全国大学生机械工程创新设计大赛获奖案例《拨条振动式全自动枣类收获机》.docxVIP

拨条振动式全自动枣类收获机 本案例荣获全国大学生机械工程创新设计大赛一等奖 1.设计目的 从专利检索的结果来看，目前已有不少具备各种功能的枣类收获机的发明，但是在实际 生产中，枣类收获机还远远达不到采摘、收集、分拣、包装一体化的要求。 其中，汤智辉等发明了一种枣类收获机，可通过柔性条的振动击落枣粒,减小对树枝的 伤害，并可自动收集落枣，避免捡拾落枣;孟祥金等发明了一种枣类收获机，可以完成枣类的 全自动定量包装。这些方案还存在不足之处，例如收集伞需要手动打开和收起，其面积不能 扩大或者缩小，且上述发明虽然涉及枣类收获与包装，但均为独立运行，无法实现采摘、收 集、分拣、包装一体化作业。现有各种规模的枣园需要便携式全自动枣类收获机，适合单人 操作，以弥补传统人工敲打式采摘与大型机器釆摘的不足，因此可以开发一种新的枣类收 获机。 工作原理 这款枣类收获机为拨条振动式全自动枣类收获机，如图1所示，按功能可分为四大部 分:釆摘部分、收集部分、除杂部分、重量控制部分。 釆摘部分通过柔性条在垂直方向的振动来带动枣枝晃动，将枣抖落。收集部分用以收 集抖落的枣；特制的伞状收集装置（收集伞）的中心设计有通道,让枣类通过。除杂部分通过 风箱杂质过滤器实现，可将落枣中掺杂的杂物（树叶、枯枝等）吹出，保证最终收获枣的纯净 度。重量控制部分可以在收集到的枣接近预设重量时控制阀口关小；当达到预设重量时，阀 口关闭，并暂停打枣机的采摘,包装平台对已收获的枣进行包装等处理。控制单次包装枣的 重量有利于枣的后续运输、销售等。 设计方案 （1）柔性条振动装置。 柔性条及上主杆选用聚碳酸酯（简称PC）材料。PC材料具有强度高、弹性系数高、抗冲 击强度大、使用温度范围广、耐疲劳性佳、对人体无害等特点，符合卫生安全要求，可有效保证柔性条振动幅度、频率，且装置耐久性好。同时其较高的弹性系数能最大幅度地帮助枣枝 振动，实现枣类振落。 如图2所示，四根柔性条使用螺栓固连在上主杆上部，间隔20 cm分布，可有效避免枣 枝对柔性条振动的干扰。柔性条被上主杆带动振动的同时，由于其弹性系数高、长度较长， 可产生挥鞭效应，在一定范围内扩大振幅,保证采摘的可靠性。 图1 枣类收获机总体结构 柔性条振动装置中，振动发生电动机置于上主杆偏心位置，由一组串联的曲柄摇杆机构 与滑块摇杆机构将振动传递至柔性条。 伞状收集装置。 柔性条振动装置下方连接的是伞状收集装置。如图3所示，伞状收集装置的主体是一 把特制的倒装伞，其张大直径大于柔性条振动装置的有效振动范围，中心设计有特别的通 道，在满足强度要求的条件下，可保证常规体积的枣顺利通过，收集经柔性条振动装置振落 的枣类。 风箱杂质过滤器。 收集的枣夹杂有来自枣树上的杂质，例如枣叶、枯枝等，会影响最终收集到的枣的纯净 度，因此专门设计有风箱杂质过滤器，如图4所示。风箱杂质过滤器进风口安装有风扇，对 下落的枣和杂质施加水平方向的风力。由于杂质的重力远小于枣的，杂质从出风口排出。过滤器的下部 图3 伞状收集装置结构 设置有一定的倾角，枣可以继续通过风箱杂质过滤器落入定重量包装台。 （4）智能重量控制装置。 智能重量控制装置的结构如图5所示。该装置由重力检测台与智能阀口组成，以 MK60FN512VLQ1。芯片作为核心控制单元，以重力传感器作为重量检测输入单元，以步 进电动机作为控制输出单元，实现精准重量控制功能。例如，使用者想在单次收集2 kg 枣后对枣进行包装、转运，可在交互界面输入预期重量，当所收集到的枣接近2 kg时，智 能阀口缩小，减缓枣的流量；当达到2 kg时，阀口关闭，振动部分暂停，即可精确地获得 2 kg枣。 图4 风箱杂质过滤器结构 图5 智能重量控制装置的结构 4.主要创新点 柔性振动机构：振动器的周期性运动产生柔性击打,可减少对树枝的损害，保证枣树 年产量。 伞状收集装置：即采即收，提高效率，相比将枣打落在地上后再收集，效率更高，枣中 的杂质更少。 定重量智能控制装置:通过底部重力传感器釆集重量信息，控制限流阀口，精确控制 单次采收周期内枣的重量,便于后续运输与加工，减少枣的运输耗损量。 模块集成，功能完备:一台设备即可完成枣的采集、分拣、包装，填补了目前市场上功 能集成化的小型枣类采收器的空白。 5 .作品展示 拨条振动式全自动枣类收获机实物如图6所示。