葫芦科植物嫁接机的设计—平台、苗木的传输装置及总装配图设计

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和Bowers, 1991）之一。西门子和鲍尔斯（ 1999）报道，由于过高的运行速度，美国农民花了大约40 的总维修费用来修复拖拉机和30左右修复的磨损的动力总成零部件。此外，工作性能影响拖拉机的燃油消耗。在韩国，由拖拉机每年的燃料消耗量为345毫升/年的情况下，约占农业机械（ KAMICO和KSAM ， 2010）的年度总油耗48.5 。因此，分析齿轮选择过程中野外作业的拖拉机负荷的影响将是有意义的。 基希勒等（2011）分析了变速器档位选择对拖拉机性能的影响，并报道当该齿轮设置在从3.0变公里/小时8.3公里/小时的犁耕时燃料消耗率增加了105，实施草案增加了28，并且需要的功率增加了255，一些研究分析了在野外作业的拖拉机负荷用于拖拉机的高效和优化设计（格拉赫，1966;Han等，1999）范等人，2009）。因为它弥补了约30的拖拉机的总成本，大多数研究上的负载分析都集中在传输（如金，1998年）。用于传输负载的分析，研究人员分析转矩负载作用在变速器输入轴和拖拉机的字段中的操作，例如犁耕作的驱动车轴（Kim等人，2001; Nahmgung，2001）。在大多数领域的条件下，对变速器输入轴的负载和驱动车轴用犁耕速度增加。 一些研究中认为在旋耕和压捆操作时负载在动力输出轴上。Kim等人（ 2011b ）进行分析在压捆机运转时发动机额定功率为75千瓦的拖拉机的功率消耗，并报告了功耗发动机功率消耗的比率分别为所有动力输出齿轮水平的50-75 。此外， Kim等人（ 2011a）分析了一个30千瓦的农用拖拉机主要部件（驱动桥，动力输出轴和液压泵）在犁耕，旋耕，和装载机操作时的功率要求。旋耕所需的最大功率和在过程中动力输出轴在各组成部分之间的所占功率的最大数量。综合以上调查结果，旋耕期间在动力输出轴上应用合理的载重数量。然而，关于传输（即，运算速度）的影响和在现场作业的拖拉机载重动力输出齿轮的选择的研究尚未见报道。 这项研究主要是为了最佳的齿轮设置提供导向做出的努力，既考虑了耕地效率又考虑了主要功率传输部件的载重严重性。这项研究的目的就是分析传输的载重行为的齿轮选择以及在旋耕过程中75kW的农用拖拉机的动力输入输出轴的影响。2、 材料和方法2.1测量系统 这项研究用到的是一个75kW的农用拖拉机(L7040, LS Mtron Ltd., Korea) 。这个拖拉机的总质量为3260千克，体积为4077mm2000mm2640mm（长宽高）。在引擎转速2300转时，额定发动机功率和拖拉机的动力输出功率分别为75千瓦和65千瓦。拖拉机是配备一个同步-网格类型的由两个方向齿轮、四个主齿轮、四个副齿轮组成的手动变速箱。拖拉机的16个向前和16向后地面速度由齿轮设置组合决定。相应的，拖拉机动力输出的旋转速度在P1,P2,P3设置中分别为540 rpm,750rpm,1000rpm。图一显示在传输装置上设置了转矩遥感器和无线遥测系统和载重措施的动力输入轴。传输装置和动力输入轴是直接与发动机曲轴联系起来的；因此，发动机曲轴和输入轴的速度比率为1:1。载重测量系统被安装在离合器壳里面。载重测量系统由应变仪传感器(CEA-06-250US-350,MicroMeasurement Co., USA)构成去测量转矩，无线电遥测I/O接口去获得传感器的信号和一个内置的系统去分析载重。对于传输的载重测量，一个带有天线的应变仪被安装在变速器输入轴中，转子和定子天线安装在轴的情况。相应的，为了实现动力载重测量，一个应变仪安装在飞轮套筒上，而一个转子天线和一个定子天线被安装在飞轮和引擎的情况下。这个内置的系统有一个最大的24位的分辨率。校准扭矩传感器的应变仪的负载信号已经在24位分辨率下的19.2 khz的采样率被数字化了而被存储在嵌入式系统中(MGC,HMB,德国)。一个用来测量负载信号的程序是基于实验室查看软件(美国国家仪器2009年版本)被开发的。2.2 实验方法 在田间操作中作用于拖拉机的荷载取决于许多因素如：土壤条件和驾驶技能。因为把所有这些因素都考虑进去是不实际的(Nahm-gung,2001),所以在这项研究中将这些因素的影响最小化而专注于地面速度和通过齿轮选择负载上的动力输出转速的影响。旋耕是由三个地面速度和三个动力输出旋转速度在旱地位置位于北纬355923和355926和东经1271256和127133。土壤类型是沙土，平均水分含量为22.3%,和平均圆锥指数为1236 kPa,在0 - 250毫米的深度。耕地深度设置为20厘米。相应的，变速器的齿轮设置为L1，L2和L3齿轮与动力输出齿轮P1，P2，和P3相匹配。齿轮设置基于一项由Kim等人(2011a)报道的为年度拖拉机使用比例的调查的结果进行选择。拖拉机的地面速度在L1,L2,L3的情况下分别1.87公里/小时,2.64公里/小时,和3.77 公里/小时，它的动力输出旋转速度在P1,P2,P3的情况下分别为540 rpm,750 rpm,和1000 rpm。旋耕工具是一个重型旋耕机(WJ220E、WOONGJIN、韩国)和所需的额定功率,总质量，耕地宽度和体积分别为75千瓦，750公斤，2220毫米和1050毫米2390毫米1380毫米（长度宽度高度）。2.3载荷分析 根据不同的目的，分析拖拉机负荷的程序就会不同。许多研究人员为了表示载荷已经使用简单统计如：平均、最大、最小值等。该方法提取代表值用来显示幅值的差别,但是因为田野负载是不规则的，所以这种简化禁止描述整个加载配置文件。齿轮设置对变速器和动力输出负载设置,单向方差分析和最小显著差测试(LSD)的影响是由SAS(版本9.1,SAS研究所卡里,美国)传导的。同时,因为负载导致拖拉机的损害,拖拉机零件的疲劳也需要调查，所以要表示负载对拖拉机的影响是很难的。拖拉机的疲劳程度被定义为重复载荷的损失总和(Lampman,1997）。 纯朴,Kim等人(1998、2000)提出的另一种表示负载的方法，这种方法被定义为每个操作损失总和与所有操作最小损失总和之比。纯朴与疲劳寿命成反比。当负载严重越大时,疲劳寿命会越短。Kim等人.(1998)测量了作用在传动输入轴上的负载和分析了在耕作,旋耕和运输操作时的负载严重性。他们发现运输操作的负载严重性与耕作时的负载严重性类似。但旋耕时的负载严重性约为运输操作时的63倍。之后，Kim等人（2000）分析了在旋耕期间变速器输入轴的严重性，旋耕是右四个拖拉机的速度组合地面速度(2.9公里/小时和4.1 km / h)和动力输出旋转速度(588和704 rpm)并且使用了一个发动机额定功率为30千瓦的拖拉机。当动力输出速度增加到与地面速度相同时，负载严重增加了2.3 -2.6倍；而当地面速度增加至与动力输出速度相同时，严重性下降了0.2-0.3倍。图2是一个解释严重性计算过程的框图。因为转矩的数据不规则(熊和Shenoi,2005)，所以使用雨流循环计数法将测量转矩的数据从时域转换到频域。雨流循环计数技术通常被认为是一个好的预测疲劳寿命的循环计数法（Hong,1991)。它将一个变幅加载历史它分解成一系列简单的事件相当于个人恒定负载周期振幅(Glinka和Kam,1987)。此外,Smith-Waston-Topper单轴方法用于计算谱级用方程（1）来去除平均转矩的影响(道林,1972)。 方程中Te相当于转矩（Nm），ta是扭矩振幅（Nm），tm是平均转矩（Nm）。因为测量的负载数据的记录时间相对较短(180 - 200s),所以拓展拖拉机的旋耕的总的使用时间的周期数是非常必要的。为了在负载的大小上计算周期的总数,测试拖拉机的整个寿命被假设进来。负载周期的总数由方程（2）进行计算： N7=3600NLh （2）方程中N7负载周期的总数目（圈数），N是测量负载的计算周期数目（圈数），L是已用的拖拉机的整个寿命（年），h为拖拉机操作的年使用次数（小时/年）。在韩国，拖拉机被用来旋耕的年度使用时间是204个小时(李,2011)。使用的拖拉机的整个寿命被认为是10年,这是在韩国农业的条件下的正常的数据。对于拖拉机的整个寿命的载荷谱用于旋耕时在不同的齿轮设置下由测量负载与额定发动机扭矩负载之比来表示,为275海里。两项之比大于1表明不利的负载级别大于额定发动机扭矩负载。使用测量负载去计算损失总量和用S-N(弯曲应力与循环的数量)曲线估计数量的周期加载损耗(法特米和阳,1998)。由于损伤是由转矩信号引起的，S-N曲线转换为扭矩-周期曲线(Graham 等,1962;阮等,2011)。为了输入轴的材料得到S-N曲线,SCM 420 h,在方程（3）中使用ASTM标准(2004)。ASTM标准已经广泛的用于材料的疲劳分析(Wannenburg 等, 2009;Mao, 2010). 方程中的N表示周期数，S表示切削硬度（兆帕）。为了计算损害总和，负载谱的等效扭矩被转换成压力(Rahama 和Chancellor,1994; Petracconi 等, 2010). 变速器和 PTO输入轴的直径分别是 28 毫米和 26.5 毫米。 (4)其中，S 是应力 (MPa)，T 为等效扭矩 (Nm)，d (mm) 轴的直径。损伤总和是基于式（5）Miner定律（Miner,1945）计算的。Miner定律是用来估算荷载到空载的转数的(Miner，1945 年; Robson，1964 年;Renius，1977年）。循环的次数(n)来自载荷谱的等效扭矩。派生疲劳寿命转(N)是从S-N 的 SCM 420 H。损坏(D)由转数除以疲劳寿命转数计算得出的。 (5)Dt是损坏总量，ni转数，Ni是疲劳寿命（转数）。3. 结果和讨论3.1. 档位选择的变速器和 PTO 载荷图 3 显示的示例为在对地速度 L1时变速器和PTO输入轴扭矩载荷和旋耕操作期间PTO 转速为P2时的载荷。旋耕操作包括准备期，下降 3 点悬挂、 运行期，耕地和完成期间上升 3 点悬挂。测量扭矩在变速器和 PTO 输入轴在准备阶段陡增，在完成期间下降，扭矩在运行期间不规则波动模式出现在这些组件上。在运行期间，PTO输入轴上的测量扭矩程度和范围大于变速器输入轴。表 1 显示的扭矩水平上变速器和由PTO输入的轴速度对地速度(L1、 L2、 L3) 和PTO旋转速度 （P1、 P2、 P3） 的合。平均扭矩只对运行期间数据进行了计算，不包括准备和完成期。旋耕期间，PTO输入轴的平均的扭矩水平大于那些变速器输入轴齿轮各级。在旋耕期间主要组件所需力量最大的结果与Kim et al.(2011a)的结果相似。在相同的动力输出转速下，对地速度从L1增至L3时，变速器输入轴上的平均扭矩大大增加。犁耕提速时，变速器和传动轴上负载增加也由 Kim et al.（2011a，b）和Nahmgung（2001 年）发现。此外，当PTO旋转的速度增加时，变速器输入轴上的平均负载增加，而在L1P2 和 L1P3 之间负载值均无显著差异。对地速度和PTO旋转的速度增加时，PTO输入轴上的平均扭矩增加。这些增量对PTO旋转的统计学速度有意义，但对对地速度没有显著意义。3.2. 受损度评估图4 和 5分别显示旋耕期间变速器和PTO输入轴由齿轮设置的载荷谱。载荷谱的建立考虑了拖拉机的整个寿命中的转数，从 103 到107 的范围内。变速器输入轴的最大扭矩比率的范围是合速度为 0.7 -1.5，在 L3P1 被发现的最大扭矩比率，如图 4 所示。一般情况下，对地速度和PTO旋转的速度增加时扭矩比率增加。旋耕时对地速度和动力输出转速越大，PTO输入轴上的负荷越大。如图 5 所示，PTO输入轴的扭矩比例大于变速器输入轴。PTO 输入轴的最大扭矩比率范围是0.8-2.5，且最大扭矩比率也在 L3P1被发现，变速器输入轴也是如此。动力输出转速越大，PTO输入轴上负载越大。图6 显示了旋耕期间由齿轮设置受损度的评估。每个齿轮设置的受损度由合速度中损伤总和与最小的损伤总和的比代表。图 6 (a) 显示的输入传动轴受损度的比较。最小受损度在最低合速度即变速器被设置到L1， PTO齿轮被设置到P1时获得。合速度增加则受损度增大，在对地速度增大时受损度增量变得更大。当传动齿轮在相同动力输出转速下从 L1转换到 L3时，对地速度增加201%则受损度增加573-746%，。在恒定对地速度下，PTO齿轮从P1 转换到P3时PTO转速增加 185%，受损度增加187%-340%。从L1P2转换到L1P3时，平均负载只增加了 11%(35.9-38.7 Nm)，这并没有统计差别，但受损度增加了182%。图6（b）显示的输出输入轴的振动频率。得到的结果和变速器输入轴的情况类似。l1p1速度的组合使得振动频率最小，且复合速度增加时，振动频率也增加。值得引起注意的是，当输出转速增加185%时，振动频率将增加10781655%。动力输出齿轮从速度P1变化到速度P3时，当地面速度提高201%，振动频率增加139213%。传动齿轮从L1L3的同样的动力输出轴转速。同时，平均负荷与地面速度的增加在统计学上分析没有差别。结果表明，在动力输出输入轴负载的影响更明显的是PTO转速而不是地面速度。4.总结和结论 这项研究分析了齿轮荷载选择对传输与一个75千瓦的农业拖拉机动力输入轴在旋转耕作的影响。作用在传动装置和PTO输入轴的外载荷是在旋耕时进行测量的。旋耕是在三的地面速度和三轴转速坡高地网站在同一土壤条件下进行的。第二，传动和动力输入轴的载荷进行了评估。结果表明，变速器输入轴的平均转矩增加显明显的地面速度从L1至L3在同一动力输出轴转速。同时，在动力输入轴的平均转矩增加，在相同的地面速度PTO的旋转速度增加。 最后，负载严重的传输动力输出和输入轴进行了估算。地面速度和动力输出轴转速增加时，变速器的输入轴和输出轴的振动频率也增加。当地面速度提高201%，变速器输入轴的振动频率增加573746%，此时传动齿轮从L1L3在同一动力输出轴转速。在相同的地面速度下，振动频率增加了187340%时，输出转速增加185%的动力输出齿轮从P1到P3。变速器输入轴的疲劳寿命下降时，联合的速度增加，和地面速度的影响更为显著斜面。的动力输出轴的严重性增加显着的10781655%时，输出转速增加185%的动力输出齿轮从P1到P3在地面的速度常数。当地面速度提高201%振动频率增加139213%，此时传动齿轮从L1L3在同一动力输出轴转速。在变速器输入轴和动力输出轴的疲劳寿命是相似的。农民往往以更大的行驶速度进行旋耕作业以获得更大效率（即，更少的时间）和更大的动力输出转速旋耕。然而，更大的行驶和PTO速度，会造成更大的负载和较短的输入轴疲劳寿命。此外，更高的速度，可能会导致耕作操作后不良的土壤条件。例如，不当的高行驶速度可能会导致较粗的土壤条件，而输出转速太快可能会导致好的的土壤状况，作物比以前得到生长更好和更少的环境问题，如水土流失良好。农民需要根据对作物和土壤条件的设定选择最佳的齿轮，而不仅只考虑效率。致谢该研究项目得到了韩国食品部农业-林渔业生物产业技术开发项目的大力支持。 毕 业 设 计 任 务 书（理工） 学院轻工与农业工程学院学生姓名吴培龙专业机械设计制造及自动化班级04级机设3班学号0412104512指导教师宋越冬职 称实验师课题名称葫芦科植物嫁接机的设计平台、苗木的传输装置及总装配图起止日期自2008 年 2 月 25 日起至2008 年 6 月13 日一、课题来源、目的与要求：课题来源为教师自拟题目。嫁接机技术是近年在国际上出现的一种集机械、自动控制与园艺技术于一体的高新技术。在极短的时间内，把嫁接的砧木和穗木嫁接为一体，大幅度提高嫁接速度，被誉为嫁接育苗的一场革命。葫芦科植物是重要的蔬菜和水果植物，例如黄瓜、西瓜等，其嫁接机系统的研究，将会大幅度的提高生产率，减轻农民的劳动强度。 平台的设计要求符合人的操作习惯，传输系统的设计要求苗子运输平稳不产生倒苗现象，排苗系统要求相邻的苗子留出足够的空间让机械手抓取。二、主要设计内容：1. 根据给出的生产率进行设计2. 确定该机器的组成部分：（1） 平台的设计（2） 苗木的传输系统设计三、主要设计技术指标与参数：每个苗钵的重量为300400克。运输生产率：6棵/分钟，没有倒苗现象出现。四、分阶段指导性进度计划：12周：查阅文献，外文翻译。 34周： 根据给出的生产率确定机械的工作循环图 512周：总体设计及各执行机构的设计。 1314周：完成设计计算说明书的撰写。 1516周：撰写论文，准备答辩。 17周：答辩。五、主要参考文献资料：【1】 尚久浩，自动机械设计,北京：中国轻工业出版社，2003【2】 邱宣怀，机械设计 北京：高等教育出版社，1997【3】 郑文纬、吴克坚，机械原理 北京：高等教育出版社，1997【4】 闫俊杰. 营养钵苗嫁接机器人的研究D中国农业大学 , 2004【5】 梁喜凤. 番茄收获机械手机构分析与优化设计研究D浙江大学 , 2004【6】 谭妮克,张铁中,杨丽. 蔬菜嫁接机器人砧、穗木套管式接合装置的设计J中国农业大学学报 , 2005,(05)【7】 李明,汤楚宙,谢方平,吴明亮,孙松林. 毛桃苗力学特性试验研究J农业工程学报 , 2005,(03)朱为民. 蔬菜自动嫁接机J. 北方园艺 , 2000,(03) . 【8】 吴敬需,张萍萍,刘敬森. 园艺植物嫁接用接穗砧木切削机的研制J. 北方园艺 , 2002,(01)指导教师（签字）： 20 年 月 日系主任（签字）： 20 年 月 日 山东理工大学 毕业设计（论文）题 目： 葫芦科植物嫁接机平台、苗木输送系统的设计及总装图 学 院： 轻工与农业工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 吴培龙 指导教师： 宋越冬 毕业设计（论文）时间：二 八年 二 月 二十五 日 六 月 十五 日 共 十七 周毕业设计开题报告（理工类）设计题目葫芦科植物嫁接机的设计嫁接平台、苗木的传输系统及总装配图学生姓名吴培龙学号0412104512专业机械设计制造及其自动化一、 课题的目的意义： 嫁接就是把两种幼苗安插、结合到一起的作业。利用抗性强的砧木进行嫁接育苗， 可大大增强抗病性(嫁接西瓜、黄瓜可防止枯萎病， 嫁接茄子可防止黄萎病、根结线虫病， 嫁接番茄可防止青枯病、枯萎病，一般嫁接苗防止土传病害的效果达89.6%100%)； 同时， 通过嫁接换根，还可使植株的抗寒性及耐热、耐湿、耐旱、吸肥能力大大提高，还可克服连作障碍，因而可显著增产，瓜类、茄果类嫁接后一般可增产20%以上，重病区可成倍增产。 嫁接机是一种集机械、自动控制与园艺技术于一体的机器。它根据不同嫁接方法，把蔬菜苗茎秆直径为几毫米的砧木、穗木的嫁接为一体，使嫁接速度大幅度提高； 同时由于砧、穗木接合迅速，避免了切口长时间氧化和苗内液体的流失， 从而又可大大提高嫁接成活率。因此，嫁接机被称为嫁接育苗的一场革命。葫芦科植物是重要的蔬菜和水果植物，例如黄瓜、西瓜等，其嫁接机系统的研究，将会大幅度的提高生产率，减轻农民的劳动强度。二、 近年来国内外研究现状：(1)国外蔬菜嫁接机研究现状。在日本， 西瓜、黄瓜、茄子靠嫁接栽培的分别达到l00%、90%、96%，每年大约嫁接10多亿棵。从1986年起，日本开始了对嫁接机器人的研究，以日本“生物系特定产业技术研究推进机构”为主，一些大的农业机械制造商参加了研究开发， 其成果已开始在一些农协的育苗中心使用。由于看到了蔬菜嫁接自动化及嫁接机器人技术在农业生产上的广阔前景，日本一些实力雄厚的厂家如YANM A、M 1TSUBISHI等也竞相研究开发自己的嫁接机器人，嫁接对象涉及西瓜、黄瓜、西红柿等。日本研制开发的嫁接机有较高的自动化水平，但机器体积庞大，结构复杂，价格昂贵。20世纪90年代初，韩国也开始了对自动化嫁接技术的研究，但其研究开发的技术，只是完成部分嫁接作业的机械操作，自动化水平较低，速度慢，而且对砧、穗木苗的粗细程度有较严格的要求，不适于工厂化的大规模嫁接生产。在欧洲的意大利、法国、荷兰等农业发达国家，蔬菜的嫁接育苗相当普遍，大规模的工厂化育苗中心每年向用户提供嫁接苗。但这些国家尚无自己的嫁接机技术和产品，嫁接作业大部分停留在手工嫁接的水平上，极少地方使用日本的嫁接机器。(2)我国蔬菜嫁接机研究现状。嫁接栽培技术已在我国日光温室、大棚等设施瓜类蔬菜生产中得到推广应用。但到目前为止，我国蔬菜嫁接都是采用人工方法，瓜类蔬菜的手工嫁接， 有靠接、插接等方法。蔬菜嫁接是一项时间紧迫、作业量浩大的工作。例如，栽培1亩地黄瓜需要35004000株苗，而幼苗适于嫁接的时间只有35天，一个熟练的操作者平均每分钟只能嫁接l2株。为争取速度，加快进度，人们需要长时间地连续嫁接，甚至通宵达旦地工作。嫁接苗的砧木苗直径在34 毫米左右，穗木苗直径只有l2毫米，加之幼苗脆嫩细弱，所以嫁接起来很耗费精力。而且，每个人所掌握的嫁接技术要领、手法及熟练程度不同，难以保证高的嫁接质量和高的成活率。由于费工费时，在有些地区，又出现了放弃嫁接栽培的现象，取而代之的是大量施用农药、杀虫剂、杀菌剂。这样不但造成了浪费， 更严重的是污染了蔬菜，破坏了环境，对人类健康构成威胁。蔬菜的手工嫁接效率低、劳动强度大、嫁接苗成活率低，已远远不能适应我国农业生产的要求。因此，在我国发展机械化、自动化的嫁接技术势在必行。目前，我国主要有两种蔬菜嫁接机。一种是由长春裕丰自动化技术责任有限公司与中国农业大学合作，利用日本、韩国专利技术研制了“ 蔬菜半自动嫁接机”，主要用于黄瓜苗、西葫芦苗和西瓜苗嫁接，也可用于番茄苗、茄子苗嫁接。它采用的是靠接法。先取出砧木苗，置于嫁接机左侧的压苗片中。然后从育苗穴盘中取出接穗苗，置于嫁接机右侧的压苗片中。机器启动后，自动进行夹苗、切口、结合等动作，并用嫁接夹从右侧夹住已嫁接的苗子。最后取出嫁接苗，栽植在预备好的苗床中。如果有34人配合，嫁接速度可大大提高，最快每小时可嫁接540株，比手工嫁接效率提高数倍，成活率达90%。另一种是由中国农业大学机械工程学院农业机械化系张铁中副教授研制的一种智能全自动蔬菜嫁接机。该机由计算机控制，实现了砧木和接穗取苗(用穴盘育苗)、切割、结合、固定和摆放等嫁接全过程的自动化操作，在体积、重量、嫁接速度和性能等方面的指标，均达到了国际先进水平，获得了国家专利。它每小时可嫁接1000株苗，克服了手工嫁接速度慢、费工费时和嫁接成活率低的缺点，可用于保护地黄瓜嫁接，也可用于茄子等其他蔬菜嫁接。但是这个机构使用穴盘育苗苗木成活率不高，本次设计采用营养钵育苗成活率也高于穴盘育苗。三、设计方案的可行性分析和预期目标：1 可行性分析 原有嫁接机采用人工放置砧木，要求放苗的速度快且放置位置精确，因此劳动强度大。而采用砧木自动供苗系统则可以保证在高效率嫁接的前提下提高蔬菜嫁接的自动化程度。由于输送砧木苗时不要求精确的传动比和较高的传动效率，因此输送系统可以采用普通的平带运输机，驱动电机可以选用伺服电机。 该工作机有轻微振动，由于V带有缓冲吸振能力，采用V带传动能减小振动带来的影响，并且该工作机属于小功率、载荷变化不大，可以采用V带这种简单的结构，并且价格便宜，标准化程度高，大幅降低了成本。减速器部分两级展开式圆柱齿轮减速，这是两级减速器中应用最广泛的一种。齿轮相对于轴承不对称，要求轴具有较大的刚度。高速级齿轮常布置在远离扭矩输入端的一边，以减小因弯曲变形所引起的载荷沿齿宽分布不均现象。原动机部分为Y系列三相交流异步电机。 总体来讲，该传动方案满足工作机的性能要求，适应工作条件、工作可靠，此外还结构简单、尺寸紧凑、成本低传动效率高。2 预期目标 该装置的工作过程：带营养钵的砧木苗和接穗被放置在皮带上，电机转动，营养钵随皮带前进，检测传感器同时进行检测：当传感器检测到营养钵时，电机停止转动，此时营养钵恰好位于指定位置，等待机械手取营养钵；营养钵被取走后，电机继续转动，输送下一个营养钵到指定位置。保证6棵/分钟的工作效率。 在整个砧木输送装置的设计与安装时还应考虑：放置砧木苗的皮带上端面应稍高于砧木生长点识别系统中托盘的顶端面，保证营养钵能从连续供苗系统中被平稳放置于砧木生长点识别系统中。四、所需要的仪器设备、材料：画图工具，图纸，图板，机械设计手册五、课题分阶段进度计划：1第1周布置任务，翻译外文资料，查阅有关文献，讨论方案。完成翻译2第2周实习参观，确定整体方案。完成确定方案3第310周根据确定方案进行设计计算，绘制草图。完成绘制草图4第1113周完成总装图、部件装配图及零件图等机械部分设计。完成机械部分设计5第14周检查与修改完成检查修改6第1516周编写设计说明书，整理全部文件，准备答辩。完成说明书，整理好文件7第17周根据答辩意见修改。通过答辩指导教师意见：签字： 200 年 月 日山东理工大学毕业设计（论文）手册学院 轻工与农业工程学院专业 机械设计制造及其自动化 班级 0403 学生姓名 吴培龙 学号 0412104512 指导教师 宋越冬 职称 山东理工大学教务处编印二 八 年 六 月毕业设计（论文）自二八 年 三 月至二八 年 六 月 共 十七 周 毕业设计工作总结 表9工作任务完成情况（包括任务书中规定的工作内容、研究目标等，如未能完成须说明原因）：主要创新点：工作状况（包括工作态度、刻苦精神、协作精神、个人精力投入、出勤等情况）： 收获、体会及建议：学生签字： 年 月 日毕业设计答辩评审表课题名称葫芦科植物嫁接机苗木输送装置的设计及平台总装图学生姓名吴培龙答辩小组评分评语：答辩小组负责人签字： 年 月 日答辩小组成员签名毕业设计成绩评定指导教师评分评阅人评分答辩评分综合评分（按结构分4：2：4答辩委员会负责人签字： 20 年 月 日毕 业 设 计 等 级（按优、良、中、及格、不及格）毕业设计评审表（指导教师用）课题名称葫芦科植物嫁接机苗木输送装置的设计及平台总装图学生姓名吴培龙序号评审项目指 标满分得分1课题完成情 况按期完成任务书规定的任务；工作努力，严谨务实；遵守纪律；善于与他人合作；动手能力强。202调查与综合能独立查阅文献资料；完成社会调查或现场考察任务；有收集、综合和正确利用各种信息及获取新知识的能力；开题报告质量高。103译 文按要求完成外文资料翻译，翻译准确、通顺，译文数量符合要求。104设计或实验方案设计或实验方案论证充分；计算、分析、论据正确；对前人工作有所改进或突破。205图纸、设计说明书质量图纸完备或完成任务书所规定的工作；图样正确、规范，符合国家标准；设计合理，工艺可行。计算准确、论据充分、结构严谨；语言准确、流畅，符合撰写要求。306基础理论的掌握及创新较好地掌握本专业的基础理论和专业知识；工作中有创新意识或成果有一定的应用价值。10 合 计评语：指导教师签字： 20 年 月 日毕业设计评审表（评阅人用） 课题名称葫芦科植物嫁接机苗木输送装置的设计及平台总装图学生姓名吴培龙序号评审项目指 标满分得分1课题完成情况课题内容、难易程度和工作量符合教学基本要求。202调查与综合有收集、综合和正确利用各种信息的能力； 开题报告质量高。153译 文外文资料翻译准确、通顺、流畅，译文数量符合要求。54设计或实验方案设计方案论证充分、合理；数据采用、计算、处理正确；对前人工作有所改进或突破。205图纸及设计说明书图纸完备或完成任务书所规定的工作、准确、规范，符合国家标准。结构设计合理，工艺可行。说明书结构严谨，层次分明，文字通顺、技术用语准确，书写格式符合要求。306基础理论及创 新较好地掌握本专业的基础理论和专业知识；有一定的创新内容或成果有一定的应用价值。10 合 计评语： 评阅人签字： 年 月 日摘要摘要目前在蔬菜种植中，由于营养钵育苗在移栽时对幼苗无损伤，所以有取代传统穴盘育苗的趋势。为了满足营养钵育苗日益普遍的现状，研制新型嫁接机成为现在的一个热门课题。本次设计的自动嫁接机针对的是采用营养钵育苗的葫芦科植物，实现了砧木苗在营养钵内无需拔苗即可直接的操作，有助于嫁接以后苗的恢复，在生产中具有较高的使用价值。本次毕业设计是葫芦科植物自动嫁接机的苗木传输系统及平台。通过分析原有各种嫁接机，我们决定选取传感器配合带式运输机作为苗木传输系统。首先对嫁接机及其苗木传输系统和胶带输送机作了简单的概述；接着分析了带式输送机的选型原则及计算方法；然后根据这些设计准则与计算选型方法按照给定参数要求进行选型设计；接着对所选择的输送机各主要零部件进行了校核。普通型带式输送机由六个主要部件组成：传动装置，机尾和导回装置，中部机架，拉紧装置以及胶带。简单的说明了输送机的安装与维护。最后说明了传感器的选择，平台的设计。关键词：嫁接机；苗木传输系统；平台；带式输送机；选型设计；主要部件AbstractBecause the bowl seeding has no harm to the stock when transplanted, therefore it is used widely and tends to replace the hole seeding. In order to apply to the current increasing numbers for nutritional bowl seeding of vegetables, the development of new Grafting automatic machine now become a hot topic. The Grafting automatic machine is the cucurbitaceous vegetables which seedling in nutritional bowl. It solves a difficult problem in vegetables grafting., therefore, has high value for use in vegetable production.The graduation project is the transmission system of grafting automatic machine and platform design. After all of the original graft machine, we decided to select the sensor with a belt conveyor as seedlings transmission system. At first, it is introduction about the grafting automatic machine, seedlings transmission system and the belt conveyor. After that the belt conveyor abase on the principle is designed. Then, it is checking computations about main component parts. The ordinary belt conveyor consists of six main parts: Drive Unit, Jib or Delivery End, Tail Ender Return End, Intermediate Structure, Loop Take-Up and Belt. At last, it is explanation about fix and safeguard of the belt conveyor. Keyword: Grafting automatic machine, seedlings transmission system , belt conveyor; Lectotype Design, main parts40目录目录摘要IAbstractII目录III第一章 引言11.1 课题目的意义11.2 葫芦科嫁接机的发展现状11.3 苗木传输系统的研究现状31.4 带式输送机的概述31.4.1 带式输送机的应用31.4.2 带式输送机的分类41.4.3 各式输送机的特点41.4.4 带式运输机的发展现状51.4.5 带式运输机的工作原理61.4.6 带式运输机的机构和布置形式81.5 传感器简介10第二章 带式输送机设计112.1带式输送机的设计计算112.1.1 已知原始数据及工作条件112.1.2 计算步骤122.1.2.1 带宽的确定:122.1.2.2输送带宽度的核算152.1.3 圆周驱动力152.1.3.1 计算公式152.1.3.2 主要阻力计算162.1.3.3 主要特种阻力计算182.1.3.4 附加特种阻力计算182.1.3.5 倾斜阻力计算182.1.4传动功率计算182.1.4.1 传动轴功率（）计算182.1.4.2 电动机功率计算192.1.5 输送带张力计算202.1.5.1 输送带不打滑条件校核202.1.5.2 输送带下垂度校核212.1.6传动滚筒最大扭矩计算222.1.7 拉紧力计算232.1.8绳芯输送带强度校核计算232.2 驱动装置的选用与设计232.2.1 电机的选用242.2.2 联轴器252.3 带式输送机部件的选用262.3.1 输送带262.3.2 传动滚筒262.3.3 托辊272.3.4 制动装置282.3.5 拉紧装置282.4其他部件的选用292.4.1 机架与中间架292.4.2 电气及安全保护装置31第三章 传感器的选择333.1 传感器的概述333.1.1定义333.1.2 分类333.2 传感器的选择343.2.1 传感器的类型343.2.2 传感器水平间距343.2.3 传感器垂直间距343.2.4 传感器电源34第四章 平台设计354.1材料选取354.2 结构示意图354.3 联接方式35第五章 结论和建议365.1结论365.2 建议36参考文献37致 谢39引言第一章 引言1.1 课题目的意义嫁接就是把两种幼苗安插、结合到一起的作业。利用抗性强的砧木进行嫁接育苗， 可大大增强抗病性(嫁接西瓜、黄瓜可防止枯萎病， 嫁接茄子可防止黄萎病、根结线虫病， 嫁接番茄可防止青枯病、枯萎病，一般嫁接苗防止土传病害的效果达89.6%100%)； 同时，通过嫁接换根，还可使植株的抗寒性及耐热、耐湿、耐旱、吸肥能力大大提高，还可克服连作障碍，因而可显著增产，瓜类、茄果类嫁接后一般可增产20%以上，重病区可成倍增产。嫁接机是一种集机械、自动控制与园艺技术于一体的机器。它根据不同嫁接方法，把蔬菜苗茎秆直径为几毫米的砧木、穗木的嫁接为一体，使嫁接速度大幅度提高； 同时由于砧、穗木接合迅速，避免了切口长时间氧化和苗内液体的流失， 从而又可大大提高嫁接成活率。因此，嫁接机被称为嫁接育苗的一场革命。葫芦科植物是重要的蔬菜和水果植物，例如黄瓜、西瓜等，其嫁接机系统的研究，将会大幅度的提高生产率，减轻农民的劳动强度。1.2 葫芦科嫁接机的发展现状国外蔬菜嫁接机研究现状。在日本， 西瓜、黄瓜、茄子靠嫁接栽培的分别达到l00%、90%、96%，每年大约嫁接10多亿棵。从1986年起，日本开始了对嫁接机器人的研究，以日本“生物系特定产业技术研究推进机构”为主，一些大的农业机械制造商参加了研究开发， 其成果已开始在一些农协的育苗中心使用。由于看到了蔬菜嫁接自动化及嫁接机器人技术在农业生产上的广阔前景，日本一些实力雄厚的厂家如YANM A、M 1TSUBISHI等也竞相研究开发自己的嫁接机器人，嫁接对象涉及西瓜、黄瓜、西红柿等。日本研制开发的嫁接机有较高的自动化水平，但机器体积庞大，结构复杂，价格昂贵。20世纪90年代初，韩国也开始了对自动化嫁接技术的研究，但其研究开发的技术，只是完成部分嫁接作业的机械操作，自动化水平较低，速度慢，而且对砧、穗木苗的粗细程度有较严格的要求，不适于工厂化的大规模嫁接生产。在欧洲的意大利、法国、荷兰等农业发达国家，蔬菜的嫁接育苗相当普遍，大规模的工厂化育苗中心每年向用户提供嫁接苗。但这些国家尚无自己的嫁接机技术和产品，嫁接作业大部分停留在手工嫁接的水平上，极少地方使用日本的嫁接机器。我国蔬菜嫁接机研究现状。嫁接栽培技术已在我国日光温室、大棚等设施瓜类蔬菜生产中得到推广应用。但到目前为止，我国蔬菜嫁接都是采用人工方法，瓜类蔬菜的手工嫁接， 有靠接、插接等方法。蔬菜嫁接是一项时间紧迫、作业量浩大的工作。例如，栽培1亩地黄瓜需要35004000株苗，而幼苗适于嫁接的时间只有35天，一个熟练的操作者平均每分钟只能嫁接l2株。为争取速度，加快进度，人们需要长时间地连续嫁接，甚至通宵达旦地工作。嫁接苗的砧木苗直径在34 毫米左右，穗木苗直径只有l2毫米，加之幼苗脆嫩细弱，所以嫁接起来很耗费精力。而且，每个人所掌握的嫁接技术要领、手法及熟练程度不同，难以保证高的嫁接质量和高的成活率。由于费工费时，在有些地区，又出现了放弃嫁接栽培的现象，取而代之的是大量施用农药、杀虫剂、杀菌剂。这样不但造成了浪费， 更严重的是污染了蔬菜，破坏了环境，对人类健康构成威胁。蔬菜的手工嫁接效率低、劳动强度大、嫁接苗成活率低，已远远不能适应我国农业生产的要求。因此，在我国发展机械化、自动化的嫁接技术势在必行。目前，我国主要有两种蔬菜嫁接机。一种是由长春裕丰自动化技术责任有限公司与中国农业大学合作，利用日本、韩国专利技术研制了“ 蔬菜半自动嫁接机”，主要用于黄瓜苗、西葫芦苗和西瓜苗嫁接，也可用于番茄苗、茄子苗嫁接。它采用的是靠接法。先取出砧木苗，置于嫁接机左侧的压苗片中。然后从育苗穴盘中取出接穗苗，置于嫁接机右侧的压苗片中。机器启动后，自动进行夹苗、切口、结合等动作，并用嫁接夹从右侧夹住已嫁接的苗子。最后取出嫁接苗，栽植在预备好的苗床中。如果有34人配合，嫁接速度可大大提高最快每小时可嫁接540株，比手工嫁接效率提高数倍，成活率达90%。另一种是由中国农业大学机械工程学院农业机械化系张铁中副教授研制的一种智能全自动蔬菜嫁接机。该机由计算机控制，实现了砧木和接穗取苗(用穴盘育苗)、切割、结合、固定和摆放等嫁接全过程的自动化操作，在体积、重量、嫁接速度和性能等方面的指标，均达到了国际先进水平，获得了国家专利。它每小时可嫁接1000株苗，克服了手工嫁接速度慢、费工费时和嫁接成活率低的缺点，可用于保护地黄瓜嫁接，也可用于茄子等其他蔬菜嫁接。但是这个机构使用穴盘育苗苗木成活率不高，本次设计采用营养钵育苗成活率也高于穴盘育苗。1.3 苗木传输系统的研究现状目前在蔬菜种植中，由于营养钵育苗在移栽时对幼苗无损伤，所以有取代传统穴盘育苗的趋势。目前大部分采用营养钵育苗，采用传感器配合带式输送机的传输装置，穴盘传输的方式逐渐被淘汰。1.4 带式输送机的概述1.4.1 带式输送机的应用带式输送机是连续运输机的一种，连续运输机是固定式或运移式起重运输机中主要类型之一，其运输特点是形成装载点到装载点之间的连续物料流，靠连续物料流的整体运动来完成物流从装载点到卸载点的输送。在工业、农业、交通等各企业中，连续运输机是生产过程中组成有节奏的流水作业运输线不可缺少的组成部分。连续运输机可分为：（1）具有挠性牵引物件的输送机，如带式输送机，板式输送机，刮板输送机，斗式输送机、自动扶梯及架空索道等；（2）不具有挠性牵引物件的输送机，如螺旋输送机、振动输送机等；（3）管道输送机(流体输送)，如气力输送装置和液力输送管道。其中带输送机是连续运输机中是使用最广泛的，带式输送机运行可靠，输送量大，输送距离长，维护简便，适应于冶金煤炭，机械电力，轻工，建材，粮食等各个部门。 1.4.2 带式输送机的分类带式输送机分类方法有多种，按运输物料的输送带结构可分成两类，一类是普通型带式输送机，这类带式输送机在输送带运输物料的过程中，上带呈槽形，下带呈平形，输送带有托辊托起，输送带外表几何形状均为平面；另外一类是特种结构的带式输送机，各有各的输送特点。其简介如下：1.4.3 各式输送机的特点（1）QD80轻型固定式带输送机 QD80轻型固定式带输送机与TD型相比，其带较薄、载荷也较轻，运距一般不超过100m，电机容量不超过22kw。（2） 它属于高强度带式输送机，其输送带的带芯中有平行的细钢绳，一台运输机运距可达几公里到几十公里。（3）U形带式输送机 它又称为槽形带式输送机，其明显特点是将普通带式输送机的槽形托辊角由提高到使输送带成U形。这样一来输送带与物料间产生挤压，导致物料对胶带的摩擦力增大，从而输送机的运输倾角可达25。（4）管形带式输送机 U形带式输送带进一步的成槽，最后形成一个圆管状，即为管形带式输送机，因为输送带被卷成一个圆管，故可以实现闭密输送物料，可明显减轻粉状物料对环境的污染，并且可以实现弯曲运行。（5）气垫式带输送机 其输送带不是运行在托辊上的，而是在空气膜(气垫)上运行，省去了托辊，用不动的带有气孔的气室盘形槽和气室取代了运行的托辊，运动部件的减少，总的等效质量减少，阻力减小，效率提高，并且运行平稳，可提高带速。但一般其运送物料的块度不超过300mm。增大物流断面的方法除了用托辊把输送带强压成槽形外，也可以改变输送带本身，把输送带的运载面做成垂直边的，并且带有横隔板。一般把垂直侧挡边作成波状，故称为波状带式输送机，这种机型适用于大倾角，倾角在30以上，最大可达90。（6）压带式带输送机 它是用一条辅助带对物料施加压力。这种输送机的主要优点是：输送物料的最大倾角可达90，运行速度可达6m/s，输送能力不随倾角的变化而变化，可实现松散物料和有毒物料的密闭输送。其主要缺点是结构复杂、输送带的磨损增大和能耗较大。（7）钢绳牵引带式输送机 它是无际绳运输与带式运输相结合的产物，既具有钢绳的高强度、牵引灵活的特点，又具有带式运输的连续、柔性的优点。1.4.4 带式运输机的发展现状目前带式输送机已广泛应用于国民经经济各个部门，近年来在露天矿和地下矿的联合运输系统中带式输送机又成为重要的组成部分。主要有：钢绳芯带式输送机、钢绳牵引胶带输送机和排弃场的连续输送设施等。这些输送机的特点是输送能力大(可达30000t/h)，适用范围广(可运送矿石，煤炭，岩石和各种粉状物料，特定条件下也可以运人)，安全可靠，自动化程度高，设备维护检修容易，爬坡能力大(可达16)，经营费用低，由于缩短运输距离可节省基建投资。目前，带式输送机的发展趋势是：大运输能力、大带宽、大倾角、增加单机长度和水平转弯，合理使用胶带张力，降低物料输送能耗，清理胶带的最佳方法等。我国已于1978年完成了钢绳芯带式输送机的定型设计。钢绳芯带式输送机的适用范围：（1）适用于环境温度一般为C；在寒冷地区驱动站应有采暖设施；（2）可做水平运输，倾斜向上(16)和向下()运输，也可以转弯运输；运输距离长，单机输送可达15km；（3）可露天铺设，运输线可设防护罩或设通廊；（4）输送带伸长率为普通带的1/5左右；其使用寿命比普通胶带长；其成槽性好；运输距离大。1.4.5 带式运输机的工作原理带式输送机又称胶带运输机，其主要部件是输送带，亦称为胶带，输送带兼作牵引机构和承载机构。带式输送机组成及工作原理如图1-1所示，它主要包括一下几个部分：输送带(通常称为胶带)、托辊及中间架、滚筒拉紧装置、制动装置、清扫装置和卸料装置等。图1-1 带式输送机简图1-张紧装置 2-装料装置 3-犁形卸料器 4-槽形托辊 5-输送带 6-机架 7-动滚筒 8-卸料器 9-清扫装置 10-平行托辊 11-空段清扫器 12-清扫器输送带1绕经传动滚筒2和机尾换向滚筒3形成一个无极的环形带。输送带的上、下两部分都支承在托辊上。拉紧装置5给输送带以正常运转所需要的拉紧力。工作时，传动滚筒通过它和输送带之间的摩擦力带动输送带运行。物料从装载点装到输送带上，形成连续运动的物流，在卸载点卸载。一般物料是装载到上带(承载段)的上面，在机头滚筒(在此，即是传动滚筒)卸载，利用专门的卸载装置也可在中间卸载。普通型带式输送机的机身的上带是用槽形托辊支撑，以增加物流断面积，下带为返回段(不承载的空带)一般下托辊为平托辊。带式输送机可用于水平、倾斜和垂直运输。对于普通型带式输送机倾斜向上运输，其倾斜角不超过18，向下运输不超过15。输送带是带式输送机部件中最昂贵和最易磨损的部件。当输送磨损性强的物料时，如铁矿石等，输送带的耐久性要显著降低。提高传动装置的牵引力可以从以下三个方面考虑：（1）增大拉紧力。增加初张力可使输送带在传动滚筒分离点的张力增加，此法提高牵引力虽然是可行的。但因增大必须相应地增大输送带断面，这样导致传动装置的结构尺寸加大，是不经济的。故设计时不宜采用。但在运转中由于运输带伸长，张力减小，造成牵引力下降，可以利用拉紧装置适当地增大初张力，从而增大，以提高牵引力。（2）增加围包角对需要牵引力较大的场合，可采用双滚筒传动，以增大围包角。（3）增大摩擦系数其具体措施可在传动滚筒上覆盖摩擦系数较大的衬垫，以增大摩擦系数。通过对上述传动原理的阐述可以看出，增大围包角是增大牵引力的有效方法。故在传动中拟采用这种方法。1.4.6 带式运输机的机构和布置形式（1） 带式输送机的结构带式输送机主要由以下部件组成：头架、驱动装置、传动滚筒、尾架、托辊、中间架、尾部改向装置、卸载装置、清扫装置、安全保护装置等。输送带是带式输送机的承载构件，带上的物料随输送带一起运行，物料根据需要可以在输送机的端部和中间部位卸下。输送带用旋转的托棍支撑，运行阻力小。带式输送机可沿水平或倾斜线路布置。使用光面输送带沿倾斜线路布置时，不同物料的最大运输倾角是不同的，如下表1-1所示：表1-1 不同物料的最大运角物料种类角度物料种类角度煤块18筛分后的石灰石12煤块20干沙15筛分后的焦碳17未筛分的石块180350mm矿石16水泥200200mm油田页岩22干松泥土20由于带式输送机的结构特点决定了其具有优良性能，主要表现在：运输能力大，且工作阻力小，耗电量低，约为刮板输送机的1/3到1/5；由于物料同输送机一起移动，同刮板输送机比较，物料破碎率小；带式输送机的单机运距可以很长，与刮板输送机比较，在同样运输能力及运距条件下，其所需设备台数少，转载环节少，节省设备和人员，并且维护比较简单。由于输送带成本高且易损坏，故与其它设备比较，初期投资高且不适应输送有尖棱的物料。输送机年工作时间一般取4500-5500小时。当二班工作和输送剥离物，且输送环节较多，宜取下限；当三班工作和输送环节少的矿石输送，并有储仓时，取上限为宜。（2）布置方式电动机通过联轴器、减速器带动传动滚筒转动或其他驱动机构，借助于滚筒或其他驱动机构与输送带之间的摩擦力，使输送带运动。带式输送机的驱动方式按驱动装置可分为单点驱动方式和多点驱动方式两种。通用固定式输送带输送机多采用单点驱动方式，即驱动装置集中的安装在输送机长度的某一个位置处，一般放在机头处。单点驱动方式按传动滚筒的数目分，可分为单滚筒和双滚筒驱动。对每个滚筒的驱动又可分为单电动机驱动和多电动机驱动。因单点驱动方式最常用，凡是没有指明是多点驱动方式的，即为单驱动方式，故一般对单点驱动方式，“单点”两字省略。单筒、单电动机驱动方式最简单，在考虑驱动方式时应是首选方式。在大运量、长距离的钢绳芯胶带输送机中往往采用多电动机驱动。带式输送机常见典型的布置方式如下表1-2所示：表1-2 带式输送机典型布置方式1.5 传感器简介国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。目前对传感器尚无一个统一的分类方法，但比较常用的有如下三种：按传感器的物理量分类，可分为位移、力、速度、温度、流量、气体成份等传感器按传感器工作原理分类，可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅、热电偶等传感器。按传感器输出信号的性质分类，可分为：输出为开关量（“”和”或“开”和“关”）的开关型传感器；输出为模拟型传感器；输出为脉冲或代码的数字型传感器。带式输送机的设计第二章 带式输送机设计2.1带式输送机的设计计算2.1.1 已知原始数据及工作条件带式输送机的设计计算，应具有下列原始数据及工作条件资料（1）物料的名称和输送能力： （2）物料的性质：粒度大小，最大粒度和粗度组成情况；堆积密度；动堆积角、静堆积角，温度、湿度、粒度和磨损性等。（3）工作环境、露天、室内、干燥、潮湿和灰尘多少等；（4）卸料方式和卸料装置形式；（5）给料点数目和位置；（6）输送机布置形式和尺寸，即输送机系统（单机或多机）综合布置形式、地形条件和供电情况。输送距离、上运或下运、提升高度、最大倾角等；（7）装置布置形式，是否需要设置制动器。原始参数和工作条件（1）输送物料： 营养钵（2）物料特性： 1）块度：080mm2）散装密度：0.099t/3）在输送带上堆积角：=04）物料温度：50（3）工作环境：室内（4）输送系统及相关尺寸： （1）运距：3m （2）倾斜角：=0（3）最大运量:0.18t/h初步确定输送机布置形式，如图2-1所示：图2-1 传动系统图2.1.2 计算步骤2.1.2.1 带宽的确定:按给定的工作条件,取堆积角为0.堆积密度按99kg/;输送机的工作倾角=0;带式输送机的最大运输能力计算公式为 （2.2-1）式中：输送量（； 带速（； 物料堆积密度（）； 在运行的输送带上物料的最大堆积面积, K-输送机的倾斜系数带速选择原则：(1)输送量大、输送带较宽时，应选择较高的带速。(2)较长的水平输送机，应选择较高的带速；输送机倾角愈大，输送距离愈短，则带速应愈低。(3)物料易滚动、粒度大、磨琢性强的，或容易扬尘的以及环境卫生条件要求较高的，宜选用较低带速。(4)一般用于给了或输送粉尘量大时，带速可取0.8m/s1m/s；或根据物料特性和工艺要求决定。(5)人工配料称重时，带速不应大于1.25m/s。(6)采用犁式卸料器时，带速不宜超过2.0m/s。(7)采用卸料车时，带速一般不宜超过2.5m/s；当输送细碎物料或小块料时，允许带速为3.15m/s。(8)有计量秤时，带速应按自动计量秤的要求决定。(9)输送成品物件时，带速一般小于1.25m/s。带速与带宽、输送能力、物料性质、块度和输送机的线路倾角有关.当输送机向上运输时，倾角大，带速应低；下运时，带速更应低；水平运输时，可选择高带速.带速的确定还应考虑输送机卸料装置类型，当采用犁式卸料车时，带速不宜超过3.15m/s.。表2-1倾斜系数k选用表倾角()2468101214161820k1.000.990.980.970.950.930.910.890.850.81输送机的工作倾角=0;查DT带式输送机选用手册（表2-1）(此后凡未注明均为该书)得k=1按给定的工作条件,取堆积角为0;堆积密度为99kg/;考虑工作条件取带速为0.6m/s;将参数值代入上式, 可得到为保证给定的运输能力,带上必须具有的的截面积因为营养钵是直径且重量较轻,所以我们确定选用带宽B=500mm,CC-56棉帆布输送带 CC-56棉帆布输送带的技术规格：带厚6.0mm;输送带质量5.44Kg/m.2.1.2.2输送带宽度的核算由于营养钵直径，小于带宽500mm，故，输送带宽满足输送要求。2.1.3 圆周驱动力2.1.3.1 计算公式 1）所有长度（包括L80m） 传动滚筒上所需圆周驱动力为输送机所有阻力之和，可用式（2.3-1）计算： （2.3-1）式中主要阻力，N；附加阻力，N；特种主要阻力，N；特种附加阻力，N；倾斜阻力，N。五种阻力中，、是所有输送机都有的，其他三类阻力，根据输送机侧型及附件装设情况定，由设计者选择。2.1.3.2 主要阻力计算输送机的主要阻力是物料及输送带移动和承载分支及回程分支托辊旋转所产生阻力的总和。可用式（2.4-4）计算： （2.4-4）式中模拟摩擦系数，根据工作条件及制造安装水平决定，一般可按表查取。输送机长度（头尾滚筒中心距），m；重力加速度；初步选定托辊为平行托辊，上托辊间距1m，下托辊间距 2m。承载分支托辊组每米长度旋转部分重量，kg/m，用式（2.4-5）计算 （2.4-5）其中承载分支每组托辊旋转部分重量，kg；承载分支托辊间距，m；托辊已经选好，知 计算：=11.6 kg/m回程分支托辊组每米长度旋转部分质量，kg/m，用式（2.3-6）计算： （2.3-6）其中回程分支每组托辊旋转部分质量回程分支托辊间距，m；kg计算：=5.2 kg/m每米长度输送物料质量=kg/m每米长度输送带质量，kg/m，=5.44kg/m=0.0239.811.6+5.2+（25.44+0.083）cos0=9.8784 N 运行阻力系数f值应根据表2-5选取。取=0.02。表2-5 阻力系数f输送机工况工作条件和设备质量良好，带速低，物料内摩擦较小0.020.023工作条件和设备质量一般，带速较高，物料内摩擦较大0.0250.030工作条件恶劣、多尘低温、湿度大，设备质量较差，托辊成槽角大于350.0350.0452.1.3.3 主要特种阻力计算主要特种阻力包括托辊前倾的摩擦阻力和被输送物料与导料槽拦板间的摩擦阻力两部分，由于这次设计运输机没有导料槽，托辊为水平托辊，故主要特种阻力为0。2.1.3.4 附加特种阻力计算附加特种阻力包括输送带清扫器摩擦阻力和卸料器摩擦阻力等部分，由于本次设计的输送机没有清扫器，卸料器，所以附加特种阻力为0 。2.1.3.5 倾斜阻力计算倾斜阻力按下式计算： （2.3-13）式中：因为是本输送机水平运输，所有H=0=0由式=9.8784+0+0+0+0+0=9.8784N2.1.4传动功率计算2.1.4.1 传动轴功率（）计算传动滚筒轴功率（）按式（2.4-1）计算： （2.4-1）2.1.4.2 电动机功率计算电动机功率，按式（2.4-2）计算： （2.4-2）式中传动效率，一般在0.850.95之间选取；联轴器效率；每个机械式联轴器效率：=0.98液力耦合器器：=0.96；减速器传动效率，按每级齿轮传动效率.为0.98计算；二级减速机：=0.980.98=0.96三级减速机：=0.980.980.98=0.94电压降系数，一般取0.900.95。多电机功率不平衡系数，一般取，单驱动时，。根据计算出的值，查电动机型谱，按就大不就小原则选定电动机功率。由式（2.5-1）=0.0059W由式（2.5-2）=2=0.014w选用型号: 20SY006-J1齿轮减速永磁式直流伺服电动机额定电压/V: 27额定电流/A: 0.16轴端输出|减速比: 96.58轴端输出|额定转速/(r/min): 3748轴端输出|额定转矩/(Nm): 0.1472.1.5 输送带张力计算输送带张力在整个长度上是变化的，影响因素很多，为保证输送机上午正常运行，输送带张力必须满足以下两个条件：（1）在任何负载情况下，作用在输送带上的张力应使得全部传动滚筒上的圆周力是通过摩擦传递到输送带上，而输送带与滚筒间应保证不打滑；（2）作用在输送带上的张力应足够大，使输送带在两组托辊间的垂度小于一定值。2.1.5.1 输送带不打滑条件校核 圆周驱动力通过摩擦传递到输送带上（见图2-3）图2-3作用于输送带的张力如图4所示，输送带在传动滚简松边的最小张力应满足式(28)的要求。传动滚筒传递的最大圆周力。动载荷系数；对惯性小、起制动平稳的输送机可取较小值;否则，就应取较大值。取1.5传动滚筒与输送带间的摩擦系数，见表2-7表2-7 传动滚筒与输送带间的摩擦系数工作条件光面滚筒胶面滚筒清洁干燥0.250.030.40环境潮湿0.100.150.250.35潮湿粘污0.050.20取=1.5，由式 =1.59.8784=14.81N对常用C=1.97该设计取=0.05；=470。=1.979.8784=18.77N2.1.5.2 输送带下垂度校核为了限制输送带在两组托辊间的下垂度，作用在输送带上任意一点的最小张力，需按式（2.5-1）和（2.5-2）进行验算。承载分支 (2.5-1)回程分支 （2.5-2）式中允许最大垂度，一般0.01；承载上托辊间距（最小张力处）；回程下托辊间距（最小张力处）。取=0.01 由式（2.5-2）得：=676.56NN2.1.6传动滚筒最大扭矩计算单驱动时,传动滚筒的最大扭矩按式（2.7.1）计算： （2.7.1）式中D传动滚筒的直径（mm）。 双驱动时,传动滚筒的最大扭矩按式（2.7.2）计算： （2.7.2）初选传动滚筒直径为240mm,则传动滚筒的最大扭矩为:=1.182.1.7 拉紧力计算查机械设计手册初步选定螺旋拉紧装置。2.1.8绳芯输送带强度校核计算 绳芯要求的纵向拉伸强度按式（2.9-1）计算； （2.9-1）式中静安全系数，一般=710。运行条件好，倾角好，强度低取小值；反之，取大值。输送带的最大张力204 N选为7,由式（2.10-1） N/mm可选输送带为CC-56,即满足要求.。2.2 驱动装置的选用与设计带式输送机的负载是一种典型的恒转矩负载，而且不可避免地要带负荷起动和制动。电动机的起动特性与负载的起动要求不相适应在带式输送机上比较突出，一方面为了保证必要的起动力矩，电机起动时的电流要比额定运行时的电流大67倍，要保证电动机不因电流的冲击过热而烧坏，电网不因大电流使电压过分降低，这就要求电动机的起动要尽量快，即提高转子的加速度，使起动过程不超过35s。驱动装置是整个皮带输送机的动力来源，它由电动机、偶合器，减速器 、联轴器、传动滚筒组成。驱动滚筒由一台或两台电机通过各自的联轴器、减速器、和链式联轴器传递转矩给传动滚筒。减速器有二级、三级及多级齿轮减速器，第一级为直齿圆锥齿轮减速传动，第二、三级为斜齿圆柱齿轮降速传动，联接电机和减速器的连轴器有两种，一是弹性联轴器，一种是液力联轴器。为此，减速器的锥齿轮也有两种；用弹性联轴器时，用第一种锥齿轮，轴头为平键连接；用液力偶合器时，用第二种锥齿轮，轴头为花键齿轮联接。传动滚筒采用焊接结构，主轴承采用调心轴承，传动滚筒的机架与电机、减速器的机架均安装在固定大底座上面，电动机可安装在机头任一侧。2.2.1 电机的选用电动机功率，按式（2.4-2）计算： （2.4-2）式中传动效率，一般在0.850.95之间选取；联轴器效率；每个机械式联轴器效率：=0.98液力耦合器器：=0.96；减速器传动效率，按每级齿轮传动效率.为0.98计算；二级减速机：=0.980.98=0.96三级减速机：=0.980.980.98=0.94电压降系数，一般取0.900.95。多电机功率不平衡系数，一般取，单驱动时，。根据计算出的值，查电动机型谱，按就大不就小原则选定电动机功率。由式（2.5-1）=0.0059W由式（2.5-2）=2=0.014w选用型号: 20SY006-J1齿轮减速永磁式直流伺服电动机额定电压/V: 27额定电流/A: 0.16轴端输出|减速比: 96.58轴端输出|额定转速/(r/min): 3748轴端输出|额定转矩/(Nm): 0.147 2.2.2 联轴器本机采用LX2型弹性柱销联轴器GB/T 5014-1985轴孔直径30mm。这种联轴器与弹性套柱销联轴器很相似，但传递转矩的能力很大，结构更为简单，安装、制造方便，耐久性好，也有一定的缓冲和吸振能力，允许被联接两轴有一定的轴向位移以及少量的径向位移和角位移，适用于轴向窜动较大、正反转变化较多和起动频繁的场合。2.3 带式输送机部件的选用2.3.1 输送带本机属于轻型的运输机，对带没有太高要求，故选用面帆布带，棉帆布价格低廉，且能达到要求。硫化（塑化）接头具有承受拉力大，使用寿命长，对滚筒表面不产生损害，接头效率高达60%95%的优点，故采用硫化（塑化）接头。对于分层织物层芯输送带在硫化前，将其端部按帆布层数切成阶梯状，如下图2-4所示：图2-4 分层织物层芯输送带的硫化接头然后将两个端头相互很好的粘合，用专用的硫化设备加压加热并保持一定的时间即可完成。其强度为原来强度的(i-1)/i3100%。其中i为帆布层数。2.3.2 传动滚筒传动滚筒是传递动力的主要部件，它是依靠与输送带之间的摩擦力带动输送带运行的部件。传动滚筒根据承载能力分为轻型、中型和重型三种。同一种滚筒直径又有几种不同的轴径和中心跨距供选用。本机滚筒是根据唐冶TK型滚筒设计选用手册制造其结构示意图如图2-5所示：传动滚筒长度的确定. 查唐冶TK型滚筒选用手册得：其主要性能参数如表2-8所示： 表2-8传动滚筒参数表mm许用扭矩许用合力5009240再查唐冶TK型滚筒选用手册可得出滚筒长度为550。或者由经验公式：已知带宽B500，传动滚筒直径为240，滚筒长度比胶带宽略大，一般取（50-100）取50050550 与查表结果一致。2.3.3 托辊本次输送物品营养钵为件货，故选取平行托辊，平行上托辊为DT01C1411，平行下托辊为DT01C2111。因为输送距离为3m，故可不加调心托辊。平形托辊由一个平直的辊子构成，用于输送件货。其结构简图如下：平行托辊托辊间距的布置应遵循胶带在托辊间所产生的挠度尽可能小的原则。胶带在托辊间的挠度值一般不超过托辊间距的2.5。在装载处的上托辊间距应小一些，一般的间距为300600mm，而且必须选用缓冲托辊，下托辊间距可取25003000mm，或取为上托辊间距的两倍。2.3.4 制动装置因为该输送机的设计为水平运输，所以不需要制动装置。2.3.5 拉紧装置因本机长为3m，小于100m，可选用螺旋式拉紧装置，拉紧行程为200mm。拉近装置示意图：螺旋式拉紧装置1-螺杆 2-滚筒 3-机架 4-可移动的滚筒轴承座2.4其他部件的选用2.4.1 机架与中间架机架式支承滚筒及承受输送带张力的装置。（1）机架有四种结构如图所示。可满足带宽5001400、倾角、围包角多种形式的典型布置。并能与漏斗配套使用。机 架a.01机架：用于倾角的头部传动及头部卸料滚筒。选用时应标注角度。b02机架：用于倾角的尾部改向滚筒或中间卸料的传动滚筒。c03机架：用于倾角的头部探头滚筒或头部卸料传动滚筒，围包角小于或等于。d04机架：用于传动滚筒设在下分支的机架。可用于单滚筒传动，也可以用于双滚筒传动（两组机架配套使用)。围包角大于或等于。e01，02机架适于带宽5001400mm；03，04机架适于带宽8001400mm。(2).本系列机架适用于输送带强度范围；CC-56棉帆布38层，NN-100300尼龙带及EP-100300聚酯带36层；钢绳芯带ST2000以下。(3) 滚筒直径范围：2001000mm。(4) 中间架用于安装托辊。标准长度为6000mm，非标准长度为30006000mm及凸凹弧段中间架；支腿有I型(无斜撑)、H型(有斜撑)两种。中间架和中间架支腿全部采用螺栓联接，便于运输和安装。中间架为螺栓联接的快速拆装支架，它由钢管、H型支架、下托辊、和挂钩式槽形托辊组成，是机器的非固定部分，钢管作为可拆卸的机身，用弹性柱销架设在H型支架的管座中。柱销固装在钢管上，只是打入的位置适当转动钢管，就能方便地从管座中抽出或放入。中间架槽形托辊轴的两端加工成矩形，这样就可以把单个滚筒放进机架中，即可以定位又可以起到固定轴的作用。因为皮带运输机的滚筒很多，损坏的也经常，当辊子需要维修时，就可以快速取下，以便于维修和更换，对运输很小，提高了工作效率。这就是快速拆装的特点。中间架作为输送机架的一部分，输送机架的选型即决定了中间架的型式。输送机的机架随输送机类型的不同而不同，有落地式和吊挂式，而落地式又有钢架落地式和绳架落地式，吊挂式有钢架调挂式和绳架吊挂式等种类。本皮带运输机是属于DT型固定式，选用钢架落地式机架。该种机架机身机构简单，节省钢材，安装、拆卸方便，不易跑偏等特点。2.4.2 电气及安全保护装置安全保护装置是在输送机工作中出现故障能进行监测和报警的设备，可使输送机系统安全生产，正常运行，预防机械部分的损坏，保护操作人员的安全。此外，还便于集中控制和提高自动化水平。(1)电气及安全保护装置的设计、制造、运输及使用等要求，应符合有关国家标准或专业标准要求，如IEC439低压开关设备和控制装置；GB4720装有低压电器的电控设备；GB3797装有电子器件的电控设备。(2)电气设备的保护：主回路要求有电压、电流仪表指示器，并有断路、短路、过流(过载)、缺相、接地等项保护及声、光报警指示，指示器应灵敏、可靠。(3)安全保护和监测；应根据输送机输送工艺要求及系统或单机的工况进行选择，常用的保护和监测装置如下：a输送带跑偏监测：一般安装在输送机头部、尾部、中间及需要监测的点，轻度跑偏量达5带宽时发出信号并报警，重度跑偏量达l 0带宽时延时动作，报警、正常停机。b打滑监测：用于监视传动滚筒和输送带之间的线速度之差，并能报警、自动张紧输送带或正常停机。c超速监测：用于下运或下运工况，当带速达到规定带速的l15l25时报警并紧急停机。d沿线紧急停机用拉绳开关，沿输送机全长在机架的两侧每隔60m各安装组开关，动作后自锁、报警、停机。e其他料仓堵塞信号、纵向撕裂信号及拉紧、制动信号、测温信号等，可根据需要进行选择。传感器的选择第三章 传感器的选择3.1 传感器的概述3.1.1定义国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。3.1.2 分类目前对传感器尚无一个统一的分类方法，但比较常用的有如下三种：按传感器的物理量分类，可分为位移、力、速度、温度、流量、气体成份等传感器按传感器工作原理分类，可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅、热电偶等传感器。按传感器输出信号的性质分类，可分为：输出为开关量（“”和”或“开”和“关”）的开关型传感器；输出为模拟型传感器；输出为脉冲或代码的数字型传感器。3.2 传感器的选择3.2.1 传感器的类型为了提高抗干扰性，本机采用的是两个对射式光电传感器。3.2.2 传感器水平间距根据适合嫁接的植物砧木子叶宽度，考虑到几种不同砧木子叶的宽度变动范围及其他因素（如软件延时，响应速度等），选定两个传感器的水平间距可调。3.2.3 传感器垂直间距根据适合嫁接的植物砧木特征参数，来选定传感器发光管和接收管的垂直间距。3.2.4 传感器电源根据实际情况选择5V或者12-24V的直流电源。平台设计第四章 平台设计4.1材料选取钢板 厚度10mm 4.2 结构示意图4.3 联接方式钢板与支架之间采用螺母联接，方便拆装。支架部分钢板采用焊接联接。平台与机械手，切削装置联接采用螺母联接。结论和建议第五章 结论和建议5.1结论通过对葫芦科植物嫁接机的苗木传输系统设计，可以得出以下主要结论：1该嫁接机实现了苗木无需拔苗即可直接嫁接到操作，使得苗木根系免受损伤，有助于嫁接后苗木的恢复，提高了嫁接到成活率。这适应了当前的育苗方式的发展，具有较高的实用价值。2在苗木传输系统中，采用皮带运输方式，皮带有直流伺服电机驱动。其中直流伺服电机和光电传感器共同完成苗木的传送和定位功能，实现了供苗的自动化。该系统定位准确，运行可靠，可减轻作业强度。3 嫁接机采用PLC控制，实现嫁接到自动化，提高了嫁接到速度，减轻了劳动强度。速度达到了360棵/小时，实现了预期要求，为其推广应用打下良好基础。5.2 建议由于时间短，对嫁接机的自动传输系统的设计不完善，还存在着以下不足1传输系统采用步进电机，增加了制造成本。之所以不采用直流电机，是因为气干扰现象特别严重。因此建议提高系统的抗干扰部分的硬件、软件技术，是该机器可以采用直流电源，以降低生产成本。2 建议优化硬件结构，以进一步提高嫁接到精度和可靠性。3 建议增加报警、自动检测技术和计数功能，提高嫁接机的智能化水平。参考文献参考文献1 王秀峰,陈振德主编. 蔬菜工厂化育苗 中国农业出版社2 张铁中,徐丽明. 大有前景的蔬菜自动嫁接机器人技术. 机器人技术及应用，2001(2)14153 崔彦玲. 茄子嫁接技术. 北京农业科学,Vol.16,No.2,1998,13154 方贤法. 蔬菜自动嫁接机机构分析及控制系统的研究. 学位论文,中国农业大学,1997.35 张铁中. 2JSZ-600型蔬菜自动嫁接机研究报告. 19986 张品端. 日本的蔬菜嫁接机器人. 中国期刊网. 1997(6).7 储高峰. 茄科蔬菜自动嫁接技术的研究：硕士学位论文. 北京：中国农业大学，2003，38 刘长青. 蔬菜嫁接机器人自动输送系统的研究：硕士学位论文. 北京：中国农业大学，2003，39 刘峰梅，孙守民，阎林平 SJZ-1型蔬菜自动嫁接机的研制粮油加工与食品机械, 1997年 06期10 辜松 2JC-350型蔬菜插接式自动嫁接机的研究 农业工程学报, 编辑部邮箱 2006年 12期11 闫俊杰. 营养钵苗嫁接机器人的研究：硕士学位论文 北京：中国农业大学，2004，512 张德坤，葛世荣，刘金龙 带式输送机自动张紧装置的设计 矿山机械, 编辑部邮箱 1999年 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