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1、果业是人类生存和社会发展的经济基础，果业产业应该是一个可持续发展的产业。因而，随着 世界性果业日益发展，寻找新的果园发展方式摆在了人们的面前。枣业是果业中的一种，在新疆南疆一带种植广泛，果园收获作业是果园生产全过程中重要的环 节，枣树收获用工量多，劳动强度大。传统的人工收获方法，每公顷需几百个工时，占果园生产过 程中总用工量的50%左右，效率大大降低。因此，果园收获机械化一直是国内外研究工作的重点。 当前，果园收获机械化在已作为一种比较成熟技术在国外被广泛采用，机械收获的生产效率与人工 相比提高了510倍，大大的提高了效率。机械采收的方法主要有振摇法和梳刷法，振摇法是应用 最多的一种机械采收方
2、法，是国外应用较多、适用性较好的采收机型。然而，国内果园收获主要依 靠人工摘或借助简单工具采摘，林果采收机械的研究在我国仍处于起步阶段，尚未见比较成熟的实 用机具报道。目前，随着新疆特色林果，尤其是红枣等林果的产业化发展，依靠人工采收已不能满 足产业化生产的需要。针对国内尤其是新疆果园采收机械的研究现状和林果业机械化发展的新的形式及要求，研究并 设计机械振动式林果采收机，对于发展并提高我国林果收获机械化水平具有十分重大的意义。关键词：红枣；收获机；振动式1绪论11.1课题研究的目的及意义11.2国内外水果采摘机械的现状11.3国外现状水果采摘机械的现状21.4本课题需要重点研究的关键问题及解决
3、思路22总体方案拟定32.1方案来源32.2总体方案设计33总体计算53.1传动比分配53.2效率计算53.3功率计算53.4转矩计算54主要零部件设计64.1减速机的选择64.2V带的设计计算64.3带轮计算84.4滚子链传动设计计算94.5链轮计算104.6直齿圆锥齿轮计算114.7轴的设计155轴的校核195.1按扭转刚度条件计算195.2校核轴的疲劳强度196辅助部件216.1键的选择216.2联轴器的选择216.3轴承选择217总结22致谢23参考文献241绪论11课题研究的目的及意义大枣又名红枣、干枣、枣子，起源于中国，在中国已有四千多年的种植历史，自古以来就被列 为“五果”（桃、
4、李、梅、杏、枣）之一。红枣富含蛋白质、脂肪、糖类、胡萝卜素、B族维生素、 维生素C、维生素P以及钙、磷、铁和环磷酸腺苷等营养成分。其中维生素C的含量在果品中名列 前茅，有维生素王之美称。随着红枣的种植面积的增加，红枣的机械化作业在红枣栽培中的重要性逐渐凸显。依据最近几 年新疆林果业发展的态式分析，新疆果树种植每年以10%的速度递增，由于林果业的快速发展，各 地已形成了较大的种植规模，每到收获季节需要投入大量的劳力来完成水果采收。可以预见到，再 过35年，新种植的果树进入盛果期后，水果采收作业将会出现因劳动力短缺、采收不及时，而 直接影响果品质量和造成大量损失的问题。这是因为，水果采摘是一项劳动
5、投入量很大的作业，有 些水果因成熟期不一致，需要多次采摘才能完成收获；而有些作为鲜食或作为加工用途的果品，因 市场对于果实外观要求较高，不能有碰伤、刮伤、压裂等机械损伤，采收这些水果时必须小心翼翼； 另外，水果收获是在离地面有35 m高的空中作业，以上原因决定了水果采摘是一项费时、费工、 费力的作业。人工采收水果的速度缓慢，大面积发展水果种植时，必须要依靠机械化来提高采摘效 率。据有关资料介绍，有些鲜食水果的采收用工量较大，约占水果生产总用工量的50%以上，导致 特色果品的生产成本过大，不能满足向果品加工企业提供数量充足、质量优越、价格相对低廉的原 料，这样极不利于企业直接参与市场竞争。果园收
6、获作业是果园生产全过程中最重要的环节，林果采收劳动强度大，用工量多。传统的人 工采收方法，每公顷需要几百个工时，占果园生产过程中用工量的50%左右，费时费力且成本高。 目前，随着新疆特色林果，尤其是红枣等林果的规模化、产业化发展，依靠人工采收的方式已不能 满足红枣等产业化生产的需要。针对我国尤其是新疆林果采收机械的研究现状和林果业机械化发展的新形式要求，研究设计机 械振动式林果采收机，对提高我国林果收获机械化水平具有重要意义。1.2国内外水果采摘机械的现状上世纪80年代我国开始林果机械化收获研究，张克孝教授先后采用梳刷和振动的原理对黑加 仑进行机械采收的试验研究；王业成采用振动采收装置对黑加仑
7、进行收获试验；宁夏固原地区农机 所研制了手工沙棘采收器。宁夏农林科学院研制的枸杞采摘机；内蒙古自治区园艺科学研究所研究 了喷洒40%乙烯利溶剂的沙棘化学采收法；内蒙古林业研究院应用气吸式小林果采收装置进行气吸 采收。这些方法可在一定程度上提高工效、改善采收条件，但采收效率低，果树损伤严重。2009 年，新疆农垦科学院机械装备研究所研制4YS-24型红枣收获机，采用抱摇式收获方法，适于收获 树高3 m以上的枣树，采净率91.5%； 2010年新疆农业科学院农业机械化研究所研制了手持式振动 林果收获机，采用树枝振动式收获方法，采净率85% ；时代沃林推出的果树振动采收机ZTM-02， 采用抱摇式收
8、获方法，适用于各类坚果和表皮不易破损的鲜果进行收获。1.3国外现状水果采摘机械的现状20世纪60年代，国外开始林果机械化收获研究，根据收获机械所用动力不同，主要有气力式 和机械式。气力式分为：气吹和气吸式，振动式根据激振位置不同分为：树杆、树枝和树冠振动式。 气力式振动收获:Whitney J D和Wheaton T A通过气力式振动采收机对喷洒落果剂的Valencia柑橘 进行试验。研究发现：该方法的采收率很低，且气力式振动采收机相对于人工采摘，柑橘减产16%。 树杆振动式收获：Whitney and Wheaton使用FMC-4000抱摇式振动收获机对喷洒落果剂的柑橘进 行试验，振动时间3
9、7s，收获率在90%以上，经研究发现机采比人工采摘的柑橘减产10%。树枝 振动式收获：Mateev L.M.et al.认为采收工作部件撞击樱桃树枝的冲击力为随机函数，在不同工作 参数下建立了樱桃振动采收数学模型，在樱桃田间采收试验中，实验结果与该模型预测结果的相关 系数约为0.99。树冠振动式收获：韩国忠南国立大学S.W.Lee etal.对红枣的物理力学特性研究，研 究基于树冠振动的采收装置，激振频率7.7 Hz，试验时间3 s，成熟红枣采收率达到95.8%。综上所述，国外没有可以引进消化吸收的矮化密植红枣收获机，新疆兵团以及国内林果业机械 化发展步伐缓慢，国内林果收获机研制也没有提供相应
10、的技术和经验，林果业生产过程机械化作业 大部分尚处于空白阶段。为了应对矮化密植红枣种植面积迅猛增长带来的收获难题，国内自主研制 其收获机械装备势在必行。1.4本课题需要重点研究的关键问题及解决思路矮化密植红枣枣树枝干比较细，且不会太高。因此，在进行机械化采收的时候还要特别主要的 是对枣树枝干的保护，就是敲击强度不宜过大，同时，还要保证采净率。因此，在设计过程中要注 意机械采摘过程中对枣树枝干的保护等问题。通过资料的查询和实际的测量，同时还有指导老师的指导，可以总结出该矮化密植红枣收获机 设计要求为：工作宽度小，易移动，采摘过程对树枝和果实的损伤小。经借鉴采用连续旋转的方式 敲击树枝，敲击棒为橡
11、胶材质，尽量减少对树枝的损伤。2总体方案拟定2.1方案来源门式高架采果机：用成排的指杆式橡胶敲击棒在液压系统操纵下做往复运动，敲打果枝，使果 实脱落，适用于采收成行的矮化果树。如图2-1所示：1操纵台2桨叶3振动器4输送带5承接导向器图2-1门式高架采果机2.2总体方案设计1310141617181收果架2钢架轮3钢架4轴承端盖5螺钉6轴承7敲击棒8联轴器9螺栓10 垫片11螺母12轴承座13链轮14大带轮15锥齿轮16链条17带18小带轮图2-2总体方案图总体方案图如图2-2所示，以发动机动力输出轴为动力，动力输出轴以联轴器与减速机相连接， 将动力递给减速机，带动减速机旋转，减速机输出轴以联
12、轴器与小皮带轮相连接，小皮带轮通过皮 带与大皮带轮相连接，将动力传递给大皮带轮，实现大皮带轮的转动，皮带应用张紧轮张紧，并采 用防护罩，以防止灰尘。大皮带轮转动带动轴的转动，以实现同轴连接链轮转动，主动链轮的转动 带动其余两轴两个从动链轮转动，从动链轮转动带动同轴相连接锥齿轮的转动，通过锥齿轮的变向 作用，将竖直平面的运动改为水平平面的运动，从而带动连接有橡胶敲击棒的轴旋转，以固定频率 树枝，使果实下落，下面放有接果盘，用以收集果实，收集完果实后用风扇吹去落叶，在进行其他 方式除杂工作，最后完成对红枣的收集过程。在收集的过程中应当注意工作宽度小，易移动，采摘 过程对树枝和果实的损伤小，链轮润滑
13、等要求。3总体计算3.1传动比分配选择转速为540 r/min后动力输出轴，执行机构敲击枣树的频率为60 r/min,传动比为9:1,综 合考虑各个因素，分配传动比为减速机6:1，大带轮与小带轮传动比为1.5:1，链轮传动比为1:1， 锥齿轮传动比为1:1。3.2效率计算n联轴器=0.99，每对滚动轴承n滚动轴承 =0.98，n带=0.96，n链条=0.9，n锥齿轮=0.92n发动机 =0.85，n减速器 =0.93.3功率计算选择型号 4BTA3.9-C100-II发动机，故功率 P 为 25x0.735Kw=18.375 kW动力输出轴功率P动力输出轴rP*n发动机-15.62 kW输入减
14、速机功率P = Pxn-15.46 kW输入 动力输出轴联轴器小带轮轴功率p = pxn-13.91 kW小带轮 输入 减速器大带轮轴功率P =Pxn 皿 xn-13.09 kW大带轮 小带轮 带滚动轴承上锥齿轮1轴功率P =P xnxn-11.53 kW锥1大带轮滚动轴承链条上锥齿轮2轴功率P =P xnxnxn-9.35 kW锥2锥1滚动轴承链条锥齿轮下锥齿轮3轴功率p =p xnxn-10.17 kW锥3锥1滚动轴承锥齿轮下锥齿轮4轴功率p =p xnxn-8.42 kW锥4锥2滚动轴承锥齿轮3.4转矩计算额定转矩T , =9550xP/n -276.07 N-md动力输出轴m输入减速机
15、转矩T =T.xn-273.31 N-m减速机 d 联轴器小带轮轴转矩T =Txnxi-1495.85Nm小带轮 减速机 减速器大带轮轴转矩T =Txnxnxnxi-2100.87 N-m大带轮 小带轮 带滚动轴承发动机上锥齿轮1轴转矩T =Txnxn-1861.79 N-m锥1大带轮滚动轴承链条上锥齿轮2轴转矩T =T xnxnxn-1510.73N-m锥2锥1滚动轴承链条锥齿轮下锥齿轮3轴转矩t =p xnxn- 1678.59 N-m锥3锥1滚动轴承锥齿轮下锥齿轮4轴转矩T = P xnxn-1362.07 N-m锥4锥2滚动轴承锥齿轮4主要零部件设计4.1减速机的选择通过查阅相关材料，决定采用摆线减速机。摆线减速机特点为：传动比大；传动效率高，一般一级传动效率为90%95% ；结构紧凑，体 积小，重量轻，体积和普通圆柱齿轮减速机相比可减小1 /22/3；故障少，寿命长。运转平稳可靠； 拆装方便，容易
