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1、青岛农业大学海都学院本科生毕业设计第一章 引言1.1 水果采摘的现状中国进入二十一世纪，随着机械自动化的蓬勃进展，再加上目前我国的国情， 目前正处于人口老龄化的现状，大批的果园种植人员面临着退休，过去是每家每户自己种植自己的果园，原始的劳动力渐渐老去，采摘这一工作年轻人不情愿去做，随着中国现代化的进程，果蔬种植也会由个人种植转变为规模化种植，我国是个农业大国，其中水果产业也是重要的支柱性产业。农民采摘水果现在存在着很多弊端，用到大量的人力物力，也无法满足目前我国水果产业的进展，设计一款承受机械自动化的采摘装置可以满足市场以及产业的进步，而且一款高效多功能的采摘机构可以缓解我国存在的劳动力问题。
2、在美国，每年或许会收获 40 亿美元的苹果。时至今日，农场的工人还要背着大袋子摘苹果，一袋苹果重达 20-27 千克，给肩膀造成巨大负担，因此情愿从事这项体力劳动的工人越来越少了。中国素有“世界水果王国”的美称，几乎全部种类的水果都有出产，水果市场巨大，前景宽阔。虽然我国拥有巨大的水果市场，但是水果采摘行业机械化、智能化程度相对较低，相关设备大都处于理论争论阶段或构造较为简单，不适合山区、丘陵等环境下使用，而我国大多数果园处于山地、丘陵地区，果园周边环境恶劣，山路狭窄、道路泥泞，大型采摘机械无法进入， 很难进展机械化作业。高处果实需爬高上树，较为危急。因此，在水果采摘过程中需要一种型关心采摘装
3、置来提高采摘效率、降低采摘难度。综合考虑现阶段技术水平和实际采摘现状，大多数小果园无力购置大型采摘设备，且果园地形简单机械化设备难以开放，宽阔果农需要一种人工采摘的关心机械装置，装置操作简洁、本钱低廉，符合果农技术与经济需求。水果产量的巨大，需要更高效的自动化产业应用到水果采摘工作中。11.1.1 采摘水果苹果规格一般的苹果或许 80mm 大小。 具体规格如下: 一般苹果承受 70、80、90 果等表示,单位是 mm,表示直径大小，80 就是 8mm。 苹果有大有小,有红有绿,外形不一,直径一般在 40mm80mm 左右吧,高度或许在 35mm60mm 左右。 果实皮薄较简洁磕碰造成损伤。一般
4、苹果挂果位置凹凸不同，果园平均果树树冠直径约 3000mm5000mm,一般苹果园树高果农修剪不高，平均挂果位置高度 1000mm5000mm 左右。1.2 采摘器苹果的设计要求1. 苹果树枝繁茂，树枝多果实多，采摘时不能破坏大量的枝条和苹果。采摘过程中不能破坏花芽，影响果树明年结果。2. 采摘时苹果柄把有肯定的硬度，道具需要肯定的硬度和耐损度。3. 苹果柄不能过长，要低于苹果凹口以免运输途中破坏其他果实，成为次等果。4. 靠近地外表的果实枝条密集，果实多，空闲空间少。需考虑凹凸远近位置摘取。5. 为保证水果的质量，要承受柔韧性的输送管道，确保不伤果实。6. 依据果实的大小分拣出不同等级的果实
5、。7. 储存装置要便于移动和装卸采摘好的果实。、其次章 采摘器的总体设计2.1 采摘器的总体方案设计和工作原理基于对采摘器的多种简单要求，为了更好的满足对采摘过程中的质量和效率，在传统的关心式剪刀采摘器的根底上进展改进和设计，承受传统的四大构造模块设计，采摘模块、伸缩模块、收集分拣模块、移动运输模块。图 2-1 为采摘器的工作流程图。采摘机构切割果柄，果实进去落果网，经过进入分拣装置，依据果实完成采摘工作环形输送管道的规格落入不同的收集箱依据果实所处位置不利用电机驱动收集车在果同，调整伸缩杆高度园内行走图 2-1 采摘器工作流程图2.2 各局部构造设计2.2.1 采摘装置（1） 刀具的改进和设
6、计传统的剪切式采摘器存在采摘时刀具暴露在外，刀具在剪切果柄时有很大的可能会割伤果实，因此我的改进设计是将剪切刀具隐蔽，解决刀具暴露在采摘时划伤果实和枝丫的问题，刀具承受两个半环形形刀具，刀具改进由凹型刀刃和防护段组成，当刀具切割果柄时，在刀具旋转力的作用下划入凹型刀刃区，切割果12柄。改进后的刀具为图 2-2 刀具外形例如。1. 防护段 2.刀刃区图 2-2 刀具外形例如（2） 刀具的尺寸刀具隐蔽在外置圆圈内，由两段圆弧组成，每段圆弧刀刃区长度为四分之一，依据大局部苹果直径大小分析，外圈内径为不易过大，过大简洁导致采摘果实时外径触碰其他果实，且采摘动作时不便利，外圈内径过小会造成苹果不易进入采
7、摘作业区，应实行适当的尺寸，由于果实直径一般在 70 到 100 毫米之间， 合理的作业半径为 160mm 为最正确。（3） 刀具材料选用由于高速钢特别适用于制造构造简单的成形刀具，适于制造中、低速切削的各种刀具。切割果柄在低速旋转过程中就可实现果柄的切割，考虑到经济型，目前市场上常见的一般高速钢就可以满足制作刀具的条件，胜任切割工作。选用一般高速钢可满足条件用于制作刀具即可。常见的一般高速钢有两种钨系高速钢和钨钼钢塑钢，目前钨钼高速钢 6542 目前正在取代钨系高速钢，具有碳化物细小分布均匀，耐磨性高，本钱低等一系列优点。由此刀具宽 20mm, 厚 2mm,依据刀具的外形，和性能要求，经济型
8、，承受牌名W6M05Cr4V2 钨钼系高速钢。连接圆环刀具和齿轮统一承受 M5 螺栓连接，查询螺栓国标。（4） 采摘机构组成和工作原理采摘机构由两个环形刀具、大齿轮、小齿轮、滑动轴承、弹簧、电机、电源、无线遥控开关和外壳组成。工作挨次：按下无线遥控开关 小齿轮转动 带动大齿轮转动 大齿轮带动其次段环形刀具运动 带动第一段环形刀具 大齿轮运转到两环形刀具闭合切割果柄 松开开关电机停顿转动 弹簧收缩刀具回转到原位置 完成一个工作循环2.2.3 伸缩装置（1） 材料的选用分析材料的密度和重量，考虑到经济型和有用性，从常见的铝合金材料、合金钢、和铸铁。综合考量分析各材料的重量和硬度要求，以伸缩装置三米
9、计算分析，圆管状。以厚 2mm,直径 30mm 为参考进展分析选材。合金钢以 45 钢为参考，体积 V=273.18cm。表 2-1 伸缩机构材料的分析和比较材料合金钢铝合金铸铁密度平均7.850.25136.5硬度(平均)HB230HB35HB120重量KG2.1440.0681.77567经过分析与考虑，材料承受铝合金材料，材料较轻，可以减轻工作人员的劳动强度。（2） 伸缩装置的改进和设计伸缩装置承受三级伸缩杆，转变传统的圆管伸缩，承受八边形管，比较传统的圆管伸缩，各级段的接触更加严密，伸缩时有效减小各级段管伸缩时之间的缝隙，限制了伸缩杆沿轴心转动的自由度，在各级段的外表适宜位置开滑条，借
10、鉴伸缩伞伞柄的构造，承受弹簧片、半球形光滑实心铁球，进展伸缩后的固定。一级伸缩杆的构造：外部为圆管，内部外表为 30mm 内接圆的八边形外表。首端装无线遥控开关，锂电池。设置圆形手柄，便于启动开关掌握采摘装置的运转。图 2-3 为一级伸缩杆，图 2-4 为弹簧开关装配图。123手柄前段开 1 个小孔，用于固定收缩后的三级伸缩杆，一级伸缩杆尾端，开口承受斜坡阶梯式，便利三级伸缩杆的收缩。首端开孔与尾端孔在同一轴线呢， 用于固定伸缩后的二级伸缩杆。在每一个孔口位置放置弹簧开关，用于掌握光滑实心铁球，进而掌握伸缩杆的伸缩。在尾端孔口侧面平面压制 50mm 止动槽。121.零件 1 2.螺纹 3.弹簧
11、31. 斜坡阶梯 2.6mm 小孔 3.手柄去图 2-3 一级阶梯伸缩杆图 2-4 弹簧开关装配图青岛农业大学海都学院本科生毕业设计二级伸缩杆构造：首端在一端面开一长方形槽，焊接上弹簧片和半球形光滑铁球。与一级伸缩杆孔口位置在同一轴线内，二级收缩杆收缩后孔口与一级伸缩杆的第首端孔口同心。收缩后铁球进入一级伸缩杆的首端孔，尾端开一孔口，在二级伸缩杆铁球侧， 孔和三级伸缩杆伸缩后铁球同心。在槽侧面的平面距首部端面 5cm 处压制一条移动槽与一级伸缩杆压制的止动槽协作滑动。1423尾端开孔，用于固定伸缩后的三级伸缩杆。尾端位置孔口对面平面压制与尾端孔口位置距尾部端面距离一样的 50mm 止动槽，防止
12、三级伸缩杆意外从二级伸缩杆内滑出。图 2-5 为二级伸缩杆。1.半球形弹簧片 2.小孔 3.滑动槽 4.止动槽图 2-5 二级伸缩杆三级伸缩构造：首端在一端面开一长方形槽，焊接上弹簧片和半球形光滑铁球。在槽对面的平面距首部端面 50mm 处压制一条移动槽与二级伸缩杆压制的槽协作移动，尾7312端切制内螺纹，用于连接安装落果网的短杆。一端切制外螺纹，一端连接采摘装置。图 2-6 位三级阶梯伸缩杆示意图。1 螺纹 2.滑动槽 3.半球形弹簧片图 2-6 三级伸缩杆3伸缩构造的具体尺寸表 2-2一级伸缩杆伸缩杆构造具体尺寸表二级伸缩杆三级伸缩杆长 mm100010001000八边形内接圆直3025.
13、221.2径mm孔口直径mm666滑动槽mm无840790止动槽mm5050无手柄长mm150无无青岛农业大学海都学院本科生毕业设计2.2.3 收集分拣装置收集分拣装置由落果网、环形可收缩软管、收集箱、分拣装置组成。（1） 水果输送管道的改进和设计一些常见的落果通道承受一般的网兜式设计，存在网兜简洁破损，随有效防止落果后的破损但简洁造成水果存留在落果通道的弊端，会导致工作效率大大降低。改进：将一般的网兜设计改成上宽小窄的环形可收缩软管，进入收集箱之前在收集箱顶端面架设一条环向弯曲通道，水果进去弯曲通道落果位置增加一层防护垫，环节采摘落果残留的势能。然后划入环形弯曲通道进去分拣装置。（2） 分拣
14、装置的构造和工作原理分拣装置由电机、带轮、带带半圆形防护特别带 、轴、轴承、齿轮组成。1234567工作原理：分拣装置由两条带组成，依据苹果规格不同调整主动轮与从动轮之间的夹角，依据两条带之间距离不同分拣出不同规格大小的水果。苹果经落果通道落入两带之间，随着带运动，间隙由小变大，落入分拣装置下带有防护垫的斜坡滑入收集箱内，完成分拣过程。101. 输送管道 2.从动带轮 3.轴 4.特别带 5.缓冲斜台 6.滚轴 7.驱动带轮图 2-8 分拣装置2.2.4 移动运输装置（1） 移动运输装置的组成移动运输装置由电动三轮平板车、箱体两局部组成。箱体在内部装有分拣装置，顶部端依据需求可构建多个支撑落果
15、装置的支架，实现多人同时作业。分拣装置下面设置缓冲斜坡，在收集筐下方安装适当间距的两根滚轴，便利取出收集满的收集筐。（2） 电动平板车的选用考虑到本钱以及经济性等条件承受市面上现有的电动平板车便可实现水果的移动收集功能。分拣三种不同等级的苹果的为例，收集筐以市面上常用的塑料收集筐为例，尺寸如表 2-3 常见的水果框尺寸表。534*357*295504*325*285果筐K-3#水602*406*183566*374*170果筐表 2-3 常见的水果筐尺寸表名称外径内径K-1#水果筐510*355*308475*320*298K-2#水三筐苹果重约重 150Kg。平板车一条分拣带要求：最低载重
16、200Kg，长 2023mm，宽 1000mm其他型号可依据使用不同分拣带条数和收集筐的筐数敏捷选用不同型号功率的平板车，以到达敏捷使用装拆的目的。也可承受目前家用使用的电动三轮车进展组合使用，掌握器 48V 800W 的电动平板车，图 2-9 为平板车实例图青岛农业大学海都学院本科生毕业设计图 2-9 平板车实例图1青岛农业大学海都学院本科生毕业设计第三章 主要机构的设计计算和电机的选用3.1 电机的选用电机的选型首先要考虑的是当在工作时，启动时的存在的扭矩，正常工作后存在负载的转动惯量。这两项对于电机的选型尤为重要，选择适宜的电机可以有效地降低电机的损坏率，增加电机的使用寿命。采摘装置采摘
17、机构电机的选用：为了顺当切下水果，由于改进刀具果柄会尽可能的靠近刀具，改进后电动机无需太高的转速。为了更加节能安全，使用便利。该电动机选用直流电动机。依据阅历采摘水果，电动机的功率 5W 左右，转速在 20r/min 左右，12V 直流电机。分拣装置电机的选用：1. 工作扭矩的计算 我们预估在两条分拣带上所受的负载或许13 个苹果的重量负载取 W=15N,对于一般线形导轨摩擦系数=0.01，计算所得的工作力，水平 行 走 ： Fb= W=0.15N 带 轮 初 选驱 动 轮 半 径 R=100mm, 工 作 转 矩T=FR=0.015N/m.2. 依据传动速度，计算驱动轮的转速。假设带的传送速
18、度为 4m/s,则驱动轮的转速 n=V/L=383r/min。3.单根带电动机的功率 W=T*n/9550=6W分拣机构由至少 2 条带组成，又依据协同作业可添置多个带，由此电机选用转速在 400r/min 左右，36V 直流电机。3.1 采摘机构大小齿轮的参数计算承受直齿圆柱齿轮，条件：直齿圆柱齿轮传动，输入功率为 PI=5kw， 齿轮转速为小齿轮 nI=200r/min，大齿轮齿顶圆直径 200mm,由电动机驱动，假设电机的工作寿命为使用 10 年，每年或许工作 100 天左右，电机定向，存在稍微冲击，工作场地略微潮湿露天工作。12青岛农业大学海都学院本科生毕业设计1、齿轮根本参数的选定（
19、1） 材料：高速级小齿轮一般选用 45#钢调质处理，齿面硬度为 250HBS。低速级大齿轮选用 45#钢调质，齿面硬度为 220HBS。（2） 采摘器一般剪切果柄，速度不高，应选用 8 级精度。（3） 小齿轮齿数初选为 z1=22，大齿轮齿数 z2=73。2、齿面接触强度计算由设计计算公式进展计算，即3-11确定公式内的各计算数据试选载荷系数 k=1.3238750N/mm3-2计算小齿轮传递转矩选取齿宽系数为 1查得材料的弹性影响系数为 189.8Mpa按齿面硬度查得小齿轮的接触疲乏强度极限为 590Mpa.大齿轮的接触疲乏强度极限 570Mpa.计算应力循环次数。N1=60n1jL=576
20、0000003-3N2=172817282接触疲乏寿命系数计算接触疲乏许用应力13取失效概率为 1，安全系数 S=1，得青岛农业大学海都学院本科生毕业设计3-42计算23.2mm3-5试算小齿轮分度圆直径,代入中最小值。0.2428m/s3-6计算圆周速度 v计算齿宽 b23.23-7计算齿宽与齿高之比模数1.05齿高h=2.3625依据 v=0.2428m/s，8 级精度，查得动载荷系数；直齿轮,；由表查得使用系数；用插值法查得 8 级精度、小齿轮相对支承非对称布置时由宽径比， 故载荷系数，3-8齿高之比 9.82 计算载荷系数按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，得35.17mm3-91
21、4青岛农业大学海都学院本科生毕业设计计算模数m1.63-103、按齿根弯曲强度设计3-11得弯曲强度的设计公式为（1） 确定公式内的各数值参数查得小齿轮的弯曲疲乏强度极限m = 440MPa，大齿轮p = 420MPa ;然后大小齿轮弯曲疲乏寿命系数 Km= 0.84, Km=0.88 ; 取弯曲疲乏安全系数 s=1.3,得弯曲疲乏许用应力0.84 x440= 284.3MPa0.88x420.= 284.3MPa载荷系数 K= KgKpKp Kpe=125x1.12x1x1.38= 1.932(3-12)齿形系数 Yma1=2.72 Yp2= 2.216应力校正系数得 Ya1=1.57 Ya
22、2= 1.772大、小齿轮的Y nYsa/Qf并加以比较(3-13)小齿轮的数值较大。（2） 设计计算由上面计算求得 m=1.039mm比照计算结果，由齿面接触疲乏强度计算的模数 m 大于由齿根弯曲疲乏强度计算的模数，且齿轮模数 m 的大小主要取决于弯曲强度所打算的承载力量， 而齿面接触疲乏强度所打算的承载力量，仅与齿轮直径有关，可取弯曲强度算得的模数 1.039 并就近圆整为标准值 m=1，按接触疲乏强度算得的分度圆直径d1=35.17mm，算出小齿轮齿数 z1=35.1736大齿轮齿数 z2=198 4、大小齿轮根本尺寸确定153-13青岛农业大学海都学院本科生毕业设计361分度圆直径d2
23、=198（2） 中心距（3） 齿宽1173-143-15364齿顶圆和齿底圆直径分度圆:d=m.z 齿顶圆:da=m.(z+2) 齿根圆:df=m.(z-2.5)(3-16)m:模数 z:齿数小齿轮：da=38df=33.5 大齿轮：da=200 df=195.53.3 分拣机构带的相关参数-1 传动方案如图 3-1 所示；图 3-1 分拣带传动方案图2 计算驱动轮和从动轮之间的夹角取两驱动轮之间距离为 110mm,从动轮之间距离为 60mm.从动轮与驱动轮之间距离为 2500mm.计算得出两轮之间夹角为 0.02，因此带在工作时受冲击小，可无视因两带轮不在同一轴线产生的扭转力。特别带下端局部
24、承受一般 V 带与带轮协作。163 计算功率由承受 V 带传动，选用直流电动机，电动机转速为 400r/min，分拣机构带轮转速为 400r/min，输入功率 15W。1.2X15=18W3-17查表得工作状况洗漱 Ka=1.2,4 选 V 带型号依据的转速和功率，查图 13-15 查出坐标点位于A 型和 Z 型之间，选用Z 型号进展计算。5 确定带轮的基准直径查图得出 d=80-100mm,因分拣机构驱动轮与从动轮之间不存在传动比，可取带轮直径 d=100mm6 验算带的速度2.09m/s3-18依据实际分拣速度要求在 1m/s-4m/s 范围内，适宜7 作用在带轮上的压力 F7.4587N
25、3-19查表得 q=0.06kg/m,由计算公式算的单根 V 带的初拉力53.63N3-20作用在轴上的压力 F由于带为平带传送带，小轮包角为 180 取中心距 a=3000mmZ 取 28 带轮构造设计材料选择：设计中转速要求不高，受冲击小，所以材料承受 HT2023带轮构造形式：方案中带轮属于中小尺寸且带轮协作一根带，故承受实心式带轮查参考文献，确定带轮的相关根本尺寸参数青岛农业大学海都学院本科生毕业设计da=100mm d=92mm B=28mm L=30 m18第四章 结论本装置对目前存在的水果采摘器所存在的一些缺乏进展改进和设计，组合多种装置，即可实现采摘装置、伸缩装置、收集分拣装置
26、、移动运输装置组合实现多功能采摘，又可单独使用，实现果实的采摘分拣及运输。有效地削减果实的破损率，可实现多人同时采摘进展分拣收集，便利敏捷，不仅可以降低采摘果实所存在的危急，可以有效提高采摘的作业效率。分析目前市场上所存在的水果采摘器的应用状况，目前的个体果农主要还是以人工采摘为主，但随着时代的进展，科技的不断进步，智能采摘器将会随着人工智能的进展和机械的不断结合运用，我所设计的这款多动能采摘器目前正适合当下的一个需求，采摘工的渐渐削减，迫切期望降低劳动强度，然而当下的 AI 进展技术正处于萌芽期，我也深知我所设计的半自动采摘器也是水果采摘的一个过渡过程，但依照目前中国的农业进展状况，半自动水
27、果采摘器还有着 510 年的市场应用前景。本装置设计本着操作便利、有用性、经济性以及提高工作效率的原则进展设计和改进，适用于我国目前水果采摘行业的使用要求，造价廉价。通过对此水果采摘器的改进和设计，学会应用机械机构替代电路掌握，明白了机械与电的结合使用，机电不分家。同时机械对现实生活中的运用存在于生活的 方方面面，只要有一颗擅长探究的心，随着时代的进展，机械会随着计算机硬件方面的更换代，更加高效应用在生活的方方面面。参考文献1 李建功.机械设计手册M4 版北京：机械工业出版社， 2023.2 刘会英,李明勤,徐宁.机械原理M3 版北京：机械工业出版社， 2023. 3杨敏丽. 中国农业机械化与
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