手持采摘機畢業設計（紅棗采摘機）（含三維圖+CAD圖紙+說明書）

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N、6類滾動軸承的壽命計算實驗表明，軸承的極限載荷與其基本額定壽命之間有如圖中曲線所示的關系，該曲線方程式為： 式中 K常數；壽命指數。對于球軸承，?。?；對于滾子軸承，?。?。 因為對每類型軸承規定了在基本額定壽命L10=1（106）時，應能承受的載荷是基本額定動載荷C，所以可得式： 故，得 (106 r) 應用該式： 已經選定軸承的型號查表可知C，計算出該實際軸承所承受實際載荷對應的當量動載荷，并且考慮到使用軸承的工作條件溫度的影響引入溫度影響系數fT，即可計算其額定壽命L10；或L10h代入式 得式； 如已經確定軸承預期的使用壽命L10或Lh，進行軸承型號選擇； 式中 Cj待選軸承所需的基本額定動載荷的計算值，N； C查表，滿足該式的某型號軸承即為所選用的軸承的基本額動動載荷值；實際應用中軸承預期的使用壽命常以L10h給出，并且考慮到使用軸承的工作條件溫度的影響引入溫度影響系數fT，選擇軸承型號的公式表示為：軸承預期壽命Lh參考值溫度系數fT軸承工作溫度/c100125150175200225250300f T10.950.90.850.80.750.700.603.4.2實際計算 已知一軸其兩端軸頸的直徑均為d=12mm，軸的轉速為n=143.3r/min，兩端軸承上承受的載荷為：Fr1=100N，Fr2=210N，KA=90N，方向如圖；軸承在運轉中受到輕微沖擊，使用溫度正常，預期使用壽命是Lh=2000h，選軸承6001，3-4-2軸承受力簡圖通用軸承的壽命計算公式為： （h）1計算并確定當量動載荷P 查軸承手冊6001深溝球軸承，得 Cr33.40 k N，C0r19.20 k N； 計算軸承的相對軸向載荷Fa / C0r； 計算e； 計算Fa/Cr1 需分別計算Fa / Cr1和Fa /Cr2 比較Fa /Cr與e的大?。篎a /Cr1e；Fa /Cr2e 查表，得 X11，Y1=0；X20.56，Y2值按插分法計算得 計算并確定當量動載荷P， ；選取兩端為同一型號、同一尺寸軸承，按P=P2作為當量動載荷。2計算軸承所需的基本額定動載荷值查表，取f t=1；查表，取f p=1.2 帶入上式：所選軸承應滿足： Cr；Cj=23.87 k NCr33.40 k N，6307深溝球軸承適用。3.4.3輸入端軸承壽命計算根據文獻3表13-3，取軸承的預期工作壽命軸承所受徑向力 (3-6)由于軸承只受徑向力，所以當量動載荷基本額定動載荷c (3-6)根據輸入端內徑和基本額定動載荷選擇軸承類型軸承的基本額定壽命若,則軸承滿足要求。表3-4-3軸承參數表參數/型號NJ2217ENJ2215ENJ2220E22220CNJ2232E2321261121348221775766210/310/310/310/310/3C1604415031252112318043109本科畢業設計（論文）摘 要現在農業采摘已采用專業化、集約化和規?；烧?，農業采摘機成為當今世界最具活力的新興農業機械之一和現代農業機械的亮點。而我國棗樹種植面積較大，主要集中在新疆省，結合我國農業棗子生產的實際需要，針對紅棗采摘機農業機械市場的特點，對紅棗采摘機進行了研究、開發，設計研制出一種可自動完成對紅棗的采摘及收獲的機械。課題從紅棗采摘機原動部分及傳動部分的設計、工作部分的設計、電控系統的設計、關鍵零部件的結構參數計算和強度校核，受力輔助的部件進行有限元分析等多方面詳細介紹了研究過程與方法，并給出了安裝及維護的注意事項。本設計以電機作為原動機，通過電機的旋轉帶動皮帶，實現了紅棗采摘機的旋轉梳下棗子的功能，伺服電機做為動力源，采用兩個梳子機構旋轉梳落棗子實現了采摘機的采摘功能。針對不同的棗樹的高低，該設備手持桿設計成可調長度的結構能夠適合各種高度。關鍵詞： 紅棗采摘機；結構設計；理論計算；有限元分析；三維建模；電路控制。AbstractNowadays, agricultural picking has adopted specialization, intensification and large-scale picking. Agricultural picking machines have become one of the most dynamic emerging agricultural machinery in the world and the highlight of modern agricultural machinery. The jujube planting area in China is relatively large, mainly concentrated in Xinjiang Province. Combined with the actual needs of Chinas agricultural date production, the research and development of the jujube picking machine is carried out according to the characteristics of the jujube picking machine agricultural machinery market. Automatically complete the machinery for picking and harvesting red dates.The subject is from the design of the original part of the red date picking machine and the design of the transmission part, the design of the working part, the design of the electronic control system, the calculation of the structural parameters of the key components and the strength check, the finite element analysis of the parts assisted by force, and so on. The research process and method are introduced, and the precautions for installation and maintenance are given.In this design, the motor is used as the prime mover, and the belt is driven by the rotation of the motor to realize the function of rotating the jujube of the jujube picking machine. The servo motor is used as the power source, and the picking machine is rotated by the two comb mechanisms to realize the picking machine picking. Features. For the height of different jujube trees, the hand-held rod of the device is designed to be adjustable in length and can be adapted to various heights.Key words: jujube picking machine; structural design; theoretical calculation; finite element analysis; three-dimensional modeling; circuit control. 目錄第1章 緒論51.1 選題的意義51.2 采摘機概述61.2.1 國內外發展情況61.2.2 采摘機的簡介71.2.3 采摘機的主要用途和應用領域7第2章 總體方案設計82.1 傳統采摘方案82.1.1 旋轉式結構92.1.2 擺動式結構92.2 總體采摘方案的選定與介紹102.2.1旋轉式采摘介紹102.2.3 采摘方案選擇12第3章 采摘機的結構設計及計算133.1 參數初定133.1.1 采摘框架尺寸初定：133.1.2 傳送網管道直徑初定：133.1.3 收集裝置尺寸初步初定：133.1.3 整體機構尺寸初定：133.2 選擇電動機133.1.1電動機的性能和分類133.1.2選擇電動機應綜合考慮的問題143.1.3選擇電動機類型143.1.4選擇電動機的容量153.2 傳動皮帶輪的設計163.2.1 初選帶輪齒數163.2.6 計算帶速173.2.7 計算作用在軸上的壓軸力Q173.2.8 .按靜強度校核帶條173.2.9 潤滑方式的選擇183.2.10 帶輪的結構設計183.3 梳齒軸的設計及計算193.3.1 選定梳齒軸徑193.3.2 梳齒軸的校核213-1應力特征表213.4軸承壽命計算233.5 手持桿的材料選擇及重量計算24第4章 調速電路及控制系統設計244.1調速電路系統的概述254.1.1旋轉變流機組直流電機調速電路系統254.1.2靜止式可控整流器調速電路系統254.1.3 直流斬波器或脈寬調速264.2電機基本調速控制方法274.2.1電樞串電阻調速274.2.2弱磁調速274.2.3調壓調速284.3轉速控制的要求和調速指標294.4調速電路及控制方案的確定29第5章 關鍵零部件的proe有限元分析詳細過程305.1有限元分析方法305.1.1有限元簡介305.1.2有限元分析方法的特點305.1.3有限元分析方法步驟315.1.4有限元分析的發展趨勢325.1.5有限元分析方法的確定345.2 proe有限元分析詳細步驟345.3關鍵零部件proe有限元分析結果355.3.1從動輪的有限元分析結果355.3.2梳齒的有限元分析結果36第6章 紅棗采摘機的安裝與維護376.1 安裝注意事項376.2 維護中的注意事項386.3 潤滑維護38附錄41收集裝置三維模型圖41總體裝配圖三維模型42結 論43致 謝44參考文獻45第1章 緒論1.1 選題的意義紅棗具有“天然維生素丸”的美譽，中國的草藥書籍本經中記載到，紅棗味甘性溫、歸脾胃經，有補中益氣、養血安神、緩和藥性的功能；而現代的藥理學則發現，紅棗含有蛋白質、糖類、有機酸、維生素A、維生素C 、多種微量鈣以及氨基酸等豐富的營養成分。棗能提高人體免疫力，并可抑制癌細胞：藥理研究發現，紅棗能促進白細胞的生成，降低血清膽固醇，提高血清白蛋白 ，保護肝臟，紅棗中還含有抑制癌細胞，甚至可使癌細胞向正常細胞轉化的物質。經常食用鮮棗的人很少患膽結石。對病后體虛 的人也有良好的滋補作用。棗所含的蘆丁，能使血管軟化，從而降低血壓，對高血壓病有防治功效。由于其保健作用和經濟、藥用價值，紅棗產業帶必然成為我國林業經濟新的增長點。本研究欲設計一款紅棗自動采摘設備，填補我國在紅棗采摘機械方面的空白，促進林業科技進步，同時也為高附加值的林特產品的種植和推廣提供設備支持，解決由于人工采摘效率低造成的阻礙紅棗種植面積擴大的問題，也解決了人工野蠻采摘對母枝破壞影響來年產量的問題，促進林業生態建設和產業經濟發展，促進林業從業者收入提高及人民生活品質的提高。目前國內紅棗采摘完全是人力手工方式采摘，采摘速度慢，一個熟練的采摘工人一天采摘數量不超過20斤。部分地區使用鐵絲彎成叉形的簡單工具，損失率大(果實掉落和損壞)，采摘費.(查看更多)用占紅棗制品總成本的比例約為33%70%。人工采摘還有一個不容忽視的問題是野蠻采摘，追求采摘效率的結果經常是造成果樹的破壞，影響來年的產量。 紅棗采摘作業的季節性強，成熟期只有50余天，勞動強度大，不及時采摘成熟果實就會掉落，造成損失。因此在紅棗果實成熟時期要投用大量的人力進行紅棗果實采摘。 因此實現紅棗收獲的機械化變得越來越迫切。 結合上述思路設計，設計出一款采摘機。采摘機前部安有采摘機構，采摘機構擺動后，通過梳齒對植株的擊打使成熟紅棗脫離植株，并通過外殼底部收集口和收集裝置將果實從采摘裝置里的紅棗運動到收集裝置里。由于梳齒在擊落果實的過程中，勢必要破壞母枝，因此本研究在最大程度提高效率的基礎上，設法使紅棗母枝的破壞降低到最少而不影響到來年產量，選出一種對紅棗果及其母枝破壞小的一種材料。同時要考慮作業環境，設法簡化傳動結構，最大程度上減輕采摘機重量。1.2 采摘機概述1.2.1 國內外發展情況根據大量文獻資料表明，目前在國內，有關紅棗引種栽培的報道很多，許多科研院所成功引進多種紅棗進行人工栽培獲得成功，并以此建立了眾多的紅棗種植基地，開始大面積種植紅棗。然而，針對紅棗果實采摘機械的科研樣機尚無報道。紅棗果實采摘在實際果農生產中極少的應用到，一方面是因為自動采摘技術尚未成熟，另一方面是科研人員對該課題的研究比較少。因此在導師的推薦下本人開展了紅棗采摘機器人的研究。分析該領域的研究不難發現大多科研文章多是在識別和定位、非接觸采摘等方面做了一些研究工作，在國內外發表了幾篇學術論文，但仍停留在理論層面。開發紅棗機器人采摘成本高，單個果實的方式采摘效率也并不比人工采摘有明顯的優勢。本人通過本次畢業設計打算設計一款通過結合操作人員配合作用下的工作過程，預計可大幅度提高采摘效率。傳統模仿人工采摘的敲打方式，采摘方式稍顯粗暴，還不能很好用于實際生產中?？傊?，國內對于紅棗采摘技術的研究與開發并沒有引起足夠的重視。紅棗采摘是紅棗產業帶的瓶頸，紅棗采摘從人工方式向機械化方式轉變已經勢在必行。美國是國際上最早研究開發水果采摘機的國家，近幾十年來，美國在水果采摘技術上投入了大量的人力和物力，已經基本完成了該項技術的研究開發工作，在九十年代就已經開始投入使用，目前產品擯棄了前期的種種不足，逐步走向成熟，開始批量生產。而在國內既沒有這方面的研究，也沒有這種設備。在我國，其他采摘收獲機械有一定的研究，如東北林業大學的陸懷民研制了林木球果采摘機器人,主要由5自由度機械手、行走機構、液壓驅動系統和控制系統組成。采摘時,機器人停在距離果樹24m處,采摘手爪沿著樹枝生長方向靠近,然后，采摘手爪的梳齒夾攏果枝,大小臂帶動采摘手爪按原路返回,梳下樹枝上果實,完成一次采摘。中國計量學院、中國農業大學、吉林大學等單位對蘋果、草莓等水果采摘機器人進行了研究。但是小紅棗的采摘與這些果實地采摘有很大地差異，這些采摘都是單個進行的，紅棗采摘由于果實小而軟，識別和定位及采摘較其他水果難，且容易破損，采摘原理本質不同。1.2.2 采摘機的簡介采摘機結構為手持桿型，工作時由操作者手持，對棗樹帶有紅棗的樹枝進行工作。采摘裝置頂部安采摘機構，采摘梳齒轉動后，會梳落紅棗，或者震動紅棗枝干，進而將成熟紅棗擊落到采摘裝置殼內上，采摘殼兩側有梳齒固定支座，采摘梳齒會將紅棗果刮落到采摘裝置殼內，在輸送網管的輸送下，將紅棗輸送到收集筐里。為了減少對紅棗果的傷害，采摘機構的擺動梳齒采用橡膠材質。采摘機構和輸送帶的動力源是由伺服電機通電產生的。1.2.3 采摘機的主要用途和應用領域該作品生產成本較低且采摘效率高，可以廣泛應用于各種復雜地形的矮叢紅棗采摘。同時該采摘機也可應用于其他小紅棗的采摘，如黑豆果（黑加侖）、藍靛果、五味子、樹莓等高附加值珍稀林特水果的采摘，適用性廣，適應性強。 在我國，隨著人們對紅棗的大量需求，對于紅棗的引種栽植、商品化種植、大面積栽培才剛剛開始，在國內市場，紅棗一直處于供不應求的狀態。其中新疆作為紅棗供應大省，新疆紅棗種植與產量情況，2000年以來，自治區政府大力發展特色林果業，尤其自從2003年確立林果業為新疆農業農村經濟發展的支柱產業，之后每年都會推出一系列意見措施以扶持林果產業的發展。在自治區政府的大力推進下，新疆林果業，尤其是南疆環塔里木盆地將成為自治區舉足輕重的林果發展地區，特色林果業的發展潛力巨大。2011年，新疆南疆地區林果主產區的農民人均林果創收超過千元，比2010年提升四分之一以上。尤其是林果業起步比較早的地區，當地農民的收入主要來自于種植林果的收入。根據新疆統計局的數據，預計2015年新疆紅棗種植面積達到510350公頃，2009年至2015年期間的年復合增長率為5.1%。就我國而言，目標就是要將新疆省建設成全國乃至世界著名.(查看更多)的紅棗生產和加工基地。 這些勢必帶來紅棗更大的市場需求空間，所以擴大紅棗種植面積是一種必然趨勢，隨之而來的紅棗采摘機械將會更多的被推廣使用，而對于自行式式紅棗采摘機將會有廣闊的市場空間，帶來巨大的經濟效益。第2章 總體方案設計采摘機的整體結構主要包括：動力系統選用馬達作為動力源，整體框架選用矩形材料較輕的塑料，其中多數零部件采用輕質材料的同時也要滿足強度要求。采摘機構由接果外殼和梳齒機構組成。紅棗收集機構選用在兩個圓口直接用軟網管連接，實現從采摘裝置到收集裝置的運送過程。2.1 傳統采摘方案 傳統采摘機的主要采摘機構方案分為以下兩種，旋轉式結構和擺動式旋轉結構，兩者各有優缺點。旋轉式結構運行較為簡單，機械損失小，但結合實際采摘情況該方案比擺動式對枝葉損失大。擺動式結構如下2.1.2介紹的所示，各連桿之間行對運動產生擺動幅度使得枝葉上的果實震落，其結構機械損失較旋轉式大，但是采摘方式更柔和。以上兩種方式的詳細結構介紹如下；2.1.1 旋轉式結構旋轉式采摘機構是由馬達帶動兩側梳齒旋轉，對植株進行打擊，使紅棗掉落達到采摘的效果。旋轉式采摘機構簡圖如圖2-1所示：圖2-1 旋轉式采摘機構簡圖圖2.1中O處為馬達帶動的圓盤通過皮帶傳動分別帶動AB兩處圓盤轉動，AB兩處圓盤上分別均勻的分布采摘桿頭。2.1.2 擺動式結構除了轉動式采摘機構，紅棗采摘機還有采用擺動式采摘手臂。這種方式的紅棗采摘機適合于采摘紅棗灌木叢比較稀疏以及搭架架起的植被。擺動式采摘手在搖擺手指的過程中，通過擠壓及振動把成熟的果實采摘下來。前后的擺動使采摘植被形成波浪一樣的振動。針對不同的紅棗灌木叢，可以選用不同的擺動手指，以取得更好的采摘效果。采摘手的擺動速度是完全可調節的。這種采摘結構具有結構簡易、經濟性高，且對植株損傷較小等特點。擺動式采摘機構是由直流電機帶動兩側擺桿進行往復運動，對植株進行打擊，使紅棗掉落達到采摘效果。擺動式采摘機構簡圖如圖2-2所示：圖2-2 擺動式采摘機構簡圖此結構為曲柄搖桿機構，O處為直流電機帶動的圓盤，OA為曲柄帶動DF搖桿做往復的擺動。左右兩搖桿的頂端采用柔韌的橡膠材料。2.2 總體采摘方案的選定與介紹 通過對旋轉式結構和擺動式旋轉結構的對比分析，并結合實際該裝備的應用場景。該裝備主要應用與新疆大面積種植棗樹的果樹莊園，該類棗樹采摘一般是等紅棗在樹枝上自動成熟之后并通過太陽的暴曬水分殘留較少，此時紅棗易脫落?？紤]到采摘效率和設備的耐久性，本次設計采摘方案選定旋轉式結構。2.2.1旋轉式采摘介紹 本次設計的旋轉式采摘方案的關鍵零部件是梳齒條，其結構簡圖如下圖2-3所示；圖2-1 旋轉式采摘機構梳齒零件圖圖2.1中1為從動輪連接鍵槽，其功能主要是用來裝配從動輪的，結構2為梳齒，本次設計結合外形尺寸設計的梳齒齒條數為單排7個總共是4x7個梳齒條，每個梳齒條間隔為14mm,可以將直徑大于14mm的成熟紅棗梳落下來。結構3為梳齒條軸，其作用用于安裝梳齒條和設計有軸承軸配合軸承安裝在固定支座上。旋轉式采摘機構是由馬達帶動兩側梳齒旋轉，對植株進行打擊，使紅棗掉落達到采摘的效果。旋轉式采摘機是比較新穎的紅棗采摘機產品，考慮到實用性和生產成本并結合本次設計的應用場景，本次設計采用旋轉式采摘配合手持桿對一定高度的棗樹進行紅棗的采摘。采摘速度、采摘高度和收獲采摘頭角度都可由操作人員來控制，采摘機操作人員可根據控制開關對梳齒條旋轉速度進行調節，已達到不同采摘速度的要求。手持可伸縮桿，采摘高度可調節，以適應不同高度的紅棗樹木叢。旋轉式紅棗采摘機采用旋轉式采摘頭即梳齒條。旋轉式采摘頭包含28個梳齒，當旋轉采摘頭旋轉時，采摘梳齒邊振動邊象木梳一樣穿過紅棗灌木叢，使得成熟的紅棗果實在振動的條件下被采摘下來，這種采摘頭具有采摘效果好、采摘速度快，但對植株損傷大的特點。2.2.3 采摘方案選擇在經濟性、結構簡易程度、對植株傷害大小以及操作控制等多方面考慮，本次設計選用擺動式采摘機構。采摘機構由往復運動的柔韌材料梳齒，以及摘果板構成。通過梳齒對植株的擊打使成熟紅棗脫離植株，并通過摘果板將果實輸送到摘果殼底部的傳送口處，并通過傳送網格管將紅棗傳送至收集裝置內部。第3章 采摘機的結構設計及計算3.1 參數初定3.1.1 采摘框架尺寸初定：初定長=300mm；寬=300mm；高=320mm。3.1.2 傳送網管道直徑初定：初定3.1.3 收集裝置尺寸初步初定：收集裝置尺寸初步定=260mm；寬=300mm；高=226mm。3.1.3 整體機構尺寸初定：整體可調整高度范圍為15002500mm.因為設計時未知量較多，故對重要參數進行初選，在以后章節中有校核或選擇說明。3.2 選擇電動機根據第2章已經確定了采摘裝置采用電動機作為動力源，在此對電動機進行計算選型以及計算其相關參數。3.1.1電動機的性能和分類電動機可分為交流電動機和直流電動機兩大類?，F就這兩種類型電機論述如下：1) 交流電動機交流電動機簡單、耐用、可靠、易維護、價格低、特性硬，但起動和調速性能差，輕載時功率因素低，一般在無調速要求的機械廣泛應用。在可變級頻率電源供電下可平滑調速。2) 直流電動機直流電動機的調速性能好，范圍寬，采用電子控制，能充分適應各種機械負載特性的需求，但它的價格貴、維護復雜且需要直流電源，因此只有在交流電動機不能滿足要求時才采用。其中串勵電動機的特點是起動轉矩大、過載能力大、特性軟、適用于電力牽引機械等。復勵電動機的起動轉矩和過載能力比并勵電動機大，但調速范圍稍窄。3.1.2選擇電動機應綜合考慮的問題選擇電動機應綜合考慮的問題：1) 根據機械的負載性質和生產工藝對電動機的起動、制動、反轉、調速等要求，選擇電動機的類型。2) 根據負載轉矩，速度變化范圍和起動的頻率程度要求，考慮電動機的溫升限制，過載能力和起動轉矩，選擇電動機的功率。所選電動機的功率應留有余量，負載率一般取0.80.9。過大的備用功率會使電機的效率降低，對于感應電動機，其功率因素將變壞。3) 如溫度、濕度、灰塵、雨水、腐蝕及易燃易爆氣體和其他因素的必要保護方式選擇電動機的結構形式。除此之外，選擇電動機還必須考慮運行的可靠性、設備的供貨情況、安裝檢修的難易、以及產品的價格、建設費用和生產過程前后期電動機功率變化關系等各種因素。選擇電動機的原則是：在保證工作機正常工作，并具有一定的過載保護能力的前提下，盡量選擇容量較小，通用性較強，電能消耗低的型號。綜合考慮工作情況和經濟性要求。3.1.3選擇電動機類型由于本設計中電動機是用來給傳動機構做動力，且載荷平穩，常溫下連續運轉，生產批量為小批量，按已知工作要求和條件選用可調節轉速的直流電機。因其效率高、耗電少、性能好、噪音低、振動小、體積小和重量輕，運行可靠、維修方便。3.1.4選擇電動機的容量皮帶的速度為m/s，當帶輪與皮帶同速時走過的距離為m，為工作機所需功率 ，為電動機輸出功率，為電動機的額定功率，為帶輸送時的有效拉力, 為帶輪與帶同速所用的時間,則有： (3-1) (3-2) (3-3)由（3-1）（3-2）得： (3-4)由（3-3）（3-4）得： (3-5)其中：，m/s，由此可得單個梳齒：其中：為皮帶傳動的效率，取=0.94為電動機至梳齒軸的傳動裝置的總效率 兩個梳齒軸都是由同一個電機提高動力，因此電機總功率 ;因載荷平穩，電動機額定功率只需大于即可，查機械設計實用手冊，表得Z系列轉速可調直流電動機數據選電動機的額定功率kW。額定轉矩1.N/m;轉速可調范圍50200r/min;效率。3.2 傳動皮帶輪的設計初選主動皮帶輪直徑D=20mm，則車輪的轉速應為根據實際設計需求，從動輪轉速不易過大應為主動輪轉速的一半，也即傳動比為2.3.2.1 初選帶輪齒數由機械設計表6-6查得，則從動帶輪齒數3.2.2 .確定計算功率 由于載荷比較平穩，由機械設計查表6-3得工況系數=1.0，因此 =0.4kw初定中心距，確定帶條帶節數Lp：初定中心距,則帶節數取Lp = 723.2.4 計算單排帶所能傳遞的功率及帶節距P由機械設計表6-5查得小帶輪齒數系數Kz=1.0,選擇單排帶，由機械設計表6-4查得多排帶系數Kp=1.0由機械設計圖6.14查得長度系數=0.98故所需傳遞的功率為根據額定功率和轉速查機械設計圖6.13選擇的滾子帶，由表6-1查得帶節距P=19.05mm3.2.5 確定帶實際長度 L及中心距根據設計的可行性最終設計的中心距a=116mm.帶的實際長度為L=D/2+d/2+a=40/2+20/2+116=146mm;3.2.6 計算帶速3.2.7 計算作用在軸上的壓軸力Q圓周力F=1000/V=（10000.4）/0.4=1000N按平均布置查機械設計取壓軸力系數有3.2.8 .按靜強度校核帶條由于帶條處于低速重載傳動中，其靜強度占主要地位。由參考文獻5知，帶條靜強度計算式： (3-1)式中 靜強度安全系數； 工況系數，查表12-2-3??；帶條極限拉伸載荷，=31.1kN；有效圓周力，；離心力引起的力，其中為帶條質量，可由機械設計手冊表12-2-9查得：q=1.50kg/m；時，可以忽略。 懸垂力，其中為系數，由機械設計手冊查圖12-2-3得：，為中心距，為兩輪中心線對水平面的傾角，則； 許用安全系數，。代入數據得：符合強度要求。3.2.9 潤滑方式的選擇根據帶速v=0.4m/s和帶節距P=19.05mm，按圖6.16查得潤滑方式為人工定期潤滑。3.2.10 帶輪的結構設計帶輪的結構選為整體式，材料為45鋼，熱處理為淬火、回火，齒面硬度4050HRC。由機械設計手冊表14.2-19查得主要結構尺寸如下圖：圖3-2 從動帶輪結構圖3.3 梳齒軸的設計及計算3.3.1 選定梳齒軸徑軸的材料選擇45調質，其主要的力學性能如下：材料牌號：45熱處理：調質 毛坯直徑（mm）:60 硬度（HBS）：217255 抗拉強度MPa：650 屈服點MPa：360 彎曲疲勞極限MPa：270 扭轉疲勞極限MPa：155 許用靜應力MPa：260 許用疲勞應力MPa：180270備注：應用最廣泛初算軸徑 (3-2) 式中 軸傳遞的功率； 軸的轉速，；與軸的材料及相應的值有關的系數。查文獻4表15-3得=118。將上述數據代入公式可得確定車輪軸的直徑和長度如圖3-3：1段： ，；2段： ，；3段： ，；4段： ，；圖3-3 梳齒軸尺寸3.3.2 梳齒軸的校核這種校核計算的實質在于確定變應力情況下軸的安全程度。在已知軸的外形、尺寸及載荷的基礎上，既可通過分析確定出一個或幾個危險截面（這時不僅要考慮彎曲應力和扭轉切應力的大小，而且還要考慮應力集中和絕對尺寸等因素影響的程度），按式求出計算安全系數并使其稍大于或至少等于設計安全系數S，既 (3-3)僅有法向應力時，應滿足 (3-4)僅有扭轉切應力時，應滿足 (3-5)式中 按疲勞強度計算的許用安全系數；對稱循環應力下的材料彎曲疲勞極限，；對稱循環應力下的材料扭轉疲勞極限，；、彎曲和扭轉時的有效應力集中系數；、材料拉伸和扭轉的平均應力折算系數；、彎曲應力的應力幅和平均應力，；、扭轉應力的應力幅和平均應力，；3-1應力特征表循環特性應力名稱彎 曲 應 力扭 轉 應 力對稱循環應 力 幅平均應力脈沖循環應 力 幅平均應力說 明M、T軸危險截面上的彎矩和扭矩，Nm、軸危險截面的抗彎和抗扭截面系數， NmNNNm查表可得滿足疲勞強度要求。3.4軸承壽命計算輸入端軸承壽命計算 根據文獻3表13-3，取軸承的預期工作壽命軸承所受徑向力 (3-6)由于軸承只受徑向力，所以當量動載荷基本額定動載荷c (3-6)根據輸入端內徑和基本額定動載荷選擇軸承類型軸承的基本額定壽命若,則軸承滿足要求。表3-2 軸承參數表參數/型號NJ2217ENJ2215ENJ2220E22220CNJ2232E2321261121348221775766210/310/310/310/310/3C16044150312521123180431093.5 手持桿的材料選擇及重量計算手持桿材料選擇圓形合金管，強度達到要求的同時也要滿足質量輕、耐腐蝕等技術要求，其詳細外形輪廓如圖3-1：圖3-1手持桿組合簡圖示意圖圖中尺寸：桿的最大高度=2500mm；桿的平均外徑；桿的平均內徑；圓形合金桿的平均密度；估算手持桿組合裝備總重量；=2.354kg 手持桿1與桿2帶接方式選用內嵌套圓鍵連接，桿頂的連接頭與桿通過螺紋連接。第4章 調速電路及控制系統設計調速系統主要是根據實際設備應用場景，對梳齒條的旋轉速度進行調節，帶齒輪的傳動比在第3章已經確定，若想實現調速的目的，只能對直流電機的轉速進行調節，而直流電機的轉速體調解電路和控制方案方法很多，本章節對以下幾種常見的直流電機調速系統進行詳細介紹分析，同時對調速的方法進行分析介紹。最終通過對比分析確定調速電路和控制方案。4.1調速電路系統的概述4.1.1旋轉變流機組直流電機調速電路系統如圖2-1，旋轉變流機組直流電動機調速系統（G-M系統）由交流電動機（異步機或同步機）拖動直流發電機G實現變流，由G給需要的直流電動機M供電，調節G的勵磁電流即可改變其輸出電壓U，從而調節電動機的轉速n。這種調速系統在60年代曾廣泛使用，但該系統需要旋轉變流機組，至少包含兩臺與調速電動機容量相當的旋轉電機，還要一臺勵磁發電機，因此設備多，體積大，費用高，效率低，安裝須打地基，運行有噪聲，維護不方便。圖4-1旋轉變流機組直流電動機調速電路系統（G-M系統）4.1.2靜止式可控整流器調速電路系統自從晶閘管（俗稱“可控硅”）問世，到了60年代，已生產出成套的晶閘管整流裝置，并應用于直流電動機調速系統，即晶閘管可控整流器供電的直流調速系統（V-M系統）。如圖2-2，VT是晶閘管可控整流器，通過調節觸發裝置GT的控制電壓來移動觸發脈沖的相位，即可改變整流電壓，從而實現平滑調速和旋轉變的散熱條件。另外，由諧波與無功功率引起電網電壓波形畸變，殃及附近的用電設備，因此必須添置無功補償和諧波濾波裝置。 圖4-2晶閘管可控整流器供電的直流調速電路系統（V-M系統）4.1.3 直流斬波器或脈寬調速圖4-3直流斬波器電動機系統的原理圖和電壓波形1）開關頻率高，電流容易連續，諧波少，電機損耗及發熱都較小。2）低速性能好，穩速精度高，調速范圍寬。3）若與快速響應的電動機配合，則系統頻帶寬，動態響應快，動態抗繞能力強。4）開關器件工作在開關狀態，導通損耗小，當開關頻率適當時，開關損耗也不大，因而全取代了VM系統。4.2電機基本調速控制方法直流電動機調速方案可有以下三種。4.2.1電樞串電阻調速圖4-4調阻調速特性曲線如圖4-4，不能實現無級平滑調速，只用于一些要求不高的場合。4.2.2弱磁調速圖4-5磁調速特性曲線弱磁調速雖然能實現平滑調速，但其調速范圍太小，特性較軟，因而只是在額定轉速以上作小范圍升速時才采用。4.2.3調壓調速圖4-6調壓調速特性曲線如圖4-6，額定勵磁保持不變，理想空載轉速隨U減小而減小，各特性線斜率不變，由此可動系統中被廣泛采用。4.3轉速控制的要求和調速指標對于調速系統轉速控制的要求有以下三個方面：1） 調速穩定2） 備要求加、減速盡量快，以提高生產率；不宜經受劇烈速度變化的機械則要求起、制動盡量平穩。為了進行定（4-1）2）靜差率：負載由理想空載增加到額定值時，對應的轉速降落，與理想空載轉速之比，稱作靜差率，即 （4-2）一般調壓調速系統在不同轉速下的機械特性是互相平行的 。對于同樣硬度的特性，理想空載轉速越低時，靜差率越大，轉速的相對穩定度也就越差。對于同一個調速系統，這些指標并不是彼此孤立的，必須同時提才有意義，一個調速系統的調速范圍，是指在最低速時還能滿足所需靜差率的轉速可調范圍。4.4調速電路及控制方案的確定 對比分析可知，直流斬波器或脈寬調速電路優點很多，如開關頻率高，電流容易連續，諧波少，電機損耗及發熱都較小。低速性能好，穩速精度高，調速范圍寬。若與快速響應的電動機配合，則系統頻帶寬，動態響應快，動態抗繞能力強。該類型電路貼合本次設計要求，故選用直流斬波器或脈寬調速電路。 第5章 關鍵零部件的proe有限元分析詳細過程5.1有限元分析方法5.1.1有限元簡介有限元分析是用較簡單的問題代替復雜問題后再求解。它將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互連子域組成，對每一單元假定一個合適的(較簡單的）近似解，然后推導求解這個域總的滿足條件(如結構的平衡條件），從而得到問題的解。這個解不是準確解，而是近似解，因為實際問題被較簡單的問題所代替。由于大多數實際問題難以得到準確解，而有限元不僅計算精度高，而且能適應各種復雜形狀，因而成為行之有效的工程分析手段。 有限元是那些集合在一起能夠表示實際連續域的離散單元。有限元的概念早在幾個世紀前就已產生并得到了應用，例如用多邊形（有限個直線單元）逼近圓來求得圓的周長，但作為一種方法而被提出，則是最近的事。有限元法最初被稱為矩陣近似方法，應用于航空器的結構強度計算，并由于其方便性、實用性和有效性而引起從事力學研究的科學家的濃厚興趣。經過短短數十年的努力，隨著計算機技術的快速發展和普及，有限元方法迅速從結構工程強度分析計算擴展到幾乎所有的科學技術領域，成為一種豐富多彩、應用廣泛并且實用高效的數值分析方法。5.1.2有限元分析方法的特點有限元方法與其他求解邊值問題近似方法的根本區別在于它的近似性僅限于相對小的子域中。20世紀60年代初首次提出結構力學計算有限元概念的克拉夫（Clough）教授形象地將其描繪為：“有限元法=Rayleigh Ritz法+分片函數”，即有限元法是Rayleigh Ritz法的一種局部化情況。不同于求解（往往是困難的）滿足整個定義域邊界條件的允許函數的Rayleigh Ritz法，有限元法將函數定義在簡單幾何形狀（如二維問題中的三角形或任意四邊形）的單元域上（分片函數），且不考慮整個定義域的復雜邊界條件，這是有限元法優于其他近似方法的原因之一。5.1.3有限元分析方法步驟對于不同物理性質和數學模型的問題，有限元求解法的基本步驟是相同的，只是具體公式推導和運算求解不同。有限元求解問題的基本步驟通常為： 第一步：問題及求解域定義：根據實際問題近似確定求解域的物理性質和幾何區域。 第二步：求解域離散化：將求解域近似為具有不同有限大小和形狀且彼此相連的有限個單元組成的離散域，習慣上稱為有限元網絡劃分。顯然單元越?。ňW格越細）則離散域的近似程度越好，計算結果也越精確，但計算量及誤差都將增大，因此求解域的離散化是有限元法的核心技術之一。 第三步：確定狀態變量及控制方法：一個具體的物理問題通?？梢杂靡唤M包含問題狀態變量邊界條件的微分方程式表示，為適合有限元求解，通常將微分方程化為等價的泛函形式。 第四步：單元推導：對單元構造一個適合的近似解，即推導有限單元的列式，其中包括選擇合理的單元坐標系，建立單元試函數，以某種方法給出單元各狀態變量的離散關系，從而形成單元矩陣（結構力學中稱剛度陣或柔度陣）。 為保證問題求解的收斂性，單元推導有許多原則要遵循。 對工程應用而言，重要的是應注意每一種單元的解題性能與約束。例如，單元形狀應以規則為好，畸形時不僅精度低，而且有缺秩的危險，將導致無法求解。 第五步：總裝求解：將單元總裝形成離散域的總矩陣方程（聯合方程組），反映對近似求解域的離散域的要求，即單元函數的連續性要滿足一定的連續條件?？傃b是在相鄰單元結點進行，狀態變量及其導數（可能的話）連續性建立在結點處。 第六步：聯立方程組求解和結果解釋：有限元法最終導致聯立方程組。聯立方程組的求解可用直接法、迭代法和隨機法。求解結果是單元結點處狀態變量的近似值。對于計算結果的質量，將通過與設計準則提供的允許值比較來評價并確定是否需要重復計算。 簡言之，有限元分析可分成三個階段，前置處理、計算求解和后置處理。前置處理是建立有限元模型，完成單元網格劃分；后置處理則是采集處理分析結果，使用戶能簡便提取信息，了解計算結果。5.1.4有限元分析的發展趨勢縱觀當今國際上CAE軟件的發展情況，可以看出有限元分析方法的一些發展趨勢： 1、與CAD軟件的無縫集成 當今有限元分析軟件的一個發展趨勢是與通用CAD軟件的集成使用，即在用CAD軟件完成部件和零件的造型設計后，能直接將模型傳送到CAE軟件中進行有限 元網格劃分并進行分析計算，如果分析的結果不滿足設計要求則重新進行設計和分析，直到滿意為止，從而極大地提高了設計水平和效率。為了滿足工程師快捷地解 決復雜工程問題的要求，許多商業化有限元分析軟件都開發了和著名的CAD軟件（例如Pro/ENGINEER、Unigraphics、 SolidEdge、SolidWorks、IDEAS、Bentley和AutoCAD等）的接口。有些CAE軟件為了實現和CAD軟件的無縫集成而采 用了CAD的建模技術，如ADINA軟件由于采用了基于Parasolid內核的實體建模技術，能和以Parasolid為核心的CAD軟件（如 Unigraphics、SolidEdge、SolidWorks）實現真正無縫的雙向數據交換。 2、更為強大的網格處理能力 有限元法求解問題的基本過程主要包括：分析對象的離散化、有限元求解、計算結果的后處理三部分。由于結構離散后的網格質量直接影響到求解時間及求解結果的 正確性與否，近年來各軟件開發商都加大了其在網格處理方面的投入，使網格生成的質量和效率都有了很大的提高，但在有些方面卻一直沒有得到改進，如對三維實 體模型進行自動六面體網格劃分和根據求解結果對模型進行自適應網格劃分，除了個別商業軟件做得較好外，大多數分析軟件仍然沒有此功能。自動六面體網格劃分 是指對三維實體模型程序能自動的劃分出六面體網格單元，現在大多數軟件都能采用映射、拖拉、掃略等功能生成六面體單元，但這些功能都只能對簡單規則模型適 用，對于復雜的三維模型則只能采用自動四面體網格劃分技術生成四面體單元。對于四面體單元，如果不使用中間節點，在很多問題中將會產生不正確的結果，如果 使用中間節點將會引起求解時間、收斂速度等方面的一系列問題，因此人們迫切的希望自動六面體網格功能的出現。自適應性網格劃分是指在現有網格基礎上，根據 有限元計算結果估計計算誤差、重新劃分網格和再計算的一個循環過程。對于許多工程實際問題，在整個求解過程中，模型的某些區域將會產生很大的應變，引起單 元畸變，從而導致求解不能進行下去或求解結果不正確，因此必須進行網格自動重劃分。自適應網格往往是許多工程問題如裂紋擴展、薄板成形等大應變分析的必要 條件。 3、由求解線性問題發展到求解非線性問題 隨著科學技術的發展，線性理論已經遠遠不能滿足設計的要求，許多工程問題如材料的破壞與失效、裂紋擴展等僅靠線性理論根本不能解決，必須進行非線性分析求 解，例如薄板成形就要求同時考慮結構的大位移、大應變（幾何非線性）和塑性（材料非線性）；而對塑料、橡膠、陶瓷、混凝土及巖土等材料進行分析或需考慮材 料的塑性、蠕變效應時則必須考慮材料非線性。眾所周知，非線性問題的求解是很復雜的，它不僅涉及到很多專門的數學問題，還必須掌握一定的理論知識和求解技 巧，學習起來也較為困難。為此國外一些公司花費了大量的人力和物力開發非線性求解分析軟件，如ADINA、ABAQUS等。它們的共同特點是具有高效的非 線性求解器、豐富而實用的非線性材料庫，ADINA還同時具有隱式和顯式兩種時間積分方法。 4、由單一結構場求解發展到耦合場問題的求解 有限元分析方法最早應用于航空航天領域，主要用來求解線性結構問題，實踐證明這是一種非常有效的數值分析方法。而且從理論上也已經證明，只要用于離散求解 對象的單元足夠小，所得的解就可足夠逼近于精確值?，F在用于求解結構線性問題的有限元方法和軟件已經比較成熟，發展方向是結構非線性、流體動力學和耦合場 問題的求解。例如由于摩擦接觸而產生的熱問題，金屬成形時由于塑性功而產生的熱問題,需要結構場和溫度場的有限元分析結果交叉迭代求解，即熱力耦合的 問題。當流體在彎管中流動時，流體壓力會使彎管產生變形，而管的變形又反過來影響到流體的流動這就需要對結構場和流場的有限元分析結果交叉迭代求解， 即所謂流固耦合的問題。由于有限元的應用越來越深入，人們關注的問題越來越復雜，耦合場的求解必定成為CAE軟件的發展方向。 5、程序面向用戶的開放性 隨著商業化的提高，各軟件開發商為了擴大自己的市場份額，滿足用戶的需求，在軟件的功能、易用性等方面花費了大量的投資，但由于用戶的要求千差萬別，不管 他們怎樣努力也不可能滿足所有用戶的要求，因此必須給用戶一個開放的環境，允許用戶根據自己的實際情況對軟件進行擴充，包括用戶自定義單元特性、用戶自定 義材料本構（結構本構、熱本構、流體本構）、用戶自定義流場邊界條件、用戶自定義結構斷裂判據和裂紋擴展規律等等。 關注有限元的理論發展，采用最先進的算法技術，擴充軟件的性能，提高軟件性能以滿足用戶不斷增長的需求，是CAE軟件開發商的主攻目標，也是其產品持續占有市場，求得生存和發展的根本之道。5.1.5有限元分析方法的確定 通過對有限元分析方法的分析了解并結合建模軟件proe和自身本科四年實際學習情況，最終本次畢業設計本人選用proe對該設備關鍵零部件進行有限元分析。5.2 proe有限元分析詳細步驟第一步，打開一個需要進行有限元分析的零件。 第二步，在功能區中點擊【應用程序】，在其子菜單中選擇【Simulate】。第三步，在功能區中選擇【材料分布】，開始對零件材料的定義。在導航選項卡中的模型樹中，選擇需要定義材料的零件。再在材料屬性中點擊【更多】，選擇零件的材料的類型。第四步，在功能區中選擇【重力】，開始定義零件所受的重力。第五步，在功能區中【載荷】中，定義零件所說的載荷。選擇載荷受力的曲面，和載荷的大小。第六步，在功能區【約束】中，定義零件的約束類型。第七步，在功能區中【分析和研究】新建一個靜態分析。即可以開始進行有限元分析了。第八步，在【分析和研究】子菜單點擊綠色的開始按鈕，即可以開始進行有限元分析了。第九步，在【分析和研究】子菜單中點擊結果按鈕，即可以查看零件有限元分析的結果了。5.3關鍵零部件proe有限元分析結果5.3.1從動輪的有限元分析結果5.3.2梳齒的有限元分析結果第6章 紅棗采摘機的安裝與維護6.1 安裝注意事項1.檢查安裝的零部件是否完整，位置是否正確，是否符合安全質量標準。2.注意各部位潤滑。3.采摘機機安裝中心線在水平方向不得歪斜，初始安裝時必須擺架軸線與車體的中心線平行，并保證擺架轉動靈活。4.所有液壓裝置必須按照液壓裝置說明書的要求進行安裝，并檢驗其動作的準確性與可靠性。5.外露非加工表面涂灰色油漆，旋轉件外露端面涂紅色油漆，加工表面涂黑色防銹漆。6.各部件必須按照設計要求準確安裝。7.所有緊固件（螺栓、螺母、墊圈）均應采取防銹氧化處理。6.2 維護中的注意事項1.保證各直流電機散熱條件良好。各個馬達部位的垃圾必須及時清除，確保設備正常運轉。2.盡量避免在短時間內頻繁啟動直流電機，在正常情況下馬達應空載啟動。3.不允許發生皮帶沿滾筒打滑現象，如有發現應立即停機。4.作業中要防止飛落枯枝打擊皮帶、皮帶輪、電路排線等部件。皮帶輪上如果有小點擊傷，要及時用油石將小點周圍棱邊磨去，以防破壞皮帶輪的嚙合部分，在不漏油的情況下可繼續使用。連續停機在24h以上的設備，在啟動前，要向軸承中注油，以防軸承干磨而損壞。6.3 潤滑維護潤滑油是用在各種類型機械上以減少摩擦，保護機械及加工件的液體潤滑劑，主要起潤滑、冷卻、防銹、清潔、密封和緩沖等作用。潤滑油占全部潤滑材料的85%，種類牌號繁多，現在世界年用量約3800萬噸。對潤滑油總的要求是： 減摩抗磨，降低摩擦阻力以節約能源，減少磨損以延長機械壽命，提高經濟效益； 冷卻，要求隨時將摩擦熱排出機外； 密封，要求防泄漏、防塵、防竄氣； 抗腐蝕防銹，要求保護摩擦表面不受油變質或外來侵蝕； 清凈沖洗，要求把摩擦面積垢清洗排除； 應力分散緩沖，分散負荷和緩和沖擊及減震； 動能傳遞，皮帶與軸承摩擦。一般來說，按潤滑方式分為集中潤滑和分散潤滑；按潤滑介質分為稀油潤滑和稠油潤滑；潤滑劑可分為氣體、液體、半固體和固體四種基本形式。合理的潤滑系統和可行的潤滑方式，可以使機器上各運動副減少磨損，降低能量損耗，保證機器的工作精度，提高整個機器的工作壽命。在摩擦面間加入潤滑劑不僅可以降低摩擦，減輕磨損保護零件不被銹蝕，而且在采用循環潤滑時，還能起到散熱降溫的作用。由于液體的不可壓縮性，潤滑油膜還具有緩沖吸振的能力，使用膏狀的潤滑脂既可防止內部的潤滑劑外瀉，又可阻止外部雜質的進入，避免加劇零件的磨損起到密封作用。對機器的重要部件如封箱機的帶輪、軸承等部件，需要定期進行檢查，防止因某些潤滑點缺油，造成潤滑點的磨損。帶傳動良好的潤滑將會減少磨損、緩和沖擊，提高承載能力，延長使用壽命，因此帶傳動應合理地確定潤滑方式和潤滑劑種類。常用的帶輪軸承潤滑方式有幾種：1）人工定期潤滑：用油壺或油刷給油，每班注油一次，適用于帶速 v 4m /s 的不重要傳動2）滴油潤滑：用油杯通過油管向松邊的內、外帶板間隙處滴油，用于帶速 v 10m /s 的傳動3）油浴潤滑：帶從密封的油池中通過，帶條浸油深度以 612mm為宜，適用于帶速 v =612m /s 的傳動4）飛濺潤滑：在密封容器中，用甩油盤將油甩起，經由殼體上的集油裝置將油導流到帶上。甩油盤速度應大于 3m /s ，浸油深度一般為 1215mm 5）壓力油循環潤滑用油泵將油噴到帶上，噴口應設在帶條進入嚙合之處。適用于帶速 v 8m /s 的大功率傳動，帶傳動常用的潤滑油有 L-AN32