手持便携式修剪装置的设计.doc

17 届毕业设计茶树修剪机的设计学生姓名 木合塔尔 学 号 8052214123 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 机电一体化 班 级 17-1 指导老师 张宏 日 期 2017 .05 塔里木大学机械电气化工程学院制前 言手持便携式修剪装置是一种小型茶园修剪器械。每年，茶园必须进行修剪，这对维护茶园旺盛的生长，加强树冠新梢的密度，有着良好的作用，并能达到培育有要求的树冠面。因此，修剪是茶园生长的主要技术措施之一。现有手持便携式修剪装置存在着手持部分重量过重，劳动强度大的缺点。本文设计了一种便携式双刃面往复式手持便携式修剪装置，采用电机为动力，通过减速装置传递到工作部分，与执行机构连接。减速器采用直齿圆柱齿轮，减速器将动力传到曲柄滑块机构，由曲柄滑块机构带动切割刀片做往复运动，切割刀片根据实地调研设计成与现种植茶园植物的宽幅相应的宽度，采用单动、双面刃刀片。本文所设计的往复式手持便携式修剪装置能在很大程度上降低劳动者的作业难度。本文所设计的手提往复式手持便携式修剪装置具有以下特点：1、机体自带电机,外接电源，适应性强，操作安全。2、减轻了工人操作时劳动的强度。3、作业质量较好，性能稳定。4、一机多用，既可用作茶园修剪整形，又可作为茶树修剪。5、适应范围广关键词：手持便携式修剪装置；电动；方便；环保目 录前 言11绪论2 1.1研究背景及意义2 1.2国内外修剪装机的发展概况2 1.3国内外修剪装机的发展概况32总体设计方案5 2.1总体结构5 2.2工作原理6 2.3主要技术参数73主要部件设计8 3.1动力选取8 3.2齿轮设计9 3.3轴的设计11 3.4轴承的选择14 3.5背架与其他部件的设计15总 结10致 谢11参考文献12塔里木大学毕业设计1绪论1.1 研究背景及意义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，采摘面上会形成密集而细弱的分枝，这就是常说的“鸡爪枝”，茶叶产量和品质逐渐下降。为更新茶树采摘面，可采用深修剪技术，剪除密集细弱的“鸡爪枝”层，使茶树重新抽发新枝，提高茶树发芽能力，延长茶树高产稳产年限。目前，农村对茶树进行的深修剪或者重修剪一般都才用的是人工用大剪刀进行修剪。这样不仅劳动强度大而且生产效率非常低。所以为了减少劳动者的劳动强度，提高生产效率，我们决定研发一种能对老茶树进行深修剪和重修剪的机器。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。重修剪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，修剪出来的枝不整齐，切口不平滑，易碎易裂，对茶树的发芽造成影响。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。本研究课题的深入开展以及由此所取得的技术进步，将对茶树的修剪产业起到很大的促进作用，全面提高我国种茶领域修剪环节的机械化、自动化水平，并取得良好的经济效益和社会效益。1.2国内外修剪装机的发展概况手持便携式修剪装置的知名品牌主要有STIHL、HUSQVARNA和HOMELITE等。美国RYOBI公司生产的HT系列手持便携式修剪装置有3个型号,即HT816R、HT818R和HT822R,都使用工频交流电动机,HT822R的功率为348W,重量2.7kg,修剪枝条最大直径9.5mm。HUSQVARNA生产的600HEL型手持便携式修剪装置,功率600W,重量3.3kg,修剪枝条直径为1.4cm,割幅55cm。德国STIHL生产的锯链导板式高枝剪,功率0.9kW,重量6.7 kg,装在伸缩杆上可用于修剪高或宽的茶园。日本小松公司生产的E7B70和HT750型，具有体积小、质量轻、噪音小和工作效率高等特点。我国对于手持便携式修剪装置的研制起步比较早，有如下几种类型，比如北京园林机械厂研制的以中频电机动力的双动往复刀片式，上海园林工具厂研究的电动旋刀式。我国生产的LJ3型便携式手持便携式修剪装置由二冲程小汽油机驱动,功率0.75kW,切割装置为双刀片往复式,每分钟往复1000次,修剪枝条直径15mm,割幅500mm,重量8kg。目前在我国采用的是各种手持便携式修剪装置，主要有手持式、背负式和机载自行式等几种，由于修剪茶园和茶树造型的作业地点变化较大，多采用以内燃机为动力的设备，也有一些小型的修剪设备以电动机为动力。1.3研究主要内容手持便携式修剪装置又称茶园机，是指以汽油机或电动机为动力用作茶园的修剪、整形等专用的机械，主要用于茶园修剪。手持便携式修剪装置按其动力可分为手持式汽油修剪机和手持式电动修剪机；按刀刃数量又分为单刃手持便携式修剪装置和双刃手持便携式修剪装置。目前以小型汽油机为动力的茶园剪机是主流产品。茶园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电新技，增强树势，培养高产优质树冠。茶园修剪方法主要有幼龄茶园的定形修剪、成龄茶园的轻修剪与深修剪，衰老茶园的重修剪等。我国以往的茶园修剪多是采用人工修枝剪进行的，费时费力，作业质量较差。从70年代中期开始研制手持便携式修剪装置，目前已有单人、双人和重修剪机等机种。本文是根据单人修剪机修改进行设计电动式的单人茶树修剪机，而单人修剪机是由一人手提操作，主要用于茶园的轻修剪和深修剪。同时,也可用作机械化茶园的修边，使茶园行间留出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。70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手持便携式修剪装置，就是以汽油机带动的中频电电机组为电源，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。这种修剪机由动力、传动机构、减速机构等组成。动力为0.75kw小汽油机切割器使用往复式刀片，动，往复频率为1000次/分。整机重量5公斤，工作时由一人手提操作，产生的动力，通过离合器、减速器和偏心凸轮带动刀片作往复运转，实现对茶树的切割，每小时可修剪茶地0.3亩左右。由于使用的汽油机应用了膜片式汽化器，并且吸油装置采用软管形式，使进油口在任何时候均可处于油箱内最低处，因此，可保证电动机能正常工作。由于刀片锋利，转速高，所以直径在10毫米以下的枝条，可一刀利落地切断。修剪后的蓬面整齐，能修剪出所要求的形状，修剪质量大大超过人工作业质量，而且节省劳力。适宜于我国茶园单人作业，尤其在适用于山区地区的茶园。图1-1 单人手提式茶园修剪机112总体设计方案2.1总体结构总体结构由以下几个方面组成（结构示意图如图2-1所示）：（1）动力源：电动机；（2）减速机构：齿轮减速器；（3）执行机构：往复式刀片机构；（4）传动机构：主要是转动轴；图2-4 总体布置图图2-1 总体布置图2.2工作原理根据图1-1修改设计的手持便携式修剪装置首先要通过一个动力源将动力传递出去。为了让往复式剪刀片达到所需要的速度，传递出去的动力应通过减速机构传递给转换机构再传递到执行构件。 图2-1电动茶园修剪机的结构组成本文可用的方案可分为蓄电池置于机架杆上和置于背架上两种，因此该机器有以下几种可能的方案可供选择：a.电瓶和电机组合，且电瓶和电机都置于机架上的方案，如图2-2a所示。由于电瓶的能量密度不高不适于较长时间的工作，且电瓶和电机的尺寸空间和重量受到限制因此影响切削的进行。b.如图2-2b所示，将电机置于机架上，考虑到使用时的方便性，把电瓶放在背部背着。这样不仅整体的空间更大，也使整机更加轻巧，所以此方案为更好。（a）（b）图 2-2 方案设计执行机构的方案：执行机构主要是刀片，刀片有圆盘锯和往复式刀片，本文采用的是单动双刃往复式刀片。图2-3 往复式刀片最终的方案：确定总方案为电机置于机架上，电瓶放在背部背着，刀片为单动双刃往复式刀片。2.3主要技术参数剪切力F=100N；切割幅宽750mm（茶树宽大约1000mm）；剪切最大直径10mm；刀片切割频率1000次/min；整机重8kg（根据所选材料并称量所得，机器5kg，电瓶3kg）效率：0.3亩/小时；3主要部件设计3.1动力选取修剪过程中的功率：本文采用无刷直流电动机为动力，刀片为单动双刃往复式刀片。由上文提到汽油机式的修剪机功率为0.75KW，由此查找相匹配的无刷式直流电动机功率为0.8KW，电机转速为4000r/min,由上文结构图2-1可以了解总体机构为3级传动，则有=123，根据主要技术参数可知刀片切割频率为1000次/min因此传动比取4为合适。计算传动装置传动比计算为： （3-1）电机的选择所选电机型号：10DK230-12图3-1电机构造图3.2齿轮设计该机一天工作8小时，工作年限为10年，锯切工作较平稳，转向不变。齿轮传动有直齿和圆锥齿。手持便携式修剪装置为往复式剪刀切，冲击较小，工作速度不是很高，故可选用7级精度。根据1选择直齿圆柱齿轮为45号钢。硬度为240HBS，而齿轮的材料为20Cr，并经调质及表面淬火，齿面硬度为56-60HRC，精度等级为7级。按硬度下限值，由1中图10-21（d）中的MQ级质量指标查的lim1=lim2=600MPa；由2图10-20（d）中的MQ级质量指标查得EF1=EF2=420Mpa, Flim1=Flim2=200MPa选小齿轮齿数Z1=14，大齿轮齿数Z2=414=563.2.1小齿轮分度圆直径计算由1中设计计算公式（109a）进行试算。既;d1t2.323(KtT1/du+1/uZHZE/H) (3-2)3.2.2载荷系数的计算根据V=4.68m/s，7级精度，由1图10-8查得动载荷系数=1.14直齿轮=1.2,由1表10-2查得使用系数=2由1表10-4查得7级精度，小齿轮相对于支承非对称布置时，=1.423由b/h=11.17/2.79=4.00，=1.423查1图10-13得=1.38故:K=21.141.21.423=3.893.2.3按实际的载荷系数校正所算得的分度值经由式1（10-10a）得 (3-2)3.2.4按齿根弯曲强度设计由式1（10-5）得弯曲强度的设计公式为(/(/)1/3 (3-2)确定公式内的各计算数值1）由1图10-2c查得=420MPa；=420MPa；2）由1图10-18查得系数=0.87；=0.90；取安全系数S=1.4，由式（10-12）得1=2=载荷系数K=3.773）查齿形系数 =2.91；=2.236；4）查应力校正系数由1表10-5查得=2.45=1.53；5）计算大、小齿轮的并加以比较/小齿轮的数值大3.3轴的设计设计计算(/)1/3 (3-3)=1.289综合分析考虑，取 m=1.5 =21mm算出小齿轮齿数=大齿轮的齿数=414=56这样设计出来的齿轮传动，即满足了接触疲劳强度，又满足了齿根疲劳强度。几何尺寸计算计算分度圆直径计算齿轮宽度验算假设成立，计算有效。3.3.1轴的强度校核计算因已知大小齿轮的分度圆直径分别为3.3.2求作用在齿轮上的力所以大小齿轮上的垂直切向力分别为：初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据1表26.3-2，取A01=130，A02=115，于是得 (3-3) (3-3)轴的最小直径显然是在安装齿轮的地方。而这两端还开出两个键槽，因此轴的直径在以上基础上还应当增加15%，再将轴圆整为标准直径。加上增量的轴直径为：d=9.645mm。轴的结构设计已知齿轮轴的最小直径为：9.645mm，将值圆整为标准值，取10mm,查机械设计手册选取装轴承处的直径为12mm。具体尺寸如图所示：图3-3 轴结构图3.3.3按钮转强度条件校核 (3-3)式中：扭矩切应力，单位为T轴所受的扭矩，单位 WT轴的抗扭截面系数，单位n轴的转速，单位r/minP轴传递的功率，单位为KW；d计算截面处轴的直径，单位为mm许用扭转切应力，单位为注：式中值是考虑了弯矩影响而降低了许用扭转切应力。在下列情况时，取较大值,A0取较小值：弯矩较小或只受扭矩作用、载荷平稳、无轴想载荷或只哟较小的轴向载荷、减速器的低速轴、轴只作单向旋转、；反之，取较小值，取较大值。分别按水平和垂直方向计算各力产生的弯矩.水平方向垂直方向最大扭矩为 3.4轴承的选择由2表28.2-6选取6302型深沟球轴承。（d=15mm，D=42mm宽度13mm）3.4.1初步计算动量动载荷根据式，按1表13-6，=1.0-1.4，取=11.4故1.2285342N (3-4)3.4.2求基本额定动载荷根据1式（13-6），求轴承应有的基本额定动载荷值 (3-4)3.4.3滚动轴承的验算此轴承的基本额定静载荷C0=5.08kN。验算如下：1）求当量动载荷 2）验算6302轴承的寿命，根据式=(106/60n)(c/p)z=12.65106h24000h (4-16)由此可见，轴承的寿命高于预期计算寿命，符合要求。3.5背架与其他部件的设计3.5.1背架的设计1）根据减速器和电动机得尺寸来初步确定背架的外型2) 保护罩3) 齿轮罩4) 背带5) 控制架6）蓄电池的选择图3-配电接线总 结毕业设计是我们专业课程综合应用实践训练，是从事职业工作前一个必不少的过程。我今天认真的进行毕业设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。说实话，毕业设计真的有点累。然而，当我一着手清理自己的设计成果，慢慢回味这几个月的心路历程，一种少有的成功喜悦即刻使倦意顿消。虽然这是我刚学会走完的第一步，也是人生的一点小小的胜利，然而它令我感到自己成熟的许多，另我有了一中“春眠不知晓”的感悟。通过毕业设计，使我深深体会到，干任何事都必须耐心，细致。毕业设计过程中，许多计算有时不免令我感到有些心烦意乱：有几次次因为不小心我计算出错，只能毫不留情地重来，但