茶树修剪机的设计

欢迎下载本文档参考使用，如果有疑问或者需要CAD图纸的请联系q1484406321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THE DESIGN OF TEA LEAF CROPPER学生姓名：谢 鑫学 号：200841914125年级专业及班级：2008级机械设计制造及其自动化（1）班指导老师及职称：李明 副教授 学 部：理工学部湖南长沙提交日期：2012年5月目 录摘要1关键词11. 前言21.1. 绪论21.2. 国内外同类研究概况21.2.1. 修剪机的研制31.2.2. 对茶树重修剪机的研究32. 设计任务33. 设计分析43.1. 传动路线的拟定43.1.1. 对传动方案的要求43.1.2. 拟定传动方案43.2. 汽油机的选择53.3. 带轮的设计63.3.1. 带的设计63.3.2. 带设计94. 轴的设计与校验124.1. 轴的设计124.2. 轴的设计154.3. 轴的设计185. 刀片结构的设计及材料的选择21结束语22参 考 文 献22致 谢23茶树修剪机的设计学 生：谢 鑫指导老师：李 明(湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128)摘 要：由于我国茶历史悠久，种植地域广泛，迫切需要机械修剪器具来代替手工修剪机械修剪是解决劳力不足和降低生产成本的根本途径。本课题即针对成龄茶树的深修剪、衰老茶树的重修剪或台刈面临的问题及现有修剪设备的不足，研究出一种全新的茶树重修剪机械设备，并对整机各结构部件进行协调，对修剪机所用刀片的材料、结构进行分析，研制配套的传动系统，相应的带轮，轴，机架，并进行计算和装配图的绘制。关键词：重修剪；刀片的材料；传动系统；带轮；轴。The design of tea leaf cropperAuthor: Xin XieTutor: Mr Li(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract：because our country with a long history of tea, planting areas widely, the urgent is needed to solve the shortage of labor and the basic way to reduce the production cost instead of manual mechanical clip and ordinary clip the machine used to weighing clip is to belong to destructive use, should not be commonly advocate. This topic is for being grown deep trim, the tea tree of aging weighing clip or Taiwan to mow and the problems facing the clip of the shortcomings of the existing equipment, developed a new tea tree weighing clip mechanical equipment, and to coordinate the various components, the clip blade materials used machine, analyzed the structure, the development of the supporting transmission system, the corresponding belt wheel, shaft, rack, and calculation and the drawing of assembly drawings Key words：weighing clip；the blades materials；transmission system；pulleys；shaft. 1 前言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。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，这就是常说的“鸡爪枝”， 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，就得采用重修剪技术，剪去密集细弱的鸡爪枝层，使茶树重新抽发新枝，提高育芽能力，延长茶树高产稳产年限。1.1 绪论 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3040cm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。1.2 国内外同类研究概况目前，国内科研人员对茶树的修剪研究多集中于茶树的轻修剪、中修剪机械研制及应用上，而在专门用于老茶树或未老先衰茶树的重修剪机械的研究与应用上，还基本处于空白状态。1.2.1修剪机的研制由于我国种茶历史悠久，种植地域广泛，迫切需要机械修剪器具来代替手工修剪，因此国内在茶树修剪机具的研制上，已取得了很大进步，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，其主要技术参数为：主机重量：2.5kg；电压：24v；杆长：110cm；功率：100w；转速：6000转/分钟。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180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7-750型单人修剪机配日本单缸二冲程1.03(1.4马力)汽油机，采用平刀片往复式切割，切割幅宽750。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。人工修剪每人8小时只能剪0.02hm2，需付酬金1750元/hm2；采用修剪机修剪，二人8小时可修剪0.4hm2，人均工效为手工的10倍，与人工相比费用降低了1312.5元/hm2。采用修剪机进行重修剪时，人工重修剪每人8小时仅能剪0.0133hm2，每天工资需40元，需付酬金3000元/hm2；用修剪机勉强凑合使用，两人用双人修剪机作主修剪，另一人用单人修剪机补修遗留枝与边枝，三人可修剪0.2hm2，工效是手剪的5倍，生产成本是1963元/hm2。与手工相比可降低成本1037元/hm2。1999年单临安市的深修剪工作就可节约劳力1050工，节约生产成本30580余元；重修剪工作可节约成本13820余元，节约劳力800工。1.2.2 对茶树重修剪机的研究 通过以上科技人员的研究结果可以看出，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重修剪任务，这迫切需要国内的科技工作者研究开发出一种专门用于老茶树的重修剪机械。综观国内外，目前对老茶树重修剪方面的研究很少，而且研究领域也仅仅侧重于重修剪工作对茶树的影响及效应分析，对重修剪机械的开发和研制以及应用基本上还处于空白状态，本课题的开展将打破该领域的空白局面，属国内首创。2 设计任务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。主要技术指标：1）刀具使用寿命：720h左右；2）修剪树高：250cm；3）修剪幅宽：500cm；4）工作效率：最高0.24hm2/h；5）切口平整度：平均80；设计步骤1.基本结构的确定 2.根据基本结构计算分析各个零部件 3.根据设计说明画出总装图4.根据计算结果及总装图，画出各个零件3设计分析3.1 传动路线的拟定3.1.2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： 方案二： 图2.传动路线方案Fig2 Transmission line scheme考虑到经济性及机器的整体结构和传动所需要的准确性，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.汽油机的选择1、已知给定的参数如下： （1）.切削力F=200N； （2）.切削最大半径R=60mm; （3）.刀片转速n=1500r/min; 2汽油机的选择计算：（如图）T=FR=200N0.06m=12N.mPw =Tn/9550=121500/9550=1.8KW （1） （2）选择2E60C型汽油机，立轴，水冷，P=7.4KW n=2500r/min,T=53N.m 图3.刀片示意图Fig3.Blade diagram 2汽油机的选择计算：T=FR=200N0.06m=12N.mPw =Tn/9550=121500/9550=1.8KW （1） （2）选择2E60C型汽油机，立轴，水冷，P=7.4KW n=2500r/min,T=53N.m3.3带轮的设计3.3.1带的设计（1）确定计算功率 由表1查得=1.1 =1.17.4KW=8.14KW （3） （2）选择普通V带型号 根据=8.14KW =2500r/min 选用B型普通V带表1 工作情况系数KATable 1 Work coefficient KA 工 况 KA空、轻载起动重载起动每天工作小时数/h1616载荷变动微小液体搅拌机，通风机，和鼓风机（7.5kW）、离心式水泵和压缩机、轻型输送机1.01.11.21.11.21.3载荷变动小带式输送机（不均匀载荷）、通风机（7.5kW）、旋转式水泵和压缩机、发电机金属切削床、旋转筛、剧木机和木工机械1.11.21.31.21.31.4载荷变动较大制砖机、斗式提升机、往复式水泵和压缩机、起重机、磨粉机、冲剪机、橡胶机械、振动筛、纺织机械、重载运送机1.21.31.41.41.51.4载荷变动很大破碎机（旋转式。颚式等）、磨碎机（球磨、棒磨、管磨）1.31.41.51.51.61.8（3）确定带轮直径 选取=140mm 且=140mm125mm大带轮直径为=/=2500/1500140=233mm （4）选取标准植236mm,则实际传动比I,从动轮的转速分别为i=/=236/140=1.69 （5）=/i=2500/1.69=1479r/min从动轮的转速误差为（1479-1500）/1500100%=-1.4%在5%以内，为允许值（4）验算带速VV=/601000=18m/s （6）在5-25m/s的范围内。（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(+) （7）263a（7）确定V带根数ZZ/ （10）根据=140mm ，=2500r/min 用内插法得=3.8KW得功率增量为= （11）得=2.6494根据传动比i=1.69得=1.1202则=2.64942500（1-）=0.7KW得带长度修正系数=0.92 由表查得包角系数=0.99 得普通V带的根数Z=8.14/(3.8+0.7)0.920.99=1.98圆整后得Z=2（8）求初拉力及带轮轴上的压力图4.压力图Fig3.Pressure diagram查得B型普通V带每米质量q=0.17kg/m 得单根V带的初拉力为 = = =227.5N 可得作用在轴上的压力 =2Z （12） =22272 =904N（9）设计结果选择B-4000GB1171-89V带 , 中心距a=505mm ,带轮直径=140mm , =236mm ,轴上压力=904N3.3.2带设计 主动轮的转速1500r/min,从动轮转速1500r/min（1） 确定计算功率表2 工作情况系数KATable 2 Work coefficient KA 工 况 KA空、轻载起动重载起动每天工作小时数/h1616载荷变动微小液体搅拌机，通风机，和鼓风机（7.5kW）、离心式水泵和压缩机、轻型输送机1.01.11.21.11.21.3载荷变动小带式输送机（不均匀载荷）、通风机（7.5kW）、旋转式水泵和压缩机、发电机金属切削床、旋转筛、剧木机和木工机械1.11.21.31.21.31.4载荷变动较大制砖机、斗式提升机、往复式水泵和压缩机、起重机、磨粉机、冲剪机、橡胶机械、振动筛、纺织机械、重载运送机1.21.31.41.41.51.4载荷变动很大破碎机（旋转式。颚式等）、磨碎机（球磨、棒磨、管磨）1.31.41.51.51.61.8由表2查得=1.1 ，得1.17=7.7KW选择普通V带型号根据=7.7KW 选用B型普通V带（2） 确定带轮基准直径 选取=125mm ,且为B型V带最小直径大带轮直径为： =125=125mm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： 从动轮的转速误差率为： 100%=0 在5%以内，为允许值。（3）验算带速V 在5-25m/s范围内（4）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 0.07（）() 175500取=200mm =792.5mm选取基准长度=800mm a = =（5）校验小带轮包角得 =（6）确定V带根数Z 根据=125mm =1500r/min ,用内插法得 得功率增量为 得 根据传动i=1 ，查表8.19得=1则 =0 查得带长度修正系数 ，由图8.11查得包角系数 得普通V带根数 圆整得Z=2（7）求初拉力及带论轴上的压力查得B型普通V带的每米质量q=0.17kg/m ,得单根V带的初拉力为： =284N可得作用在轴上的压力为： =1136N（8）计算结果 选用2根B-GB1171-89V带，中心距a=200mm ,带轮直径 ，轴上压力4 轴的设计与校验4.1 轴的设计4.1.1 轴的计算 （1）选择轴的材料 ，确定许用应力因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13.4查得强度极限 ，再由表13.2查得许用弯曲应力（2）按扭强度估算轴径 ,得 （13）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 （14） 取h=2.5mm 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4.1.2轴的校验 （15）以B为基点 ， 在以C点为基点： （16） （17） （18） （19） （20） （21） （22） （23） 得，满足，故轴的设计满足要求。4.1.3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 ，基本额定功率为 轴的预期寿命取为 查表得 （24） （25） 故6307滚动轴承满足要求图4.轴的载荷分析图Fig4. The shaft load were4.1.4 键的选用选用10110 普通A型平键4.2 轴的设计4.2.1轴的计算 (1)选择轴的材料 ，确定许用应力 设计的轴对材料无特殊要求，故选用45钢并经调质处理，强度极限 ，再由表13.2查得许用弯曲应力(2)按扭强度估算轴径根据表13.1得 ,又由式(13.2)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h=2.5mm 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50m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4.2.2轴的校验 以B点为基点： 在以C点为基点： 得，满足，故轴的设计满足要求。图5.轴的载荷分析图 Fig5. The shaft load were 4.2.3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 ,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4.2.4 键的选用选择1056的普通A型平键4.3 轴的设计4.3.1 轴的计算 4.3.2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13.4查得强度极限 ，查得许用弯曲应力(1)按扭强度估算轴径根据表13.1得 ,又由式(13.2)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(2)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h=2.5mm 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(3)确定各轴段长 根据汽油机高度及整机结构，轴的总长为454mm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50mm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4.3.1轴的校验 以B点为基点： 在以C点为基点： 图5.轴的载荷分析图 Fig5. The shaft load were 得，满足，故轴的设计满足要求。4.3.2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 ，基本额定功率为轴的预期寿命取为 ,得 故6307滚动轴承满足要求4.3.3键的选用根据结构选择1040的普通A型平键5 刀片结构的设计及材料的选择(1)刀片的结构采用用圆盘形的刀盘，两边有装有两个对称的刀片，刀片示意图入图所视： 图5.刀片示意图Fig5.Blade diagram (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W18Cr4VW18Cr4V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.结 束 语经过自己和老师的共同努力，终于将毕业设计完成了。在这次毕业设计过程中，我们遇到了许许多多的问题，一遍又一遍的计算，一遍又一遍的修改，一遍又一遍的推敲机械结构，由于一开始对结构的设计不太完美，导致我们走了很多弯路。后来，在完全没老师的指导下，我们进一步对结构进行了修改和推敲，并得到了比较完善的框架结构。尽管这次设计的时间是短暂的，但是对我来说，收获却是很大的，俗话说的好“学到用时方恨少”，以前，我们只知道学知识，但是对知识的吸收和利用并不多，这次毕业设计，让我们再次温习了以前学过的知识，并联系起来，运用在自己的设计中。同时也对知识有了进一步的巩固，不仅让我们对茶树的生长和修剪有了进以步的了解，而且也让我们对office软件，和计算机绘图软件AutoCAD等工具软件有了熟练的掌握参考文献1 濮良贵, 纪名刚.机械设计M.高等教育出版社，2007年5月:10-20.2 李澄，吴天生，闻百桥.机械制图M，高等教育出版社，1997年7月：4-10.3 陈立德,机械设计基础M,高等教育出版社2000年8月：5-15.4 张定华,工程力学M，高等教育出版社，2