自动机械设计课程设计

SHANDONGＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

《自动机械设计课程设计》

题目:大枣采收自动分级装袋装置

院系:农业工程与食品科学学院

班级: 农机0901

姓名: 李帅

指导教师: 宋井玲

目录

一、大枣采收自动分级装置设计的背景及意义······

二、大枣采收自动分级装置总体结构··············

（1）根据给定机械的工作要求，确定实现功能要求原理方案。

（2）根据原理方案确定工艺方案和总体结构。

（3）拟定工作循环图。

（4）设计计算。

（5）画图。

三、执行机构设计······························

（1）根据给定机械的工作要求，确定原理方案和工艺过程。

（2）分析工艺操作动作、运动形式和运动规律。

（3）拟定机构的选型与组合方案，多个方案中选择最佳的。

（4）设计计算。

（5）结构设计、画图。

（6）编写设计计算说明书。

四、传动系统设计······························

（１）传动机构的选择原则。

（２）传动机构的选用。

（３）传动机构图。

（４）传动机构的比较。

一、设计的背景及意义

大枣作为一种美味可口的大众化水果，其收获具有时间紧、任务重的特点，目前常用的收获方式为手工采摘或竹竿敲击的方式，这样不仅导致劳动强度大、收获时间长，而且由于敲击作用常常导致大枣品质和商品性能下降；与现有的200910220762.1相比,其装置为气吸方式摘果,虽然对水果无损伤,但效率低下,不适合大枣采收；其中大枣分级一般另设专用设备，本装置与其相比，如200720100783采用鼠笼式分级装置，主要靠改变筛条之间的间隙完成大枣分级，与本装置具有明显的差异；所以在当前区域经济发展的条件下，许多大枣种植地区急需一种机械化、可移动式的大枣采收分级联合作业装置，以提高作业效率，减少大枣的收获损伤，降低作业成本。

二、大枣采收自动分级装置总体结构·

（一、）实现功能要求原理方案。

其工作原理为：将上、下拉杆以及水平拉杆长度调整到合适长度锁定；通过扶手调整采收分级装置的位置，使果树枝条与收拢装置方向一致，并用夹持器挂接在待收水果枝条的末端，转动套筒推动下夹持器上移实现树枝的夹紧，夹紧后由锁紧螺母锁定。工作时，由电机或拖拉机的发动机带动偏心轮进行回转，水平拉杆在偏心轮的带动下牵拉多杆连接器作往复运动，多杆连接器带动上拉杆、下拉杆作上下往复运动，从而晃动枝条，使待摘水果落下并掉入漏斗型收拢装置中，

水果滚落到漏斗底部后通过柔性管滚入分级筛，其中最大者位于上层筛，最小的位于下层筛，实现水果的大小分级。

（二、）根据原理方案确定工艺方案和总体结构。

1、工艺方案

画好二维图纸，直接送工厂生产。本产品结构简单，零件少，生产装配十分简单。从福田雷沃每天装配60-80台拖拉机的产量来看，该产品生产装配省事方便，生产量高。

生产小组采取流水线方式生产产品，生产过程中各司其职，严格按照生产标准进行生产，不能有一丝马虎，另外，对生产出的机器产品要进行严格的测试，保证无误后再投入市场，同时要有监察小组对产品生产进行监督，使各生产小组的次品生产量与其工资、奖励挂钩，从而减少次品率，提高公司效益。

科研小组要不断改进产品，以提高产品性能，降低生产成本，使本机向着经济环保型方向发展，同时还要根据各期的调查问卷，研发新产品，使产品向着多元化方向发展。

2、总体结构

一种具有分级功能的推摇式大枣采收装置，其特征在于：包括设有行走轮（1）的机架（2）、安装在机架（2）上的偏心轮（3）、由织锦材料制成的漏斗状收拢装置（4）、分级筛（5）和推摇装置，机架（2）的一端设有扶手（6），推摇装置包括多杆连接器（7）、长度可调的水平拉杆（8）、长度可调的上拉杆（9）、长度可调的下拉杆（10）和安装在上拉杆（9）顶部的夹持器，其中：

偏心轮（3）径向上设有多个销孔（11）；

夹持器包括上夹板（12）、下夹板（13）、撑杆（14）、套筒（15）和锁紧螺母（16），其中套筒（15）和锁紧螺母（16）均螺纹套装在撑杆（14）上，且锁紧螺母（16）抵触在套筒（15）的底部，撑杆（14）的底部固定在上拉杆（9）的顶部，上夹板（12）和下夹板（13）对应水平固定在撑杆（14）和套筒（15）的顶端，两者相向的内侧设有凹槽（17），通过旋转套筒（15）即可改变上夹板（12）、下夹板（13）之间的间距，辅助以锁紧螺母（16）对套筒（15）的锁紧，可实现夹持器夹紧力的调整；

多杆连接器（7）分别与水平拉杆（8）、上拉杆（9）和下拉杆（10）的一端铰接，水平拉杆（8）的另一端经插在销孔（11）中的销轴（18）与偏心轮（3）铰接，下拉杆（10）的另一端与机架（2）经过销连接，收拢装置（4）承接在夹持器的下方，底部设有柔性管（19）；分级筛（5）承接在柔性管（19）的出口处。

3、拟定工作循环图。

工作主要分为⑴夹持过程；⑵晃动阶段; ⑶分级筛选阶段

4、设计计算。

树干推摇机工作频率为15～45Hz，振幅为5～20mm；

激振器频率为7～20Hz 振幅为38～50mm；

柴油机功率：1.1kW；转速：2000转/min;生产率：50棵/小时；采净率：92%以上，果实分级合格率：98%

5、画图。

三、执行机构设计

（１）机构设计和选型

本装置的水平拉杆、上拉杆和下拉杆长度可调，能满足不同高度果树的水果采收；偏心轮与水平拉杆的铰接位置可调，可以实现不同振幅下的枝条晃动，满足不同水果的采收；收拢装置为织锦类柔性材料组成的漏斗形结构，不仅可以最大限度地实现水果承接，而且可以减少收拢过程对水果造成的损伤；将采收与分级筛结合在一起，实现了联

合作业，减少了作业环节，提高了作业效率；整个装置有行走轮支撑，便于运输和位置的调整；本装置除了大枣收获外，还可用于其它水果的采收和分级。

（2）分析工艺操作动作、运动形式和运动规律，选择最优的执行方案。

每一台机器都是按照某一需要的设计的，所以它们必须具有满足需要的功能。这些功能是通过机械系统中与工作对象相关的构件的运动表现出来的。这些构件称为执行构件，有时也称为输出构件。在大枣采收装置中，所采用的执行机构是偏心轮机构。通过传动机构的带动，大枣采收装置水平拉杆带动夹持器夹住树枝实现往复运动。因为偏心轮机构与其它机构相比易实现往复运动，而且结构简单，可实现上下小振幅振动，所以宜选择偏心轮机构。在选择水平拉杆的连接方式时，我们用销与偏心轮连接，这样既保证了水平拉杆水平往复，而且也保证了水平拉杆上下振动，而且机构简单。

设计夹持器的结构时，为保证良好的工作性能，夹持器包括上夹板、下夹板、撑杆、套筒和锁紧螺母。其中套筒和锁紧螺母均螺纹套装在撑杆上，且锁紧螺母抵触在套筒的底部，撑杆的底部固定在上拉杆的顶部，上夹板和下夹板对应水平固定在撑杆和套筒的顶端，两者相向的内侧设有凹槽，通过旋转套筒即可改变上夹板、下夹板之间的间距，辅助以锁紧螺母对套筒的锁紧，可实现夹持器夹紧力的调整；（3）设计计算。

推摇装置包括多杆连接器、长度可调的水平拉杆、长度可调的上

拉杆、长度可调的下拉杆和安装在上拉杆顶部的夹持器。其优点是：

①水平拉杆、上拉杆和下拉杆长度可调，能满足不同高度果树的水果采收；

②偏心轮与水平拉杆的铰接位置可调，可以实现不同振幅下的枝条晃动，满足不同水果的采收。

③当上拉杆下拉杆的长度相等时最省力，节约能源。

偏心轮半径为0.15m

水平拉杆长0.8m-1.2m，可调节长度为0.4m

上拉杆长0.8m-1.2m，可调节长度为0.4m

上拉杆长0.8m-1.2m，可调节长度为0.4m

上拉杆、下拉杆转动的最大角度为14度

最高点可在竖直方向振动7.62mm

（4）结构设计、画图。

（5）编写设计计算说明书。

上拉杆、下拉杆长度均为极限值1.2m时，偏心轮半径为0.5m下拉杆下端点固定，如下图OA长120mm,AB水平距离30mm,计算可得角AOB为14度。最高点可在竖直方向振动7.62mm，竖直方向振幅小减少对树枝的损伤。

偏心轮旋转分配角图如下：

四、传动系统设计

（1）原动力的选择

⑴原动机的特点

a.一次原动机此类原动机是把自然界的能源直接转变为机械能，因此在没有二次能源的情况下选用一次原动机。属于此类原动机有柴油机、汽油机、汽轮机和燃气轮机等。

b.二次原动机此类原动机是将发电机等变能机所产生的各种形状的能量转变为机械能，因此称为二次原动机。属于此类原动机的有电动机、液压马达、气动马达、汽缸、和液压缸等。

⑵选择原动机时应考虑的因素

○1必须考虑到现场能源供应情况。在有电源的条件下尽可能选择电力驱动，因为它的成本低，操作控制方便，机械活动范围广，离电源远或无电源时可考虑选择柴油机作为原动机。当有现成气源时（如铸造车间）可选用气力驱动（气动马达和汽缸）。

○2必须考虑到原动机的机械性能和工作制度与工作机相匹配。例如，挖掘机在工作中当遇到大阻力（如巨石、古树根根等）时，为保护整个机械装置，它应能立即停止工作（称之为挖掘特性），所选原动机也必须具有此特性。又如纺织机械上用的电动机应选用连续工作制，而起重机械上用的电动机应根据该起重机工作的频繁程度选取相应的工作制度（FC=15% ~60%）。

○3必须考虑工作机对原动机提出的启动、过载、运转平稳性、调速和控制等方面的要求。如电力机车要求原动机启动力矩大、调速范围宽。

○4必须考虑到环境工作因素。如防爆、防尘、防腐蚀等。例如，对于食品机械必须考虑到不能污染食品以及便于清洗等要求。因此，在考虑选择汽缸和油缸作为原动机时，应选择汽缸，而油缸的漏油会污染食品。

○5必须考虑工作可靠，操作简便，维修方便。比如再单机集中驱动和多机分别驱动之间，考虑到操作维修方便往往选择多机分别驱动为好。

○6为了提高机械系统的经济效益，必须考虑经济成本：包括初始成本和运转维护成本。

此外，所选原动机的额定功率必须满足负载需要，但也不宜过大。对电动机来说所选电动机功率过大造成功率因素过低也是不经济的。

⑶柴油机的选择

根据原动机的选择因素以及大枣采收装置的功能原理要求和设计要求，需选择一次原动机运用柴油机的转动输出带动偏心轮机构运转。柴油机作为原动力。初始成本低、费用低、维修及维护方便、功率范围广，符合原动机选择考虑因素.因大枣采收装置的功能原理和设计需求,故选用功率为1.1KW的柴油机作为此设计系统的原动机。

（2）确定传动机构方案和采用的传动形式，多个方案中选择最佳的。

⑴传动机构的选择原则

○1对小功率传动，应在满足工作性能的需要下。选择结构简单的传动装置，尽可能降低初始费用。

○2对大功率传动。应优先考虑，传动的效率，节约能源。降低运转费用和维修费用。

○3当执行机构要求变速时。若能与动力机调速比相适应可直接联接或采用定传动比的传动装置。当执行机构要求变速范围大。用动力机调速不能满足机械特性和经济性要求时，则应采用变传动比传动，除执行机构要求连续变速者外，尽量采用有级变速。

○4执行机构上载荷变化频繁，且可能出现过载，这时应加过载保护装置。

○5主、从动轴要求同步时，应采用无滑动传动装置。

○6传动装置的选用必须与制造水平相适应。尽可能选用专业厂生产的标准传动装置。如减速器、变速器和无级变速器等。

⑵传动机构的选用

○1把原动机输出的速度降低或提高。以适应执行机构的需要。

○2用原动机进行调速不经济和不可能时，采用变速传动来满足执行机构经常调速的要求。

○3把原动机输出的等速回转运动变为执行机构所要求的。其速度按某种规律变化的回转或非回转运动。

○4把原动机输出的转矩变换为执行机构所需多大的转矩或力。

○5实现有一个或多个动力机驱动若干个速度相同或不相同的执行机构。

○6由于受机体外形、尺寸的限制、或为了安全和操作方便，执行机构不宜与原动机直接联接时，也需要用传动装置来连接。

⑶传动机构图

根据大枣采收自动分级装置的设计要求，选择带传动后，接着齿轮传动。其机构如下图所示。

带传动采用同步带传动，从柴油机主轴出来到变速箱输入轴速度不变，只是改变了转动轴的高度。根据齿轮传动要求，设一级减速n

减为500r/min，再由凸轮轴传给水平拉杆。由水平拉杆将动力传到树枝上。

由设计方案，各齿轮的模数m=4，齿轮1 的中经为

80mm,n1=2000r/min.n2=500r/min

i12 =n1/n2=Z2/Z1=4/1

经过以上减速后即可得到最终期望

转速n=500r/min.

(4) 传动机构的比较

由于带轮广泛应用于柴油机等原动力机器输出，所以一级采用带轮输出。齿轮传动相对于带轮传动来说结构紧凑，且能满足设计要求。所以在二级传动应用齿轮传动平稳，不会打滑能够保证传动的速度精度。在减速前，应用带轮对传动的精度影响不是很大，且能够满足长距离传动，因此应用带轮传动简化结构，满足设计原则要求。