柱齿轮.....................................................................................26
6.2.1 确定齿轮结构参数..........................................................................................26
6.2.2 按齿面接触强度进行设计..............................................................................26
6.2.3 按齿根弯曲强度进行设计..............................................................................28
6.2.4 齿轮尺寸的计算..............................................................................................29
6.3 滚子链传动的设计计算.............................................................................................29
6.4 轴的设计计算.............................................................................................................31
6.4.1 高速轴的设计..................................................................................................31
6.4.2 低速轴的设计计算..........................................................................................34
6.5 轴承的校核.................................................................................................................37
6.5.1 高速轴轴承的校核..........................................................................................37
6.5.2 低速轴轴承的校核..........................................................................................37
6.6 键的设计与校核.........................................................................................................38
6.6.1 齿轮轴上键的校核..........................................................................................38
6.6.2 电机上键的校核..............................................................................................38
7 结束语....................................................................................................................................39
参考文献...................................................................................................................................40
谢 辞.........................................................................................................................................41
附 录.........................................................................................................................................42
零件参考系数表...............................................................................................................42
零件设计二维图纸...........................................................................................................43
1
1 前言
1.1 课题研究背景
草莓原产于南美,植株高 10-40 厘米,是一种较为常见的家庭水果,随着经
济发展,人们生活水平提高,草莓慢慢进入大众的水果篮中,不仅味道鲜美可口,
而且还具有很高的经济价值。近年来,草莓产业发展迅速,据统计,目前全世界
草莓种植面积在 2017 年达到 40.3 万公顷,顺应世界种植趋势,面积将会继续扩
大。由于经济效益的显著提高,我国的草莓种植面积不断扩大,根据国家统计局
数据显示,直至 2017 年,我国草莓的种植面积为 14.13 万公顷,约占世界的种
植面积的三分之一,其产值达到 6000 多亿人民币,随着社会发展和消费者偏好
的转变,消费者对草莓的需求日益增长,其巨大的市场潜力也日益显著。在草莓
的种植周期中,采摘器占 40%,但绝大部分的草莓生产基地仍采用传统方式--人
工进行采摘,不仅耗时耗力,而且增大了投入成本,从而降低了农户的经济利益。
不仅如此,草莓属于应季水果,水果采摘周期长将会影响新鲜口感,进一步影响
农户经济收入和生产热情。因此,在社会的快速发展与消费者对品质要求的不断
追求中,对草莓生产效率要求提升也是当今草莓生产行业发展的重要方向。在我
国草莓养殖行业,种植、培养、采摘、销售环节紧紧相扣,都需要大量人力支持,
产业机械化是当前发展的必然方向,至今在采摘上任需大量时间人力进行操作,
影响着后续销售环节的进行,特别是应季时节,采摘效率将直接关系着企业的生
死。
1.2 研究现状
1.2.1 草莓采摘机器人研究现状
目前,世界上的林业大国,如美国、日本、荷兰等,在针对水果蔬菜等农产
品的种植过程中能够实现自动化操作种植,但尚未解决在采摘过程中自动化的农
业难题,随着在在软件技术方面上不断取得突破,使用机器人实现采摘工作的技
术也不断发展起来。自 1968 年提出将机器人技术应用于果蔬采摘这一概念后,
各个国家在对采摘机器人领域上都有所建树,慢慢经历由半自动化到全自动化机
械的转变。
以西班牙 Agrobot 公司制造的采收草莓机器人为例,其长 7 米,宽为 2.5 米,
高为 2 米。如图 1,同时配备了 21 个工作机械臂内置短距离集成色彩和红外深
度传感器。该机器精密,迅速,能够实现在无人指引下运行,有望大幅度提高采
摘效率。机械臂的末端是同时具备剪刀和夹钳的装置,打开呈 V 字型,能够避免
与果实的直接接触,避免采收时对果实造成损伤,更重要目的是避免病害在果实
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