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寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）任務書 所在學院 機電學院 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 班級 學生姓名 學號 指導教師 題 目 半自動園林景觀修剪機設計 一、畢業(yè)設計（論文）工作內容與基本要求：（目標、任務、途徑、方法，應掌握的原始資料（數據）、參考資料（文獻）以及設計技術要求、注意事項等） （一）、畢業(yè)設計的工作內容和目標：此次畢業(yè)設計的主要內容是收集整理“半自動園林景觀修剪機”課題的畢業(yè)設計資料，完成“半自動園林景觀修剪機”設計與計算，并上交“半自動園林景觀修剪機”的設計圖紙和設計說明論文。具體是根據廣泛收集整理的畢業(yè)設計資料與工程調研的基礎上，篆寫文獻綜述；書寫本畢業(yè)設計課題的開題報告；完成“半自動園林景觀修剪機”總體結構設計，并繪制機械結構的設計裝配圖；完成“半自動園林景觀修剪機”的控制系統具體設計，并繪制其控制系統的原理圖；計算并確定“半自動園林景觀修剪機”控制系統使用元器件的型號規(guī)格；編寫“半自動園林景觀修剪機”的設計計算論文。通過本次畢業(yè)設計初步掌握機電一體化產品的開發(fā)和典型機電一體化產品設計的基本方法，工作程序和設計步驟，能綜合運用所學專業(yè)知識解決工程實際問題，具備一定的新機電產品開發(fā)和機電產品設計的能力。 （二）、原始數據及設計技術要求： 設計的原始數據：“半自動園林景觀修剪機”的驅動使用1.5KW的汽油機；修剪機的修剪速度：1.5M2/每分鐘；修剪過程全自動化。 （三）、設計技術要求：“半自動園林景觀修剪機”控制系統的采用機電結合方式；整枝、修剪自動化；修剪的造型定為球形和平面兩種基本型。本課題的設計包括“園林景觀修剪機”的機機械結構設計和“半自動園林景觀修剪機”的控制控制系統設計兩大部分。 （四）、參考資料（文獻）： 1、園林機械方面的書籍和文獻。 2、先進機械與機構方面的書籍和文獻。 3、機械結構設計方面書籍和文獻。 5、機械設計和機械原理方面的文獻和資料。 6、電氣控制與自動化方面的書籍和文獻。 7、機械設計手冊。 8、機電一體化設計手冊。 二、畢業(yè)論文進度計劃： 序號 各階段工作內容 起訖日期 備注 1 收集畢業(yè)設計資料，并篡寫文獻綜述。 9.10～9.30 2 英文資料翻譯。 10.8～10.15 3 擬寫開題報告。 10.16～10.20 4 確定“半自動園林景觀修剪機”的設計方案，并進行設計方案論證。 10.21～11.10 5 進行“半自動園林景觀修剪機”總體機械結構設計，并繪制其總設計裝配圖。 11.11～12.11 必要時去相關企業(yè)調查學習 6 擬定“半自動園林景觀修剪機”控制系統的設計方案，并繪制控制系統控制原理圖。 12.12～1.12 7 確定“半自動園林景觀修剪機”的控制系統元器件型號。 1.13～2.13 8 編寫“半自動園林景觀修剪機”的畢業(yè)設計論文。 3.1～4.1 9 準備答辨，并制答辯用PPT。 4.2～4.10 畢業(yè)設計（論文）時間： 2014 年 9 月 10 日至 2015 年 4 月 20 日 計 劃 答 辯 時 間： 2015 年 4 月 25 日 三、專業(yè)（教研室）審批意見： 審批人（簽字）： 工作任務與工作量要求：原則上查閱文獻資料不少于12篇，其中外文資料不少于2篇；文獻綜述不少于3000字；文獻翻譯不少于2000字；畢業(yè)論文1篇不少于8000字，理工科類論文或設計說明書不少于6000字（同時提交有關圖紙和附件），外語類專業(yè)論文不少于相當6000漢字。 提交相關圖紙、實驗報告、調研報告、譯文等其它形式的成果。畢業(yè)設計（論文）撰寫規(guī)范及有關要求，請查閱《寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）指導手冊》。 備注：學生一人一題，指導教師對每一名學生下達一份《畢業(yè)設計（論文）任務書》。 X大紅鷹學院 畢業(yè)設計(論文) 半自動園林景觀修剪機設計 所在學院 專 業(yè) 班 級 姓 名 學 號 指導老師 年 月 日 摘要 隨著人們物質文化生活需求的提高，人們逐漸環(huán)保要求也在不斷提高，城市綠地建設和維護量量的草坪上機械在社會需求的同時提高增長，導致草坪快速發(fā)展機械行業(yè)。 這項研究是一個半自動修剪景觀設計，介紹了歷史和園林修剪機的當前狀態(tài)。這一景觀主要用于大中型草坪修剪剪和維護，都需要有良好的機械性能，安全性和修剪草坪的質量。這種設計的園林修剪機，使用現有的園林修剪機的車中，只有園林修剪機葉片和傳動設計和模型設計的一個重要組成部分。在現代技術的基礎上，機械和美學原理相結合，利用機械設計理論的基礎上，根據實際情況，選擇合適的工具，電機等來實現這種設計的終極目標。 關鍵詞：，家居，園林修剪機，結構設計，電池; 33 Abstract With the requirement of people for material and cultural life level improving, people gradually to the environmental requirements are also rising, the amount of urban green building and repair quantity increased, at the same time the community on the turf machinery growing demand, driven by the high-speed development of lawn machinery industry. This paper is a kind of semi automatic pruning machine landscape design, introduces the history and present situation of landscape trimmers. This landscape pruning machine is mainly used for large and medium-sized lawn mowing and maintenance requirements, with mechanical properties, safety performance and good quality of lawn. In this paper, the design is a key component of landscape trimmers, landscape trimmers use existing car, only to the landscape trimmer blade and transmission mechanism design and model design. Based on modern technology, combined with mechanics and aesthetics, the use of mechanical design theory, according to the actual situation, select the appropriate tool, motor to achieve the ultimate goal of this design. Keywords: landscape, household, trimming machine, structure design, battery; 目錄 摘要 II Abstract III 1 緒 論 1 1.1國內外景觀修剪機的應用市場以及開發(fā)現狀 1 1.2景觀修剪機的發(fā)展現狀及未來發(fā)展方向 1 1.3研究目的及意義 3 1.4景觀修剪機的工作原理和機械結構 3 1.5研究的主要內容和方法 4 2 景觀修剪機總體設計 5 3 景觀修剪機系統傳動裝置的機械計算 6 3.1帶傳動動力設計計算 6 3.2刀具的設計及計算 12 3.2.1刀具的概述 12 3.2.2刀具的運動分析 13 3.2.3刀具的結構尺寸及相關參數 14 3.3 端面齒輪及撥桿的設計部分 15 3.3.1端面齒輪和撥桿的概述 15 3.3.2 端面齒輪和撥桿的運動分析 15 4 控制系統的設計 20 4.1 控制系統總體方案 20 4.2 鑒向 20 4.3 計數的擴展 21 4.4 中斷的擴展 23 4.5 數摸轉換器的選擇 24 4.6 電機驅動芯片選擇 26 總 結 30 致 謝 31 參考文獻 32 1 緒 論 1.1國內外景觀修剪機的應用市場以及開發(fā)現狀 19世紀中期，大多數仍在使用鐮刀修剪草坪或放牧牛羊，保持草整潔性質。隨著高爾夫，網球和足球等運動的興起，保持完美的操場草地使它成為重中之重。英國人埃德溫萌芽使用發(fā)明滾刀剪草機旋轉機械的工作原理，在英國上市的產品已廣泛歡迎，其次是美國的繼任者。 1868年，美國第一專利剪草機，草坪美國業(yè)界也由此開始。但這幾年，將有大約剪草機37項專利發(fā)明。到1881年，共有4萬多臺進行生產和銷售的割草機。最初的人類動力草坪割草機;在1890年，英國開始設計動力的剪草機。從蒸汽動力的一個小內燃機驅動的最初的發(fā)展帶動; 1909年，美國科學家萊尼制成割草機機動專利，雖然割草機由汽油發(fā)動機驅動的，但整個設備馬拉仍然行走。 在草坪機械的發(fā)展歷史，二戰(zhàn)是一個轉折點。之前和之后的20世紀30年代，年生產各類割草機約3萬臺的數量。戰(zhàn)爭結束后，美國的經濟復蘇，使低軍人不付現金買房子，大量的建設和銷售的房屋，草坪修剪機械推動大幅上漲生產的快速發(fā)展，1947年達36萬臺，同比增長700萬臺，1974年。自20世紀70年代末，市場上銷售的割草機逐漸趨向飽和，但每年依然在500萬-600萬臺。割草機的同時提高其性能的數目也得到了改善。 1950年，美國的第一個無線電控制的割草機出生; 1978年，C1arence諾克開發(fā)的草坪可以編程的割草機“;在20世紀80年代，一些新的草坪設備投放市場再次，由于地膜覆蓋割草機，伐木機，Lawndethatcher，修剪機，以及清潔與鼓風機，草坪草坪真空，草坪清掃車，到80年代后期，修剪機被認為是一個普通的家用電器。 中國的生產割草機的起步較晚，一般小規(guī)模生產者，該產品采用了單一的，少數品種，不能滿足要求，質量與發(fā)達國家相比還有很大的差距。所以很長一段時間，草坪剪草機大多是進口，主要來自日本，美國，意大利和瑞典。據統計，在1999年約30000臺，其中80％是進口的割草機銷售;各類在2000年擁有的草坪機械的總額超過1300萬臺，割草機進口31,600左右的單位;在過去的兩年里，草坪機械，圍繞全年國內銷售的草坪機械的30％的年均增長速度約為1.2十億至1.3億元，其中機械從國外進口占國內生產它自己的85％該產品約占15％，其總銷量約10000臺。 1.2景觀修剪機的發(fā)展現狀及未來發(fā)展方向 起初OPEI（戶外電力設備研究所）園林修剪機的定義是：“既然產生的功率可以乘坐汽車，草坪花園的割草一般使用，犁地，他們通常不能被用來冷卻空氣的四沖程發(fā)電機，一般為12?；蚋亳R力發(fā)動機或由電力或拖動（電池）被啟動。旋轉刀片切割裝置通過皮帶或鏈條與發(fā)動機連接，有些含有一個軸用于將動力傳遞到附加的其他維修工具，但大多數人不是“其實OPEI定義園林修剪機具有很多非常專業(yè)的定義 - 后置發(fā)動機園林修剪機，園藝拖拉機和發(fā)動機前置的草坪拖拉機。每個視圖都有自己的規(guī)范修剪，使公司得以正確分類裝運營銷。 隨著科學技術的發(fā)展，新技術的不斷完善，隨著新技術的電子產品，新材料，導航定位技術在園林剪不斷的使用?，F在人們有更多的不僅僅是園林修剪機作為一種常見的工具，但給了它很多的其他的意義。 隨著對環(huán)境的關注，越來越多的中國城市的綠化面積，草坪品種往往富含草坪業(yè)的快速發(fā)展使得草坪修剪景觀的需求也越來越大。但是，由于中國的經濟水平不高，多數的綠色是保護只是低水平，園林修剪機以前的動物被用于更經常修剪機的景觀，由馬或牛牽引完成割草作業(yè)。國外園林機械工業(yè)和消費市場已經相當成熟。通過推出電動剪景觀，園林修剪機將在該國的綠色事業(yè)越來越大的作用。 （1）電子，研究和使用新園林修剪機的新材料和制造方法的發(fā)展將會對未來一個顯著影響在未來的園林修剪機的設計，內部的設備可以使用更多的電子技術。人機界面工具的信息接口將是開發(fā)的重點，包括顯示產生和其他反饋裝置中，而不是目前直接通過操作者的視覺反饋。 HMI自動化系統將越來越高，園林修剪機將發(fā)展朝著智能化的方向發(fā)展，如自動導航系統，自動定位系統和自動測試系統，甚至無人園林修剪機的出現。 （2）外觀將更加個性化，更多樣化的類型 從收集到的信息，目前大多數市場園林修剪機都是相似的外觀，缺乏創(chuàng)新和變化。針對目前國內園林修剪機形成一個單一的顏色，如缺乏操作方便和舒適不夠，園林修剪機應該是在功能和外觀上的突破。在不久的將來，肯定會有越來越多的豐富車型，以滿足不同個體的需求。園林修剪機市場將進一步完善和多樣化，更適合不同場合和景觀樹種修剪機不同的切割需求將出現。例如，使用不同的個性化設計的基團，以及高度為不同類型的牧場和草地的，所以不同的從周圍環(huán)境的具體設計做出相應的調整和變化，分別。 （3）的駕駛性能的改善，將來園林修剪機，這將使操作員的工作一種享受，或松弛的形式。當然，隨著科技和技術的園林修剪機的進步不斷提高駕駛性能，駕駛舒適性也將繼續(xù)增加。你甚至可以把它看作是交通工具，還是一種休閑方式。在中國，由于條件等方面的原因，還沒有形成這樣的認識。在國外，經常舉行剪景觀或風景設計大賽剪游戲，有很多的園林修剪機俱樂部。這說明，人們不只是園林修剪機作為一種常見的工具來使用，但給了它很多的其他的意義。 1.3研究目的及意義 隨著人們物質文化生活需求的提高，人們逐漸環(huán)保要求也在不斷提高，城市綠地建設和維護量量的草坪上機械在社會需求的同時提高增長，導致草坪快速發(fā)展機械行業(yè)。市面上出售的有一個工作園林修剪機大多低效，勞動強度大等缺點，為了改善這種情況上，該研究的設計顯示修剪景觀成為必要。 目前研究的設計旨在提高園林修剪機，不改變現有的園林修剪機的工作原理，提高園林修剪機觀賞性，結構簡單，提高了工作效率。這一階段的研究園林修剪機的目的是現代技術的基礎上，機械和美學原理相結合，利用機械設計理論，利用簡單的機械結構，選擇適當的工具來實現這個設計的終極目標。 為了更好地滿足研究的目的，設計要求，位置園林修剪機工具，以改善安置觀賞性非常重要的選擇的工具對工作效率產生重大影響。該研究主要集中在設計中既要完成的園林修剪機的改進。 1.4景觀修剪機的工作原理和機械結構 割草機械可以根據功率和人推遷移率可分為兩大類。按下電源分為柴油，汽油發(fā)動機和電動機驅動的三類。在小型汽油動力更常見，而用于大型割草機械，如牧草園林修剪機的柴油;當地割草刀運動可分為滾刀，旋轉刀和剪切3種;可根據切刀旋轉刀，滾刀的形狀來劃分，往復式切割器的風格和連枷等;通過在分類的形式的驅動程序，可分為推式（步行樣式），自走，（驅動方式）;通過支持電源和做法手推，手實現風格，手自走式，駕駛風格，拖拉機，割草機等割草寬度一般為400?l000mm，修剪高度為15?l0Omm有幾個可調的齒輪。 （1）滾刀剪草機 它由用刀片和固定底刀鼓。滾刀的形狀像一個圓筒松鼠，螺旋銑刀安裝在圓筒形表面，爐灶閥桿相對于所述底部旋轉帶動刀切割產生一個逐漸滑動剪切將切割莖。質量滾刀割草機的割草取決于葉片和滾刀滾刀速度，在滾刀刀片的數目的數量越多的道路削，草切割和更詳細的單位長度的個數，葉片的數量滾刀一般從3至12個;滾刀的速度越高，切下更詳細的草地上。滾刀割草機是最常用的高品質的割草機模型高草坪3?80毫米，這是昂貴的，維修的要求很高。 （2）旋轉刀的割草機（也稱為吊刀） 這是命懸橫向直立軸高速旋轉的刀片擊中了上刀切草。其工作裝置是草屑的長條形，或在橫向切刀，高速旋轉的刀片的割草機刀片刀和切莖的碰撞，用于切割無支持。類風扇葉片的形狀，以高速，在一定的真空的地面吹出直立莖，容易切割并與殼體形式托珀斯任何人來設置割的草背后意味著渦流或套管從溢出草坪的適當范圍內割草噴出，它的價格相對低廉，保養(yǎng)，維修，使用方便，是國內外最流行的割草機。 （3）連枷割草機 其中切割裝置垂直于地面由多個在旋轉軸鉸接葉片的旋轉組合物中，當高速旋轉，在離心力的作用，它是垂直于葉片為核心枷的軸線，端部切割刀片不斷沖擊桿。由于刀片銑刀，喬木或鉸鏈，當它涉及到連續(xù)硬物的沖擊而不損壞機器可避免。 （4）甩繩割草機 其工作設備由尼龍繩草磁盤恢復人體盾牌組件構建。當高速旋轉的盤草，尼龍繩在離心力作用下伸出來，像一堆直刀，切斷莖趕緊打草。由于尼龍繩是靈活的，當它擊中一個障礙讓步，不會損壞機器本身，它不會有一個更大的障礙損壞。 1.5研究的主要內容和方法 本文針對景觀修剪機，主要的設計和分析工具零件的設計和聚焦的整體結構。園林修剪機應用普遍持樂觀態(tài)度，因為綠色園林修剪機家族意識的作用明確和建議?，F在的園林修剪機雖多，但大多數的園林修剪機的復雜的結構，價格昂貴，很少使用。該園林修剪機主要設計用于家庭草坪，電池驅動，結構規(guī)范，安全。 這項研究的主要內容包括： 1）了解國內外市場的應用，以及小型園林修剪機的發(fā)展現狀; 2）熟悉景觀工程和機械修剪機的結構;特性及設計參數 3）比較市場小園林修剪機，的優(yōu)點和缺點的詳細數據; 4）畫出的小園林修剪機及關鍵零件圖的組裝計劃的結構; 2 景觀修剪機總體設計 景園林修剪機的整體設計參數： 選擇電池驅動，修剪高度20-70mm，園林修剪機最大寬度240毫米。 第一步是了解的景觀草坪修剪機的功能。草坪面積會影響你的選擇的發(fā)動機馬力和草坪地形特點決定了園林修剪機應具備的性能。 如果驅動器的DC馬達沒有問題，只要在額定電壓的電池組，并在其上??的直流電動機的電壓匹配。如果交流電機驅動，就需要用交流電機驅動的逆變器的交流電動機驅動相匹配。如果是其他的馬達也需要以驅動其它電機一個與其他電動機驅動器的匹配。 此款是小型的家庭園林修剪機。選擇是電池驅動。 由于汽油發(fā)動機的成本高，經常需要維修，設計的首選電池驅動，綠色環(huán)保，操作方便，更適合風景修剪。 園林修剪機切割寬度因修剪，以確保及時完成工作的大草坪。手工園林修剪機需要動粗，效率低下。園林修剪機修剪完成一天所需的任務，在園林修剪機只需要幾個小時才能完成。手推遠更有效。 數據的原始設計：“半自動剪景觀”的驅動程序使用汽油發(fā)動機1.5KW;修剪剪速度：1.5M2 /每分鐘;修剪過程完全自動化。 3 景觀修剪機系統傳動裝置的機械計算 3.1帶傳動動力設計計算 輸出功率P=1.5kW,轉速n1=1500r/min,n2=850r/min 計算設計功率Pd 表4 工作情況系數 工作機 原動機 ⅰ類 ⅱ類 一天工作時間/h 10~16 10~16 載荷 平穩(wěn) 液體攪拌機；離心式水泵；通風機和鼓風機（）；離心式壓縮機；輕型運輸機 1.0 1.1 1.2 1.1 1.2 1.3 載荷 變動小 帶式運輸機（運送砂石、谷物），通風機（）；發(fā)電機；旋轉式水泵；金屬切削機床；剪床；壓力機；印刷機；振動篩 1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4 載荷 變動較大 螺旋式運輸機；斗式上料機；往復式水泵和壓縮機；鍛錘；磨粉機；鋸木機和木工機械；紡織機械 1.2 1.3 1.4 1.4 1.5 1.6 載荷 變動很大 破碎機（旋轉式、顎式等）；球磨機；棒磨機；起重機；挖掘機；橡膠輥壓機 1.3 1.4 1.5 1.5 1.6 1.8 根據V帶的載荷平穩(wěn)，兩班工作制（16小時），查《機械設計》P296表4， 取KA＝1.1。即 選擇帶型 普通V帶的帶型根據傳動的設計功率Pd和小帶輪的轉速n1按《機械設計》P297圖13－11選取。 根據算出的Pd＝1.65kW及小帶輪轉速n1＝1500r/min ，查圖得：dd=80～100可知應選取A型V帶。 確定帶輪的基準直徑并驗證帶速 由《機械設計》P298表13－7查得，小帶輪基準直徑為80～100mm 則取dd1= 100mm> ddmin.=75 mm（dd1根據P295表13-4查得） 表3. V帶帶輪最小基準直徑 槽型 Y Z A B C D E 20 50 75 125 200 355 500 由《機械設計》P295表13-4查“V帶輪的基準直徑”，得=160mm 誤差驗算傳動比： （為彈性滑動率） 誤差 符合要求 ② 帶速 滿足5m/s300mm，所以宜選用E型輪輻式帶輪。 總之，小帶輪選H型孔板式結構，大帶輪選擇E型輪輻式結構。 帶輪的材料：選用灰鑄鐵，HT200。 確定帶的張緊裝置 選用結構簡單，調整方便的定期調整中心距的張緊裝置。 計算壓軸力 由《機械設計》P303表13－12查得，A型帶的初拉力F0＝123.75N，上面已得到=171.81o，z=4，則 對帶輪的主要要求是質量小且分布均勻、工藝性好、與帶接觸的工作表面加工精度要高，以減少帶的磨損。轉速高時要進行動平衡，對于鑄造和焊接帶輪的內應力要小, 帶輪由輪緣、腹板（輪輻）和輪轂三部分組成。帶輪的外圈環(huán)形部分稱為輪緣，輪緣是帶輪的工作部分，用以安裝傳動帶，制有梯形輪槽。由于普通V帶兩側面間的夾角是40°，為了適應V帶在帶輪上彎曲時截面變形而使楔角減小，故規(guī)定普通V帶輪槽角 為32°、34°、36°、38°（按帶的型號及帶輪直徑確定），輪槽尺寸見表7-3。裝在軸上的筒形部分稱為輪轂，是帶輪與軸的聯接部分。中間部分稱為輪幅（腹板），用來聯接輪緣與輪轂成一整體。 表 普通V帶輪的輪槽尺寸（摘自GB/T13575.1-92） 項目 ? 符號 槽型 Y Z A B C D E 基準寬度 b p 5.3 8.5 11.0 14.0 19.0 27.0 32.0 基準線上槽深 h amin 1.6 2.0 2.75 3.5 4.8 8.1 9.6 基準線下槽深 h fmin 4.7 7.0 8.7 10.8 14.3 19.9 23.4 槽間距 e 8 ± 0.3 12 ± 0.3 15 ± 0.3 19 ± 0.4 25.5 ± 0.5 37 ± 0.6 44.5 ± 0.7 第一槽對稱面至端面的距離 f min 6 7 9 11.5 16 23 28 最小輪緣厚 5 5.5 6 7.5 10 12 15 帶輪寬 B B =( z -1) e + 2 f ? z —輪槽數 外徑 d a 輪 槽 角 32° 對應的基準直徑 d d ≤ 60 - - - - - - 34° - ≤ 80 ≤ 118 ≤ 190 ≤ 315 - - 36° 60 - - - - ≤ 475 ≤ 600 38° - ＞ 80 ＞ 118 ＞ 190 ＞ 315 ＞ 475 ＞ 600 極限偏差 ± 1 ± 0.5 V帶輪按腹板（輪輻）結構的不同分為以下幾種型式： （1） 實心帶輪：用于尺寸較小的帶輪(dd≤(2.5～3)d時)，如圖7 -6a。  （2） 腹板帶輪：用于中小尺寸的帶輪(dd≤ 300mm 時)，如圖7-6b。 （3） 孔板帶輪：用于尺寸較大的帶輪((dd－d)＞ 100 mm 時)，如圖7 -6c 。 （4） 橢圓輪輻帶輪：用于尺寸大的帶輪(dd＞ 500mm 時)，如圖7-6d。 （a） （b） （c） （d） 圖7-6 帶輪結構類型 根據設計結果，可以得出結論：小帶輪選擇實心帶輪，如圖（a）,大帶輪選擇腹板帶輪如圖（b） 3.2刀具的設計及計算 3.2.1刀具的概述 剪切機采用剛性切割式，運動方式選擇往復式運動。 往復式切割裝置由上、下兩組刀片組成，分動和雙動兩種運動方式。本設計采用單動運動方式。單動切割器是動刀片在定刀上作往復運動；其特點是：，刀片的行程與上、下刀片的距離均相等。 剪切機的上、下刀片形狀相同，剪切時，草兩側同時受到切割，在一個行程中，運動速度的大小有變化，合理切割的方法是利用較大的速度來剪切。刀片的速度圖如圖2—11所示。剪刀自點向右運動時，其速度自零逐漸增加，在沒有達到之前，因切刀不相接觸，不發(fā)生切割。刀片到達時，兩刀刃開始接觸，這時稱為始切速，然后刀片繼續(xù)向右運動而進入切割，直到刀片到達時，兩刀刃相向接觸完畢，這以后不再切割，這時稱為終切速。由到為切割速度的變化范圍。由圖2—11可知，大于終切速。 圖2—11 切割速度的變化 在切割過程中，有些草是在被一刀刃頂斜著推向另一刀刃和剪切機前進而向前傾斜狀態(tài)下切割的，使草叢表面稍欠平整。 3.2.2刀具的運動分析 刀片一個行程時間內機器前進的距離稱為切刀的進程，以H表示，切刀一秒鐘內運動的絕對距離為： 式中：——機器的前進速度 ——刀具水平運動的距離 ——輪子的周長 一個行程所需要的時間為： 一個行程運動的絕對距離： 可得切刀的進程H為： 由于端面齒輪旋轉一周刀具往復運動6次，刀具行程運動呈現對稱的加速減速運動，速度由變化，從0到達的所需的時間與到達0的時間均為。 運動分析可知，刀具呈現勻加速運動，運動方程式為： 可得： 切刀的平均速度： 將切刀的平均速度與機器的前進速度的比值稱為刀機速比。 ，據類似的茶樹修剪機和采茶機的試驗分析，可得動力轉速較小的手推式剪草機傳動的效率較高。 3.2.3刀具的結構尺寸及相關參數 刀片是切割裝置的主要部件，由于使用條件和運動參數的不同，使刀片的參數隨不同的機型而有些差異。 表2—2手推式剪草機的主要參數 項目 切割器的形式 切割幅寬 刀片間距 刀片運動形式 刀片往復頻率 刀片形狀 配套動力 操作人數 凈重 手推式剪草機 往復切割 240mm 20mm 單動 860r/min 平形 149.1W 113r/min 1人 30kg 切割角的增大使切口變得不整齊。當刀片行程在時，刀片的切割角和楔角不影響剪草的質量。往復式刀刃的切割角和楔角如圖2—12所示。 圖2—12往復式刀刃的切割角和楔角 試驗分析可知行程與剪草質量的關系： 刀片的刀距行程對剪草的質量沒有顯著的影響。剪草質量比較好的行程在，碎片也相應較少。切割間距在時，切口平整；切割間距在30mm以上時，切口就不平整；切割間距大于40mm時，采摘面就象抓采樣的，漏采的也增多。 切割速度比與正常草芽葉、碎片的關系 手推式剪切機刀片的切割速度比在2.5以下時，正常芽葉多，碎片少。對采摘質量沒有大的影響。對類似作物的試驗，任何往復刀片，當切割速度比在2.5以下時，正常芽葉稍有減少的趨勢；切割速比在時，剪草質量無明顯的差別。切割速度比在小于3時，剪草面切口出現明顯的不平整。 表2—3往復式刀片的主要技術參數 項目 刀片 刀間距 刀高 切割角 刀角 硬度（HRC） 往復式刀片 動刀片 20mm 定刀片 3.3 端面齒輪及撥桿的設計部分 3.3.1端面齒輪和撥桿的概述 手推式剪草機中端面齒輪和撥桿一對運動組合類似于凸輪和推桿，而撥桿的運動直接影響其刀具的往復運動。由撥桿在端面齒輪凹凸曲面上的規(guī)則運動，從而帶動刀具的運動。 3.3.2 端面齒輪和撥桿的運動分析 端面齒輪的形狀如圖2—13所示： 圖2—13 端面齒輪的形狀 對撥桿的運動要求為： 當端面齒輪轉過時，推桿上升20mm； 端面齒輪再轉過時，撥桿下降20mm； 推桿繼續(xù)轉過時，撥桿又停止不動。 運動狀態(tài)如圖2—14所示。 圖2—14 運動分析圖 撥桿在端面齒輪處安裝，圖中a與b為撥桿上升對應的端面齒輪所旋轉的角度，c為。在端面齒輪上撥桿與端面齒輪接觸點旋轉的角度所對應的行程為： 式中d為撥桿與端面齒輪接觸點在端面齒輪上離中心位置的直徑大小。 圖2—15 端面齒輪的輪廓曲線 假設在端面齒輪上的運動行程為,接觸點上下運動的位移為,可得運動軌跡方程為： 在式中各參數： 為端面齒輪旋轉的角度； k為與端面齒輪運動行程與接觸點上下運動的位移的相關參數。 代入特殊值，可得： 從而得出接觸點上下運動位移的軌跡方程為： 推程階段 遠休止階段 回程階段 近休止階段 通過上述運動分析可以求出撥桿在端面齒輪上的工作輪廓線。 由于端面齒輪為六個相同的近似于凸輪的結構。故只需研究撥桿一個往復運動的工作輪廓線即可。 計算結果可得端面齒輪的工作輪廓線對應的值 表2—4 端面齒輪的工作輪廓線 （mm） (mm) 0 0 2.269 0.118 4.538 0.474 6.807 1.066 9.076 1.895 11.345 2.960 13.614 4.263 15.883 5.802 18.152 7.578 20.421 9.591 22.690 11.841 24.959 14.328 27.228 17.051 29.497 20.000 通過上述表中參數，我們可以近似加工出端面齒輪的工作輪廓線。度數越分的密，端面齒輪的形狀越精確。工作輪廓線如圖2—16所示。 圖2—16 端面齒輪的工作輪廓線 4 控制系統的設計 4.1 控制系統總體方案 該系統采用AT89C51單片機為核心的控制操作部分。脈沖信號被連接到當電動機正在運行時，通過設計和產生脈沖鑒別器電路發(fā)出的馬達數字編碼器，就可以得到旋轉方向;從鑒別器電路相反方向的脈沖信號為兩個計數器8253計數，以獲得旋轉速度和馬達的排量;通過對AT89C51各種控制程序運行后適當的操作，通過兩個DAC1208轉換成模擬輸出的控制輸出，以2 UC3637直流電動機的脈沖寬度調制器，由H橋的開關放大器，作為致動器的速度或給定的時刻，來控制電動機的操作，以使整個AGV自動制導車輛完成的控制任務的設計。 整個控制系統的組成框圖如圖3.1所示： 圖3.1 控制系統的組成框圖 4.2 鑒向 伺服電機根據控制要求能夠工作在四個不同的象限，作為系統的狀態(tài)檢測部分，必須能夠檢測電機的轉速及分辨電機不同的旋轉方向。安裝在電機旋轉軸上的數字編碼器在電機運轉時能夠產生相位相差90度的兩路脈沖信號，電機的旋轉方向可以由鑒向電路對此兩路脈沖進行鑒向后獲得，其原理如圖3.2所示。 圖3.2 鑒向原理 伺服電機反轉時，A相脈沖超前于B相脈沖90度，在cp十端輸出反向計數脈沖，當正轉時，B相脈沖超前于A相脈沖90度，在cp一端輸出正向計數脈沖，見圖3.3中的(b)和(c}所示，分辨出的脈沖進入脈沖計數電路進行計數，再由計算機讀入進行處理。其電路圖見圖3.3中的(a)所示。 圖3.3 電機轉向分辨電路 本次設計使用的數字編碼器為500P/ R ,即電機每旋轉一周輸出500個脈沖,電機到車輪的減速齒輪的減速比為62 : 1 ,因此車輪每前進或者后退一周產生500×62 即31000個脈沖,可見分辯率非常高。編碼器的脈沖輸出為差動形式,鑒向電路接收差動形式的脈沖信號,鑒向后輸入到8253計數器。 4.3 計數的擴展 為了得到驅動輪運轉的速度、位移等,而數字編碼器的輸出經過鑒向電路提供的是電機的正轉和反轉脈沖,必須對這些脈沖分別進行計數、運算才能得到所要的速度、位移等狀態(tài)量。本系統中使用了兩塊8253計數器,每塊芯片具有三個16 位計數器。四個獨立的計數器即1# 、2 # 、3 # 和4 # 分別用于兩臺電機的正/ 反轉脈沖的計數。 8253可編程定時器／計數器可由軟件設定定時與計數功能，設定后與CPU并行工作，不占用CPU時間，功能強，使用靈活。它具有3個獨立的16位計數器通道，每個計數器都可以按照二進制或二－十進制計數，每個計數器都有6種工作方式，計數頻率可高達2MHz，芯片所有的輸入輸出都與TTL兼容。 8253的內部結構框圖如圖3.4所示；引腳如圖3.5所示。 圖3.4 8253內部結構框圖 圖3.5 8253引腳圖 U6地址為：8000H計數器0 8001H計數器1 8002H計數器2 8003H控制字 U7地址為：6000H計數器0 6001H計數器1 6002H計數器2 6003H控制字 U6讀/寫控制邏輯接線：，，； U7讀/寫控制邏輯接線：，，。 U6芯片中計數器0和計數器1用于左輪電機正反轉計數，并處于工作方式3。U7芯片中計數器0和計數器1用于右輪電機正反轉計數，并處于工作方式3。在中斷服務程序中，這四個計數器分別對兩臺伺服電機的正/ 反脈沖進行計數，所得到的計數值減掉上一次的計數值，就可以得到在這一時間周期內的各路脈沖數。右輪反轉、正轉和左論反轉、正轉的結果分別存于臨時變量temp 1、temp 2、temp 3 和temp 4 中，在主程序中通過對它們進行運算就可以得到移動機器人的狀態(tài)量了。 4.4 中斷的擴展 AT89C51單片機是使用兩個級聯的8259A 中斷控制器來控制中斷的。主8259A 芯片上的IRQ2 擴展成從片上的IRQ8~IRQ15 使用。8259A作為一種可編程中斷控制器，是一種集成芯片。它用來管理輸入到CPU的各種中斷申請，主要外圍設備，能提供中斷向量、屏蔽各種中斷輸入等功能。每一個8259A芯片都能直接管理8級中斷，最多可用于9片8259A芯片級連，由其構成級連機構可以管理64級中斷。 圖3.6 8259A引腳圖 8259A的外部引腳： ：數據線，CPU通過數據線向8259A發(fā)送各種控制命令和讀取各種狀態(tài)信息。 INT：中斷請求，和CPU的INTR引腳相連，用來向CPU提出中斷請求。 ：中斷響應，接收CPU的中斷響應信號。 ：讀信號，低電平有效，通知8259A將某個寄存器的內容送到數據總線上。 ：寫信號，低電平有效，通知8259A從數據線上接受數據（即命令字）。 ：片選信號，低電平有效。 ：端口選擇，指出當前哪個端口被訪問。 ：接收設備的中斷請求。 ：級聯端，指出具體的從片。在采用主從式級聯的多片8259A的系統中，主從片的對應連接在一起。 ：主從片/緩沖器允許，雙功能引腳，雙向。它有兩個用處：當作為輸入時，用來決定本片8259A是主片還是從片。作為輸出時，當從8259A往CPU傳送數據時，由引出的信號作為總線啟動信號，以控制總線緩沖器的接收和發(fā)送。 本次設計采用兩片8259A進行級聯：主片的引腳連接從片的中斷請求INT，如果某一個引腳下面沒有連接從片，則可以直接連接外部中斷請求；而主片、從片的中斷響應信號和數據信號互相連在一起。主片CAS和從片CAS互相連在一起，當從片數量較多時，可以在主片CAS和從片CAS之間增加驅動器。主片的接高電平。從片的接低電平。在8259A的主從式級聯方式中，中斷的優(yōu)先級設置類似于單片機的情況。級聯如圖3.7所示。 圖3.7 8259A的級聯 4.5 數摸轉換器的選擇 將數字量轉換為模擬量的器件稱為數/模轉換器(digital-analog converter),簡稱為DAC。數/模轉換器的主要技術指標有分辨率、轉換精度、線性誤差和建立時間。 分辨率 指最小輸出電壓與最大輸出電壓之比。本次設計采用DAC1208芯片，故其分辨率為。 轉換精度 以最大的靜態(tài)轉換誤差的形式給出。DAC1208芯片為12位數/模轉換器其最大誤差為:,精度為。 線性度 指DAC的實際轉換特性曲線和理想直線之間的最大偏移差。 建立時間 在數字輸入端發(fā)生滿量程碼的變化以后，數/模轉換器的模擬輸出穩(wěn)定到最終值±1/2LSB時所需要的時間，當輸出的模擬量為電流時，這個時間很短。 DAC1208的內部結構及引腳如圖3.8和圖3.9所示。 圖 3 - 8 D A C 圖3.8 DAC1208的內部結構圖 圖3.9 DAC1208的引腳圖 DAC1208內部對輸入數據具有兩級緩存：8位輸入寄存器、4位輸入寄存器和12位DAC寄存器，這三個寄存器可以分別選通。 DAC1208有三種工作方式：單緩沖方式、雙緩沖方式、直通方式。 所謂的單緩沖方式就是使DAC1208的兩個輸入寄存器中有一個處于直通方式，而另一個處于受控的鎖存方式。在實際應用中，如果只有一路模擬量輸出。 所謂雙緩沖方式，就是把DAC1208的兩個鎖存器都接成受控鎖存方式。本次設計采用雙緩沖方式，目的是為了讓兩個直流伺服電機能夠實現同步。 所謂直通方式，輸入寄存器和DAC寄存器都接成直通方式，即信號均有效，數據被直接送入數/模轉換電路進行數/模轉換。 圖3.10 DAC1208雙緩沖連接方式 U9輸入寄存器地址為3FFFH DAC寄存器地址為5FFFH U10輸入寄存器地址為1FFFH DAC寄存器地址為5FFFH 本次設計采用DAC1208芯片的數/模轉換器其連接方式如圖3.10所示。為高電平時，選中數據輸入到8位輸入寄存器；當為低電平時，選中數據輸入到4位輸入寄存器；片選信號，低電平有效，和輸入鎖存信號一起決定第一級數據鎖存是否有效。第一級允許鎖存，高電平有效。寫信號1，作為第一級鎖存信號，必須和同時有效。寫信號2，作為第二級鎖存信號，必須和同時有效?？刂菩盘枺碗娖接行В鸵黄饹Q定第二級數據鎖存是否有效。模擬電流輸出端，DAC寄存器全1時最大，全0時為0。模擬電流輸出端，和有一個常數差：常數，此常數對應一個固定基準電壓的滿量程電流。參考電壓輸入端，可正可負，-10～+10v。 4.6 電機驅動芯片選擇 電機驅動采用PWM技術來驅動直流伺服電動機。PWM技術為脈寬調制技術其可通過輸入直流電壓，在其輸出可以得到頻率固定、脈沖幅度一定、脈沖寬度與輸入信號成線性關系的方波脈沖串，利用該方波脈沖串驅動功率放大電路，從而控制伺服電機的轉速。采用PWM技術的優(yōu)點是，PWM具有較高的切換頻率，這有助于克服伺服電機的靜摩擦力矩，與其線性功率放大器相比，功耗低且效率高，因而在伺服系統中得到了廣泛的應運用。為了改善伺服電機的運行特性，必須適當選擇PWM的切換頻率，其選擇可參考以下原則： （1）切換頻率應能使電機軸產生微振，以克服靜摩擦，改善運行特性。即 (3.1) 其中，為力矩常數，為PWM電源電壓，為電感，為電機靜摩擦力矩。 （2）微振的最大角位移應小于設定的位置誤差。即 (3.2) 其中J為轉動慣量，為設定的位置誤差。 （3）盡量減少電機產生的高頻功耗。即應使得 (3.3) 其中為電內阻。 一般伺服電機的電感很小，如果切換頻率不高，導致交流分量很大，很容易損壞功率晶體管。在此采用PWM芯片UC3637和H功率橋放大電路來驅動伺服電機，其UC3637原理如圖3.11所示，根據上述原則選擇切換頻率為30KHz。 UC3637的特點： 單電源或雙電源工作，～ 雙路PWM信號輸出，驅動電流能力為100mA 限流保護 欠電壓封鎖 有溫度補償，2.5V閥值的關機控制 圖3.11 UC3637原理框圖 UC3637的結構與功能： 三角波發(fā)生器：CP，CN，S1，SR1；PWM比較器：CA，CB；輸出控制門：NA，NB； 限流電路：CL，SRA，SRB；誤差放大器：EA；關機比較器：CS； 欠電壓封鎖電路：UVL。 UC3637最具特色的是三角波振蕩器，三角波產生電路如圖3.12所示。 圖3.12 恒幅三角波產生電路 三角波參數的計算 取PWM定時電路充電電流為0.5Ma,則有 (3.4) (3.5) 其中，為PWM頻率。由允許電機最大電流決定。 (3.6) 對于圖3.12所示的控制系統，要求： PWM頻率f=30KHz 限流Imax=8A 取 計算得 (3.7) (3.8) (3.9) (3.10) 式中：為三角波峰值的轉折（閾值）電壓；為電源電壓；為定時電阻；為定時電容；為恒流充電電流；為振蕩頻率。C3637具有一個高速、帶寬為kHz、輸出低阻抗的誤差放大器，既可以作為一般的快速運放，亦可作為反饋補償運放。 總 結 本文介紹了園林修剪機的各個部分，基于各種系統的全面分析的園林修剪機，詳細設計，對于一些在研究過程中遇到的問題，系統也進行了深入的研究。 園林修剪機是園林修剪機，在操作不便起著結構這一景觀設計中非常重要的角色設計修剪機，包括機身，肘，腕和抓手，其主要工作如下一個極具研究價值和應用前景： l通過功能分析和設計任務，園林修剪機的總體方案的初步發(fā)展。 l其次是結構設計。 l應力分析和檢查要害部位。 l電機選擇和計算。 l主要部分工程圖紙。 通過這樣的設計，知識在大學期間學到的綜合運用，而這又加深了我對所學知識的印象，提高了我的使用知識的能力。但是，由于我有限的能力和水平，這樣的設計必須有一些不合理的，希望老師給予批評和指正。 在本文中，完成的工作，以達到預期的目標，但進一步的研究仍然是必要的，需要進一步改進工作，是考慮到本文的設計，做工剪范圍流動的風景仍然有限將來在車體集成更多的傳感器，以便移動，以更好地適應室外平臺的工作環(huán)境。 在設計過程中，我通過大量查閱相關資料，與學生和自我經驗的交流，并請教老師等，讓他學到了很多知識，也經歷了不少艱辛，但同樣大有收獲。在設計中，我知道了很多東西，也培養(yǎng)了我的獨立工作能力，樹立信心，在他們的工作，學習和將來的工作，我相信會對生活??中非常顯著影響力的能力。同時也大大提高動手能力，讓我充分體會探索的艱難和成功的創(chuàng)作過程中的喜悅。雖然這樣做是不完美的，但在設計過程中所學到的最大收獲和財富的設計，所以我會持續(xù)一生。 致 謝 在本文中，在導師的指導下完成的XX，在本次畢業(yè)設計，老師給了我很大的幫助，不僅是對我在規(guī)定的時間內完成畢業(yè)設計，而且還讓我學到了很多有益的經驗。在這里，我要感謝高老師。我還要感謝在過去四年中我的知識可以教的老師，沒有幫助我的同學。 經過幾個月的努力，畢業(yè)設計已接近尾聲。由于缺乏實踐經驗，這樣的設計難免考慮不周的地方。如果沒有教師這一群體的指導和支持人員可能就不會這么順利完成設計。由于一個懸而未決的問題向老師經過精心設計，以指導各個方面，從數據訪問修改的具體方案，教師提出寶貴意見，幫助了我很多。此外，老師嚴謹的治學態(tài)度和深厚的科學知識是我永遠不會借鑒。再次表示衷心感謝老師和學生在這組！ 感恩已指示和老師幫我！是辛勤付出，一旦你有我今天所積累的知識。 參考文獻 [1] 成大先. 《機械設計手冊》 [M]. 北京：化學工業(yè)出版社,2008． [2] 尚久浩. 《自動機械設計》[M]. 北京：中國輕工業(yè)出版社,2006． [3] 顧曉勤.工程力學ⅠⅡ[M]. 北京：機械工業(yè)出版社,2008． [4] 盧秉恒.機械制造技術基礎[M] ．北京：機械工業(yè)出版社,2008． [5] 單輝祖. 材料力學[M]．北京：高等教育出版社， 2010． [6] 張鐵,謝存禧.景觀修剪機學[M].廣州:華南理工大學出版社,2001. 17-18 [7] 余達太,馬香峰.工業(yè)景觀修剪機應用工程[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2001. 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