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基于SolidWorks的高枝花椒采摘器结构设计与运动仿真

发表时间: 2017/8/18 作者: 刘志刚*赵晓燕 来源: 互联网
分析了当前国内外花椒采摘的方法与工具的优缺点,详细论述了高枝花椒采摘的特点与工艺,提出了一种新型高枝花椒采摘器的结构设计方案。在设计过程中利用参数化设计软件SolidWorks强大的零件实体建模功能对花椒采摘器各个零部件进行三维造型设计.结构优化,并利用SolidWorks的零件快速装配功能进行装配,检查零件干涉情况。最后运用Solid-Works中的motion分析功能,通过运动仿真分析,模拟花椒采摘器的工作过程。
 

    O 引言

    花椒原产我国.它主要种植在丘陵、山坡、岸边和地头,花椒产业已成为特殊区域农民致富新的经济增长点。花椒因树枝伸展长、带刺以及果实小而致使采摘十分困难。同时,花椒的收获要求不伤叶、不伤芽、不伤枝。因此,花椒的机器收割就更为困难。

    当前我国花椒采摘机器主要有剪刀式采摘器、电动采摘器、手套式采摘器、M型环齿花椒采摘机等。在上述各种采摘工具中,以采摘矮林为主,对于高处的花椒果实.需要梯作业。由于花椒种植多在丘陵与坡地.搭梯作业极易发生危险 、高枝花椒的采摘困难,制约着花椒采摘的效率与成本。为此设计出一款新型的高枝花椒采摘机,较好地解决了问题,提高了效率.降低了工作强度。

    1 高枝花椒采摘机的总体设计方案与采摘原理分析

    1.1 高枝花椒采摘机的总体设计方案

    根据我国花椒的主要品种、种植地理位置、作业条件,研究与开发了一种一次性完成花椒离枝和果实收集的花椒采摘机。力求最大限度地减小机具工作阻力,减少工作人员受物理和化学损伤,保证工作质量,提高采摘效率。研制中运用So|idWorks进行参数化设计,优化设计结构:运用SolidWorks中的motion分析功能。模拟该机器并模拟其工作原理与过程。总体设计方案如图1所示。

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    图1 机构装配仿真总体方案

    主要研究内容包括:

    1)花椒采摘机的总体结构设计;

    2)运用SolidWorks参数化设计软件完成关键部件设计并优化结构设计:

    3)运用SolidWorks中的motion分析功能。模拟该机器并模拟其工作过程;

    4)通过理论及试验得出结论,提出进一步研究设想。

    l.2 新型高枝剪的采摘原理分析

    如图2所示.利用物理方面的高枝剪切法原理,在支撑杆7头部安装了一把特制的小剪刀.两剪刀刃在回位弹簧2的作用下处于常开状态,支撑杆7下端安装的拇指环6和杠杆指环5相当于一把大剪刀的手柄,剪刀活动体和杠杆指环的摇臂用铰链连接,构成二级杠杆传力结构。剪刀头下方安装的集椒袋口钢环通过钢丝绳3与铰链杆4连接,剪切时,集椒袋口钢环8被钢丝绳3拉起来处于剪刀刃下方,刚好使剪掉的花椒果落人其中,完成剪切后,钢丝绳松弛,集椒袋口钢环自然下垂,使操作者能够观察到剪刀头,继续寻找下一棵花椒果柄。而且改进了高枝剪无法伸长的缺点.增加了可调节的支撑杆与连接杆使高枝剪的长度可伸长到1m,使采摘高度达到3m。避免了人搭梯L树采摘花椒时带来的诸多不便。

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    图2 高枝花椒采摘机

    2 花椒采摘机结构设计优化与虚拟装配

    SolidWorks是一款完全基于Windows的参数化设软件,优异的三维设计功能,操作简单,极大地提高了设计效率。SolidWorks有全面的零件实体建模功能和简洁化的零件快速装配功能.还能够自动进行动态约束检查。而且SolidWorks内置的animator插件,可以很方便地生成工程机构的演示动厕。其强大的设计功能可满足大多数机械产品的设计需要。

    2.1 花椒采摘机结构设计分析

    实体建模设计采用SolidWorks来完成花椒采摘的造型设计,在设计过程中明确建模过程,简化建模特征步骤,生成比较理想的实体效果。该采摘机主要由剪刀体、集椒袋口钢环、支撑杆、操作手柄及连接螺栓等组成。下面分别对花椒采摘机的各个组成部分进行设计。

    1)剪刀体设计

    剪刀体主要南剪刀上刃体、剪刀下刃体、铆钉、回位弹簧、剪刀紧同夹等组成。

    2)支撑杆造型设计

    支撑杆主要由支撑杆上段、支撑杆下段、螺纹加长套管等组成。

    3)设计分析

    手柄主要由拇指环、杠杆指环等组成。

    4)连接杆设计

    连接杆主要由上连接杆、下连接杆和加长螺纹筒组成。

    5)其他零件设计分析

    其他零件主要由螺栓、一字槽螺钉、螺母、平垫圈、集椒袋口钢环等组成。螺栓、一字槽螺钉、螺母、平垫圈属于标准件。

    2.2 花椒采摘机的虚拟装配

    完成以上零件的造型设计之后,利用SolidWorks装配仿真功能,可以动态地查看装配体的所有运动,并且可对运动的零部件进行动态的干涉检查。装配之前一定要明确装配要求,制定简洁清晰的装配过程,针对装配体零部件的相应特征选择合适的装配方式。




责任编辑:郝秋红