环保灌木修剪机的设计毕业论文.doc

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毕业论文（设计）

环保灌木修剪机的设计

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

Gardeningmachinerymostisdevelopedonthebasisofagriculturalmachinery,factoryproductionofforestryproducts,specifications,single,hardtomeettheneedsofallparties.Sowiththedevelopmentofsocialeconomy,urbanconstructionprogressesdaybyday,demandforlandscapingofmechanicalproductsisboundtoincrease.Aroundtheuseoflandscapingmachineryatpresent,domesticproducts,aretheintroductionofanumberofforeignproducts,inordertomakeupfortheinadequacyofdomesticlandscapemachinery.Alsotoprovidereferentialbasisforthedevelopmentoflandscapingmachineryinourcountry.Goodenvironment,reasonableecologicalsystem,isindispensabletohumansurvivalanddevelopmentofthecradleandinfant.Withtheimprovementoflivingstandards,peoplelivingenvironmentisbecomingmoreandmorehigh.Hedgeintheurbanroadsandlandscapingalsooccupiesanimportantposition.Forsmallhedgepruningmachineathomeandabroad,mainlyfocusonthesinglecylindergasolineenginepoweredhandheldchainsawandthemanualpruningshearsgardenpruningtools,themainaspectsofthestudyistohowtoimprovetheservicelifeofthecutteron（suchasmaterials,theservicelifeoftheblade,etc.）,whiletheresearchanddevelopmentforelectricappliance,rarereportsofEnvironmentalprotectionin2002Koreancityconstructionbureaulandscapingtechnicalstaffdevelopedelectricawayhedgepruningmachine,butthemachineuse220Vpowersupply,needanexternalacpower.Therefore,designakindofrelyingonthebatterytoprovideenergy,drivenbyadcmotorcontinuousmoldingtrimnewhedgepruningmachineinsteadofbyasingle-cylindergasolineenginedrivehedgerowpruningmachine,inordertoovercometheaboveshortcomings,itsapplicationprospect.

Keywords:

Motor-driven;Environmentalprotection;Gardeningmachinery

目录

1绪论 1

2灌木修剪机的发展 2

2.1灌木修剪机械的研究应用现状 2

2.1.1国内研究现状分析 2

2.1.2国外研究现状分析 2

3灌木修剪机总体设计 3

3.1结构组成 3

3.2工作原理 4

3.2.1工作原理 3

3.2.2工作过程 3

4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 8

1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=（30~50）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aα。

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=5.13mm

对于链轮 1 re=0.008dr（Z12+180）=65.43mm

对于链轮 2 re=0.008dr（Z22+180）=217.83mm

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=0.75KW

4.5.3 选定带型

根据PC=0.75KW和n=2800r/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5~25m/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=800

4.5.7 V带的基准长度

查机械设计手册表132对 A型带选用Ld =2240mm

4.5.8 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=2

4.5.10 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B6×6×20，滚动轴承座的内圈和轴采用过盈配合 H7/k6

4.6.3 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; 

[τ]——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， 12~20Mpa ;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