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文檔簡介
新余學院本科畢業(yè)設計(論文)開題報告學號學生姓名二級學院專業(yè)機械設計制造及其自動化指導教師姓名及職稱郭國誼(副教授)畢業(yè)設計(論文)題目簡易桔子采摘裝置結構設計開題報告內(nèi)容1.研究背景和意義:橘子是我國最常見的水果之一,因其豐富的營養(yǎng)功效和極高的藥用價值,廣受人們的喜愛。在我國南部廣泛種植。就目前調(diào)查,我國果園機械采摘的機械化程度普遍較低,其主要方法為兩種形式:機械輔助半主動采收和機械全自動采收,全自動化機械操作復雜,體積龐大且成本十分的高昂,因此大多數(shù)的橘子是靠手工采摘,但效率低且成本高。針對量產(chǎn)水果采摘中存在的作業(yè)范圍廣、觸碰力度控制要求高及需選擇性采摘等問題,而現(xiàn)有的采摘裝置結構復雜,體積龐大,操作困難,不易推廣因此,為解決以上問題,需要一種橘子采摘機,能夠有效降低操作難度和采摘勞動強度,提高采摘效率,并且結構簡單,體積小,操作方便,隨著時代的發(fā)展,國民生產(chǎn)總值的增長,我國的經(jīng)濟總量正在持續(xù)增長,而農(nóng)業(yè)在人們的生活中扮演著重要的角色,它是人們生活的最基本保障,農(nóng)業(yè)的發(fā)展也成了人們生活水平的一個重要標志?,F(xiàn)代農(nóng)業(yè)向著機械化的時代發(fā)展,機械正在逐漸代替人們原始的勞動工具和原始的勞動方法,而且現(xiàn)代農(nóng)業(yè)正呈現(xiàn)著前所未有的發(fā)展?jié)摿Γ瑱C械化的農(nóng)業(yè)時代具有效率高、安全、便捷的特點。在水果的生產(chǎn)作業(yè)中,收獲采摘是整個生產(chǎn)中最耗時最費力的一個環(huán)節(jié)。采摘作業(yè)質(zhì)量的好壞直接影響到水果的儲存、加工和銷售,從而最終影響市場價格和經(jīng)濟效益。水果收獲具有很強的時效性,屬于典型的勞動密集型的工作。高枝水果的采摘還帶有一定的危險性。很多果農(nóng),他們用自己樸實的勞動為現(xiàn)代大城市的人們培育了大量的優(yōu)質(zhì)水果,但是一直以來在很多地方,人們還用著原始的人工采摘方法,現(xiàn)代的大型采摘機器又太過昂貴,人們在考慮自己的經(jīng)濟利益的同時不得不放棄機械采摘的高效率方法。鑒于大多數(shù)農(nóng)民不能承受大量的經(jīng)濟壓力,從而設計簡易的水果采摘機,方便農(nóng)民采摘水果,也提高了農(nóng)民的工作效率。此次設計所完成的簡易桔子采摘機構主要用于個體種植戶。本產(chǎn)品在眾多類似產(chǎn)品中,提供了一種選擇。2.國內(nèi)外研究動態(tài):2.1國外研究動態(tài):世界上對果類收獲機械的研究始于上世紀40年代,以德國、日本、美國、加拿大等國為首都進行過林果機械化采收問題的研究,40年代初一種由人工操作的簡單采摘器在法國被研制出。至上世紀70年代達到較普遍的發(fā)展。按果類收獲方式果類收獲機械可以分為機械化和半機械化兩大類。典型的半機械化采收水果的設備為人工操作的摘果器。美國在60年代研究制作了液壓升降平臺車,開始為單工位車,70年代發(fā)展成為多工位車,它代替梯子將單個或多個工人運載到必要的工位,配合使用摘果工具采摘與手距離較遠或由于太高不便采摘的果實以減少臺車移動工位的次數(shù),提高采摘效率。早期收獲的作業(yè)平臺是為了人們在采摘較高位置果實而開發(fā)的半自動化摘果臺架。通過由拖拉機液壓驅動的可升降及橫向運動的機構,將人抬升到適宜的采摘位置進行人工采摘,采摘后的果實放入收集袋中或通過滑行管道滑入大果箱內(nèi)。后來隨著技術的不斷成熟,摘果臺架逐漸演變成為集人工采摘、果實輸送、果實裝箱等一體的林果收獲作業(yè)平臺。半機械化采收水果主要還是由人工勞作來實現(xiàn)水果的采摘運輸,工效低,主要用于采收易損傷、要求完好率高的鮮食用水果和貯藏用水果。隨著園藝學的發(fā)展,果樹低矮化處理使得升降平臺的使用逐漸減少,取而代之的是機械化程度越來越高的收獲平臺。2.2國內(nèi)研究動態(tài):中國從20世紀70年代開始研制果實采收機,當時研制出的是與手扶拖拉機配套的機械振動式山楂采果機。液壓升降平臺車是人工采果的輔助設備,其用途是將采果者升運到必要的工位。在拖拉機或自走式動力底盤上可裝置單個或多個作業(yè)平臺,人站在平臺上通過液力系統(tǒng)操縱平臺升降和左右擺動。多工位平臺牢可向兩側伸展,沿樹行移動時,一次可采收果樹一側任何部位的水果。有的將平臺制成組合式,可深人到樹冠里層或進人窄小樹行中作業(yè)。20世紀90年代開始,市場的因素帶動了果樹種植的熱潮,眾多中小種植戶的需求帶動了簡易采摘器的市場。其后氣動剪枝機、輔助升降平臺等機具相繼進入了市場。國內(nèi)氣動剪著名廠商有臺灣郁馨公司的ST360型氣動剪。氣動低枝剪。1992年,浙江金華農(nóng)機所研究了由拖拉機操作的用于采摘水果的升降機,上升高度可達7m。2007年新疆機械研究院研制了我國第一臺多功能果園作業(yè)機,即LG1型多功能果園作業(yè)機。這是一種集采摘、修剪、噴藥、運輸、動力發(fā)電等功能的自走式作業(yè)機。該作業(yè)機的研制成功標志著我國果園單一的采摘機械進。目前我國的水果采摘絕大部分還是以人工采摘為主。采摘作業(yè)比較復雜,季節(jié)性很強。若使用人工采摘,不僅效率低、勞動量大.而且容易造成果實的損傷,如果人手不夠不能及時采摘還會導致經(jīng)濟上的損失。但是我國許多地方的山村由于經(jīng)濟和地理環(huán)境的因素影響不能過使用這些可能價格高,機械程度復雜的智能化高的機械設備。3.設計研究方向以及解決問題:3.1設計方向:本設計主要針對水果中桔子的采摘機械設計,主要可以實現(xiàn)簡單方便地采摘任務,而且要實現(xiàn)不同高度的水果采摘任務;對于不同大小的水果也要有不同的水果采摘口來適應不同大小水果的采摘,為保證水果鮮美和不被昆蟲破壞,該采摘機還可以實現(xiàn)水果套袋;換上農(nóng)藥噴頭的時候還可以實現(xiàn)高位水果噴灑農(nóng)藥的完成,實現(xiàn)多用途,提高農(nóng)民的工作效率和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的機械化程度。3.2設計設想:3.2.1現(xiàn)在環(huán)境存在的問題傳統(tǒng)的作業(yè)還存在以下弊端:一是采摘過程中作業(yè)者的人身安全問題,即手工采摘時手臂易被樹枝劃傷或擦破,高處作業(yè)時,還可能會摔傷。二是對果樹的損傷,即對樹的枝葉芽的破壞。三是對水果質(zhì)量的影響,單手采摘時容易出現(xiàn)脫蒂,易出現(xiàn)抽心果,還有就是高枝水果容易掉在地上造成內(nèi)外傷,影響果品的外觀,不利于保鮮儲藏,從而最終造成降低經(jīng)濟收入。四橘子的采摘如果不將枝葉剪切那么果子將會不利于保存以及不利于來年結果影響影響收益。五果樹較高果子落地易摔壞。民以食為天,中國是世界上最大的水果出產(chǎn)國,居全球13個產(chǎn)量超1000萬噸的國家之最。目前我國的水果采摘絕大部分還是以人工采摘為主。采摘作業(yè)比較復雜,季節(jié)性很強。若使用人工采摘,不僅效率低、勞動量大.而且容易造成果實的損傷,如果人手不夠不能及時采摘還會導致經(jīng)濟上的損失。而世面上許多采摘機械智能化,機械化程度復雜無法有效有利的使用。3.2.2設計原理手持背負式水果采摘機按結構功能可分為采摘裝置、收集裝置、背負裝置、伸縮裝置、電機調(diào)速裝置,收集裝置固定安裝在采摘裝置下方,采摘裝置安裝在伸縮桿頂端,伸縮桿與腰帶通過萬向軸承連接,伸縮桿可實現(xiàn)無死角旋轉。工作原理:開始采摘前,根據(jù)桔子樹的品種、枝條的粗細來調(diào)節(jié)電機的轉速,根據(jù)采摘者的體形來調(diào)節(jié)背帶、腰帶。采摘時,根據(jù)果實不同的位置,調(diào)節(jié)伸縮桿,通過拉桿快速調(diào)節(jié)采摘頭的角度,用鉤桿快速鉤取果實的果梗,果梗順著鉤桿滑向鋸片,直至被切斷。完成果實的采摘后,果實脫落,掉入彈性布管,經(jīng)由柔性伸縮布管緩沖、減速、導向,最終被輸送到收集箱。結構簡圖如下圖(1)橘子采摘機結構簡圖3.2.3功能和結構設計方案1采摘目前驅動方式主要有人力和電力驅動兩種,采摘方式主要有剪切式和鋸斷式兩種。背負式水果采摘機,采用人力驅動方式、剪切式采摘方式,結構簡單、成本低,但人力驅動消耗人的體力,剪刀有回程,工作連續(xù)性較差,沒有限位結構,易劃傷果實。便攜式摘果器,采用電力驅動方式、剪切式采摘方式,省力,結構較簡單、成本較低,但沒有限位結構,仍易劃傷果實。便攜式手持水果采摘機,采用電力驅動方式、鋸斷式采摘方式,結構較簡單、成本低,有限位結構,但鋸片較難接觸到果梗,進行采摘動作。該設計采用電力驅動方式、鋸斷式采摘方式,并設計有鉤桿。鉤桿不僅具有導向限位作用,還可以從樹枝中鉤出果梗,便于切割。圖(2)橘子采摘頭簡圖2采摘頭角度調(diào)節(jié)水果采摘時,一般需要保留適當長度的果梗,則采摘時應該盡量使采摘頭與果梗垂直,一可便于切割采摘保留合適的果梗長度,二則便于觀察。但是果實分布的高度不同,在采摘水果時,采摘頭與果梗會形成一個夾角α,在低處采摘水果時,夾角α較大,能保證切割點高于果梗最長點,使得采摘后的果梗長度不過長,但是當采摘高處的水果時,夾角α過小,無法保持近似垂直狀態(tài),會使得切割點高于果梗最長點,使得采摘后的果梗長度過長。為此,本設計設有采摘頭角度調(diào)節(jié)裝置,調(diào)節(jié)采摘頭角度,能同時滿足高、低處水果采摘的要求。采摘頭角度調(diào)節(jié)裝置包括連桿、滑塊、拉桿。其中,采摘頭、連桿、滑塊以及伸縮桿構成曲柄滑塊機構,通過拉桿拉支滑塊,實現(xiàn)采摘頭的角度調(diào)節(jié),使采摘質(zhì)量更好。圖(3)高,低處橘子采摘示意圖3收集果實的采摘質(zhì)量、采摘效率很大一部分取決于收集裝置。手持式電動水果采摘機,在采摘裝置下,設計一個收集筐,果實下落高度小,很好地保證了采摘質(zhì)量,但收集一定量的果實后,會增加負重,從而影響采摘效率。利用長網(wǎng)兜將采摘好的果實輸送至地面,有緩沖效果且效率高,但網(wǎng)兜易與樹枝纏繞,樹枝也可穿過網(wǎng)兜,劃傷果實,不僅給采摘帶來不便,也會影響采摘質(zhì)量。為此,該設計的收集裝置選用伸縮布管,其結構為用帆布包覆螺旋鐵絲,從而形成通管,此伸縮布管重量輕、伸縮比大、緩沖性能好,使得采摘動作更靈活、采摘質(zhì)量更高,能夠實現(xiàn)采摘收集一體化。4背負長時間進行水果采摘作業(yè),如果只靠手部工作,很容易造成手部的疲勞。為了減小手部的勞動量,設計了背負裝置。背負裝置采用背帶和腰帶相結合方式,并增設手柄,充分利用腰部和背部的力量,很大程度上減小手臂支撐的力量,從而達到了減輕使用者身體局部疲勞、便于長時間工作。5伸縮果實生長高度不一,低則略高于地面,高可達3m,較低位置的果實人工可輕松完成采摘動作,而高于2m,一般需要借其他工具。為此,該設計設有伸縮裝置,既能采摘高處果實,又不影響低處果實的采摘。伸縮裝置采用直徑不等的薄壁不銹鋼管,通過螺旋夾緊連接,螺旋固定套與外管固定連接,當壓套往下旋時,使螺旋固定套夾緊內(nèi)管,從而達到固定作用。6電機調(diào)速由于水果種類不同,以及水果枝條粗細不一,所需要的切割力矩或切割速度也不同,對于一臺機器只有單種切割力矩或切割速度來說,采摘的是細枝條水果,切割力矩或切割速度過大,顯然浪費電能,影響作業(yè)時間;而采摘粗枝條水果,切割力矩或切割速度過小,則無法完成切割。為此,該設計增加了電機調(diào)速裝置,以實現(xiàn)電機調(diào)速功能??紤]到重量輕、性價比高因素,電機調(diào)速裝置選用舵機調(diào)速儀和電調(diào),共同調(diào)節(jié)控制電機轉速。3.2.4設計中可能存在的問題:1.剪切動力越到較大枝丫可能不足2.機械設備總重量過重3.全方面防水措施是否會增加過高成本,是否可以重點區(qū)域防水4.如何才能符合人體構造學,讓人可以長時間工作不會十分勞累5.是否可以全部用模塊化零件降低成本6.機械臂長度多少合適,過長是否會加劇操作員的體能消耗和生產(chǎn)成本7.果子如果在密布的枝丫中如何才能讓機械臂將剪刀頭送達位置8.剪刀頭可否換裝,用于適應不同的大小橘子的品種9.可能無法準確定位果梗位置4.創(chuàng)新點:1.機械手具有一定的伸縮度,由柔性和靈巧性都比較好的機械手及末端執(zhí)行器組成,能夠在作業(yè)過程中躲避障礙物,。2.機器制造成本低,可以更好為農(nóng)民服務。3.由于采摘機器操作過程簡單.而且成本低,有利于更好地推廣。4.機器本身重量輕,采摘操作使用方便,運輸方便,拆卸方便,零件都是使用模塊化零件讓農(nóng)民朋友在遇到問題時方便自己維修5.具備一定防水措施,可以做到小雨不下線,并且長時間露水侵染任然具有相當長的使用壽命。6.使用彈性布管確保果子不易損壞7.剪頭可更換可以調(diào)整角度8.設置勾桿方便定位果梗5.現(xiàn)階段已有的條件和設計工作方法:綜合運用多學科的知識體系對機械進行研究,尋求多學科交叉融合創(chuàng)新的方向。分析社會現(xiàn)象如何滿足社會關系的需要,對過往大量實踐活動進行歸納分析,在經(jīng)過不斷的修正玩善,指導自己研究開展;通過查詢文獻獲得資料,全面的、正確的掌握所要研究問題發(fā)展歷史,研究進程和未來的趨勢;綜合運用4年的專業(yè)知識,依據(jù)現(xiàn)有的科學理論和實踐需要上網(wǎng)收集資料,通過老師的指導和大家的討論確定研究開展方向和設計。開題報告內(nèi)容6.工作進展和計劃1、2021年12月13日-12月17日,集中動員指導。下達任務書,明確撰寫開題報告,畢業(yè)論文及過程管理手冊基本要求,并對畢業(yè)論文寫作的工作內(nèi)容及流程以及對資料的收集與整理、分析的具體運用等作具體指導等。2、2021年12月18日至2022年1月10日,開題,收集原始資料,調(diào)研分析,撰寫完成并上交畢業(yè)論文開題報告,指導教師審定,并開始填寫畢業(yè)論文過程管理手冊。3、2022年1月11日至2022年2月14日,設計制定、修改完善畢業(yè)設計原理方案,完成原理設計,并進行初步的設計計算,完成相關外文文獻資料的閱讀與翻譯工作,同時開始初步撰寫畢業(yè)論文。4、2022年2月15日至2022年3月31日,分階段完成畢業(yè)設計總體設計,基本完成圖紙繪制與工藝編寫,并撰寫完成畢業(yè)論文初稿,分次上交審核。5、2022年4月1日至2022年4月8日,配合老師進行畢業(yè)設計中期檢查。6、2022年4月9日至2022年4月30日,根據(jù)總體設計、圖紙工藝和論文初稿的修改意見,繼續(xù)相關設計和整理資料工作,分階段完善設計并最后定稿,并將設計圖紙和畢業(yè)論文終稿上交審查,并進行論文查重工作,通過后按要求格式上交設計電子稿與紙質(zhì)稿。7、2022年5月1日至2022年5月20日,完善資料,準備答辯PPT等材料,按學院安排準時到場參加行畢業(yè)論文評閱、答辯工作。8、2022年5月21日至2022年5月31日,配合老師進行畢業(yè)論文整理及歸檔工作。7.參考文獻[1]機械工程手冊[K]。北京:機械工業(yè)出版社,2003.[2]聞邦椿,機械設計手冊(第5版)[K]北京:機械工業(yè)出版社,2010.[3]《機械設計實用手冊》編委會機,械設計實用手冊[M]。北京:機械工業(yè)出版社,2009.[4]方梁菲,周昕,張馨悅.新工科背景下學科競賽和大創(chuàng)項目驅動的機械類專業(yè)實踐教學創(chuàng)新模式探索[J].北京印刷學院學報,2020.[5]陳斌.食品加工機械與設備[M].機械工業(yè)出版社,2002.226-267.[6]蔣迪清,唐偉強.食品通用機械與設備[M].華南理工大學出版社,2003.44-68.[7]潘峰,肖乙科.機械類專業(yè)應用型本科實踐教學改革分析與研究[J].設備管理與維修,2020.[8]王三民,諸文俊.機械原理與設計[M].機械工業(yè)出版社,2000.332-354.[9]陸振曦,陸守道.食品機械原理與設計[M].中國輕工業(yè)出版社,2001.42-54.[1
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