菠萝自动采摘机的设计与仿真

科技信息 菠萝(Pineapple)又称凤梨，属凤梨科，是多年生草本植物，味甘性 温，具有解暑止渴、消食止泻之功，为夏令医食兼优的时令佳果。作为菠 萝十大主产国之一[1]，我国目前仍是采用传统的人工采摘模式，果农的 劳动强度大，采摘效率低。因此，我们根据菠萝的生长特点，可依靠拖拉 机的生产动力，设计自动收采机械，这不仅可以实现农业机械化，减轻 农民的劳动强度，提高菠萝采摘效率，同时为建设社会主义和谐新农村 具有重要的现实意义。 1.菠萝采摘机的工作原理 菠萝自动采摘机主要由机架部分、动力机械(驱动机械、采摘带动 机械)、升降部分、传动部分、采摘部分、输送果品部分组成，利用手扶拖 拉机作为行走驱动力。采摘机安装在手扶拖拉机车厢的前端，拖拉机向 前行走时，采摘机的椭圆式切刀在动力的驱动下进行菠萝采摘，采摘机 装四把收割刀，一次收割四排果品，采摘后的波萝落在输送带上，通过 皮带输送到拖拉机的车箱内。 2.总体结构设计 菠萝自动采摘机是根据菠萝果实生长的地方都在菠萝树的中心上 部，颈部较长，可利用剪刀将果实摘下且又不会伤害到果实；采摘机安 装在手扶拖拉机车厢的前端，拖拉机向前行走时，采摘机的圆盘式切刀 在动力的驱动下进行菠萝采摘，采摘后的波萝落在收集箱内，通过皮带 传动输送到拖拉机的车箱内。此机械具有机械化程度高、操作方便、成 本低、省时省力、采摘效率高、果品不易碰伤、使用寿命长、易于推广应 用等优点，其结构图如图1所示。 图1采摘机的总体布局示意图 1、链传动Ⅰ2、输送带 3、导果板 4、刀具升降机构 5、采摘机构6、联轴器 7、锥齿轮传动 8、链传动Ⅱ9、摩擦轮 图2采摘机构的简图 1、圆锥滚子轴承Ⅰ 2、斜齿轮传动 3、链齿刀主动轮 4、轴Ⅱ 5、轴Ⅰ 6、圆锥滚子轴承Ⅱ 7、锥齿轮传动 8、轴Ⅵ 图3刀具升降机构示意图 1、上升啮合齿轮 2、下降啮合齿轮 3、拨叉 4、离合器 5、支架 6、螺纹传动 7、滑动导轨 8、花键轴 9联轴器 图4果品输送系统示意图 1、输送带Ⅰ 2、转弯机输送带Ⅱ 3、链轮传动Ⅰ 4、输送带Ⅲ5、导果板 6、链轮传动Ⅱ 7、带传动主动轮 2.1导果机构 导果机构主要由安装在支架上的导果板组成。菠萝成熟后果实比 较重，而且果托的支承刚性差，导致果品摆向凌乱，不便于采摘刀具的 切割。导果板的主要作用就是将摆向凌乱的果实在对其进行采摘前的 一次规则排列，经过导板后的果实基本上在一条直线上，采摘刀具前申 时就可以轻易地分离果品与果托。 2.2采摘机构 采摘机构主要由锥齿轮、斜齿轮、滚动轴承、传动轴和链齿刀主动 轮等组成（如图2），采摘机构主要实现菠萝的自动采摘，动力由拖拉机 飞轮输出，经链轮和联轴器等传动机构输入至轴Ⅵ，经锥齿轮和斜齿轮 减速后由轴Ⅱ输出，带动刀具旋转，进行果品的收割。 2.3刀具升降机构 设计了一种机械式的刀具升降装置，包括上升啮合齿轮、下降啮合 齿轮、拨叉、离合器、支座、螺纹传动、滑动导轨、花键轴和联轴器等（如 图3），升降座上设有数个穿孔，以供刀具座螺装固定在升降座上，升降 座与螺杆形成螺纹连接，螺杆一端经离合器连接一齿轮箱，齿轮箱内设 有花键轴，花键轴衔接锥齿轮，可借助锥齿轮传动带动螺杆转动而使升 降座在螺杆上移动。为了提高支座的稳定性，还设计了一圆柱式滑动 基金项目：本文系广东省科技基金资助项目（2008B021200001），广东省农业厅资助项目（B20092634）。 作者简介：施俊侠（1969-），女，太原理工大学机械工程学院在读博士，在仲恺农业工程学院机电工程系工作，教授，研究方向是机械失效与故障诊 断。 菠萝自动采摘机的设计与仿真 仲恺农业工程学院机电工程学院 施俊侠 张日红 朱敬贤 ［摘 要］本文针对菠萝的生长特性及种植方式， 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 比较菠萝传统采摘 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ，拟定了菠萝自动采摘机的总体布局 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。主要研究采 摘机的动作机理，探讨采摘机的机械特性，设计了一种安装在拖拉机前端的自动采摘机，使用 Pro/ Engineer软件建立核心机构的三 维实体模型，并进行运动学和动力学仿真。 ［关键词］菠萝 机构设计 自动采摘机 运动学和动力学仿真 博士·专家论坛 453— — 科技信息 第二子大浪：2007年10月11日———2008年10月28日（最低点 5577.23），共运行257个交易日。其中 a 子中浪：2007 年 10 月 11 日———2007 年 11 月 29 日（最低点 15189.42），共运行36个交易日。 b 子中浪：2007 年 11 月 30 日———2008 年 1 月 14 日（最高点 19219.89），共运行30个交易日。 c子中浪：2008年1月15日———2008年10月28日，共运行191 个交易日。 第三子大浪：2008年10月29日———？其中 第一子中浪：2008年10月29日———2009年12月8日（最高点 14096.87），共运行271个交易日。 第二子中浪：2009 年 12 月 9 日———2010 年 7 月 2 日（最低点 8945.20），共运行137个交易日。 第三子中浪：2010年7月5日———？ 参考文献 ［1］（美）艾略特著.王建军译.波浪原理［M］.北京：中华工商联合出 版社，1999.7. ［2］（美）小罗伯特·鲁格劳特·普莱切特，阿尔弗雷德·约翰·弗罗斯 特著.陈鑫译.艾略特波浪理论———市场行为的关键［M］.北京：机械工业 出版社，2003.1. ［3］（美）波泽（Poster,S.W）著.符彩霞译.应用艾略特波浪理论获利 ［M］.北京：机械工业出版社，2005.4. ［4］朱凤林.上证指数历史走势波浪理论分析［J］.中国西部科技. 2010.11.3，已录用. ［5］朱凤林.上证指数前两个大循环浪一些重要点位的可预测性［J］. 科技信息，2010，30：48，51. （上接第452页） 副。 2.4果品输送机构 果品输送系统主要由输送带、传动装置、张紧装置等组成（如图4）。 输送带分三级，果品被切割后落入第三级输送带，经第二级的输送带传 输后转入第一级输送带，再由第一级输送带输送至拖拉机后车架。输送 系统的动力来源于拖拉机的飞轮，经传动装置后由带传动主动轮输出， 带动输送带运动，输送带结构运转灵活、平稳、流畅。 3.采摘机构的三维建模仿真 菠萝自动采摘机工作装置运动仿真是在Pro／E系统的装配模式 下进行的，其Mechanism功能主要用于处理装配件的运动仿真。其运动 仿真过程如图5所示，主要分为以下步骤： 图5仿真 流程图 破产流程图 免费下载数据库流程图下载数据库流程图下载研究框架流程图下载流程图下载word 3.1基于Pro／Engineer的三维模型创建 采摘机构主要包括轴类零件、连接键、链齿刀主动轮和齿轮等（如 图6），轴类零件及键的建模较简单，齿轮的建模过程比较复杂，采用的 是参数化建模。 3.2采摘机构模型的装配及关系设定 模型创建完毕后根据装配关系完成整个机构的装配，定义各零部 件的约束关系，建立连接键、连接轴以及根据需要建立凸轮副、齿轮副 等。而且在采摘机构的仿真过程中要求尽量简化机构模型，降低电脑的 硬件要求，加快系统的运行速度。 根据采摘机构的工作原理，轴类零件采用销钉连接，齿轮间采用齿 轮副连接，定义完这些关系后的装配如图6所示。 图6运动仿真机构装配图 3.3仿真分析 装配完成后进入Pro／EMechanism模块，建立驱动和定义分析，在 此把伺服电动机设置在横向轴Ⅵ上，定义速度为常数，把速度设置为 42deg/sec。在“定义分析”对话框中，选择分析类型为“运动学”，设定开 始时间为“0”，终止时间为50，其余为默认设置。 点击“运行”后，进行采摘机构的运动学仿真，同样的方式可以进行 干涉分析，位置、动态、静态、动力学及力平衡分析。 3.4获得分析结果 机构的仿真分析完成后，就可以使用“回放”以及“测量”等功能进 一步研究运动的全过程[2]。仿真过程选取刀具安装主动轮上一个点，生 成正常工作情况下其行程、速度和加速度函数图，而且对整个系统进行 自由度的求解。从图中可以得出此机构运行可靠、平稳，比设计方案可 行。 图7运动分析曲线 4.结论 针对菠萝传统采摘方法果农劳动强度大、效率低的现状，对比菠萝 采摘方法，研究菠萝自动采摘机理，并探讨采摘机的机械特性，进行了 菠萝自动采摘机总体方案设计以及采摘机构关键部件的设计，对设计 的机构进行了运动仿真，为菠萝自动采摘机的开发与设计提供了简单、 快捷、有效的方法，提高设计质量,缩短设计周期，降低设计成本。 参巧文献 ［1］尚华.世界菠萝产业发展形势［J］.广东省湛江农垦科学研究所， 2006，（01）. ［2］钱珊.基于 Pro/MECHANISM的旋转式压缩机运动仿真机构 的建立与分析［J］.沈阳职业技术学院，2009，（02）. ［3］朱立学，刘少达.银杏脱壳技术与设备研究［J］.仲恺农业技术学 院学报，2006，19（3）：5- 8. ［4］朱立学，张日红，刘少达等.碾搓式银杏脱壳机的设计与试验 ［J］.食品与机械,2008,24(4):86- 88. ［5］陈华蕊,陈业渊,高爱平.菠萝生物技术研究进展［J］.亚热带农业 研究,2007,11. ［6］寇明杰，张得俭，韩少平.浅析啤酒花自动采摘机的结构设计 ［J］.机械研究与应用,2005,4. 博士·专家论坛 454— —