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茶树修剪机的设计-论文 湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计茶树修剪机的设计DESIGN OF TEA TREE TRIMMERS 学 生 姓 名:曾艳凤 学 号:200741914227年级专业及班级:2007级机械设计与制造及其自动化(2)班 指导老师及职称:高英武 教授湖南?长沙 提交日期:2011年5月 目 录 摘要1关键词11前言21.1 研究的意义21.2 国内外研究现状22总体方案设计32.1 设计要求32.2 结构设计及工作原理33 设计分析43.1传动方案的确定43.1.1 对传动路线的要求43.1.2 选择传动方案43.2 驱动机的选择53.2.1 确定参数53.2.2 汽油机的选择计算53.3带的设计53.3.1 确定计算功率53.3.2 选择普通V带型号63.3.3 确定带轮直径 63.3.4 验算带速V63.3.5 确定带的基准长度和实际中心距a63.3.6 校验小带轮包角73.3.7 确定V带根数Z73.3.8 求初拉力及带轮轴上的压力83.3.9 设计结果83.4带的设计83.4.1 确定计算功率93.4.2 选择普通V带型号93.4.3 确定带轮基准直径 93.4.4 验算带速V93.4.5 确定带的基准长度和实际中心距93.4.6 校验小带轮包角103.4.7 确定V带根数Z103.4.8 求初拉力及带论轴上的压力113.4.9 计算结果113.5轴的设计113.5.1 轴的计算123.5.2 轴的校验133.5.3 轴承的选择143.5.4 键的选用153.6轴的设计153.6.1 轴的计算153.6.2 轴的校验163.6.3 轴承的选择173.6.4 键的选用184刀片的设计及材料的选择184.1 刀片的结构设计184.2 材料的选择185 总结19参考文献19致谢20附录20 茶树修剪机的设计学 生:曾艳凤指导老师:高英武湖南农业大学东方科技学院,长沙 410128 摘 要:中国作为茶叶生产大国,茶树修剪机的科技含量还不是很高,随着社会的发展,茶树修剪机也从重量型以及复杂型逐渐向轻巧型转变,从大功率向小型功率型转变,耗油也越来越少,动力也越来越强劲,故障率也越来越低。为很快适应社会的发展以及作为大国的责任,中国有足够的潜力和能力来做好这件事,作为中国人,我们应该认识到研究茶树修剪机的重要性,本课题即针对老龄茶树修剪、在茶树修剪过程中面临的问题及现有茶树修剪机的不足,研究出一种全新的茶树修剪机械设备,并对整机各结构部件进行协调,提高茶树修剪效率. 关键词:茶树;修剪机; 效率Design of Tea Tree Trimmers Student: Zeng YanFeng Tutor: Gao YingwuOriental Science &Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128,ChinaAbstract:China, as the largest producer of tea, but tea pruning machine has not very high technology content, with the development of society, the tea-tree pruning machine is changed from the heavy and complex type to the light, the power from the big to small, fuel consumption usage amount is less and less, power has become increasingly strong, the failure rate is getting lower and lower, To adapt quickly to the development of China,and the responsibility as a big country, China has enough potential and capacity to do this, as Chinese people, we should recognize the importance of tea tree trimmers. The subject is on aging tea pruning , the existing problems in pruning process and the defect of presented tea cutting machine, we developed a new mechanical equipment for pruning tea , coordinated all structure parts of the machine , to improve the efficiency of tea plant pruning Key words: tea tree; pruning machine; efficiency1 前言 茶树修剪机是随着茶的出现而出现并发展起来的,因为我们对茶的需求,所以我们得种植茶树,茶树修剪机就是伴随着茶的发展而发展起来的,是一种生产力,能让我们更好的养茶护茶,能让我们更加轻松的种出大量的茶,它为我们带来了方便。修剪是人为地抑制顶端主枝生长优势的措施,可刺激着生部位较低的芽萌发新技,增强树势,培养高产优质树冠。茶树修剪方法主要分为幼龄茶树的定形修剪、成龄茶树的轻修剪与深修剪,衰老茶树的重修剪等。成龄茶树经多年采摘和轻修剪后,采树冠摘面上会形成密集而细弱的分枝,这时,茶树新梢育芽能力减弱,生长乏力,茶叶产量和品质下降,为更新树冠采摘面,就得采用深修剪技术,剪去密集细弱的枝层,让茶树再次发芽抽枝,增强孕育能力,提高茶叶生产率。1.1 研究的意义 深修剪通常剪去冠面1015cm枝梢,目前茶树的深修剪工作一般用双人抬修剪机来实施,但双人抬修剪机比较笨重,且工作效率低。重修剪的对象则是半衰老和未老先衰的茶树。这种茶树,虽然骨干枝的抽生能力仍较强,但生产枝的育芽能力已很弱,芽叶瘦小,叶张薄细,轻伸修剪根本不起作用,即使采用深修剪也不能达到目的,这时,就得采用重修剪技术。重修剪茶树一般在离地2050cm处修剪树干。台刈则是比重修剪更为彻底的改造树冠的修剪技术,其对象是严重衰老的茶树,但目的与重修剪相同;茶树台刈后,从根颈部抽发的新枝能重新形成树冠。重修剪及台刈由于修剪的茶树枝干一般较粗,现有的茶树修剪机械很难担当大任、不但效率低,而且常出现露枝现象;因此许多地方还在采用人工以砍柴刀对枝干进行砍切修剪,劳动状况恶劣、劳作水平极其落后,另外人工砍切修剪对茶树生长是十分不利的。所以对茶树修剪机的设计迫在眉睫,市场需求量大。1.2 国内外研究现状 国内已有多家单位生产出了多款茶树修剪机。如南京秦淮园林机械厂生产的单人多功能电动茶树修剪机;该机具有环保节能,效率高,能耗小,对茶作物无污染等优点。浙江省生产的PSM110型茶树修剪机双人抬跨行作业机具,由两把锯齿型刀片作相对往复运动完成修剪作业。修剪机的动力选用日本三菱TL33PVD型汽油机。当汽油机运转达到一定速度时,离合器先带动风机运转,继而将动力传输到减速齿轮箱,减速齿轮与偏心机构设计在同一箱体内,通过一级齿轮减速,动力传到偏心机构,偏心机构上有偏心方向为180o的双凸台,带动连杆驱动刀片作往复运动,完成切割作业。国外如日产的E7B-750型单人修剪机配日本单缸二冲程1.03kW1.4马力汽油机,采用平刀片往复式切割,切割幅宽750mm。具有以下特点:重量轻、方便于单人操作,平形、弧形树冠均可使用,适应性很好;发动机性能好,操作简便,机身上设有停车按钮及汽油机调速控制手柄,刀片动、停、快、慢控制十分方便。 目前,国内外对茶树的轻、中修剪机械的研制及应用均已成熟。并进入大面积应用的推广期。 但是华南农业大学的覃松林研究分析了单、双人茶树修剪机使用时应该注意的问题,他重点指出,单人修剪机和双人修剪机不准作老茶树的深修剪和重修剪,否则机器将严重超载而遭到破坏。 通过以上研究结果可以看出,茶树修剪机无论是单人型还是双人型,都难以承担起老茶树的深修剪任务,这迫切需要国内的科技工作者研究开发出一种专门用于成龄茶树的深修剪机械。2 总体方案设计2.1 设计要求 a.茶树修剪成型机的研究 b.研究树修剪器的结构、材料及茶叶枝叶被修剪时修剪机刀片的运动分析主要受力零件的强度或寿命校核计算 c.行总体设计,画出总体结构图和部件图及零件图 d.完成课题内容,进行设计计算说明书一份 e.茶树修剪机的工作路线图、装配图、部件图和相关零件图,三张零号图纸。2.2 结构设计及工作原理 茶树修剪是人为地抑制顶端主枝生长优势的措施,可刺激着生部位较低的芽萌发新技,增强树势,培养高产优质树冠。茶树修剪方法主要有幼龄茶树的定形修剪、成龄茶树的轻修剪与深修剪,衰老茶树的重修剪及台刈等。机动修剪机械按工作头的型式可分为锯式和剪;按修剪机动力的类型上又可分四种:汽动;液压传动;电动;以小型汽油机为动力。采用低能耗、低污染的专用汽油机,开发环保型修剪工具。切割装置采用水平高旋转钩刀切割,可实现水平旋转切割的机构有曲柄连杆机构、曲柄滑框机构、摆环机构、行星齿轮传动机构、带轮机构,分析比较采用带轮传动机构来实现其传动方式。3 设计分析3.1 传动路线的确定3.1.1 对传动方案的要求 合理的传动方案,首先应满足工作机的功能要求,其次还应满足工作可靠、传动效率高、结构简单、尺寸紧凑、重量轻、成本低、工艺性好、使用和维护方便等要求 3.1.2 拟定传动方案 任何一个方案,要满足上述所有要求是十分困难的,要统筹兼顾,满足最主要的和最基本的要求。方案一:图1 机构传动简图一Fig1.The sketch of machine transimission方案二:图2 机构传动简图二Fig2.The sketch of machine transimission 考虑到经济性及机器的整体结构和传动所需要的准确性及经济性,我们分析决定采用结构比较简单的带轮传动,故我们选择第一种传动方案。3.2 驱动机的选择3.2.1 确定参数如下: (1)切削力F200N; (2)切削最大半径R60mm; (3)刀片转速n1500r/min; 图3刀片示意图Fig3 .The sketch of blade3.2.2 汽油机的选择计算 TFR200N0.06m12N.m 选择TL33PVD型汽油机,立轴,水冷,P7.4KW n2500r/min, T60N.m ,启动方式为反冲动,点火方式为无触点点火。3.3 带的设计3.3.1 确定计算功率 由机械设计第八版查得1.1 由公式(1)得 1.17.4KW8.14KW(1)3.3.2 选择普通V带型号 根据8.14KW ,2500r/min , 由机械设计第八版查得选用B型普通V带3.3.3 确定带轮直径 根据要求,查表选取140mm 且140mm125mm 大带轮直径为 /2500/1500140233mm 2 选取标准植236mm,则实际传动比i、从动轮的转速分别为: i/236/1401.69 3 /i2500/1.691479r/min4 从动轮的转速误差为 (1479-1500)/1500100%-1.4% 在5%以内,为允许值3.3.4 验算带速V V/60100018m/s 5 在5-25m/s的范围内。3.3.5 确定带的基准长度和实际中心距a 按结构设计要求初定中心距 0.7+a2+ 263a752 初定a500mm 由公式6得 2+/2+/46 2500+p140+236/2+236-1402/4500 1590.5mm由选取基准长度1600mm a+-/2500+1600-1590.5/2 (7) 505mm 中心距范围 a-0.015505-0.0151600481mm a+0.03505+0.031600553mm3.3.6 校验小带轮包角 -/a (8) -236-140/505 3.3.7 确定V带根数Z 由公式9得Z?/ (9) 根据140mm ,2500r/min 查机械设计用内插法得 3.8KW 由公式(10得功率增量为: (10) 由机械设计查得2.6494 根据传动比i1.69 ,查得1.1202 则2.64942500(1-)0.7KW 由机械设计查得带长度修正系数0.92,包角系数0.99 得普通V带的根数为: 由公式(9)得 Z8.14/3.8+0.70.920.991.98 圆整后得Z2跟3.3.8 求初拉力及带轮轴上的压力 图4 带及轴的受力图 Fig4 .The force sketch of belt and axle查得B型普通V带每米质量q0.17kg/m 根据公式11得单根V带的初拉力为 (11) 227.5N 由公式(12)可得作用在轴上的压力 (12)2Z22272 904N3.3.9 设计结果 选择2跟B-4000GB1171-89V带 , 中心距a505mm ,带轮直径140mm , 236mm ,轴上压力904N3.4 带的设计 主动轮的转速1500r/min,从动轮转速1500r/min3.4.1 确定计算功率 由机械设计查得1.1 ,由公式(1)得 1.177.7KW3.4.2 选择普通V带型号 根据7.7KW ,选用B型普通V带3.4.3 确定带轮基准直径 根据机械设计选取125mm ,且为B型V带最小直径由公式(13)大带轮直径为: 125125mm (13) 选取标准值为125mm ,则实际传动比i 、从动轮的实际转速分别为:(14) 从动轮的转速误差率为: 100%0 在5%以内,为允许值。3.4.4 验算带速V 在5-25m/s范围内3.4.5 确定带的基准长度和实际中心距 按结构设计要求初定中心距0.07() 175500 取200mm 由公式15得(15) 792.5mm 选取基准长度800mm 3.4.6 校验小带轮包角 由公式16得 (16) 3.4.7 确定V带根数Z (17) 根据125mm 1500r/min ,用内插法得 由式8.11得功率增量为 (18) 查得 根据传动i1 ,查得1则 0 查得带长度修正系数 ,包角系数得普通V带根数圆整得Z23.4.8 求初拉力及带论轴上的压力 图5 带及轴的受力图 Fig5.The force sketch of belt and axle 查得B型普通V带的每米质量q0.17kg/m ,根据公式19得单根V带的初拉力为:(19)284N 由公式20可得作用在轴上的压力为:20 1136N3.4.9 计算结果 选用2根B-GB1171-89V带,中心距a200mm ,带轮直径 ,轴上压力3.5 轴的设计3.5.1 轴的计算 (1)选择轴的材料 ,确定许用应力 因我们设计的轴对材料无特殊要求,故选用45钢并经调质处理,查得强度极限,再由表15-2查得许用弯曲应力 (2)按扭强度估算轴径 由机械设计手册查得 ,又公式21得(21) 因最小轴径处有键槽存在,故将估算增大3%5%取为19.1mm21.1mm 由设计手册查得标准直径 (3)设计轴的结构并绘制机构草图 a.确定各轴段直径 根据设计手册公式(22) 取h2.5mm 初选轴承6307 的直径根据轴承的内径决定取为 的直径也是根据轴承来定 取为 b.确定各轴段长 根据汽油机高度及整机结构,轴的总长为520mm 轴段的长度可以根据所选带轮宽螺母厚度及安装结构确定为125mm 轴段的长度根据轴承座端面和带轮的距离确定为26mm 轴段的长度轴承宽得21mm 轴段用装刀片,可根据刀片的厚度,螺母和垫片的厚度确定轴长为50mm 轴段的长也为轴承宽21mm 轴段的长和轴段的一样为26mm 最后留下的长度就为轴段的长3.5.2 轴的校验 以B为基点 , 在以C点为基点:(23) (24) (25) 26 弯曲应力27 查得,满足,故轴的设计满足要求。 图6 轴I的载荷分析图 Fig6.The analyse diagram of axleI load3.5.3 轴承的选择 应 所以只要边的轴承可用即可 初选轴承6307 GB/T276-1994,查表得基本额定功率为 轴的预期寿命取为 查表得 28 29 故6307滚动轴承满足要求3.5.4 键的选用 根据结构选用10110 普通A型平键3.6 轴的设计3.6.1 轴的计算 (1)选择轴的材料 ,确定许用应力 因我们设计的轴对材料无特殊要求,故选用45钢并经调质处理,由表15-1查得强度极限,再由表15-2查得许用弯曲应力 (2)按扭强度估算轴径 查得 ,又由公式(21)得 因最小轴径处有键槽存在,故将估算增大3%5%取为18.820.06mm 由设计手册查得标准直径(3)设计轴的结构并绘制机构草图 a.确定各轴段直径 根据设计手册公式 取h2.5mm 初选轴承6307 的直径根据轴承的内径决定取为 的直径也是根据轴承来定 取为 b.确定各轴段长 根据汽油机高度及整机结构,轴的总长为470mm 轴段的长度可以根据所选带轮宽螺母厚度及安装结构确定为66mm 轴段的长度根据轴承座端面和带轮的距离确定为27mm 轴段的长度轴承宽得21mm 轴段用装刀片,可根据刀片的厚度,螺母和垫片的厚度确定轴长为50mm 轴段的长也为轴承宽21mm 轴段根据轴承座端面和带轮的距离确定为26mm最后留下的长度就为轴段的长3.6.2 轴的校验 以B为基点 , 在以C点为基点: 弯曲应力查表得,满足,故轴的设计满足要求。 图7 轴II的载荷分析图 Fig7.The analyse diagram of axleII load3.6.3 轴承的选择 由 所以只要边的轴承可用即可 初选轴承6307 GB/T276-1994,查表得基本额定功率为 轴的预期寿命取为 查表得 故6307滚动轴承满足要求 表1 轴承参数Tab.1 Bearing parameters轴承代号 d mm D(mm) Bmm 6037 3580213.6.4 键的选用 根据结构选用1056 普通A型平键。4 刀片的设计及材料的选择4.1 刀片的结构设计 刀片的结构采用用旋转式的圆盘形的刀盘,两边有装有两个对称的刀片,刀片示意图如图3所示。4.2 材料的选择 刀片在高速的环境下工作,且在剪切过程中,刀片会受到很大的挤压力,摩擦也会很厉害,需要的硬度也比较高。根据这些我们决定选择W18Cr4V W18Cr4V是应用最广泛的高速钢,其性能只要有:热处理硬度可达63-66HRC,抗弯强度可达3500MPa,可磨性好。其优点:通用性强,工艺成熟。 热处理的主要特点:淬火加高温(1200摄氏度),以及回火时温度高(560摄氏度)左右、次数多达三次左右。采用高淬火温度是为了让难溶的特殊炭化物能充分溶入奥氏体,最终使马氏体中W、Mo、V等含量足够高,保证其热硬性足够高;回火温度5 总结 通过这次对修剪机的设计,本人在多方面都有所提高,综合运用本专业所学的课程理论知识如机械原理、机械设计、力学等运用的比较多以及生产实际知识对该课题进行了一次系统的设计,从而培养和提高了自己的独立工作能力,巩固与扩充了自己的专业知识。 在这次毕业设计过程中,我们遇到了许许多多的问题,也查阅了很多资料,一开始摸不着头脑,后来在高英武老师的指导下,通过自己不懈的努力,反复计算,反复修改,再三推敲机械结构,得出总体结构,再后来,在完全没老师的指导下,我们进一步对结构进行了推敲和优化,最终得到了比较满意的框架结构。 毕业设计是我们大学四年的最后一次阅兵,是对我们四年所学知识的检测与归纳,只有通过设计,才能发现问题,提出问题以及解决问题,也是我们从学生时代走上社会的最后一扇门,在这次设计的过程中,体现出自己单独设计的能力以及综合运用知识的能力,体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情,从中发现自己平时学习的不