梳齿式红花丝采摘机采摘头凸轮驱动机构的设计与研究

发布时间：2020-06-12 11:04

【摘要】：红花丝的机械化采收是红花产业发展的必要条件之一,而目前采摘方式主要还是依靠人工采摘,强度大、效率低。基于此本文针对课题组前期研究的梳齿式红花丝采摘头无法轴向加紧花丝这一现状,设计了一种凸轮驱动机构来实现花丝的加紧,主要从以下几个方面进行了研究:(1)方案设计:在研究凸轮驱动机构从动件运动规律需求分析的基础上,分析了从动件多项式运动规律、三角函数运动规律、组合式运动规律设计的凸轮适用场合,其中组合式运动规律综合了多项式和三角函数运动规律的优点,具有速度变化小、冲击小等特性,结合采摘头凸轮驱动机构的工作原理,选取组合式运动规律作为本凸轮从动件的运动规律;采用解析法设计了轴向凸轮的轮廓曲线,基本参数为:基圆半径60 mm,工作行程3 mm,推程及回程运动角30°,远休止及近休止角150°。(2)仿真分析:通过运动学仿真分析,凸轮从动件动梳齿的角位移变化范围为-395.0~-392 mm,凸轮的工作行程为3 mm,从动件动梳齿速度与加速度变化没有出现强烈波动,说明动梳齿与凸轮端面接触冲击力与磨损程度相对较小;同时建立了凸轮有限元分析模块,在三种材料普通合金钢28Cr4、热锻模具钢X38CrMoV5-1和渗氮合金钢42Cr4下进行静态分析,热锻模具钢X38CrMoV5-1的凸轮屈服应力最大、应变最小、安全系数最好,结合采摘头的工作原理特性,确定凸轮的最佳材料为热锻模具钢X38CrMoV5-1。(3)试验研究:经实际测得凸轮加工后行程为2.98 mm,动定梳齿间的距离为2.88mm,而红花丝单根平均直径为0.8 mm,夹紧花丝时远大于安装误差0.12 mm,测得凸轮工作面的硬度为63.6 HRC,符合设计要求;高速摄像试验中动梳齿在凸轮端面上的运动轨迹是一条平整、光滑的曲线,表明采摘头在夹花时轴向方向上振动冲击较小,增加了凸轮机构的使用寿命;采用二次旋转正交中心组合试验研究,得采摘头平均夹持成功率38.21%,利用Design-Expert 8.0.6软件中的Optimization-Numerical模块进行优化求解,参数优化后得凸轮初始安装角为-6.6°,采摘头速度为48.35 r/min,采摘头安装高度为956 mm时夹持成功率最佳,为65.96%。
【图文】：

气力式,红花

梳齿式红花丝采摘机采摘头凸轮驱动机构的设计与研究.2 国内外红花丝采收机的研究现状2.1 国外红花丝采收机的研究现状目前，世界上红花种植规模已达 60 多个国家，主要分布在中国、美国、西班牙度等地，而中国、印度等国种植面积较大[11]。在红花生产系列过程中，红花的种果的脱籽等工序都已实现了机械化作业，而红花丝的采收仍停留在人工采收阶段。国外研究红花丝的机械化采收相对较晚，，主要都是研究以气力式为主的采收方式03 年，印度科学家提出了一种气力背负式红花丝采收机[12]，如图 1-1 所示。其结构是：由蓄电池给采收机提供动力，结构比较笨重，给工作人员带来了一定的负担，该采收机采摘花丝效率较高，是人工采摘的两倍，适用于小面积红花丝的采收。在究基础上，印度科学家在 2004 年研究了一种以发动机为动力的手推式红花丝采收]，如图 1-2 所示。该采收机是由背负式喷雾剂改装而成，此研究在一定程度上提高作效率，但依然存在着噪声大、能耗高等缺点，未得到真正的推广使用。

红花,推式

梳齿式红花丝采摘机采摘头凸轮驱动机构的设计与研究.2 国内外红花丝采收机的研究现状2.1 国外红花丝采收机的研究现状目前，世界上红花种植规模已达 60 多个国家，主要分布在中国、美国、西班牙度等地，而中国、印度等国种植面积较大[11]。在红花生产系列过程中，红花的种果的脱籽等工序都已实现了机械化作业，而红花丝的采收仍停留在人工采收阶段。国外研究红花丝的机械化采收相对较晚，主要都是研究以气力式为主的采收方式03 年，印度科学家提出了一种气力背负式红花丝采收机[12]，如图 1-1 所示。其结构是：由蓄电池给采收机提供动力，结构比较笨重，给工作人员带来了一定的负担，该采收机采摘花丝效率较高，是人工采摘的两倍，适用于小面积红花丝的采收。在究基础上，印度科学家在 2004 年研究了一种以发动机为动力的手推式红花丝采收]，如图 1-2 所示。该采收机是由背负式喷雾剂改装而成，此研究在一定程度上提高作效率，但依然存在着噪声大、能耗高等缺点，未得到真正的推广使用。
【学位授予单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S225

【参考文献】