大枣收获机设计

大枣收获机设计针对河北阜平大枣设计了一款收获机器，打枣装置采用曲柄连杆机构，对枣树枝进行高频率低振幅的上下往复振动，实现机械化打枣，收枣装置采用负压原理，由汽油机带动高压轴流风机的运转，使箱体内部与外部产生压力差，从而将地面上的枣吸入箱体内部，完成大枣的收集。本装置预期达到生产率N30株/h；采净率N80%,初步确定该打枣装置的振动频率400〜500次/min,振幅为20〜30mm。标签：大枣；打枣装置；曲柄连杆；收枣装置；压力差打枣装置设计打枣方案设计方案一：水平横向拉动树干振动。此种方法在一些矮化密植的枣树上有应用，如新疆，但本设计针对河北阜平大枣，这里的枣树历史悠久，树干高大，直径较粗，因此水平方向拉伸需要消耗较大的功率且不能保证落果率，不予采用。方案二：打枣杆在鳖直平面内一定幅度摆动，击打树冠。在人工收枣时经常采用此种方法，但经常是作为其他收枣方式的辅助，比如落果不完全时，用长度约2米的韧性枝条作为工具直接击打未落果的树枝，优点是操作灵活，落果率高，不足之处是由于对枣树枝条进行横向击打，枣的运动方向为水平出发的抛物线，落地方向里枣树较远，收集困难。如果以机械方式完成全部落果，由于树干较高，有的甚至高度达到12米，在初期需要对枣树树冠进行摆幅较大的击打，力矩较大，消耗的功率就多，所以此方案不予采用。方案三：竖直方向依次振动树冠主要枝条。采用小幅高频树冠振动方式，用连接杆迫使树冠做小幅高频震动，当树枝上的红枣所受惯性力大于果柄拉力时，红枣与果树脱离，从而实现红枣的采收。此方案落果率高，且枣的掉落位置就在枣树的周围，收集方便，予以采用。打枣装置整体结构为了适应工作位置移动要求，整个打枣装置安装在一个带轮子的底板上，用手推动机构移动位置。采用汽油机作为动力源，带动固定在汽油机上的带轮转动，主动带轮带动从动带轮，即实现对汽油机的降速，带轮传动能吸收运动传递过程中的震动，尤其是机构在颠簸的坡地上运动时，由于曲轴与从动带轮同轴，所以从动带轮的转动带动曲轴转动。曲轴的转动带动铰接在其上的打枣杆上下往复运动，可调节高度的打枣杆通过顶端钩子链接枣树的树枝上。通过杆件的上下运动带动枣树枝的上下振动使枣掉落，最终实现高效打枣，节省了人力。曲柄做圆周运动的转速由带轮的转速和传动比大小控制，而带轮的转速是根据汽油机动力输出轴的转速而调节的。因此只要调整汽油机的功率，输出转速便随之改变，就可实现振动频率的改变以适应不同直径大小、不同成熟度果园大枣的采收，如图1所示。打枣关键部件设计振动频率和振幅的确定大枣振动采收装置的工作过程是将振动机构产生的机械振动传给枣树枝，果枝受到外加的强迫振动后以一定的频率和振幅(与振动机构的频率和振幅不同)振动，这样就使大枣果实因振动而加速运动，从而受到惯性力的作用。当惯性力大于大枣果实与果柄之间的连结力时，大枣就会被振落。科学研究与实践表明，大枣受到振动时的运动很复杂，机械振动采收大枣时，虽然果实受到的强迫振动是在某一个平面内，大枣却可以在做任意振动，大枣果实受到强迫振动后的主要形式为摆动，而摆动可以作为振动采收时的主要运动形式，简化后枣树及其受到的振动力的情况见图2,其中L1为树干长度L2为大枣果枝长度。从上述计算结果可知：运动由打枣杆带给果实的胁迫简谐运动和果实的自由振动组成，这样可得出果实的基本运动规律，就可以求出作用在红枣果实上的法向分力Fs和切向分力Fn分别为：Fs=mLB2,Fn=mL6…式中：小——大枣果实摆动的角速度；。…——大枣果实摆动的角加速度。Fs与Fn的大小由摆动倾角0决定，而0由F(t)决定，那么就可以根据大枣果柄的强度、大枣果实质量来选择振动机构的振动频率和振幅，初步确定该采收装置的振动频率为400〜500次/min，振幅为20〜30mm。曲柄连杆机构的设计曲柄连杆机构如图4所示，能将发动机的圆周运动转化为连杆往复直线运动，本机采用偏距为20〜30mm的偏心式曲柄连杆方式连接，以此实现较小行程的往复直线运动，满足设计需求。偏心式曲柄的动力是由便携式汽油机的动力经带传动输入的。2收枣装置设计2.1收枣方案设计按照实际情况将大枣分为四种颗粒大小，所以收枣装置需要不同大小的进气口。方案一：将进气口与红枣收集机分开设计，设计四种不同大小的进气口，收集不同颗粒大小的大枣时，只需更换进气口即可。方案二：将进气口设计在红枣收集机的箱体底部，按照四种不同颗粒大小的红枣中的最大红枣进行设计，适合收集所有颗粒大小的红枣。本设计选用方案一，可以根据红枣的颗粒大小来选择进气口，并且进气口损坏仅需更换即可，而且根据需要更换不同大小的进气口后可以调节汽油机的输出功率，可以减少燃料的损耗。而方案二有着很大的局限性，而且大大的增加了箱体的长度。收枣装置整体结构汽油机的旋转运动经减速箱减速后，带动高压轴流风机的运转，将箱体内部的气体排出，使之箱体内外产生压强差，在进气口出产生吸力，将掉落在地的大枣收集进入收集箱内，完成对大枣的收集，如图4所示。收枣关键参数设计风压大枣从地面上被吸入进气口所用的时间：t<0.40.4=1s大枣所收的加速度，由S=vot+12at2且进气口距地面的高度h=0.01m,得：a=0.02m/s2大枣的直径为：2〜2.5cm,所以大枣收集机构可最多同时吸入的红枣数为：n=0.2/0.02=10；所以同时吸入的大枣的总质量：m=10x0.02=02kg大枣收集机械对大枣产生的吸力F=m(a+g)=0.2x10.02=2.004N考虑到进气口处的气体损失，取F=4N所以箱体内外压强：p=FS=40.05x0.2=400Pa通风机的主要性能参数是风量、风压、轴功率和效率，下面进行具体分析。风量Q风量指以风机进口状态的气体体积流量(m3/h),又因通风机的压缩比比较小，故可以忽略进、出风机流量的变化。进气口处气体的速度：vt=0.4/1=0.4m/s；所以风量Q=vt・t・020.05=04020.05-1=0.04m3/s。风压Pt单位体积气体流经风机所获得的能量，单位为N/m2。这里，不用压头而改用风压。因为对于气体，压头的含义是单位重量气体流经风机所获得的能量，单位是N<m/N气柱。那么，1Kpa的屋力就相当于102m气柱。可见，对于气体，若采用压头表示，数值太大，使用不便。若改用单位体积流经风机所获得的能量表示，可直接使用压强单位，故称为风压。若以每立方米气体为基准对风机进出口列出机械能衡算式，并忽略进出口位差变化和进、出风管的阻力损失可得下式：当风机是由静止的大气吸入气体，而且气体压力按表压力计时，则因u1=0和p1=0故得风机的全风压为：2.4.3轴功率和效率3结束语河北省阜平县枣产业发达，但是至今还没有帮助枣农实现机械化打枣的高效农业机械，仍然依靠传统的枣杆人工打枣，人工捡枣方式，增加枣农劳动强度，影响收枣效率，从一定程度上制约了枣农业的发展。本设计通过调查分析，研究传统打枣原理，进行优化分析，最终设计了一款高效大枣采收机械，将枣农从劳累的劳动中解放出来，产品设计小巧、简单，在不用经过任何培训的情况下，一个人即可实现高效率的打枣、收枣。参考文献[1]杨红英.矮化密植红枣采收装置的设计[J].农机化研究，2012,(6).[2]高团结.果园核桃机械化采收装置的设计[J].中国农机化学报，2013,(9).[3]黄麟，张春林，韩宝玲.曲柄滑块机构惯性力部分平衡的研究切.机械设计，2006,23(8)：37-40.⑷汤智辉，孟祥金，沈从举.机械振动式林果采收机的设计与试验研究[J].农机化研究,2010,32(8)：65-69.率面进行具体分析.骞3.2风量Q风城指以风机进口状态的气体体和谎卅1武打又蚓通风机的压箱比比较小T也可以忽略进「H凤机液显的变化.进飞口处气体的速度:%=0.4'=0.4m/si所以凤廿Q=m-L-0.2-0.0&=0.4*0.2*0.05*1—0.04m，在*2.3.3风压Pt学府体积'L体流经风机所获得的能X，单位为N/E、途里•不用压头而改用风庄.因为知于气体，压头的含义是单位由出气体流经风机所获得的能岫•单位是N・e/N气柱.那幺.1K那的反力就相当于IWe气杵.可见,对于气体.若采用阵头表示，数假人大,使用不便.昔改用中.位体积流”风棍所获渴的能抬表示.可直接使用压福塔位.故称为凤年.若以把立方米气体为基潜对风机进出口列出机械麓衢算式t并恕略进吐口骨差变化和进油风管的阻力领失可得下式，Pt—fpif)+[p(v|-vf}]/2当风机是由静止的大气吸入气体，而且气体压力按表压力计时.则因比=0和pi=0的德风机的全同压为rPt=Pac+Pk=PzH-pvI/2式中谯为羯机进口气体压力为风机中口气体速掰:p为气体密度，则宥m+pvpE=400+1.2X3写LI400.09£Fa2,4.S相财率和被率风机的有效功率用=磊=口皿畿。出=aoiekw；风机的效率GSi，风机的功率M的与空-9第处kW一TfU.OD3结束语河北省阜平县里产业发达.但是至今还没有禧助格农宅现机械化打电的高效农业机械，仍然依新传统的枣杆人工打弹.KT拎客方式.增加枣农药动低度,影响收些效率-从一定程变上制约了枣农业的发展.不设计通过调在仆析、研究传统打黑原理,进行优化分析,燧终设计了一款高效大枣采收机械,照图我从芳舄的苛动中除故出来.产品设计小巧.新单*在不用经邑任何培训的情况下，一个人即可实现而敕率的打牢■收出“参考文就L13将虹息烟化雷植狂卑半肢装置的设计口工收礼化球光.如】九C6).[药自团拈，M国融楸■把理相亲收密冗的诙计U1在内表机化学4H.20113LL3J步*S.氽春旌，并文於，曲将潸决优处慢世力邦全平皆鞘研究[J]一械被讦,2DQ&.*(注37-40.■L诵钎禅，象并叠，流玳举一林里施泰式舞果；(Ut乩的徨计与优总研北口],也机牝研■第.加1口.舞《加:6A69,中心做摆动.那么B处与果实的运动情i兄可简化为图3的旭式*S3果爽运动新图迭坐标芯P'Y''取匚点在x,or.平面内的愤角a为广义坐标.则c点在xoy平面内的绝对运动暨标为:m=&士Lmin"y=¥g土【工口加由花格朗U方程：_daway_3W而w-Wf一百H中;W为动熊；」为势傩.W="^"皿2=-^ft3<t^+y^)U=mgLoD5iH将W.U分别代A拉格朗日方程中•得:,_H由丹］咿一％一［由呷t)°-m/T)式中：依假福；件——大出果实他避迫振动的湿动频率：［.——大型果翼生心到悬点用离C3 大本果实自由摭曲的植率：0——大冬果实摸动的候M；m 大枣果实的里址。从匕述“•算结果可知:运动由打手杆带第果实的胁迫荷谐运幼和果实的自由振动组成.这样nf得止果实的基本运动规律.就可以求舟作用在打冬果变上的法向分力F,和切向分力Fn分别•为：F*=eLR+Fr,=mkb式中—大寿果实摆动的角速度；0——大理果实投动的仙加速度.区与区的大小山摆劭便谢什决定.而白由F⑴更定.那么就可以根据大牢果柄的强度.大卑果实质.玷来选择振动机构的振动顿率和振幅.初步确定该采收装置的振动极率•为我口~50。次,''min.振幅为2ft-30mjn.LS.2曲相连科机构斡径计曲柄挂杆机构加困4所示卜能将发动机的回周.动转化为连杆往复出空运动+K机率川偏距为加〜3口nvn的偏心式曲柄建杆方式连接，以此实现较小行程的往复直线运项,满足设计需求，偏心式曲柄的勖力是由便携大汽油机的动力经带传M输入的o2收率装置设计1收考方案设计按照实际情配将大型分为四种颗粒大小.所以收出装置盘要r不同大小的进气口：，方案一第进气门与红率收集机分开设计，设计四种不同大小的进气口.收集不同颗粒大小的大型时.只需更摭进，口即可。方案_:将进，口设计花红再收集机的精体底部.按倒四种不同颗粒大小的红枣中的般大红枣进行设汁，造合收袈所有颗粒大小的红亭.本设计进川方案一•可以根据红眼的颗粒大小来选撵边气口，并且进气口损原设制史换即可.而且根据需要更换不同大小的避气口后可以调仃汽油机的输出功率.可以减少燃料的拗耗.而方案二■{1出很大的局限性.而且大大的增加广箱怵的K度.2.2收惠胎黄整体结构—机的旋■运动机减捷箱减遏后.带动高压轴演回机的运转.将箱悻内部的气体排出.使之箱体内外产生压强差,在避气口由产生吸力，将掉落在地的大事收集迸人收集箱内,完成对火叩的收集，如图4所示.国4收零装置整体给构示意图工3收枣关键参鞅设计2.3.1风房大枣队也面上被吸入进气口