手持便攜式修剪裝置的設(shè)計

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1、金） 工屆畢業(yè)設(shè)計 茶樹修剪機的設(shè)計 學(xué)生姓名 木合塔爾 學(xué) 號 8052214123 所屬學(xué)院機械電氣化工程學(xué)院 專 業(yè) 機電一體化 班 級 17-1 指導(dǎo)老師 張宏 日 期 2017 .05 塔里木大學(xué)機械電氣化工程學(xué)院制 、人 — 前言 手持便攜式修剪裝置是一種小型茶園修剪器械。每年，茶園必須進行修剪， 這對維護茶園旺盛 的生長，加強樹冠新梢的密度，有著良好的作用，并能達到培育有要求的樹冠面。因此，修剪是茶 園生長的主要技術(shù)措施之一。 現(xiàn)有手持便攜式修剪裝置存在著手持部分重量過重， 勞動強度大的缺 點。本文設(shè)計了一種便攜式雙刃面往復(fù)式手持便攜式修剪裝置

2、，采用電機為動力， 通過減速裝置傳 遞到工作部分，與執(zhí)行機構(gòu)連接。 減速器采用直齒圓柱齒輪， 減速器將動力傳到曲柄滑塊機構(gòu)， 由曲柄滑塊機構(gòu)帶動切割刀片做 往復(fù)運動， 切割刀片根據(jù)實地調(diào)研設(shè)計成與現(xiàn)種植茶園植物的寬幅相應(yīng)的寬度，采用單動、 雙面刃 刀片。 本文所設(shè)計的往復(fù)式手持便攜式修剪裝置能在很大程度上降低勞動者的作業(yè)難度。 本文所設(shè) 計的手提往復(fù)式手持便攜式修剪裝置具有以下特點： 1、機體自帶電機 , 外接電源，適應(yīng)性強，操作安全。 2、減輕了工人操作時勞動的強度。 3、作業(yè)質(zhì)量較好，性能穩(wěn)定。 4、一機多用，既可用作茶園修剪整形，又可作為茶樹修剪。 5、適應(yīng)范圍廣

3、關(guān)鍵詞： 手持便攜式修剪裝置；電動；方便；環(huán)保 前 言 1 1 緒論 1 1.1 研究背景及意義 1 1.2 國內(nèi)外修剪裝機的發(fā)展概況 1 1.3 國內(nèi)外修剪裝機的發(fā)展概況 2 2 總體設(shè)計方案 3 2.1 總體結(jié)構(gòu) 3 2.2 工作原理 3 2.3 主要技術(shù)參數(shù) 4 3 主要部件設(shè)計 5 3.1 動力選取 5 3.2 齒輪設(shè)計 5 3.3 軸的設(shè)計 6 3.4 軸承的選擇 8 3.5 背架與其他部件的設(shè)計 9 總 結(jié) 10 致 謝 11 參考文獻 12 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 1緒論

4、1.1 研究背景及意義 茶樹修剪是人為地抑制頂端主枝生長優(yōu)勢的措施，可刺激著生部位較低的芽萌發(fā)新技，增強樹 勢，培養(yǎng)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)樹冠。茶樹修剪方法主要有幼齡茶樹的定形修剪、成齡茶樹的輕修剪與深修剪， 衰老茶樹的重修剪及臺刈等。成齡茶樹經(jīng)多年采摘和輕修剪后， 采摘面上會形成密集而細弱的分枝， 這就是常說的“雞爪枝”，茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)逐漸下降。為更新茶樹采摘面，可采用深修剪技術(shù)，剪除 密集細弱的“雞爪枝”層，使茶樹重新抽發(fā)新枝，提高茶樹發(fā)芽能力，延長茶樹高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)年限。目 前，農(nóng)村對茶樹進行的深修剪或者重修剪一般都才用的是人工用大剪刀進行修剪。這樣不僅勞動強 度大而且生產(chǎn)效率非常低。所以為了減少勞動者

5、的勞動強度，提高生產(chǎn)效率，我們決定研發(fā)一種能 對老茶樹進行深修剪和重修剪的機器。重修剪的對象則是半衰老和未老先衰的茶樹。這種茶樹，雖 然骨干枝的抽生能力仍較強，但生產(chǎn)枝的育芽能力已很弱，芽葉瘦小，葉張薄細，輕伸修剪根本不 起作用，即使采用深修剪也不能達到目的， 這時，就得采用重修剪技術(shù)。 重修剪茶樹一般在離地 30? 40cm處修剪樹干。重修剪由于修剪的茶樹枝干一般較粗，現(xiàn)有的茶樹修剪機械很難擔當大任、不但 效率低，修剪出來的枝不整齊，切口不平滑，易碎易裂，對茶樹的發(fā)芽造成影響。許多地方還在采 用人工以砍柴刀對枝干進行砍切修剪，勞動狀況惡劣、勞作水平極其落后，另外人工砍切修剪對茶 樹生長

6、是十分不利的。本研究課題的深入開展以及由此所取得的技術(shù)進步，將對茶樹的修剪產(chǎn)業(yè)起 到很大的促進作用，全面提高我國種茶領(lǐng)域修剪環(huán)節(jié)的機械化、自動化水平，并取得良好的經(jīng)濟效 益和社會效益。 1.2 國內(nèi)外修剪裝機的發(fā)展概況 手持便攜式修剪裝置的知名品牌主要有 STIHL、HUSQVARNA HOMELIT嚼。美國RYOBI公司生 產(chǎn)的HT系列手持便攜式修剪裝置有 3個型號，即HT816R HT818R和HT822R,都使用工頻交流電動 機,HT822R的功率為348W,重量2.7kg,修剪枝條最大直徑 9.5mm HUSQVARNA產(chǎn)的600HEL型手持 便攜式修剪裝置，功率600W,重量

7、3.3kg,修剪枝條直徑為1.4cm,割幅55cm。德國STIHL生產(chǎn)的鋸鏈 導(dǎo)板式高枝剪，功率0.9kW,重量6.7 kg,裝在伸縮桿上可用于修剪高或?qū)挼牟鑸@。 日本小松公司生產(chǎn) 的E7B70和HT750型，具有體積小、質(zhì)量輕、噪音小和工作效率高等特點。 我國對于手持便攜式修剪裝置的研制起步比較早，有如下幾種類型，比如北京園林機械廠研制 的以中頻電機動力的雙動往復(fù)刀片式，上海園林工具廠研究的電動旋刀式。我國生產(chǎn)的 LJ3型便攜 式手持便攜式修剪裝置由二沖程小汽油機驅(qū)動 ，功率0.75kW,切割裝置為雙刀片往復(fù)式，每分鐘往復(fù) 1000次，修剪枝條直徑15mm割幅500mm重量8kg。

8、目前在我國采用的是各種手持便攜式修剪裝置， 主要有手持式、背負式和機載自行式等幾種，由于修剪茶園和茶樹造型的作業(yè)地點變化較大，多采 用以內(nèi)燃機為動力的設(shè)備，也有一些小型的修剪設(shè)備以電動機為動力。 1.3 研究主要內(nèi)容 手持便攜式修剪裝置又稱茶園機，是指以汽油機或電動機為動力用作茶園的修剪、整形等專用 的機械，主要用于茶園修剪。手持便攜式修剪裝置按其動力可分為手持式汽油修剪機和手持式電動 修剪機；按刀刃數(shù)量又分為單刃手持便攜式修剪裝置和雙刃手持便攜式修剪裝置。目前以小型汽油 機為動力的茶園剪機是主流產(chǎn)品。 茶園修剪是人為地抑制頂端主枝生長優(yōu)勢的措施，可刺激著生部位較低的芽萌電新技，增強樹

9、勢，培養(yǎng)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)樹冠。茶園修剪方法主要有幼齡茶園的定形修剪、成齡茶園的輕修剪與深修剪， 衰老茶園的重修剪等。我國以往的茶園修剪多是采用人工修枝剪進行的， 費時費力，作業(yè)質(zhì)量較差。 從70年代中期開始研制手持便攜式修剪裝置，目前已有單人、雙人和重修剪機等機種。 本文是根據(jù)單人修剪機修改進行設(shè)計電動式的單人茶樹修剪機，而單人修剪機是由一人手提操 作，主要用于茶園的輕修剪和深修剪。同時 ，也可用作機械化茶園的修邊，使茶園行間留出 20厘米 的間距，以利機器的通過和操作。單人修剪機有機動和電動兩種類型。 70年代中期，中國農(nóng)業(yè)科學(xué) 院茶葉研究所等單位研制的中頻電動手提式手持便攜式修剪裝置，就

10、是以汽油機帶動的中頻電電機 組為電源，中頻微型電機作動力的電動機型，使用雙動往復(fù)刀片，切割幅寬 300毫米。但是，使用 較多的還是以汽油機為動力的機動型，采用平行往復(fù)刀片，切割幅寬 750毫米，中國農(nóng)科院茶葉研 究所和安徽省農(nóng)業(yè)機械研究所近年來研制的單人修剪機都屬這種類型。這種修剪機由動力、傳動機 構(gòu)、減速機構(gòu)等組成。動力為 0.75kw小汽油機.切割器使用往復(fù)式刀片，動，往復(fù)頻率為 1000次/ 分。整機重量5公斤，工作時由一人手提操作，產(chǎn)生的動力，通過離合器、減速器和偏心凸輪帶動 刀片作往復(fù)運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對茶樹的切割，每小時可修剪茶地 0.3畝左右。由于使用的汽油機應(yīng)用了膜 片式汽

11、化器，并且吸油裝置采用軟管形式，使進油口在任何時候均可處于油箱內(nèi)最低處，因此，可 保證電動機能正常工作。由于刀片鋒利，轉(zhuǎn)速高，所以直徑在10毫米以下的枝條，可一刀利落地切 斷。修剪后的蓬面整齊， 能修剪出所要求的形狀， 修剪質(zhì)量大大超過人工作業(yè)質(zhì)量， 而且節(jié)省勞力。 適宜于我國茶園單人作業(yè)，尤其在適用于山區(qū)地區(qū)的茶園。 圖1-1單人手提式茶園修剪機 13 2總體設(shè)計方案 2.1總體結(jié)構(gòu) 總體結(jié)構(gòu)由以下幾個方面組成(結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2-1所示)： (1)動力源：電動機； (2)減速機構(gòu)：齒輪減速器； (3)執(zhí)行機構(gòu)：往復(fù)式刀片機構(gòu)； (4)傳動機構(gòu)：主要是轉(zhuǎn)動軸；

12、 圖2-1總體布置圖 2.2工作原理 根據(jù)圖1-1修改設(shè)計的手持便攜式修剪裝置首先要通過一個動力源將動力傳遞出去。為了讓往 復(fù)式剪刀片達到所需要的速度，傳遞出去的動力應(yīng)通過減速機構(gòu)傳遞給轉(zhuǎn)換機構(gòu)再傳遞到執(zhí)行構(gòu)件。 動力源 fc 減速懶 - 轉(zhuǎn)換機枸 a. 執(zhí)行機構(gòu) 圖2-1電動茶園修剪機的結(jié)構(gòu)組成 本文可用的方案可分為蓄電池置于機架桿上和置于背架上兩種，因此該機器有以下幾種可能的 方案可供選擇： a.電瓶和電機組合， 且電瓶和電機都置于機架上的方案， 如圖2-2a所示。由于電瓶的能量密度 不高不適于較長時間的工作，且電瓶和電機的尺寸空間和重量受到限制

13、因此影響切削的進行。 b.如圖2-2b所示，將電機置于機架上， 考慮到使用時的方便性， 把電瓶放在背部背著。 這樣不 僅整體的空間更大，也使整機更加輕巧，所以此方案為更好。 (a) (b) 圖2-2 方案設(shè)計 執(zhí)行機構(gòu)的方案： 執(zhí)行機構(gòu)主要是刀片，刀片有圓盤鋸和往復(fù)式刀片，本文采用的是單動雙刃往復(fù)式刀片。 圖2-3往復(fù)式刀片 最終的方案： 確定總方案為電機置于機架上，電瓶放在背部背著，刀片為單動雙刃往復(fù)式刀片。 2.3主要技術(shù)參數(shù) 剪切力F=100N; 切割幅寬750mm（茶樹寬大約 1000mm； 剪切最大直徑10mm 刀片切割頻率1000次/min;

14、 整機重8kg （根據(jù)所選材料并稱量所得，機器 5kg,電瓶3kg） 效率：0.3畝/小時； 3主要部件設(shè)計 3.1 動力選取 修剪過程中的功率： 本文采用無刷直流電動機為動力，刀片為單動雙刃往復(fù)式刀片。 由上文提到汽油機式的修剪機功率為 0.75KW,由此查找相匹配的無刷式直流電動機功率為 0.8KW,電機轉(zhuǎn)速為4000r/min,由上文結(jié)構(gòu)圖2-1可以了解總體機構(gòu)為 3級傳動，則有刀二刀1 r12 rl 3,根據(jù)主要技術(shù)參數(shù)可知刀片切割頻率為 1000次/min因此傳動比取4為合適。 計算傳動裝置傳動比計算為： i =nm/nw =4000/1000 = 4 (3-1

15、) n2 =n1/i =4000/4 = 1000r/min n3 = n2 = 1000r / min 電機的選擇所選電機型號：10DK230-12 3.2 齒輪設(shè)計 該機一天工作8小時，工作年限為10年，鋸切工作較平穩(wěn)，轉(zhuǎn)向不變。齒輪傳動有直齒和圓錐 齒。手持便攜式修剪裝置為往復(fù)式剪刀切，沖擊較小，工作速度不是很高，故可選用 7級精度。根 據(jù)［1］選擇直齒圓柱齒輪為 45號鋼。硬度為240HBs而齒輪的材料為 20Cr,并經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火， 齒面硬度為56-60HRC,精度等級為7級。按硬度下限值，由［"中圖10-21 ( d)中的MQ級質(zhì)量指標 查的Elim 1=5 li

16、m 2=600MPa由［2］圖10-20 (d)中的 M藏質(zhì)量指標查得 B EF=B EF2=420Mpa, B Flim i = B Flim 2=200MPa 選小齒輪齒數(shù) 乙二14,大齒輪齒數(shù) Z2=4X 14=56 3.2.1 小齒輪分度圓直徑計算 由［1］中設(shè)計計算公式(10—9a)進行試算。既； d1t >2.323(KtT 1/?d - u+1/u - ZHZE/［H］) (3-2) 3.2.2 載荷系數(shù)的計算 根據(jù)V=4.68m/s , 7級精度，由[1]圖10-8查得動載荷系數(shù) Kv=1.14 直齒輪KHa=KFa=1.2,由[1]表10-2查得使用系數(shù) K

17、a =2 由[1]表10-4查得7級精度，小齒輪相對于支承非對稱布置時， KH b =1.423 由 b/h=11.17/2.79=4.00 , KH b =1.423 查 [1] 圖 10-13 得 KFa=1.38 故:K= Ka X Kv x KHaX KH b=2 x 1.14 x 1.2 x 1.423=3.89 3.2.3 按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度值經(jīng) 由式 [1] (10-10a )得 m = d1/z1 = 26.46/18=1.47 3.2.4 按齒根彎曲強度設(shè)計 由式[1] (10-5)得彎曲強度的設(shè)計公式為 m W2KT“ ① d ? ( YFa

18、Ysa /[ S 例/3 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 1)由 [1] 圖 10-2c 查得 & FE=420MP0 6 FE=420MP? 2)由 [1] 圖 10-18 查得系數(shù) KFN1=0.87； KFN2=0.90; 取安全系數(shù)S=1.4,由式(10-12)得 [ S F]1= KFN1 6 FE/S =(0.87 X420)/1.4 = 261 [ S F]2= KFN 2 6 FE/S = (0.90 X420)/1.4 = 270 載荷系數(shù)K=3.77 3)查齒形系數(shù) YFa1 =2.91 ； YFa 2=2.236 ； 4)查應(yīng)力校正系數(shù) 由[1]表10-5查得

19、 Ysa2=2.45 Ysa1=1.53 ； 5)計算大、小齒輪的[ 并加以比較 YFa1 Ysa1/[ 5 F] 1 = (2.91 x1.53)/261 = 0.01956 YFa2Ysa2/[ 5 F] 2 = (2.236 X1.754)/270 = 0.01453 小齒輪的數(shù)值大 3.3 軸的設(shè)計 設(shè)計計算 m >(2KT 1/02K YFaYsa/[ S 助1/3 =1.289 綜合分析考慮，取 m=1.5 d1=21mm 算出小齒輪齒數(shù) (3-2) (3-2) (3-3) Zi = & /m = 21/1.5 = 14 大齒輪的齒數(shù) Z2=uZ1

20、=4X 14=56 這樣設(shè)計出來的齒輪傳動，即滿足了接觸疲勞強度，又滿足了齒根疲勞強度。 幾何尺寸計算 計算分度圓直徑 計算齒輪寬度 d1 =z1m = 14 X1.5 = 21 d2 = z2m = 56 X1.5 = 84 a = (d1 +d2)/2 = 52.5 b= @dd = 0.5X21 = 10.5 B1 = 6 B2 =8 驗算 Ft = 2Tl/d1 = 2 X3300/27 = 102.22N KaFt/b = 2 X102.22/13.5 = 15.14N/mm < 100N/mm 假設(shè)成立，計算有效。 3.3.1 軸的強度校核計算 因已知

21、大小齒輪的分度圓直徑分別為 d1 = z1m =14 X1.5= 21 d1 = z1m = 56 X1.5 = 84 3.3.2 求作用在齒輪上的力 所以大小齒輪上的垂直切向力分別為： Ft1 = 2T1/d1 = 354 Ft2 = 2T2柱=81 初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為 45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)［1］表26.3-2 ,取A01=130, A02=115,于是得 d1min = A01(P1/n1)1/3 = 9.210mm (3-3) d2 min = A02(P2/n2)1/3 = 7.985mm (3-3) 軸的最小直徑顯然是在安裝齒輪的地方。而這兩

22、端還開出兩個鍵槽，因此軸的直徑在以上基礎(chǔ) 上還應(yīng)當增加15%再將軸圓整為標準直徑。加上增量的軸直徑為： d=9.645mni 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 已知齒輪軸的最小直徑為： 9.645mm,將值圓整為標準值，取 10mm查機械設(shè)計手冊選取裝軸承 處的直徑為12mm具體尺寸如圖所示： 圖3-3 軸結(jié)構(gòu)圖 3.3.3 按鈕轉(zhuǎn)強度條件校核 r T= T/WT =95000/.2d3 0 p d T (3-3) 式中：rT—一扭矩切應(yīng)力，單位為 MPa T——軸所受的扭矩，單位 MPa WT 軸的抗扭截面系數(shù)，單位 mm3 n 軸的轉(zhuǎn)速，單位 r/min p——軸傳遞的功率，單位

23、為 KW/ d 計算截面處軸的直徑，單位為 mm ［忑口 一一許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為 MPa 注：［忑口式中值是考慮了彎矩影響而降低了許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力。 在下列情況時，［忑］取較大值，A0取較小值：彎矩較小或只受扭矩作用、載荷平穩(wěn)、無軸想載 荷或只喲較小的軸向載荷、減速器的低速軸、軸只作單向旋轉(zhuǎn)、 ；反之，［忑！］取較小值，［忑?。萑?較大值。 分別按水平和垂直方向計算各力產(chǎn)生的彎矩 . 水平方向 Mh = 990 X16 = 14.4N.m 垂直方向 Mv = 146 X20 = 3.0N.m 最大扭矩為 r T= 8.05N.m 3.4 軸承的選擇 由［2］表 28.

24、2-6 選取 6302 型深溝球軸承。(d=15mrm D=42mrflg度 13mm 3.4.1 初步計算動量動載荷 根據(jù)式 P = fp - Fr ,按 ［”表 13-6 , fp =1.0-1.4，取 fp =11.4 故 P = fp - Fr = 1.2 X 285= 342N (3-4) 3.4.2 求基本額定動載荷 根據(jù)［1］式(13-6),求軸承應(yīng)有的基本額定動載荷值 C = Pz(60nLn1/106)1/2 = 85.45KN (3-4) 3.4.3 滾動軸承的驗算 此軸承的基本額定靜載荷 C0=5.08kN。驗算如下: 1）求當量動載荷 p = 1,2

25、X285 = 342N 2）驗算6302軸承的壽命，根據(jù)式 Lh =（106/60n）（c/p）z=12.65 X 106h>24000h （4-16） 由此可見，軸承的壽命高于預(yù)期計算壽命，符合要求。 3.5 背架與其他部件的設(shè)計 3.5.1 背架的設(shè)計 1）根據(jù)減速器和電動機得尺寸來初步確定背架的外型 2）保護罩 3）齒輪罩 4）背帶 5）控制架 6）蓄電池的選擇 圖3-配電接線 畢業(yè)設(shè)計是我們專業(yè)課程綜合應(yīng)用實踐訓(xùn)練，是從事職業(yè)工作前一個必不少的過程。我今天認 真的進行畢業(yè)設(shè)計，學(xué)會腳踏實地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的 基礎(chǔ)。

26、說實話，畢業(yè)設(shè)計真的有點累。然而，當我一著手清理自己的設(shè)計成果，慢慢回味這幾個月的 心路歷程，一種少有的成功喜悅即刻使倦意頓消。雖然這是我剛學(xué)會走完的第一步，也是人生的一 點小小的勝利，然而它令我感到自己成熟的許多，另我有了一中“春眠不知曉”的感悟。通過畢業(yè) 設(shè)計，使我深深體會到，干任何事都必須耐心，細致。畢業(yè)設(shè)計過程中，許多計算有時不免令我感 到有些心煩意亂：有幾次次因為不小心我計算出錯，只能毫不留情地重來，但一想起全臘珍教授平 時對我們耐心的教導(dǎo)，想到今后自己應(yīng)當承擔的社會責任，想到世界上因為某些細小失誤而出現(xiàn)的 令世人無比震驚的事故，我不禁時刻提示自己，一定呀養(yǎng)成一種高度負責，認真對待的

27、良好習(xí)慣。 這次畢業(yè)設(shè)計使我在工作作風上得到了一次難得的磨練，短短幾個月的畢業(yè)設(shè)計，使我發(fā)現(xiàn)了自己 所掌握的知識是真正如此的缺乏，自己綜合應(yīng)用所學(xué)的專業(yè)知識能力是如此的不足，幾年來的學(xué)習(xí) 了那么多的課程，今天才知道自己并不會用。想到這里，我真的心急了，老師卻對我說，這說明畢 業(yè)設(shè)計確實使你有收獲了。老師的親切鼓勵了我的信心，使我更加自信。 最后，我要感謝我的指導(dǎo)老師教授，是您嚴厲批評喚醒了我，是您的敬業(yè)精神感動了我，是您 的教誨啟發(fā)了我，是您的期望鼓勵了我，我感謝老師您今天又為我增添了一幅堅硬的翅膀。今天我 為你們而驕傲，明天你們?yōu)槲叶院馈? 致謝 畢業(yè)設(shè)計是對我們知識運用能力的一次全面

28、的考核，也是對我們進行科學(xué)研究基本功的訓(xùn)練， 培養(yǎng)我們綜合運用所學(xué)知識獨立地分析問題和解決問題的能力，為以后撰寫專業(yè)學(xué)術(shù)論文和工作打 下良好的基礎(chǔ)。 本次設(shè)計能夠順利完成，首先我要感謝我的母校，是她為我們提供了學(xué)習(xí)知識的土壤，使我們 在這里茁壯成長；其次我要感謝工學(xué)院的老師們，他們不僅教會我們專業(yè)方面的知識，而且教會我 們做人做事的道理。最后感謝校方為我們提供一個良好的環(huán)境，使本次設(shè)計圓滿完成。 參考文獻 [1]西北工業(yè)大學(xué)機械原理及機械零件教研室 .機械設(shè)計第八版.高等教育出版社.2002: 395-773. [2]吳宗澤，羅圣國.機械設(shè)計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社.2006.