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蘋果苗木收割裝置設(shè)計(jì)TOC\o"1-3"\h\u20703第1章引言 第1章引言我國(guó)是一個(gè)人口大國(guó),人口數(shù)量眾多,同時(shí)我國(guó)又是一個(gè)人農(nóng)業(yè)大國(guó),,對(duì)糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物等需求巨大,隨著人們的生活水平的提高,對(duì)水果的需求量也提高了。其中,蘋果是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物,在我國(guó)有很大的種植面積,并且處于持續(xù)上升趨勢(shì),蘋果的種植離不開苗圃的培育,然而現(xiàn)在的苗圃大多還是人工培育,工作效率低,需要機(jī)械化的發(fā)展,逐漸實(shí)現(xiàn)智能化作業(yè)。本設(shè)計(jì)任務(wù)來源于蘋果產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系的科研項(xiàng)目,其中本課題內(nèi)容是對(duì)蘋果苗木收割裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)的技術(shù)要求可參見表1-1。表1-1苗木收割裝置設(shè)計(jì)技術(shù)要求項(xiàng)目技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目技術(shù)指標(biāo)配套拖拉機(jī)動(dòng)力(馬力)40-60作業(yè)行數(shù)(行)1行距(mm)650苗距(mm)10-100拖拉機(jī)后軸轉(zhuǎn)速(r/min)540作業(yè)速度(km/h)1.5~2.5第2章總體方案設(shè)計(jì)2.1苗木收割裝置布局及工作原理蘋果苗木收割裝置系統(tǒng)與高地隙苗圃作業(yè)拖拉機(jī)匹配作業(yè),采用鋸片式切割器切割,并在切割過程中完成夾持和傳送,排列整齊,便于二次撿拾收獲[9]。該裝置采用液壓為動(dòng)力。其主要有牽引架、地輪、切割鋸片、扶禾器、傳送皮帶、張緊器、液壓馬達(dá)、機(jī)架、傳動(dòng)系統(tǒng)等9部分。苗木收割裝置整體排列結(jié)構(gòu)組成如圖2-1所示。1、傳送皮帶2、傳動(dòng)系統(tǒng)3、牽引架4、地輪5、切割鋸片6、扶禾器7、張緊器8、懸掛架9、液壓馬達(dá)圖2-1蘋果苗木收割裝置排布結(jié)構(gòu)組成工作時(shí),蘋果苗木收割裝置在拖拉機(jī)的牽引下向前行進(jìn),扶禾器將蘋果苗歸攏到傳送帶入口處,傳送帶夾持住蘋果苗后,底部的切割鋸片可將蘋果苗莖稈底部切斷,并被傳送帶輸送到后方,蘋果苗到輸送帶尾部后會(huì)落下,等待二次撿拾。苗木收割裝置由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng),液壓動(dòng)力來自于拖拉機(jī)。地輪可調(diào)節(jié)機(jī)架高度,以調(diào)節(jié)鋸片的高度和蘋果苗的留茬高度。傳送帶可防止蘋果苗堆積,又起到夾持作用,便于切割。2.2懸掛參數(shù)確定和機(jī)架總體設(shè)計(jì)通過測(cè)量高地隙苗圃作業(yè)拖拉機(jī)的尺寸,獲得了其懸掛點(diǎn)的間距,可調(diào)高度等參數(shù),且符合農(nóng)用拖拉機(jī)GB/T1593.1-1996等規(guī)定,懸掛架可上下調(diào)整,為適應(yīng)懸掛架,對(duì)蘋果苗木收割裝置的懸掛架進(jìn)行了合理的設(shè)計(jì)與參數(shù)確定。懸掛點(diǎn)的模型與參數(shù)見圖2-2。(a)懸掛架三維示意圖(b)下懸掛點(diǎn)間距圖2-2懸掛點(diǎn)模型參數(shù)第3章工作部件詳細(xì)設(shè)計(jì)3.1切割鋸片的設(shè)計(jì)3.1.1切割鋸片的類型選擇苗木收割裝置的切割裝置有甩刀式、鋸片式、往復(fù)切割器式[9]、為滿足蘋果苗木的農(nóng)藝要求,不僅要切斷苗木,還要保證切割后的苗木的切割面要平,切割時(shí)不能把苗木損害,防止苗木嫁接后死亡[3],本機(jī)器采用鋸片式切割,通過高速旋轉(zhuǎn)將苗木切割下來。鋸片的角速度為ω,機(jī)具的前進(jìn)速度為V,鋸片以擺線的軌跡運(yùn)動(dòng)[4]。如圖3-1所示。圖3-1切割器運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖圓盤鋸片繞原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)切割,且向χ方向前進(jìn),齒尖邊緣c點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程如下:QUOTEQUOTE(3-1)上式中:R為圓盤鋸片的半徑(mm);ω為圓盤鋸片的角速度(rad/s);V為機(jī)具向前的行進(jìn)速度(m/s);xc齒尖邊緣c在x方向的位移(m);yc為齒尖邊緣c點(diǎn)在y方向上的位移(m)。3.1.2切割鋸片的參數(shù)設(shè)計(jì)切割裝置的鋸片的選用要保證能在苗圃作業(yè),適應(yīng)苗圃作業(yè)的特性,通過鋸片的高速旋轉(zhuǎn)將蘋果苗木切斷。高速旋轉(zhuǎn)的鋸片切割苗木時(shí)會(huì)產(chǎn)生切割阻力,切割阻力的大小影響鋸片的轉(zhuǎn)速大小,且影響切割鋸片的振動(dòng)頻率,彎折變形等作業(yè)性能。農(nóng)藝要求,不僅要切斷苗木,還要保證切割后的苗木的切割面要平,切割時(shí)不能把苗木損害,防止苗木嫁接后死亡[3];農(nóng)機(jī)上要求制造成本低、質(zhì)量好、使用壽命高等[4]。切割鋸片與地面平行,且保持距離地面的高度差為10mm,切割受力原理圖如圖3-2所示。苗木作用在切割鋸片刃面壓力的反作用力為:(3-2)1.刀具2.苗木圖3-2切割受力原理圖式(3-2)中:-被擠壓莖稈層對(duì)割刀的反作用力;Rd-割刀刃面對(duì)莖稈層壓力的反作用力。割刀刃面的摩擦力:(3-3)摩擦力的垂直投影:(3-4)為實(shí)現(xiàn)切割,刀刃的壓力P必須滿足下列條件:(3-5)式中:-被切材料對(duì)刀刃的反作用力,即。式中:-刀刃厚度;-刀刃長(zhǎng)度;-材料的壓應(yīng)力。式(3-5)是鋸片切割苗木的力學(xué)臨界條件,而切割力的大小由鋸片扭矩控制,如果式中的鋸片扭矩達(dá)不到要求,就不能完成切割苗木的作業(yè)要求,甚至出現(xiàn)苗木纏繞鋸片的現(xiàn)象,嚴(yán)重?fù)p傷鋸片與收割裝置其他部分,減少壽命;如果鋸片切割的扭矩太大,雖然能切斷苗木,但是高速旋轉(zhuǎn)也會(huì)降低鋸片的壽命,且需要高性能的鋸片,這樣會(huì)增加成本[4-7]。3.2傳送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.2.1傳送系統(tǒng)的功能傳送系統(tǒng)主要有首輪、張緊器、皮帶、滾輪、尾輪、彈簧、固定圓套、調(diào)位裝置等部件組成。液壓馬達(dá)提供動(dòng)力,通過滾子鏈、變速箱和萬向節(jié)為皮帶尾輪提供轉(zhuǎn)速,帶動(dòng)皮帶轉(zhuǎn)動(dòng),從而達(dá)到運(yùn)輸苗木的作用。其結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。夾持傳送裝置使用的皮帶參數(shù)為寬90mm,厚5mm。皮帶可用于在前方的作用是夾持固定,便于切割鋸片工作,增加切割扭矩,苗木切斷后,皮帶會(huì)夾持著苗木向后運(yùn)輸,傳送到尾部落地,排列整齊,便于二次撿拾收獲。張緊裝置可調(diào)節(jié)皮帶的松緊度,如果皮帶打滑可將調(diào)節(jié)張緊裝置使皮帶變緊。調(diào)位裝置、固定圓套、彈簧等可調(diào)節(jié)滾輪的位置,可用來調(diào)整皮帶的松緊度,也可在苗木的傳送的過程中讓傳送系統(tǒng)有彈性,避免皮帶夾的過緊或過松。1.首輪2.張緊器3.皮帶4.滾輪5.尾輪6.彈簧7.固定套管8.調(diào)位裝置圖3-3傳送系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成3.2.2傳送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)皮帶運(yùn)動(dòng)的線速度要保證切割過程中與拖拉機(jī)裝置的前進(jìn)速度大小一致且方向相同,這樣可以保持切割后的苗木始終保持豎直狀態(tài),這樣能使作業(yè)性能更佳。以下是皮帶的轉(zhuǎn)速計(jì)算。皮帶轉(zhuǎn)速:(3-6)式中:-液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速(r·min-1)。求得:=167r/min。3.3傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置主要由液壓馬達(dá)、V帶輪、滾子鏈、變速器、萬向節(jié)、V輪,錐齒輪組成。其結(jié)構(gòu)如圖3-4所示。1.液壓馬達(dá)2.v帶輪3.滾子鏈4.變速器5.萬向節(jié)6.v帶7.錐齒輪圖3-4傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成三維模型傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)要保證傳動(dòng)比,且要符合動(dòng)力需求,又要結(jié)構(gòu)不能太復(fù)雜,成本不能太高。傳動(dòng)裝置和切割裝置的主要?jiǎng)恿Χ紒碜杂谝簤厚R達(dá),液壓馬達(dá)的動(dòng)力由高地隙拖拉機(jī)提供,拖拉機(jī)行進(jìn)過程中,苗木收割裝置開始工作,皮帶傳送部分的傳動(dòng)液壓馬達(dá)開始旋轉(zhuǎn),通過V帶和滾子鏈的傳動(dòng),連接到傳功軸,轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接著變速器和萬向節(jié),萬向節(jié)調(diào)整方向后把動(dòng)力傳給尾輪,最終帶動(dòng)皮帶的轉(zhuǎn)動(dòng)。兩側(cè)的皮帶中間都向后轉(zhuǎn)動(dòng),以便于帶動(dòng)苗木向后。切割部分的傳動(dòng)液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)后,通過一組直齒齒輪把動(dòng)力傳動(dòng)給小皮帶輪,再通過V帶帶動(dòng)大皮帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng),鋸片連接軸連接大皮帶輪和鋸片,最后帶動(dòng)鋸片的轉(zhuǎn)動(dòng)。夾持傳送部分傳動(dòng)系統(tǒng)采用V帶傳動(dòng)以及鏈傳動(dòng),齒數(shù)Z1=12,Z2=38,滾子鏈中心距a1=110mm,鏈節(jié)距p=12mm;V帶中心距a2=320mm,主動(dòng)輪直徑為60mm,從動(dòng)輪直徑為160mm。V帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比為:(3-7)式中:-皮帶輪直徑(mm)滾子鏈傳動(dòng)比為:(3-8)夾持傳送部分的總傳動(dòng)比為:(3-9)求得:切割鋸片部分V帶中心距a3=322mm,動(dòng)輪直徑為186mm,從動(dòng)輪直徑為256mm。主動(dòng)齒數(shù)Z3=10,從動(dòng)齒輪齒數(shù)為Z4=16。V帶傳動(dòng)傳動(dòng)比:(3-10)齒輪副的傳動(dòng)比:(3-11)切割鋸片部分的傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比:(3-12)求得:3.4扶禾器的設(shè)計(jì)由于壓條圃中蘋果苗木枝葉繁茂,分枝多,需用扶禾器將苗木歸攏,以便于輸送到傳送帶里。本設(shè)計(jì)扶禾器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用鋼筋焊接即可達(dá)到扶禾的目的,且有上下兩組,上面扶禾器主要目的式歸攏,便于傳送,下方扶禾器的功能主要是便于切割。3.5限深輪的設(shè)計(jì)限深輪應(yīng)該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用,應(yīng)能夠滿足承重的要求,且能在苗圃地中行走。限深的輪圈為扁鋼Q235,與幅板和套筒焊接。通過連接件焊接到高度調(diào)節(jié)的套管上,套管內(nèi)有螺紋桿和螺母,通過旋轉(zhuǎn)手柄,可實(shí)現(xiàn)高度的調(diào)節(jié),從而調(diào)整機(jī)架高度和鋸片的離地高度,實(shí)現(xiàn)不同苗木的留茬高度要求。限深輪的結(jié)構(gòu)如圖3-5所示。1.外管2.封蓋3.手柄4.銷5輪圈6.套管7.連接件8.內(nèi)管9.螺紋桿圖3-5限深輪結(jié)構(gòu)組成及主要尺寸第4章設(shè)計(jì)總結(jié)通過此次對(duì)蘋果苗木收割裝置的設(shè)計(jì),我查閱文獻(xiàn),制定設(shè)計(jì)方案,調(diào)研苗圃,測(cè)繪機(jī)具,繪制模型與圖紙,設(shè)計(jì)計(jì)算部件參數(shù),了解國(guó)內(nèi)外苗木收割裝置與類似的平茬收割裝置的現(xiàn)狀與設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),參考現(xiàn)有的機(jī)械和發(fā)現(xiàn)缺少的機(jī)械,設(shè)計(jì)了使用于壓條圃的、能與高地隙拖拉機(jī)配套的蘋果苗木收割裝置,滿足農(nóng)機(jī)和農(nóng)藝要求,符合設(shè)計(jì)要求和生產(chǎn)需求。參考文獻(xiàn)[1]葉玉駒,焦永和,張彤.機(jī)械制圖手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2012.[2]秦大同,謝里陽(yáng).現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2011.[3]邢東倫,陳月鋒,高威等.自走式檸條聯(lián)合收獲機(jī)平茬試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程,2020,10(09):21-25.[4]
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