便携式林业采种机设计论文[带图纸].doc

南京林业大学本科毕业设计说明书-1-1-南京林业大学本科毕业设计题目：便携式林业采种机设计学院：南方学院专业：机械设计制造及其自动化学号：学生姓名：指导教师：职称：二O一三年六月南京林业大学本科毕业设计说明书-1-2-便携式林业采种机设计摘要近年来，随着营林事业的不断发展，世界各国造林工作量逐年大幅度增长，林业种子的需求量也随之增加，为满足林业生产、适应林业高速发展和林业现代化需要，种子工作尤其是采种工作必须不断提高经营水平。科学采种，以机械化采种代替繁重的手工采种，正受到越来越广泛的注意。便携式的林业采种机既可以适应各种复杂的环境又有高的效率，非常适合我国的国情。基于地形复杂、树林茂密的山林环境有着不可取代的优势。本文具体的设计了便携式林业采种机。完成了便携式林业采种机的理论分析、计算及结构设计。包括便携式林业采种机的总体设计、发动机的选型、离合器的设计、传动轴的设计、振动头的设计等。便携式林业采种机的工作原理是发动机带动离合器，通过软轴和传动杆连接齿轮，通过锥齿轮组减速器最后连接滑块把旋转运动转化成直线运动。关键词：林业采种；机械化；便携式林业采种机；南京林业大学本科毕业设计说明书-1-2-DesignofPortableForestrySeedHarvestersAbstractInrecentyears,asthecontinuousdevelopmentofthecauseofforest,allthecountriesintheworldhassubstantiallyincreasedafforestationwork.Thedemandofforestryseedsalsoincreased.Inordertomeettheneedsoftheforestryproduction,meettherequirementsofhigh-speeddevelopmentofforestryandforestrymodernization,especiallytheseedseedworkmustcontinuetoimprovemanagementlevel.Scientificseed,mechanizationseedinsteadofheavymanualseed,isreceivingmoreandmoreattention.Portableforestryseedharvesterscanadapttovariouscomplicatedenvironmentwithhighefficiency,verysuitableforChinasnationalconditions.Basedonthecomplexterrain,woodedmountainenvironmenthasanirreplaceableadvantage.Inthispaper,thespecificdesignoftheportableforestryseedharvesters.Completedtheportableforestryseedharvesterstheoryanalysis,calculationandstructuraldesign.Includingtheportableforestryseedharvestersoveralldesign,engineselection,clutchdesign,shaftdesign,thedesignofthevibrationhead.Theworkingprincipleofportableforestryseedharvestersisdrivenbytheengineclutchisconnectedthroughaflexibleshaft,gearandtransmissionrodisconnectedtotheslider,rotarymotionintolinearmotionthroughthebevelgearreduction.Keywords:forestryseedcollection；Mechanization；Portableforestryseedharvesters南京林业大学本科毕业设计说明书第1页共52页目录第一章绪论.11.1引言.11.2国内外林业采种设备现状.21.2.1国内林业采种设备现状概况.21.2.2国外林业采种设备现状概况.51.3本文主要研究工作.8第二章便携式林业采种机总体设计方案确定.92.1国内现有的同行设备的对比.92.1.1国内大型设备的对比.92.1.2国内小型设备的对比.92.2便携式林业采种机的总体设计.10第三章便携式林业采种机结构设计.123.1发动机的选型.123.2离合器的设计.133.3传动轴的设计.223.4振动头的设计.223.5把手的设计.36第四章便携式林业采种机的校核.39第五章设计总结与展望.45致谢.46参考文献.47附录.48南京林业大学本科毕业设计说明书第2页共52页第一章绪论1.1引言1949年新中国成立以来，我国先后共开展了七次全国森林资源清查。第七次全国森林资源清（20042008年）结果显示，全国森林面积19545.22万公顷，活立木总蓄积149.13亿立方米，森林蓄积137.21亿立方米，森林覆盖率20.36%，比1949年的8.6%净增11.76个百分点。我国森林面积居俄罗斯、巴西、加拿大、美国之后，列世界第五位；森林蓄积量居巴西、俄罗斯、美国、加拿大、刚果民主共和国之后，列世界第六位。我国人工林保存面积6168.84万公顷，蓄积19.61亿立方米，人工林面积列世界第一位。总体上看，我国森林资源仍存在总量不足、质量不高、分布不均衡的问题。我国的森林覆盖率只有世界平均水平30.3%的2/3，人均占有森林面积不到世界人均占有量0.62公顷的1/4，人均占有森林蓄积量仅相当于世界人均占有蓄积量68.54立方米的1/7强1。以上表明我国林业资源现状不容乐观。为了促进森林更新，提高营造林质量，急需大量、优质林木种子。林木种子的采收具有很强的季节性，适宜的采种期很短。采收过早，种子没有完全成熟，种实青瘪，品质低劣，不耐贮藏；采收过晚，种子脱落飞散，或造鸟兽危害，造成损失。因此，在采种作业时，除了要做到适时采种，还必须尽可能的加快采种速度，提高采种效率和采种质量2。林木种子的采收方法按被采种树木所处的状态可以分为两大类：一类是从伐倒木上采种；另一类是从生长的立木上采种。从伐倒木上采种既方便又安全，而且采集效率高，但这种采种方法对母树的破坏是毁灭性的。从生长的立木上采种，困难较大，长期以来采种技术很难有新的突破2。目前，林业采种以人工上树采种和大型机械采种为主。人工上树采种工效低、危险性大，而且易使母树遭受损伤，影响来年结实。大型机械设备庞大、成本高，不适合我国国情。因此，研制一种体积小、重量轻、价廉耐用的便携式林业采种机是当务之急3。南京林业大学本科毕业设计说明书第3页共52页1.2国内外林业采种设备现状1.2.1国内林业采种设备现状概况在国内，林木种子的采集仍以人工上树的作业方式为主，工效低、危险性大，而且易使母树遭受损伤,影响来年结实3。我国的采种技术和装备研究开展较晚，但是经过多年的努力，也取得了不少的成果，其中不乏一些先进的采种设备，国外目前正在使用的技术装备，基本上国内都开展了研究。50年代已有采种钩、采种镰、锯齿啮合式撸种器等。后来，又研制出上树机具、人力移动采种梯、振动机等。有关单位研制出一些新型的采种机械，如CJ-50高空作业采种机、CJ-1型落叶松立木采种工具、TD-40型抖动式林木采种装置、电动林木采种机等4。CJ-1型落叶松立木采种工具包由上树工具、采摘和收集工具，安全防护用具组成。上树工具为一具双刺脚蹬，重1.4kg，固定在脚和小腿上。采摘工具和球果收集装置。采摘工具采用的梳齿式采摘剪，由工作头和工具柄构成，工作头设计为圆形内梳齿和平行圆弧齿的形状，用铝合金制成。工具柄设计为多节可伸缩式，总长度3.6m，用玻璃布基层压管制成。在采种梳横梁前方加装了由弹性钢丝支撑的布袋，袋口直径为30cm，深25cm。被梳下的球果可直接掉人袋内。CJ-1型立木采种工具包具有轻便安全、操作简单、采集同步、制造使用成本较低等优点，但劳动强度大，效率低。适用于种子园、母树林和用材林等的种子采集工作，效率为2.45kg/h，经济社会效益和生态效益显著5。CJ-50高空作业采种机（如图1）由原黑龙江省木材采运研究所研制，属升降台式采种辅助设备。选用林业中使用普遍的CJ-50履带式集材拖拉机作为底盘，在其上装有一具折臂式升降机构，升降机构末端装有供工作人员站立的工作台。整机为液压驱动，在底盘的变速箱侧面布置有取力装置带动液压油泵工作。CJ-50高空作业采种机整机重量为7800kg，最大作业高度14m，最大作业幅度6.4m，工作额定载荷200kg，每小时可采球果3032kg，效率是人工上树采种的35倍。CJ-50高空作业采种机解决了人工上树采种爬树难，劳动强度大，摘取球果困难，破坏母树树冠等采种作业中的实际问题，提高了采种作业的效率6。但机体笨重，在林间工作困难。南京林业大学本科毕业设计说明书第4页共52页图1CJ-50高空作业采种机CZ-13林木自行升降式采种机由东北林业大学与黑龙江帯岭林科所联合研制，属升降台式采种设备。该采种机由底盘、整体式支架、折叠式起升机构、工作台和液压与控制系统组成，底盘选用的是北汽生产的轻型越野货车，具有出色的越野能力和充足的动力输出，能够保证人工种子园内的行驶要求。该采种设备专为山地、林地等立地条件差，地面坡度较大的使用环境设计，通过整体式支架的调平功能可以满足地面坡度为012的种子园采种作业要求。CZ-13林木自行升降式采种机全重为2860kg，最大作业高度13m，最大幅度3m，每小时可采集球果50kg以上，解决了山地大坡度条件下的采种作业难题。RBT14型林木球果采集机器人（如图2）由东北林业大学研制。是目前国内最先进，自动化与智能化程度最高，技术最复杂的专业采种设备。该机器人大量使用了先进的自动控制和传感器技术，通过单片机和程序来控制机器人动作和采种作业，不仅代表了国内林业机器人发展水平和专用采种设备的最先进技术，在国际上也代表了最先进的采种技术和设备6，但由于机体笨大，造价高，在林中通过困难。RBT14型林木球果采集机器人由行走机构、机械手、液压系统和单片机控制系统等构成，机器人全重8750kg，最大采集高度为14m，最大采集半径6.8m，每小时能采摘落叶松球果50kg，效率是人工采摘的3035倍，工作人员可以站在地面上即可控制机器人进行球果采集作业7-8。工作时，先将机器人停放在距母35m远处，通过分控制系统操纵机械手对准某一棵母树。之后，单片机系统控制机械手大、小臂同时柔性升起到达一定高度，采集爪张开并摆动，对准要采集的树枝，大、小臂同时运动，使采集爪沿着树枝生长方向趋近1.52m，然后采集爪的梳齿夹拢树技，大、小臂带动采集爪按原路向后缩回，梳下枝上的球果，完成一次采摘。单片机再控制采集爪向上或向下移动，对准另一根树枝后重复上述动作。采集完一颗树后，转动机械手对准下一颗母树，重复上述动作，便可完成一个站位的周边树木的采集工作7-10。南京林业大学本科毕业设计说明书第5页共52页图2RBT14型林木球果采集机器人1.车架；2.回转盘；3.立柱；4.大臂；5.小臂；6.梳齿状采集抓；7.集果箱TD-40型抖动式林木采种装置由黑龙江省带岭林科所研制，属于震动式采种工具。其携带方便，操作容易，作业安全，对于立地条件复杂、大型机械使用困难及条件恶劣的种子园，具有很好的使用效果。工作时，工作人员利用可伸缩的举升杆，将双臂处于张开状态的抱树器举升到所采母树树干的一定高度处，拉动抱树器抱合控制索，抱树器双臂抱合，然后将绷索的另一端钩挂在抱树器上，再将绷索的另一端固定在距母树适当位置的立木或树桩上，并借助紧索器将绷索拉紧。采种人员用击打棒(长1.8m，直径56cm)用力打击绷索，借助绷索产生的拉力摇动树干，将球果抖落。该抖动式林木采种装置全重不超过20kg，两名工作人员即可操作，每小时可完成58棵树木的种子采集工作11-12，但采种劳动强度大，效率低。图3采种装置工艺示意图1.抱树器抱合控制索；2.索套开钩控制索；3.举升杆；4.抱树器；5.索套；6.绷索；7.紧索器；8.绷索固定桩黑龙江省林科院和黑龙江省牡丹江特种车辆改装厂联合研制了一种体积小，重量轻，价廉耐用的便携式震动采种机。该便携式振动采种机由动力部分、传动部分、振动头和夹紧装置等4部分组成（见图4）。动力部分为一部小型柴油机，输出的动力通过传动轴传至振动头，带动振动头中的偏心轴转动产生激振波，并经过底板夹紧装置传递给树干，最南京林业大学本科毕业设计说明书第6页共52页终振动波在树干和树枝中传递到达球果，使球果产生共振，抖落成熟的种子。该采种机全重仅20kg，树径在2540cm的树木均可使用，每小时可完成1015棵树木的种子采集，平均震动1020s就可将70%的成熟球果中的种子震落，效率是人工采集