多自由度桑葉采摘機(jī)的設(shè)計(jì)

許波，戰(zhàn)藝，黃仁智

（廣西大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，廣西南寧530004）

多自由度桑葉采摘機(jī)的設(shè)計(jì)

許波，戰(zhàn)藝，黃仁智

（廣西大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，廣西南寧530004）

人工桑葉采摘費(fèi)時(shí)費(fèi)力，隨著人工采摘成本不斷上升，桑葉采摘的成本控制問(wèn)題也面臨一系列的難題，為提高采摘效率降低采摘成本，同時(shí)也降低人的勞動(dòng)強(qiáng)度，設(shè)計(jì)一款多自由度桑葉采摘機(jī)，以實(shí)現(xiàn)桑葉采摘的機(jī)械化。該機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)桑葉快速采摘和回收，采摘效率高，有效地改善了采摘的速度問(wèn)題，采摘桑葉的過(guò)程中剪斷桑葉的比率高，采摘過(guò)后不需要人工清理桑樹(shù)遺留的桑葉。

桑葉采摘機(jī)；機(jī)械化；采摘效率；桑葉遺留

桑蠶發(fā)展優(yōu)勢(shì)明顯，種桑養(yǎng)蠶取得的經(jīng)濟(jì)效益是廣西農(nóng)村重要的經(jīng)濟(jì)來(lái)源[1]。現(xiàn)階段，我國(guó)的桑蠶生產(chǎn)模式已經(jīng)開(kāi)始轉(zhuǎn)為集中化生產(chǎn)[2-3]。然而，目前桑園作業(yè)機(jī)械化程度不高，長(zhǎng)期以來(lái)蠶桑生產(chǎn)仍保留了傳統(tǒng)手工操作的生產(chǎn)方式，勞動(dòng)強(qiáng)度大、勞動(dòng)工效低[4]為方便中小桑葉種植戶(hù)的采摘效率，減小機(jī)械采購(gòu)成本，本文設(shè)計(jì)了多自由度桑葉采摘機(jī)。

1 整機(jī)機(jī)構(gòu)及工作原理

多自由度桑葉采摘機(jī)主要由底座小車(chē)與升降部分，導(dǎo)向槽與桑葉收集帶固定架部分，多自由度可移動(dòng)機(jī)構(gòu)、桑葉剪切裝置等部分組成。底座小車(chē)與升降部分主要由底部推手小車(chē)、兩個(gè)升降管、擰緊螺栓螺母組成。底座小車(chē)有推手，推動(dòng)小車(chē)走動(dòng)。當(dāng)采摘高度需要調(diào)節(jié)時(shí)，調(diào)節(jié)升降管的高度，擰緊固定螺栓。導(dǎo)向槽主要是讓多自由度可移動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠在導(dǎo)向槽中移動(dòng)，導(dǎo)向槽兩邊各放置有兩個(gè)口袋用于收集采摘下來(lái)的桑葉。多自由度可移動(dòng)機(jī)構(gòu)有5個(gè)滾動(dòng)軸承和一個(gè)鉸接部分組成，將底座小車(chē)前方行走方向定義為y軸，水平面橫向方向?yàn)閤軸，高度方向?yàn)閦軸，4個(gè)軸承在導(dǎo)向槽中沿y方向可以往復(fù)移動(dòng)，另外一個(gè)軸承沿z方向旋轉(zhuǎn)，鉸接部分沿x軸旋轉(zhuǎn)，可以實(shí)現(xiàn)3個(gè)自由度的移動(dòng)。桑葉剪切裝置有動(dòng)力頭、上下剪切刀組、偏心部分組成。偏心部分裝在動(dòng)力頭頂部，通過(guò)動(dòng)力頭的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)偏心輪的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)上刀組和下刀組的往復(fù)式剪切運(yùn)動(dòng)。多自由度桑葉采摘機(jī)的三維示意圖如圖1所示。多自由度桑葉采摘機(jī)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖1 多自由度桑葉采摘機(jī)三維示意圖

圖2 多自由度桑葉采摘機(jī)結(jié)構(gòu)圖

2 關(guān)鍵部分的設(shè)計(jì)

2.1 多自由度移動(dòng)部分

多自由度部分由5個(gè)滾動(dòng)軸承1和鉸鏈機(jī)構(gòu)4構(gòu)成，每?jī)蓚€(gè)滾動(dòng)軸承分別焊接在軸的兩端，兩個(gè)軸之間用塊5焊接而成，塊5上方焊接有滾動(dòng)軸承3實(shí)現(xiàn)沿高度方向的旋轉(zhuǎn)，滾動(dòng)軸承3內(nèi)圈連接有塊6，塊6上方焊接有鉸鏈機(jī)構(gòu)用于沿著橫向方向的旋轉(zhuǎn)，鉸鏈機(jī)構(gòu)頂部鉆有銷(xiāo)孔的部分用于剪切機(jī)構(gòu)的定位與固定。該部分整體帶動(dòng)動(dòng)力電鉆剪切機(jī)構(gòu)沿著導(dǎo)向槽方向來(lái)去移動(dòng)，一共有3個(gè)自由度，方便采摘人員采摘過(guò)程中的自由移動(dòng)。多自由度移動(dòng)部分結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，多自由度三維圖如圖4所示。

圖3 多自由度移動(dòng)結(jié)構(gòu)圖

圖4 導(dǎo)向槽與多自由度結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 導(dǎo)向槽與桑葉回收袋固定部分

導(dǎo)向槽焊接在升降架頂部，兩個(gè)升降管的組合長(zhǎng)度為1.5m，升降管的組合高度能夠滿(mǎn)足于人工種植的桑園采摘的高度要求。導(dǎo)向槽底部焊接有桑葉回收袋固定架，固定架兩邊各打有兩個(gè)孔用于桑葉回收袋的固定，回收袋在導(dǎo)向槽兩邊各放一個(gè)，用于回收剪切機(jī)構(gòu)剪下來(lái)的桑葉。導(dǎo)向槽中放置多自由度移動(dòng)部分的4個(gè)滾動(dòng)軸承，4個(gè)軸承沿著導(dǎo)向槽方向移動(dòng)。

2.3 桑葉剪切裝置

桑葉剪切裝置主要有動(dòng)力頭，桑葉上下剪切刀組，偏心機(jī)構(gòu)等部分組成，動(dòng)力電鉆由12 V鋰電池沖電鉆改造而成，重量1.05 kg，最大輸出扭矩20 N·m，空載轉(zhuǎn)速0~600 r/min，工作時(shí)額定輸出扭矩15 N·m，正常穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速能夠達(dá)到480 r/min.按動(dòng)開(kāi)關(guān)手柄8可以實(shí)現(xiàn)電鉆的開(kāi)啟，按動(dòng)程度不同可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速快慢的控制與調(diào)整，轉(zhuǎn)速快慢程度決定了桑葉剪斷率。偏心輪4安裝在動(dòng)力電鉆的頂部。

上剪切刀組1通過(guò)上剪切刀組固定架9兩邊的軸在下剪切刀組固定架10鉆有的圓孔能夠來(lái)去移動(dòng)，偏心機(jī)構(gòu)4由動(dòng)力頭提供動(dòng)力通過(guò)上剪切刀組固定架中的偏心輪連接槽11帶動(dòng)上剪切刀組在下剪切刀組固定架的圓孔中做來(lái)回往復(fù)式剪切運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)剪切功能。上下刀組的刀片寬度6 cm，刀片之間的間隔3.6 cm，偏心輪的偏心距離為3.78 cm，偏心輪的直徑為14 cm.電鉆每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)上下刀組之間來(lái)回往復(fù)一次運(yùn)動(dòng)。定位螺母6焊接在架子的底部，定位螺栓通過(guò)多自由度移動(dòng)部分鉸鏈頂部的定位孔固定桑葉剪切裝置。桑葉剪切裝置示意圖如圖5所示。

圖5 桑葉剪切裝置示意圖

將桑葉剪切機(jī)構(gòu)的UG模型導(dǎo)入到ADMAS中，通過(guò)ADMAS仿真動(dòng)力頭工作正轉(zhuǎn)正常轉(zhuǎn)速480 r/min時(shí)的仿真速度圖，如圖6所示。刀組運(yùn)動(dòng)的速度以及速度變化程度完全能滿(mǎn)足桑樹(shù)采摘過(guò)程中的快速采摘要求。

圖6 動(dòng)力頭480 r/m in時(shí)刀組的運(yùn)動(dòng)速度

3 結(jié)束語(yǔ)

該桑葉采摘機(jī)操作平穩(wěn)、構(gòu)思新穎、性能良好、采摘方便，能夠?qū)崿F(xiàn)高度的自由調(diào)節(jié)，可以高效快速地采摘桑葉，相對(duì)于人工采摘桑葉具有較好的采摘效率，填補(bǔ)了目前市場(chǎng)上對(duì)桑葉采摘機(jī)研制的空缺，可在中型、小型桑樹(shù)種植戶(hù)中廣泛推廣和應(yīng)用。

[1]黃賢帥．廣西種桑養(yǎng)蠶與種植甘蔗和木薯的比較效益分析[J]．廣西蠶業(yè)，2010，（1）：48-50.

[2]黃先智．我國(guó)桑蠶產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型問(wèn)題研究[D].重慶：西南大學(xué)，2013.

[3]張社梅．我國(guó)桑蠶生產(chǎn)率變動(dòng)分析[J].湖南經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，2011，（1）：14-19.

[4]梁培生，韋亞?wèn)|，張國(guó)政．我國(guó)桑園作業(yè)機(jī)械現(xiàn)狀及發(fā)展思路[J]．中國(guó)蠶業(yè)，2009，（3）：4-7．

The Design of Multi Degree of Freedom of Mulberry Leaves Plucking Machine

XU Bo，ZHAN Yi，HUANG Ren-zhi
（School of Mechanical Engineering，Guangxi University，Nanning Guangxi 530004，China）

The artificial mulberry leaves plucking consuming time and energy，along with the rising cost of artificial picking mulberry，we are also facing a series of problem of cost control of mulberry leaves picking，in order to improve the picking efficiency，reduce picking cost and the labor intensity，we design of a multi degree of freedom of mulberry leaf picking machine，to realize the mechanization of mulberry leaf picking. This machine can achieve the high fast of picking and recovery mulberry leaves，effectively improved the speed of picking，have high rate of mulberry leaf cut. We do not need to worry about clean up the legacy of mulberry.

the picking machine of mulberry leaf；mechanization；picking efficiency；legacy of mulberry leaves

S225

A

1672-545X（2016）09-0029-03

2016-06-23

許波（1991-），男，江蘇鹽城人，碩士研究生，主要研究方向控制自動(dòng)化；戰(zhàn)藝（1992-），女，黑龍江哈爾濱人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)槲锪鞴こ唐髽I(yè)物流；黃仁智（1995-），男，廣西人，本科，主要研究方向?yàn)樽詣?dòng)控制。