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16 屆畢業(yè)設(shè)計
番茄收獲機(jī)的設(shè)計
學(xué)生姓名
學(xué) 號
所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院
專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動化
班 級
指導(dǎo)老師
日 期 2016.05
機(jī)械電氣化工程學(xué)院制
前 言
目前中國已成為繼美國之后世界第二大加工番茄生產(chǎn)基地，其加工番茄的種植面積約占世界總種植面積的28%。是我國最大的加工番茄生產(chǎn)基地，其具有發(fā)展加工番茄生產(chǎn)得天獨厚的農(nóng)業(yè)資源。晝夜溫差大、日照時間長、干燥炎熱、病蟲害少、獨特的自然條件為大規(guī)模發(fā)展加工番茄產(chǎn)業(yè)提供了非常有利的條件，約占中國加工番茄的種植面積的80%左右。2009年番茄種植面積已達(dá)158萬畝，番茄產(chǎn)量達(dá)到744萬噸，生產(chǎn)番茄制品101.46萬噸。然而，目前的加工番茄普遍采用人工采收，勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，費時費力，采收費用高，且常由于采收不及時，造成大量的加工番茄腐爛在地里，而正值的秋收季節(jié)之時，致使勞動力極為緊缺。但經(jīng)過十幾年的發(fā)展，的“紅色產(chǎn)業(yè)”發(fā)展迅猛，產(chǎn)量逐年遞增。
大力發(fā)展番茄產(chǎn)業(yè)，加快發(fā)展步伐，就促使番茄收獲實現(xiàn)機(jī)械化。番茄收獲是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，目前大都是人工采收，生產(chǎn)效率低，而番茄成熟季節(jié)與棉花成熟季節(jié)相同，由于是棉花大省，占用勞動力很多，往往都是因為勞動力不足，影響了番茄的最佳成熟時節(jié)，嚴(yán)重影響了番茄的品質(zhì)，造成了一定的損失!由于進(jìn)口番茄收獲機(jī)存在價格昂貴服務(wù)周期長和收費高等問題，對我國番茄機(jī)械化采收技術(shù)的推廣和普及造成很大障礙，嚴(yán)重影響了和兵團(tuán)番茄產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。 為此，設(shè)計一種番茄收獲機(jī)，并對該機(jī)的關(guān)鍵部件進(jìn)行研制，該機(jī)可同時完成番茄秧的切割、果秧分離和輸送等工作。
關(guān)鍵詞：自走式；收獲機(jī)；番茄
目 錄
1緒論 1
1.1課題研究的意義 1
1.2國內(nèi)外番茄收獲機(jī)發(fā)展?fàn)顩r 1
1.3國內(nèi)外番茄收獲機(jī)存在的問題 1
1.4研究的內(nèi)容和方法 2
1.5預(yù)期目標(biāo) 2
1.6重點研究的關(guān)鍵問題及解決思路 2
1.7工作條件及解決方法 3
2果秧分離的典型方法及果秧分離機(jī)構(gòu)方案的選擇 3
2.1幾種典型分離裝置 3
2.2果實分離裝置方案的選擇 4
3番茄分離裝置的總體設(shè)計 4
3.1番茄種植模式及物理機(jī)械特性 4
3.2梳齒滾筒式分離裝置的設(shè)計 5
3.3番茄果秧分離機(jī)構(gòu)工作原理 6
3.4分離滾筒主軸的設(shè)計 6
4切割裝置的設(shè)計 7
4.1切割撿拾裝置 7
4.2往復(fù)性割刀的結(jié)構(gòu)特點總成設(shè)計 7
4.3割刀運(yùn)動和速度分析 8
5輸送帶的設(shè)計與整機(jī)參數(shù) 11
6機(jī)架總成設(shè)計及整機(jī)主要參數(shù)指標(biāo) 12
6.1 機(jī)架總成設(shè)計 12
6.2整機(jī)主要參數(shù)指標(biāo) 13
7軸的校核 13
總 結(jié) 15
致 謝 16
參考文獻(xiàn) 17
畢業(yè)設(shè)計
1緒論
1.1課題研究的意義
目前中國已成為繼美國之后世界第二大加工番茄生產(chǎn)基地，其加工番茄的種植面積約占世界總種植面積的28%。是我國最大的加工番茄生產(chǎn)基地，其具有發(fā)展加工番茄生產(chǎn)得天獨厚的農(nóng)業(yè)資源。晝夜溫差大、日照時間長、干燥炎熱、病蟲害少、獨特的自然條件為大規(guī)模發(fā)展加工番茄產(chǎn)業(yè)提供了非常有利的條件，約占中國加工番茄的種植面積的80%左右。2009年番茄種植面積已達(dá)158萬畝，番茄產(chǎn)量達(dá)到744萬噸，生產(chǎn)番茄制品101.46萬噸。然而，目前的加工番茄普遍采用人工采收，勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，費時費力，采收費用高，且常由于采收不及時，造成大量的加工番茄腐爛在地里，而正值的秋收季節(jié)之時，致使勞動力極為緊缺。但經(jīng)過十幾年的發(fā)展，的“紅色產(chǎn)業(yè)”發(fā)展迅猛，產(chǎn)量逐年遞增。
大力發(fā)展番茄產(chǎn)業(yè)，加快發(fā)展步伐，就促使番茄收獲實現(xiàn)機(jī)械化。番茄收獲是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，目前大都是人工采收，生產(chǎn)效率低，而番茄成熟季節(jié)與棉花成熟季節(jié)相同，由于是棉花大省，占用勞動力很多，往往都是因為勞動力不足，影響了番茄的最佳成熟時節(jié)，嚴(yán)重影響了番茄的品質(zhì)，造成了一定的損失！由于進(jìn)口番茄收獲機(jī)存在價格昂貴服務(wù)周期長和收費高等問題，對我國番茄機(jī)械化采收技術(shù)的推廣和普及造成很大障礙，嚴(yán)重影響了和兵團(tuán)番茄產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。 為此，設(shè)計一種番茄收獲機(jī)，并對該機(jī)的關(guān)鍵部件進(jìn)行研制，該機(jī)可同時完成番茄秧的切割、果秧分離和輸送等工作。
1.2國內(nèi)外番茄收獲機(jī)發(fā)展?fàn)顩r
美國是世界上加工番茄生產(chǎn)第一大國，采用機(jī)械化收獲以后，不但促進(jìn)了番茄種植規(guī)模的擴(kuò)大，而且使番茄收獲費用從占生產(chǎn)總費用的50%降低到16%。種植面積的擴(kuò)大和收獲費用的降低對提高美國番茄產(chǎn)業(yè)的競爭力起到了極大的促進(jìn)作用。
美國加工番茄機(jī)械化收獲與其它作物機(jī)械化收獲發(fā)展過程的最大區(qū)別是，加工番茄機(jī)械化收獲的發(fā)展充分體現(xiàn)了農(nóng)藝與機(jī)械化技術(shù)的結(jié)合；它是首先通過選育出適于機(jī)械化收獲的品種之后，才著手研制番茄收獲機(jī)的。1962年以后，適于機(jī)械化收獲的番茄品種達(dá)到成熟之后，番茄機(jī)械化收獲才逐漸得到推廣應(yīng)用。到1968年，美國加工番茄機(jī)械化收獲水平就達(dá)到了80%。
美國番茄收獲過程已經(jīng)實現(xiàn)了向自走式大型化自動化方向的發(fā)展，從早期人工輔助作業(yè)的半機(jī)械化番茄收獲機(jī)過渡到牽引式番茄收獲機(jī), 再發(fā)展裝有光電識別選果的自走式大型化收獲機(jī)[2]。
1.3國內(nèi)外番茄收獲機(jī)存在的問題
我國研究葵花籽去殼機(jī)起步較晚發(fā)展緩慢，和發(fā)達(dá)國家相比只能望其項背，目前市場上流行的一些機(jī)具中，存在一些問題，因此，難以大范圍推廣應(yīng)用。是我國番茄主要種植地區(qū)，目前機(jī)械化程度也已越來越高，但要實現(xiàn)完全自動化還需要很長一段時間的努力，目前番茄收獲機(jī)械化存在的問題主要有一下幾個方面：
（1）番茄品種還不能完全適應(yīng)機(jī)械化收獲
（2）缺乏與機(jī)械化收獲相適應(yīng)的科學(xué)種植和田間管理規(guī)范
（3）缺乏機(jī)械化收獲番茄的收購標(biāo)準(zhǔn)
（4）缺乏適用的番茄收獲機(jī)
（5）番茄種植戶規(guī)模較小
（6）番茄收獲時間過于集中
因此，在很長的一段時間內(nèi)，人工采摘仍將是地區(qū)番茄收獲的主要方式。相對于人工收獲來說，番茄收獲機(jī)明顯是一個良好的選擇，是既可以節(jié)約勞動力又可以節(jié)約成本的一種機(jī)械。
1.4研究的內(nèi)容和方法
根據(jù)我國番茄收獲機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀和存在問題以及未來番茄收獲機(jī)發(fā)展要求，設(shè)計農(nóng)用番茄收獲機(jī)。農(nóng)用番茄收獲機(jī)主要由動力輸入裝置、傳動裝置、切割裝置、果秧分離裝置和輸送裝置組成。其中，動力裝置是通過發(fā)動機(jī)經(jīng)三角帶傳遞，切割裝置將番茄秧割斷，經(jīng)由輸送帶的一系列輸送，，經(jīng)過果秧分離裝置實現(xiàn)果實和果秧的分離，最后由輸送帶進(jìn)行運(yùn)輸。通過本機(jī)能一次性完成對番茄的收獲。
先確定我國已有番茄收獲機(jī)的類型，根據(jù)已有大型番茄收獲機(jī)的原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計新型的番茄收獲機(jī)，使番茄收獲機(jī)能滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的要求，也就是番茄收獲機(jī)要能工作穩(wěn)定，保證收獲率高，番茄完整率高，果秧分離效果好等優(yōu)點。
1.5預(yù)期目標(biāo)
（1）番茄收獲機(jī)操作方便，結(jié)構(gòu)簡單，通用性好，使用壽命長。
（2）被分離的番茄果秧分離率高、番茄完整率高、果秧分離效果好。
（3）收獲效率高，人工勞動量少，同時動力上要消耗少。
（4）制造價格便宜，容易普及，能滿足農(nóng)業(yè)使用的要求。
1.6重點研究的關(guān)鍵問題及解決思路
該機(jī)動力源于發(fā)動機(jī)，通過帶輪、三角帶實現(xiàn)動力的傳輸，番茄通過采摘頭、輸送裝置、分離裝置等實現(xiàn)一次性完成對番茄的收獲。
（1）選擇合適動力傳遞方式，設(shè)計工作裝置和傳動裝置。
（2）運(yùn)用Auto CAD軟件，繪制二維零件圖和裝配圖。
（3）利用有限分析和Solidworks進(jìn)行虛擬樣機(jī)設(shè)計，完成整機(jī)各零部件的三維建模。
1.7工作條件及解決方法
塔里木大學(xué)位于南疆中心位置，校內(nèi)有實習(xí)工廠、土槽實驗室、農(nóng)業(yè)工程重點實驗室等，設(shè)計條件較好，為項目開展提供了場地和基本條件。校內(nèi)擁有優(yōu)良的硬件環(huán)境，機(jī)械電氣化工程學(xué)院擁有先進(jìn)的實驗設(shè)備和機(jī)械加工制造設(shè)備，并且?guī)熧Y力量雄厚，完全可以滿足番茄的工作條件。
2果秧分離的典型方法及果秧分離機(jī)構(gòu)方案的選擇
2.1幾種典型分離裝置
（1）從動梳齒式果秧分離裝置是一種強(qiáng)制性分離機(jī)構(gòu)，當(dāng)機(jī)器沿行壟行駛時，梳齒插入番茄秧莖，強(qiáng)制性地把果實從果枝上捋下來，實現(xiàn)果實與莖桿的分離。該機(jī)型的分離過程對西紅柿果實帶來很大損傷，并且它只是把果實分下來，莖稈仍長在地里，除去他們還需要其他后續(xù)的工作[10]。
（2）滾筒式分離裝置是果秧被送至傾斜的滾筒式分離裝置中，滾筒通過回轉(zhuǎn)，對西紅柿果秧進(jìn)行多次起落摔打，從而使果實脫落，實現(xiàn)果實的分離。該分離機(jī)構(gòu)在進(jìn)行果秧分離的過程中無法保證分離的效果，當(dāng)滾筒回轉(zhuǎn)速度過快或過慢時，分離效果都不理想。轉(zhuǎn)速過慢，分離不完全；過快時被分離下來的果實來不及落下，與番茄秧一塊被拋甩在田地里，造成收獲損失[10]。
（3）摘果實分離裝置是先由收獲機(jī)把整株番茄莖秧拔出來，固定在輸送帶上，再由分離機(jī)構(gòu)敲打植株，使植株振動。依據(jù)果實質(zhì)量集中同時慣性較大的特點，使果實脫落，從而實現(xiàn)果實的分離。該機(jī)構(gòu)果莖分離的工序過多，果實分離結(jié)束還要將莖秧取下。生產(chǎn)率過低，不符合高效率作業(yè)的要求[10]。
（4）振動分離機(jī)勾大多為轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，保證單向轉(zhuǎn)動的同時，來實現(xiàn)速度大小的周期性變化。通過速度大小變化產(chǎn)生的慣性力，將西紅柿果實甩落下來。因此可以通過改變轉(zhuǎn)速變化的快慢，來實現(xiàn)不同的分離效果，同時可以很方便地實現(xiàn)連續(xù)作業(yè)。這種機(jī)型在番茄聯(lián)合收獲機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛。由意大利FMC公司所生產(chǎn)的SZ系列的西紅柿收獲機(jī)上的果秧分離機(jī)構(gòu)就屬于此類。該分離機(jī)構(gòu)包括分離滾筒和分離驅(qū)動機(jī)構(gòu)。分離彈齒結(jié)構(gòu)簡單，通過它撥動西紅柿莖秧，分離驅(qū)動機(jī)構(gòu)則是彈齒滾筒的動力源，用來帶動滾筒的旋轉(zhuǎn)，滾筒以變化的速度進(jìn)行轉(zhuǎn)動從而實現(xiàn)對西紅柿果秧的拋甩。西紅柿果秧通過拋甩作用，果實分離下來落到果實輸送帶上，輸送到集果器中。而果秧通過拋秧鏈拋灑到田間[10]。
（5）鍵式果實分離器的分離裝置由10個鍵體連接成兩組，利用鍵和曲柄形成平行四桿裝置，鍵上各桿均做半徑相同的圓周運(yùn)動來實現(xiàn)分離。這種機(jī)型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，生產(chǎn)效率低，沒有得到廣泛應(yīng)用[10]。
2.2果實分離裝置方案的選擇
經(jīng)過方案的比較及選擇，在設(shè)計要求內(nèi)能夠滿足設(shè)計的要求條件，本文設(shè)計了一中能夠適應(yīng)番茄種植模式的梳齒滾筒分離裝置，同時對該裝置主要的結(jié)構(gòu)參數(shù)、運(yùn)動參數(shù)進(jìn)行了參數(shù)化設(shè)計。
3番茄分離裝置的總體設(shè)計
3.1番茄種植模式及物理機(jī)械特性
在番茄收獲過程中，一般采取收獲機(jī)切割組件將番茄果秧從根部切除，然后將切除后的果秧輸送至分離機(jī)構(gòu)進(jìn)行分離。分離裝置的阻秧板，柵格間距等基本設(shè)計參數(shù)依據(jù)來源植株特性，故需對加工番茄的植株相關(guān)特性進(jìn)行測量，實測加工番茄植株的主莖桿直徑和高度、植株重量、側(cè)枝直徑和長度、果實數(shù)量等參數(shù)，加工番茄的種植主要有兩種滴灌機(jī)械采收栽培模式：
（1）寬窄行間距100cm+40cm，1膜1管布置，滴灌帶間距1.4m；
（2）寬窄行間距 80cm+40cm，1膜1管布置，滴灌帶間距1.52m；
（3）株距為35～40cm。
這兩種栽培模式的窄行滴灌帶距均為20cm，以利于水的測向滲透并使水及早被番茄根系吸收利用，中間行距為100cm或120cm的行距有利于番茄收獲機(jī)的行走。根據(jù)番茄品種的生長特性，對長勢強(qiáng)或密度大的品種選用1.52m滴灌帶間距，長勢稍弱的品種選用1.4m滴灌帶間距，調(diào)研中發(fā)現(xiàn)還有部分地塊采用寬窄行間距為80cm+40cm[13]。
測量加工番茄果實的直徑、長度是為了設(shè)計出與其相適應(yīng)的采摘和分離機(jī)構(gòu)，提升加工番茄的采收效果。
查資料得：
（1）里格爾87-5的果實縱徑主要范圍為45～70mm，平均縱徑為52mm；橫徑主要范圍為40～60mm，平均橫徑為45mm；
（2）石紅20的果實縱徑主要范圍為45～60mm，平均縱徑為55mm；橫徑主要范圍為40～55mm，平均橫徑為48mm；
（3）屯河41的果實縱徑主要范圍為45～60mm，平均縱徑為50mm；橫徑主要范圍為35～50mm，平均橫徑為42mm；
加工番茄果實與莖稈的分離力是指果實與莖稈分開所需的拉力，其大小反映果實與莖稈之間的連接強(qiáng)度，也直接反映果莖分離的難易程度[13]。查資料知在垂直拉伸時分離力最大為25N左右。
為了減少加工番茄收獲過程中的含雜率和破損率，有必要對加工番茄的果實生物力學(xué)特性進(jìn)行考察。利用拉壓力試驗臺，對加工番茄的果皮和表皮進(jìn)行了拉伸試驗和整進(jìn)行靜態(tài)載荷下的壓縮力學(xué)特性試驗[11]，查資料可知，加工番茄的靜載壓縮力是不同的，但其最小破壞力為100N左右。
3.2梳齒滾筒式分離裝置的設(shè)計
3.2.1滾動梳齒式分離裝置試驗臺
梳齒滾筒式分離機(jī)構(gòu)是果秧分離裝置的核心部件，主要由滾筒主軸、分離滾筒、分離彈齒、傳動輪等零件組成。被割臺切割的果秧由輸送帶6輸送至果秧分離裝置，通過滾筒的作用，番茄進(jìn)行果秧分離，分離后的番茄果實從格柵落下進(jìn)入下面果實輸送帶；剩余果秧被滾筒彈齒拋出。如圖3-1所示：
圖3-1
3.2.2分離滾筒的設(shè)計
分離滾筒是果秧分離裝置的主體，滾筒的直徑和長度決定著分離轉(zhuǎn)速和工作效率等工作參數(shù)，其直徑還間接影響了分離彈齒的長度范圍，因此，對其直徑和長度的確定具有一定意義。目前現(xiàn)有的適合機(jī)械采收的加工番茄種植模式為寬窄行40cm +80cm，株距35～40 cm，國外進(jìn)口的番茄收獲機(jī)生產(chǎn)率為20～35t/h,機(jī)車行走速度為1.5～3km/h。本裝置設(shè)計所配套機(jī)車行走速度為2.5 km/h，滾筒轉(zhuǎn)速范圍由下式確定：2πna≥2.5km/h≈7m/s（式中，n為滾筒轉(zhuǎn)速，r/s，a為撥桿長度與滾筒半徑之和，m。）設(shè)計滾筒的半徑為180mm，材料選擇為鋼，長度為1400mm。
3.2.3分離彈齒撥桿的設(shè)計
分離彈齒是分離果秧的主要部件，其直接作用在果秧上，因此，彈齒的形狀和分布為設(shè)計的要點。根據(jù)目前已有分離彈齒的造型和田地采集的番茄果秧的尺寸以及番茄果實尺寸，該分離撥桿采用直徑為12mm的橡膠棒。撥桿間距為82mm。分離彈齒與滾筒相結(jié)合，根據(jù)滾筒半徑確定彈齒的長度為350mm。撥桿與滾筒采用焊接的連接方式。
3.3番茄果秧分離機(jī)構(gòu)工作原理
果秧分離機(jī)構(gòu)工作時，滾筒與傳動輪由發(fā)動機(jī)輸出力，兩者轉(zhuǎn)動，撥桿的端部插入格柵之間的柵條間隙，格柵上有果秧時插入果秧中間，另一端部插入梳齒的柵條間隙以防止果秧纏繞撥桿。撥桿轉(zhuǎn)動起到向后輸送果秧的作用；撥桿由傳動輪傳動不斷旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為n，撥桿質(zhì)量為m，長度為R，這種旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的力F作用在果秧上，實現(xiàn)番茄果實與果秧的分離。由于番茄的直徑小于格柵間的間隙，大部分番茄被捋下來掉入下面的番茄輸送帶進(jìn)而傳送。
撥桿對番茄的力F
（3-1）
（3-2）
得
設(shè)撥桿不是最低點打到番茄而是能擊打到的最高點擊打番茄
則撥桿對番茄的力F1
得
由前文可知番茄最大分離力為25N，最小破壞強(qiáng)度為100N。由式（3-1）（3-2）可知所以番茄在果秧分離時能夠滿足果秧分離切不傷害果實。
3.4分離滾筒主軸的設(shè)計
整個分離滾筒的運(yùn)動和番茄果秧的分離過程的主要動力來自于分離滾筒主軸。分離主軸所傳遞的功率 ，滾筒轉(zhuǎn)速范圍為，取轉(zhuǎn)速 時，主軸所受的扭矩為 。
輸出軸的功率為1.5kW，屬于中小功率，對材料無特殊要求，故選用45號鋼并經(jīng)調(diào)制處理，查表可知強(qiáng)度極限為637MPa，再由表查得許用彎曲應(yīng)力為60MPa。
按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸徑（最小直徑）
(3-3)
因為軸的材料為45鋼，可取 C=110，
因此代入（3-3）
4切割裝置的設(shè)計
4.1切割撿拾裝置
根據(jù)我國番茄種植現(xiàn)狀,在國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)調(diào)研的基礎(chǔ)上,充分考慮到各項技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),我與導(dǎo)師經(jīng)過討論提出兩種番茄收獲機(jī)割臺設(shè)計方案。
方案一圓盤式割刀切斷植株,利用圓盤式割刀切割番茄莖桿,圓盤式割刀的運(yùn)動是刀盤的水平旋轉(zhuǎn)與機(jī)器前進(jìn)運(yùn)動所合成的。刀片某一點對地面的軌跡為余擺線,刀片刃線對地面所掃過的面積為余擺帶,其帶寬與刃部長度相近似。但是固定盤式割刀功耗大、使用不方便甩刀回轉(zhuǎn)式割刀果實損失較多,使用不夠經(jīng)濟(jì)。
方案二往復(fù)割刀切斷植株,經(jīng)輸送鏈輸送莖桿,割臺配置分禾器,輸送帶,結(jié)構(gòu)緊湊,碎莖桿容易收集。
本設(shè)計采用第二種切割裝置。
4.2往復(fù)性割刀的結(jié)構(gòu)特點總成設(shè)計
收獲機(jī)的切割裝置分為回轉(zhuǎn)式和往復(fù)式兩種?；剞D(zhuǎn)式切割器切割能力較強(qiáng), 切割后的果秧容易集束。但圓盤割刀直徑的限制，工作幅寬較窄，同時機(jī)車行走速度較慢，生產(chǎn)率較低，因此，實際生產(chǎn)中使用較少。往復(fù)式切割器包括動刀片和定刀片兩刀片， 利用動刀片相對于定刀片作往復(fù)的剪切運(yùn)動，將番茄果秧剪斷。結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠。不需要過高的切割速度，適用于不同割幅和行距的植株切割，不會漏割。切割過程:使用齒刃形狀的動刀片和齒尖形狀的定刀片,齒刃動刀片的齒尖首先扎入莖稈表皮,咬住莖稈，由于齒距遠(yuǎn)小于番茄莖稈直徑，因此幾把利齒同時扎入莖稈，因此剪切穩(wěn)定。如圖所示割刀：
圖4-1 往復(fù)性割刀
往復(fù)式切割器由動刀、壓刃器、摩擦器、刀桿和定刀片等組成。切割時,定刀片對莖稈起支撐作用，動刀由傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動,做往復(fù)運(yùn)動,使動刀片和定刀片構(gòu)成穩(wěn)定的剪切副。動刀由許多齒刃刀片鉚在刀桿上,刀桿背和動刀片背貼抵在摩擦片上,用來保持穩(wěn)定的往復(fù)運(yùn)動和防止過度磨損,如果摩擦片磨損后,可以將其前移或者是更換。
圖4-2 割刀傳動裝置
割刀傳動裝置由傳動桿，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，軸組成。軸轉(zhuǎn)動帶動曲柄滑塊機(jī)構(gòu)做圓周運(yùn)動，從而帶動傳動桿做往復(fù)直線運(yùn)動。
4.3割刀運(yùn)動和速度分析
為了使切割器得到往復(fù)運(yùn)動,可以采用不同的傳動系統(tǒng),如曲柄連桿機(jī)構(gòu)、擺環(huán)機(jī)構(gòu)、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和曲柄搖桿機(jī)構(gòu),根據(jù)木課題的割臺傳動布置要求,選用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。以其驅(qū)動的往復(fù)式切割器動刀片的運(yùn)動,為一近似的簡諧運(yùn)動。動刀片刃口上任意點的位移x、速度和加速度都是變值,分別為
（4-1）
（4-2）
（4-3）
式（4-1）（4-2）（4-3）中
—曲柄轉(zhuǎn)動的角速度（rad/s）；
—曲柄從極左點a轉(zhuǎn)過的時間（s)。
由式可知,動刀片的運(yùn)動速度和它的位移是一橢圓方程式關(guān)系：
（4-4）
式（4-4）表明動刀片刃口上某點的速度是按照橢圓曲線規(guī)律變化。當(dāng)，某點正處于中點位置，為最大值；當(dāng)時，某點正處于極左位置或極右位置。
圖4-3 動刀片
一般用動刀片的平均速度表示動刀片的切割速度。但實際上剪切植株是在動刀片和定刀片刃口開始相遇時的點至離開時的點這段距離內(nèi),因此實際的剪切速度都大于平均速度。動刀的平均速度、始切速度、終切速度、平均剪切速度的計算公式分別為：
（4-5）
式（4-5）中 —曲柄半徑；
—曲柄轉(zhuǎn)速；
—切割行程；
、—分別是動刀片的底寬和頂寬；
—定刀片的寬度；
—曲柄由始切點到終切點轉(zhuǎn)過的角度。
切割器工作時,動刀一面作往復(fù)直線運(yùn)動,一面隨機(jī)器前進(jìn),其絕對運(yùn)動軌跡是兩者的合成。用作圖法畫出動刀片絕對運(yùn)動軌跡形成切割圖,用以分析切割器的工作過程。割刀的平均速度與機(jī)器前進(jìn)速度之間有一種關(guān)系稱之為切割速比,用公式計算：
（4-6）
（4-7）
式（4-6）（4-7）中： —動刀片行程；
—凸輪曲柄轉(zhuǎn)速。
切割速比對切割性能影啊較大,番茄莖桿的收割可在1.11到1.66之間選取,常以1.33較為合適。一般說速比大,漏割區(qū)減少,重割區(qū)增加,無用功增加；反之漏割區(qū)增加,重割區(qū)減少。在切刀往復(fù)頻率一定時,影響切割速比值的因素主要是機(jī)器前進(jìn)速度,據(jù)實驗計算的結(jié)果,認(rèn)為較好,標(biāo)準(zhǔn)切割區(qū)較大,重割區(qū)和漏害區(qū)都較小。
往復(fù)式切割器的工作質(zhì)量跟切割速度與機(jī)組前進(jìn)速度的速比有密切關(guān)系。往復(fù)切割速度是指平均速度,平均速度越高,切割性能越好。但過高的切割速度是不可取,因為會使整個機(jī)組產(chǎn)生較大的振動,不但增加了機(jī)組功率的消耗,而且會加速零件的磨損與破壞。經(jīng)過理論計算和試驗,速比在0.8到2.2范圍內(nèi)時,工作質(zhì)量比較理想,故本設(shè)計確定切割速度為。
5輸送帶的設(shè)計與整機(jī)參數(shù)
輸送帶是由尼龍帶與橫桿鉚接組成,橫桿之間的間隙設(shè)計是根據(jù)番茄的截面直徑設(shè)計的,橫桿是10號鋼筋截得。
根據(jù)收獲要求番茄最小直徑28mm,根據(jù)受力分析設(shè)計間隙為25mm，如果按要求設(shè)計28mm,會擠壓受力,番茄會變型,所以間隙要比要求小。如圖5-1所示
5-1 果秧未分離前輸送帶
果秧分離后，由于有可能番茄依舊在果秧上，沒有脫落到下方果實輸送帶上，故果秧輸送帶橫桿之間的間隙應(yīng)該大于番茄的最大直徑92mm，設(shè)計為100mm，在輸送過程中由于機(jī)體的震動使番茄能夠掉落到果實輸送帶中故需要橫桿中間的帶中空。
果秧分離后，果實輸送帶橫桿之間的間隙應(yīng)該大于番茄的最大直徑92mm，設(shè)計為100mm，高度為80mm。如圖5-2所示
圖 5-2 果秧分離后果實輸送帶
6機(jī)架總成設(shè)計及整機(jī)主要參數(shù)指標(biāo)
6.1 機(jī)架總成設(shè)計
考慮番茄種植的模式,各部分在安裝過程中尺寸合理,割臺寬度為1200mm。機(jī)架要具有一定的強(qiáng)度和韌性,即要防止斷裂又要防止彎曲變形,所以選擇中碳鋼,初步定機(jī)架的材料為45號鋼。45號鋼的焊接性能不太好,焊接材料應(yīng)當(dāng)選用低氫焊接材料,抗裂性也較高,焊條的型號選用J422。與牽引連接的部件采用鋼板剪切彎曲得到,方型鋼管采用無縫鋼管焊接。
機(jī)架的計算：
求梁上的載荷：
首先根據(jù)梁的結(jié)構(gòu)圖作出梁的計算,因為在工作過程中受到的扭矩很小,在計算過程中不考慮,從應(yīng)力集中對一方鋼疲勞強(qiáng)度的影響看,截面處引起的應(yīng)力集中最為嚴(yán)重,對此處應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度校核?？箯澖孛嫦禂?shù)
（6-1）
截面處的彎矩
料為號鋼,查得
因為方鋼尺寸變化不大,取
尺寸系數(shù)
表面未加工,表面質(zhì)量系數(shù)為
（6-2）
可知碳鋼的特性系數(shù)
取
計算安全系數(shù)的值：
（6-3）
（6-4）
（6-5）
6.2整機(jī)主要參數(shù)指標(biāo)
結(jié)構(gòu)型式 自走式
結(jié)構(gòu)質(zhì)量/kg 10309
作業(yè)幅寬/mm 1200
割臺幅寬/mm 1200
切割速度m/s 0.8m/s
割臺型式 往復(fù)型切割臺
果秧分離型式 滾筒梳齒分離
機(jī)車行走速度m/s 2.5
7軸的校核
在工作過程中，滾筒軸承受的力為番茄在滾筒撥桿撞擊作用下沿徑向的反作用力和橫向的摩擦力。所以可以先計算出軸的最小直徑。經(jīng)過查閱機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第五版可得知計算軸的最小直徑的公式。軸的最小直徑為：
（7-1）
式中： —滾軸最小直徑（mm）；
—軸的許用扭切應(yīng)力（）；
P—傳遞到軸上的功率（）；
—軸的轉(zhuǎn)速（）；
C—軸的材料和承載情況確定的常數(shù)。
根據(jù)上面算出來的已知數(shù)據(jù)可知：
軸的轉(zhuǎn)速:
n=42 r/min
軸的輸入功率:
P=1.5kW
軸的扭矩:
由于此軸是用來實現(xiàn)果秧分離工作的，因此是比較重要的軸，選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理,抗拉強(qiáng)度,屈服強(qiáng)度。
因此經(jīng)過計算和查閱相關(guān)資料可得：
P=0.23 n=290r/min
將數(shù)據(jù)代入式（7-1）得：
因此此軸滿足受力要求，能夠正常的工作。
總 結(jié)
本文是圍繞農(nóng)用機(jī)械產(chǎn)品—番茄收獲機(jī)的設(shè)計，實現(xiàn)了番茄收獲的機(jī)械化。此機(jī)器使用后，改變了以前人工勞動強(qiáng)度大、效率低的缺點，節(jié)省了廣大農(nóng)民群眾的勞動量，提高了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。此番茄收獲機(jī)的研制滿足了大部分用戶的需要。該機(jī)器果秧分離率高，番茄的損傷率低，也解放了勞動力，可實現(xiàn)自動化收獲的全過程。
該機(jī)的關(guān)鍵部分是果秧分離結(jié)構(gòu)與秧苗撿拾切割結(jié)構(gòu)，因為番茄收獲的整個過程都是由這兩部分完成的，分離后的番茄損傷情況，完全是看果秧分離結(jié)構(gòu)的性能能不能達(dá)到要求。本文也介紹了目前各種番茄收獲機(jī)分離裝置和切割撿拾裝置的原理及裝備，并對番茄收獲機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展前景作出了簡明的概括和分析。
此番茄收獲機(jī)的優(yōu)點有：
（1）自走式的設(shè)計，便于機(jī)器的移動。
（2）增加了梳齒的設(shè)計，防止發(fā)生堵塞。
（3）增加了主軸拆裝板的設(shè)計，便于了主軸上的易損件更換時的拆卸工作。
（4）結(jié)構(gòu)簡單、使用與維修方便、工作穩(wěn)定性好、易于操作、重量輕、成本低；
（5）可適用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。
當(dāng)然在這次設(shè)計中，也可以看到一些問題：
（1） 該機(jī)以番茄為對象而設(shè)計的，品種單一，所以其應(yīng)用范圍有局限性，需改進(jìn)。
（2）本設(shè)計由于沒有實際檢驗，實際的可行性程度還不能確定，有待改進(jìn)等。
這是一個非常全面而系統(tǒng)的設(shè)計題目，非常鍛煉人。從方案的論證到最終的設(shè)計，涉及的領(lǐng)域包括：機(jī)械制圖，機(jī)械原理，工程材料，機(jī)械設(shè)計等等。通過設(shè)計實踐，提高我計算、制圖能力；使我們能熟練地應(yīng)用有關(guān)參考資料、計算圖表、手冊、圖集、規(guī)范，熟悉有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)械方面知識得到系統(tǒng)的鞏固和提升。在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計的同時，我還學(xué)到了許多新的知識，如Solidworks，CAD2007的使用和WORD、POWERPOINT等軟件的應(yīng)用。
在設(shè)計過程中確實遇見一些問題，通過老師的講解，自己翻閱了大量資料，都得到了解決?？偟恼f來,在這次設(shè)計中我學(xué)到了很多的東西,但同時也存在一定的不足和缺陷,在以后的日子里自己應(yīng)該更加努力認(rèn)真,以冷靜沉著的心態(tài)去對待每一件事情!
致 謝
時光匆匆如白駒過隙，四年的大學(xué)生活轉(zhuǎn)眼間接近尾聲。四年的求學(xué)生涯在親人的支持和朋友的陪伴下過的豐富多彩，不僅如此也收獲頗豐。
首先感謝我的畢業(yè)指導(dǎo)老師王紅飆老師，他認(rèn)真負(fù)責(zé)，學(xué)識淵博，從選定畢業(yè)設(shè)計題目到設(shè)計進(jìn)行，他給了我悉心的指導(dǎo)，如果沒有老師的指導(dǎo)我完成論文必定困難重重，無法順利完成。雖然辛苦，但也算是順利完成，比起成就感，更多的還是感慨，感覺四年的大學(xué)生活也要隨著畢業(yè)設(shè)計的完成而畫上了句點。由于自身能力的限制，設(shè)計中自然也有很多不盡人意的地方，但做一件事情，重要的不是結(jié)果，而是要享受這個過程，真的是不親自去做一件事情，就永遠(yuǎn)不會理解其中的心酸與樂趣，雖然只有短短一萬多字的論文，卻感覺是把大學(xué)四年又重新過了一遍，總之就是感慨多多吧。畢業(yè)設(shè)計，也許是我在塔里木大學(xué)所上交的最后一個作業(yè)了。我也想在這里感謝四年以來給我?guī)椭乃欣蠋熀屯瑢W(xué)們，能與你們相識相知是我最珍貴的財富，也將是我回憶里最不可磨滅的一部分。
大學(xué)四年，不光是學(xué)習(xí)了知識，更多的還是一種思想上的升華，付出了很多，但也收獲了更多。為人處世的道理，遇到困難時的不退縮，都會成為以后人生道路上的指南針，指引著我前進(jìn)，也是我以后可以拿來回味再三的生活感受。
最后在這兒祝福大學(xué)里風(fēng)雨同舟的兄弟姐妹和良師們，愿未來絢爛繽紛。
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