果园水果采摘升降平台的设计Word格式.docx

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1.3发展趋势1

1.4设计内容2

1.5设计意义2

2方案分析3

2.1升降方案分析比较3

2.2自走方案分析3

2.3电动机的选择3

2.4确定传动方案3

2.5带轮及V带的参数4

2.6V带轮的设计4

2.7CAD模型5

2.8本章小结5

3升降结构的设计6

3.1总体方案设计6

3.2铰架的设计6

3.3力和力矩的分析计算7

3.4铰架弯矩图分析8

3.5铰架有限元分析10

4液压系统的设计12

4.1液压缸的受力分析12

4.2液压缸最大受力时数值及角度计算12

4.3液压泵及液压缸的设计及选型13

5相关标准件的选型15

5.1轴承选择15

5.2联轴器的选择15

5.3键的选择16

6主要零件建模17

6.1铰架17

6.2上板17

6.3大带轮及小带轮17

6.4底箱18

6.5整装图建模18

总结19

致谢20

参考文献21

工程概况

本文首先介绍了果园水果采摘升降平台的研究背景及现状，研究目的和研究意义。

我国水果采摘大部分是依靠人爬树或使用梯子采摘，移动较为困难并存在安全问题。

每年水果成熟的时候需要大量的劳动力争取采摘的时间，劳动强度大，成本高，大大降低了采收效率。

因为水果成熟期较短，采收效率低直接影响水果的品质及贮藏。

工作原理为通过蓄电池提供电力。

通过减速电机提供电力，使用带传动带动平台后轮旋转，从而使整个平台向前移动。

使用剪式支撑支架，通过控制剪式支撑支架的升降而控制平台的升降。

剪式支撑支架的升降是通过液压缸的伸缩来完成的。

使用电机带动液压泵为液压缸供油，从而控制液压缸的伸缩。

1绪论

1.1概述

随着当代农业机械化及自动化的不断发展，农业生产对生产率的要求不断提高。

新疆也是水果种植的大省，每年水果成熟的时候都需要大量劳动力。

而且水果采摘作业比较复杂，季节性强，若使用传统的人工采摘形式，劳动强度大、劳动效率低。

为提高水果采摘的效率，提供一种结构紧凑，工作平稳，操作方便的液压升降平台具有极其重要的意义。

农业从业者的减少及老龄化趋势的不断加大，采摘机械的开发利用具有巨大的经济效益和广阔的市场前景。

升降平台的种类有固定式、移动式、导轨式、曲臂式。

每种方式又有不同的设计安装方式。

1.2水果采摘研究现状

目前，我国水果采摘大部分是依靠人爬树或使用梯子采摘，移动较为困难并存在安全问题，大大降低了采收效率。

然而，在工厂用很多先进的升降平台，如固定式液压升降平台，折臂式升降平台，移动式升降平台等，对其进行一些改装，使其能适应果园环境，有利于实现采收的的方便性，安全性及及时性[20]。

升降平台的核心部件在于液压提升部设备。

因此，国内外对液压提升设备主要进行动力分析和运动分析，确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸。

升降平台在国内外的汽车、建筑中的应用已经相当成熟了但用于农业方面的还在起步阶段，因此设计适合水果采摘的升降平台是当务之急。

1.3发展趋势

目前，从国内外农业机械的研究发展趋势及全球科技的发展趋势来看，新型使用的水果采摘升降平台主要有以下趋势。

由于经济的发展和升降平台所提供的便利，应用升降平台的场合越来越多，设计适应工业、农业、军事等不同领域和场所的专用机械是未来液压升降平台的研究方向之一。

针对不同需求设计的液压升降平台各有其特点。

对于农业用的升降平台要在行走过程中保持良好的平稳性，在上升和下降过程中速度稳定，以保障平台操作者的安全。

并且平台的升降高度应适合使用场所，以满足使用需求。

平台的各个零件都应符合农业的条件。

在新的发展时代下，国家大力提倡节能减排，减少能源消耗和污染排放。

在满足使用需求的条件下应尽可能的减少能源消耗，降低污染物排放。

所以开发环保节能型的产品是所有机械发展的必然趋势。

针对水果采摘升降平台的应用场合和使用要求可以从以下几方面入手实现节能减排：

一是用电动机替换内燃机，使用清洁的能源，提高液压系统效率和防渗漏，降低整体的噪声；

二是整体所使用的材料尽量是可再生材料；

三是应用人机工程学改善工作条件，是升降平台操作简单，并且安全系数高。

机电一体化指将机械、电子、信息处理和控制以及软件有机地结合起来，以计算机为主要特征的自动化技术。

目前国内外工程机械最显著发展趋势是机械的机电一体化。

针对于液压升降平台在有坡度的地面工作时可以装备带倾斜仪的防侧翻装置。

为及时对重要零部件进行维修检查，可以配置传感器，通过监控分析传感器信号，进行故障预测，及时排除潜在故障，保证机器正常使用。

此外，由于人们对于机器要求的不断增加，研发出能够更加实现平稳升降、节省人力、占用空间小、安全可靠并能迅速做出反应的液压升降平台车也是必然的趋势。

1.4设计内容

结合果园的实际情况，参考现有的升降平台，设计一种果园水果采摘升降平台。

对机构中的自走式部分和液压升降部分进行设计计算，最终确定整体结构。

通过对铰架的各项受力分析，确定平台与铰架的载荷要求，最终完成液压升降平台的设计要求。

此外，各零部件采用国家标准零部件，保证互换性。

1.5设计意义

果树种植产业是不仅是新疆农业中重要产业之一，也是全国农业中重要产业之一。

因为果树近低不定等特点，为保护果树枝干不受较大损坏，且减少水果收获是的撞击损伤设计一种水果采摘升降平台以解决水果采摘时所遇到的问题。

水果采摘升降平台将改变传统的劳动方式，改善农民的生活劳动状态。

在收获时，由自动化、机械化采摘代替人工传统的劳作，不仅能够大大提高采摘效率、降低劳动强度，还能解决农业的劳动力不足的问题，提高经济效率。

2方案分析

2.1升降方案分析比较

经过查阅相关资料，对水果采摘升降平台的设计初步拟定方案。

如图2-1所示，该方案将液压缸一端通过轴固定在铰架上，这样液压缸的一端能绕另一端在某个小角度内旋转，能保证液压缸具有较好的压杆稳定性，而且液压缸作用在铰架的实心截面处，使铰架受力分配比较均匀[14]。

另外，在此方案中，液压缸的作用点较低，所以液压缸的形成只需变化很小，便可以使载物台实现较大幅度的升降，易于满足设计要求，因此它能提高工作人员的工作效率。

图2-1液压升降平台方案

2.2自走方案分析

由于本次设计的是一种水果采摘升降平台，工作环境在果园。

工作环境及所需功率相较之农田有很大区别，主要充分考水果采摘升降平台应该利于移动，重量不宜过大，我们用提高传动装置的效率的方式，并且传动平稳，从而来减少能耗，降低运行费用。

所以选择电动机作为行走的动力源，通过带轮进行传动，以达到要求。

在满足功能的前提下应尽量简化以降低费用。

2.3电动机的选择

根据本次设计要求，平台总重为180kg,额定载荷为150kg。

由此得平台行走所需功率为0.5kw-0.6kw。

选取直流电机型号为CV750-30-B，功率为0.75kw,输入转速为1450r/min，输出转速为50r/min。

2.4确定传动方案

本设计的传动方案采用的是带传动，是以电机驱动减速器，减速器与后轮轴以V带传递动力。

后轮所在的轴为动力输入轴，从而带动后轮旋转，使整个平台向前运动。

之所以选用带传动是因为带具有良好的挠性，可缓和冲击，吸收振动。

过载时带轮与带轮之间会出现打滑，避免了其他零件损坏，加之工作环境相对良好。

由于本次设计选用的为减速电机，不必再计算减速器，只需计算带传动的相关数据。

2.5带轮及V带的参数

减速器输出转速为50r/min，后轮直径为0.6m，要保证平台平稳动速度控制在0.7m/s-0.8m/s之间，则传动比为i=1:

2。

由机械设计[1]图8-11V带选Z型带，表8-9初选小带轮直径dd1为100mm。

根据（2-1）式

（2-1）

得大带轮直径dd2为200mm。

根据（2-2）式

（2-2）

初定V带轮的中心距a0为420mm。

由（2-3）式计算V带得基准长度

（2-3）

由表8-2得Ld=1330mm。

按（2-4）式计算实际中心距

（2-4）

得实际中心距a=430mm。

为保证传递功率，选取V带根数为Z=2进行传动。

2.6V带轮的设计

对于小带轮，由则小带轮选取为实心带轮；

对于大带轮选用

孔板带轮，带轮的材料选择为HT200。

由Z型带，查表8-11可得

bd=8.5mm，ha=2.00mm，hf=7.0mm，e=12mm，f=7mm，

由式，d为轴的直径得da1=84mm，da2=124mm

2.7CAD模型

图2-2大带轮CAD建模图2-3小带轮CAD建模

2.8本章小结

本章主要确定了水果采摘升降平台行走方案及相关数据的计算。

平台的行走依靠减速直流电机提供的驱动力，经带传动将动力传入后轮轴上，由此推动整个升降平台的行走。

3升降结构的设计

3.1总体方案设计

总体方案需要结合水果采摘环境，果园的行距一般为2.5m-3m，果树高度大部分在2.8m-3.2m之间。

这就需要使设计的平台能在满足工作高度要求的同时，能在果园中行动自如。

本次设计的果园水果采摘升降平台整体高度为0.8m,宽度为0.8m，工作行程0.5m-0.8m，满行程时工作台的整体高度要达到1.8m左右。

3.2铰架的设计

1）铰架1受力分析图

铰架1受力分析如图3-1所示，

图3-1铰架1受分析图

图中：

，，；

2）铰架2受力分析图

铰架2受力分析如图3-2所示，

图3-2铰架2受力分析图

，。

以上图中所示力的方向皆为事先假设力的方

其中规定水平方向（x方向）上为正，向下为负；

竖直方向（y方向）向右为正，向左为负。

3.3力和力矩的分析计算

1）铰架上端铰支受力

先忽略平台自重，则由图3-1与3-2得

因为

所以，

而，

（令，且有，为轴承滚轮与平台导轨槽间的摩擦系数），则至此能计算出、、

2）整体受力分析计算

对平台、重物及两铰架组成的整体进行受力分析：

（3-1）

（3-2）

3）铰架1、2单独受力分析

对铰架1单独进行受力平衡分析：

（3-3）

（3-4）

由（3-3）、（3-4）得

（3-5）

由（3-2）、（3-4）得

（3-6）

对铰架2单独进行受力平衡分析：

　　　　　　（3-7）

　　　　　（3-8）

2）力矩平衡分析

若规定逆时针为正，顺时针为负，则对铰架1的C点的转矩平衡得：

　（a）

对铰架2的d点的转矩平衡得：

　　　（b）

对O点的转矩平衡