机械毕业设计手持沙棘采摘器

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1、 Xinjiang Institute of Engineering机械工程系|毕业学位论文论文题目 手持沙棘采摘器 学科专业 涉外1 025（2）班 作者姓名 XXX 指导教师 XXXX 日期 2023年01月06日毕业学位论文手持沙棘采摘器摘 要 该设计的产品适用于中国大部分沙棘果的采摘，设计的目的是为了提高沙棘果实的采摘率和采摘下来果实的完整率，大大提高工作效率。该设计主要有3处改进，即采摘头的改进，动力方式的改进，采摘头由震动的改进为滚刷式，动力方式由人力改为机械动力，最后还有手把的外形的改进为枪式手柄。这就大大提高了工作效率。本次设计除了采用传统的绘图工具CAD画图外，还利用UG6.

2、0进行三维实体造型，充分发挥出了UG6.0的优点，使商家与使用者对该产品在感观上有更进一步认识和了解。关键词：采摘头；动力方式；枪式手柄 Abstract The design is suitable for most Chinese hand-held seabuckthorn fruit picking device, is designed to improve the seabuckthorn fruit picking rate and picked fruit integrity rate, greatly improving the work efficiency. The de

3、sign of 3 improvement, namely improved picking head, improved power mode, picking head by the vibration improvement for rolling brush type, power by way of human is changed into mechanical power, and finally improve the hand shape for the gun type handle. This greatly improves the work efficiency. T

4、his design in addition to the traditional drawing tools CAD drawing, using UG6.0 three-dimensional modelling, give full play to the advantages of UG6.0, enable businesses and users of the product in the sense of a further understanding.Key Word: Picking head;Power mode;The gun type handleIV目 录第 1 章

5、绪论11.1 沙棘研究概述11.1.1 概述11.1.2 分类11.1.3 资源及分布11.1.4 沙棘开发利用21.1.5 采摘方法21.2 沙棘采摘器的发展概况41.2.1 国外沙棘采摘器应用简况41.2.2 我国沙棘采摘器的发展概况41.3 研究方向5第 2 章 方案拟定72.1 拨簧吸送式采收72.2 振荡式采收102.3 钳式采收112.4 滚刷式采收122.5 可拆式沙棘果实收集装置132.6 方案确定14第 3 章 滚刷式沙棘采摘器的设计及计算153.1 电动机的选择153.2 计算传动装置的运动和动力参数163.3 滚筒毛刷的设计173.4 支撑架的设计233.5 手柄的设计2

6、53.6 收集装置的设计273.7 蓄电池的选择计算273.8 调速方案的选择计算293.9 电源调速箱的设计33总结与展望35致谢36参考文献37毕业学位论文手持沙棘果采摘器第 1 章 绪论1.1 沙棘研究概述1.1.1 概述沙棘又名酸柳、酸刺等，为胡颓子科沙棘属落叶灌木或小乔木，是一种新兴的小浆果类树种，沙棘是植物和其果实的统称。沙棘广泛分布于欧亚温带地区，沙棘的发源地在中国，中国沙棘的故乡在新疆，新疆的沙棘总产量占全国的一半多。我国沙棘资源丰富，主要分布于华北、西北、西南等地，目前共有沙棘林140万hm2之多，占世界沙棘总面积的95%以上，素有“沙棘王国”之称。沙棘被日本称为“长寿果”、

7、俄罗斯称为“第二人参”、美国称为“生命能源”、印度称为“神果”、中国称为“圣果”、“维C之王”。1.1.2 分类1983年出版的中国植物志采纳了上述分类方案，共收录国产沙棘4种5个亚种。1988年廉永善以系统演化为背景，以形态特征为标志建立了该属植物新的分类方案，并在种级之上建立了有皮和无皮两个组。新分类方案把沙棘属由原来的4个种9个亚种变为5个种8个亚种。种的顺序是：柳叶沙棘(HsalicifoliaDDon)；沙棘(Hrhamnoides Linn)；江孜沙棘(Hgyantsensis(Rousi)Lian)；肋果沙棘(HneurocarpaSWLiu et JNHe)；西藏沙棘(Htib

8、etana Schlechtend)。1.1.3 资源及分布沙棘属植物广泛分布于欧亚的温带地区，南起喜马拉雅山南坡的尼泊尔和锡金，北至波罗的海岸的芬兰，东抵俄罗斯贝加尔湖以东地区，西到地中海沿岸的西班牙，位于东经2123，北纬2769之间。中国沙棘属植物分布东起大兴安岭的西南端，西至天山山麓，南抵喜马拉雅山南坡，北到阿尔泰山的广地区，跨东经7532 12145 ，北纬2744 4835 之间，主要包括山西、陕西、甘肃、青海、内蒙古、宁夏、新疆、四川、云南、河北、西藏、辽宁19个省(区)。其分布范围正好处在我国三大植被区，学者们结合沙棘属植物的分布路线和区系成分分析，认为沙棘属植物是森林与草地过

9、度带的成员。1.1.4 沙棘开发利用沙棘是一种含有多种维生素、多种微量元素、多种氨基酸和其它生物活性物质的药用植物。其VC、VE含量是一切果蔬之冠。微量元素也居一切果菜之首。它含有人体不能合成的8种必需氨基酸中的7种，仅没有色氨酸。按照目前的检测手段来看，沙棘果实中活性成分已达190多种，叶片也含有大量的生化成分。因此，沙棘的果实和叶片不仅具有医疗保健作用，而且在食品和化妆品领域也具有较大的开发利用价值。1.1.5 采摘方法（1）采收时间根据实验研究表明，沙棘果实自9月初至11月束期间，各项指标呈现不同的变化趋势。百粒果重、出汁率、可溶性固形物、果汁出油率随着生长期的延长含量呈增加趋势。但从1

10、1月中旬开始，这些指标开始下降。而维生素C、果酸含量自9月初至l1月末呈下降趋势。这样，单一依据某个指标来确定沙棘果实的最佳采收期将具有片面性，会影响沙棘果实的质量，也为沙棘的综合开发利用带来不利因素。沙棘果实的合理采收直接关系到沙棘综合开发利用和工业化生产产品的品质。根据对不同生长时期百粒果重、出汁率、可溶性固形物、果油含量等指标的考察，若以沙棘果实为原料生产天然沙棘果汁、沙棘果油、沙棘药物应在11月中旬采收。若以生产天然维生素C、高果酸补充剂为目的，结合产量与贮存方便，应该在10月中旬采收。沙棘果实品质受多种因素的影响，生长环境、气候、阳光、降水等环境因素对沙棘果实品质的影响也较大。不同的

11、沙棘分布区要根据本地区的环境因素，沙棘果实理化指标的考察，确定合理的采收期。（2）采摘方法沙棘果与一般果实不同。沙棘果柄底部不形成分离成，果实成熟后或成熟后仍牢固的在树枝上不脱落。再加上沙棘果柄短，棘刺多，果实少而密集等因素，沙棘果采收难度大，是一项费工费力的繁重劳动。目前，常用的方法有以下几种：人工振动树干采冻果：方法是，气温降到-10以下于寒冷的早晨，沙棘果处于过熟冰冻的状态，树叶已全部落光。采收时先用布单或箩筐等在树冠下接好，然后用木棒敲击树干，或用手摇动树干树枝，沙棘果因振动而脱落。温度越低，采收果实的完好率越高。这种采收方法，果实杂质少，劳动强度小，速度快，不影响第二年产量，而且果实

12、含油脂、胡萝卜素、糖类、氨基酸等还有所提高。其缺点是采收时间晚，维生素C含量有所降低。剪枝采果：一种是在果实成熟后，直接从沙棘结果株上剪取10cm左右的短果枝，直接进入压榨机榨取果汁。另一种是在是在沙棘树上剪取较大的果枝，然后在-15的气温里，在冰面上摔打，使冻果脱落，取得纯沙棘果。剪取沙棘枝，要根据不同的树龄采用不同的剪枝方法。五年以下的沙棘结果幼树，要尽量少剪枝采果，促使其生长发育，510年生沙棘，应剪取直接生果实的2年生果枝为限，避免剪3年或多年生果枝，否则会影响树体发育和来年结果。10年以上的沙棘树，处于大量结果期，以剪取2年生果枝为主，适当剪取3年生果枝。15年生以上的沙棘可结合复状

13、修剪，大量剪取果枝。摘果、钩果、抖果或结合整形剪枝，把一枝该剪的连枝带果剪下。这些方法皆为手工采集，效率很低，一个劳力每天平均只能采收68千克。化学采果：在果实成熟初期，喷洒乙烯利促进沙棘果脱落。具体方法是在8月末9月初当沙棘果由绿变黄时喷施浓度为40%乙烯利的800010000ppm溶液，7天后用手轻摇果枝，越有53.4%的沙棘果脱落。该方法采果，不会对沙棘树产生伤害，也不会影响来年的产量，更不会破坏沙棘的营养成分。若能与振动式、气吸式采收机械相结合，则效果更佳。机械采收法：为了提高采收效率，降低生产成本，俄罗斯在沙棘工业种植园，多采用C.H.科瓦列夫的吸入装置和西伯利亚M.A里萨文科园艺研

14、究所的打落装置采收果实。前者可比人工采摘提高工效1.52倍。果实损失小，但耗能高，后者也能提高工效，但仅限于沙棘果刚成熟且坚硬时方可采用。1.2 沙棘采摘器的发展概况1.2.1 国外沙棘采摘器应用简况早在2O世纪5O年代，前苏联就开始研究沙棘采收技术，到目前采收技术趋于成熟，且有一批配套适用的沙棘采收机械。目前俄罗斯沙棘果实采收机械有2种机型，一种机型是俄罗斯农业机械研究院研制的MIIO一6M型气吸式沙棘果实采收机。此机型配套动力为5O马力以上拖拉机，由拖拉机后输出轴作为动力源经万向传动轴驱动带动2台真空泵产生负压，传到工作头形成吸气流采收沙棘果，可供6个人同时工作。另一种机型是自行式联合沙棘

15、果实采收机，由俄罗斯农业科学院西伯利亚分院利萨文科园艺科学研究所研制。该机型是在60马力以上拖拉机的基础上改装设计的，集自行行走、采收、分离、过滤为一体的联合沙棘果实采收机，对沙棘整株采收，破环性比较大，不适合我国的沙棘果实采收现状。以上2种沙棘果实采收机型，均以采收俄罗斯无刺大果沙棘而设计的，且沙棘加工厂距沙棘果实采收种源基地距离近，采收过程是将沙棘连果带枝、带叶一起混合采收，后经叶和汁筛选分离，并于当天就可以进入车间进行深加工。1.2.2 我国沙棘采摘器的发展概况我国研究采收技术起步于20世纪80年代末，各省、自治区对沙棘果实采收技术都有过研究，取得了一些成果，机械采收方面：有陕西省机械研

16、究所研制的手轮式沙棘采收器；有黑龙江省林科所研制出的4J一40型手工沙棘采收器；有山西省农机化工所研制出的4S一2型沙棘采摘器。这几种机型均作用于沙棘成熟期的单枝作业，属小型手工器具，效果不尽理想。内蒙古林科院从1997年就开始对沙棘果实采摘技术及配套机械进行研究，在引进俄罗斯沙棘果实采收技术的前提下，结合我国沙棘分布及果柄特性 地形条件和种植俄罗斯无刺大果沙棘的现状，已经消化、吸收并创新研制出2种沙棘果实采收机型工作头，经初步测试，采果率、果皮破损率等指标均优于俄罗斯的2种机型，且具有自主知识产权。(1)以小型汽油机为动力的拨簧式和变频振动式气吸组合采收机械，适合大面积平缓坡地、人工沙棘林果

17、实的采收。此机型是在俄罗斯机型的原理和技术基础上的改型，适合人工沙棘林坡度15，拖拉机能行走的大面积沙棘林。(2)适合天然沙棘林的采收机，即以蓄电池为动力，电动拨簧式和变频振动背负式沙棘果实采收机，为单人小型背负式采收机械，此机型能适合坡度15的山坡地上的天然沙棘林果实采收。国内采收技术机械的特点：生产率低，只可比手工采收提高8l0倍，而大面积的沙棘林采收需要提高工效7O100倍。浆果采尽率低，用一般的手工器具采集沙棘果为60 ，对植物高大的沙棘数种，采尽率更低。浆果完好率低，现有手工器具采收时易拉伤果实，浆果完好率仅5060 ，且果汁流出，易引起虫害，对植株有一定的损害。1.3 研究方向沙棘

18、果实采摘多年来一直是十分棘手的难题，针对我国沙棘果实的生物学特性和沙棘资源分布的地形特点以及当地的生产技术水平，引智成果就是要通过采摘机具解决手工采摘生产率低下、人工劳动强度大的难题，同时想改变传统的、破坏性的剪枝方式，提倡直接采收沙棘鲜果、冻果。（1）通过专利产品的研制和技术改进，进行反复试验，定型不同原理沙棘果实采收样机。研制新型果实采摘机型适合于大面积不同立地条件人工经济林和天然经济林的果实采收，既可采摘成熟鲜果，也可采摘冻果，有刺和无刺等不同小林果果实均可采收。（2）通过改型设计，研制出的机型可适用于多种不同类型小林果采收。依据沙棘和其他不同小林果的果实生长特性，更换不同的机械采摘果实

19、工作头，组合成多种果实采收装置，完成对不同小林果的采摘与收集。可采收沙棘、枸杞、欧李、光皮树、山杏等不同类的小林果果实。沙棘果实采收机具的研制，对沙棘资源的保护和沙棘果的后续加工利用都将产生积极的作用，其优势体现为：使用沙棘果实采收机采收沙棘鲜果和冻果，不破环母树，不影响第二年结果。而传统的、破坏性的剪枝方式对沙棘资源破坏十分巨大，直接导致以后几年不结果，产量下降。传统的、破坏性的剪枝方式采摘的浆果经枝叶压榨，开发的果饮料不仅El感差，而且多了几道工序，增加了加工成本。倡导一种保护沙棘资源的理念，坚决杜绝“杀鸡取蛋”的破坏性采收方式，使沙棘果的永续开发利用和生态资源的健康发展有机地协调。第 2

20、 章 方案拟定目前我国沙棘种植品种有中国沙棘和俄罗斯无刺大果沙棘，均属浆果类植物。中国沙棘果实呈圆形，果实粒径为46mm，果实小且柄短(约23mm)，但果柄较粗(直径约2mm左右)，簇生于长有棘刺的枝条上，附着牢固，果柄与枝条的结合力较大；俄罗斯无刺大果沙棘果实呈椭圆形，果实大(约为中国沙棘果的45倍)，果柄较细，直径不足lmm，但果柄较长，可达34mm，果柄与枝条的结合力较小。2.1 拨簧吸送式采收(1)采摘原理：人用一只手将选择好的结果枝条抓住且相对固定，另一只手持工作头将枝条喂入转向相反的拨辊之间，利用旋转的柔性拨簧钳住枝条，手顺枝条端部移动，旋转的柔性拨簧转动将簇生在枝条上的果实拨下，

21、落入接斗中。(2)柔性拨辊结构：拨辊结构如图1-1所示。柔性拨簧采用门字形，拨簧丝直径为1mm，径向180。固定于轴上。为满足钳住结果枝条直径范围要求，确定门宽为50ram，门高20ram。经计算确定拨辊工作转速n=180rmin。图1-1 拨辊结构简图(3)采摘工作头结构：采摘工作头结构如图1-2所示，采用悬臂双轴形式，如5、5a，动力由软轴2传递至蜗杆3带动4、4a两齿轮，使采摘拨辊轴转动方向相反，其间可喂人结果枝条。壳体下端为圆形接口，并将其与吸送管道连接；上端渐扩以容纳枝条喂人，并承接采下的果实；侧面固定传动装置，其采用薄型不锈钢冲压、焊接而成。图1-2 采摘工作头结构简图1 采摘操纵

22、杆；2软轴；3蜗杆；44、4a齿轮；55、5a轴(采摘拨簧轴)；66、6a柔性拨簧（4） 吸送系统：该机组利用吸风段工作实现气力输送，为稀相输送，采用内径70ram塑料软管作为输送管道。输送线路为：采摘工作头一塑料软管一分离器一风机进口一风机一风机出口。采下的果实由吸送系统吸人后通过容积式分离器进行气物分离，果实留在容器内，气体则经风机排出。吸送系统简图如图1-3所示。图1-3 吸送系统简图（5）整机结构：拨簧一吸送式沙棘果实采收机整机结构如图1-4所示。其由采摘工作头、气力吸送系统、分离器、动力机、传动系统、行走装置以及机架等部分组成。图1-4 整机结构简图1 机架；2工作头；3传动软轴；4

23、分离器；5 皮带传动罩；6离合器；7发动机、风机整机工作原理：拨簧一吸送式沙棘果实采收机采用小型汽油机作为吸送装置和采摘工作头的动力源，小型汽油机的曲轴与风机采取直连的方式连接。发动机的动力通过连接装置分为两路，一路经由软轴、离合器、皮带轮、软轴、蜗轮蜗杆，经两级减速后传递到采摘工作头；另一路由曲轴直接驱动风机，由风机、排风管、吸风管、分离器、输送管连接组成气力输送系统；最终由采摘工作头与输送管合成为一套采摘一吸送工作装置。小型汽油发动机在怠速状态下工作时，离心摩擦离合器处于分离状态，不传递动力；当发动机转速达到离合器的工作转速后，离合器才开始结合并对外输出动力，通过一级皮带减速和一级蜗轮蜗杆

24、减速后带动采摘工作头工作。工作头采用双轴反向旋转将喂人的接果枝条钳住，在反向旋转拨簧辊的拨动下完成对果实的采摘。采摘工作头与吸送式风送管道连接。吸送式风送系统把采摘下的沙棘果实吸送到分离装置进行气物分离，果实经分离后留在沉降室中，气流则经风机和排风管排出，从而实现对果实的分离。总结：采用机械传动带动柔性门形弹簧结构，实现了枝条顺利喂入。由柔性弹簧拨下果实，生产率高，破损率低。该方案实现了不损伤树木采收沙棘果实的目标。为实现多种经济林果的机械化采收奠定了基础。操作简单、效率高等特点。但结构复杂，设备较为大型，不便携带、移动。2.2 振荡式采收 （1）齿轮振荡式图1-5 采收机振荡原理1齿；2一齿

25、轮；3一振荡驱动；4一不平衡的质量；5一枝条；一齿的角度(15)；一振荡角度(86)；s一振幅(45mm)；Rz一齿半径(300mm)；Rw一有效半径；F一离心力工作原理：果实脱落实际取决于质量加速度等因素，在这种机械借助振荡齿的帮助下，果枝卡在齿间，振荡齿由一种质量不平衡装置驱动图1-5，振荡驱动使齿轮来回转动，转动参数如图所示，果枝上果实便能够达到必需的加速度，再加上果实自身的重量，就能达到使果实脱落的效果。总结：采收机器仅对于生长统一的沙棘植株才能获得最大的收获率。采收机器的生产能力直接由可容纳的果枝量和每个果枝上采收的果实量决定。采收时间影响采收果品的质量和损失率。振荡式采收容易使工作

26、者产生疲劳。(2) 凸轮振荡式工作原理：果实脱落实际取决于质量加速度等因素，如图1-6所示，将采摘叉头插入沙棘枝条中，按住启动键，利用叉头左右振动，使果枝上果实达到必需的加速度，再加上果实自身的重量，就能达到使果实脱落的效果，达到采摘的目的。叉头的左右振动由电机和叉头之间的两个凸轮连接实现。图1-6 凸轮振荡式结构简图1. 采摘叉头；2.凸轮；3.电机；4.机壳；5.开关 总结：采收机器仅对于生长统一的沙棘植株才能获得最大的收获率。采收机器的生产能力直接由可容纳的果枝量和每个果枝上采收的果实量决定。采收时间影响采收果品的质量和损失率。振荡式采容易收使工作者产生疲劳。2.3 钳式采收工作原理：如

27、图1-7所示，钳子为采果工具，在钳头两侧嵌入刀片，刀锋方向沿枝干方向，以人工为动力源，让钳子夹住枝干底部沿枝干方向移动，刀片便紧贴枝干，割下枝干上的果实、棘刺、树叶等。钳子内壁加入可压缩钢珠，以便减小摩擦，确保刀片能紧贴枝干。图1-7 沙棘采摘钳结构简图1. 卡枝钳头；2.钢珠；3.刀头；4.弹簧；5.防滑手柄；6.施力把手总结：该方案对于鲜果、冻果均实用。采摘钳仅对于生长统一的沙棘植株才能获得最大的收获率。结构简单，操作方便，便于携带。但只能单条采摘，沿枝干层的果实采摘质量差、损失率大。对于极小枝干不适用，只适用于略小于钳头孔径或大于孔径的枝干。该钳采摘是连刺带叶一起采收，杂质含量高。2.4

28、 滚刷式采收图1-8 滚刷采摘器结构简图1. 滚动毛刷；2.支撑架；3.外转子电机；4.间隙弹簧；5.启动按钮；6调速按钮；7.枪式手柄 工作原理：如图1-8所示，将两个毛刷相切安装在支撑架上，毛刷内置外转子电机带动毛刷旋转，将枝干嵌入两毛刷中间，通过毛刷对转，刷落枝干上的果实，并且还能沿枝干方向移动。毛刷间安装间隙弹簧，通过调节弹簧来调节毛刷之间的距离，以此达到可放入不同粗细枝干的效果。毛刷转速通过电流来调节。枪式手柄可减少垂直方向上的受力。总结：滚刷式采摘器能采摘不同成熟时期的果实。对果实损伤小，采摘质量好，损失率低。不同粗细枝条都实用。只采摘果实，杂质含量少。结构简单，操作方便，便于携带

29、。采摘速率、效率比较高。但只能单条采摘，对于长势不太顺直的枝干采摘略微困难。2.5 可拆式沙棘果实收集装置结构：可拆式沙棘果实收集装置主要由果实收集篷布、果实收集袋、支撑架、粘扣带、吊耳等组成图1-9。吊耳位于果实收集篷布的下方，支撑架通过吊耳与果实收集篷布相连，果实收集袋通过粘扣粘贴在果实收集篷布底部；支撑架一般有36副，每副支撑架固定所需的吊耳一般为35个；果实收集篷布由若干边缘展开为多边形的篷布缝合而成；可拆式果实收集装置完全展开后果实收集篷布与地面的夹角为1530；吊耳采用的材料为宽边松紧带。图1-9 可拆式沙棘果实收集装置结构示意1 果实收集篷布；2果实收集袋；3支撑架；4粘扣带；5

30、吊耳工作原理：作业时，先用骨架穿过吊耳与果实收集篷布连接，再把三角支架与单头螺纹杆、骨架、双头螺纹杆和带内螺纹钢管通过螺纹连接组装，然后用组装好的装置将树干围在中间，通过粘扣带把果实收集篷布连接成一个完整的倒伞形收集面，果实收集篷布的上边缘展开为多边形，多边形外接圆的直径为3-6 m，从而将沙棘果树的整个树冠完全包围起来，最后把果实收集袋黏贴在果实收集篷布的底部，用于收集振落的沙棘果。振落的果实落到果实收集篷布上，顺着倾斜面滚落到果实收集袋里，当果实收集袋收集满后取下，将沙棘果倒人果实箱中。总结：结构简单，使用操作方便、适用范围广。便于携带，可以方便移动、拆卸，无需配备机械动力，只需一人即可独

31、立使用，大大节省了劳动力。不受场地的限制，可在各种工作条件的田间地头使用。方便地收集果实，使果实不再四处散落，既提高了收果效率又确保了果实的清洁和完整性。2.6 方案确定综上所述，根据我国大部分沙棘种类、分布及生长情况，确定选用单支采摘的手持机械，故排除方案1，从方案2到方案4中确定。由于振动采摘长时间的机械工作，会使劳动者手部产生疲劳，钳式采摘，纯机械式，动力来源为人，自动化程度不高，并且振动采摘与钳式采摘的收集与采摘装置并不是一体化，振动采摘需要方案5收集装置配合，故需选用对手部疲劳影响小，采摘收集一体化的的方案4滚刷式采收。第 3 章 滚刷式沙棘采摘器的设计及计算3.1 电动机的选择假设

32、滚筒直径D=38mm，脱果所需力F=2N，脱果速度V=8m/s，滚筒效率0.96。（1） 选择电动机的类型按已知工作要求和条件，选用外转子微型直流电动机。（2） 选择电动机功率 工作机所需的电动机的输出功率为 （3-1） （3-2）所以 （3-3）由电动机至工作机之间的总功率为 （3-4）式中为电动机与滚筒过盈配合的传动效率，取，则 所以 （3） 确定电动机的转速滚筒的工作转速 按推荐的合理传动比范围，电动机与滚筒过盈配合相连，传动比，故电动机的转速为 符合这一转速的外转子微型直流电动机有4200r/min，在根据计算出的容量，查阅资料，选出以下电动机图3-1 外转子直流电动机表3-1 外转子

33、直流电动机的参数详情额定电压：7.4V额定电流：2.5A效率：80%额定转速：4200KV（rpm）额定功率：18.5W型号：OT-W2428适用范围：遥控航模品牌：万至达产品类型：直流无刷电机产品认证：ROHS外形尺寸：2428mm所选电动机（额定功率，额定转速）的主要外形尺寸图3-2 外转子直流电机结构简图3.2 计算传动装置的运动和动力参数（1） 外转子转速（3-5） 由式3.2.1得 （2） 传动输入功率（3-6） 由式3.2.2得 （3） 输入转速（3-7） 由式3.2.3计算电动机的输出转矩Td （3-8） 由式3.2.4得 表3-2 运动和动力参数计算结果参数 名称电动机滚筒转速

34、n/(r/min)42004200输入功率P/kw0.0170.016输入转矩T/()0.0390.037传动比1效率0.963.3 滚筒毛刷的设计（1） 材料的选择参考塑料洗衣刷，选用ABS塑料。ABS：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。特性：ABS是由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三种化学单体合成。每种单体都具有不同特性：丙烯腈有高强度，热稳定性及化学稳定性；丁二烯具有坚韧性，抗冲击特性；苯乙烯具有易加工，高光洁度及高强度，从形态上看，ABS是非结晶性材料。三种单体聚合产生了具有两相的三元共聚物，一个是苯乙烯-丙烯腈的连续相，另一个是聚丁二烯橡胶分散相。ABS的特性主要取决于三种单体的比率以及两相中的

35、分子结构。这就可以在产品的设计上具有很大的灵活性，并且由此产生了市场上百种不同品质的ABS材料。这些不同品质的材料提供了不同的特性，例如从中等到高等的抗冲击性，从低到高的光洁度和高温扭曲特性等。ABS材料具有超强的易加工特性，外观特性，低蠕变性和优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度。ABS主要应用：汽车（仪表板，工具舱门，车轮盖，反光镜壳），电冰箱，大强度工具（头发烘干机，搅拌机，食品加工机，割草机等），电话机壳体，打字机键盘，娱乐用车辆如高尔夫球手推车以及喷气式雪橇车等。（2） 滚筒设计如图，参考塑料洗衣刷图3-3 洗衣刷设计滚筒壁厚为7mm。根据电动机直径24mm，故取滚筒内径24mm，则

36、滚筒外径38mm。滚筒与电机之间通过过盈配合连接，电动机位于滚筒中部，配合处滚筒内径取23mm。根据电动机长度28mm和整体结构，取滚筒长度70mm。滚筒表面嵌毛孔深4mm，孔径3mm，孔与孔之间中心距10mm。（3）孔的排列方式选择排列方式：直线型排列、螺旋形排列、波浪形排列或V字型排列、螺旋波浪V型排列直线型排列图3-4 直排滚刷图3-5 受力分析图直线型排列，果实只受到一个向下方向的力。螺旋型排列 图3-6 螺旋滚刷 图3-7 受力分析图螺旋形排列，根据螺旋方向的不同果实受到一个向下的力，同时受到一个向左或向右的力。波浪型排列或V字型排列 图3-8 波浪/V型滚刷图3-9 受力分析图波浪

37、形或V字形排列，根据排位方向不同，果实受到向下的力，同时受到左右方向上的力。螺旋波浪/V型排列螺旋波浪形或V字形排列，根据螺旋方向不同，果实受到向下的力，同时受到左右方向上的来回交替的力。图3-10 受力分析图综上所述，孔的排列方式选用螺旋波浪/V型排列，果实不仅受到向下的力，还受到来回拨动的力，这样更容易使果实脱落。（4）毛长度设计两滚筒间的距离为两个有效毛长度，根据枝条的粗细0.5mm10mm，枝条上的刺长度10mm15mm得知，两滚筒间的距离范围为15mm25mm之间。取两个有效毛长度略大于上限值，则取值为26mm。即每个滚筒上的有效毛长度为13mm，由于镶嵌3mm在孔内，故毛的长度为1

38、6mm。（5）毛软硬的设计毛软硬的设计，将建立在实验的基础上，毛的材料选用ABS塑料，制造出几种粗细（软硬）不同，或者调整ABS的化学成分，制造出几种软硬不同的毛刷：实验一 同一种沙棘，同一软硬毛，不同的转速，检测对沙棘果实的损伤率。实验二 同一软硬毛，同一转速，不同种类的沙棘，检测对沙棘果实的损伤率。实验三 同一种沙棘，同一转速，不同软硬的毛，检测对沙棘果实的损伤率。综上所述，经过多次实验，综合考虑，选出一种或几种较为合适的。（6）粘合剂的选择查机械工业出版社，2010年3月出版，吴宗泽主编的机械零件设计手册，表623（文献）。ABS常用胶粘剂：氰基烯酸酯胶、第二代丙烯酸酯胶、聚氨酯胶、不饱

39、和聚酯胶。图3-11 滚刷结构简图图3-12 滚刷三维实体造型3.4 支撑架的设计参照伞杆设计 图3-13 伞杆图3-14 伸缩结构简图左下角是杆子，右上角是细节图片，蓝色的是一片有弹性的钢片，上面有个蓝色的半圆突起，固定在里面的杆子上，外面的杆子上有个孔，当半圆滑动到这个孔的时候，便停下。支撑架设计壁厚为0.5mm。支撑架从两毛刷相切处向前设置3个，间距为5mm的中心间距。前端管径9mm，后端管径10mm，伸缩域度5mm。管轴心与毛刷距离15mm。电机固定位置位于两滚刷中心处，管道的粗细、长度与电机对应。图3-15 支撑架结构简图图3-16 支撑架三维实体造型3.5 手柄的设计手柄从简洁舒适

40、高效的角度考虑，将手柄样子设计为手枪把手样式。（1）选型在涉及人体尺寸的产品设计中，设计产品的功能尺寸的主要依据是人体尺寸百分位数。该产品需要平均尺寸设计，即需要第50位百分位数（P50）作为产品尺寸设计的依据。（2）选择人体的尺寸百分位数产品为一般工业产品，选用P50作为产品尺寸的设计依据，查北京理工大学出版社，丁玉兰编著的人机工程学，查表27（文献2），根据香港地区较为完善的全国成年人人体尺寸提供的常用P5 P50 P95三种百分位数得：P50男手长：180mm P50女手长：165mm取手柄曲线尺寸：上170mm，中165mm，下180mmP50男手宽：80mm P50女手宽：70mm取

41、手柄高度：80mm（3）确定功能修正量有关人体尺寸标准中所列的数据是在落体或单薄的内衣的条件下测得，因此考虑人在工作时所涉及的衣帽鞋子各种因素，增加适当的修正量，该产品取5mm。（4）确定心里修正量为了克服人们心理上产生的“空间”压郁感等心里感受，或者为了满足人们“求美”“求轻”等心理需求，在产品最小功能尺寸上附加一项增量即心理修正量，该产品取5mm。（5）产品功能尺寸设定最佳功能尺寸=人体尺寸百分位数+功能修正量+心理修正量手柄周长：上 = 170+5+5=180mm 中 = 165+5+5=175mm 下 = 180+5+5=190mm手柄高： h = 80+5+5=90mm图3-17 手

42、柄结构简图图3-18 手柄三维实体造型3.6 收集装置的设计（1）采用方案5中的收集装置，采摘与收集分离。（2）采摘收集一体化。如图，将布缝合成漏斗形固定在支撑架上，漏斗下方仍然由布缝合的拳头大小般管道，最下方是一个较大的不带放于地上。在这个大布袋下方设计为捆绑式，便于放出收集好的果实，在采摘时，果实从滚筒中间滑落下来，该收集装置，可以防止果实四溅，布材料，对果实损伤小，能高效的收集果实。图3-19 收集装置结构简图3.7 蓄电池的选择计算蓄电池的选择将根据能让两个电动机持续工作24小时左右来计算。电动机的额定电压7.4V，额定电流2.5A，两个电动机采用并联连接，分流不分压，故蓄电池将根据7

43、.4V，5A选择。电池容量。蓄电池电压的选择略大于电动机的额定电压，取8V。查阅资料图3-20 蓄电池表3- 3 蓄电池参数详情品牌：欧力特类型：动力型蓄电池电池盖和排气栓结构：开口式蓄电池荷电状态：干荷电态蓄电池型号：8V135AH化学类型：铅酸额定容量：135AH电压：8（V）外型尺寸：260182288（mm）产品认证：ISO9001，ISO14001CE，金太阳认证，高新产品技术认证高尔夫球车等动力型车用蓄电池适用范围：电动车，观光车，旅游车，大篷车，轿车，硅液蓄电池主要性能特征：充电接收能力强，达到国际标准2.68倍；可大电流充电，可0.3-3C充电；可大电流放电，可0.3-30C放

44、电，可瞬间30C放电，电池不损伤，并可深度放电；可快速充电，若采用变脉冲充电装置，在足够的功率下，可0.5小时完成充电；自放电小，完全充电后，常温存放两年仍可正常放电（与极板及制作工艺有关）；低温容量高，在环境温度-50条件下，容量仍可保持70%以上；使用环境温度范围宽，可在-50至+70温度范围内使用；存放电无记忆，阀控密封式则免维护；充电无酸雾（释放到空气中的硫酸分子近乎检测不到，并在一些工作条件下可达到无气体释出），过充电无任何气体释出，废弃的电解液无污染；使用寿命长，后备电源专用电池正常使用情况下，浮充运行可达十年以上，动力专用电池循环充电次数大于400次充电，若用户需要，可将循环充电

45、次数设计到700充放次以上。3.8 调速方案的选择计算（1）调速范围 调速范围是指电动机在额定负载下可能运行的最高转速与最低转速之比 （3-9）（2）静差率（相对稳定性） 转速的相对稳定性是指负载变化时，转速变化的程度。转速变化小，其相对稳定性好。转速的相对稳定性用静差率来表示 。当电动机在某一机械特性上运行时，由理想空载增加到额定负载，电动机的转速降落与理想空载转速之比，就称为静差率，用百分位数表示为： （3-10）静差率与调速范围两个指标是相互制约的，即值越小，则调速范围D就越小；反之，若要求调速范围D越大，则静差率也越大，转速的相对稳定性越差。（3）调速的平滑性在一定的调速范围内，调速的

46、级数越多，就认为调速越平滑，相邻两级转速之比称为平滑系数，用表示： （3-11）值越接近1，则平滑性越好，当=1时，称为无极调速，即转速可以连续调节。调速不连续时，级数有限，称为有级调速。（4）调速方法 电枢回路串电阻调速电枢回路串电阻调速的原理可用图来说明图3-21 电枢回路串电阻调速原理图设电动机拖动恒转矩负载在固有特性上A点运行，其转速为。若电枢回路传入电阻，则达到新的稳态后，工作点变为人为特性上的B点，转速下降到。从图中可以看出，串入得电阻值越大，稳态转速就越低。电枢串电阻调速的优点是设备简单，操作方便。缺点是： 由于电阻只能分段调节，所以调速的平滑性差；低速时特性曲线斜率大，静差率大

47、，所以转速的相对稳定性差；低载时调速范围小，额定负载时调速范围一般为D2；方法不太经济。降压调速电动机的工作电压不允许超过额定电压，因此电枢电压只能在额定电压以下进行调节。降低电源电压调速的原理可用图说明。图3-22 降压调速原理图降压调速的优点：电源电压能够平滑调节，可以实现无极调速；调速前后机械特性的斜率不变，硬度较高，负载变化时，速度稳定性好；无论轻载还是重载，调速范围相同，一般可达D=2.512；电能损耗较小。降压调速的缺点是：需要一套电压可连续调节的直流电源。减弱磁通调速额定运行的电动机，其磁路已基本饱和，即使励磁电流增加很大，磁通也增加很少，从电动机的性能考虑也不允许磁路过饱和。因

48、此，改变磁通只能从额定值往下调，调节磁通调速即是弱磁调速。其调速原理可用突来说明：图3-23 弱磁调速原理图优点：弱磁调速经济性比较好。缺点：机械特性斜率变大，特性变软；升速范围不会很大，一般D2。综上所述采用方案二：降压调速。（5）变阻器选择在主回路上串入一个滑动变阻器，通过串联分压的方法，来改变电动机的端电压。滑动变阻器的选择，设调速范围为6004200r/min4200r/min8V则600r/min1V则变阻器分的最大端电压为7V（3-12）由式3.8.4得最大阻值故选择阻值为01.4的滑动变阻器。图3-24 调速原理图3.9 电源调速箱的设计将电源与调速箱放在一个箱子里，再将箱体设计

49、为前开背负推拉式的。从家到沙棘地可以背负，到地里工作可以推拉前行。电瓶外形尺寸：箱间距：20则电瓶所需箱体空间为:调速装置置于电瓶上方，空间高度40则箱体整体大小为取为整数为图3-25 电源调速箱结构简图图3-26 电源调速箱三维实体造型图3-27 滚刷式手持沙棘采摘器三维实体造型总结与展望总结：本设计是围绕沙棘采摘而设计的机械，首先介绍沙棘的概述、分类、资源分布、开发利用、采摘方法等，及国内外沙棘采摘器发展概况。第二章则主要讲解采摘机的方案选定。具体介绍其设计内容。首先分步介绍了采摘机的采摘方式，有拔簧吸送式采收、振荡式采收、钳式采收、滚刷式采收、可拆式沙棘果实收集装置等。以上分类还仔细讲解

50、了各种采收系统的工作原理。分别总结了各种采摘方式的优缺点，最终通过比较其优缺点确定设计方案，其设计就可以正式进行了。方案的制定也采取了取长补短、择优选择的方案确定，最终确定命名为“滚刷式沙棘采集器”第三章则是为此设计的计算，此章为重点。本人详细介绍了并附上图例。首先确定了电动机的选择，选择电动机应考虑的因素有电动机的类型、电动机的功率，确定电动机的转速等。确定电动机型号后，还需要计算传动装置的运动和动力参数，然后是滚筒毛刷的设计，其内容有材料的选择，滚筒的设计，孔的排列方式等。其中空的排列方式有直线型排列、螺旋型排列、波浪型排列或V型排列、螺旋波浪型或V型排列。选择好排列方式后就是毛长度的设计

51、、毛软硬设计。毛的软硬确定则是通过三个实验确定。粘合剂的选择、支撑架的设计有参考图。手柄设计应从多方面考虑，主要考虑其舒适程度，设计为手枪手把样式。整个机器设计选择还有收集装置的设计、蓄电池的选择计算、调速方案的选择计算、电源调速箱的设计等。本次设计虽然改进了采摘器，但改进的也有许多缺点，例如滚刷式采摘当遇到果实结的特别繁的时候，就会出现刷不下来果实的情况，这种情况我们可以再改进一下采摘头的结构可能会解决这种问题。还有就是我们采用的是外转直流电动机是镶嵌到滚筒毛刷里的，这样电机工作时间长了就会发热，这样就会影响工作效率，这种情况我们可以改进下滚筒与电机之间的连接结构。每一个设计都有缺陷，一次一

52、次的实验与改进才能使我们的采摘器更完美。 致谢通过毕业设计，让我了解到额更多关于机械方面的知识，明白了自己的许多不足，更出尽了我学习的动力，让我知道人的一生中都是在不断学习中度过的，所谓学到老活到老，机械领域是个非常有趣并且高深的领域，要想在这个领域中获得成绩，就必须更能吃苦，不要孤高自傲，就算在简单的机械也有许多只得开发的地方。大学三年下来，我明白了老师的苦心，事项让我们在学校尽量多学习知识，以便于尽快在社会上立足，借此机会，我想对老师们说声谢谢，虽然个人认为毕业设计不是体现我们能力的唯一方法，但我认为是老师们对我们学习的一个检测，并且比考试更全面。作为本设计的设计员。我明白了在机械方向我们

53、可以通过自己的技术变废为宝，可以使入门的使用工具更加效率，更加舒适和更加环保。转眼间，大学三年眨眼之间就过去了，大一那个懵懂的青年现在已经变得成熟，大一来学校的时候还历历在目，三年时间转眼即逝，现在漫步在校园，早已物是人非，有多少学长学姐从这里出去，当时我们还体会不到他们的心情，现在的学弟学妹们也不会体会我们的心情吧。最后，在此感谢老师们对我们的教导，谢谢!- 39 -参考文献吴宗泽.机械零件设计手册M.北京:机械工业出版社. 20102丁玉兰.人机工程学M.北京:北京理工大学出.20113刘雪玲.唐克生.工程制图及AutoCADM.大连:大连理工大学出版社.20114邓昭铭.张莹.机械设计基础M.北京:高等教育出版社.20115许晓峰.电机及拖动M.北京:高等教育出版社.20116陈立德.机械设计基础课程设计指导书M.北京:高等教育出版社.2007