打瓜收获机捡拾装置的设计【含CAD图纸、SW三维模型】

文件包含 CAD 图纸和三维建模及说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985打瓜捡拾机构的设计学生姓名学 号所属学院专 业班 级指导老师日 期文件包含 CAD 图纸和三维建模及说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985前 言农业机械化大大提高了节本增效能力，提高了资源利用转化率，土地产出率和劳动生产率。从而促进农民增收。这是因为在农业生产中使用机器代替手工工具，用自然力来代替人力，以自觉运用现代技术装备和技术来代替传统经验生产。改变了农业生产方式，克服了人的体力，器官的限制和经验局限 1。推进农业现代化，必须重视发展农机化，这是农业现代化建设的必由之路。农业的根本出路在于机械化，农业机械化是现代农业的重要标志，是用现代物质条件装备农业、用现代科学技术改造农业的重要载体。本课题需要重点研究的、关键的问题是捡拾部件的设计，打瓜取籽机构在市场上有较为成熟的机型，可以直接使用。当打瓜成熟以后，瓜皮颜色明显变白转黄并变软，瓜蒂收缩凹陷时采收，打瓜瓜皮比西瓜的瓜皮有韧性，有较强的碰撞能力。且打瓜的生长环境较恶劣，一般是杂草丛生，地形起伏不平，打瓜成熟以后其大小不同等，所以对捡拾部件有较高的要求，必须要有地面仿形机构。在设计捡拾部件时要充分考虑各种影响因素，保证收获机械的正常运行 3-8。本课题主要由以下几大部分构成：（1）主要结构的设计；（2）工作原理；（3）主要工作部件的设计及选取；（4）扎瓜齿的设计；（5）液压油缸的应用；（6）对打瓜牵引机构的设计分析；从这六大部分去设计分析打瓜捡拾机构。其中在打瓜捡拾机构中，扎瓜齿、梳瓜齿的选型及排列尤为重要，因为关系到在工作过程中的上料与卸料问题。扎瓜齿的排列出错会造成梳瓜齿在强行梳下打瓜的同时与扎瓜齿相触碰、摩擦，导致梳瓜齿或扎瓜齿的变形、断裂，因此排列尤为重要。在选取轴承的同时，应注意轴承的大小及材料与轴承座的间隙相配合。关键词：打瓜；农业；机械化；扎瓜齿文件包含 CAD 图纸和三维建模及说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985目 录1 研究目的及意义 .11.1 国内外打瓜收获机研究现状 .11.2 打瓜机械化收获机械化研究 .12 主要结构 .23 工作原理 .24 主要工作部件的设计 34.1 捡拾辊的设计.34.2 籽瓜取籽机选型 .44.3 捡拾辊升降和仿行机构设计 .44.4 液压油缸防护装置的设计分析 .44.5 取瓜装置的设计分析 .45 扎瓜齿的选型 55.1 扎瓜齿尺寸的设计 .55.2 捡拾齿的设计 .55.3 捡拾齿特征 .65.4 扎瓜齿的排列 .76 液压油缸的选取及技术参数 86.1 液压油缸的主要技术参数 .86.2 油缸的工作性能主要表现在以下几个方面 .86.3 液压油缸所需时间计算公式 .87 对打瓜捡拾机构牵引的受力分析 .97.1 打瓜捡拾机构的牵引力 .97.2 对牵引机构进行受力分析 .10总 结 11致 谢 12参考文献 .13附 录 14文件包含 CAD 图纸和三维建模及说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985文件包含 CAD 图纸和三维建模及说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098511 研究目的及意义农业机械化是农业现代化的重要内容，是先进的农艺技术和生物技术实施的载体。农机与农业分工所带来的要素优化组合，经济规模以及农机经营者的经济目标与农业机械化的发展目标一致的运行机制，为高效率和大规模的机械化农业生产提供了基本条件。而机械化农业相对于传统农业在改造恶劣的生产条件，高效能利用生态资源，吸收利用高新科技，抵御自然灾害以及提高农业竞争能力和国际竞争力方面具有不可替代的优势。在我国由农业大国发展成农业强国的过程中，农业机械化是提高农业劳动生产率和农业竞争能力的核心要素 7。1.1 国内外打瓜收获机研究现状种植打瓜产量占全国种植打瓜总产量的75%左右，因此打瓜已成为我区主要的经济作物之一，打瓜籽是重要的外贸商品，多年来在国际市场上供不应求。主要销往西欧、北美、中东、东南亚及港澳等地区，年出口量115万吨，占世界贸易量的一半以上 1。自80年代以来，打瓜籽在国内市场也深受欢迎。已有的打瓜脱粒清选机有振动筛式和半圆筛式两种机型。它们由机架、壳体、料斗、破碎装置、分离装置和清选装置组成，破碎装置由破碎滚筒与设于其上的直的破碎齿组成，清选装置一端设有出料口；区别是振动筛式清选机的清选装置采用振动筛进行分离，因振动筛高速摆动，造成清选机振动大、噪音大、故障率高和寿命短的缺点；而半圆筛式清选机的清选装置由半圆筛和刮板组成，破碎装置与半圆筛上下平行设置，破碎装置破碎的瓜皮、瓜瓤和瓜籽落入分离装置，在刮板刮动下旋转进行分离。缺点是刮板在刮动瓜皮经过半圆筛上的筛孔时，会将瓜皮叉入清选装置，而清选装置无法将碎瓜皮分离出来，影响了瓜籽的质量；再者，半圆筛为等径，不利于瓜皮及时从半圆筛端口排出，工效较低，因没有进一步漂洗分离装置，瓜籽表面污物及未成熟瓜子无法分离，进一步影响瓜籽质量。在国内外的打瓜收获机械中，打瓜取籽机在市场上有较为成熟的机型。但是包括打瓜捡拾的打瓜联合收获机械的发展还不是很成熟，还有很大的发展空间 6。美国、英国、加拿大等经济发达国家，经历了 20 世纪 4050 年代种植业基本机械化及6070 年代畜禽与水产养殖业基本机械化后，90 年代的种植业和养殖业已进入高度机械化、现代化阶段。农业机械正向大型、高速、低耗、自动化和智能化发展。美国是当今世界上农业生产现代化程度最高的国家之一，已基本实现了区域化、专业化、机械化、社会化、商品化和网络信息化。一些农场主往往经营上千公顷连片土地，在农业生产的产前、产中、产后的每一个生产环节都使用机械操作，全面实现了机械化。美国已成为世界上农业劳动生产率最高的国家之一。而对于打瓜收获机械，由于种植区域的限制，国外研究资料较少。打瓜收获机的发展水平基本以国内为准 15。1.2 打瓜机械化收获技术研究打瓜的收获方式主要分为两种：第一种是人工采摘、集条集堆、破皮取籽，分阶段性进行收获。另一种是集采摘、输送、破皮取籽为一体化的联合作业方式。第二种收获方式具有机械化参与程度高、收获效率高、省时省力、节约成本等优点，但是其对土地的要求较为苛刻，对于田地情况恶劣的地块收获效果不是很理想。按照分段收获方式的分类见表 1-1。表 1-1 打瓜分段收获方式及其优缺点对比表序号 采摘 集条集堆 捡拾 取籽 优点 缺点1 人工 人工 人工 人工 漏检率低 劳动强度大、效率低2 人工 人工 人工 机械 漏检率低 劳动强度大3 人工 人工 机械 机械 综合成本较低 漏检率较高4 人工 机械 机械 机械 工作效率较高 漏检率较高5 机械 机械 机械 机械 工作效率较高 漏检率较高文件包含 CAD 图纸和三维建模及说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098522 主要结构及技术参数该机由机架、捡拾辊、油缸、取瓜装置以及仿形装置等组成(图1-1)。脱籽机固定在机架左侧，捡拾齿辊位于脱籽机进瓜口右侧偏后方，机架固定在捡拾齿辊轴上，取瓜装置与 U 形支架相连，油缸与机架和捡拾齿辊轴相铰接，接瓜板与脱籽机的进瓜口相配合，达到捡拾的目的。1、机架底座 2、油缸 3、油缸护壳 4、梳瓜齿机架 5、轴承和轴承座 6、捡拾辊支撑轴 7、扎瓜齿上料板 8、破碎机构入料斗 9、捡拾辊齿圈 10、梳瓜齿 11、捡拾齿 12、齿圈三角铁 13、捡拾辊轴 14、轮胎 15、轮轴图1-1 捡拾机构示意图主要技术参数：配套动力(kW):2025挂接方式:牵引式结构质量(kg):600捡拾辊直径(mm):1400捡拾部件工作幅宽(mm):1200 作业生产率(hm 2h):0.813 工作原理该捡拾机构在作业之前，由人工或集条机将籽瓜捡拾铺放成条，作业时使用小马力拖拉机作为动力，通过机架带动捡拾辊向前滚动。人工将籽瓜集拢到捡拾齿辊工作的幅宽内，籽瓜被捡拾辊从地上扎起。顺时针旋转，当籽瓜运动至取瓜齿位置时，籽瓜被梳瓜齿强行梳下，沿接瓜板到脱籽机的进瓜口，在脱籽机内完成籽皮的分离。在运输时，通过油缸压力把仿形装置置于捡拾辊底部，将捡拾辊升起，完成道路的运输如图 3-1 所示。文件包含 CAD 图纸和三维建模及说明书,咨询 Q 197216396 或 119709853图 3-1 捡拾机构总装4 主要工作部件的设计4.1 捡拾辊的设计捡拾辊主要由捡拾齿、齿辊、仿形轮、轴、机架、梳瓜齿等装置组成。捡拾齿垂直并用螺栓紧固在齿辊表面上。捡拾辊的转动由仿形轮提供动力，仿形轮和齿辊通过轴、轴承与轴承座连接在一起。U 形架用螺栓和斜板连接在一起，取瓜装置固定在 U 形架顶端，取瓜装置为梳齿状，与捡拾齿交错布置，可将扎起的打瓜强行与齿分离。捡拾辊轴的强度校核（如图3-1所示） ；轴采用45号钢，在工作时，承受最多的是轴向方向的拉力，因此产生的是轴向方向的拉伸变形，已知45号钢抗拉强度极限 轴直aMP590bD=80mm因此，在轴横截面上的应力为： (4-1)NFA已知作用在轴上的拉力F=5880N 带入上式中，可得：(4-2)Pa590Ma2.34/801.352a 因此可断定轴的强度足够。图 4-1 捡拾辊文件包含 CAD 图纸和三维建模及说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098544.2 籽瓜取籽机选型籽瓜取籽机可选用市场上较为成熟的机型，为减小捡拾齿辊的直径，考虑选用喂料口较低出料口较高并且出料口与捡拾齿辊不同侧的打瓜取籽机。4.3 捡拾辊升降和仿行机构设计捡拾辊的升降是通过油缸实现的，油缸的尾部铰接在机架上，其活塞杆的端部与捡拾齿辊轴铰接。当油缸处于浮动位置时，地轮与地面接触并随地面上下仿行，地轮驱动齿辊转动作业。将油缸活塞拉升至最长位置时，可将捡拾辊悬浮起来，以便于运输。4.4 液压油缸防护装置的设计分析油缸在公路运输状态下会遇到颠簸，使油缸起伏不定，会导致捡拾辊的坠落，而使机器遭到破坏。故设计出此防护装置，来防止机器在道路行驶中时的颠簸。在田间工作模式的状态下，把尾部与机架上部用螺栓固定。此装置前端与油缸顶端相固定，末端与机架上端用螺栓相连接，紧紧锁住以防会在工作中突然下落，损坏油缸（如图 4-4 所示） 。图 4-4 油缸防护罩4.5 取瓜装置的设计分析材料的选择：扎瓜齿在工作过程中频繁与地面接触，碰到石头等硬物易发生变形。另外，将普通碳素钢材料的扎瓜齿与捡拾齿辊焊接后，工作时扎瓜齿易于从根部变形。因此，必须选用其他材料代替普通碳素钢。同时，还需要采用一种更合理的联接方式保证其可靠性。通过计算机模拟分析，选用合金材料代替普通碳素钢锻制成特殊结构形式的扎瓜齿，并改变扎瓜齿固定方式，可减少扎瓜齿的变形如图 4-5 所示。1、打瓜 2、梳瓜齿 3、扎瓜齿 4、打瓜上料板图 4-5 梳瓜装置文件包含 CAD 图纸和三维建模及说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098555 扎瓜齿的选型本实用新型涉及农业作业机械，属于农作物籽用瓜类的捡拾机械捡拾齿结构的改进，特别是一种籽用瓜捡拾脱籽联合作业机的捡拾齿，包括籽用瓜捡拾籽联合作业机的捡拾齿辊辊圈上安装的捡拾齿，在捡拾齿辊辊圈上均布设置捡拾齿安装孔，在安装孔上通过连接装置固接着捡拾齿，捡拾齿由扎瓜齿、齿座和齿座下部的连接固定杆构成。5.1 扎瓜齿尺寸的设计扎瓜齿的尺寸主要由打瓜自身特点及其尺寸决定。打瓜因种植管理、灌溉模式、品种、气候等因素，个体之间差异很大，其直径范围约为 160-200mm 之间。当扎瓜齿伸入到打瓜直径一半时，随着机具的前进，打瓜将被扎起，既满足设计需求。使用较长的扎瓜齿，虽使打瓜较易扎起，并且扎的比较牢固，但是缺点也是很大的，在捡拾齿运动到梳瓜齿位置时，会不易被梳瓜齿梳起，而倒置打瓜被挤碎，粘连在扎瓜齿上。并且增加了整机质量及成本，若扎瓜齿过于短小，虽便于将打瓜从梳瓜齿梳下，但是在捡拾的过程中，会有许多的打瓜不易被扎起，降低捡拾辊的工作效率，增加农户的人工辅助工作量。综合上诉情况所述，本设计考虑多种情况，最终将打瓜扎瓜齿长度控制在 190-210mm 之间最为合适。同时，扎瓜齿的直径选用也很重要，若扎瓜齿的直径多大，会增加捡拾辊的机体重量，增加成本，在梳瓜的同时，会导致打瓜不易被脱落。若扎瓜齿的直径过小，虽然减少了捡拾辊的重量，但是在捡拾的过程中，如果碰到坚硬的物体，如：石头、铁块等硬物，会损坏捡拾齿的齿间与捡拾齿弯曲变形等情况，故本设计捡拾齿直径的选取在 17-20mm 之间为合适尺寸。5.2 捡拾齿的设计该捡拾齿结构简单、成本低、使用寿命长，能很好地将籽瓜扎起，送到脱籽装置，便于后续脱籽作业。三维捡拾齿如图 5-2（a） 、图 5-2（b） 、图 5-2（c） 、图 5-2（d）所示，包括籽用瓜捡拾脱籽联合作业机的捡拾齿辊辊圈上安装的捡拾齿，在捡拾齿辊辊圈上均布设置捡拾齿安装孔，在安装孔上通过连接装置固接着捡拾齿，捡拾齿由扎瓜齿、齿座和齿座下部的连接固定杆构成。图 5-2 扎瓜齿（a） 图 5-2 扎瓜齿（b）文件包含 CAD 图纸和三维建模及说明书,咨询 Q 197216396 或 119709856图 5-2 扎瓜齿（c） 图 5-2 扎瓜齿（d）5.3 捡拾齿特征扎瓜齿由锥状齿或柱状齿构成。柱状齿的齿端设置着锐利的齿尖，齿座 2 为球面座或柱状座或圆台座或锥状齿下端面的底座。连接装置为螺纹连接或焊接或铆接。螺纹连接的结构为在连接固定杆 3 上设置着螺纹，通过在连接固定杆上安装的螺母 5 将捡拾齿固接在捡拾齿辊辊圈4 上。焊接或铆接的结构为连接固定杆 3 通过捡拾齿辊辊圈 4 上的安装孔直接与捡拾齿辊辊圈4 焊接或铆接，使捡拾齿固接在捡拾齿辊辊圈 4 上，二维捡拾齿如图 5-3（a） 、图 5-3（b） 、图 5-3（c） 、图 5-4（d）所示。图 5-3 扎瓜齿（a） 图 5-3 扎瓜齿（b）文件包含 CAD 图纸和三维建模及说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098571、扎瓜齿 2、齿座3、连接固定杆 4、捡拾齿辊辊圈 5、螺母图 5-3 扎瓜齿（c） 图 5-3 扎瓜齿（d）5.4 扎瓜齿的排列扎瓜齿的排列主要受打瓜尺寸及产量的影响。扎瓜齿的排列遵循以下几个原则：(1)尽可能的减少使用扎瓜齿，可以减少扎瓜齿与硬物的碰撞几率。(2)扎瓜齿的排列顺序应该均匀排列，主要是便于梳瓜装置在很小梳取力量下把打瓜梳下脱落。(3)扎瓜齿间距与排列方式必须满足最小的扎起打瓜，减少捡拾辊的漏扎率，使人工能够达到最少的捡拾工作量，降低劳动强度。综上所述，本设计采用圆周线性排列方式，齿间距为60mm，齿排间距为 90-100mm 之间,如图 5-4 所示。1、扎瓜齿 2、捡拾齿辊图 5-4 捡拾辊文件包含 CAD 图纸和三维建模及说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098586 液压油缸的性能及技术参数6.1 液压油缸的主要技术参数（1）油缸缸径、内径尺寸；（2）进出口直径及螺纹参数；（3）活塞杆直径；（4）油缸压力:油缸工作压力，计算的时候经常是用试验压力，低于 16MPa 乘以 1.5，高于 16MPa 乘以 1.25；（5）油缸行程；（6）是否有缓冲:根据工作情况而定，活塞杆伸出收缩如果冲击大一般都要缓冲的；（7）油缸的安装方式。6.2 工作性能参数平均生产率 300 kg/h（湿瓜籽）最大生产率 450 kg/h（湿瓜籽）损失率 95%功率消耗 2.98 kW整机质量 600 kg运输地隙 300 mm6.3 油缸的工作性能主要表现在以下几个方面(1)最低启动压力：是指液压缸在无负载状态下的最低工作压力，它是反映液压缸零件制造和装配精度以及密封摩擦力大小的综合指标；(2)最低稳定速度：是指液压缸在满负荷运动时没有爬行现象的最低运动速度，它没有统一指标，承担不同工作的液压缸，对最低稳定速度要求也不相同；(3)内部泄漏：液压缸内部泄漏会降低容积效率，加剧油液的温升，影响液压缸的定位精度，使液压缸不能准确地、稳定地停在缸的某一位置，也因此它是液压缸的主要指标之一（如图 6-1 所示） 。图 6-1 油缸文件包含 CAD 图纸和三维建模及说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098596.4 液压油缸所需时间计算公式(6-1) 4/21dAD(6-2) V(6-3)ST21其中：T：所需时间：3.14 D：缸筒内径d：活塞杆杆径 Q：系统流量计算步骤如下：已知油缸缸径为 ，活塞杆杆径 ；cm5.0cm36.0当活塞杆伸出时的最大行程为 ，当活塞杆缩回时的最大行程为 ，由此计790算可得：）（ 2221 c1.04/36.)(5ALminVQ)S(8.2.0971T故活塞杆伸出时的时间为0.395s，活塞杆缩回时的时间为0.18s。7 对打瓜捡拾机构牵引的受力分析7.1 打瓜捡拾机构的牵引力主要受力在主杆1上，斜杆3主要起到支撑与防止主杆受力变形的作用。三角固定能够最好的起到保护机架与受力稳定（如图7-1所示） 。牵引杆应满足以下几项基本要求：(1)能实现牵引力与制动力的有效传递；(2)结构简单，具有足够的刚度与强度，安全，可靠；(3)具有较好的运动学性能，不影响转向系统；(4)在牵引力的作用下，转向机构与捡拾辊之间有较小的纵向位移。文件包含 CAD 图纸和三维建模及说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985101、主受力杆件 2、破碎装置入料斗 3、支撑斜杆图 7-1 牵引机架底座7.2 对牵引机构进行受力分析（1）轮胎与地面的阻力 F：由于在田间轮胎与地面的摩擦系数为0.1，可得计算：（7-1）)N(147/8.9601.mg轮 胎（2）在工作状态下，捡拾辊与地面的摩擦系数会大大增加，经查阅相关资料得到摩擦系数为1.5，捡拾辊与轮胎一起受阻力的影响，捡拾辊受力80%、轮胎受力20%。由公式计算可得：（7-2）)(8.50.29.860.12%g/638轮 胎捡 拾 辊 ）（F（3）传动系统对捡拾辊的阻力：已知可得牵引动力拖拉机的动力最小为20KW，工作时的最大速度为 ，由公式计算/hm12可得：（7-3） )N(201VP传 动文件包含 CAD 图纸和三维建模及说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098511总 结本课题首先通过利用三维设计软件 Solidworks，进行建模和装配，首先是零部件的三维建模，在建模的过程中一定要注意零部件的尺寸要求，否则在装配的过程中会出现很严重的问题。其次是一些标准零部件的选用，在标准库中进行精心挑选所需要的标件。然后就是对零部件的装配，将设计好的零件和部件装配在一起构成打瓜捡拾机构的总装配，注意零部件的尺寸间隙。本设计中的计算部分由三部分构成，一是：轴的分析；二是：油缸的分析；三是：偏牵引机构的分析。在计算过程中，是经查阅各类书籍及指导老师的细心指导，才得以得出结果。打瓜在成熟以后其大小不均匀，所以对捡拾部件有较高的要求，必须要有地面仿形机构。在设计捡拾部件时要充分考虑各种影响因素，保证收获机械的正常运行，达到最佳工作状态。该机结构简单，容易制造，与侧面设有动力输出轴的小四轮拖拉机配套操作使用，采用后悬挂作业，用户操作维护简便，使用安全可靠，便于直接在田间流动作业。文件包含 CAD 图纸和三维建模及说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098512致 谢随着毕业的临近，毕业设计也接近了尾声。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我们才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识水平和综合素质。此次设计之初，的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完时，有种如释重负的感觉。并且，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有真正会用，才是真正学会。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。此次设计还大大提高了我的动手能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的不是很完美，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，这将使我受益终身。在这里，我首先要感谢我的导师吴明清老师。导师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从外出实习参考到查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我细心的指导。我的设计较为复杂烦琐，但是吴老师仍然细心地纠正设计中的每一个细节的错误。除了敬佩吴明清老师的专业水平外，他治学严谨和科学研究的精神，也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的工作和学习。最后，我还要感谢来塔里木大学的这两年来所有给予我们授课的的老师们，谢谢你们为我打下农业机械专业知识的基础；在你们的细心指导和关怀下，使我能够顺利的完成毕业论文。使我在学业和论文的研究工作中受益匪浅。同时我还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励，此次毕业设计才会得以顺利完成，在这里请接受我诚挚的谢意！文件包含 CAD 图纸和三维建模及说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098513参考文献1 王学农.农科院农机化所研制出打瓜拣拾、脱籽联合作业机J.农机化,2007,6: 60.58-60.2 王学农,牛长河,陈发,等.新型籽瓜捡拾脱籽联合作业机研制J.农机化,2008.23-25.3 佐剑波.联合打瓜收获脱籽机P.中国专利,CN2691233Y,2005-04-134 佐剑波.改进的联合打瓜收获脱籽机P.中国专利,CN2802936Y,2006-08-095 王世勤.联合打瓜脱籽机P.中国专利,CN2857445Y,2007-01-176 刘双玲,杨东明,高士其,等.打瓜机械化收获技术在阿勒泰地区的引进示范J.农机化,2008.15-16.7 王亚鸽,王维新.兵团籽瓜机械化收获技术现状分析J.农机化,2011.03.128-131.8 高银峰.打瓜收获机:中国.200620022892.6P.2006.4.18.9 李宝筏.农业机械学M,中国农业出版社,2003.10 杨悦乾,龚振平,纪文义,等.保护性耕作体系及配套机械系统的研究J.农机化研究,2006（1）:61-62.11 北京农业工程大学.农业机械学M.北京:中国农业出版社,1994(2):30247.12 中国农业机械化科学研究院.农业机械设计手册M.北京:机械工业出版社,1988:1278.13 马香峰,李自制.常用零部件设计.机械设计制图M,1988 年第一版14 濮良贵,纪名刚.机械传动等.机械设计M.第八版15 赵永满,王维新.国外农业机械化的现状及发展态势J.农机化研究,2005,04:10-12.16 Pamela JW,Lawrence AJ.Chinese date.-chemistry and technologyM.st.Paul,Minnesota:America Association of Cereal Chemists,Inc,200317 Shapiro CA，Kranz WL,Parkhhrst AM.Comparison of harvest techniques for Chinese date field demonstrationsJ.AmericanJournal of Alternative Agriculture May,1989.文件包含 CAD 图纸和三维建模及说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098514附 录附表 1 轴类零件形位公差常用符号表部位名称 形状或位置公差的名称及符号 公差等级与皮轮、齿轮等传动零件的配合面 圆跳动 7、8 级与 G 级精度滚动轴承配合的两圆柱表面轴心线间的位置度 同轴度 7、8 级与 G 级精度滚动轴承配合表面 圆度 、圆柱度 6、7 级定位轴肩的端面 垂直度 6、7 级附表 2 轴类零件表面粗糙度的选择淬 火 表 面 非 淬 火 车 削 表面与传动零件及联轴器等轮毂孔相配合表面 0.80 .1 6.31.6与 G 级滚动轴承配合的表面 0.8（当轴承内径 d80mm 时）1.6（当轴承内径 d80mm 时）与传动零件及联轴器相配合的轴肩端面 3.21.6与 G 级滚动轴承相配合的轴肩端面 1.6加 工 表 面 表 面 粗 糙 度 Ra 值（m）毡圈油封 橡胶油封 间隙或曲路式油封与轴接触处的圆周速度（m/s）3 35 510密封处的轴表面3.21.60.80.4 0.40.23.21.6螺 纹 牙 形 加 工 表 面 0.8（精密精度螺纹）1.6（普通精度）利用车床钻、铰孔 3.21.6其 它 加 工 表 面 6.33.2文件包含 CAD 图纸和三维建模及说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098515附表 3 液压油缸常用计算公式液 压 缸流速 m/s )/(422211 smdDQAVVQ:供油量(m3/s） ；D:无杆腔活塞直径（m） ；d：活塞杆直径（m） ；v：液压缸的容积效率（%）推力 N )()(4)( 202121 NPdDPAFmmF1:无杆端产生的推力（N） ；F2:有杆端产生的推力（N） ；m：液压缸的机械效率；P、PO:液压缸的进油压力和回油背压（Pa）油管直径管径 mm VQd63.4d：管子内径(mm)；Q:通过油管的流量（L/min） ；v：油在油管内的允许流速（m/s）推荐各种情况管道中油液的流速流速 吸油管 压力管 回油管 短管及局部收缩处V（m/s） 0.5-1.5 2-6 1.5-2.5 10注：对于压力管：当压力高、流量大、管路短时取大值，反之取小值。当系统压力 P25（bar）时，取v=2（m/s） ；P=25140（bar）时，取 v=34（m/s） ；P140（bar）时，取 v5（m/s） ；对于行走机械：当P210（bar）时，取 v=56（m/s） 。打瓜捡拾机构的设计摘 要:本课题需要重点研究的、关键的问题是捡拾部件的设计，打瓜取籽机构在市场上有较为成熟的机型，可以直接使用。当打瓜成熟以后，瓜皮颜色明显变白转黄并变软，瓜蒂收缩凹陷时采收，打瓜瓜皮比西瓜的瓜皮有韧性，有较强的碰撞能力。且打瓜的生长环境较恶劣，一般是杂草丛生，地形起伏不平，打瓜成熟以后其大小不同等，所以对捡拾部件有较高的要求，必须要有地面仿形机构。在设计捡拾部件时要充分考虑各种影响因素，保证收获机械的正常运行。关键词：打瓜；机械化；扎瓜齿0 引言农业机械化是农业现代化的重要内容，是先进的农艺技术和生物技术实施的载体。农机与农业分工所带来的要素优化组合，经济规模以及农机经营者的经济目标与农业机械化的发展目标一致的运行机制，为高效率和大规模的机械化农业生产提供了基本条件。而机械化农业相对于传统农业在改造恶劣的生产条件，高效能利用生态资源，吸收利用高新科技，抵御自然灾害以及提高农业竞争能力和国际竞争力方面具有不可替代的优势。在我国由农业大国发展成农业强国的过程中，农业机械化是提高农业劳动生产率和农业竞争能力的核心要素。种植打瓜产量占全国种植打瓜总产量的 75%左右，因此打瓜已成为我区主要的经济作物之一，打瓜籽是重要的外贸商品，多年来在国际市场上供不应求。主要销往西欧、北美、中东、东南亚及港澳等地区，年出口量 115 万吨，占世界贸易量的一半以上。1 打瓜捡拾机构主要结构及工作原理1.1 打瓜捡拾机构的结构打瓜捡拾机构结构示意图如图 1-1 所示：1、机架底座 2、油缸 3、油缸护壳 4、梳瓜齿机架 5、轴承和轴承座 6、捡拾辊支撑轴 7、扎瓜齿上料板 8、破碎机构入料斗 9、捡拾辊齿圈 10、梳瓜齿 11、捡拾齿 12、齿圈三角铁 13、捡拾辊轴 14、轮胎 15、轮轴图1-1 捡拾机构示意图1.2 工作原理该捡拾机构在作业之前，由人工或集条机将籽瓜捡拾铺放成条，作业时使用小马力拖拉机作为动力，通过机架带动捡拾辊向前滚动。人工将籽瓜集拢到捡拾齿辊工作的幅宽内，籽瓜被捡拾辊从地上扎起。顺时针旋转，当籽瓜运动至取瓜齿位置时，籽瓜被梳瓜齿强行梳下，沿接瓜板到脱籽机的进瓜口，在脱籽机内完成籽皮的分离。在运输时，通过油缸压力把仿形装置置于捡拾辊底部，将捡拾辊升起，完成道路的运输。2 主要零部件的设计2.1 捡拾辊的设计捡拾辊主要由捡拾齿、齿辊、仿形轮、轴、机架、梳瓜齿等装置组成。捡拾齿垂直并用螺栓紧固在齿辊表面上。捡拾辊的转动由仿形轮提供动力，仿形轮和齿辊通过轴、轴承与轴承座连接在一起。U 形架用螺栓和斜板连接在一起，取瓜装置固定在 U 形架顶端，取瓜装置为梳齿状，与捡拾齿交错布置，可将扎起的打瓜强行与齿分离如图 2-1 所示。图 2-1 捡拾辊2.2 扎瓜齿的设计分析扎瓜齿的尺寸主要由打瓜自身特点及其尺寸决定。打瓜因种植管理、灌溉模式、品种、气候等因素，个体之间差异很大，其直径范围约为 160-200mm 之间。当扎瓜齿伸入到打瓜直径一半时，随着机具的前进，打瓜将被扎起，既满足设计需求。使用较长的扎瓜齿，虽使打瓜较易扎起，并且扎的比较牢固，但是缺点也是很大的，在捡拾齿运动到梳瓜齿位置时，会不易被梳瓜齿梳起，而倒置打瓜被挤碎，粘连在扎瓜齿上。并且增加了整机质量及成本，若扎瓜齿过于短小，虽便于将打瓜从梳瓜齿梳下，但是在捡拾的过程中，会有许多的打瓜不易被扎起，降低捡拾辊的工作效率，增加农户的人工辅助工作量。综合上诉情况所述，本设计考虑多种情况，最终将打瓜扎瓜齿长度控制在 190-210mm之间最为合适。同时，扎瓜齿的直径选用也很重要，若扎瓜齿的直径多大，会增加捡拾辊的机体重量，增加成本，在梳瓜的同时，会导致打瓜不易被脱落。若扎瓜齿的直径过小，虽然减少了捡拾辊的重量，但是在捡拾的过程中，如果碰到坚硬的物体，如：石头、铁块等硬物，会损坏捡拾齿的齿间与捡拾齿弯曲变形等情况，故本设计捡拾齿直径的选取在17-20mm 之间为合适尺寸。该捡拾齿结构简单、成本低、使用寿命长，能很好地将籽瓜扎起，送到脱籽装置，便于后续脱籽作业。三维捡拾齿如图 2-2（a） 、图 2-2（b） 、图 2-2（c） 、图 2-2（d）所示，包括籽用瓜捡拾脱籽联合作业机的捡拾齿辊辊圈上安装的捡拾齿，在捡拾齿辊辊圈上均布设置捡拾齿安装孔，在安装孔上通过连接装置固接着捡拾齿，捡拾齿由扎瓜齿、齿座和齿座下部的连接固定杆构成。图 2-2 扎瓜齿（a） 图 2-2 扎瓜齿（b）图 2-2 扎瓜齿（c） 图 2-2 扎瓜齿（d）2.3 扎瓜齿的排列扎瓜齿的排列主要受打瓜尺寸及产量的影响。扎瓜齿的排列遵循以下几个原则：1)尽可能的减少使用扎瓜齿，可以减少扎瓜齿与硬物的碰撞几率。2)扎瓜齿的排列顺序应该均匀排列，主要是便于梳瓜装置在很小梳取力量下把打瓜梳下脱落。3)扎瓜齿间距与排列方式必须满足最小的扎起打瓜，减少捡拾辊的漏扎率，使人工能够达到最少的捡拾工作量，降低劳动强度。综上所述，本设计采用圆周线性排列方式，齿间距为 60mm，齿排间距为 90-100mm 之间,如图 2-3 所示。1、扎瓜齿 2、捡拾齿辊图 2-3 捡拾辊3 结束语本课题首先通过利用三维设计软件 Solidworks，进行建模和装配，首先是零部件的三维建模，在建模的过程中一定要注意零部件的尺寸要求，否则在装配的过程中会出现很严重的问题。其次是一些标准零部件的选用，在标准库中进行精心挑选所需要的标件。然后就是对零部件的装配，将设计好的零件和部件装配在一起构成打瓜捡拾机构的总装配，注意零部件的尺寸间隙。4 参考文献1 王学农.农科院农机化所研制出打瓜拣拾、脱籽联合作业机J.农机化,2007,6:60.58-60.2 佐剑波.联合打瓜收获脱籽机P.中国专利,CN2691233Y,2005-04-133 佐剑波.改进的联合打瓜收获脱籽机P.中国专利,CN2802936Y,2006-08-094 王世勤.联合打瓜脱籽机P.中国专利,CN2857445Y,2007-01-175 刘双玲,杨东明,高士其,等.打瓜机械化收获技术在阿勒泰地区的引进示范J.农机化,2008.15-16.6 王亚鸽,王维新.兵团籽瓜机械化收获技术现状分析J.农机化,2011.03.128-131.7 高银峰.打瓜收获机:中国.200620022892.6P.2006.4.18.8 李宝筏.农业机械学,中国农业出版社M,2003.9 杨悦乾,龚振平,纪文义,等.保护性耕作体系及配套机械系统的研究J.农机化研究，2006(1):61-62. 毕业论文（设计）开题报告课题名称 打瓜收获机捡拾装置的设计 学生姓名学 号所属学院专 业班 级指导教师起止时间机械电气化工程学院教务办制填 表 说 明一、学生撰写开题报告应包含的内容：1、本课题来源及研究的目的和意义；2、本课题所涉及的问题在国内（外）研究现状及分析；3、对课题所涉及的任务要求及实现预期目标的可行性分析；4、本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路；5、完成本课题所必须的工作条件及解决的办法；6、完成本课题的工作方案及进度计划；7、主要参考文献（不少于 7 篇）。二、本报告必须由承担毕业论文（设计）课题任务的学生在接到“毕业论文（设计）任务书”的两周内独立撰写完成，并交指导教师审阅。三、开题报告要求手写体，字数在 3000 字以上，由学生在本报告册内填写，页面不够可自行添加 A4 纸张。四、每个毕业论文（设计）课题须提交开题报告一式三份，一份学生本人留存，一份指导教师存阅，一份学生所在学院存档，备检备查。一 本题来源及研究的目的和意义1.1 课题的来源：自选题1.2 研究的目的农业机械化大大提高了节本增效能力，提高了资源利用转化率，土地产出率和劳动生产率。因而促进农民增收。这是因为在农业生产中使用机器代替手工工具，用自然力来代替人力，以自觉运用现代科学技术装备和技术来代替传统经验生产。改变了农业生产方式，克服了人的体力，器官的限制和经验局限。1.3 研究的意义随着人民生活的提高，打瓜加工业发展迅速。90年代台商相继来兰州兴办瓜籽加工厂改变了产地与加工地脱节的格局。打瓜籽是深受消费者喜爱的干果品之一，打瓜种植面积逐年扩大，收获取籽季节性强，原始的取籽方法是靠手工，速度慢，直接影响到后续的处理加工与销售。是我国主要的打瓜生产基地之一，因其气候和土壤等条件，极适宜种植打瓜。且打瓜具有抗旱、投人成本低，经济效益较高优点，已成为农民主要增收的作物之一。全疆打瓜种植面积33.3万公顷，打瓜生产过程中收获环节主要靠人工捡拾、集条集堆、人工喂人、机械脱粒，用工量大，劳动强度高，效率低，收获损失大。加之打瓜成熟后因其特性不宜在田间放置过久，如逢秋雨霜冻，经常腐烂。同时打瓜成熟时正是棉花、玉米、甜菜等大宗作物收获农忙之际，劳动力急缺，给打瓜人工收获带来很大困难，打瓜联合收获机械的研制与推广可提高特色作物的机械化作业水平，减轻农民的劳动强度和负担。随着社会主义市场经济体制的完善，国民经济的持续增长，农村经济的全面发展，农民收人的不断增加，将为农业机械化事业的发展提供更加有利的机遇，开辟更加广阔、更加光明的前景 1-2。二 课题所涉及的问题在国内外现状及分析2.1 国内现状种植打瓜产量占全国种植打瓜总产量的75%左右，因此打瓜已成为我区主要的经济作物之一，打瓜籽是重要的外贸商品，多年来在国际市场上供不应求。主要销往西欧、北美、中东、东南亚及港澳等地区，年出口量115万吨，占世界贸易量的一半以上。自80年代以来，打瓜籽在国内市场也深受欢迎。已有的打瓜脱粒清选机有振动筛式和半圆筛式两种机型。它们由机架、壳体、料斗、破碎装置、分离装置和清选装置组成，破碎装置由破碎滚筒与设于其上的直的破碎齿组成，清选装置一端设有出料口;区别是振动筛式清选机的清选装置采用振动筛进行分离，因振动筛高速摆动，造成清选机振动大、噪音大、故障率高和寿命短的缺点;而半圆筛式清选机的清选装置由半圆筛和刮板组成，破碎装置与半圆筛上下平行设置，破碎装置破碎的瓜皮、瓜瓤和瓜籽落入分离装置，在刮板刮动下旋转进行分离。缺点是刮板在刮动瓜皮经过半圆筛上的筛孔时，会将瓜皮叉入清选装置，而清选装置无法将碎瓜皮分离出来，影响了瓜籽的质量;再者，半圆筛为等径，不利于瓜皮及时从半圆筛端口排出，工效较低，因没有进一步漂洗分离装置，瓜籽表面污物及未成熟瓜子无法分离，进一步影响瓜籽质量。在国内外的打瓜收获机械中，打瓜取籽机在市场上有较为成熟的机型。但是包括打瓜捡拾的打瓜联合收获机械的发展还不是很成熟，还有很大的发展空间 1-4。本项目的开发具有很大的经济效益和非常广阔的市场，是籽瓜全程机械化收获的关键设备。是全国最大的籽瓜产地，籽瓜瓤的开发利用研究显得尤为重要，生产籽瓜系列产品不仅提高了农产品的附加值，增加了农民收入，同时也避免了农田的污染。籽瓜系列产品为新兴食品，在为企业带来显著的经济效益的同时，也为社会提供了更为丰富、健康的食品资源，同时也促进了籽瓜深加工产业和籽瓜种植业的发展，增加加工企业和农民收益，新建的生产企业又可解决大量的工人就业问题，一系列的发展必定促进籽瓜种植面积进一步扩大，随之而来的收获问题也更加严峻，全程机械化收获迫在眉睫 11。籽瓜联合收获机械的研制与推广可提高特色作物的机械化作业水平，减轻农民的劳动强度和负担。目前，打瓜机械化只占全部作业量的 60，其余均为人工作业。虽然打瓜种植面积不断扩大，但产量低。为提高打瓜生产机械化程度，解决地区近3.3 万公顷（包括兵团）打瓜机械收获问题，2008 年地区科技局打瓜生产机械化收获技术示范推广项目，塔城地区农机推广站研制 4DGJI20 型打瓜集条机和农科院农机化所研制的 4ZGJT-500 型籽瓜捡拾脱籽联合作业机，进行试验使用。在项目区作业 33.3 公顷；在辐射区机械集条 420 公顷；机械捡拾脱粒 340 公顷。试验表明，效果较好。农业科学院农业机械化研究所根据市场需求, 研制开发了新型籽瓜捡拾脱籽联合作业机。并已申报国家专利( ZL 200720183527.8) 12。2.2 国外打瓜收获机研究现状美国、英国、加拿大等经济发达国家,经历了 20 世纪 4050 年代种植业基本机械化及 6070 年代畜禽与水产养殖业基本机械化后,90 年代的种植业和养殖业已进入高度机械化、现代化阶段。农业机械正向大型、高速、低耗、自动化和智能化发展。美国是当今世界上农业生产现代化程度最高的国家之一,已基本实现了区域化、专业化、机械化、社会化、商品化和网络信息化。一些农场主往往经营上千公顷连片土地,在农业生产的产前、产中、产后的每一个生产环节都使用机械操作,全面实现了机械化。美国已成为世界上农业劳动生产率最高的国家之一。而对于打瓜收获机械，由于种植区域的限制，国外研究资料较少，打瓜收获机的发展水平基本以国内为准 8。2.2 技术创新企业是技术创新的主体，我国打瓜机机械化技术的产业化走了一条产学研相结合的路子。目前我国打瓜收获机类型有许多个系列上百种规格产品。有些产品已达到了国际水平，替代进口。三 本课题需要重点研究的关键的问题及解决的思路3.1 本课题需要研究的难点问题解决的思路3.1.1 出现的主要问题：1、从查阅的资料来看，所查到的现有的打瓜收获机的捡拾装置并不是设计的十分完美，多少都存在缺陷。2、机械化程度低，生产效率较低。3、打瓜收获机传动效率低。4、不符合食品加工的卫生要求。食品加工关键的要求是环保、卫生，食品加工过程的隔离封闭，而以上提到的打瓜收获机几乎没有考虑此问题。5、打瓜收获机机体大、成本高。3.1.2 需要解决的难题：设计提出一种全新的研究方案，主要解决以下问题：1、捡拾齿的设计（锥状齿、柱状齿、多尖形以及三角形的选择） 。2、捡拾齿与捡拾辊的连接部位。3、捡拾齿的末端连接部件的设计（圆形、椭圆形、多边行或者方形） 。4、瓜齿分离器的设计，瓜梳齿架的密度安排以及高度。5、仿形装置的高度设计，如何达到合理化。四 完成本课题需要的工作条件及解决的办法1、完成本课题所必须做的工作有利用学校图书馆及互联网查阅大量资料。2、了解打瓜的基本性质、打瓜收获机械的结构、原理等。3、了解各种类型的收获机的特点。4、关键问题可请求老师指导或通过同学讨论，选择适合打瓜收获机械的类型。5、对拟定的打瓜收获机进行设计、计算，利用 Solidworks 等绘图软件绘制出打瓜收获机的零件图，装配图，反复对设计内容进行检验、校核。五 工作方案及进度计划工作方案：1、设计并绘制出打瓜收获机总体机架。2、捡拾齿的选择合理化，以及钢材的选用。3、机架支撑臂上油缸的大小选用。4、捡拾齿与捡拾辊的连接合理化。5、瓜齿分离器的钢材选用，以及瓜梳齿架的合理密度组装。6、仿形机构的选择要合理，适应田间地头以及公路运输的调整。7、绘制所有零部件并查阅相关说明，各零部件尺寸要啮合达到合适效果。8、组装装配图并生成三维立体模型，观察效果并加以改进。9、反复休整与调试，达到最佳效果。进度计划：第 一 周：查找相关资料、熟悉课题内容。第 二 周：撰写开题报告，并制定总体方案。第三周至第八周：设计打瓜机捡拾装置的三维实体模型图，并生成关键部件及装配图工程图。第 九 周：对打瓜机装置进行传动设计和机构设计。第 十 周：撰写毕业论文，修改图纸中存在的问题。第十一周：编写答辩提纲，准备答辩。第十二周：答辩六 参考文献1 王学农打瓜拣拾脱籽联合作业机J农机化，2007,6:602 王学农,牛长河,陈发,蒋永新,张佳喜,王庆惠,刘旋峰,郭兆峰. 新型籽瓜捡拾脱籽联合作业机研制J. 农机化,2008,03:25-26.3 佐剑波. 联合打瓜收获脱籽机P. ：CN2691233,2005-04-13.4 佐剑波. 改进的联合打瓜收获脱籽机P. ：CN2802936,2006-08-09.5 王世勤. 联合打瓜脱籽机P. ：CN2857445,2007-01-17.6 刘双玲,杨东明,高士其,周玲. 打瓜机械化收获技术在阿勒泰地区的引进示范J.农机化,2008,06:38-39.7 高银锋. 牵引式打瓜联合收获机P. ：CN102550206A,2012-07-11.8 赵永满,王维新.国外农业机械化的现状及发展态势J.农机化研究,2005,04:10-12.9 杨悦乾,龚振平,纪文义,马春梅,赵淑红,赵艳忠. 保护性耕作体系及配套机械系统的研究J. 农机化研究,2006,01:61-62+65.10 李金玉,张延河,翟英临,杨来盛,孙晓伟. 籽瓜生产现状与发展对策J. 西北园艺,1995,01:2-3. 11 赵多勇,李应彪,翟金兰,姚洪波. 籽瓜系列产品的开发现状与存在问题J. 北方园艺,2008,04:100-102. 12 李生军,闫向辉.兵团农业机械化发展现状与工作重点J农机化,2002,(05)13 马春生. 6GC300 型打瓜取籽机J. 中小企业科技信息,1994,06:15.14 中国园艺学会西甜瓜专业委员会考察组.甘肃和籽瓜考察报告J中国西瓜甜瓜 1991(1):9-12.15 王旭、上官永. 只有发展农业机械化才能实现农业现代化.中国农机化，1996(9).16 Pamela JW,Lawrence AJ.Chinese date.-chemistry and technologyM.st.Paul,Minnesota:America Association of Cereal Chemists,Inc,2003.22-25.17 Shapiro CA，Kranz WL,Parkhhrst AM.Comparison of harvest techniques for Chinese date field demonstrationsJ.AmericanJournal of Alternative Agriculture May,1989.78-80.学生签名 年 月 日指导教师审阅意见指导教师签名 年 月 日