《机械原理课程设计》单人手持采梨机构的设计

《机械原理课程设计》单人手持采梨机构的设计摘要：针对一些难以使用常规方法进行采摘的刺梨效率慢，安全性低，难以采摘高处果实的情况，设计了一款单人单杆可伸缩的刺梨采摘器。该采摘器特有的刀片能实现高效采摘，此外可通过调节杆的长度实现对刺梨的远距离采摘，杆旁设置固定塑料收集器，以实现对刺梨的收集。采摘器由采摘头，可伸缩杆及塑料收集管组成，其工作流程为采摘工人手持刺梨采摘器，调节杆长至合适位置，再将刀片对准刺梨，通过手柄处拉杆控制刀片剪切刺梨茎，随后刺梨顺着塑料管进入收集器，本机器除了可以采摘刺梨，对苹果等类似作物也可以实现高效采摘。关键词：果实；采摘；手持；收集0引言中国是世界上最大的水果生产国和最大的水果消费国，约占世界水果种植行业产量的14%，巨大的水果市场的快速发展增加了市场对果园机械的需求。采摘的操作具有比较复杂的操作难度和季节性，如果采用人工采摘，不仅效率低，工作量大，而且容易对果实造成损害，造成果实腐烂，最后导致浪费，降低果农的收益。所以采摘机的使用不仅提高了采摘效率，还降低了损失率，节省了人工成本，提高了果农的经济效益。因此，提高拣选作业的机械化是非常重要的。随着农业从业人员的减少和老龄化趋势的加剧，收获机的开发和使用具有巨大的经济效益和广阔的市场前景。近几年，采摘机中国发展迅速，并且有很多机器学习的采摘水果，但差异不同，对于大型采摘机，成本高，操作困难，维修成本高，不同的水果种植地区的地理条件和变化的水果品种,突出了机器的不同发展要求的采摘，因此，如何开发一款便捷，容易上手的采摘机是眼下急需解决的问题。对于自动采收来说，难度大，成本高，不适合目前以农民为主的中国国情。手持成本低，但生产过程中的劳动强度大，不像传统的自动扶梯攀爬挑选方便。而简单的水果辅助采摘机是一种移动的辅助采摘设备，专为生产环境和收获类似体积的水果的需要，如苹果，梨，它属于农业辅机，主要用于采摘相关水果，也可用于修剪果树的树枝和叶子。辅助收集水果是集成在采集和收集,和它的主要特点是手持操纵杆，通过万向节实现伸缩和调节。可在各个方向调整，解决了采摘和劳动强度的问题。同时，辅助水果采摘机结构简单，生产成本低，维修成本也低，价格几乎所有的果农都能接受，且适用于多种水果采摘，还具有修剪枝叶的功能，具有良好的实用价值。因此，辅助采果具有较高的普及和应用价值，市场潜力不可估量。所以本文设计了一款操作简单，成本低且可以辅助单人采摘果实的机器。1.单人辅助采梨机的总体设计整体三维结构本图给出了一种单人辅助采梨机，本机构设计了多种刀片组合式剪切，可以确保剪切时不会出现剪不断的情况。此外，齿轮连杆机构与下方的拉杆相连，人工只需手动拉动拉杆便可实现采摘，采摘完一个果实后，向上推动拉杆便可以实现复位，从而继续下一个果实的采摘。如图1所示，左端设计有两种刀片，右边设计有一个单刀片，在剪切时能有效确保茎秆的剪断。图1剪切装置实体图(a)收集存储装置(b)果实下落收集装置图2收集装置整体设计图2.工作原理概述2.1收集装置如图2所示，之后落入下方的收集装置中，收集装置设有多级缓冲装置，管道内设有海绵，挡板，弹簧，能够确保果实能够完好无缺的落入到收集机构中，并不与下方已有的果实发生磕碰。收集装置可以进行收缩、伸长，左端的固定装置可以保证整体的稳定，右边的滚动装置可以保证整体的移动。2.2剪切形态图3剪切装置模型图如图3所示，设计有齿轮连杆机构，果农手持采摘机器，移动至果实的正下方，将剪切口对准果实的茎秆，一切就绪后，向下拉动连杆，在杆牵引力的带动下，带动上方两个齿轮的转动，齿轮正转时，上方连杆向下运动，带动最外沿的刀具靠近，实现剪切，剪切完成后，向上推动拉杆，带动齿轮反转，刀具随之张开，果实被剪切完成。2.3保护装置此外，这个机器的最外端轮廓有保护罩，可以有效防止在采摘果实的过程中的落叶，泥土飞入的机构中，从而使得机构卡住，无法正常工作。3.尺寸的设定3.1机构尺寸考虑到果树的高度与果农的操作便利，在手持杆的部分设计了伸缩机构，最大可伸长2.5m，果农可以根据具体情况任意收缩，达到预期高度后，在锁紧装置的作用下，伸缩杆会立即锁紧，考虑到设备的稳定性，一共设有三个锁紧装置，能够万无一失的确保果农的使用安全性。与之配套的还有收集箱，容量为0.7m³，下放有滚动的轮子，如果存在果实很高的极端情况时，果农可坐在收集箱上手持收集杆进行采摘，考虑到地形凹凸不平的情况，收集箱还有辅助的稳定装置，确保收集箱不会发生侧翻。齿轮的参数如下，分度圆直径：D=250mm，且为标准齿轮，模数：m=10，ha*=1，c*=0.25，压力角α=20°。3.2机构结构简图图4如图4所示，该部分机构由4个连杆，2个完全相同的齿轮组成。4.运动学分析4.1自由度的计算由图4可知，该机构一共含有4个运动构件，2个齿轮连杆机构，与其之间的2个连杆，自由活动构件数n=4。两个齿轮之间的连接杆固定不动，并与下方的拉杆刚性连接，不计入活动构件中。5个低副（转动副），2个齿轮有2个转动副，齿轮与连杆之间有3个转动副，低副个数P1=5。齿轮与齿轮之间相互啮合有一个高副，高副个数Ph=1。由自由度计算公式（1）F=3n-2P1-Ph(1)所以可得该机构自由度为：F=3*4-2*5-1=1>0。在该运动状态变型机构中，该机构的主动件的原动件数为F=1，所以该机构有确定的运动。4.2剪切装置连杆的位移分析图5位移—时间变化曲线剪切装置的连杆由0s开始运动，在0至0.5s内完成一次剪切，在0.5s至0.8s内完成刀具张开。剪切过程设计的时间更长，是为了更好的完成果实的剪切，避免出现茎秆藕断丝连的情况，这样，在一个连续的周期内，完成剪切只需要0.8s，在实际使用中还要考虑果农的操作与移动连杆至适当的位置，整体下来，本机器较传统采摘来说，可以提高一倍的效率。4.3剪切装置连杆的速度分析图6速度—时间变化曲线剪切时，为了保证剪切的速度由慢到快，我们根据使用情况，在使用的时候移动到需要剪切茎秆的适当位置前，然后以较慢的速度向上移动，在移动到适当的位置之后，刀具随之快速合拢，与茎秆贴合，实现剪切，在剪切完成之后，两侧的刀具随之张开，再回到剪切前的状态，至此，为一个周期，下一次剪切时便重复上述过程。经过测试后，使用该机器只需要人手动拉动拉杆，劳动强度大大降低，安全性也显著提高，在效率上，该机器的采摘果实效率大致为人工的三倍，特别是在采摘高处果实时，有着更大的优势。5.总结我们在比较市面上各种类型的果农辅助采摘装置的优缺点后，设计一种结构简单、成本低廉、安全性能高的单人辅助采摘机器，操作难度低，几乎所有果农都能轻松使用，具有很高的研究价值和市场意义。提出了一种集采摘与收集于一体，创新设计了一种的安全、可靠、效率高的单人辅助采摘梨装置。

2，设计了“2+1”型刀口剪切装置。

3，通过传输机构上的支