气动高枝剪设计论文[带图纸].doc

南京林业大学毕业设计说明书南京林业大学本科毕业设计（论文）1题学专学目：院：业：号：气动高枝剪设计南方学院机械设计制造及其自动化学生姓名：指导教师：职称：副教授二O一三年五月十八日南京林业大学毕业设计说明书2气动高枝剪的设计摘要本次设计气动高枝剪是根据汽缸推动连接杆带动剪刀工作剪断树枝，结合气动射钉枪控制气流变化的原理进行设计的。国内外目前使用的气动修枝剪品种有很多，这些气动修枝剪可以适合各种树木（包括工业用材林和果树）的修剪，但是针对高大树木就会有一些局限性，而且使用的动力也是多种多样的。因此设计出一款适合高大树木修剪、采用的动力系统能适合农户作业要求的修枝剪是很重要的。本设计的重点在于汽缸与剪刀之间的连接装置，通过对气流的调节，使剪刀具有一定的剪切力，剪断树枝。气动高枝剪可以大大减轻农户的作业强度，该结构质量轻，可伸缩的调节杆可以用于各类型树枝的修剪工作，配以一些辅助设计，可以满足直径在15mm-30mm树枝的修剪工作。关键词：气动，剪切机构，设计南京林业大学毕业设计说明书3TheDesignofPneumaticHighBranchScissorsThegraduationdesignisthedesignofpneumatichighbranchesscissors.Alongwithourcountrythestrengthoffarmlandincreasegradually，inordertoreducethelaborintensitypruningbranchesfarmers，designakindofnewpneumaticfruittreesprunedmachine.Thismachinestructureissimple，lightquality，telescopiclinkrodcanexpandthescopeoftheoperation，thispruningmachineismainlybycylinder，telescopiclockingmechanism，guidespacerinstitutions，knives，connectingrodcomposition.Thistopicismaincontentpneumatichighbranchesscissorsprofileandtheresearchsituation，pneumatictechnologyapplicationinfruitpruningshears,cylinderselection,guidespacercomponentdesign,lockpositioningdevicedesign,movethespecificworkprocessthemcut.Thismachinecantrimbelowthe30mmindiameteroffruittreebranchescliphomework,operatingqualitycomplieswithagriculturaldemands.Keyword:Pneumatic,Rotaryshearingmechanism,design南京林业大学毕业设计说明书4目录1引言-52气动高枝剪简介及国内外研究现状-62.1气动高枝剪简介-62.2气动高枝剪的原理与过程-62.3气动高枝剪在国内外的代表型号和研究状况-72.4现在使用的高枝剪存在的问题-72.5设计的内容、要求及研究意义-83气动技术在果树修枝剪中的应用-83.1单作用气缸与传统气动修枝剪原理-83.2串联气缸与新型气动修枝剪原理-94气动高枝剪的设计-114.1气缸的选择-114.1.1气缸理论输出拉力计算-114.1.2气缸直径的计算-124.1.3验算所选气缸-134.1.4气缸耗气量的计算-155连接机构的计算-175.1汽缸与连接杆1的计算-175.2连接杆1与剪刀之间的连接机构连接杆2的计算-195.3汽缸与伸缩杆之间的连接汽缸与伸缩杆连接件设计-205.4汽缸复位装置的设计-215.5剪刀支撑座的设计方法-216伸缩杆气流控制系统的设计-236.1气动高枝剪伸缩杆机构的设计-247剪刀的设计-268总结-279致谢-28参考文献-29南京林业大学毕业设计说明书51引言树枝的修剪是各种水果生产中的一个重要环节，它关系到树木的长势，水果的产量以及质量的高低。目前，国内的果树修枝工作基本上靠人工使用手动修枝剪和手锯来完成，尤其是对于比较高的树枝，修剪时需要登梯作业。这种方式劳动强度大、效率低，而且还具有一定的危险性。为了改变这种落后的生产方式，设计了一种气动果树修枝剪。本课题设计的果枝剪采用了气动技术，气缸是气动技术中最基础的组件之一，它将压缩空气的动力转换为机械作用力，是气动技术中使用最多的执行组件。根据使用条件不同，其结构、形状也有多种形式。最常用的分类就是根据作用力的方向将其分为单作用气缸和双作用气缸。果树修枝剪是果树剪枝作业中最常用的工具。由于果林修枝作业时间集中，劳动强度大，人们发明了动力修枝机具。气动修枝剪就是气动技术应用在果林修枝领域的新产品。气动修枝剪以其省力、高效、耐用等特点在欧美发达国家得到广泛应用，近年来我国也有部分地区引进、推广和应用。随着气缸技术的发展，气动修枝剪也在不断的应用新的气动技术。从传统的气动修枝剪到新型的气动修枝剪，朝着轻便、强劲、操作舒适等方向发展。本论文就气动技术在气动修枝剪中的应用进行简要论述。本课题研究的气动高枝剪是一种伸缩型气动修枝剪，包括由剪刀片和剪架体构成的剪刀机构，其中：一相互套叠可伸缩的内管和外管，内管前端装置剪刀机构，外管前端装置锁紧定位装置，外管的后端装置动力源，即气缸，气缸的活塞与一贯穿于伸缩杆内的操纵连杆的一端固装，该操纵连杆的另一端与剪刀机构的驱动臂连接。一导向定距构件紧配合装置在内管里，该机构具有借由固定板固装在下连杆上的导向套，导向套上留有引导锁紧定位装置上的定位销定向滑动的导向槽，可受锁紧定位装置上的定位销触压的弹簧片和下连杆依次固装在固定板上，紧固弹簧片和下连杆的汽缸与伸缩杆连接件凸伸形成定位销，与上连杆的定位孔配合实现连杆锁定。南京林业大学毕业设计说明书62气动高枝剪简介及国内外研究现状2.1气动高枝剪简介林果业迅速的发展，带动了农村经济的发展，给农民奔小康增加了一条路。但是，目前果树管理基本上处于人工操作，相对制约了林果业的产业化发展，实现果树管理机械化是果农的迫切要求。在果树管理中，剪枝是一项主要环节，人工剪枝每天只能剪2030棵树，且修剪时撕裂果树枝现象时有发生，高枝修剪需用梯子或爬树，增加了操作危险性。此外，人工剪枝时的攀登还容易造成树干或主枝伤断，影响果树产量。应用气动剪枝机不但比人工提高工效12倍，而且也能避免人工剪枝出现的各种问题，具有广泛的推广前景。该设备主要包括动力源部分、工作件部分及配套附件。其中动力源部分由汽油机及压缩气泵组成，额定输工作部件有气动低枝剪、气动高枝剪、气动低枝剪、气动割灌机、气动绿篱修剪机、气动油锯等。低枝剪重量为550790g，可剪直径030mm的所有枝条；高枝剪重2000g，可剪直径0-30mm的所有枝条，剪枝高度可达4m；绿篱修剪机重3800g，剪幅为550ram；油锯重200，可锯直径200mm以下的枝干；害灌机重2800g，各种工作部件所需工作气压均为1.0MP。附件包括高压输气管及快速接头,每根高压输气管长30m，可使操作者持工作部件远离动力气源进行灵活作业，所有操作只需轻轻按动控制手柄在瞬间完成。气动剪枝机能够剪各类不同树种、树龄的果树，剪枝质量达到和超过人工剪枝质量，工效提高1.211.77倍；对树龄长、树干较高、树枝较粗的果树剪枝时，生产成本低于人工剪枝成本；对剪枝量少，尤其是大枝剪量较少的果树剪枝时，修剪成本与人工剪枝成本相当。气动剪枝技术有广泛的推广应用前景。2.2气动高枝剪的原理与过程低矮的灌木以及较低的树枝可以站在地面上通过正常的工作来修剪，但是对于较高的树枝就毫无办法，气动高枝剪可以通过调节伸缩杆的长度来实现不同高度的剪切，首先将伸缩杆延展到合适的高度，将固定圆锥销插入已加工好的圆孔，从而达到固定伸缩杆的长度的要求，然后通过在伸缩杆尾部的气流控制阀实现对剪刀的剪切与闭合的控制，对于较高树枝的剪切，不仅可以使林木的生长高度增加，也可以提高工业用林的成材率和果树的结果率。2.3气动高枝剪在国内外的代表型号和研究状况南京林业大学毕业设计说明书7气动修剪机具在国外有一百多年的发展历史，技术和产品已经相当成熟。目前国外生产果树气动修剪机具较为著名的厂商主要有瑞士的FELCO公司、意大利的CAMPAGNOLA公司、LISAM公司、日本的爱丽斯ARS公司等。我国台湾有许多公司生产气动剪枝机及相关产品，大多数以生产气动修枝剪为主包括吉生机械股份有限公司、泓沛兴业有限公司、STORMTEK、LeoChampionEnterprise等公司，不但为其他国际知名企业代工生产，还研发自己的产品，并有所创新。孙永勇、陈全钦设计的一种具有可调整延长杆的气动剪，其内置螺旋状可伸缩气管，在延长杆伸缩时气管可随之改变形态和长度，并保证良好的气密性，这种设计不仅减轻了延长杆的质量，还大大降低了制造成本。由于国产气动果树剪枝机比国外引进的剪枝机在价格上要低很多，所以在一些地区已逐渐被果农所接受，得到了推广应用。相信不久的将来，气动果树剪枝机将得到快速发展。2.4现在使用的高枝剪存在的问题1）机具设计针对性不强。国内气动剪枝机的生产刚刚起步，作为关键部件的气动修枝剪还是以模仿国外的产品为主，产品品种还比较少，大多数产品以满足普通低矮树木作业为主，最大修剪高度在5m以下，最大修剪树枝直径为1530mm，对高大树木的修剪还缺乏相应的产品。另外，许多产品的设计也没有针对本地区的作业需求做相应的改进。2）配套动力不合理。存在资源浪费现象目前国内气动树木剪枝机所使用的空压机绝大多数为工程用活塞式汽油，柴油，空气压缩机，没有针对剪枝机的作业特点进行改进，在使用中发现许多问题，如机器振动大、能耗高、移动不便等。同时，以拖拉机等其他农用动力机械作为配套动力的气动剪枝机还很少，农户手中大量的农机动力无法在这方面得到充分利用，动力重复购置，造成不必要的浪费。3）功能单一。动力、气源、系统利用率低除气动剪枝机以外，其他农用气动工具很少。动力、气源用途单一，在剪枝作业以外的时间大多闲置。2.5设计的内容、要求及研究意义本次设计的剪切式气动高枝剪，能够避免目前高枝剪本身所具有的剪枝高（南京林业大学毕业设计说明书8度低、功能单一等缺点，在剪刀上连接了一个汽缸使用空气压缩机提供动力，降低了劳动强度，提高了作业效率，并且具有环境污染小和使用灵活等优点，具有广阔的市场前景。本文通过给定条件最大剪枝直径30mm，对气动高枝剪的整体结构进行设计，包括汽缸的选用，压缩机的选取和连接杆的计算等。本次设计主要内容是：折合不少于2.5张0号图纸的工作量，包括：（1）高枝剪的总装图；（2）气力传动方案等部件装配图；3）所有非标零件图；（4）用计算机辅助设计软件绘制高枝剪图样，和设计说明书的撰写。3气动技术在果树修枝剪中的应用气缸是气动技术中最基础的组件之一，它将压缩空气的动力转换为机械作用力，是气动技术中使用最多的执行组件。根据使用条件不同，其结构、形状也有多种形式。最常用的分类就是根据作用力的方向将其分为单作用气缸和双作用气缸。3.1单作用气缸与传统气动修枝剪原理单作用气缸是气缸中较为基础的元件，它只有一个方向的运动是靠气压传动，活塞的复位是靠弹簧力或自重或其他外力。其原理如图31所示。图31单作用气缸简图传统的气动修枝剪的工作原理就是一个靠弹簧力复位的单作用气缸。活塞杆推动的是剪刀组件中的动刀运动，与定刀咬合，完成剪切动作。气动修枝剪作为一个手动控制的气动工具，要求操作简单方便，如果使用双作用气缸，则需要两根进气管，会增加操作麻烦。事实上，修剪作业只是在剪切时需要较大的力量，在回位时不需要多大的力量，因此，单作用气缸完全能够满足要求。图32a)所示的是传统气动剪的结构和组成。南京林业大学毕业设计说明书9其工作原理如下：当开关阀2(单向阀)按下时，压缩空气由气接头12进入，推动内置的活塞11运动，动力由活塞杆9传递给剪刀组件中的动刀5，动刀5和定刀6咬合完成剪切树枝动作，动作结束后，由回位弹簧8将活塞11顶回初始位置，并带动动刀6回位，无杆腔内空气从开关阀2的出气口排除。该类气动剪的代表就是如图32b）所示的意大利某公司的F/4型传统气动修枝剪，该剪重量仅为790g，最高工作压力为1.0MPa，最大剪切直径可达35mm，耗气量为80L/min。该类型的气动修枝剪为了增大推力，以能够达到最大剪切直径，在使用压