大棗收獲機發(fā)明設計

1/1大棗收獲機發(fā)明設計

摘要：針對河北阜平大棗設計了一款收獲機器，打棗裝置采用曲柄連桿機構，對棗樹枝進行高頻率低振幅的上下往復振動，實現(xiàn)機械化打棗，收棗裝置采用負壓原理，由汽油機帶動高壓軸流風機的運轉，使箱體內(nèi)部與外部產(chǎn)生壓力差，從而將地面上的棗吸入箱體內(nèi)部，完成大棗的收集。本裝置預期達到生產(chǎn)率≥30株/h；采凈率≥80%，初步確定該打棗裝置的振動頻率400～500次/min，振幅為20～30mm。

關鍵詞：大棗；打棗裝置；曲柄連桿；收棗裝置；壓力差

1打棗裝置設計

打棗方案設計

方案一：水平橫向拉動樹干振動。

此種方法在一些矮化密植的棗樹上有應用，如新疆，但本設計針對河北阜平大棗，這里的棗樹歷史悠久，樹干高大，直徑較粗，因此水平方向拉伸需要消耗較大的功率且不能保證落果率，不予采用。

方案二：打棗桿在豎直平面內(nèi)一定幅度擺動，擊打樹冠。

在人工收棗時經(jīng)常采用此種方法，但經(jīng)常是作為其他收棗方式的輔助，比如落果不完全時，用長度約2米的韌性枝條作為工具直接擊打未落果的樹枝，優(yōu)點是操作靈活，落果率高，不足之處是由于對棗樹枝條進行橫向擊打，棗的運動方向為水平出發(fā)的拋物線，落地方向里棗樹較遠，收集困難。如果以機械方式完成全部落果，由于樹干較高，有的甚至高度達到12米，在初期需要對棗樹樹冠進行擺幅較大的擊打，力矩較大，消耗的功率就多，所以此方案不予采用。

方案三：豎直方向依次振動樹冠主要枝條。

采用小幅高頻樹冠振動方式，用連接桿迫使樹冠做小幅高頻震動，當樹枝上的紅棗所受慣性力大于果柄拉力時，紅棗與果樹脫離，從而實現(xiàn)紅棗的采收。此方案落果率高，且棗的掉落位置就在棗樹的周圍，收集方便，予以采用。

為了適應工作位置移動要求，整個打棗裝置安裝在一個帶輪子的底板上，用手推動機構移動位置。采用汽油機作為動力源，帶動固定在汽油機上的帶輪轉動，主動帶輪帶動從動帶輪，即實現(xiàn)對汽油機的降速，帶輪傳動能吸收運動傳遞過程中的震動，尤其是機構在顛簸的坡地上運動時，由于曲軸與從動帶輪同軸，所以從動帶輪的轉動帶動曲軸轉動。曲軸的轉動帶動鉸接在其上的打棗桿上下往復運動，可調(diào)節(jié)高度的打棗桿通過頂端鉤子鏈接棗樹的樹枝上。通過桿件的上下運動帶動棗樹枝的上下振動使棗掉落，最終實現(xiàn)高效打棗，節(jié)省了人力。

曲柄做圓周運動的轉速由帶輪的'轉速和傳動比大小控制，而帶輪的轉速是根據(jù)汽油機動力輸出軸的轉速而調(diào)節(jié)的。因此只要調(diào)整汽油機的功率，輸出轉速便隨之改變，就可實現(xiàn)振動頻率的改變以適應不同直徑大小、不同成熟度果園大棗的采收，如圖1所示。

打棗關鍵部件設計

振動頻率和振幅的確定

從上述計算結果可知：運動由打棗桿帶給果實的脅迫簡諧運動和果實的自由振動組成，這樣可得出果實的基本運動規(guī)律，就可以求出作用在紅棗果實上的法向分力Fs和切向分力Fn分別為：

Fs=mLθ?2，F(xiàn)n=mLθ??

式中：θ?――大棗果實擺動的角速度；

θ??――大棗果實擺動的角加速度。

Fs與Fn的大小由擺動傾角θ決定，而θ由F（t）決定，那么就可以根據(jù)大棗果柄的強度、大棗果實質量來選擇振動機構的振動頻率和振幅，初步確定該采收裝置的振動頻率為400～500次/min，振幅為20～30mm。

曲柄連桿機構如圖4所示，能將發(fā)動機的圓周運動轉化為連桿往復直線運動，本機采用偏距為20～30mm的偏心式曲柄連桿方式連接，以此實現(xiàn)較小行程的往復直線運動，滿足設計需求。偏心式曲柄的動力是由便攜式汽油機的動力經(jīng)帶傳動輸入的。

2收棗裝置設計

收棗方案設計

按照實際情況將大棗分為四種顆粒大小，所以收棗裝置需要不同大小的進氣口。

方案一：將進氣口與紅棗收集機分開設計，設計四種不同大小的進氣口，收集不同顆粒大小的大棗時，只需更換進氣口即可。

方案二：將進氣口設計在紅棗收集機的箱體底部，按照四種不同顆粒大小的紅棗中的最大紅棗進行設計，適合收集所有顆粒大小的紅棗。

本設計選用方案一，可以根據(jù)紅棗的顆粒大小來選擇進氣口，并且進氣口損壞僅需更換即可，而且根據(jù)需要更換不同大小的進氣口后可以調(diào)節(jié)汽油機的輸出功率，可以減少燃料的損耗。而方案二有著很大的局限性，而且大大的增加了箱體的長度。

收棗裝置整體結構

汽油機的旋轉運動經(jīng)減速箱減速后，帶動高壓軸流風機的運轉，將箱體內(nèi)部的氣體排出，使之箱體內(nèi)外產(chǎn)生壓強差，在進氣口出產(chǎn)生吸力，將掉落在地的大棗收集進入收集箱內(nèi)，完成對大棗的收集，如圖4所示。

收棗關鍵參數(shù)設計

風壓

大棗從地面上被吸入進氣口所用的時間：

a=/s2

大棗的直徑為：2～，所以大棗收集機構可最多同時吸入的紅棗數(shù)為：n=/=10；

考慮到進氣口處的氣體損失，取F=4N

所以箱體內(nèi)外壓強：p=FS=×=400Pa

通風機的主要性能參數(shù)是風量、風壓、軸功率和效率，下面進行具體分析。

風量Q

風量指以風機進口狀態(tài)的氣體體積流量（m3/h），又因通風機的壓縮比比較小，故可以忽略進、出風機流量的變化。

進氣口處氣體的速度：vt=/1=/s；

所以風量Q=vt?t??=???1=/s。

風壓Pt

若以每立方米氣體為基準對風機進出口列出機械能衡算式，并忽略進出口位差變化和進、出風管的阻力損失可得下式：

當風機是由靜止的大氣吸入氣體，而且氣體壓力按表壓力計時，則因u1=0和p1=0故得風機的全風壓為：

軸功率和效率

3結束語

河北省阜平縣棗產(chǎn)業(yè)發(fā)達，但是至今還沒有幫助棗農(nóng)實現(xiàn)機械化打棗的高效農(nóng)業(yè)機械，仍然依靠傳統(tǒng)的棗桿人工打棗，人工撿棗方式，增加棗農(nóng)勞動強