1、第 1 页 共 21 页目录第一章 摘要 （1） 第二章 前言 （1）一、修剪机的研制 （2） 二、对修剪机的应用研究 （2）三、对茶树重修剪机的研究 （2）第三章 设计任务 （3）第四章 设计分析 （4）一传动路线的拟订 （4）二汽油机的选择 （5）三带轮的设计 （1）带的设计 （6）（2）带的设计 （9）*四轴的设计与校验 （1）轴的设计 （13）（2）轴的设计 第 2 页 共 21 页（16） （3）轴承的选择 （18）（4）键的选用 （19）五刀片结构的设计及材料的选择 第五章 心得体会 （19）第六章 参考文献 （20）第一章 摘要由于我国种茶历史悠久，种植地域广泛，迫切需要机械修剪
2、器具来代替手工修剪机械修剪是解决劳力不足和降低生产成本的根本途径。而普通修剪机用于重修剪是属于破坏性使用，一般不宜提倡。本课题即针对成龄茶树的深修剪、衰老茶树的重修剪或台刈面临的问题及现有修剪设备的不足，研究出一种全新的茶树重修剪机械设备，并对整机各结构部件进行协调，对修剪机所用刀片的材料、结构进行分析，研制配套的传动系统，相应的带轮，轴，机架，并进行计算和装配图的绘制。第 3 页 共 21 页全套 CAD 图纸， 联系 153893706关键字：机械修剪器具，重修剪，全新的茶树重修剪机械设备，刀片的材料，传动系统，带轮，轴，机架。第二章 前言茶树修剪是人为地抑制顶端主枝生长优势的措施，可刺激
3、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，采树冠摘面上会形成密集而细弱的分枝，这就是常说的“鸡爪枝” ， 这时，茶树新梢育芽能力减弱，生长乏力，茶叶产量和品质下降，为更新树冠采摘面，就得采用深修剪技术，剪去密集细弱的鸡爪枝层，使茶树重新抽发新枝，提高育芽能力，延长茶树高产稳产年限。一绪论深修剪通常剪去冠面 1015cm 枝梢，目前茶树的深修剪工作一般用双人抬修剪机来实施，但双人抬修剪机比较笨重，且工作效率低。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
4、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。台刈则是比重修剪更为彻底的改造树冠的修剪技术，其对象是严重衰老的茶树，但目的与重修剪相同；茶树台刈后，从根颈部抽发的新枝能重新形成树冠。重修剪及台刈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，而且常出现露枝现象；因此许多地方还在采用人工以砍柴刀对枝干进行砍切修剪，劳动状况第 4 页 共 21 页恶劣、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。二国内外同类研究概况
5、目前，国内科研人员对茶树的修剪研究多集中于茶树的轻修剪、中修剪机械研制及应用上，而在专门用于老茶树或未老先衰茶树的重修剪机械的研究与应用上，还基本处于空白状态。1、修剪机的研制由于我国种茶历史悠久，种植地域广泛，迫切需要机械修剪器具来代替手工修剪，因此国内在茶树修剪机具的研制上，已取得了很大进步，国内已有多家单位生产出了多款茶树修剪机。如南京秦淮园林机械厂生产的单人多功能电动茶树修剪机，其主要技术参数为：主机重量：2.5kg；电压：24v；杆长：110cm；功率：100w ；转速：6000 转/分钟。该机具有环保节能，效率高，能耗小，对茶作物无污染等优点。浙江省生产的 PSM110 型茶树修剪
6、机双人抬跨行作业机具，由两把锯齿型刀片作相对往复运动完成修剪作业。修剪机的动力选用日本三菱 TL33PVD 型汽油机。当汽油机运转达到一定速度时，离合器先带动风机运转，继而将动力传输到减速齿轮箱，减速齿轮与偏心机构设计在同一箱体内，通过一级齿轮减速，动力传到偏心机构，偏心机构上有偏心方向为 180 的双 凸台，带动连杆驱动刀片作往复运动，完成切割作业。国外如日产的7-750 型单人修剪机配日本单缸二冲程 1.03(1.4 马力)汽油机，采用平刀片往复式切割，切割幅宽 750。具有以下特点：重量轻、方便于单人操作，平形、弧形树冠均可使用，适应性很好；发动机性能好，操作简便，机身上设有停车按钮及汽
7、油机调速控制手柄，刀片动、停、快、慢控制十分方便。目前，国内外对茶树的轻、中修剪机械的研制及应用均已成熟。并进入大面积应用的推广期。2、对修剪机的应用研究人工修剪每人 8 小时只能剪 0.02hm2，需付酬金 1750 元/hm 2；采用修剪机修剪，二人8 小时可修剪 0.4hm2，人均工效为手工的 10 倍，与人工相比费用降低了 1312.5 元/hm 2。采用修剪机进行重修剪时，人工重修剪每人 8 小时仅能剪 0.0133hm2，每天工资需 40 元，需付酬金 3000 元/hm 2；用修剪机勉强凑合使用，两人用双人修剪机作主修剪，另一人用单人修剪机补修遗留枝与边枝，三人可修剪 0.2hm
8、2，工效是手剪的 5 倍，生产成本是 1963 元/hm2。与手工相比可降低成本 1037 元/hm 2。1999 年单临安市的深修剪工作就可节约劳力1050 工，节约生产成本 30580 余元；重修剪工作可节约成本 13820 余元，节约劳力 800 工。通过以上研究，过婉珍等人认为：机械修剪是解决劳力不足和降低生产成本的根本途径。而普通修剪机用于重修剪是属于破坏性使用，一般不宜提倡。并建议生产厂家能生产专用重修剪机，以满足用户需要。华南农业大学的覃松林研究分析了单、双人茶树修剪机使用时应该注意的问题，他重点指出，单人修剪机和双人修剪机不准作老茶树的深修剪和重修剪，否则机器将严重超载而遭到破
9、坏。第 5 页 共 21 页3对茶树重修剪机的研究通过以上科技人员的研究结果可以看出，茶树修剪机无论是单人型还是双人型，都难以承担起老茶树的重修剪任务，这迫切需要国内的科技工作者研究开发出一种专门用于老茶树的重修剪机械。综观国内外，目前对老茶树重修剪方面的研究很少，而且研究领域也仅仅侧重于重修剪工作对茶树的影响及效应分析，对重修剪机械的开发和研制以及应用基本上还处于空白状态，本课题的开展将打破该领域的空白局面，属国内首创。第三章 设计任务（一） 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
10、的轻修剪与深修剪，衰老茶树的重修剪及台刈等。（二） 、主要技术指标：1）刀具使用寿命：720h 左右；2）修剪树高：250cm；3）修剪幅宽：500cm；4）工作效率：最高 0.24hm2/h；5）切口平整度：平均 80；（四） 、传动路线的拟定考虑到经济性及机器的整体结构和所需传动的准确性，我们拟定了整台机器的示意图（五） 、设计步骤第 6 页 共 21 页1.基本结构的确定2.根据基本结构计算分析各个零部件3.根据设计说明画出总装图4.根据计算结果及总装图，画出各个零件图第二章设计分析一传动路线的拟定1.对传动方案的要求 合理的传动方案，首先应满足工作机的功能要求，其次还应满足工作可靠、传
11、动效率高、结构简单、尺寸紧凑、重量轻、成本低、工艺性好、使用和维护方便等要求 2.拟定传动方案 任何一个方案，要满足上述所有要求是十分困难的，要统筹兼顾，满足最主要的和最基本的要求。方案一：方案二： 第 7 页 共 21 页考虑到经济性及机器的整体结构和传动所需要的准确性，我们分析决定采用结构比较简单的带轮传动，故我们选择第一种传动方案。 二.汽油机的选择1、已知给定的参数如下：（1）.切削力 F=200N；（2）.切削最大半径 R=60mm;（3）.刀片转速 n=1500r/min;2、汽油机的选择计算：（如图）T=FR=200N0.06m=12N.m/95012/9501.8WPTnkw=
12、33.8(.4).22/k31.(09.)Pw=232.16.3DPk+第 8 页 共 21 页选择 2E60C 型汽油机，立轴，水冷，P=7.4KW n=2500r/min,T=53N.m三.带的设计1.确定计算功率 CPKA空、轻载起动 重载起动每天工作小时数/h工 况16 16载荷变动微小液体搅拌机，通风机，和鼓风机（7.5kW ） 、离心式水泵和压缩机、轻型输送机1.0 1.1 1.2 1.1 1.2 1.3载荷变动小带式输送机（不均匀载荷） 、通风机（7.5kW） 、旋转式水泵和压缩机、发电机金属切削床、旋转筛、剧木机和木工机械1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4载荷变动较
13、大制砖机、斗式提升机、往复式水泵和压缩机、起重机、磨粉机、冲剪机、橡胶机械、振动筛、纺织机械、重载运送机1.2 1.3 1.4 1.4 1.5 1.4载荷变动很大破碎机（旋转式。颚式等） 、磨碎机（球磨、棒磨、管磨） 1.3 1.4 1.5 1.5 1.6 1.8表 8.21 工作情况系数 KA由表 8.21 查得 =1.1 由式（8.12）得A= =1.17.4KW=8.14KWCPAK2. 选择普通 V 带型号根据 =8.14KW =2500r/min 由图 8.12 选用 B 型普通 V 带1n3. 确定带轮直径 1d2根据表 8.6 和图 8.12 选取 =140mm 且 =140mm
14、125mm1d1d大带轮直径为= / =2500/1500140=233mm2d1n2第 9 页 共 21 页按表 8.3 选取标准植 236mm,则实际传动比 I,从动轮的转速分别2d为i= / =236/140=1.692d1= /i=2500/1.69=1479r/minn从动轮的转速误差为（1479-1500）/1500100%=-1.4%在 5%以内，为允许值4.验算带速 VV= /601000=18m/sp1dn在 5-25m/s 的范围内。5.确定带的基准长度 和实际中心距 aDL按结构设计要求初定中心距0.7( + )169207.确定 V 带根数 Z由式(8.18)得 Z /
15、CP0()LKAa+根据 =140mm ， =2500r/min 查表 8.10 用内插法得1d1n=3.8KW0由式(8.11)得功率增量 为0A=0P1LKn()ik-由表 8.18 查得 =2.6494bk3根据传动比 i=1.69 查表 8.19 得 =1.1202i则 =2.6494 2500（1- ）=0.7KW0PA31- 1.20由表 8.4 查得带长度修正系数 =0.92 由表 8.11 查得包角系数LK=0.99 得普通 V 带的根数为KZ=8.14/(3.8+0.7)0.920.99=1.98圆整后得 Z=2 跟8.求初拉力 及带轮轴上的压力0FQF由表 8.6 查得 B
16、 型普通 V 带每米质量 q=0.17kg/m 根据式(8.19)得单根 V 带的初拉力为= 0F52.(1)0.79CPZ-+28第 11 页 共 21 页= 2502.5(1)0.7894-+8=227.5N由式(8.20)可得作用在轴上的压力 QF=2 Z1QF01sin2a=22272 69i=904N9. 设计结果选择.2 跟 B-4000GB1171-89V 带 , 中心距 a=505mm ,带轮直径=140mm , =236mm ,轴上压力 =904N1d2d 1QF带设计主动轮的转速 1500r/min,从动DP带 =7.409kwh轮转速 1500r/min1 确定计算功率
17、CKA空、轻载起动 重载起动每天工作小时数/h工 况16 16载荷变动微小液体搅拌机，通风机，和鼓风机（7.5kW ） 、离心式水泵和压缩机、轻型输送机1.0 1.1 1.2 1.1 1.2 1.3载荷变动小带式输送机（不均匀载荷） 、通风机（7.5kW） 、旋转式水泵和压缩机、发电机金属切削床、旋转筛、剧木机和木工机械1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4载荷变动较大制砖机、斗式提升机、往复式水泵和压缩机、起重机、磨粉机、冲剪机、橡胶机械、振动筛、纺织机械、重载运送机1.2 1.3 1.4 1.4 1.5 1.4第 12 页 共 21 页载荷变动很大破碎机（旋转式。颚式等） 、磨碎机
18、（球磨、棒磨、管磨） 1.3 1.4 1.5 1.5 1.6 1.8表 8.21 工作情况系数 KA由表 8.21 查得 =1.1 ，由式（8.12）得AK1.17=7.7KWCP=2. 选择普通 V 带型号根据 =7.7KW 由图 8.12 选用 B 型普通 V 带C150/minnr3. 确定带轮基准直径 d2根据表 8.6 和图 8.12 选取 =125mm ,且为 B 型 V 带最小直径1大带轮直径为：= 125=125mm2d150n按表 8.3 选取标准值为 125mm ,则实际传动比 i ,从动轮的实际转速分别为：215di20/minnri=从动轮的转速误差率为：100%=01
19、50-在5%以内，为允许值。4. 验算带速 V在 5-25m/s 范围125109.8/606dnmsP=内5. 确定带的基准长度 和实际中心距 a dL按结构设计要求初定中心距 00.07（ ）7. 确定 V 带根数 Z0()CLPKa+D根据 =125mm =1500r/min ,查表 8.10 用内插法得1d1n03.2kW=由式(8.11)得功率增量 为P01()biKnD-由表(8.18)查得 32.649-=10根据传动 i=1 ，查表 8.19 得 =1 则i=001()biPKnD=-第 14 页 共 21 页由表 8.4 查得带长度修正系数 ，由图 8.11 查得包角系数0.
20、97LK=Ka=1得普通 V 带根数7.1.32Z=圆整得 Z=28. 求初拉力 及带论轴上的压力0FQF由表 8.6 查得 B 型普通 V 带的每米质量 q=0.17kg/m ,根据式(8.19)得单根 V 带的初拉力为：250.(1)PCFqvZvK=-+a70.72989.8=284N由式(8.20)可得作用在轴上的压力为：120sin2QFZa=1136N9. 计算结果选用 2 根 B-GB1171-89V 带，中心距 a=200mm ,带轮直径，轴上压力15,15ddm=2136QFN=第 15 页 共 21 页四轴的设计（一）.轴的计算0.947.DPKW=1. 选择轴的材料 ，确
21、定许用应力因我们设计的轴对材料无特殊要求，故选用 45 钢并经调质处理，由表 13.4查得强度极限 ，再由表 13.2 查得许用弯曲应力650BMPas 160bMPa-s=2. 按扭强度估算轴径根据表 13.1 得 ,又由式(13.2)得178c=337(01)18.950Pd mn =20.因最小轴径处有键槽存在，故将估算增大 3%5%取为 19.1mm21.1mm由设计手册查得标准直径 12m=3. 设计轴的结构并绘制机构草图a.确定各轴段直径根据设计手册公式 125dm= 1(0.7.)hd=52m取 h=2.5mm2130dh=+初选轴承 6307的直径根据轴承的内径决定取为3 35
22、dm的直径也是根据轴承 来定 取为4dmina453=620第 16 页 共 21 页7125dm=b.确定各轴段长根据汽油机高度及整机结构，轴的总长为 520mm轴段的长度可以根据所选带轮宽螺母厚度及安装结构确定为 125mm轴段的长度根据轴承座端面和带轮的距离确定为 26mm轴段的长度轴承宽得 21mm轴段用装刀片，可根据刀片的厚度，螺母和垫片的厚度确定轴长为50mm轴段的长也为轴承宽 21mm轴段的长和轴段的一样为 26mm最后留下的长度就为轴段的长（二）.轴的校验312369042rQFN=-=以 B 为基点 ， r386.57.5rCrF-+41在以 C 点为基点： 3358.271
23、60.5rBrF-=401N=.rMlmN左 32653726m右1041058.右 左=+=+=669.59. .5PTn02222()48(.6)97.MeTNa3871.0.ce MaWs=2().6452670.eATma第 17 页 共 21 页3267401.eAMPaWs=5查表 13.1 得 ，满足 ，故轴的设计满足要求。1b- 1eb-s(三).轴承的选择应 所以只要 边的轴承可用即可BCFCF41N=50/minnr初选轴承 6307 GB/T276-1994 按文献 8-23，基本额定功率为 320rCN=轴的预期寿命取为 查表得2hL1.5pf=41.56acpPFfN
24、=160()nCjsaee第 18 页 共 21 页1360250682js rCNC=()=故 6307 滚动轴承满足要求(四). 键的选用根据结构选用 10110 普通 A 型平键轴的设计（一）.轴的计算30.9846.DPKW=4. 选择轴的材料 ，确定许用应力因我们设计的轴对材料无特殊要求，故选用 45 钢并经调质处理，由表 13.4查得强度极限 ，再由表 13.2 查得许用弯曲应力650BMPa 160bMPa-s=5. 按扭强度估算轴径根据表 13.1 得 ,又由式(13.2)得178c=336.4(01)17.8.950Pd mn =因最小轴径处有键槽存在，故将估算增大 3%5%
25、取为 18.820.06mm由设计手册查得标准直径 12m=6. 设计轴的结构并绘制机构草图a.确定各轴段直径根据设计手册公式 125dm= 1(0.7.)hd=52m取 h=2.5mm2130dh=+初选轴承 6307的直径根据轴承的内径决定取为3 35dm=的直径也是根据轴承 来定 取为4dmina453=第 19 页 共 21 页6230dm=715b.确定各轴段长根据汽油机高度及整机结构，轴的总长为 470mm轴段的长度可以根据所选带轮宽螺母厚度及安装结构确定为 66mm轴段的长度根据轴承座端面和带轮的距离确定为 27mm轴段的长度轴承宽得 21mm轴段用装刀片，可根据刀片的厚度，螺母
26、和垫片的厚度确定轴长为50mm轴段的长也为轴承宽 21mm轴段根据轴承座端面和带轮的距离确定为 26mm最后留下的长度就为轴段的长(二).轴的校验3216rQFN=0以 B 点为基点：386.5278.50rCrF-+=1N=在以 C 点为基点：3356.2701.50rBrF-9.8rMlNmN左 =3.1605123r右274967814.m右 左 +66.9.59.0.15PTn=2222()83(.)7.MeTNa=31470.ce MaWs第 20 页 共 21 页2()0.64251.eAMTNm=a=351.e MPaWs查表 13.1 得 ，满足 ，故轴的设计满足要求。160b
27、-=1eb-s（三）.轴承的选择应 所以只要 边的轴承可用即可BCFCF167CN=150/minnr初选轴承 6307 GB/T276-1994 按文献 8-23，基本额定功率为 320rCN=轴的预期寿命取为 查表得2hL1.5pf167.5acpPFf N=160()nCjsee第 21 页 共 21 页1360250251. 9js rCNC=()=故 6307 滚动轴承满足要求（四）.键的选用根据结构选择 1056 的普通 A 型平键五刀片结构的设计及材料的选择1.刀片的结构采用用圆盘形的刀盘，两边有装有两个对称的刀片，刀片示意图入图所视：2.材料的选择：刀片在高速的环境下工作，且在
28、剪切过程中，刀片会受到很大的挤压力，摩擦也会很厉害，需要的硬度也比较高。根据这些我们决定选择 W18Cr4VW18Cr4V 是应用最广泛的高速钢，其性能只要有：热处理硬度可达 63-66HRC，抗弯强度可达 3500MPa，可磨性好。其优点：通用性强，工艺成熟。热处理的主要特点：淬火加高温（1200 摄氏度） ，以及回火时温度高（560 摄氏度）左右、次数多达三次左右。采用高淬火温度是为了让难溶的特殊炭化物能充分溶入奥氏体，最终使马氏体中 W、Mo 、 V 等含量足够高，保证其热硬性足够高；回火温度第 22 页 共 21 页心 得 体 会经过自己和小组成员的共同努力，终于将毕业设计完成了。在这
29、次毕业设计过程中，我们遇到了许许多多的问题，一遍又一遍的计算，一遍又一遍的修改，一遍又一遍的推敲机械结构，由于一开始对结构的设计不太完美，导致我们走了很多弯路。后来，在完全没老师的指导下，我们进一步对结构进行了修改和推敲，并得到了比较完善的框架结构。尽管这次设计的时间是短暂的，但是对我来说，收获却是很大的，俗话说的好“学到用时方狠少” ，以前，我们只知道学知识，但是对知识的吸收和利用并不多，这次毕业设计，让我们再次温习了以前学过的知识，并联系起来，运用在自己的设计中。同时也对知识有了进一步的巩固，不仅让我们对茶树的生长和修剪有了进以步的了解，而且也让我们对office 软件，和计算机绘图软件 AutoCAD 等工具软件有了熟练的掌握第 23 页 共 21 页参 考 文 献1 机械零件设计手册 ，吴宗泽，机械工业出版社，2003 年 112 互换性与测量技术基础 ，陈于萍，机械工业出版社，2003 年 103 机械制图李澄，吴天生，闻百桥，高等教育出版社，1997 年 74 机械设计基础 。陈立德，高等教育出版社 2000 年 85 机械设计手册 ，联合编写化学工业出版社，1981 年 16 工程力学 ，张定华 ，高等教育出版社， 2000 年 8
