畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-辣椒采摘裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院研制的牽引式辣椒收獲機(jī)采用了彈指滾筒式采摘裝置，并配備了星型輪清選裝置和風(fēng)機(jī)來清除輕小雜質(zhì)。這種機(jī)型能夠一次完成采摘、分離、清選和裝箱等作業(yè)流程，如圖1-8所示。在試驗(yàn)中，該收獲機(jī)采摘后的辣椒中莖稈較多，經(jīng)過清選裝置的清選后，莖稈和椒葉的含雜率明顯降低。然而，由于采下的莖稈上附著較多的辣椒，導(dǎo)致了一定的清選損失。試驗(yàn)后表明純工作小時(shí)生產(chǎn)率7.36t/h，采凈率為99.77%，含雜率為1.78%，收獲總損失率為6.21%（沒有計(jì)入清選損失）[9]。辣椒采收屬于鮮果采收，采收完成后需要晾曬、烘干、去辣椒蒂等一系列程序，而這些程序直接關(guān)系到辣椒的品質(zhì)和售價(jià)。大田種植的辣椒大致分為提取色素和制醬等用途，因此，在機(jī)械化采收過程中，會(huì)有許多特殊的要求。全團(tuán)所產(chǎn)辣椒大多是制醬用，所以對(duì)辣椒產(chǎn)品的要求主要是完整度好、色價(jià)好不黑皮、含雜率低無秸稈等雜質(zhì)等。彈齒式辣椒采收機(jī)。可不對(duì)行采摘，依靠安裝在采摘頭滾筒上的彈齒（或釘齒）反向旋時(shí)轉(zhuǎn)擊落辣椒果實(shí)來實(shí)現(xiàn)采摘，再利用離心力將采收的果實(shí)拋入收集箱。與絞龍式辣椒采收機(jī)對(duì)比，彈齒式辣椒采收機(jī)構(gòu)造簡(jiǎn)單，作業(yè)效率高。采用整體式滾筒，采收作業(yè)時(shí)，滾筒轉(zhuǎn)速、果實(shí)的部位，都會(huì)影響采浄率和掉落率。受辣椒品種和種植模式的影響大。線椒和板椒中的許多品種，需要的采摘力是有區(qū)別的（俗語叫口緊或口松），全團(tuán)種植的多數(shù)板椒品種屬于“口緊”序列，因此采用彈齒式收獲時(shí)，破碎率高、掉落率高。由于是不對(duì)行模式，在彈齒的擊打下，辣椒枝條一并混入，含雜率高，且難以清理[10]。目前，國外辣椒采摘裝置按照采摘原理的不同主要分為以下幾類：（1）展開雙螺旋線型：這種采摘裝置利用雙螺旋線結(jié)構(gòu)，將辣椒從植株上摘下。其工作原理是通過旋轉(zhuǎn)的螺旋線結(jié)構(gòu)，將辣椒緊緊夾住并迅速摘下。這種采摘裝置能夠適應(yīng)不同大小和形狀的辣椒，且摘取效率較高。（2）滾筒彈指型：這種采摘裝置由多個(gè)彈指組成，呈圓筒狀分布。當(dāng)滾筒旋轉(zhuǎn)時(shí)，彈指將辣椒夾住并從植株上摘下。這種采摘裝置適用于各種形狀和大小的辣椒，且對(duì)辣椒的損傷較小。（3）對(duì)輥差速式：這種采摘裝置利用兩個(gè)旋轉(zhuǎn)的對(duì)輥，通過差速實(shí)現(xiàn)辣椒的摘取。當(dāng)兩個(gè)對(duì)輥以不同的速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，辣椒被夾在兩者之間，并被迅速摘下。這種采摘裝置適用于大型辣椒的采摘，且效果較好。（4）帶狀梳指型：這種采摘裝置由多個(gè)帶狀梳指組成，呈帶狀分布。當(dāng)梳指與辣椒接觸時(shí)，將辣椒從植株上摘下。這種采摘裝置能夠適應(yīng)不同形狀和大小的辣椒，且摘取效率較高。（5）桿條梳齒型：這種采摘裝置由多條梳齒桿組成，呈一定角度分布。當(dāng)梳齒與辣椒接觸時(shí)，將辣椒從植株上摘下。這種采摘裝置適用于形狀較規(guī)則的辣椒，且摘取效率較高。通過對(duì)比不難發(fā)現(xiàn)，每種辣椒采摘裝置都有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和局限性。目前，辣椒采摘機(jī)械仍處于起步階段，仍有許多技術(shù)挑戰(zhàn)需要克服。只要任何一種采摘裝置能夠突破其現(xiàn)有的局限，它都將在辣椒采摘領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力[11-14]。研究主要內(nèi)容根據(jù)設(shè)計(jì)要求和行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)和業(yè)內(nèi)已有經(jīng)驗(yàn)，利用所學(xué)知識(shí)和制圖軟件完成以下內(nèi)容，針對(duì)目前中小型農(nóng)戶辣椒采摘面臨的困境，選擇朝天椒作為主要收獲對(duì)象，結(jié)合目前國內(nèi)外辣椒采摘機(jī)的研究現(xiàn)狀，綜合各種機(jī)型的優(yōu)缺點(diǎn)，因此對(duì)用于中小型農(nóng)戶的以朝天椒為主的辣椒采摘裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，基本內(nèi)容具體包含以下幾個(gè)方面：了解朝天椒的植株的特點(diǎn)，選擇合適的辣椒采摘裝置，設(shè)計(jì)整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、操作安全、維護(hù)方便、經(jīng)濟(jì)環(huán)保，符合中小型種植戶辣椒收獲需求；整體方案的設(shè)計(jì)，根據(jù)朝天椒的物理參數(shù)、種植農(nóng)藝，以及具體的采摘環(huán)境和國家農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，我們提出了以下辣椒采摘裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步確定了辣椒采摘裝置的收獲原理——梳齒式辣椒采摘收獲原理；動(dòng)力源及傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，主要包含電機(jī)的選擇，傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)與計(jì)算；風(fēng)選裝置的設(shè)計(jì)，加裝清選輔助設(shè)備，采用風(fēng)選的方式進(jìn)行，主要包含風(fēng)機(jī)的選型；機(jī)架的設(shè)計(jì)，電動(dòng)機(jī)，風(fēng)機(jī)位置合理，滿足中小型農(nóng)戶的使用要求；整機(jī)技術(shù)集成與三維建模：集成辣椒采摘裝置、動(dòng)力源電機(jī)的選擇、傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)與計(jì)算、風(fēng)選裝置的設(shè)計(jì)、機(jī)架等的研究成果，在研究其空間位置關(guān)系的基礎(chǔ)上，完成辣椒采摘裝置結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)布局，形成完整的技術(shù)圖紙，建立三維模型，為樣機(jī)試制做準(zhǔn)備。

整機(jī)方案確定設(shè)計(jì)要求我國的辣椒在果實(shí)直徑方面有顯著差異，但在國外，由于果實(shí)直徑較大，其果實(shí)長度隨品種而變化，其形狀、密度和含水率也有很大差異。根據(jù)國內(nèi)外有關(guān)采收機(jī)械的發(fā)展、研制情況，研制了一臺(tái)梳齒式辣椒采摘裝置。本次設(shè)計(jì)是為了降低人工采摘的成本，并提高人工辣椒采摘的效率，應(yīng)滿足以下設(shè)計(jì)要求：（1）梳齒式辣椒采摘裝置應(yīng)參考現(xiàn)有的機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。（2）根據(jù)總體設(shè)計(jì)需求，整個(gè)設(shè)備包括傳動(dòng)裝置、采摘裝置、清選裝置等。傳動(dòng)裝置將電動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳遞至采摘裝置，帶動(dòng)梳齒軸進(jìn)行采摘工作。采摘裝置能夠?qū)崿F(xiàn)辣椒果實(shí)的摘取工作。清選裝置可以對(duì)采摘后的辣椒進(jìn)行雜質(zhì)分離，而后大部分的完整的辣椒通過自然晾曬，在保證品質(zhì)的同時(shí)又降低成本。清選設(shè)備可以跟隨采摘裝置一起作業(yè)。（3）機(jī)器的生產(chǎn)成本應(yīng)控制在農(nóng)戶的可接受范圍之內(nèi)；操作應(yīng)該簡(jiǎn)單，以減少椒采摘作業(yè)的繁瑣程度；零部件應(yīng)盡可能用標(biāo)準(zhǔn)件，方便進(jìn)行拆卸和更換，以實(shí)現(xiàn)降低成本。根據(jù)上述的設(shè)計(jì)要求，利用SolidWorks三維建模設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行梳齒式辣椒采摘裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，整機(jī)三維設(shè)計(jì)效果圖如圖2-1所示。圖STYLEREF1\s2-SEQ圖\*ARABIC\s11三維設(shè)計(jì)效果圖整機(jī)結(jié)構(gòu)整機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2-2，2-3所示。梳齒辣椒采摘機(jī)采用交流電機(jī)作為動(dòng)力源帶動(dòng)采摘裝置進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。通過V帶傳動(dòng)和鏈輪鏈條實(shí)現(xiàn)上下梳齒膠輥軸的轉(zhuǎn)向一致，轉(zhuǎn)動(dòng)的過程相對(duì)穩(wěn)定。將交流電機(jī)安裝在采摘機(jī)的右側(cè)，采摘裝置通過鏈傳動(dòng)和V帶傳動(dòng)與交流電機(jī)相連。采摘裝置主要包括梳齒式采摘機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)鏈輪、鏈條、帶輪、V帶等。采摘機(jī)構(gòu)是由膠輥和梳齒組成梳齒軸，相鄰兩組梳齒軸之間的距離固定。兩組梳齒軸之間通過鏈輪鏈條相連接，并且每組膠輥上鏈輪的齒數(shù)相同，來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)速度一致。鏈輪有鍵在鏈輪軸上。在右側(cè)會(huì)有一個(gè)鐵皮蓋，減少采摘過程中辣椒的飛出和莖稈斷裂在成的危險(xiǎn)，同時(shí)還能減少采摘過程中的的灰塵，提供一個(gè)較好的工作環(huán)境。清選裝置主要有電機(jī)和風(fēng)扇組成。將風(fēng)扇和帶動(dòng)風(fēng)扇的電機(jī)安裝在采摘裝置的下方，一方面合理利用空間，避免增加整機(jī)的大??；另一方面在一個(gè)隱藏空間減少作業(yè)中的安全隱患。風(fēng)扇的方向與采摘后的辣椒和莖稈從出料口出來時(shí)的方向一致，因?yàn)槌隽峡趦A斜的原因，辣椒和莖稈會(huì)有一定的速度，由于辣椒與莖稈的質(zhì)量不一樣，所以風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)將更好地將辣椒與莖稈分開，以獲得比較干凈的辣椒果實(shí)。圖STYLEREF1\s2-SEQ圖\*ARABIC\s12整機(jī)結(jié)構(gòu)圖圖STYLEREF1\s2-SEQ圖\*ARABIC\s13整機(jī)結(jié)構(gòu)圖（側(cè)后方）工作原理工作時(shí)，梳齒式辣椒摘果機(jī)由安裝在機(jī)架右下側(cè)的交流電機(jī)提供動(dòng)力，通過V帶傳動(dòng)，鏈輪鏈條使采摘裝置同速轉(zhuǎn)動(dòng)。將農(nóng)戶批量采集的辣椒植株一起送入梳齒軸中，通過梳齒不斷拍打，將進(jìn)入的辣椒植株進(jìn)行果實(shí)和莖葉分離。采摘后的辣椒與莖葉的混合物從出料口以一定的速度出來并落下，通過漏斗，進(jìn)入分離倉，在風(fēng)選裝置風(fēng)機(jī)氣流的作用下，因椒葉比辣椒的重量和懸浮速度小，椒葉被吹出機(jī)外，而辣椒下落在平臺(tái)上，從而實(shí)現(xiàn)了辣椒與椒葉、長秸稈等雜質(zhì)的分離，得到高清潔度的辣椒。

關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)梳齒式辣椒采摘裝置設(shè)計(jì)采摘裝置設(shè)計(jì)現(xiàn)在市場(chǎng)上的辣椒摘果機(jī)種類相對(duì)較少，其中主流的機(jī)器所采用的摘果方式是使用軸轉(zhuǎn)動(dòng)的方式，利用軸上面的葉片將辣椒果實(shí)擊打下來，然后再將剩下的辣椒莖稈抽回。如圖3-1所示。圖STYLEREF1\s3-SEQ圖\*ARABIC\s11梳齒式辣椒采摘裝置梳齒及軸的設(shè)計(jì)在梳齒式采摘裝置中，軸的作用是至關(guān)重要的，它負(fù)責(zé)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，從而驅(qū)動(dòng)采摘裝置的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。由于主動(dòng)軸在采摘裝置中受到的力與從動(dòng)軸基本保持一致，受力情況相對(duì)簡(jiǎn)單，且從動(dòng)軸與主動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)只有細(xì)微的差別，因此本文將只針對(duì)主動(dòng)軸進(jìn)行設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核。以下是基于帶輪、鏈輪和軸承位置安裝要求的主動(dòng)軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3-2所示。圖STYLEREF1\s3-SEQ圖\*ARABIC\s12軸的結(jié)構(gòu)

（1）軸的最小直徑在設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)時(shí)，通常按照軸所受的扭矩來確定軸的最小直徑 （3-1）其中：；為許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，單位MPa。選取軸的材料為45鋼，可取A0=112，對(duì)于直徑d≤100mm的軸，根據(jù)其鍵槽的數(shù)量，軸徑會(huì)有所增大。具體來說，如果有一個(gè)鍵槽，軸徑需要增大5%～7%；如果有兩個(gè)鍵槽，軸徑需要增大10%～15%。增大后的軸徑應(yīng)圓整成標(biāo)準(zhǔn)直徑。這樣的設(shè)計(jì)是為了確保軸的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，從而確保采摘裝置的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。經(jīng)計(jì)算，主動(dòng)軸選取最小直徑為28mm。（2）梳齒的設(shè)計(jì)為了確保采摘時(shí)，每個(gè)辣椒可以更好的受力，梳齒間距B取20mm，每排25個(gè)。焊接在軸上，如圖3-3所示。圖STYLEREF1\s3-SEQ圖\*ARABIC\s13梳齒軸梳齒的厚度T=5mm，高H=120mm，半徑R=20mm，每個(gè)葉片焊接組成，如圖3-4所示。雙排，旋向如圖3-5所示。圖STYLEREF1\s3-SEQ圖\*ARABIC\s14梳齒葉片圖STYLEREF1\s3-SEQ圖\*ARABIC\s15梳齒轉(zhuǎn)向示意圖

軸的強(qiáng)度校核主軸的受力圖如圖3-6所示。 （3-2）圖STYLEREF1\s3-SEQ圖\*ARABIC\s16主動(dòng)軸的受力圖在Y方向上F1=555.6N，F(xiàn)2=707.47N。在Z方向上F1，=666.72N，F(xiàn)2，=178N。靜力學(xué)分析：在Y方向上的支座反力Fr1=-95.03N，F(xiàn)r2=1358.07N。在Z方向上的支座反力Fr1，=-40.27N，F(xiàn)r2，=884.99N。計(jì)算彎矩M （3-3）在Y方向上在Z方向上計(jì)算合彎矩MT （3-4）圖STYLEREF1\s3-SEQ圖\*ARABIC\s17主動(dòng)軸所受彎矩和扭矩圖在進(jìn)行軸校核時(shí)，通過分析軸的彎扭圖如圖3-7所示，得出危險(xiǎn)截面在彎矩和扭矩較大出，即B、C截面。 （3-5）其中：W―軸的抗彎截面模量，mm3；―材料的許用應(yīng)力，=60MPa；T―軸受的扭矩，N；MV―軸受的垂直彎矩，N/mm。軸徑為40mm，按第三強(qiáng)度理論。對(duì)于B處：對(duì)于C處：符合設(shè)計(jì)要求。傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)電機(jī)的選擇根據(jù)用途選用Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)。梳齒軸的轉(zhuǎn)速在300―700r/min，負(fù)載小，取500r/min。為了兼顧經(jīng)濟(jì)性和重量考慮，選擇了同步轉(zhuǎn)速為1500r/min的Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)，具體型號(hào)為Y100L2-4。該電機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速為1440r/min，額定功率為3KW。帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)（1）確定計(jì)算功率 （3-6）其中：―工況系數(shù)；―傳遞的功率，KW。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[15]得（2）選取普通V帶型號(hào)根據(jù)和查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[15]選用Z型普通V帶。（3）傳動(dòng)比 （3-7）（4）小輪基準(zhǔn)直徑查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[15]小輪基準(zhǔn)直徑mm取mm。大帶輪基準(zhǔn)直徑為查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[15]大輪基準(zhǔn)直徑（5）梳齒軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速和帶速 （3-8）軸速在300～700r/min范圍內(nèi)。 （3-9）（6）初定中心距?。?）確定帶的基準(zhǔn)長度和實(shí)際中心距 （3-10）查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[15]取。 （3-11）中心距的變化范圍為：（8）校驗(yàn)小帶輪包角 （3-12）（9）確定V帶根數(shù) （3-13）根據(jù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[15]得：取2根V帶。（10）求初拉力及帶輪軸上的壓力查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[15]，Z型普通V帶每米質(zhì)量q=0.060kg/m。 （3-14） （3-15）Y100L2―4電動(dòng)機(jī)的軸身直徑d=28mm，長度L=60mm。對(duì)于小帶輪的轂長，應(yīng)略大于電動(dòng)機(jī)的長度，以確保帶輪能夠穩(wěn)定地安裝在電動(dòng)機(jī)軸上。故小帶輪軸孔直徑應(yīng)為d0=28mm，轂長應(yīng)略大于60mm。鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)在辣椒采摘過程中，人力將辣椒植株送入采摘裝置，這會(huì)導(dǎo)致雜質(zhì)和灰塵較多，且負(fù)荷較大?？紤]到鏈傳動(dòng)具有中間撓性、嚙合傳動(dòng)的特點(diǎn)，并能在高溫、潮濕、塵土飛揚(yáng)等復(fù)雜惡劣的工況下較好地傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，我們采用了鏈條傳動(dòng)來帶動(dòng)梳齒軸運(yùn)動(dòng)，以確保采摘裝置的正常運(yùn)行。與帶傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)沒有彈性滑動(dòng)和整體打滑現(xiàn)象，從而提高了采摘裝置的穩(wěn)定性和效率。因此，梳齒式采摘裝置能夠在各種工況下順利完成采摘任務(wù)。驅(qū)動(dòng)鏈條作為采摘帶的骨架，直接驅(qū)動(dòng)梳齒運(yùn)動(dòng)。因此，驅(qū)動(dòng)鏈條運(yùn)行的平穩(wěn)性對(duì)梳齒在采摘辣椒過程中的穩(wěn)定性至關(guān)重要。為了確保穩(wěn)定性，我們選用短節(jié)距精密滾子鏈作為驅(qū)動(dòng)鏈條。滾子鏈常用于中低速傳動(dòng)，傳遞功率在100kw以下，因此鏈速不超過15m/s，最大傳動(dòng)比＜8。這種選擇能夠確保采摘過程的穩(wěn)定性和效率。（1）鏈輪齒數(shù)Z1、Z2的確定鏈傳動(dòng)存在多邊形性效應(yīng)，這會(huì)導(dǎo)致鏈傳動(dòng)的速度和加速度呈現(xiàn)周期性變化，進(jìn)而產(chǎn)生振動(dòng)和噪音。為了解決這些問題，需要注意小鏈輪的齒數(shù)Z1不能過小。齒數(shù)過小會(huì)增加運(yùn)動(dòng)的不均勻性和動(dòng)載荷，因此一般要求Z≥17。為了實(shí)現(xiàn)均勻摩擦，鏈輪齒數(shù)Z1、Z2最好選用與鏈節(jié)數(shù)互為質(zhì)數(shù)的奇數(shù)，并從優(yōu)先數(shù)列17、19、21、23、25、38、57、76、85、114中進(jìn)行選擇。根據(jù)實(shí)際需要和結(jié)構(gòu)要求，采摘裝置的主動(dòng)鏈輪齒數(shù)Z1被選為17，從動(dòng)鏈輪的齒數(shù)Z2也相應(yīng)地選擇為Z2=Z1=17。這樣的選擇有助于提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性，并確保鏈條與鏈輪之間的均勻摩擦，從而進(jìn)一步增強(qiáng)采摘裝置的性能和穩(wěn)定性。（2）傳動(dòng)比 （3-16）（3）單量的單排鏈的計(jì)算功率 （3-17）其中：―工況系數(shù)；―小齒輪齒數(shù)系數(shù)。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[15]（4）鏈條節(jié)距p。由設(shè)計(jì)功率和小鏈輪轉(zhuǎn)速確定。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[15]選得節(jié)距p為08A，即12.70mm。（5）初定中心距a?及鏈節(jié)數(shù)X0因結(jié)構(gòu)上限，暫取a?=11p。 （3-18）因?yàn)閆1=Z2=17,故取0。取偶數(shù)X0=40。（6）鏈條長度 （3-19）（7）驗(yàn)算鏈速 （3-20）（8）有效圓周力 （3-21）（9）作用于軸上的拉力 （3-22）（10）潤滑方式的選定根據(jù)鏈號(hào)08A和鏈條速度v=2.1m/s，及鏈輪的工作環(huán)境，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[15]，鏈輪采用油壺或油刷由人工定期潤滑。（11）鏈條標(biāo)記根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果，采用單排08A滾子鏈，節(jié)距12.70mm，節(jié)數(shù)為40節(jié)，其標(biāo)記為：08A－1×40GB/T1243－2006。風(fēng)選裝置設(shè)計(jì)辣椒被梳齒拍下后，辣椒、莖葉和其他的雜物都會(huì)掉入管道里，可以通過風(fēng)機(jī)的風(fēng)力篩選，在風(fēng)選裝置風(fēng)機(jī)氣流的作用下，因椒葉比辣椒的重量和懸浮速度小，椒葉被吹出機(jī)外，而辣椒下落在平臺(tái)上，從而實(shí)現(xiàn)了辣椒與椒葉、長秸稈等雜質(zhì)的分離，得到高清潔度的辣椒。農(nóng)業(yè)機(jī)械中的清選設(shè)備通常有風(fēng)扇式、扇形篩式和氣流清選筒。風(fēng)扇型清選機(jī)包括一個(gè)風(fēng)機(jī)和一個(gè)通道，它是空氣流通的通道。風(fēng)機(jī)清灰設(shè)備是采用空氣清灰的方法去除混合在一起的雜物，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，能去除一些比較輕微的雜物如碎葉、小莖桿等。扇形篩式清選機(jī)是通過空氣的吹浮和振動(dòng)的篩分來去除和排除混合在一起的各種雜物。該設(shè)備的構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，但占用了設(shè)備的空間，較低的設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用。氣流清選設(shè)備采用空氣流動(dòng)，在經(jīng)過清選機(jī)的過程中，產(chǎn)生轉(zhuǎn)速的改變，將物料與物料分離，其結(jié)構(gòu)較為繁瑣，占地面積大，生產(chǎn)效率低下。主要由風(fēng)扇，風(fēng)道，風(fēng)扇殼體，電機(jī)和風(fēng)扇周邊防護(hù)罩構(gòu)成。當(dāng)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，馬達(dá)會(huì)帶動(dòng)風(fēng)扇的葉片旋轉(zhuǎn)，空氣會(huì)從馬達(dá)的后面流入風(fēng)扇外殼，然后經(jīng)由管道送到排氣口，從而達(dá)到工作的目的。（1）風(fēng)扇的選擇風(fēng)機(jī)性能受風(fēng)扇大小及幾何參數(shù)的影響，所以此次選擇的是軸流式風(fēng)機(jī)，其有四個(gè)葉片，采用一面進(jìn)氣，葉片有一定的弧度。（2）風(fēng)扇殼體的選擇風(fēng)扇的外罩是風(fēng)扇的重要組成部分，其功能是將空氣從葉輪引到機(jī)箱的出口，其配合的優(yōu)劣直接關(guān)系到風(fēng)扇的氣動(dòng)特性和噪聲。軸流風(fēng)機(jī)外殼分為圓柱形和螺旋形，通常由薄板焊或鉚合制成。圓筒形殼體的構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，并且外殼的尺寸較小，制造比較簡(jiǎn)單，風(fēng)機(jī)的殼體與葉輪為同心圓。蝸殼型殼體也叫螺旋線或者阿基米德螺旋線與圓弧混合而成的幾種殼體，但是這種殼體的制造比較麻煩，并且尺寸較大。所以采用比較簡(jiǎn)單的圓筒形殼體。（3）結(jié)構(gòu)參數(shù)風(fēng)葉的直徑為250mm；圓筒的直徑為260mm；圓筒的長度為296mm；出風(fēng)口的高度為100mm。如圖3-8所示。該設(shè)備能加強(qiáng)采收的采收效率，達(dá)到了清選的目的。風(fēng)選裝置安裝在梳齒試采摘裝置的下方前側(cè)，在風(fēng)選裝置風(fēng)機(jī)氣流的作用下，因椒葉比辣椒的重量和懸浮速度小，枝葉被風(fēng)力吹出機(jī)外，而辣椒掉落在平臺(tái)上，通過一定坡度的管道，集中在一起。從而實(shí)現(xiàn)了辣椒與椒葉、長秸稈等雜質(zhì)的分離，得到干凈的辣椒。圖STYLEREF1\s3-SEQ圖\*ARABIC\s18風(fēng)機(jī)三維圖機(jī)架設(shè)計(jì)機(jī)架作為辣椒采摘裝置的安裝基礎(chǔ)，不僅起著支撐的作用，而且承載著動(dòng)力源、傳動(dòng)裝置、采摘裝置、風(fēng)選裝置及其他零部件。它的構(gòu)型設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)機(jī)器的順利運(yùn)行起著決定性的作用。為了滿足上述功能需求，采用SolidWorks的3D建模系統(tǒng)進(jìn)行了模型化。機(jī)架結(jié)構(gòu)如圖3-9所示。圖STYLEREF1\s3-SEQ圖\*ARABIC\s19機(jī)架三維圖整個(gè)機(jī)架由Gb／6728-1986方形空心型鋼50×50×4的方管焊接而成，長寬高為800×700×700mm，除了右側(cè)有防護(hù)蓋，其他三側(cè)有厚4mm的鐵板圍住。在上方兩側(cè)安裝有固定軸承座，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。而在外側(cè)安裝有提供采摘裝置動(dòng)力的交流調(diào)速電機(jī)。上方安裝有采摘裝置與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。左側(cè)安裝有出料口。下方前內(nèi)側(cè)安裝風(fēng)選裝置。

整機(jī)三維建模根據(jù)上文中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用SolidWorks對(duì)辣椒采摘裝置進(jìn)行模型建立，包括了采摘裝置、傳動(dòng)裝置、風(fēng)選裝置、機(jī)架等。SolidWorks三維CAD軟件介紹SolidWorks軟件在實(shí)物造型領(lǐng)域所表現(xiàn)出來的人工智能技術(shù)優(yōu)越性非常明顯，具體如下：（1）它能夠提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)和出圖的效率，提高直觀表現(xiàn)的能力。（2）能夠減少設(shè)計(jì)干涉現(xiàn)象，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)效果。（3）當(dāng)對(duì)CNC完成編程后，能夠自動(dòng)給生產(chǎn)過程創(chuàng)建所需要的3D實(shí)體模型，從而提高機(jī)器設(shè)備的生產(chǎn)效率。（4）具備了自動(dòng)追蹤與執(zhí)行的自動(dòng)更新特性。（5）通過更加智能化地幫助設(shè)計(jì)研究零件特征，控制相關(guān)數(shù)據(jù)快速產(chǎn)生的變型，單機(jī)的拖動(dòng)模型幾何體就能夠?qū)崿F(xiàn)編輯造型；三維幾何體能夠在創(chuàng)建曲面、簡(jiǎn)單或更復(fù)雜的有機(jī)結(jié)構(gòu)和方程式建模后，幫助研究三維建模，從而知道具體的質(zhì)量特征和結(jié)構(gòu)（品質(zhì)、密度、尺寸和慣性動(dòng)量等）。加工制造領(lǐng)域涉及的設(shè)計(jì)范疇非常廣泛，特別是在大型裝配體的設(shè)計(jì)方面。SolidWorks作為一款功能強(qiáng)大的三維CAD軟件，能夠有效處理包含一百多種零件的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，為加工制造過程提供極大的便利。而該軟件中經(jīng)常使用的各種功能可進(jìn)行管理、組裝、檢測(cè)和錄入大型產(chǎn)品設(shè)計(jì)，以便加速產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程，節(jié)省時(shí)間與開發(fā)成本，并提升生產(chǎn)效能。軟件仿真方面，SolidWorks是一種全功能的運(yùn)動(dòng)模擬軟件操作系統(tǒng)，無縫整合后能夠?qū)Ψ彪s機(jī)器體系提供全方位的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)，模擬后得到體系中各種零件的繁雜運(yùn)動(dòng)狀況，包含位置、轉(zhuǎn)速、加轉(zhuǎn)速、力和反推動(dòng)力等，并以動(dòng)畫、圖像、表單等形式輸出結(jié)果，還能把零件在繁雜運(yùn)動(dòng)狀況下的重復(fù)負(fù)荷狀況直觀傳遞到主流有限元分析軟件系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)合理的剛度和構(gòu)造解析。在SolidWorks中實(shí)現(xiàn)仿真組裝，可以將其三維造型與實(shí)現(xiàn)后的各零件按照其對(duì)應(yīng)的安裝關(guān)聯(lián)和連接方法等并加上一定的制約關(guān)聯(lián)（一般指平行、重合與同軸等），使其形成了一種全新的仿真組裝體，同時(shí)在此過程中還能夠很方便地檢測(cè)出所組裝零件間的相互干涉和碰撞等情況，從而及時(shí)、精確地發(fā)現(xiàn)修改后零件的結(jié)構(gòu)尺寸和各零件的安裝制約關(guān)系[16-18]。

采摘裝置建模采摘裝置由主動(dòng)軸、從動(dòng)軸、梳齒和聯(lián)軸器構(gòu)成，如圖4-1所示。分別對(duì)幾個(gè)主要零件建立模型，采用拉伸、切除、陣列等方法生成實(shí)體模型。采摘裝置裝配模型如圖4-2所示。a.主動(dòng)軸b.從動(dòng)軸c.梳齒圖STYLEREF1\s4-SEQ圖\*ARABIC\s11傳動(dòng)軸和梳齒模型圖STYLEREF1\s4-SEQ圖\*ARABIC\s12采摘裝置裝配圖傳動(dòng)裝置建模傳動(dòng)裝置是采摘裝置中的重要組成部分，它主要由鏈輪、鏈條、V帶和帶輪等零件組成。如圖4-3所示。按照設(shè)計(jì)要求，我們需要從內(nèi)到外依次建立這些零件的模型，并最終進(jìn)行裝配。主要采用草圖繪制、拉伸、陣列、鏡像等方法生成各個(gè)零件。傳動(dòng)裝置裝配圖如圖4-4所示。a.鏈輪b.主動(dòng)帶輪c.從動(dòng)帶輪d.鏈條e.V型帶圖STYLEREF1\s4-SEQ圖\*ARABIC\s13鏈輪、鏈條、V帶和帶輪模型圖STYLEREF1\s4-SEQ圖\*ARABIC\s14傳動(dòng)裝置部件圖風(fēng)選裝置及管道建模風(fēng)選裝置通過風(fēng)力輸入通道進(jìn)行辣椒的清選，主要由風(fēng)機(jī)承載殼、風(fēng)機(jī)安全罩、各種通道等組成，如圖4-5所示。分別對(duì)幾個(gè)主要零件建立模型，采用拉伸、抽殼、鏡像等方法生成實(shí)體模型。風(fēng)選裝置及管道裝配圖如圖4-6所示。a.風(fēng)機(jī)承載殼b.分離通道c.風(fēng)機(jī)安全罩d.漏斗e.雜質(zhì)通道f.辣椒出料口通道圖STYLEREF1\s4-SEQ圖\*ARABIC\s15風(fēng)機(jī)外殼和管道建模圖STYLEREF1\s4-SEQ圖\*ARABIC\s16風(fēng)選裝置及管道裝配圖機(jī)架及擋板建模機(jī)架四周設(shè)有擋板，防止異物進(jìn)入影響傳動(dòng)。分別對(duì)幾個(gè)主要零件建立模型，采用拉伸、切除、抽殼、陣列等方法生成實(shí)體模型，如圖4-7所示。機(jī)架及擋板建模裝配圖如圖4-8所示。a.機(jī)架b.上擋板c.前擋板d.后擋板c.左擋板圖STYLEREF1\s4-SEQ圖\*ARABIC\s17機(jī)架和擋板建模圖STYLEREF1\s4-SEQ圖\*ARABIC\s18機(jī)架及擋板建模裝配圖整機(jī)模型通過對(duì)采摘裝置、傳動(dòng)裝置、風(fēng)選裝置、管道、機(jī)架及擋板模型進(jìn)行裝配，生成梳齒式辣椒采摘裝置總裝配模型（其他次要零件建模在本文中未作介紹），以上所有的模型均在SolidWorks2021版軟件中建立。整機(jī)三維建模如圖4-9所示。圖STYLEREF1\s4-SEQ圖\*ARABIC\s19整機(jī)模型

結(jié)論本文針對(duì)目前辣椒采摘面臨的人工采摘工作量較大、成本高、效率低、且采摘時(shí)間與棉花、番茄沖突，勞動(dòng)力緊缺的困境，滿足中小型農(nóng)戶結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、操作安全、維護(hù)方便、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等需求，選擇朝天椒作為主要的收獲對(duì)象，開展辣椒采摘裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要結(jié)論如下：確定整機(jī)設(shè)計(jì)方案。根據(jù)朝天椒的各物理參數(shù)和種植農(nóng)藝，結(jié)合具體采摘環(huán)境及國家農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，確定了辣椒采摘裝置的收獲原理——梳齒式辣椒收獲原理。梳齒式辣椒采摘裝置主要由動(dòng)力源、傳動(dòng)裝置、采摘裝置、風(fēng)選裝置、機(jī)架等組成，每次可以對(duì)多株辣椒進(jìn)行采摘和雜質(zhì)分離，而后大部分的完整的辣椒通過自然晾曬，在保證品質(zhì)的同時(shí)又降低成本；完成了采摘裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。梳齒軸轉(zhuǎn)速500r/min，梳齒交錯(cuò)焊接在主軸上，梳齒間距為20mm，上下兩排，每排25個(gè)；完成了風(fēng)選裝置的設(shè)計(jì)。由風(fēng)扇、風(fēng)扇殼體、電機(jī)和防護(hù)罩構(gòu)成。風(fēng)葉的直徑為250mm，圓筒的直徑為260mm，圓筒的長度為296mm，出風(fēng)口的高度為100mm；完成了傳動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)架等的設(shè)計(jì)與計(jì)算。主要包括電機(jī)功率、轉(zhuǎn)速的選型和計(jì)算，V帶的種類和帶輪軸徑的選型和計(jì)算，鏈輪的齒數(shù)和鏈條的類型的選型和計(jì)算，及潤滑方式；完成了整機(jī)系統(tǒng)集成與三維建模。集成梳齒式辣椒采摘裝置、風(fēng)選裝置的設(shè)計(jì)、傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)與計(jì)算、機(jī)架等的研究成果，運(yùn)用Solidworks軟件對(duì)采摘裝置總體進(jìn)行了建模，并根據(jù)安全生產(chǎn)需求，為一些可能出現(xiàn)危險(xiǎn)的部位安裝了防護(hù)罩。

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