草莓田间采摘辅助搬运车设计讲解

1、第 2 页 共 20 页草莓田间采摘辅助搬运车设计草莓田间采摘辅助搬运车设计作者：xxx 指导老师：xxx（xxx大学 工学院11机械制造及其自动化专业 合肥 230036）下载须知：本文档是自主完成的毕业设计，只可用于学习交流，不可用于商业活动。另外：有需要电子档的同学可以加我2353118036，我保留着毕设的全套资料，旨在互相帮助，共同进步，建设社会主义和谐社会。摘要：近年来，随着我国草莓栽培技术的推广和种植范围的不断扩大 。收获季节，大量草莓的采摘，如何保持草莓鲜食品质和贮运品质成了严重影响了草莓的收获随着现代农业的发展，田间搬运车作为一种方便省力的运输工具在农业收获的作用日益显著，本

2、文研究的草莓田间采摘辅助搬运车，利用机械原理和材料力学原理设计一种如何在提高草莓田间采摘效率，又能在采摘运输中减少对草莓果实的损伤，从而提高草莓果实采收率的搬运车，方便后续的采后的贮藏保鲜处理，满足草莓大面积种植和远距离运输。该文首先综合论述了果物田间采摘搬运车在我国国内的现状，并重点介绍了田间搬运车，针对草莓这一特殊果物，设计一种在田间复杂环境下怎样保持草莓采摘搬运车的平稳机构，以及更具有舒适感的把手角度调整结构，刹车制动机构等，草莓包装箱和草莓采摘运输车的配套结构。关键词：草莓采摘搬运；三角架角度调整机构；把手方向调整机构；刹车制动结构。1 绪论1. 1搬运车发展 作为一种货物运输工具，搬

3、运车的诞生大大节省了我们的人力，当前搬运车的发展迅速，并朝着更环保，更智能的方向发展，以手动搬运车为第一代的搬运车，开启了人工搬运转变为机械搬运的新时代，至今还在在搬运市场上发挥着重要的作用；内燃搬运车作为为第二代搬运车，虽然具有较高的自动化，发动机提供的强劲的动力，但废气的排放，效能低，以及对人类健康有害的缺点；全电动搬运车为的第三代搬运车，其代表为电动搬运车，有着较高的自动化水准，它是节能环保大环境下技术的革新，但因为使用的电力驱动，所有具有节能，环保，噪音小等特点。但是同时受电瓶容量的限制，它的功率小，作业时间短，但它节能环保的突出优点，仍被视为搬运车行业最有潜力和发展的叉车。1. 2田

4、间搬运车在农业上的运用 我国是著名农业大国之一，作物成成熟后，大量的作物采摘运输成了农民的心烦事，而田间复杂的地形更加大了运输的难度。但是随着田间搬运车车的产生和发展节省了大量的物力人力和财力，大大提高的农作物的收获效率。目前的田间搬运车主要还是机械搬运车为主，人力搬运车为辅，田间运输车在我国的农业上发挥着至关重要的作用。第 20 页 共 20 页草莓田间采摘辅助搬运车设计1. 3草莓田间采摘辅助搬运车 由于草莓的特殊的生长环境和地形环境，我国的草莓采摘辅助运输车这一技术领域还不是很成熟，大多数的草莓采摘大多是人工采摘后放入草莓塑料包装盒，篮子或者箩筐，然后再被送出田间，还有就是用普通的辅助搬

5、运车把草莓从田间搬运出去，但是其过程对草莓的损伤较大，两种方式都不能很好的处理草莓的采摘效率以及减少对草莓果实的损伤。1. 4草莓搬运车研究目的和内容 目前，国内草莓的田间采摘大多是采用草莓塑料包装盒，篮子或者箩筐，草莓被采摘下来后，放入塑料包装盒，篮子和箩筐内，再被送出田间，但是，塑料包装盒的容积小，装载量小，所以在采摘的草莓果实是需要不停地装盒，送出采摘区，从而耗力耗时，而在使用篮子或者箩筐的运装采摘的草莓果实时，尽管它们的容积比较大，能存放下比塑料包装盒更多的草莓，但是由于下层的草莓果实会受到挤压而破损，并且草莓从田间运送到包装场所后的倾倒和分拣过程中又极易受到二次伤害，因而严重影响了草

6、莓的鲜食品质和贮运品质。因此，如何在提高草莓田间采摘效率的同时，又能减少对草莓果实的损伤，从而提高草莓果实采收，方便后续的采后的贮藏保鲜处理，满足草莓大面积种植和远距离运输，是当前草莓收获采摘中亟待解决的问题。 草莓田间采摘辅助搬运车，主要在草莓搬运过程中怎样降低对草莓果实的伤害，和在特殊地形下对草莓采摘辅助运输车怎么样保持水平和更具舒适感的把手角度调整机构，刹车制动的问题，草莓果实采摘和包装进行了研究和设计，设计出了草莓采摘搬运车的角度调整结构，把手角度调整结构，刹车制动结构，和草莓容积设计。2 草莓田间采摘辅助搬运车方案设计及运动受力分析2. 1 草莓田间采摘辅助运搬车的整体方案设计2.1

7、1 设计目标 为更好地满足实际需求，保证设计工作的顺利进行，首先确定草莓采摘辅助搬运车的整体设计原则：（1） 承载能力优良，设计出关键的工作部件。（2） 在进行设计关键部件需要考虑到部件的强度，承载力，精简机构和减少阻力。（3）在满足设计功能要求以及设计安全系数的前提下，尽量减少机具总重、降低零件装配的精度要求，同时注意零件的可装配性、易互换性。 目标整机的参数如表2-1： 表2-1草莓采摘辅助运输车的整体参数表 项目 参数额定载重100KG容量（L）168最大载重150KG外形尺寸（cm）16080120轮子材质聚氨酯/橡胶轮子规格(mm)20060净重30KG2.12设计技术路线机构设计的

8、研究方法主要包括整机原理设计、关键部件参数及结构设计、三维虚拟建模、二维工程图设计、结构优化设计等。传统的设计方法是先进行二维平面设计，根据二维设计的参数进行三维结构设计。随着现代设计方法的广泛应用以及工程软件技术的迅猛发展，可以直接进行三维建模，然后对实体模型进行仿真、虚拟装配等，确定设计是否满足要求。再通过三维建模软件直接生成二维平面视图，从而完成对整机结构和关键部件的设计。本设计的技术路线图，如图2-1。 图 2-1草莓采摘辅助搬运车的结构分析以及分析路线图2.2整机的工作方式与结构 草莓辅助搬运车的工作方式就是利用用齿轮啮合作用对搬运车搬运过程中保持水平以及通过双向棘轮机构的双向间歇运

9、动对把手的角度调整。草莓田间采摘辅助搬运车的结构简图如下图2-2。三维设计图（主视图，右视图，俯视图）和总装配图见附图，此草莓采摘辅助搬运车主要由以下几个部分组成：车架，横梁，手推杆，滚压轮，以及各个连接装置，主要工作部件是三角架调整机构和车架，以及把手角度调整机构，和刹车结构等结构构成。 1横梁 2滚压轮 3三脚架角度调整机构 4把手角度调整 5刹车制动结构 6三角架 7底架 8握杆 9手推杆 图2-2草莓田间采摘辅助搬运车结构简图3草莓田间采摘搬运车关键部件设计3.1车架的结构设计车架作为草莓田间采摘辅助搬运车的主要支撑部分，其结构的合理性决定着搬运车的稳定性，可靠性，以及确定承载参数重要

10、的依据。车架承载参数合理性对机组性能影响很大，车架设计应满足的要求：1）稳定性好并且能够承受不同地面条件下的承载。2）较大的强度，并且具有一定的弹性。车架额定载重时对各个支架的受力分析，如图3-1。 图3-1车架受力示意图F1为车架受到的压力F2为前轮的支撑力F3和F4分别为两个后轮的支撑力即要求工作应力不超过许用应力，把支架的设定数据带入公式中进行相应的计算得到支架所需要承受的应力，并选取相应材料，得到草莓田间采摘搬运车的车架参数下表3-1。 表3-1草莓田间采摘辅助搬运车的车架参数表 项目 参数材料45钢空心钢管承载能力KN3重量（千克/立方米）4900弹性系数303.2三角架角度调整结构

11、设计 本次设计采用的是齿轮进行角度的调整的方式，通过齿轮与齿槽的啮合分离 使得机构达到嵌卡固定和分离的目的。其中利用依靠齿部和齿槽部相互啮合，具有较好的固锁定位能力角度调整结构3可朝向车辆前进的方向或朝向车辆后退的方向进行双向调整，因而不论辅助车呈正在前进的方向或者由于道路问题而朝向与正在前进的方向相反的方向移动时，均可根据实际情形对横梁1的角度进行调整三角架角度调整结构如下图3-2所示： 1柱销 2弹簧 3按压块 4凸起 5齿轮 6齿盘 7三角架部分 8底架支撑部分 图3-2草莓田间采摘辅助搬运车三角架角度调整结构分解示意图 图3-3草莓田间采摘辅助搬运车三角架角度调整结构三维图因为采用的是

12、齿轮啮合方式所以有必要进行对齿轮的载荷和强度进行分析。标准直齿圆柱齿轮的作用力。为了计算齿轮强度，有必要分析齿轮上的作用力 圆周力： 径向力： 法向力： 法向力为名义载荷， 由于制造和安装误差以及受载时变形的影响使得载荷沿着齿宽是不均匀分布造成载荷局部集中，而且齿宽b越宽，轴和轴承的刚度越小，载荷集中现象越严重。载荷计算： 计算载荷K载荷系数=K齿根的弯曲疲劳强度计算： 载荷有一个齿轮承担，按悬梁臂计算，齿顶啮合时，弯距达到最大值齿根圆角30度切线两切点的连线处为危险截面：F1 = Fn cos -产生弯曲应力；F2 = Fn sin - -产生压应力，可忽略弯曲力矩：M=KFnhcos（忽略

13、不计分量F2上产生的压缩应力） 危险截面的弯曲截面系数： 弯曲应力：h和S与模数相关故与模数m无关。对于标准齿金取决与齿数Z考虑到集中应力的影响：齿轮弯曲强度计算公式：引入齿宽系数：a=b/d1 代入： d1 = m z1得设计公式：在满足弯曲强度的允许的条件下选择较多的齿数的齿轮可得到齿轮的参数如下表：表32齿轮参数设计参数 参数齿轮分度圆直径(mm）36齿宽（mm）10齿数36模数1精度等级8材料40Cr热处理方式正火、调质处理3. 3把手角度调整结构设计 为了在田间行进更好的推拉草莓辅助运输车，设计计了一种更具舒适感设计的的把手角度调整结构如图所示： 第一种设计方案：36卡擎盘 37冒扣

14、 38弹簧 40孔道 41卡销 42压盘 43柱销 45卡勾 46凸柱 图3-4把手角度调整结构的组件分解透视示意图图35把手角度调整结构装配时的侧向透视示意图第二种设计方案： 因为第一种设计不能连续的进行角度方向的调整，而且需要当卡擎盘36的卡柱43和活动手杆卡孔一一对应才能进行锁住，可能要调整合适的角度才能锁住由此进行相应的改进， 手推把手角度调整设计另一种方案，经研究发现双向棘轮结构能够很好的用于把手的角度双向调整如图36所示： 1定位销 2定位鞘 3弹簧 4棘爪 5拉杆 6齿轮凹槽 图36草莓田间采摘搬运车把手角度调整机构 棘轮、棘爪强度计算：1）棘轮的强度计算： 式中： K系数，取K

15、=1.75 棘轮所受到的扭距（N,mm) Z棘轮齿数 齿宽系数， b齿宽 许用弯曲应力（），计算后为标准值 2） 棘爪的强度设计： 式中： M=Fe（N.mm) F圆周力（N） e力臂 W 棘爪危险截面模量 棘爪宽度 棘爪危险截面的厚度A棘爪危险截面积 根据以上上述计算本机设计可以得到的棘轮棘爪参数如表3-3 ，表3-4。 表3-3 棘轮参数项目参数齿宽（mm）6齿数22模数1.25精度等级8材料45号钢热处理方式淬火处理分度圆直径（mm）30 表3-4棘爪参数项目参数材料45号钢热处理方式正火、调制处理 齿轮和活动把手一体，棘爪和凹槽相接触，当棘爪在如图3-5的位置时，我们进行把手角度调整的

16、时候逆时针转动把手的时候，由于棘爪7的凹槽部分，齿轮可以很容易的进行转动，而转动到另一齿轮凹槽部分时由于弹簧的弹性作用棘爪又恢复图3-5原来的位置，而当我们进行把手顺时针角度调整时，棘爪和齿轮凹槽直接正面接触，棘爪阻止了齿轮的运动。由此我们此时只可以进行逆时针角度调整，那我们如何进行顺时针角度调整呢，只要提升拉杆，并旋转180 使得两个定位鞘和两个定位销位置进行互换，再由弹簧的弹性作用使得棘爪和凹槽在此接触，此时棘爪的方向进行了180度旋转，根据上述的原理可知道，此时我们就可以相反方向的角度调整了。这种棘轮式角度调整的方式更加的方便快捷，把手的角度可以进行连续的调整而且比较稳固。3. 4刹车制

17、动系统结构设计 侧拉式刹车制动系统如图3-7所示，主要结构有，刹车块，弹簧，以及刹车臂和螺栓，具体的制动方式为：滚压轮和圆盘为一体，滚压轮的转动，圆盘随之转动，螺栓将两个刹车臂固定到车架上，以螺栓旋转中心轴，在受到外力的作用下，刹车臂的刹车导线被拉紧，两个刹车臂之间的弹簧由于受到外力的作用被压缩，而此时两个刹车臂将会以轴枢为旋转轴进行旋转，此时使得两个刹车块不断靠近圆盘直至接触，此时的圆盘会后到刹车块的挤压而产生摩擦力而产生阻力，阻碍圆盘的转动，进而阻碍滚压轮的转动，从而实现了刹车制动，在停止外力的作用下，两个刹车臂之间的弹簧的恢复作用而恢复原来的状态，使得两个刹车块离开圆盘，不再与圆盘接触，

18、从而解除制动，这样的刹车制动结构，可以靠增加外力进而增大摩擦力而增大阻力，可以更好的控制制动效果。而刹车制动的控制把手安装在手推杆上和自行车的刹车把手基本一致，使得操作人员只需握压刹车把手即可控制草莓采摘运输车的行进和制动，操作更加符合人体工学原理。草莓田间采摘辅助搬运车刹车制动系统的示意图，如图3-7： （a） 图3-7（a）刹车与轮子的装配后示意图6 （b） 1螺栓 2刹车臂 3刹车片4滚压轮 5圆盘 6扭52转弹簧图37（b）草莓田间采摘辅助刹车制动结构根据力臂的大小和对受力情况进行分析后扭转弹簧的参数表，如表3-5所示： 表3-5扭转弹簧的参数 项目参数弹簧绕直径D15圈数 6扭转角2

19、0 453. 5辅助搬输车的草莓容器的设计针对草莓这一特殊的果物，草莓的色泽以及果实的损伤程度大大影响着草莓的市场价格，直接影响到果农的收入，种采摘搬运和包装整合的方式，通过把草莓包装箱直接安放在草莓采摘辅助运输车，直接在草莓辅助运输车上对草莓进行包装，这样减少草莓从田间运送到包装场所后倾倒分拣后造成的二次伤害。图38为草莓田间采摘辅助车在包装箱放置在采摘辅助车上之后的示意图。1图39为草莓田间采摘辅助车一起使用的包装箱和果盒与该采摘辅助车装配在一起使用时的结构示意图。 1包装箱图38草莓采摘辅助搬运车上安装包装箱的示意图 2 2包装果盒 图39 包装箱和果盒与该采摘辅助车装配在一起使用时的示

20、意图 如图3-9中所示，一个包装箱可以配置9个果盒。作为一个实施方式，果盒尺寸可以分别为长170-180mm,宽95-100mm,高120-130mm，以与包装箱的内部尺寸相匹配，不限于此。只要果盒能够平稳地放置在包装箱内即可使用。采摘时，当果盒中放满草莓果实后，采摘人员便将果盒盖好放置在包装箱内。包装箱内能放置的果盒量最多可与包装箱的高度齐平，以便不会在该草莓田间采摘辅助车的移动过程中大幅移动或掉下来。具体的参数要和实际需求来设定，本设计很好的实现了采摘包装的一体化，这样大大较少这样减少草莓从田间运送到包装场所后倾倒分拣后造成的二次伤害。结 论本设计研究分析搬运车技术的研究背景和发展现状的基

21、础上，设计了草莓采摘辅助搬运车整机结构，同时对机具的关键部件进行了结构优化和参数设计。并通过CATIA、auto CAD等工程软件，对设计机构进行三维建模和工程图生成，对整机的结构模拟和参数设计起到了重要的作用。本次设计的主要结论如下： 1）本机车架结构；三角架的角度调整结构；把手角度调整结构；刹车制动结构；包装箱和果盒的安装的设计充分的达到了我们研究目的和内容。大大提高草莓的采摘效率，和减少了在搬运途中对草莓的损伤。在一定程度提高经济效益。 2）本机利用齿轮的啮合作用实现了三角架的角度调整能够保证机构始终能够保持在水平方向上进行运动，而把手的角度调整机构利符合了人体工学，给操作者一个更好的施

22、力的方向，大大节省了操作者的体力。3）将包装箱和包装果盒和草莓田间采摘搬运车仪器装配使用，实现了运输和包装的一体化，减少的从田间搬运到包装分拣的二次次损伤。4）三维工软件的使用在机具设计中作用显著，能很好的模拟机具的实体结构，并且可避免设计中的设计死角以及参数干涉。由三维结构图直接生成二维工程图，更加便捷高效。5）由于条件限制，本次设计仅局限于理论参数设计和三维软件的结构虚拟设计，未能制造出样机进行实验分析和可行性论证。可以考虑利用有限元分析软件进行受力分析（例如ANSYS等），进行强度模拟，找出危险截面，在此基础上进行结构优化。致 谢首先我要感谢我的指导老师伍德林教授，本学位论文是在伍教授的

23、指导下完成的，从论文的选题，资料查询，开题，研究计划的制定，设计方案的选择和论文的撰写，伍教授都悉心指导和帮助我。导师伍德林教授的学士渊博，以及精益求精的态度，令我印象深刻，让我受益无穷。我还要感谢和我的同学，是你们和我探讨设计所遇到的问题，以及在设计过程的误区和改进方案CATIA制图上给予很大帮助，让我及时的发现问题并加以改正，使得设计能够顺利的进行下去，没有你们的帮忙，我不能顺利结搞，在此表示深深的谢意。参考文献1 高泽远，王 金主编. 机械设计基础课程设计.沈阳：东北工学院出版社 19872 大连理工大学工程画教研室编 机械制图 北京：高等教育出版社19933 冯辛安主编 机械制造装备设

24、计 机械工业出版社 2004年4 濮良贵 ,陈国定 ,吴立言 主编 机械设计.第9版 北京: 高等教育出版社,20105 吴宗泽，机械结构设计准则与实例.北京：机械工业出版社，20066 马铁林，刘海桥编著，CATIA机械设计基础培训教程，北京：人民邮电出版社，20047 谢龙汗，单岩，周超明编著.CATIA V5零件设计. 北京：清华大学出版社，20058 Kuehnle M R. Torodal Drive Combines Concepts. Product Engineering，1979.9 Hinhede I,Uffe. Machine Design Fundamentals：A

25、Practical Approach. New York: Wiley，198310Sors L.Fatigue Design Of Machine Components. Oxford: Pergamom Pree ,1971Title:Strawberry picking field assisted the design of the truckAbstract：In recent years, along with the strawberry planting technology promotion and the continued expansion of planting a

26、rea. Harvest season, a lot of strawberry picking, how to keep strawberries fresh food quality survey and quality have become the serious influence the harvest the fruit with the development of modern agriculture, carrier in the field, as a kind of convenient and labor-saving means of transport in the role of the agricultural harvest increasingly significant, in this paper, we study the strawberry picking auxiliary truck field, using the mechanical principle and the principle of mechanics of materials design a how to improve the efficiency of straw