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苹果采摘装置结构设计.doc
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2023-09-08
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苹果采摘装置结构设计.doc
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摘 要
本次毕设选择的课题主要是设计一种新型的苹果采摘装置及其对苹果后续的分级
选择器械进行结构设计,目的是为了减少人力资源。提高采摘效率,尽量的减少人工,
减少果农在采摘过程和将苹果按大小分级所花费的时间,先进行市场调研,了解目前市
面上的采摘器,对其进行分析,有何优缺点,并且到农场实地进行考察,了解小型果农
厂的地形和种植密度,苹果大小。后用 PROE 进行三维建模,确定设计的器械为简易的
可以伸缩的抓取苹果的一种采摘器械和滚筒式分级机器来减少果农的工作量。抓取式的
简易采摘器械可以解决果农高空采摘水果的难题,主要设计的内容有:采摘机械手、伸
缩杆机构、半椭圆型的收集机构、手持机构以及如何降低采摘器重量,使得果农采摘过
程中较为轻松。创新点相比市面上的采摘器可以连续作业,而苹果分选器的设计采用价
格最为便宜的滚筒式分级器,成本价格比较亲民,否则难以在小型果农厂之间流传开来,
分选器的设计内容有传动路线的设计、减速器齿轮轴和低速轴的设计、V 带的选用、滚
筒的设计、电机的选择等等,设计目的是为了解决中国广大果农对于直径相近球形果实
的采摘难题和采摘后及时分选包装,以免错过苹果的新鲜期,实现果农真正意义上的自
产自销,具有一定的市场前景。
关键词:采摘器、分选器、proe 三维建模、结构设计
Structure design of apple picking device
Abstract
The main task of this project is to design a new type of apple picking device and its
structure design for the subsequent grading selection device of apple, in order to reduce
human resources. Improve the picking efficiency, reduce the labor as much as possible, and
reduce the time spent by the fruit farmers in the picking process and grading the apples
according to the size. First, conduct market research, understand the current market picker,
analyze its advantages and disadvantages, and conduct field inspection on the farm to
understand the topography, planting density and apple size of small fruit farms. After
three-dimensional modeling with PROE, it is determined that the designed equipment is a
simple and retractable apple picking equipment and roller grading machine to reduce the
workload of fruit farmers. The simple grabbing picking equipment can solve the problem of
fruit picking at high altitude. The main design contents include: picking manipulator,
extension bar mechanism, semi elliptical collecting mechanism, hand-held mechanism and
how to reduce the weight of the picker, so that the fruit picking process is lighter and looser.
Compared with the picker on the market, the innovation point can operate continuously, while
the design of Apple sorter adopts the roller classifier with the cheapest price, which is more
cost-effective and affordable. Otherwise, it is difficult to spread among small-scale fruit farms.
The design contents of sorter include the design of transmission route, the design of gear shaft
and low-speed shaft of reducer, the selection of V-belt, the design of roller, and the selection
of motor The purpose of the design is to solve the problem of picking similar diameter
spherical fruits and to sort and pack them in time after picking, so as to avoid missing the
fresh period of apples and realize the real sense of self-production and self-sale of fruit
farmers, which has a certain market prospect.
Keywords: Apple picker、Separator、3D modeling、Structural design
目 录
目录
1 前言.........................................................................................................................................1
1.1 课题背景及意义...........................................................................................................1
1.2 课题国内外研究现状及存在的问题...........................................................................2
1.3 国内水果采摘器机械化未来发展方向....................................................................3
2 总体方案的拟定.....................................................................................................................4
2.1 设计内容和参数...........................................................................................................4
2.1.1 设计内容............................................................................................................4
2.1.2 设计参数............................................................................................................5
2.1.3 选择采摘方式....................................................................................................5
2.2 总体设计.......................................................................................................................5
3 采摘部分的设计......................................................................................................................6
3.1 市面上常见的采摘器...................................................................................................6
3.2 采摘方式选择...............................................................................................................7
3.3 末端执行机构的设计...................................................................................................7
3.3.1 手爪受力分析....................................................................................................8
3.3.2 尺寸计算............................................................................................................9
3.3.3 夹紧力的计算....................................................................................................9
3.3.4 末端执行机构的强度校核计算......................................................................12
3.3.5 采摘机械手三维示意图..................................................................................14
4 机械手臂及其他部位的设计................................................................................................14
4.1 铝合金伸缩杆设计.....................................................................................................14
4.1.1 材料选用..........................................................................................................14
4.1.2 尺寸计算 ........................................................................................................14
4.1.3 强度校核..........................................................................................................15
4.1.4 采摘杆的受力及设计合理性..........................................................................18
4.2 半椭圆形收集装置设计.............................................................................................18
4.2.1 选择收集装置材料..........................................................................................19
4.2.2 尺寸设计..........................................................................................................19
4.2.3 收集装置及其传送网三维示意图..................................................................19
4.3 手持装置的设计.........................................................................................................19
4.3.1 手枪式手持装置效果图..................................................................................20
5 苹果分选机设计....................................................................................................................21
5.1 滚筒分选机原理分析.................................................................................................21
5.2 苹果分选机总体结构设计.........................................................................................21
5.2.1 结构组成..........................................................................................................21
5.2.2 苹果分选机主要传动方式及其传动路线......................................................22
5.3 执行机构设计计算.....................................................................................................22
5.3.1 苹果分选器滚筒设计...................................................................................22
5.3.2 确定滚筒孔眼总数.......................................................................................23
5.3.3 滚筒的直径、长度以及排数和孔数的确定.................................................23
5.3.4 各级筛孔数的计算.........................................................................................24
5.3.5 确定滚筒转速和水平倾角.............................................................................28
5.3.6 滚轮和摩擦轮设计.......................................................................................29
5.3.7 功率计算.......................................................................................................29
5.3.8 筛孔的设计...................................................................................................30
5.3.9 选择电动机...................................................................................................30
5.4 传动装置的运动和动力参数..................................................................................31
5.4.1 传动装置传动比和轴的转速计算.................................................................31
5.4.2 各轴输入功率的计算......................................................................................32
5.4.3 各轴转矩的计算...........................................................................................32
5.5 零件的选择和设计....................................................................................................33
5.5.1 带传动的设计...............................................................................................33
5.5.2 减速器直齿圆柱齿轮的设计.........................................................................35
5.5.3 滚子链传动的设计.........................................................................................39
5.5.4 轴的设计计算.................................................................................................40
参考文献...................................................................................................................................49
谢 辞.........................................................................................................................................50
1
1 前言
目前,我国是世界上最大苹果生产国,但是大多数还是以小果农小规模种植为主,
因此,采摘过程将会耗费极大的人力和时间,大型采摘机械无法适应我国的水果种植业
的特殊情况,并且采摘后的挑选也是以人工为主,这样不仅仅耗费时间还耗费人力资源,
此次设计针对如上两个问题进行结构设计。
1.1 课题背景及意义
苹果是一种众所周知且喜爱的水果,属于蔷薇科目的植物,苹果树为乔木,人们喜
爱苹果的原因很简单,其一是其甘甜可口,色泽光鲜亮丽,有营养且富含各种维生素,
还能补钙,饭前吃水果不仅仅有助于消化,还能增强人体的代谢能力,有助于减肥,苹
果富含丰富的钾元素,可以与人体内多余的钠元素产生化合反应,中和了钠,对于喜欢
重口味的人群来说,苹果是改善人体平衡的不二之选,这也是苹果受到全世界追捧的原
因。目前来说,全世界各地都有在栽培苹果,可见人们对苹果的喜爱程度,以及种植环
境并不是特别的高。世界苹果栽培数量现排名第三,仅少于第一的橘子和第二的香蕉
[1]
。
近几年来,随着我国生产力水平的提升,人民消费水平的提升,极大的促进了我国
苹果产业的发展,栽培苹果的数量,种植苹果的区域,与苹果相关的加工食品都有上涨
的趋势,目前我国苹果的产量是世界最多的,已经超越东南亚国家成为世界第一
[2]
。
今年来,随着人们消费水平的提升,对于水果市场需求也有一定提升,从而促进了
苹果种植业的迅速发展。由于我国果园的机械化采摘研究起步比较慢,果园的机械化采
摘相对于国外还是处于落后阶段,国外的大型机械采摘机器较为昂贵更加适用于大果园
大规模采摘,我国果农多进行小规模的果园作业,虽然大型机械采摘效率比较高,但由
于经济和地域的特殊性,我们没有办法只好放弃这种方式,但如果要完全采用人工进行
采摘作业的话,将会花费很大得劳动力和时间,因为水果是有采摘期的,错过最好的采
摘期将会对果农的经济利益造成一定影响,如果果农将大量的时间和资源都投入到采摘
这一块,间接造成了果农的损失,并且高处采摘容易对采摘人员造成伤害。所以针对我
国这一现状,采用简易采摘器更比起国外的大型机械采摘机械更加适合我国果农,更能
增加我国的经济效益。简易采摘器更加适合像我国这种采摘人员知识水平有限,对精密
机械无法操作的人员,并且简易采摘器比起果农亲自取采摘提高了采摘的效率,采摘造
成的损害也减少了,也不需要那么多的时间和精力,节约了采摘成本。随着我国人口老
龄化的加剧,教育的普及,从事农业种植行业的人员越来越少,并且人们的生活水平逐
渐提高,对水果的需求也会增加,这一矛盾必将促进我国水果采摘机械化水平的提升,
目前来说,简易的采摘器械有有着广阔的市场前景,针对上述问题,本设计将用理论与
实践相结合的方法,从如何更好的增加采摘效率和提高采摘的稳定性着两方面,对苹果
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