機械專業(yè)畢業(yè)設計(論文)茶樹修剪機
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1、山東科技大學學生畢業(yè)設計(論文) 摘要 由于我國種茶歷史悠久,種植地域廣泛,迫切需要機械修剪器具來代替手工修剪機械修剪是解決勞力不足和降低生產成本的根本途徑。而普通修剪機用于重修剪是屬于破壞性使用,一般不宜提倡。本課題即針對成齡茶樹的深修剪,衰老茶樹的重修剪面臨的問題及現(xiàn)有修剪機設備的不足,研究出一種全新的茶樹重修剪機械設備,并對整機各結構部件進行協(xié)調,對修剪機所用刀片的材料,結構進行分析,研制配套的傳動系統(tǒng),相應的帶輪,軸,機架,并進行計算和裝配圖的繪制。 關鍵字:修剪機;刀片;傳動系統(tǒng);帶輪;機架。 Abstract Bec
2、ause Chinas long history of tea, planting region, urgent need pruning instruments to replace manual machine mechanical clip clip is to solve the labor shortage and reduce production cost. But ordinary clip machine for weighing clip belongs to the destructive use, should not be commonly. This topic i
3、s in the deep clip, prostagland tea tea of aging weighing clip and problems of existing machine equipment, trim a brand-new tea weighing clip mechanical equipment, and to coordinate the various components of the materials used machine clip blade, analyzed the structure of transmission system, and th
4、e corresponding belt wheel shaft, frame, and the assembly drawing and. Keywords:Tea heavy;Materials; Transmission systems; Belt wheel; frame. 1緒論 1.1茶樹修剪機的發(fā)展 上個世紀全世界茶葉加工機械化得到了較大發(fā)展,但是隨著名優(yōu)茶的發(fā)展,茶葉生產加工向小型化、手工化轉化,這不利于加工的安全衛(wèi)生。目前的茶葉機械加工也是工序間斷,自動化程度低。新世紀茶葉加工須轉向機械連續(xù)化、自動化,這不僅可以降低勞動強度,而且有利于茶葉加工
5、的規(guī)模化及茶葉加工的衛(wèi)生,增強茶葉的規(guī)模競爭力,為茶葉的標準化管理打下基礎。茶葉修剪機在我國有著廣闊的發(fā)展前景。茶樹修剪是茶葉生產中一項重要的技術措施。對于機械化茶園來說,要保證樹冠整齊,形成理想的茶樹采摘面,實現(xiàn)機械化采茶,機器修剪是不可缺少的條件。 1.2對茶樹修剪機的認識 茶樹修剪是人為地抑制頂端主枝生長優(yōu)勢的措施,可刺激著生部位較低的芽萌發(fā)新技,增強樹勢,培養(yǎng)高產優(yōu)質樹冠。茶樹修剪方法主要有幼齡茶樹的定形修剪、成齡茶樹的輕修剪與深修剪,衰老茶樹的重修剪等。 成齡茶樹經多年采摘和輕修剪后,采樹冠摘面上會形成密集而細弱的分枝,這就是常說的“雞爪枝”, 這時,茶樹新梢育芽能力減弱,生長
6、乏力,茶葉產量和品質下降,為更新樹冠采摘面,就得采用深修剪技術,剪去密集細弱的雞爪枝層,使茶樹重新抽發(fā)新枝,提高育芽能力,延長茶樹高產穩(wěn)產年限。 我國以往的茶樹修剪多是采用人工修枝剪進行的,費時費力,作業(yè)質量較差。從70年代中期開始研制茶樹修剪機,目前已有單人、雙人和重修剪機等機種。 單人修剪機由一人手提操作,主要用于茶樹的輕修剪和深修剪,同時,也可用作機械化茶園的修邊,使茶樹行間留出20厘米的間距,以利機器的通過和操作。 單人修剪機有機動和電動兩種類型。70年代中期,中國農業(yè)科學院茶葉研究所等單位研制的中頻電動手提式茶樹修剪機,就是以汽油機帶動的中頻發(fā)電機組為電源,中
7、頻微型電機作動力的電動機型,使用雙動往復刀片,切割幅寬300毫米。但是,使用較多的還是以汽油機為動力的機動型,采用平行往復刀片,切割幅寬750毫米,中國農科院茶葉研究所和安徽省農業(yè)機械研究所近年來研制的單人修剪機都屬這種類型。這種修剪機由動力、傳動機構(減速和凸輪往復機構等)、切割器等部分組成。動力為0.8馬力小汽油機.切割器使用平行往復刀片,雙動,往復頻率為1000次/分。整機重量5公斤,作業(yè)時由一人手提操作,汽油機產生的動力,通過飛塊摩擦式離合器、減速齒輪和偏心凸輪帶動刀片作往復運轉,實現(xiàn)對茶樹枝條的切割,每小時可修剪茶地0.3畝左右。由于該機使用的汽油機應用了膜片式汽化器,并且吸油管采用
8、軟管形式,使吸油口在任何時候均可處于油箱內最低處,因此,可保證發(fā)動機在任何角度下都能正常工作,故操作方便,機動靈活,可高低左右修剪,運用自如。由于單人修剪機刀片鋒利,往復運轉速度高,所以直徑在10毫米以下的枝條,可一刀利落地切斷,切口平整。修剪后的蓬面整齊,能修剪出所要求的形狀,修剪質量大大超過人工。在我國廣大茶區(qū),尤其在山區(qū)小塊茶園中特別適用。 雙人茶樹修剪機由兩人手抬操作,切割器有弧形和平形兩種形式,這兩種形式的雙人修剪機除刀片和力架一為弧形一為平形外,其余結構完全一樣,并且機架可以通用,從而使一臺機器有兩種使用形式。弧形切割器的雙人修剪機主要用于中、小葉種灌木型茶樹的輕修剪和深修剪。
9、而平形修剪機主要用于幼齡茶樹的定型修剪和大葉種小喬木型茶樹的輕、深修剪。雙人修剪機由動力、切割器、傳動機構、機架和操作手柄等部分組成。動力為1馬力汽油機,刀片為往復切割式,弧形刀片的弧形半徑為1200毫米,切割幅寬1040毫米,雙動,往復頻率1000次/分。作業(yè)時由兩人手抬跨行作業(yè),汽油機產生的動力,經飛塊摩擦式離合器、減速和凸輪等傳動機構驅動上、下刀片作往復運轉,實施對茶樹的修剪。這種修剪機由兩人手抬作業(yè),并且在茶蓬蓬面上跨行作業(yè),因此勞動強度比單人修剪機低,作業(yè)效率也較高,每行蓬面如修剪一次,臺時工效為3.5-4.0畝;每行茶樹蓬面若需修剪兩次,臺時工效為1.5-2.0畝,比人工修剪可提高
10、工效10倍以上.雙人修剪機同樣切割干脆利落,直徑在10毫米以下的枝條可一次切下,切口平滑,不碎不裂,修剪后的蓬面劃一,并且由于該機的刀片弧度與雙人采茶機完全一致,可與雙人采茶機配套使用,和上述單人修剪機一樣,應是我國茶園作業(yè)中重點推廣的機種。 重修剪機是用于衰老茶樹重修剪作業(yè)的修剪機,近年來我國雖已有機型試制成功,但試用數量不多。這種修剪機也是由動力、切割器、傳動系統(tǒng)和機架組成。動力使用1.7馬力汽油機,刀片采用平形往復式,切割幅寬800毫米,雙動,往復頻率500-700次/分??缧凶鳂I(yè),裝有車輪的重修剪機由兩人拉行。因茶園地面平整程度較差,行走輪在行間行走困難,故另一種形式的重修剪機不設
11、行走輪,而采用手抬式,需三人作業(yè),發(fā)動機一端由兩人操作。這種修剪機作業(yè)時,可對茶樹在離地30-40厘米處實施重修剪,修剪的最大直徑為25毫米,一般情況下切口平整、不碎不裂,質量優(yōu)于人工大剪刀,并且,這種機具的推廣應用,將大大減輕重修剪作業(yè)的勞動強度。 此外,安徽省農業(yè)機械研究所和祁門茶機廠還研制了一種茶樹臺刈機,也采用往復切割式刀片,以2.3馬力汽油機為動力,機器割幅為300毫米,可對茶樹離地5-30厘米范圍內實施臺刈作業(yè),作業(yè)質量良好,一個班次可臺刈茶園2畝。 為了充分發(fā)揮修剪機的使用性能,提高作業(yè)質量,對修剪機的合理選擇和正確應用是十分重要的。應根據茶園生長狀態(tài)等,確定對茶樹修剪的
12、種類。若為幼齡茶園的定型修剪,則可選用單人或雙人平形修剪機,尤其是雙人平形修剪機,一次剪過,整齊劃一,修剪高度也容易掌握,效果最好。對成齡茶園進行輕修剪和探修剪,一般應選用雙人修剪機,若為大葉種茶園,應用平形雙人修剪機,中、小葉種茶園,使用弧形雙人修剪機,當然成齡茶園也可應用單人修剪機進行輕修剪和深修剪,但工效低,一般多是使用雙人修剪機修剪蓬面,然后輔以單人修剪機進行兩側修邊,作業(yè)效果較為理想。 使用雙人修剪機進行茶園的輕修剪作業(yè)時,兩個操作者行進應稍有前后,以利于操作和行走;若系深修剪,因為一般要剪去樹冠的10-15厘米,負荷較重,一次修剪難以完成,故多采用三次修剪法,即蓬面兩側先傾斜修
13、剪兩刀,中間再放平修剪一刀,修兩邊時,先以一側蓮邊應修到的高度為標準,中間掌握抬高一些,最后用放平的一刀把整個茶蓬修整齊,這種作業(yè)方法,機器負荷較輕,效果較好。 深修剪通常剪去冠面10~15cm枝梢,目前茶樹的深修剪工作一般用雙人抬修剪機來實施,但雙人抬修剪機比較笨重,且工作效率低。 重修剪的對象則是半衰老和未老先衰的茶樹。這種茶樹,雖然骨干枝的抽生能力仍較強,但生產枝的育芽能力已很弱,芽葉瘦小,葉張薄細,輕伸修剪根本不起作用,即使采用深修剪也不能達到目的,這時,就得采用重修剪技術。重修剪茶樹一般在離地30~40cm處修剪樹干。臺刈則是比重修剪更為徹底的改造樹冠的修剪技術,其對
14、象是嚴重衰老的茶樹,但目的與重修剪相同;茶樹臺刈后,從根頸部抽發(fā)的新枝能重新形成樹冠。重修剪及臺刈由于修剪的茶樹枝干一般較粗,現(xiàn)有的茶樹修剪機械很難擔當大任、不但效率低,而且常出現(xiàn)露枝現(xiàn)象;因此許多地方還在采用人工以砍柴刀對枝干進行砍切修剪,勞動狀況惡劣、勞作水平極其落后,另外人工砍切修剪對茶樹生長是十分不利的。 2整體設計 茶樹修剪是人為地抑制頂端主枝生長優(yōu)勢的措施,可刺激著生部位較低的芽萌發(fā)新技,增強樹勢,培養(yǎng)高產優(yōu)質樹冠。茶樹修剪方法主要有幼齡茶樹的定形修剪、成齡茶樹的輕修剪與深修剪,衰老茶樹的重修剪等。 2.1技術設
15、計的要求 1)刀具使用壽命:720h左右; 2)修剪樹高:<250cm; 3)修剪幅寬:500cm; 4)工作效率:最高0.24hm2/h; 5)切口平整度:平均80%; 2.2傳送路線的擬定 2.2.1 對傳動方案的要求 合理的傳動方案,首先應滿足工作機的功能要求,其次還應滿足工作可靠、傳動效率高、結構簡單、尺寸緊湊、重量輕、成本低、工藝性好、使用和維護方便等要求。 2.2.2 擬定傳動方案 任何一個方案,要滿足上述所有要求是十分困難的,要統(tǒng)籌兼顧,滿足最主要的和最基本的要求。 方案一: 圖2-1 方案二: 圖2-2
16、考慮到經濟性及機器的整體結構和傳動所需要的準確性,通過分析決定采用結構比較簡單的方案一。 3設計內容 根據第一章中對于設計要求和傳動合理性經濟合理性考慮,做如圖3-1所示的設計。 圖3-1 3.1軸的設計 3.1.1軸I的設計 軸I的計算 (1) 選擇軸的材料 ,確定許用應力 因我們設計的軸對材料無特殊要求,故選用45鋼并經調質處理,強度極限 ,許用彎曲應力 (2)按扭強度估算軸徑 根據 ,又【2】中公式6-1(a)得 因最小軸徑處有鍵槽存在,故將估算增大3%~5%取為19.1mm~21.1mm 由附錄2查得標準直徑 (3) 設計軸的結構
17、并繪制機構草圖 a.確定各軸段直徑 根據 取h=2.5mm 初選軸承6307GB/T276-2004 的直徑根據軸承的內徑決定取為 的直徑也是根據軸承來定 取為 b.確定各軸段長 根據汽油機高度及整機結構,軸的總長為520mm 軸段Ⅰ的長度可以根據所選帶輪寬螺母厚度及安裝結構確定為125mm 軸段Ⅱ的長度根據軸承座端面和帶輪的距離確定為26mm 軸段Ⅲ的長度軸承寬得21mm 軸段Ⅶ用裝刀片,可根據刀片的厚度,螺母和墊片的厚度確定軸長為50mm 軸段Ⅴ的長也為軸承寬21mm 軸段Ⅵ的長和軸段Ⅱ的一樣為26mm 最后留下的長度就為軸段Ⅳ的長 3.
18、1.2.軸的校驗 以B為基點 , 在以C點為基點: 由【2】中圖5-7得,滿足,故軸的 設計滿足要求。 圖3-2軸Ⅰ的應力圖 3.1.3 軸承的選擇 應 所以只要邊的軸承可用即可 初選軸承6307 GB/T276-2004 基本額定功率為 軸的預期壽命取為 查附錄1得 計算軸承的額定壽命L 為溫度系數 按附錄1,取=1 計算軸承的實際壽命L1 應,故6307軸承滿足要求 故根據以上的計算步驟設計出軸承 如圖3-3 圖3-3 3.1.4鍵的選用 根據結構,由附錄2選擇:8110 普
19、通A型平鍵 圖3-4 3.1.5軸Ⅱ的設計 軸的計算 (1)選擇軸的材料 ,確定許用應力 因我們設計的軸對材料無特殊要求,故選用45鋼并經調質處理,由強度極限 ,再由許用彎曲應力 (2)扭強度估算軸徑 根據 ,又由【2】中6-1(a)得 因最小軸徑處有鍵槽存在,故將估算增大3%~5%取為18.8~20.06mm 由附錄2查得標準直徑 (3)設計軸的結構并繪制機構草圖 a.確定各軸段直徑 根據公式 取h=2.5mm 初選軸承6307GB/T246-2004 的直徑根據軸承的內徑決定取為 的直徑也是根據軸承來定 取為 b.確定各軸段
20、長 根據汽油機高度及整機結構,軸的總長為470mm 軸段Ⅰ的長度可以根據所選帶輪寬螺母厚度及安裝結構確定為66mm 軸段Ⅱ的長度根據軸承座端面和帶輪的距離確定為27mm 軸段Ⅲ的長度軸承寬得21mm 軸段Ⅶ用裝刀片,可根據刀片的厚度,螺母和墊片的厚度確定軸長為50mm 軸段Ⅴ的長也為軸承寬21mm 軸段Ⅵ根據軸承座端面和帶輪的距離確定為26mm 最后留下的長度就為軸段Ⅳ的長軸校驗 以B點為基點: 在以C點為基點: 查【2】中6-1(a)得,滿足,故軸的設計滿足 要求。 圖3-5 (4)軸承
21、的選擇 應 所以只要邊的軸承可用即可 初選軸承6307 GB/T276-2004 基本額定功率為 軸的預期壽命取為 查附表1 得 計算軸承的額定壽命L 為溫度系數 按附表3,取=1 計算軸承的實際壽命L2 應,故6307BG/T246-2004軸承滿足要求 圖3-6 (5)鍵的選用圖 根據結構選擇856的普通A型平鍵(如圖3-7) 圖3-7 3.2汽油機的選擇 3.2.1已知給定的參數如下 (1)切削力F=200N (2)切削最大半徑R=60mm (3)刀片轉速n=1500r/min 3.2.2 汽油機的選擇計算: 扭
22、矩:T=FR=200N0.06m=12N.m 額定功率 輸出功率 P=1.8(09.8094)=2.2kw 消耗功率 總功率 選擇2E60C型汽油機,立軸,水冷,P=7.4KW n=2500r/min,T=53N.m 3.3帶的設計 3.3.1帶I的設計 (1)確定計算功率 由附表3查得=1.1 由P=KD得 ==1.17.4KW=8.14KW (2)選擇普通V帶型號 根據=8.14KW =2500r/min 由附表4選用B型普通V帶。 (3)確定帶輪直徑 根據附表2選取=140mm 且=140mm>125mm 大帶輪直徑為=/=2
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