果高枝修剪机文.doc

本 科 生 毕 业 设 计（论文）（ 届）系题 目： 果树高枝修剪机的设计 学 号： 姓 名： 专业班级： 指导教师： 职称： 职称： 年 月 日目录第1章 引言 5 第2章 果树告知修剪机的国内外研究状态现状 5 第3章 气动技术在果树修枝剪机中的应用 6 3.1 气动高枝修剪机的简介63.2 单作用气缸与传统气动修枝剪原理63.3串联气缸与新行气动修枝剪原理7第4章 气动高枝修剪机的设计94.1 气缸的悬着94.1.1气缸理论输出拉力计算94.2 导向定距构件的设计124.3 锁紧定位装置的设计13第5章 气动高枝剪的具体工作过程14第6章 结论15第7章参考文献16摘要:随着我国退耕还林的力度逐渐加大, 为了减轻农户修剪树枝的劳动强度, 设计了一种新型果树高枝剪枝机, 该机结构简单, 质量轻, 伸缩连接杆可以扩大该机的作业范围, 该剪枝机主要有气缸, 伸缩锁定机构, 导向定距机构, 刀片, 连杆组成. 该课题的主要内容为气动高枝剪简介及国内外研究现状, 气动技术在果树修枝剪中的应用, 气缸的选择, 导向定距构件的设计, 锁紧定位装置的设计, 动高枝剪的具体工作过程. 该机能够修剪直径在30 mm 以下的各种果树枝条的修剪作业, 作业质量完全符合农艺要求.关键字: 气缸; 伸缩机构; 导向定距机构; 果树修剪机; Abstract: Along with our country the strength of farmland increase gradually, in order to reduce the labor intensity pruning branches farmers, design a kind of new pneumatic fruit trees pruned Machine. This machine structure is simple, light quality, telescopic Link rod can expand the scope of the operation, this pruning machine is mainly by cylinder, telescopic locking mechanism, guide spacer institutions, knives, connecting rod composition. This topic is main content pneumatic high branches scissors profile and the research situation, technology application in fruit pruning shears, cylinder selection, guide spacer component design, lock positioning device, move the specific work process them cut, This machine can trim below the 30 mm in diameter of fruit tree branches clip homework, operating quality complies with agricultural demandsKey words: Cylinder; Telescopic locking mechanism; Oriented spacer institutions; Fruit tree trimmers;1 引言本课题研究的内容为为了减轻农户修剪高枝的劳动强度, 设计了一种新型启动果树剪枝机.该机结构简单，质量轻，通过加装延长杆可以扩大该机的作业范围, 该剪枝机主要由气缸, 活塞,刀片, 连杆和复位弹簧组成. 并经过分析和与计算制造出更为方便的果树高枝机剪机.本课题研究的气动高枝剪是一种伸缩型气动修枝剪, 包括由剪刀片和剪架体构成的剪刀机制，其中: 一相互套叠可伸缩的内管和外管, 内管前段装置剪刀机构, 外观前端装置锁紧定位装置, 外管的后端装置动力源, 即气缸, 气缸的活塞与贯穿于伸缩杆内的操纵连杆的一端固装, 改操纵连杆的另一端与剪刀机构的驱动臂连接. 导向定距构件紧配合装置在内管里, 该机构具有借由固定板固装在下连杆上的导向套, 导向套上留有引导锁紧定位装置上的定位销定向滑动的导向槽, 可受锁紧定位装置上的定位销触压的弹簧片和下连杆依次固装在固定班上, 仅固弹簧片和下连杆的紧固件凸伸形成定位销, 与上连杆的定位孔配合实现连杆锁定.2.果树高枝修剪机的国内外研究现状随着水果生产的发展，国外机械行业从60年代初期开始, 不断增加从事果树机械研究的力量,促进了水果机品种和性能的增加与改善. 美国、英国等国家开始进行果树高枝修剪专用机具的研制。60年代中期, 国外农业科学院果树研究所和和纽约农业机械研究所等单位成功开发出燃油机动型单人（双人）果树修剪机. 燃油型机动果树修剪机（俗称：汽油机）由动力、切割器、传动机构、机架和操作手柄等部分组成. 动力为汽油发动机, 刀片为往复切割式, 切割器有弧形和平形两种形式. 作业时由单人手提及两人手抬跨行作业, 汽油机产生的动力, 经飞块摩擦式离合器、减速和凸轮等传动机构驱动上、下刀片作往复运转, 实施对果树高枝的修剪.国内果树高枝修剪机一般是进口机扮演主角, 尽管国内果树高枝修剪机十分活跃但是国内残品销售成绩却不容乐观. 国外进口机效率高, 安全性高和质量好, 品种配置齐全以及外观漂亮等优势, 纷纷涌入国内市场, 而规模日益扩大. 我国的气动技术发展较晚, 设计和制造技术水准与国外还有较大的差距, 目前只有在我国台湾地区, 气动剪枝机有一定的生产和应用. 而国内果树高枝修剪机现况一般都是垫凳子后修剪的情况.3.气动技术在果树修枝剪机中的应用3.1 气动高枝修剪机的简介 林果业迅速的发展, 带动了农村经济的发展. 但是, 日前果树管理基本上处于人工操作， 相对制约了林果业的产业化发展, 实现果树管理. 机械化是果农的波切要求. 在果树管理中, 剪枝是一项主要环节, 人工剪枝每天只能剪2030果树, 且修剪时撕裂果树枝现象时由发生, 高枝修剪需用梯子或爬树, 增加了操作危险性. 此外. 人工剪枝时的攀登还容易造成树干或主枝伤断, 影响果树产量. 应用气动剪枝不但比人工提高工效12倍, 而且也能避免人工剪枝出现的各种问题, 具有广泛的前景.果树气动高枝剪广泛应用于冬季果树剪枝、市政园林、苗圃等场合的剪枝工作. 使用气动高枝剪, 站在地面即可轻松修剪高枝, 不再使用肌肉力量, 可显著提高剪枝效率（2-3倍）、减轻果农劳动强度、减少人工雇用开支并降低爬树修剪的危险系数该设备主要包括动力源部分, 工作件部分及配套附件. 其中动力源部分由汽油机及压缩气组成, 额定输工作部件有气动低枝剪, 气动高枝剪, 气动低枝剪, 气动割灌机, 气动油等. 低枝剪重量为550790g, 可剪直径2030mm的所有枝条; 高枝剪重2000g，可剪直径030mm的所有枝条; 剪枝高度可达4m; 绿篱修剪机重3800g, 间隔为550ram; 油锯中200%, 可锯直径200mm一下的枝杆.附件包括高压输气管及快速接头, 每根高压输气管长30m, 可使操作者持工作部件远离动力气.3.2.单作用气缸与传统气动修枝剪原理单作用气缸是气缸中较为基础的元件, 它只有一个方向的运动是靠气压传动, 活塞的复位是靠弹簧力或自重或其他外力. 其原理如图3-1所示. 图3-1单作用气缸简图传统的气动修枝剪的工作原理就是一个靠弹簧力复位的单作用气缸. 活塞杆推动的是剪刀组件中的动刀运动, 与定刀咬合, 完成剪切动作.气动修枝剪作为一个手动控制的气动工具, 要求操作简单方便, 如果使用双作用气缸, 则需要两根进气管, 会增加操作麻烦. 事实上, 修剪作业指示在剪切时要较大的力量, 在回位不需要多大的力量, 因此, 单作用气缸完全能满足要求. 图3-2 a)所示的是传统气动剪的结构和组成.其工作原理如下: 当开关阀2（单向阀）按下时, 压缩空气由气接头12进入, 推动内置的活塞11运动, 动力由活塞杆9传递给剪刀组件中的动刀5, 动刀5和定刀6咬合完成剪切树枝动作, 动作结束后, 由回位弹簧8将活塞11顶回初始位置, 并带动动刀6回位, 无杆腔内空气冲开关阀2的出气口排除该类气动剪的代表就是如图3-2 b)所示的意大利某公司的F/4型传统气动修枝剪, 该剪重量仅为790g, 最高工作压力为1.0MPa, 最大剪切直径可达35mm, 耗气量为80L/min.该类型的气动修枝剪为了增大推力, 以前够达到最大剪切直径, 在使用压力最高时, 只能增加气缸活塞直径, 就导致气动修枝剪手柄处直径加大, 从而使人手操作不便. 另外, 该类型的气动修枝剪在使用时对手臂有较大的反冲作用力, 使操作者容易疲劳. 为了解决这些问题, 出现了新型气动修枝剪.3.3 串联气缸与新型气动修枝剪原理新型气动修枝采用串联气缸工作原理, 在同样气缸直径的情况下可以早呢更加输出推力, 这对于手握式（手握直径有限, 普通人的最大手握直径在5060mm）的气动修枝剪而言是非常重要的.串联型气缸也可称为倍力行气缸. 它是两个或多个单杆双作用气缸串联在一起, 且两个或多个活塞串联在一根活塞杆上, 其输出推力为单个气缸的两倍或多倍, 从而达到使用小缸径而获得较大输出推力的效果, 场用于气动压力机上或要求输出推力较大, 且安装空间较小, 不能增加气缸缸径，又允许增长缸长度的场合, 如图3-3.该类型的气动修枝剪的代表是瑞士某公司的F70气动剪（图3-4a）.其工作压力0.71.5 MPa, 长度260 mm, 重量710g, 最大剪切直径30mm, 耗气量24-50L/min.与上述数据同样重要的是其手柄处直径仅为42mm(耍达到同样的推力, 传统型气动剪手柄直径在55mm以上) , 还减小了气缸作用时对手臂的反冲力, 大大增加了炒作舒适度.图3-4 F70 气动修枝剪该气动剪的内部结构虽然采用串联气缸工作原理, 但又有所不同. 它由一个单作用气缸和一个弹簧复位的单作用气缸串联而成(如图3-4b). 它由两个进气口（两个进气口在内部相通）, 两个气缸的复位均是靠弹簧力, 这样他仍然只需一根进气管, 保持了操作便利性. 另外, 它在结构上将排气口设计在剪刀后侧, 一定程度上也减少了反冲力.4 气动高枝剪的设计4.1 气缸的选着4.1.1气缸理论输出拉力计算 取树枝的直径d0=30mm, 树枝的许用剪切强度r=3.0MPa 则树枝的截面面积为A=14d02 =143.14(3010-3)2=706.8510-6m2 则许用剪切力为Fx=A=3106706.8510-6N=2120.55N 剪刀的受力如下图4-1所示图中F0 -气缸的理论输出拉力; F1 -定刀片产生的支撑力;F2 动刀片产生的剪切力;L1 动刀片的动力臂;L2 动刀片的阻力臂;由图可知 F1=F2=2120.55N由力矩平衡公式F0 L1=F2L2cos式用 =40 ，L1=55mm, L2=30mm，代入式中得F0=F2L2cosL1=2120.5530cos4055N=886.06N4.1.2气缸直径的计算气缸的理论拉力为F=F0式中 F-气缸的理论拉力 F0-负载率, 在剪切树枝时, 气缸的负载属于阻性负载, 负载不产生惯性力, 选取负载率=0.85由上式, 则气缸的理论拉力为F=F0=886.060.85N=1042.42N由于该剪枝机使用的是单作用气缸, 因此在计算气缸的输出推理时应将复位弹簧所残生的力计算在内. 由于复位弹簧的主力相对于气缸所残生的推理来说较小, 在气缸工作时将其主力忽略不计, 这样气缸的理论拉力为F= 1/4 D2.p式中 D-气缸缸径: P- 气缸工作压力, 取 P=1.0MPa - 气缸的机械效率, 一般在0.70.95, 随着缸径的增加, 机械效率也有所提高, 因此选着 =0.85则单作用气缸直径为F=F0式中F-气缸的理论拉力;F0-气缸的理论输出力, 即作用于剪刀刀柄上的力-负载率, 剪切树枝时, 气缸的负载属于阻性的负载, 负载不会产生惯性力, 取负载率 =0.85.由上式, 则气缸的理论输出拉力为F0=F=14840.85=1261.74N由力矩平衡公式F0L1=F2L2cos式中F0-气缸的理论输出拉力, F0=1261.74N; F2 - 动刀片产生的剪刀力; L1 动刀片的动刀臂, L1=55mm; L2 - 动刀片的阻力臂, L2=30mm; -F2与F2垂直于 L2上的分力之间的夹角, =40则代入得, 动刀片产生的剪刀力为F2=F0L1L2cos=1261.745530cos40N=3019.66N则F2=3019.66NFx=2120.55N,计算表明, 选用该类型气缸能把直径为30mm以下的树枝剪断.4.1.4 气缸耗气量的计算 为了给系统配备合适的气源, 需要对气缸的耗气量进行计算. 气缸空载时的运动速度最快, 此时其耗气量也最大. 汽缸耗气量为qmax=2D2-d2L4t.p+0.10.1式中 D-缸径, D=50mm d-杆径, 由于气缸为单作用气缸, 取d=120mm L-气缸行程, 气缸设计的行程, L=120mm； P-工作压力, P=1.0MPa； -气缸的容积效率, 通常取0.9-0.95, 取=0.9 t-缸径一次往复行程所需的时间, 包括气缸的充气时间和放气时间. 气缸充气时间为t充=1.285-P1Px=5.21710-3VkS273.16Ts气缸放气时间为t放=2kk-1P1Pnk-12k-1+0.945P10.1013k-12k式中p1-充气前气缸内气体的初始绝对压力, 充气前的气缸内气压为大气压力,p1=0.1MPa； ps-气源的绝对压力, ps=0.1MPa t-充气、放气的时间常数s; V-气缸容积, V=1.5710-4m3; k-绝热系数, k=1.4 S-充气的有效截面积, S=7.065106m2; Ts-气源绝对温度, 取 Ts=293K; P1-放气前气缸内的初始绝对压力, P1=1.0MPa Pn-放气临界绝对压力, 一般情况下取 Pn=0.192MPa T=t充+t放0.76s气缸在工作时需要考虑到操作人员的操作反应时间, 根据试验测算得出一个熟练工人使用该型剪枝机在修剪树枝时的平均修剪速度大约为4.5s修剪一次，气缸运动的速度大于人工修剪的速度, 因此在计算气缸的耗气量时取4=4.5s 求得气缸工作时的最大耗气量为qmax=2D2-d2L4vt.P+0.10.1=51.2L/min 这样就可根据实际工作时配备剪枝机的个数选着空气压缩机进行配套.4.2 导向定距构件的设计如下图4-2,4-3所示, 导向定距构件紧配合装置在内管理, 该构件有借由固定板14固装在下钢条2上的导向套5, 导向套上留有引导锁紧定位装置上的定位销4定向滑动的导向槽, 可受锁紧定位装置上的定位销4触压弹簧片和下钢条2固装在固定板14上, 紧固弹簧片和下钢条2的紧固件凸伸行程定位销, 与上钢条6的定位孔配合实现连杆锁定. 图4-2 俯视图 图4-3 导向定距构件4.3 锁紧定位装置的设计如下图4-4,4-5所示的锁紧定位装置, 该锁紧定位装置由锁紧套15, 一对压把19上装置的定位销4构成,所述锁紧套15的内径与外径相匹配, 锁紧套15能套在外管上, 该外管的锁紧套合区设置可容置双定位销的定位孔和固定锁紧套的外管装配孔, 其直径与内管的外径相符合, 在锁紧套15的两侧对开槽口, 沿着所述的槽口的个侧边对称设置装配锁紧套15的第一对测耳, 安装板把的对二对侧耳, 借第二对侧耳通过将一对压把19, 分别装于前述对称设置的槽口问, 在轴上装有把簧, 所述的压把的前端留有口,形成两个平衡伸设的小臂, 该小臂间通过轴安装定位销4, 锁紧套15的第一对侧耳一端设置插接槽, 借由此插接槽可插入定位插件, 该定位插件上面凸设装配孔, 下面凸设定位凸起, 该定位插件插入第一侧耳问, 定位插件的凸起卡置在外观装配孔里, 所述的定位凸起起借由定位插件的装配孔和第一侧耳上的装配孔固装. 图4-4俯视图 图4-5伸缩锁定机构5.气动高枝剪的具体工作过程该伸缩型气动高枝剪主要包括气缸, 伸缩锁定构件, 导向定距构件, 剪刀等部分组成 具体实施方式是, 压缩空气由气由气接头进入气缸23, 压缩空气推动活塞运动, 动力由活塞杆传递给下钢条2, 下钢条2与上钢条6通过锁紧定位装置和导向定距构件实现定位连接, 从而上钢条6通过上连件7驱动动刀8运动, 动刀8和定刀9咬合, 将果枝剪断, 完成剪切操作. 动作结束后, 由气缸23里面的回位弹簧将活塞顶回初始位置, 并带动动刀8回位. 当压下锁紧定位装置上的两个压把19时, 导向定距构件上的弹簧18将上钢条6弹起, 然后拉伸上连杆25实现高枝剪的伸缩扩大工作范围6 结论本课题-果树高枝修剪机的设计, 其中说明的编写终于写完, 经过近两个月的毕业设计, 我系统的熟悉并亲自设计, 由于以前并未接触过此类设计, 在毕业设计过程中遇到了相当多的困难, 包括设计理念, 思路和设计方法等很多方面, 不过在自己艰苦的探索和老师的细心指导下, 纵欲克服了重重困难, 正是在不断的探索过程中, 学会了h很多宝贵的知识.本文设计的气动高枝采用了可有调节的伸缩杆, 则可调节高枝剪连杆的长度, 解决了修剪比较高果枝的问题, 结构简单, 使用方便. 且采用气缸作为动力源, 减轻了果农的劳动强度. 但也有不足之处有待进一步改善.在这次设计中, 我系统的练习运用了大学四年所学的基础课程和专业知识. 本次设计运用了机械设计, 理论学, 机械制图等一系列知识. 而且也查阅了血多相关知识的书籍和期刊, 从中获取了宝贵的实际经验. 这经验对我的设计起到了至关重要的作用.通过理论与