毕业设计(论文)-环保灌木修剪机的设计.doc

<各专业完整优秀毕业论文设计图纸 2014届 分 类 号: 单位代码:10452毕业论文（设计）环保灌木修剪机的设计姓 名 学 号 年 级 专 业 系（院） 指导教师 2014年3月30日摘 要 园林绿化机械大多数是在农业机械的基础上发展来的, 生产的产品不多, 标准单一, 难以满足社会的需要。因此随着经济的发展, 城市建设的繁荣, 园林绿化机械产品的需求量也必然会增多。 目前各地使用的园林绿化机械, 国内产品少, 正引进一批国外的产品, 以弥补国内园林绿化机械的不足。同时也为我国发展园林绿化机械提供了参考依据。良好的环境，合理的生态系统，是人类赖以生存和发展的不可缺少的摇篮和襁褓。 随着生活水平的提高，人们对生活环境的要求也越来越高，灌木在城市道路和园林绿化中也占有重要地位 。国内外对小型灌木修剪机的研究， 主要集中在对单缸汽油机为动力的手持式油锯和手动修剪剪等园艺剪枝器具， 研究的主要方面在于如何提高其刀具的使用寿命上（如材料、刀刃的寿命等），而对电动器具的研究与开发则少有开展，2002 年有报道陕西省韩城市建设局园林绿化技术人员研制成功电动推走式灌木修剪机，但该机使用 220V 电源，需要外接交流电源 。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灌木修剪机来代替 由单缸汽油机驱的灌木修剪机，用以克服上述缺点，其应用前景非常看好。关键词：电动；环保；园林绿化机械 ABSTRACT Gardening machinery most is developed on the basis of agricultural machinery, factory production of forestry products, specifications, single, hard to meet the needs of all parties. So with the development of social economy, urban construction progresses day by day, demand for landscaping of mechanical products is bound to increase. Around the use of landscaping machinery at present, domestic products, are the introduction of a number of foreign products, in order to make up for the inadequacy of domestic landscape machinery. Also to provide referential basis for the development of landscaping machinery in our country. Good environment, reasonable ecological system, is indispensable to human survival and development of the cradle and infant. With the improvement of living standards, people living environment is becoming more and more high. Hedge in the urban roads and landscaping also occupies an important position. For small hedge pruning machine at home and abroad, mainly focus on the single cylinder gasoline engine powered handheld chain saw and the manual pruning shears garden pruning tools, the main aspects of the study is to how to improve the service life of the cutter on (such as materials, the service life of the blade, etc.), while the research and development for electric appliance, rare reports of Environmental protection in 2002 Korean city construction bureau landscaping technical staff developed electric away hedge pruning machine, but the machine use 220 V power supply, need an external ac power. Therefore, design a kind of relying on the battery to provide energy, driven by a dc motor continuous molding trim new hedge pruning machine instead of by a single-cylinder gasoline engine drive hedgerow pruning machine, in order to overcome the above shortcomings, its application prospect.Key words: Motor-driven; Environmental protection; Gardening machinery目 录1 绪论12 灌木修剪机的发展22.1 灌木修剪机械的研究应用现状22.1.1 国内研究现状分析22.1.2 国外研究现状分析23 灌木修剪机总体设计33.1 结构组成33.2 工作原理4 3.2.1 工作原理3 3.2.2 工作过程34 灌木修剪机的零部件设计5 4.1 动力系统 5其他零部件附录6参 考 文 献7致 谢81 绪论 园林绿化机械多数是在农业机械的基础上发展起来的, 林业工厂生产的产品不多, 标准单一, 难以满足各方的需要。因此随着社会经济的发展, 城市建设的蒸蒸日上, 园林绿化机械产品的需求量必然会增多。 目前各地使用的园林绿化机械, 国内产品少, 正引进一批国外的产品, 以弥补国内园林绿化机械的不足。也为我国发展园林绿化机械提供了参考依据。园林绿化机械作为林业机械的一个分支，它的发展只有 50 年左右的历史，它是随着城市园林化，特别是草坪业的发展，而逐步发展壮大起来。 良好的环境，合理的生态系统，是人类赖以生存和发展的不可缺少的摇篮和襁褓。 随着生活水平的提高，人们对生活环境的要求也越来越高。灌木在城市道路和园林绿化中也占有重要地位 。 因其可修剪成各种造型，并能相互组合，从而提高了观赏效果和城市的美化。此外，灌木还能起到遮盖不良视点、隔离防护和防尘防噪等作用。 灌木生长会成各种各样的形状，因此对灌木的修剪工作非常重要。2灌木修剪机的发展 2.1 灌木修剪机械的研究应用现状 灌木移动修剪作业机械执行机构控制系统的研究，有助于灌木移动修剪作业机械系统和移动机械手控制的研究和实现， 对提升我国环境绿化作业机械装备水平也具有重要的实际意义和科学价值。2.1.1 国内研究现状分析 我国对于灌木修剪作业机具的研制起步较早，生产了几种机型，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，其刀片呈辐射状，定刀片对枝条起支承作用，动刀片旋转则进行切割，该机需配 12V 的蓄电池。目前在我国城市道路以及企事业单位的道路灌木，普遍采用的是手持式油锯或手动修剪剪国内目前只生产 LT 系列等便携式灌木修剪机。2.1.2 国外研究现状分析 修剪机有汽油机作动力的，也有电动的，切割机械以往复式为多，日本的小松、德 国的 STIHL、瑞典的 HUSQVARAN 等均生产有各种不同标准的便携式灌木修剪机。欧洲还生产一种车载臂架悬挂式灌木修剪机，它可以修剪高度或宽度比较大的灌木。自走式灌木修剪机主要有车载式和臂架悬挂式两种，技术比较成熟的有以下3 种机型：一是车载式灌木修剪机；二是车载悬挂式灌木修剪机；三是臂架悬挂式灌木修剪机 其中，臂架悬挂式灌木修剪机一般是悬挂在小型拖拉机上的，可利用拖拉机的液压系统 (也可用单独的液压系统) 对臂架和工作装置进行控制。3灌木修剪机总体设计 3.1 结构组成 灌木修剪机主要部件有：机架、电机、电瓶、手动式液压泵、带、带轮、链、链轮、刀具、升降柱、曲轴、轴及及滑块等。 总装图如图 2-1 所示 1.脚轮 2.手动式液压泵 3.电机 4.电瓶 5.机架 6.主动链轮 7.从动皮带轮 8.手把 9.张紧链轮 10.从动链轮 11.升降柱 12.刀具 13.滑块 14.曲轴 15.轴 图 2-1 总装示意图 3.2 工作原理 3.2.1 工作原理 本实用新型的目的是这样实现的:以坚固的小型手推车台面为基台，台面还放置电机和电瓶(以电动机为动力)或油箱(以发动机为动力)，在基台上有两组机架，一组机架上装置与电机传动的带轮；一组机架装置刀具，刀具与升降柱相连接，升降柱与手动式液压泵相连接。电机上装有小的皮带轮，经过皮带轮的减速，与大皮带轮同轴上有小链轮，经过链条将动力传到从动链轮上，从动链轮与曲柄连杆机构相连接，曲柄连杆与滑块相连接，滑块与上刀片相连接，下刀片固定到固定装置的固定板上，上刀片做往复运动与下刀片相剪切做功。 其工作原理传动示意图如图 2-2 所示 图 2-2 动力传动示意图2.2.2 工作过程 其一般工作过程是：电动机工作经皮带轮转动带动大皮带轮转动，由大皮带轮转动而减速，在再由曲柄连杆机构带动刀片做往复运动使刀具工作。与大皮带轮同轴上有小链轮，曲柄连杆上按有大链轮，链上有张紧轮。在支撑刀架的基座上安装手动式液压泵，在基座上有上下移动的导轨，根据灌木的高度用法手动式液压缸调节刀片的高度。4 灌木修剪机的零部件设计 4.1 动力系统 根据现有园林机械参考，刀片齿数为18，刀片转速为1000r/min。由此可得，修剪时每秒的剪切距离为 550mm，刀片转速为 1000/60 = 16.67r/s，所以刀片每转一圈的剪切距离为 550 /16.67= 33.0mm。由于修剪时刀片处于全部工作状态，有效的剪切距离为33.0m，所以每齿的剪切距离为33.0/18= 1.83mm。由图进给量与单位切削力的关系可知，单位切削力约为 5N/mm。所以，切削力 F = 55N，剪切时刀轴扭矩 T =F·l = 1.1N·m，剪切所需功率为 P1= 1 000T /9 550 =0.115kW=155W。常用的动力设备有电动机 汽油机和柴油机 按照灌木修剪机在外工作，所需的功率不是很大，电动机又小巧轻便，转速高和易启动等特点，故选用电动机作为动力.电动机作为动力 由于灌木枝桠的最大直径为 15mm，按照相似设计的原则，参照技术成熟的割灌机的动力，再考虑到该机有自走装置，选择功率为0.75kW的直流电动机.4.2 确定电动机的功率 4.2.1 确定电动机的功率 电动机所需工作功率为 因为 所以 Pd电动机所需要的实际功率，单位为kw   Pw工作机所需要的输入功率，单位为kw 电动机工作机之间传动装置的总效率 按照设计手册确定各部分效率为：V 带传动效率1=0.98 ; 滚动轴承座传动效率2= 0.99 ;链的传动效率3=0.9;带入得 =1*2*3=0.98*0.99*0.9=0.87 。 由设计要求知 n =2800 r/min  所以 取质量 m =10 kg，R =100 mm  而 所以 所需电动机功率为：因载荷平稳，电动机额定功率  应选用同步转速为 2800 r/min的电动机，该电动机型号为 ZQ4 。4.3 链及链轮设计 4.3.1 选择链轮齿数 Z1、Z2  根据工作条件，初步确定传动比为 3：1，由机械设计手册，参数由表 1 得： 选取小链轮齿数为  Z1 =25，大链轮为  Z2 =75  表1小链轮的齿数选择  Z1,Z2 取奇数，链节数 Lp 为偶数时，可使链条和链轮轮齿磨损均匀。4.3.2 确定链条节距 p  小链轮转速，小链轮齿数系数  得修正系数 Kz =1.34. 则KA=1.0 ，为使运动平稳，结构紧凑，宜选取小节距单排链。根据工作要求确定其小链轮转速为每分钟 180转，由机械设计手册，参数由表 3 确定 链号为 10A187GB/T12431997，再由机械设计基础手册查得链节距15.875mm 。4.3.3 确定链长 L及中心距 若链传动中心距过小，则小链轮上的包角也小，同时啮合的链轮齿数也减小；若中心距过大，则易使；链条抖动。一般可取中心距 a=(3050)p；最大中心距amax 80p链条长度用链的节数 Lp 表示。按带传动求带长的公式可导出  初定中心距 a0 =40p  ; 即中心距为 635  中心距减小量： 实际中心距： ,取 链的节数，由式（33）可得Lp=130 4.3.4 验证链速 有公式  即，4.4 链轮尺寸 4.4.1 小链轮 分度圆直径  注：d齿轮分度圆直径，mm；  p 链条节距，mm；  z 链轮的齿数  计算得：   齿顶圆直径  d 链轮齿顶圆直径，mm；  p 链条的节距，mm；  z 链轮的齿数 计算得： 齿根圆直径  df链轮齿根圆直径，mm；  d1 滚子外径，mm  计算得 =127-10.16=116.84如图 4-1所示 图 4-1 小链轮示意图4.4.2 大链轮 分度圆直径  所以 D=378齿顶圆直径 ，所以 齿根圆直径  Df=d-d1 所以， Df=d-d1 =378-114.74=263.26 加工连轮还需要确定链轮的参数：齿侧圆弧半径 re 滚子定位圆弧半径  ri 和滚子定位角a。查阅机械设计手册，这三个参数均有一定的取值范围如下表 2所示。 表 2 链轮打参数表 表中 dr 表示滚子外径，dr=d1=10.16mm 。对于链轮 1 和链轮 2， ri 都取最大值，  ri =0.505dr=0.505*10.16=5.13 mm对于链轮 1  re =0.008dr(Z12+180)=65.43 mm 对于链轮 2  re =0.008dr(Z22+180)=217.83 mm 为实现链轮与链轮轴的配合，两链轮都应在起中心开有直径为 50 mm（即轴的直径为50mm）的通孔。根据轴的直径大小，查阅实用机械设计手册，两连轮和与其配合的轴都应开有 16×10mm的键槽。由于灌木的高度不一样，为了使灌木修剪机在不同的高度进行修剪工作，在链的传动设置一个张紧链轮，以适应刀具在不同的高度中工作。刀具高度升降调整高度在30cm范围内。 4.5带及带轮的设计 4.5.1 V带的选择 根据设计要求选择普通 V带 4.5.2 设计功率 根据工作情况由表 138，得  KA=1.0 ;则有公式  PC=KAP 得到 PC=0.75KW4.5.3 选定带型 根据 PC=0.75KW和 n=2800 r/min ，有图 135知：位于 A区域，选定A型带。4.5.4 带轮的基准直径 由机械手册表 139,d不应小于 90，取 d=150mm，由于传动比为 3：1，d1=250mm。 4.5.5 验算带速 由公式  得：在525m/s 的范围内， V过小 则传递的功率小，过大则离心率大。 4.5.6 初定轴间距  取a=8004.5.7 V带的基准长度 查机械设计手册表132对 A型带选用Ld =2240 mm4.5.8 计算实际中心距  考虑带传动的安装、调整和V张紧的需要，中心距变动范围为：  小轮包角由  得 4.5.9 求 V带根数 n=2800r/min    d=120mm  查机械设计手册表 134 =1.45KW 查机械设计手册表 135 =0.34 查机械设计手册表 137 =0.99 查机械设计手册表 132 =1 得 Z=1.6 取 Z=24.5.10 单根 V带的预紧力  查表 131 得q=0.1kg/m 4.5.11 压轴力  图 4-2 带轮示意图 4.6 轴及轴承的设计 4.6.1 主轴设计 根据皮带轮的大小可以计算出来和带轮配合的轴的直径， 根据设计和安装的要求轴的尺寸如下： 轴长：830mm，连接有带轮的轴端到轴肩的距离 55mm，轴的连接带轮的轴径为：32mm轴肩轴径为 38mm，与滚动轴承座配合的轴径为：40mm,与链轮相连接的轴径为 20mm, 轴肩轴径为 22mm，链轮与带轮的轴肩距离为 30mm。安装时先把皮带轮安装好固定住，在安装链轮。 主轴的示意图如 33 所示 图4-3 轴示意图轴的材料：轴的材料主要是碳刚和合金刚。由于碳刚比合金刚价格便宜，对应力集中的 敏感性较低， 同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，所以本设计采用Q235 作为轴的材料，调制处理。 4.6.2 轴上零件的定位 为了防止轴上零件受力时发生沿轴向或周向的相对运动， 轴上零件除了有游动或空转的要求以外，都必须进行轴向和周向定位，以保证其准确的工作位置。在固定带轮和链轮时，用 B 型平键固定带轮、链轮与轴的相对运动，轴套起固定带轮的轴向定位作用。带轮：键 B 12×8×30， 滚动轴承座的内圈和轴采用过盈配合 H7/k6，链轮：键 B 6×6×20， 滚动轴承座的内圈和轴采用过盈配合 H7/k64.6.3 选择材料，决定最小直径 按扭转强度计算，用于只承受转矩的传动轴的精确计算，也可用于既受弯矩又受扭矩的轴的计算。  由于轴的选材为 Q235，所以查表可知 Q235 的许用扭切应力为，查机械设计基础 表 142 得：取  C=150 查手册，取标准值, 4.6.4 轴的校核 其强度条件为： 切应力， MPa  P  轴传递的功率， KW；  n 轴的转速， r/min;  d  轴的计算直径， mm;  许用切应力， MPa 所以，把相关的数据带入公式中得： 由于轴的选材为 Q235 号钢， 所以查表 132 可知 Q235的许用扭切应力为， 1220Mpa  ; 经校核设计的轴符合要求，可发以正常工作。4.6.5 轴承的选择 4.5.3.1 轴承的组成： 滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成。内圈的作用是与轴相配合并与轴一起旋转；外圈作用是与轴承座相配合，起支撑作用；滚动体是借助于保持架均匀的将滚动体分布在内圈和外圈之间，其形状大小和数量直接影响着滚动轴承的使用性能和寿命；保持架能使滚动体均匀分布，防止滚动体脱落，引导滚动体旋转起润滑作用。 4.5.3.2 滚动轴承的作用 滚动轴承使用维护方便，工作可靠，起动性能好，在中等速度下承载能力较高。与滑动轴承比较，滚动轴承的径向尺寸较大，减振能力较差，高速时寿命低，声响较大。滚动轴承座，它包括轴承座、轴承座上溉、第一螺栓组件、轴承座端盖、密封装置、密封压盖，轴承座底座与轴承座上盖的左右两端分别由第一螺栓组件固定连接， 轴承座底座与轴承座上盖内为轴承孔，轴承座端盖中部为旋转轴孔，轴承座底座、轴承座上盖的前后两侧分别由螺栓与轴承座端盖固定连接，轴承座端盖外侧设有密封腔，密封装置位于密封腔内，密封装置外设有密封压盖，密封压盖由螺栓与轴承座端盖固定连接；其特征在于：轴承座底座、轴承座上 盖上一共设有三个润滑孔，三个润滑孔与轴承孔相通，三个润滑孔成°布置。本实用新型具有润滑效果好、安装方便、可靠性好的特点。 轴承座图如 3-4 所示 图 4-4 轴承座示意图  4.6.3.3 轴承的选择 选用标准：深沟球轴承(GB/T2761994)蜗轮轴上的轴承，以及移动支架上轴承主要承受径向载荷，深沟球轴承满足需要 。 各轴承的主要参数: 本设计中有四处使用到了轴承，一处是主轴上两个轴承，已知此处轴径 d=40mm，所以 选内径为 40mm 的轴承，在机械设计课程设计手册中选择深沟球轴承；查表 6-1，选择型号为 6008 的轴承。第二处是在曲轴；已知此处轴径为 d=30mm，所以选内径为 30mm 的轴承，在机械设计课程设计手册中选择深沟球轴承轴承；查表 4，选择型号为 6006 的轴承。第三处是张紧轮上，根据载荷的大小选择型号为 6008 的轴承。 5 其他零部件 5.1 刀片 如图 41所示： 图 5-1 刀具图 有上下两个刀片，下刀片固定在基座上，上刀片与下刀片中房间有相同发的五个移动并可链接的滑空。，每个滑孔均呈长圆形，既能作为螺栓的连接孔，也能减轻刀片重量。而滑孔的长度也是上、下刀片修剪枝条时作相对直线往复运动的行程距离。同时，多个滑孔在下刀片和上刀6 上沿长度方向呈一字型排列设置。 所述的下刀片和上刀片穿插内六角螺栓的滑孔内设有相同的滑块，并要求上刀片与下刀片之间的活动间隙a 等于滑块厚度减去上刀片与下刀片厚度之和，活动间隙a = 0. lmm 0. 2mm。这样在上、下刀片修剪时，就能避免出现枝叶夹缝的现象，使刀片运转更顺畅、也增强了刀片的切割效果，提高刀片使用寿命。所 述的下刀片和上刀片末端设有与灌木机传动机构(图中未示)相连接的连接. 5.2 手动式液压 液压泵是液压传动系统中的能量转换元件，是由原动力驱动，把输入的机械能转换成为油液的压力能，再以压力、流量的形式输送到系统中去，是液压传动系统的心脏，也是液压系统的动力源。 5.2.1 液压缸 液压缸是液压传动系统的执行元件之一， 它是将油液的压力能转换为机械能、实现往复直线运动或摆动的能量转换装置（输出力或扭矩），也是液压系统中应用最多的执行元件。 5.2.2 液压缸的结构 液压缸通常由端盖、缸筒、活塞杆、活塞组件、前端盖等主要部分组成；为防止油液向液压缸外泄或由高压腔向低压腔泄露，在缸筒与端盖、活塞与活塞杆、活塞与缸筒、活塞杆与前端盖之间均设置有密封装置，在前端盖外侧，还装有防尘装置；为防止活塞快速退回到行程终端时撞击缸盖，液压缸端部还设置缓冲装置；有时还需设置排气装置。 5.3 滑块与曲柄连杆 滑块一端与动刀片相连接，一端与曲柄连杆的一端相连接，曲柄连杆两端与轴承连接，曲柄连杆一端与传动的大链轮链接，这样可以使刀片在一定的距离内做往复式运动，可以修剪灌木。 5.4 座位装配 在该灌木修剪机上安装上座位，车架上有支架、刀具、动力机构等做成。目的是为了让操作人员安全舒适的工作。 还有配套的脚轮，给人省力，方便操作人员把车推到工作区间里。这也是设计中不能忽视的一个地方，设备虽然小，用料也不是很多而且材料也很便宜，但是它的作用也不能小视了，人身安全在任何的设计中都是要考虑到的，一定要做好的任务。 5.5 支撑架及其底座的设计 机架支撑着刀具的全部重量，还有带轮、链轮等的重量，在发动机启动时同时受着复杂的受载状态，因此机架的结构设计，不仅要满足刚度、抗弯的强度，还要使结构设计合理、稳定性好。槽钢的矩形截面的具有一定得抗弯强度和抗扭强度。工字钢的工字型截面的抗弯强度最高，而抗扭强度最低，适合于受弯为主的机架。底座框架采用槽钢焊接，用工字钢焊接于框架内，作为固定梁。6 结论 通过本次课程设计，我深深体会到自己在理论知识方面的欠缺，同时也感到自己在知识的运用上也不够灵活，这也说明我在学习知识的过程中存在着一些缺点，总结有以下几点： 1：一开始，没有把设计的方案确定好，造成在后面的设计中有许多违背机械设计原理的想法，考虑不够全面，也不是很合理。 2：作为一种产品，外观的设计也是很关键的，这一点我设计的不够合理。图纸的布局也不是合理，美观。 限于本人设计水平存在的局限性，再加上时间比较紧，这次设计并非完美无暇，难免会有一些不合理甚至错误之处，恳请各位老师批评指正。总体来说，此次课程设计，收获了很多，平时在学知识的时候，认为用不到，在此次设计中，我感到自己的知识面很窄，对知识掌握得不够，在设计时，能想到一面，而考虑不到另一面。导致设计做了多次的修改。虽然经过了多次的修改，想使其完美，但由于种种原因，也未能使其尽善尽美。   参 考 文 献1 王伟,唐传茵,张宏,马少辉,杜志高,移动式灌木修剪机设计J.农机化研究, 2010（6）：122129. 2 向北平,杨乾华,电动成形灌木修剪机的研究 J. 机械设计与制造, 2008 (3):9899. 3 何恩旺,电动灌木修剪机在韩城研制成功J.现代农业科学，2003 (2)：52. 4 吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册M.高等教育出版社.2006-05-3. 5 赵悟,雒晓辉,杨力超,王鹏. 车载式灌木修剪机的设计与仿真J. 筑路机械与施工机 械化,2010（12）：7982. 6 杨可桢,程光蕴,李仲生,机械设计基础M.高等教育出版社,2006-5. 7 王乃康，茅也冰，赵平.现代园林机械.M.中国林业出版社, 20009. 8 蔡春源.机械零件设计手册上册（第三版）东北大学机械零件设计手册编写组 编.M.冶金工业出版社. 9 蔡春源.机械零件设计手册下册（第三版）东北大学机械零件设计手册编写组 编.M.冶金工业出版社. 10 顾正平，沈瑞珍.国内外园林绿化机械与发展趋势.J.林业机械与木工设备，2004 （2）：1517. 11 黄利捷.园林绿化机械产品发展前景浅析 J.辽宁行政学院学报，2005（3）：2729. 12 向北平,杨乾华. 电动灌木修剪枝机的结构设计与研究 J. 林业科技, 2010（1）： 35. 13 向北平,陈熙.高速路绿化隔离带液压剪枝车的设计J. 机械设计与制造. 2009(10). 14 田红杰.园林绿化机械的现状与发展趋势J. 农业机械. 2006(10):106107. 15 张立富,陆怀民. 国内外园林绿化机械的现状及其发展前景J. 林业机械与木工设 备. 2009(07):46. 19