单刃面绿篱修剪机的设计

1摘要绿篱修剪机是一种小型园林修剪机械，每年绿篱都要进行修剪，这对维护绿篱旺盛的生长，加强树冠新梢的密度有着很好的作用，并能设计成各种需要的造型。现有的绿篱修剪机存在不少问题，例如手持部分重量过重，劳动强度大等缺点。针对这些缺点本人进行了一些设计希望能改善单刃面绿篱修剪机，能在很大强度上降低劳动者的劳动强度，提高工作效率，适用于各种绿篱松墙及树球的整形修剪，也可用于茶树剪枝整冠作业，适用范围广，可实现一机多用的目的。设计的机器有以下特点：1、适应性强，操作安全。2、重量轻、振动小、噪音低，为操作者提供了一个良好的工作条件，大大减轻了工人的劳动强度。3、作业质量较好，性能稳定。关键字：绿篱修剪机，现状与发展。2AbstractHedgetrimmersisasmallgardenpruningmachinery,theannualHedgepruningshouldbecarriedout,whichhasagoodroletomaintaintheHedgestronggrowth,enhancethedensityofthecanopyshootsandcanbedesignedtotheshapeofavarietyofneeds.Theexistinghedgetrimmerstherearemanyproblems,suchasthehand-heldpartoftheweightistooheavy,labor-intensiveandothershortcomings.Addresstheseshortcomings,Ihopesomedesigncanimprovethesingle-bladesurfacehedgetrimmers,greatstrength,reducethelaborintensityofworkers,improveworkefficiency,suitableforthevariousHedgeloosewallandthepruningofthetreeball,teatreepruningcanbeusedthewholecrownjobforawiderange,canachievethepurposeoftheuseofamachine.Thedesignofthemachinehasthefollowingcharacteristics:1,adaptable,safeoperation.2,lightweight,smallvibration,lownoise,andprovidestheoperatorwithagoodworkingconditions,greatlyreducingthelaborintensity.3,betterjobqualityandstableperformance.Keywords:Hedgetrimmers,statusquoanddevelopment.3目录第一章绪论.51.1引言.51.2国外单刃绿篱修剪机发展概况.51.3国内单刃绿篱修剪机发展概况.61.4本文研究的目的及意义.8第二章单刃绿篱修剪机的设计方案.92.1绿篱修剪机的比较和选择.92.2单刃绿篱修剪机的组成及工作原理.102.2.1单刃绿篱修剪机的组成.102.2.2单刃绿篱修剪机的工作原理.10第三章单刃绿篱修剪机的机构设计.123.1发动机的选择.123.2离合器的选择.123.3绿篱修剪机刀片及其保护壳的设计.183.4减速器的设计计算与校核.193.5绿篱修剪机把手的设计.243.6单刃绿篱修剪机的减振降噪措施.253.7单刃绿篱修剪机的使用注意事项.253.7.1修剪机的操作规程.253.7.2修剪机的操作顺序.263.7.3修剪机的维护保养要点.26第四章总结.284.1总结.284.2展望.28致谢.29参考文献.314第一章绪论1.1引言改革开放促进了城市建设和发展，也给城市园林绿化工作提出了更高的要求。当一座座建筑群拔地而起，紧随的是园林绿化工作的进行。为了改善人们的工作，学习和生活环境，改善城市地区的卫生和气候条件，保护居民的身体健康，创造一个优美舒适和安静的环境，必须增加城市的绿地面积和建设各种娱乐场所。因此，美化和绿化是城市建设和发展的重要标志之一。随着城市园林绿化的发展，必然促进了园林绿化机械的应用和发展。目前我国园林绿地中绿篱的用量很大，根据CJJ/T1985-2002城市园林绿地分类标准，其中G1公共绿地，G4居住区绿地，G5附属绿地中都有大量绿篱应用，但其主要功能局限于分隔道路，作为绿地边界以及模纹绿篱。随着生活水平的提高，人们对生活环境的要求也是越来越高，绿篱在城市道路和园林绿化中也占有重要的地位，因为它可以被修剪成各种各样的造型，而且能相互组合，从而提高观赏效果和城市美化，让人们观赏之后心情愉悦。此外，绿篱空间围合兼有视线遮挡的功能，可以将环境中不美观的事物遮挡起来，还具有隔离防护和防止噪音等作用。但是绿篱会长成各样的造型，所以为了获得造型各异的绿篱，需要按规定进行不同的修剪作业，因此对绿篱的修剪工作非常重要，所以单刃面绿篱修剪机的研究与设计也有着非同寻常的意义。1.2国外单刃绿篱修剪机发展概况国外对绿篱修剪机的开发研究较早,起点高、水平亦较高,广泛采用现代科技成果,如工程塑料、CDI无触点电子点火等,整机重量轻、功率大、使用操作灵巧,并形成了系列产品。20世纪80年代后，在欧美发达国家，随着经济的进一步发展，人名生活水平和住房条件进一步改善，单刃绿篱修剪机已经走进千家万户，逐渐成为家庭的必备机具，在美国和加拿大的中产阶级家庭中已经基本普及。单刃绿篱修剪机以汽油机作动力的，也有电动的，切割机械以往复式居多，日本的小松，德国的STIHL,瑞典的HUSQVARAN，意大利的HAPPY等均生产各种不同规格的便携式绿篱修剪机，欧洲还生产一种车载臂架悬挂式绿篱修剪机。20世纪90年代,这些先进国家的绿篱修剪机械陆续进入我国种植基地。国外先进的绿篱修剪机械技术比较完善,机具品种齐全,性能可靠,但价格昂贵。目前,欧美各国几乎所有的农机公司都生产绿篱修剪机械且已形成系列化,能满足各种绿篱修剪作业的需要。其主要结构、技术性能指标至今没有大的变化,只是在操作舒适性和电子计算机应用方面有所改进。据统计，2002年我国进口的园林草坪机械类产品为3790万美元，主要来自这些著名品牌。如图2所示，是日本的小松单刃绿篱修剪机5图1小松单刃绿篱修剪机如图2所示，是德国的STIHL单刃绿篱修剪机图2德国STIHL单刃绿篱修剪机1.3国内单刃绿篱修剪机发展概况我国对于绿篱修剪机的研究起步于20世纪60年代,目前国内生产厂家仍较少,而且产品质量大,性能落后,品种单一,规格少,不能形成系列产品,无法满足各种用户需求。从60年代中期开始研制绿篱修剪机，目前已有单人、双人和重修剪机等机种。单人修剪机由一人手提操作，主要用于绿篱的轻修剪和深修剪，同时，也可用作机械化绿篱的修边，使绿篱行间留出20厘米的间距，以利机器的通过和操作。单人修剪机有机动和电动两种类型。60年代中期，中国农业科学院茶叶研究所等单位研制的中频电动手提式绿篱修剪机，就是以汽油机带动的中频发电机组为电源，中频微型电机作动力的电动机型，使用双动往复刀片，切割幅宽300毫米。但是，使用较多的还是以汽油机为动力的机动型，采用平行往复刀片，切割幅宽750毫米，中国农科院茶叶研究所和安徽省农业机械研究所近年来研制的单人修剪机都属这种类型。我国不少园林机械厂研制出了自己的机器，如以下几种机型，比如北京园林机械厂研制的以中频电机为动力的双动往复刀片式，上海园林工具厂生产的电动旋刀式，刀片呈辐射状，定刀片对枝条起支承作用，动刀片旋转则进行切割，该机需6配12V的蓄电池。从使用角度看，配置不大合理，效率不是很高。现在对这类机具一般采7用进口的较好。如日本产E7B750，HT750型，此机动力系单杠4冲程汽油机，体积小，重量轻，噪音小，工作效率高。目前在我国城市道路以及企事业单位的道路绿篱普遍采用的是手持式油锯，目前只生产LT系列便携式绿篱修剪机。统计资料显示，2002年我国出口的园林机械类产品已达6620万美元，其中出口到欧洲和北美发达国家的有4730万美元，这是一项了不起的成绩。如图3所示，是我国生产的永佳单刃绿篱修剪机图3永佳单刃绿篱修剪机如图4所示，是我国生产的粤兴单刃绿篱修剪机图4粤兴单刃绿篱修剪机综上所述，单刃绿篱修剪机在我国具有广泛的市场，绿篱修剪机发展到今天,技术水平日益完善,我们只有充分利用现代科技成果才能使国产割灌机达到国际先进水平,并在市场上占有一席之地。8国内外对单刃绿篱修剪机的研究，主要集中在对单杠汽油机为动力的手持式油锯和手动修枝剪等园艺剪枝器具，研究的主要方面在于如何提高其刀具的使用寿命上，而对电动器具的研究与发展则少有发展，因此，设计一种依靠蓄电池提供能源，由直流电动机驱动连续成形修剪的新型绿篱修剪机来代替，由单杠汽油机驱动的绿篱修剪机，用以克服上述缺点，其应用前景看好。综合看来，国内园林绿化机械的品种还比较单一，性能、质量和制造水平还比较落后，与国外发达国家相比有很大差距，总体上国内目前仍然处于园林绿化机械发展的初始阶段，发展前景十分广阔，我们应当研究和跟踪西方国家绿篱修剪机发展的历史，借鉴他们的经验和教训，以便缩小与西方国家的差距。1.4本文研究的目的及意义进入21世纪以后，国内外绿篱修剪机的发展速度飞快，其发展总趋势是：（1）继续大力开发绿篱修剪机的新产品，加速老产品的更新换代，新产品将向操作自动化，舒适化方向发展（2）在90年代，步行操作自走式取代推行式，而进入21世纪更加先进，能实现无极变速，操作更加简单。随着国家对环保意识的进一步加强,我国政府出台了一系列保护生态环境的政策,使得林业部门对林业机械的需求也发生了重大变化;伐木机械的需求量急剧减少,那么营林机械必将有很大的增加。由于营林作业的种类繁多,因而营林机械的种类也很多,绿篱修剪机作为营林机械的一种，其用途广泛、操作简便、使用灵活的特点，必然大受欢迎。目前,全世界绿篱修剪机的年产量约为300多万台。日本是世界上生产和使用绿篱修剪机最多的国家之一,产量高，出口广泛。我国绿篱修剪机的研制起步较晚,而且产量低,品种少,已远远不能满足国民经济飞速发展的需要。作为世界农业大国,绿篱修剪机在我国潜在着巨大的市场,开发高性能绿篱修剪机已势在必行。本次课题研究的是单刃绿篱修剪机，从国产的单刃绿篱修剪机情况来看，除了设计绿篱修剪机的结构和部件方案的选择外，可以在一下两个方面进行设计创新：减轻机具的震动以及在机具质量上的减轻。另外，不同类型的单刃绿篱修剪机，都有着不同程度上的噪声，因此，减少机体工作时的噪声，也是设计的一个重要部分，从而减少对操作者的伤害。9第二章单刃绿篱修剪机的设计方案2.1绿篱修剪机的比较和选择绿篱机又称绿篱剪，适用于茶叶修剪、公园、庭园、路旁树篱等园林绿化方面专业修剪。绿篱机的分类：手持式、背负式、车载式绿篱修剪机。目前绿篱修剪机的使用范围较广，如在公园修剪各种各样的绿篱带，在茶园修剪茶树。随着国家对生态环境的重视，全民环保意识的增强，人们对生活环境的要求越来越高，对园林绿化机械的需求也在逐步加大，因而用于园林绿化的轻型绿篱修剪机的需求也在大幅增加，综观园林机械市场，我们不难发现也不可否认，国外的绿篱修剪机占领着绝大部分市场，从最早的日本的小松，德国的STIHL,瑞典的HUSQVARAN，意大利的HAPPY等，再到Efco、Jonsered等，大大小小十几个品牌，纷纷进占中国市场，中国有着非常大的市场，同时由于我们遭受了环境破坏所带来的恶果，国家正加倍地保护环境，由此所带来的无限商机使得国外企业源源不断地进入，要想冲出重围，在园林机械市场上立足，并与世界列强抗衡是非常困难的，但也不是不可能，关键在于我们如何取长补短，并迎头赶上，制造出让外国人刮目相看的拥有优秀性能的绿篱修剪机。对于绿篱修剪机而言，其类型不同，作业对象、作业地点就有差异，操作起来也有所差别。以下是对手持式和背负式的比较：（1）手持式绿篱修剪机采用主要由发动机、离合器、减速器、传动装置，操纵装置等组成。在传动轴的一端配置0.752千瓦的单缸二冲程风冷汽油机和离心式摩擦离合器；另一端安装由减速器和切割刀具组成的工作部件。工作部件的类型很多，常用的为单刃刀片和双刃刀片两种。机具重约612千克,转速约45005000转/分。（2）背负式绿篱修剪机。用软轴传动，一般构造与手持式绿篱修剪机相似，不同的是其发动机背在操作者背上，切割部件由软轴传动，发动机功率一般为0.751.2千瓦。发动机与背架之间以两点联接并装有特制橡胶件以隔振。软轴为套装在软管内的钢丝挠性轴，用以传递扭矩。软管为敷有橡胶保护套的金属编织网包住的钢带缠卷的螺纹管，以防尘土侵入轴内并保持轴表面的润滑油。割幅一般在70CM左右。但是最终因为考虑到使用的方便性，我们选择了手持式绿篱修剪机的方案。102.2单刃绿篱修剪机的组成及工作原理2.2.1单刃绿篱修剪机的组成本次课题研究的单刃绿篱修剪机为手持式绿篱修剪机机。手持式绿篱修剪机由以下部分组成，包括汽油机，传动机构，手柄，开关及刀片机构等。其结构简图如图5所示，图5单刃绿篱修剪机结构简图1.手柄2.油箱3.启动器4.发动机5.大齿轮6.离合碟7.离合器8.小齿轮9.齿轮轴10.万向轴11.曲柄连杆12.箱盖2.2.2单刃绿篱修剪机的工作原理单刃绿篱修剪机的工作原理比较简便，发动机通过万向轴将动力传送至离合器，操作者通过安装在工作杆上的手油门控制发动机的供油量来调整转速。当发动机的转速接近工作转速时,自动离心式离合器的两个离合块在离心力的作用下,克服弹簧拉力与离合碟结合,带动离合碟转动,离合碟又通过轴带动减速器小齿轮转动,小齿轮带动大齿轮转动，与大齿轮上下连接的双偏心滑块机构处于工作状态,使刀片可以进行往复切割运动，从而进行切割作业。需转移作业地点时,可关小手油门,发动机转速下降,离合器的飞块由于弹簧的拉力与离合碟分离,切割装置停止转动,发动机处于怠速状态。单刃绿篱修剪机使用前，必须进行一系列检查和准备工作。将机器停止在水平位置上，首先检查燃油箱和冷却水箱，打开水箱盖，按手册要求加入适量的冷却水，盖上水箱盖，打开油箱盖，加入符合要求的燃油，燃油不要加得太满，盖上并拧紧油箱盖，检查刀片是11否完好，否则要及时更换或调整。把发动机开关拨到“开”（ON）的位置。推动注油阀，直到溢油管中有油液流动。拉起动绳起动（或起动器）。把阻塞杆拨到半开的位置，让发12动机空转3-5分钟。把阻塞杆拨到“开”（ON）的位置，轻轻地捏紧油门调节杠杆，然后突然松开，使得自锁解除。此时发动机按额定转速正常工作。开始修剪绿篱时应保持平顺整齐，高低一致。一般把修剪机向下倾斜5-10（度）。相对修剪对象引成微少倾角能使修剪省力，轻便，并确保具有较好的剪切质量。要保持操作者身体处在汽化器一侧，绝不允许处于排气管一端，以免被废气烫伤。按工作需要调节控制油门（即转速）。发动机运转速度过高是不必要的。工作完毕后停机，关闭油门。清洁外壳。待用。13第三章单刃绿篱修剪机的机构设计3.1发动机的选择发动机一般选用风冷二冲程，发动机转速为7500r/min，排量为23.6cc，功率0.8KW（1.1PS），油箱0.47L，因此选择小松HTZ7510/CHTZ6010风冷二冲程发动机。发动机的工作原理如下：发动机气缸体上有三个孔，即进气孔、排气孔和换气孔，这三个孔分别在一定时刻由活塞关闭。其工作循环包含两个行程：1.第一行程：活塞自下止点向上移动，三个气孔同时被关闭后，进入气缸的混合气被压缩；在进气孔露出时，可燃混合气流入曲轴箱。2.第二冲程：活塞压缩到上止点附近时，火花塞点燃可燃混合气，燃气膨胀推动活塞下移作功。这时进气孔关闭，密闭在曲轴箱内的可燃混合气被压缩；当活塞接近下止点时排气孔开启，废气冲出；随后换气孔开启，受预压的可燃混合气冲人气缸，驱除废气，进行换气过程。如图6所示，是发动机的结构图：图6发动机结构图3.2离合器的选择离合器位于发动机和变速箱之间的飞轮壳内，用螺钉将离合器总成固定在飞轮的后平面上，离合器的输出轴就是变速箱的输入轴。离合器类似于开关，接合或断离动力传递作用，离合器机构其主动部分与从动部分可以暂时分离，又可以逐渐接合，并且在传动过程中还要有可能相对转动。离合器的主动件与从动件之间不可采用刚性联系。离合器分为电磁离合器、磁粉离合器、摩擦式离合器和液力离合器。本次设计选择摩14擦式离合器，其特点更符合本次设计的要求。如图7所示的离合器：图7离合器1）.确定总体设计方案由于滑块为两块，而离合器允许外径偏小，考虑到便于布置零件，故采用压缩弹簧的形式，离心块与被动盘间隙取为1mm，满足要求且便于计算。滑块离心式摩擦离合器主要用于草坪机械。2）.确定离合器需要传递的扭矩：由最大输出扭矩为5.93N.m，1扭矩储备系数，故发动机最大输出扭矩=7.116NM3）.初定结合转速：因结合转速n2(1.251.45)n1这里系数取1.25，由发动机怠速n1=2900r/min15计算得n2=3625r/min4）.确定离合器结构形式由初始给定数据条件，离心块数量为2，即Z=2；确定被动盘直径D=50mm,壁厚取2mm，离合器离心块与被动盘间隙，因摩擦配合为石棉石棉，石棉厚度取为4mm，则被动盘半径R=25-2-6-1=16mm；由离心块质心半径选取范围r=(0.60.8)R，再结合初步确定的离心块结构和形状，初步选r=13mm；离心块与被动盘材料均选45号钢，由于摩擦配合为石棉石棉，故离心块与被动盘结合面均贴一层石棉，摩擦系数f选为0.5.5）.初定离心块质量离心块质量须满足两个条件：结合转速n2时P2=Pn=mrw22式中：P2结合转速n2时离心块产生的离心力；Pn弹簧对离心块张紧力的径向分力；w2结合转速n2时的角速度。传递最大扭矩Mf时(P4Pn)fRZ=P4=mrw42Mf=(mrw42mrw22)fRZ=mr(w42w22)fRZm=r(w42w2Mf2)fRZ2=r(n42Mf900n22)fRZ2式中：n4发动机最大扭矩Mf时的转速；w4发动机最大扭矩Mf时的角速度；f离心块与被动盘内表面的摩擦系数（钢对钢：f0.15；钢对石棉：f0.30；16石棉对石棉：f0.360.50，这里取0.5）由发动机外特性参数：n4=7500r/min，n2=3625r/min，代入其他数据：R=16mm，Z=2，f=0.5，Mf=7.116NM，r=13mm，计算得m=0.072kg。6）.计算弹簧在各个工况下受力结合转速时：P2=Pn=mrw22=0.07213103(36252)2=134.74N。60怠速时弹簧压缩力：P1=0.07213103(29002)2=86.24N。607）验证离合器高度因离合器允许高度为20mm，而h取值范围为（12）d；选定滑块结构为扇形，包角=120，中间挖空一定尺寸放置弹簧与螺栓，则由V=m，列方程得1(R76)2h222(12)218106=0.07232材料为45钢，故这里=7.8103kg/m3解得h15mm，h24mm。故离合器高度满足要求。8）滑块的质心验算由扇形形心计算公式：X=2rsin，设计滑块=60；32再由组合图形的形心计算公式：x=A1x1A2x2A1A2,y=A1y1A2y2A1A2，计算得滑块质心约为21mm；验算结合转速n2=2925r/min，与理论计算值n2=3625r/min相差不大，故初选质心符合要求。9）弹簧的设计计算计算弹簧刚度由：怠速时弹簧所受压力：P1=81.2N178FC3max02结合时弹簧最大工作压力：Pn=126.8N由胡克定律：PnP1=KX,X=1mm，计算得K=45.6N/mm故弹簧初始压缩量为X0=P1=K1.78mm选择与验算弹簧具体参数弹簧材料选类65Mn碳素钢丝，初选弹簧指数C=5，中径D2=8mm，查表得K=1.31估算簧丝直径d=D/C=1.6mm，查表得B=1800MPa，=0.4B,j=1.25=900MPa簧丝直径：由d1.6KFnC计算得d=1.61.31126.85=1.72mm0.41800根据标准圆整为d=1.8mm工作圈数n1：由n1=Gdmax，而=x+x=1+1.78=2.78mmmax计算得n1=3.2，圆整为3.5.总圈数n：弹簧选择冷卷，则总圈数n=2+3.5=5.5工作极限载荷：Pj=d38KD2j=205.6N21工作极限载荷下的变形：Fj=Dnj=4.2mm余隙：=0.1d=0.18mmGKd节距：t=(0.30.5)，D2取为3.6mm中径：D2=Cd=9mm外径：D=D2+d=10.8mm内径：D1=D2d=7.2mm自由高度：H0=n1t+1.5d=16.3mm，根据标准圆整为18mm186)螺纹升角：=arctantD2=5.74，在59之间，符合使用条件2展开长度：L=DnD2n=155mmcos验算稳定性：b=H0D2=2b=3.7，故C值符合要求疲劳强度校核：max=8KD2Pn=81.319126.8=653MPad3弹簧满足条件，可用。10）轴承的选取与校核3.141.83由输出轴直径与轴所受的载荷，初选轴承为GB/T29219947004AC角接触球轴承，主要尺寸为d=22mm,D=44mm,B=12mm由于轴承所受的最大径向力为Fr=Pn=126.8N，轴向力主要为轴的轴向窜动，可认为Fa/Fre，故P=Fr=126.8N。由机械的工作情况查表可得轴承在此离合器中寿命为40008000h而由：Lh=10(C60nPn取最高转速8000r/min，=3，P=126.8N，此轴承的基本额定载荷Cr=10.5KN。极限动载荷Cj=fhfdPfnftfh寿命系数，由轴承要求寿命查表取得2.52fn转速系数，由输出轴最高转速查表取得0.16fd动载荷系数，由轴承工作环境情况查表取得1.4ft温度系数，由轴承估计工作温度查表取得1计算得Cj=2.796KN，得CjCr，故轴承满足工作条件。11）螺钉与垫片根据实际使用情况，选择GB/T652000M4开槽圆柱头螺钉6个，M6开槽圆柱头螺钉一个，GB/T29.11988M4六角头头部带槽螺栓两个；GB/T894.11986A型轴用弹性挡圈一个；GB/T952002C级平垫圈七个；GB/T8551988双耳止动垫圈两个。1912）胶粘剂的选择：石棉与滑块，石棉与被动盘的连接均使用胶粘剂，根据离合器各项性能参数，为保证稳定持久和高强度粘接，选用热固性树脂：环氧聚硫橡胶类胶粘剂。3.3绿篱修剪机刀片及其保护壳的设计现有的绿篱修剪的刀具形式主要有旋转式刀具修剪和直线往复式刀具修剪两种形式，考虑成本及安装空间的影响，选用直线往复式刀具的形式设计刀具。直线往复式刀具主要是依据剪刀原理，通过两个刀片的相对运动，实现侧向刀刃的啮合，最终达到修剪的目的。目前市场上的刀片剪切的方式主要有两种，一种是两个刀片都运动，一种是只有一个刀片运动。而刀片的运动多是通过将动力源传出的旋转动作转换为动刀片的直线往复运动。出于成本以及刀具安装空间的考虑，选用单刀动作的方式，采用曲柄连杆机构实现直线往复运动。（1）刀片结构设计：由于修剪宽度较大，故单个刀刃设计较大，一方面可以增加单个刀刃的强度，另一方面也可以增强整个刀片的刚度，具体设计如图8所示：图8主刀片刀片均采用45钢材料，单刃长宽=2016mm，工作过程中，主刀组有效切削刀刃数为19个，有效切削宽度为0.7m，侧刀组有效切削刀刃数为19个，有效切削宽度为0.7m，刀刃中心线间距32mm，则刀片相对运动行程为100mm。刀刃切削的重复度按50%计算，则切屑速度为1000次/分钟，一次往复运动实现2次切割，每分钟剪切1000次，则刀片往复运动为500次/分钟。（2）刀片保护壳设计：由于考虑到操作人员的安全性及对刀片的保护，因此本次设计针对单刃绿篱修剪机的特性设计了如图所示的刀片保护壳，具体设计如图9所示20图9刀片保护壳该刀片保护壳还可以根据绿篱修剪机的用途进行改造，例如，当需要当成茶树修剪机的时候该保护壳可以设计成茶叶收集装置，方便茶叶的采集，真正的实现一机多用。3.4减速器的设计算与校核本次设计的适用于单刃绿篱修剪机的减速器如图10所示图10圆柱齿轮减速器圆柱齿轮的设计（1）选择材料，确定试验齿轮的疲劳极限应力：参考表16.2-59、60、65，选择齿轮材料为：小齿轮：38SiMnMo，调质，硬度320340HBS大齿轮：35SiMn，调质，硬度280300HBS由图16.2-17及图16.2-26，查得：Hlim1=790N/mm2，Hlim2=760N/mm2，FE1=640N/mm2，FE2=600N/mm2，（2）按接触强度初步确定中心距，并初步选主要参数。2032按表16.2-33a483(u+1)KT1uaHP小齿轮传递的转矩T1：T1=9550P=9550n11.53625=3.9517Nm载荷系数：K=1.5齿宽系数：a=0.4齿数比：u=5.1许用接触应力：Hlim按表16.2-33760HP=，取最小安全系数SHmin=1.1，按大齿轮计算SHminHP2=1.1=691N/mm2将以上数据代入计算中心距的公式得a55.89mm圆整为标准中心距a=56mmmn=（0.0070.02）a=(0.3921.12)mm取mn=1mm取=90，cos=0.988z1=2acosmn(u+1)=15.49取z1=9，z2=46精求螺旋角mn(z1+z2)cos=2a=0.491mt=mncos=2.04mmd1=mtz1=18.36mm21b=aa=22.4mm22（3）校核齿面接触疲劳强度按表16.2-34H=ZHZEZFtbd1u+1uKAKVKHKH分度圆上的圆周力：2T1Ft=430Nd1使用系数：KA=1.5，查表16.2-36，动载系数：按式16.2-12K1z1u2K=1+(KA=Ftb+K2)1001+u2d1n1=601000=3.48m/s按表16.2-39K1=39.1，K2=0.0193将有关数值代入公式得K=1.33齿向载荷分布系数：按表16.2-40，KH=1.12+0.18(齿向载荷分配系数：查表16.2-42，KH=1.2节点区域系数：查表16.2-15，ZH=2.47b)2+0.2310-3b=1.40d1查表16.2-43，ZE=189.8N/mm2接触强度计算的重合度及螺旋角系数Z:当量齿数：z1=z1cos3=76.0323z2=z2cos3=388.6当量齿轮的端面重合度：va=1+a2，查图16.2-10得1=0.83，2=0.91，所以，va=1.74查图16.2-11，纵向重合度=1.55查图16.2-16，Z=0.76将以上各数值代入齿面接触应力计算公式得H=798N/mm2计算安全系数：按表16.2-34HlimZNZLVRZWZXSH=H寿命系数：ZNT=1，长期工作，取为无限寿命设计润滑油膜影响系数：查图16.2-19，40=220mm2/s，ZLVR=0.95工作硬化系数：取ZW=1接触强度计算得尺寸系数：查图16.2-22，ZX=1将以上数值代入安全系数的计算公式得SH1=1.13，SH2=1.16SHSHmin，故安全（4）校核翅根弯曲疲劳强度按表16.2-34FtF=bmnKAKVKFKFYFSY弯曲强度计算的在和分布系数：KF=KH=1.4924弯曲强度计算的载荷分配系数：KF=KH=1.2复合齿形系数：查图16.2-23，得YFS1=4,.03，YFS2=3.96弯曲强度计算的重合度与螺旋角系数：查图16.2-25，Y=0.63将以上各数值代入齿根弯曲应力计算公式得F1=172N/mm2YFS2F2=F1YFS1=169N/mm2计算安全系数：按表16.2-34FEYNTYrelTYRrelTYXSF=F寿命系数：YNT=1，长期工作，取为无限寿命设计相对齿根圆角敏感系数：查图16.2-23，查表16.2-48，YrelT1=YrelT2=1相对齿根表面状况系数：查表16.2-71，齿面粗糙度Ra1=Ra2=1.6um，按式16.2-21，YRrelT=1尺寸系数：查图16.2-28，YX=1将以上数值代入安全系数的公式得SF1=3.72，SF2=3.55，由表16.2-46，取SFmin=1.6SF1及SF2均大于SFmin，故安全。253.5绿篱修剪机把手的设计本次课题研究了手柄的宽度、握持点的空间位置对最大水平操作力的影响。因为在绿篱修剪工作,当刀片切割绿篱时,需要较大的水平操作力,而水平操作力的大小直接影响作业时的身体平衡。如果操作力过大会导致人体失衡而引起跌倒,特别是在噪声、振动、热负荷以及重量负荷的综合作用下,人体的平衡功能会受到影响。如果有较大的横向水平力作用于身体,其跌倒潜在危险性会增加。因此,以减少水平操作力为目的的手柄与操作者的人机几何关系研究具有重要的意义。手柄宽度、前后距离以及握持高度对操作力都有显著的影响,并且手柄宽度、前后距离与握持高度具有显著的交互作用。因此,单刃绿篱修剪机前后把手的人机界面参数的合理化直接影响操作力,对操作者的疲劳、稳定性、安全性以及作业效率产生影响。如图11所示前后把手图：图11后把手图26图12前把手图3.6单刃绿篱修剪机的减振降噪措施单刃绿篱修剪机虽然工作灵巧、方便，但相对的也会产生噪声，对操作者有较大影响，高速运转的传动件所产生的机械噪声是整机的主要噪声源之一。长期在恶劣的噪声环境中工作会导致职业性耳聋,并且在4KHz附近容易产生听力损伤，这是职业性耳聋的特点，所以绿篱修剪机工作时应尽量防止噪声过大，并使用消音器。3.7单刃绿篱修剪机的使用注意事项3.7.1修剪机的操作规程（1）操作者应按产品使用说明书规定，正常使用。（2）修剪绿篱带的枝条密度最大枝杆直径应与使用的绿篱修剪机性能参数相符。（3）工作时修剪机必须处于正常的技术状态。刀片转动或往复运动应灵活。旋刀式修剪机定刀和动力间隙1mm以下，往复式修剪机闭合后接触面间隙不超过0.15mm。（4）发动机在常温下正常工作时，起动三次允许拉动起动绳三回。其中至少有一回起动成功。若发动不着或起动困难，应找出原因，排除故障后，才能继续使用。（5）工作过程中要经常注意紧固联接件。按修剪质量情况及时调整刀片间隙或更换损坏26零件。不允许带着故障工作。（6）修剪后的质量应平整，基本无漏剪、撕裂率小于10。3.7.2修剪机的操作顺序（1）加油。将无铅汽油（二行程机器）和机油按容积比为25：1的比例混合。将油充入油箱。加油时切记关闭发动机。（2）起动：1）把发动机开关拨到“开”（ON）的位置。2）推动注油阀，直到溢油管中有油液流动。3）拉起动绳起动（或起动器）。（3）把阻塞杆拨到半开的位置，让发动机空转3-5分钟。（4）把阻塞杆拨到“开”（ON）的位置，轻轻地捏紧油门调节杠杆，然后突然松开，使得自锁解除。此时发动机按额定转速正常工作。（5）开始修剪绿篱时应保持平顺整齐，高低一致。一般把修剪机向下倾斜5-10（度）。相对修剪对象引成微少倾角能使修剪省力，轻便，并确保具有较好的剪切质量。（6）要保持操作者身体处在汽化器一侧，绝不允许处于排气管一端，以免被废气烫伤。（7）按工作需要调节控制油门（即转速）。发动机运转速度过高是不必要的。（8）工作完毕后停机，关闭油门。清洁外壳。待用。3.7.3修剪机的维护保养要点（1）机具在使用前、使用中和使用后都要对各部件进行仔细检查。如发现机件损坏和紧固件松动、脱落，应及时更换与调整。不允许机具带病或缺件作业。（2）刀片每工作12小时要用机油润滑一次。每使用2030小时，给齿轮箱加注ZFG2复合钙基润滑脂一次。（3）修剪机最大的剪枝直径应不超过10毫米。作业中如剪到较粗的树枝或异物，感到机具声音异常，振动较大，应迅速关机，排出异物。（4）每工作50小时要用清洗剂或洗衣粉清洗空气滤芯器海绵，挤干，晒干。每工作150小时后清除火花塞积炭；每工作3个月后更换燃油过滤器一次。（5）每天使用后，要清洁机体，用清水洗净刀片上的茶汁，擦干后在油孔中注入机油。27（6）机具长期停放，应清除机体表面灰尘、杂物。放出油箱燃油。拆下火花塞，清除积炭，将缸内注入几滴清洁机油。装上火花塞，包装好置放干燥处。28第四章总结4.1总结国内绿篱修剪机械的品种还比较单一，性能、质量和制造水平还比较落后，与国外发达国家相比有很大差距，总体上国内目前仍然处于园林绿化机械发展的初始阶段，发展前景十分广阔，我们应当研究和跟踪西方国家绿篱修剪机发展的历史，借鉴他们的经验和教训，以便缩小与西方国家的差距。本论文在理论研究和实际分析设计的基础上，完成了单刃绿篱修剪机的设计的理论分析、计算及结构设计。但是，设计过程中由于内容多、时间紧，有些方面的考虑难免会出现欠缺，同时，其理论设计本身还有许多需要进一步完善的地方。对于这些人工操作的机械设备，应多考虑人机和谐，从而能更好的减轻使用者的操作疲劳和心里负担，能使人安全、舒服、高效的工作。4.2展望进入21世纪以后，国内外绿篱修剪机的发展速度飞快，其发展总趋势是：（1）继续大力开发绿篱修剪机的新产品，加速老产品的更新换代，新产品将向操作自动化，舒适化方向发展（2）在90年代，步行操作自走式取代推行式，而进入21世纪更加先进，能实现无极变速，操作更加简单（3）设计的机器还要符合一机多用的标准，考虑人机和谐，这样才能取得更高的工作效率。29致谢经过设计这段时间的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声。由于本身学识和经验的匮乏，对单刃绿篱修剪机的认识还有很多的不足之处，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有老师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。这次毕业设计是在导师周凤芳老师的悉心指导和关怀下完成的。在本设计过程中周凤芳老师认真为我答疑解惑，定时检查督促我们的设计工作，仔细地纠正我们的错误，耗费了她大量心血。她开阔的视野，敏锐的思维，严谨的治学态度使我受益匪浅，给了起到了指明灯的作用；她循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪，让我很快就感受到了设计的快乐并融入其中。其次我要感谢同组同学对我的帮助和指点，没有他们的帮助和提供资料，没有他们的鼓励和加油，这次毕业设计就不会如此的顺利进行。此次毕业设计历时三个月，是我大学学习中遇到过的时段最长、涉及内容最广、工作量最大的一次设计。用老师的一句话概括就是这次毕业设计相当如是把以前的小课程设计综合在一起的过程，只要把握住每个小课设的精华、环环紧扣、增强逻辑，那么这次的任务也就