《毕设论文---茶油振动采收机举升部件的虚拟样机设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕设论文---茶油振动采收机举升部件的虚拟样机设计.doc（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、油茶振动采收机举升部件的虚拟样机设计摘 要：本毕业设计主要是设计油茶振动采收机的举升部件，该部件采用了折叠臂式举升机构，利用液压驱动，并用Solidworks建立了三维实体模型，同时进行了静态和动态干涉检查，绘制了若干零件图和总装图。关键词：油茶；振动采收；举升部件；虚拟样机；SolidworksThe Virtual Prototype Design of Camellia Oleifera Vibration Harvesting Lifting MechanismAbstract: This design is mainly design the lifting parts of the
2、 vibration havesting machine , this part adopts the folding arm type lifting mechanism , using hydraulic pressure drive and Solidworks software to entity 3D model . At the same time ,it has carred on the static and dynamic interference check , made a number of detail drawing and assembly drawing .Ke
3、y words: Camellia oleifera ; Vibration Harvesting ; Lifting Mechanism ; Virtual Prototype ; Solidworks1 前言1.1 研究背景 油茶树是木本油料树，我国目前共有油茶林资源大约5500万亩，主要分布在淮河、长江以南630多个县、市区，全国油茶籽产量有一定规模的省区达14个，其中产量在3000t以上的有12个1。产量在万吨以上的省区有8个，产量在10万吨以上的省区有3个，而湖南省无论从油茶种植总面积、良种林面积、油茶籽产量、茶油产量都位居全国之首,如图1所示。图1 国内油茶产出量及种植面积情况Fi
4、g 1 Camellia output and planting area in domestic油茶具有可观的经济效益。目前市场上的毛茶油每千克售价达50元，且供不应求，而经过精炼出来的茶油每千克不低于300元。其中湖南企业金浩茶油王品牌茶油每千克高达390元。茶油是植物油中的上品，全身都是宝，具有极高的营养价值和保健作用，适合现代人追求健康生活的要求。联合国粮农组织已将茶油定为重点推广的健康型高级食用植物油，且发达国家食用植物油基本上已实现木本化，人均每年可达到20千克，而我国目前仅为每人每年0.1千克，市场发展潜力巨大。2007年我国进口油脂油料1509万吨，国产只有1035万吨，仅占4
5、6%,其中进口橄榄油4500吨，花费高达2000多万美元，对国际油料市场的依赖性很强。另外，油茶树属常绿阔叶树，适应性强，能抵御各种自然灾害，不与粮棉争地，且绿化荒山，保持水土，涵养水源，不仅有较强的抗二氧化碳和氯等有害气体的功能，还是很好的防火树种，能显著改善农村生态面貌和人居环境，实现人与自然的和谐相处2。2009年1月11日，由湖南省林业科学院主持，浏阳市林业局等多个单位共同完成的“油茶雄性不育杂交新品种选育及高效栽培技术与示范”科研成果获得了2009年度国家科学技术进步二等奖。该成果在油茶杂交育种理论和应用技术等方面有重大创新，是油茶科研领域的一个重要里程碑。目前，通过杂交育种方式选育
6、出的首批10个高产优良杂交组合，每公顷平均年产油量达450.76?660.65千克，在湖南及我国油茶适宜产区推广应用并产生了巨大的经济和社会效益。由于高产优良油茶树的推广，油茶种植面积不断扩大，釆摘效率低下问题显得越来越突出，目前我国的油茶果采摘工作基本上都是人工采摘，其作业环境差，劳动强度大、费时费力和生产成本高，都严重制约着油茶产业的快速发展3。油茶果的采摘难以实现机械化的原因一方面是油茶属于灌木类树木，树枝较为茂密且韧性强，造成采摘工作难以进行；加上油茶果采摘时正是油茶初花期，采摘时容易损伤花殖，影响来年油茶树结果，另一方面油茶果适应采摘周期短（一般自由七天左右），在人工采摘效率十分低下
7、的情况下，是很容易错过最佳采摘时期，一错过采摘时间，油茶果爆裂导致油茶籽掉落地面，这将影响油茶的产量。快速发展的油茶业需要采摘作业机械化以实现规模化经营和管理从油茶业的长远发展来看，采摘作业机械化将是未来科技发展必然的趋势，这也符合我国经济从劳动密集型向技术密集型的转变4。1.2 国内外果蔬收获机械研究现状机械化收获作业的研究始于20世纪60年代的美国，采用的收获方式主要是机械振摇式和气动振摇式，其缺点是容易对果实损坏、效率不高和容易采摘还未成熟的果实等缺点。从20世纪80年代中期开始，随着电子技术和计算机技术的发展，以日本为代表的发达国家，包括美国、法国、英国、西班牙等国家，在收获采摘机的技
8、术研究上做了大量的研究工作，试验成功了多种收获采摘机器，如西红柿采摘机、葡萄采摘机、黄瓜采摘机、西瓜收获机器和蘑菇采摘机等5。1.2.1 国外收获机械的研究现状及趋势美国学者Schertz和Brown于1968年率先提出采用机械化技术收获果实。随着第一台西红柿采摘机在美国的问世，日本和欧美等国家对收获机器的研究有接近30年的历史，近十年的发展速度尤为惊人。美国作为世界上的科技大国，其收获机器的技术发展速度最快。美国具有成熟的行走式收获机器理论技术，这些要归功于自身发达的科学技术、广阔的领土、较高的机械化程度。2004年，世界农业博览会在美国加利福利亚开幕，该次展览会上美国加利福利亚西红柿机械公
9、司展出了两台全自动西红柿采摘机。它首先利用采摘机的执行部件将西红柿连枝带叶割倒运输到分选仓，由于仓内具有能识别红色的光谱分选设备，这样就可以把红色的西红柿挑选出来，然后将其通过输送带传送到随行卡车的货舱内，而未成熟的西红柿连同枝叶一道被粉碎，喷撒在农田里作为肥料。在西红柿种植单位面积产量有保证的前提下，展出的这台长12.5m、宽4.3m的西红柿采摘机的效率为每分钟可高达一吨多西红柿，每小时可收获70多吨西红柿6。日本的采摘机技术发展最成熟，最大的原因在于自身的自然资源决定的。众所周知，日本的土地资源贫乏、劳动力不足、人口密度大、多山地，因此要大力发展温室作业。但是温室内的温度高、湿度大、不舍和
10、长时间工作，因此日本必须选择机械化和自动化相集合的发展方向来弥补自身的短板。经过多年的发展，在施肥机器人、育苗机器人、西红柿采摘机器人、葡萄采摘机器人、黄瓜采摘机器人等理论研究与应用上都代表着世界的顶尖水平。日本Kondo-N等人研制的黄瓜采摘机器人采用六自由度的机械手，这种机械手可以在倾斜棚支架下工作。首先黄瓜的栽培方式须为机械化设计而设计。要求黄瓜果实在倾斜棚的下侧，这样就便于黄瓜与叶的分离，为以后的检测与采摘更加容易。黄瓜的识别是根据黄瓜的反射特性，在摄像机前加上虑波片，末端执行器上有果梗探测器、切割器和机械手指。采摘时，调整机械手的位置，让其抓住黄瓜，由果梗探测器寻找到果梗，然后切割器
11、切断果梗，机械手回收至输送带上，完成一次采摘工作7。此外Kondo-N等人还研究开发出草莓采摘机器，针对草莓的不同栽培模式(传统模式和高架方式）研制出了相对应的采摘机器。该机器有5个自由度采摘机械手，釆摘执行机构采用真空系统螺旋加速切割器。收获时，先确定作业目标的空间位置，接着采摘机械手移动到合适的采摘位置，同时末端执行器向预定位置移动直到把草莓完全吸入；然后检测到草莓位置，当草莓位于合适的位置时，腕关节移动，果梗便达到指定预期位置，接着由螺旋加速切割器旋转切断果梗，完成草莓的采摘工作。1996年，荷兰农业环境工程研究所（IMAG)研制出来一种黄瓜收获机器。该研究在荷兰2公顷的温室里进行，黄瓜
12、按照标准的园艺技术种植并把它培养为高拉线缠绕方式吊挂生长。该机器采用红外视觉系统分辨黄瓜果实，并探测其位置。采摘时，末端机械手只收获已成熟黄瓜，对未成熟的黄瓜不构成损坏。机械手安装在行走车架上，行走车为机械手的操作进行初步定位。机械手共有7个自由度，采用三菱（Mitsubishi) RY-E26自由度机械手，另外在底座还专门增加了一个线性滑动自由度。黄瓜收获后自走运输车完成输送，运输车上有可以移动的集装箱，其中每个集装箱可以运输300根黄瓜。整个系统在温室工作，试验结果为工作速度10s/根，实验室中收获效果良好，但由于制造成本高、适应程度较低等制约，还不能满足市场化的要求。1.2.2 国内收获
13、机械的研究现状及趋势国内的林果采摘机技术的研究相对于发达国家起步较晚，主要以高枝剪等手工采摘工具为主，费时费力效率低。近年来有一些采摘的机器，如伸缩杆式林果采摘器、指型水果采摘器、簧压式摘取机构。这些机器因为没有突破效率低下的问题，未能得到市场的认可。根据袖茶林地土壤作业特点和行株距可选用中小型的机械进入林地，履带式的车载后悬挂式是比较常见的传统设备，不少院校和研究所都以此为基础，进行采摘机械手的相关研究，其中以东北林业大学的陆怀民教授研制出来的林木球果采摘机器人起步较早，主要是以5个自由度的机械手的执行机构，行走机构，液压驱动系统和单片机控制系统组成。采摘时，机械手停在距采摘对象35m处，单
14、片机控制系统根据实际情况控制机械手，同时大、小臂柔性地升起达到预期的高度，机械手张开并适时摆动，对准采摘对象大小臂同时动作,使釆摘手顺着树枝生长方向趋近1.52m，然后采摘手的梳齿夹拢果枝,大小臂驱动釆摘手按上次抬升的路径向后返回,梳下枝上的球果，这样完成采摘作业。这种采摘机械的效率是500kg/d,大概是人工采摘效率的3050倍。对树枝和果实破坏较小，采净率相对高的采摘特点。东北林大大胆的尝试了林果采摘，对国内的林果采摘技术发展做出了贡献。但由于采摘效率低，操作复杂不适合推广，设备价格昂贵，没有实现市场化上海交通大学曹其新教授等人研究开发的草莓采摘样机作业时可根据采摘对象的标准样本，改变或调
15、整样机采摘草莓的种类，并可一机多用，即便是没有经过专业培训的操作人员，也能很容易地掌握其操作方法。 我国林业采摘机器人的应用和推广有待于引起更大的重视和投入更高的研发资金，昂贵的采摘机价格对林业机械的发展有巨大的局限性。虽然我国多年内一直加重在林业机械上的研发投资，但相对于发达国家比重较低。其次采摘机器人涉及的学科较多，工作环境是非结构的开放系统，许多不确定因素给采摘机器的研究带来了很大的困难。采摘机器人在一定程度上代替人类的工作，但其使用还远远没达到普及的程度8，原因在于其中存在两个关键问题：1)采摘机智能化程度不高，还不能满足现代果实采摘的要求。林果采摘的特点是需要采摘机具有相当高的智能和
16、柔性生产的能力及适应复杂的非结构环境，一方面采摘机的自由度越多，运动约灵活，但对其的控制却增加了难度；2)使用效率和采摘效率问题，采摘机的工作季节性强，导致了使用效率低；经过对油茶果的实地考察，林果采摘效率低下一个很大的原因在于采摘位置的准确定位问题没有得到实际解决，油茶果在釆摘时，采摘机很难具有较好的自动识别能力。现实的采摘环境下，通常采用的是人机协作的采摘方式，即由人工选取果实和判断果实的部位，机器手负责采摘。采摘机器的利用率问题一直困扰着研发人员，目前研制出来的果实采摘机只能采摘一种果实，如何解决这一问题，可通过对于形状相似的果实，考虑改变采摘手的末端执行器的张开程度来达到目的；而对于形状不同的果实，可通过更换机器手的末端执行器达到采摘目的。这样采摘机器的利用率将会得到大大的提高。针对我国油茶林立地环境、采摘作业条件等特征，提高林业采摘机主要技术参数，研发制造出油茶果采摘机，提高我国林业生产水
