曾俊刚毕业设计开题报告.doc

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1、石河子大学毕业论文(设计)开题报告课题名称：果实采摘机械装置设计（红枣收获机） 学生姓名：曾俊刚 学 号： 学 院：机械电气工程学院 专业、年级： 08机制 2班 指导教师： 李盛林 职 称： 毕业论文(设计)起止时间： 2012-03-052012-06-01 红枣收获机摘 要 ：针对新疆红枣人工收获率低、劳动强度大、成本高的生产实际、设计一台新型红枣收获机。介绍了该机的主要结构、工作原理、技术参数、主要特点及田间试验情况。经试验和检测表明，研制的新型红枣收获机具有液压操作方便、整机工作稳定可靠，偏心振动频率高、振幅小，采净率高且不伤树特点，希望设计能达到预期目标。关 键 词：红枣； 收获机

2、械 ；研制 ； 试验 1 课题名称及来源：名称：果实采摘机械红枣收获机来源：石河子大学机械电气工程学院2 研究的目的、意义和国内外研究现状：2.1选题的目的及意义随着世界经济的发展，人口的增加和人民生活水平的不断提高，长久以来，我国果园收获主要靠人工手摘和借助云梯、采果刀等简单工具辅助采收。林果采收机械的研究在我国扔处于起步阶段，未见成熟先进的实用机具报道。随着新疆特色林果，尤其是红枣等林果的规模化、产业化发展，依靠人工采收的方式已不能满足红枣等产业化的需要。而且随着我们国家红枣种植面积的不断增多，需要的采摘人员会越来越多，面临这样的问题，我们当代大学生应该为人民献出我们的一份力量，其中尤其是

3、我们学机械设计的大学生，在新疆这片土地上，新疆人民都认为我们石河子大学的学生是国家的栋梁，人民的希望，我们是有这个义务为边疆贡献我们的一点力量的，所以我决定设计一款代替人工的红枣收获机。现在红枣主要在新疆的哈密地区、和田地区、喀什地区、吐鲁番地区、阿克苏地区和巴音郭楞州种植面积较大,具有良好的发展前景。据调查了解:新疆各地州红枣计划发展的面积为1610418104hm2(240270万亩)(不含兵团)其中:和田210433104hm2(3050万亩),喀什2104hm2(30万亩),阿克苏10104hm2(150万亩),巴音郭楞州131042104hm2(2030万亩),哈密0.67104hm

4、2(10万亩)。尤其是阿克苏地区在2005年召开的“三干”会议提出:优化林果业结构,集中力量重点发展效益较好的红枣、核桃产业,并起草了关于加快发展红枣产业的实施意见,强调把红枣产业作为一项“红色富民工程”予以推进,使之尽快成为农民增收新的支柱产业,在现有基础上,提出到2015年全地区发展红枣10104hm2(150万亩)的目标,并申请注册“阿克苏红枣”商标。针对新疆红枣人工采收效率低、劳动强度大、成本高，每人每天只能采摘红枣 0.5 亩，而每亩地所需的人工费约 150 元的生产实际。经兵团农业机械检验测试中心检测，采用机械采摘红枣采净率为 91.%，可靠性达 90%，纯小时生产率 76 棵/小

5、时，比人工提高 5 倍以上，这样不仅能提高效率，而且可以降低红枣收获的成本，为种植红枣的人民大大的提高了收入，也为新疆地区解决了收获季节劳动力大量缺乏的问题。同时，红枣收获机的机械手臂在液压控制操作下，可以上下、左右、前后、高低灵活运动，快速、准确地钳住红枣树干并进行低频振动，树上的红枣随着振动从树体上快速脱落，落入地面上一个伞形装置内，枣农收集起来非常便利。2 .2 研究现状与动态 现在我们国家拥有的红枣收获机式样还在不是很丰富，而且技术也不是很成熟，大多都是以机械手夹持树干进振动，从而使果实掉落，也有的用风力吹动树枝，通过强风将果实吹落，以新疆农垦科学院机械装备研究所研制成功的首台红枣收获

6、机“4YS一24红枣收获机”为例，它就是通过振动而使果实掉落的。红枣收获机具现场演示引发了广大果农浓厚的兴趣。该收获机的设计采用了液压传动与控制技术的振动机械手和倒伞形接果装置，实现了果树可靠夹持、无损伤振动落果和果实的快速收集。使用红枣收获机每小时可采摘50棵枣树，采净率达到91.5%，功效提高了10倍左右，为兵团6万公顷红枣种植户收获红枣提供了技术和装备支撑，据了解，这种红枣收获机造价万元左右，很受广大人民的喜爱，要是我们能研制出更好更廉价的红枣收获机，那会为我们开拓出一片更好的天地。现在，新疆农垦科学院的技术人员正在对红枣收获机的各项试验数据进行收集整理，为投入规模性生产提供科学依据。目

7、前国外对采摘机械的研究是以采摘机器人为主。20 世纪 70 年代末期，随着计算机和自动控制技术的迅速发展，美国首先开始研究各种农业机器人。自 1983 年第一台采摘机器人在美国诞生以来，历经了 20 多年的研究和试验，以日本为代表的发达国家，包括美国、法国、荷兰、英国、西班牙等国相继试验成功了多种采摘机器人，如苹果、柑橘、番茄、西瓜和葡萄等果实采摘的具有人工智能的机器人。采摘机器人主要由机械手、末端执行器、视觉识别系统和行走装置等 4 大系统组成。在日本首先是京都大学 Noboru Kawamura 等人在 20 世纪 80 年代中期研制了五自由度关节型机械手，但这种机械手的工作空间并没有包含

8、所有果实的位置，而且机械手末端执行器的可操作度也低。同时韩国研制的苹果采摘机器人采用了极坐标机械手，旋转关节可左右移动，丝杆关节可以上下移动，从而工作空间可达 3m。20世纪90 年代，日本岗山大学 Naoshi Kondo 等人在番茄采摘机器人上设计出了具有 7 个自由度的能够指定采摘姿态的机械手6。自由度越高，其手部运动越灵活，控制越复杂。2007 年，美国加州柑橘研究委员会和华盛顿苹果委员会合作研发一种水果采摘机器人。目前，我们看到的果实采摘机械大多都是单一的，而且价格有点贵，在我的果实采摘机械中，我不仅可以用来采摘果实，同时还可以对果树进行果枝修剪，这样无形中果农买到的就不再是一台单一

9、的收获机械，而是等于两台果林管理机械，一台的价钱，两台的效果，这是何乐而不为的事呢，我的振动采摘果实机械整机结构由机架、果树振摇装置和液压控制系统组成，采用与 29.4kw(40 马力)的拖拉机后悬挂挂接。果树振摇装置安装在机架后部，通过铰接与机架相连，其夹持和振摇果树的动作由液压控制系统操作，能相对拖拉机前进方向进行横向采果作业，液压控制系统采用多路换向阀控制回路。液压系统中的液压油缸分别驱动 5 种运动：（1）伸缩臂的升降；（2）伸缩臂的伸缩；（3）振动头悬挂叉上下摆动；（4）振动头悬挂叉的左右偏转；（5）振动头的夹持。液压马达驱动振动头内的偏心机构运转。上述的液压油缸和液压马达所有操作均

10、由多路换向阀控制。多路换向阀安装在拖拉机左侧驱动轮防护罩上面，便于驾驶员操作。相信在不久的将来，我们将能研制出一款全自动的果实采摘机，那是纯机械的，不用我们人工，只要在控制室中对着电脑进行键盘操作即可。2.3 工作原理 果实采摘机械主要依据机械振动的果实脱落原理，即由机械手（振动头）抓住树干，通过振动，摇落果实。振动的产生来源于偏心机构。红枣收获机主要工作过程是通过操作液压控制阀，控制 5 个液压油缸动作，先将果树振摇装置的钳式振动头夹持树干，然后由拖拉机动力输出轴 PTO 传递动力经由液压控制回路到钳式振动头，由液压马达驱动振动头内置的偏心振动机构，从而使振动头振动。振动头产生的机械振动传递

11、给果树，果枝在接受了外加的强迫振动后，也以一定的频率和振幅振动，这样就使果枝上的果实也以某种形式的振动而加速运动。加速运动的物体要受到惯性力的作用，当惯性力大于果实与果枝的结合力时，果实就会掉落。3 课题的研究内容、研究目标,以及拟解决的关键问题3.1研究内容1、项目针对新疆红枣产业化发展对红枣机械收获的需求，研究开发了基于振动脱落原理的红枣收获机，实现了红枣以及类似林果的机械收获，对于促进林果业科技进步、提高林果业机械化水平具有重大促进作用。2、设计采用了基于液压传动与控制技术的振动机械手和倒伞形接果装置，实现了果树可靠夹持、无损伤振动落果和果实的快速收集，研究制定了红枣收获机作业技术规程，

12、在技术上有重大的突破和创新，机子在机具结构、作业性能、机动性和果实收集方面具有新颖性和先进性。研究内容如下1、调查研究国内外果实采摘机械研究现状及其发展。撰写综述文献。2、根据果实采摘机械的技术要求，确定总体设计方案。3、设计计算主要工作部件，并开展相关技术研究，撰写设计说明书。4、绘制工程图。3.2 研究目标该项研究将完成单体仿形机械采摘关键部件仿形机构的设计与仿真，提供相关图纸及有关技术资料。3.3拟解决的关键问题优化果实采摘机械结构，解决红枣收获机田间作业时采摘精度较差的问题，提高红枣收获机的作业性能。4 拟采取的研究方案及可行性分析4.1 研究方法深入研究国内现有果实采摘机，主要以红枣

13、收获机为例，并借助图书馆和互连网获取相关资料和信息,分析总结资料，确定红枣收获机总体设计方案。按照红枣收获机的特点和红枣的性质，利用计算机进行运动仿真和机构分析，优化结构参数。4.2 技术路线本课题采用技术路线如下：4.3 可行性分析4.3.1 技术可行性 ：红枣收获机是在最近几年才问世的，而且是由新疆农垦科学院机械装备研究所研制的首台红枣收获机正式通过验收，并开始投放市场。该研究所副研究员汤智辉及其课题组研制的这部红枣收获机，可以快速、准确地钳住红枣树干并进行低频振动采摘红枣。使用红枣收获机每小时可采摘50棵枣树，采净率达到91.5%。4.3.2 经济可行性 ：人工采收效率低、劳动强度大、成

14、本高，每人每天只能采摘红枣 0.5 亩，而每亩地所需的人工费约 150 元的生产实际。经兵团农业机械检验测试中心检测，采用机械采摘红枣采净率为 91.%，可靠性达 90%，纯小时生产率 76 棵/小时，比人工提高 5 倍以上，随着新疆劳动力越来越紧缺，其经济效益会进一步加大。4.3.3工作基础 ：1、已学习机械制图、机械原理、液压技术、材料力学等相关专业知识，为研究工作提供了一定的理论知识基础。通过机械原理课程设计，使我们掌握了机械零部件的一般设计方法。同时，课题组成员已经具备应用计算机辅助设计的能力。2、初期的调研工作已经开展，通过网络和图书馆、学院资料室已查阅部分相关资料，并对现有的机型进

15、行初步了解分析。3、学院有相关的CAD中心、而且也正在研制新一代的红枣收获机。4.4 发展趋势4.4.1 多功能化。即该机械不仅具有采摘果实的功能，还兼具其他作业功能，如中耕、施肥、剪枝、植保等，以实现一机多用，减少购机投入。4.4.2 操作简便、可靠性高。机器的操作者是农民，不是具有机电知识的工程师，这就要求结构设计合理可靠，使用方法简单，维修维护方便。4.4.3 通用性好。在各种不同的条件下: 不同地形如平地、山地，不同的作业地表如沙质土、泥泞地带，不同的作业对象如水果、坚果，不同的品种如柑橘、苹果、梨、柚等情形下，均能适用。4.4.4 自动化和智能化。随着现代科学技术的进步和广泛应用，机

16、械化、自动化、智能化水平将进一步提高。例如，日本研制的自走式采摘车，在 20以上的陡坡地使用电视摄像机和无线电遥控组合控制方式，实现无人驾驶操作。在机器人采摘研究方面，未来的采摘机器人朝着以下几个方向发展:1) 高精度的视觉系统和图像处理技术，如使用视觉传感器配合测距仪来精确定位，使用模糊神经网络对图像进行智能化处理。2) 研发具有多指以及冗余自由度的机械手爪，发挥其柔性和灵巧性的特点。3) 采用合适的轨迹规划，使得行走和采摘时能够绕过障碍物而不发生碰撞。使用神经网络系统，机器人就能通过前次轨迹而自我学习，下次自动采用最近似的轨迹运动。4) 利用率高。根据不同对象来更换末端执行器进行作业，可大

17、大提高机器人的利用率。5) 低成本的机器人，便于推广普及，果农买得起，也用得起。5 本课题的特色与创新之处5.1 本课题特色1、结构新颖、简单，使用维护方便，降低了生产成本和维护成本。2、通过计算机仿真技术对整体运动仿真和分析优化，使机械到达预定目标和技术要求，及缩短了研发周期有减少了研发资金。3、接触式仿形，收到外界的干扰小，仿形精度较高。5.2 本课题创新之处6 课题研究进度计划安排及预期研究成果6.1 计划安排如下：2012-3-5到2012-3-9：熟悉毕业设计题目，检索、查阅相关资料和文献，撰写文献综述及开题报告。2012-3-12到2012-3-23：熟悉及熟练使用相关软件。201

18、2-3-26到2012-4-6：完成红枣收获机构零件三维设计，确定红枣收获机设计方案。2012-4-9到2012-4-20：完成红枣收获机构主要零件的设计计算。2012-4-23到2012-5-25：完成红枣收获机构总装图并进行运动仿真、结构分析。2012-5-28到2012-6-1：完成设计说明书，准备答辩。6.2 预期研究成果6.2.1、提供二维图一套。6.2.2、提供三维模型一套。6.3.3、提供计算机运动仿真和机构分析报告一份。7 结束语果实的采摘是一个季节性较强和劳动密集型的工作，由于人口老龄化和农村劳动力越来越少，在单调、繁重、危险的果实采摘作业上急需高效、通用、低成本的采摘技术，

19、机械式采摘方式相比机器人采摘更有优势。因此，研究开发以多功能作业机械为代表的新一代果园采摘机械，对果业的发展更有现实意义。8 参考文献:1 石河子日报(汉)/2010 年/3 月/11 日/第 002 版 绿洲科苑2 科技日报/2010 年/8 月/13 日/第 010 版 建设新农村3 新疆科技报(汉)/2010 年/7 月/9 日/第 004 版 新疆大地4 高新一,马元忠.枣树高产栽培新技术M.北京:金盾出版社,2003. 5 张志善.枣无公害高效栽培M.北京:金盾出版社,2004.6 汤智辉，贾首星，沈从举.新疆兵团林果业机械化现状与发展【J】.农机化研究，2008，（11）；5-87

20、 佚名 果类收获机械DB/OL 2010 01 01 http: / /www chkd cnki net / kns50 / xsearch aspx? Key Word = %E6% 9E% C% e7% 8 佚名 果园机械化技术发展现状EB/OL 2009 02 12 http: / / www zggyjx com / chinfo / user / view asp? info_id= 129 宋健，张铁中，徐丽明，等 果蔬采摘机器人研究进展与展望J 农业机械学报，2006( 5) : 158 16210 刘贯博 从日本果园机械化现状看我国果园机械发展趋势J 北方果树，1994( 1) : 4 6指导教师审阅意见： 指导教师（签字）： 年 月 日备注：