立式園林樹木修剪機械的設計(檢測版)

1前言1.1國內外園林樹木修剪機械的發(fā)展狀況1.1.1國內外園林樹木修剪機械的基本情況園林樹修剪機械的發(fā)展歷史已有百年之久。最早是20世紀早期，在西方發(fā)達國家出現(xiàn)的，是為了在繁重的園林綠化作業(yè)中通過采用機械來減輕工人的勞動量和提高勞動效率。那時候出現(xiàn)的僅僅是起重運輸機械和農業(yè)機械，直到20世紀50年代以后，各種各樣的園林綠化專用機械才開始紛紛面世，有植樹機、伐木機、草坪修剪機等。20世紀80年代后，歐美發(fā)達國家經濟進一步發(fā)展，人們生活水平和住房條件的提高，草似的一些小型的草坪機械進入家庭，成為必備機械。到20世紀后期，世界各地大部分城市從公共綠地到庭院綠地的建設和養(yǎng)護已全部實現(xiàn)了機械化作業(yè)。國內的園林綠化機械設備發(fā)展比較晚，是從20世紀70年代后期開始的，20世紀90年代開始進入快速發(fā)展時期。主要的標志就是有許多機械廠在生產通用的園林綠化機械的同時，開始生產各種型號的為了滿足不同需要的的園林綠化機械，有的已經出口國外。還有許多機械發(fā)達的國家在我國建立園林樹木修剪機械的生產廠家，并已經構成龐大的園林機械銷售網(wǎng)絡。越來越多的小型的園林修剪機械進入千千萬萬的企事業(yè)單位庭院和住宅小區(qū)。但從總體來看，我國的園林機械還是品種單一、普及率低、利用效率低、維護不良、性能質量與發(fā)達國家還有明顯的差異、制作水平也遠遠落后發(fā)達國家。所以，我國處在園林修剪機械發(fā)展的初級階段。1.1.2園林樹木修剪機械的的發(fā)展前景21世紀，中國的園林修剪機械將會更快的發(fā)展。中國經濟的高速發(fā)展帶動了城市化的進程，越來越多的城市已經進行城市化的建設，綠化作為城市建設中一個方面越來越受到人們的重視。人們生活水平的提高，在滿足物質需求的同時開始追求精神文化的發(fā)展，園林作為一種休閑場所，也在各地出現(xiàn)的越來越多。所以，園林的增多導致了對園林修剪機械的需求，推動了園林機械的發(fā)展。生產力的發(fā)展，勞動力的不足，導致人們對園林修剪機械的要求越來越高。小型化的和多功能化的園林樹木修剪機械受到人們追捧。針對上面的問題，園林修剪機械的未來發(fā)展前景想著以下幾個方向發(fā)展：（1）高效與節(jié)能結合起來，能源問題越來越受到人們的重視，在追求效率的同時還要考慮到能源的消耗問題。所以要求設計人員對機械設計的細致化，結構的合理化，降低能源的耗損。（2）要求操作簡單，維修容易，使用壽命長。要對園林樹木修剪機械進行合理的售后服務，對機械要經常進行保養(yǎng)。這就要求結構簡單，零部件通用，各個部件的使用壽命加長。（3）要求工作安全可靠。這就要求考慮到機械工作時，防止被意外的情況破壞和損傷，也要求工作人員在進行機械操作的時候人身安全不會受到侵害，也不會對其他人員造成傷害。安全問題要考慮周全。（4）設計的機械要求功能能多樣化，能夠滿足不同的作業(yè)情況?，F(xiàn)在園林越來越多，各個企事業(yè)單位的庭院、住宅小區(qū)也越來越多，綠化面積越來越多，但是呈現(xiàn)出小型化，多樣化的園林趨勢。所以要求修剪機械能夠滿足不同綠化植被的使用和對同一綠化植被不同功能的使用。（5）由于受到園林地形的影響，車載式的園林修剪機械以及一些復雜的機械在園林中作業(yè)受到很多限制，所以要求機械小型化、輕型化。在滿足生產作業(yè)的同時，盡量減小體積和質量，方便人們作業(yè)。（6）還要考慮的環(huán)境保護的問題。要求能安全作業(yè)的同時不會對環(huán)境造成污染，包括大氣，噪音等。最好的選擇就是電力。但郁郁受到園林地形的影響，可能作業(yè)區(qū)在遠離電網(wǎng)的地方，所以要使用蓄電池。對蓄電池的要求也就會很高。1.2選題目的與意義園林樹木修剪機械的設計是為了滿足現(xiàn)代園林綠化的作業(yè)要求，能夠安全高效快速節(jié)能的完成園林樹木的修剪。要求通過利用機械、液壓以及電子知識設計一臺觀賞樹木的修剪機械，能夠滿足不同的工作環(huán)境。隨著社會的發(fā)展，城市化的建設，人們對生活環(huán)境要求的提高，導致了園林業(yè)的發(fā)展，又推動了煙園林械業(yè)的發(fā)展。對于園林樹木修剪機械的設計，要使工人在進行園林樹木修剪作業(yè)時能夠大大的減輕工人的工作量，在相同的時間內完成更多的工作。并且考慮到了安全以及環(huán)境的問題，在作業(yè)的同時不會對操作人員和環(huán)境造成損害。同時園林樹木修剪機械的輕型化，功能能多樣化，可以對不同的園林樹木進行修剪，使機械的利用率大大提高，降低使用成本。新型修剪機械也會推動園林業(yè)的發(fā)展。1.3設計內容該機械利用電瓶或汽油機做動力，通過變速箱將動力分配、變換來實現(xiàn)行走和工作部件的驅動?？梢詫崿F(xiàn)如下功能：（1）可以修剪塔松、刺柏等觀賞喬木。機器易于非工作狀態(tài)下的行走、運輸。（2）通過設定程序或調整機構，可以實現(xiàn)花樣修剪，如將喬木修剪成波浪形、方形、三角形、斷面圓形等等。（3）參數(shù)設定：修剪的樹的樹冠的直徑在5m范圍之內，高度在7m之內。本設計還要滿足能夠高效快速的對樹木進行修剪，同時要求能夠按照人的意愿進行樹木的塑形修剪，所以要求修剪的刀具能夠按照一定的軌跡行走。要求所設計的機械運輸方便，所以設計要盡量的輕型化，能夠實現(xiàn)所要求的功能。同時所涉及的機械必須要結構簡單，便于維修使用。要對本設計的行走部分，傳動部分以及修剪部分進行設計。2機械結構設計隨著經濟發(fā)展，人們生活水平的提高，對生活環(huán)境要求的提高，推動了園林業(yè)與園林機械業(yè)的發(fā)展。園林機械業(yè)向著輕型化、多功能化、以及操作簡單化。立式園林樹木修剪機械設計的主體部分有行走部分、傳動部分和剪切部分。還要考慮安全防護措施和動力源。2.1立式園林樹木修剪機械的結構的設計2.1.1立式園林樹木修剪機械的行走部分的設計立式園林樹木修剪機的修剪目標可能是對單株的園林樹木的修剪，并且進行簡單的花樣修剪，這就要求所設計的機械的行走部分能夠滿足不同的環(huán)境及要求。由于園林地勢的多樣化導致了一些大型車載式修剪機無法再園林中正常自由的工作，同時地勢的凹凸不平，也給樹木塑形造成困難。為了保持工作機械能夠在同一個平面內工作，采用導軌的形式，讓工作機械在導軌上運行，不受地勢的影響，結構如圖所示。圖2.1導軌1圖2.2導軌2作平臺能夠在導軌上繞樹作圓周運動，同時支腳是可以升降調節(jié)的，根據(jù)不同的地勢和環(huán)境要求，使得工作臺所處的平面保持水平，從而保證對樹木的塑形。2.1.2立式園林樹木修剪機械的傳動部分的設計立式園林樹木修剪機需要根據(jù)人的意愿進行花樣修剪，如將喬木修剪成波浪形、方形、三角形、斷面圓形等等，這就要求工作頭能夠上下前后移動，滿足加工要求的弧線。通過絲杠螺母副將圓周運動變成往復的直線運動，就可以利用伺服電動機來帶動工作臺的運動。圖2.3絲杠螺母副如圖2.3所示，電機通過聯(lián)軸器帶動絲杠旋轉，帶動絲杠螺母的前后移動從而帶動刀具的前后移動，而上下移動也采用了上面的設計。2.1.3立式園林樹木修剪機控制部分的設計由于工作頭需要前后上下移動，如果由工作臺傳遞動力結構比較復雜，所以直接使電機通過齒輪傳動與刀具連接在一起，電機通電后旋轉，帶動刀具作旋轉運動，對樹木枝葉進行剪切運動，如圖2.4所示。圖2.4齒輪傳動2.2立式園林樹木修剪機械的安全防護措施和動力源2.2.1立式園林樹木修剪機的防護措施由于設計的立式園林樹木修剪機的傳動系統(tǒng)都是采用的電動機帶動的，動力源是有柴油發(fā)電機提供的，所以只需要設計一個控制電路就可以實現(xiàn)對工作頭可控的規(guī)則運動，而操作人員也不需要待在機器或機器的邊上，只需要拿著一個控制電源的開關就可以實現(xiàn)機械的遠程操控。為了實現(xiàn)工作頭的上下前后的移動，選用了絲杠螺母副的結構，通過控制伺服電動機，來帶動支架的移動。為了防止人員的疏忽導致的伺服電動機持續(xù)運轉，導致支架間的碰撞，損壞支架和伺服電動機，在支架的固定位置安裝一個開關，當絲杠螺母運轉到開關位置時，會引起開關的開合，然后斷開伺服電動機的電源，從而保護支架和伺服電動機。2.2.2立式園林樹木修剪機的動力源考慮到整體結構的設計采用電機，需要與電網(wǎng)來凝結?？紤]到要受到園林環(huán)境的影響，可能與電網(wǎng)連接出比較遠或者沒有電網(wǎng)，所以采用柴油發(fā)電機以滿足電機對電源的需要。綜合上面所訴，綜合設計圖如圖2.5所示。圖2.5總體結構圖3關鍵零部件計算與選擇3.1工作頭各零部件選擇3.1.1工作頭電機的選擇電機的選擇需要考慮到刀具進行剪切運動是功率的大小。而刀具工作功率的大小需要進行實際的測量，對選擇所要修剪的樹木進行實際的測量，多個地方測量后，然后確定刀具的實際工作功率，然后選用電機。由于受到條件的限制，無法進行實際的測量，就通過上網(wǎng)查詢向關的內容。查詢相關的綠籬修剪機械的功率，確定了電機的工作功率w=0.75kW，刀具的轉速大約在6000r/min。查表選用電機型號，具體參數(shù)如下表表3.1Y系列(IP44)電動機的技術數(shù)據(jù)摘錄電動機型號額定功率/kW滿載轉速/(r/min)堵轉轉矩最大轉矩質量/kg額定轉矩額定轉矩同步轉速3000r/min,2級Y801-20.7528252.22.316Y802-21.128252.22.317Y90S-21.528402.22.322Y90L-22.228402.22.325Y100L-2328702.22.333Y112M-2428902.22.345根據(jù)上表選用電機型號為Y801-2，轉速n=2825（r/min）。設定傳動比為i=2，則旋轉鋸片的轉速：（3.1）3.1.2軸的計算根據(jù)軸的扭轉強度計算軸的直徑（3.2）其中：—扭轉切應力，單位MPa；—軸所收到的轉矩，單位為Nmm；—軸的抗扭界面系數(shù)，單位為；—為轉速，單位為；—為轉軸的功率，單位為;—計算截面處軸的直徑，單位為；—需用扭轉切用力，單位為MPa，其中選取60MPa，（3.3）（3.4）所以軸的最小直徑應大于4.76（mm）。3.1.3軸承的選擇為防止軸的軸向移動，選用圓錐滾子軸承，根據(jù)下列圖表進行選擇。表3.2圓錐滾子軸承（GB/T297—1994摘錄）代號dDTBr1Cr3E30202153511.75110.6100.62730203174013.2512111131.40830204204715.2514112137.30430205255216.2515113143.135圖3.1圓錐滾子軸承標注圖根據(jù)上表選用軸承型號為30202。3.1.4端蓋的選擇根據(jù)圖表進行端蓋的選擇：表3.3凸緣式軸承蓋軸承外徑D螺釘直徑d3螺釘數(shù)45~656470~10084110~140196150~23012~166根據(jù)上面軸承型號外徑選擇螺釘直徑為6、螺釘數(shù)為4的端蓋安裝螺釘?shù)目椎闹睆剑海?.5）螺釘軸線一端蓋中心為中心所在圓的直徑：（3.6）端蓋外圓直徑：（3.7）端蓋厚度：（3.8）所以選取厚度為8（mm）。3.1.5齒輪的計算齒輪計算選取小齒輪齒數(shù)有上文中知傳動比：計算得出大齒輪齒數(shù)：選取模數(shù)：則小齒輪分度圓直徑：（3.9）大齒輪分度圓直徑：（3.10）齒頂圓直徑：（3.11）（3.12）齒厚：（3.13）考慮到鍵的安裝，故齒輪厚度選20（mm）3.1.6鍵的選擇鍵是用于軸和軸上零件的槽或座中，使二者周向固定以傳遞轉矩的聯(lián)接件。根據(jù)機械設計課程設計手冊53頁圖表知：軸的公稱直徑在17~22（mm）之間，鍵的公稱尺寸選取鍵長：3.2支架橫梁的計算根據(jù)計算估計工作頭的重量要小于45kg，橫梁支架的長度為2.5m，支架又兩根圓柱體組成。根據(jù)公式計算：（3.14）其中：—為最大彎曲應力，單位MPa；—為最大彎矩，單位Nm；W—抗彎截面系數(shù)，單位（3.15）由公式（3.16）得（3.17）由于支架是有兩根組成的，為了安全性，每根的支架的軸徑為50mm。3.3驅動絲杠以及電動機的計算選擇假定支架橫向移動的最快速度為10m/min,電動機通過聯(lián)軸器直接與絲杠連接，轉速設為1000r/min，絲杠的公稱直徑為50mm。根據(jù)公式（3.18）其中；ph—進給絲杠的導程，單位mm;V—橫梁移動的最快速度，單位m/min;N—為電機轉速，單位r/min。根據(jù)估算，橫支架的重量在120kg以內，根據(jù)公式：（3.19）其中：Fa—導向面的摩擦阻力；—導向面的摩擦系數(shù)，滾珠絲杠螺母副取0.003；g—重力加速度，取；m—橫支架的重量，單位kg；經計算得：(3.20)根據(jù)下面公式計算驅動扭矩：（3.21）其中：T—驅動扭矩，單位Nm;Fa—導向面的摩擦阻力，單位N;ph—進給絲杠的導程，單位mm;—為進給絲杠的正效率,滾珠絲杠螺母副取0.96;計算得（3.22）則(3.23)根據(jù)機械設計課程設計手冊167頁選擇電動機，型號為Y90S-6。3.4聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器是用來聯(lián)接不同機構中的兩根軸（主動軸和從動軸）的機械零件，使他們能夠共同旋轉遞扭矩。在一些高速重載的動力傳動中，有的聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動態(tài)性能的作用。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動軸和從動軸聯(lián)接。其種類有凸緣式聯(lián)軸、器滑塊聯(lián)軸器、彈性聯(lián)軸器、安全聯(lián)軸器、剛性聯(lián)軸器、撓性聯(lián)軸器等。合理選用的是凸緣式聯(lián)軸器，根據(jù)機械設計課程設計手冊94頁，進行聯(lián)軸器的參數(shù)確定。設計如圖3.1所示。圖3.1凸緣式聯(lián)軸器對于其他相同的零部件均按照上面的計算方法進行計算設計。4結論隨著生活水平的提高和園林機械行業(yè)的發(fā)展，園林機械的應用越來越廣泛，園林機械的生產技術也會越來越先進。本文中設計的立式園林樹木修剪機具有重要的意義。立式園林機械是通過機械設計方法，進行設計的。由于園林復雜的地形，許多園林機械無法在其中進行正常的工作。本文中設計的立式園林修剪機通過采用導軌的形式，使工作機械處于同一個平面內，以便于對園林樹木進行規(guī)則的修剪。同時支架采用步進電機通過絲杠螺母副進行傳動，能夠自由的控制工作頭進行上下前后的移動，從而能夠進行復雜的花樣修剪，如將喬木修剪成波浪形、方形、三角形、斷面圓形等等。動力源采用的是柴油發(fā)電機。由于園林一般處于遠離電網(wǎng)或者沒有電網(wǎng)的地方，為了電動機能夠正常運轉和續(xù)航能力，采用了柴油發(fā)電機作為動力源。在設計中發(fā)現(xiàn)還有許多地方能夠進行深層次的設計?，F(xiàn)代園林機械正在朝著輕型化和多功能化發(fā)展，本文中的設計需要對樹木進行修剪，為了滿足條件，支架的長度太長，不便于運輸，有待于進一步的設計，是支架能夠減小，以便于運輸和放置。在社會日益發(fā)展的現(xiàn)在，環(huán)境問題越來越受到重視，電力作為一種清潔易得的能源，應用的地方越來越廣，園林機械的一個發(fā)展方向就是利用店里來作為動力源。但是由于有的園林沒有電網(wǎng)或者遠離電網(wǎng)，所以要用蓄電池組來進行供電。但是現(xiàn)有的電池技術還無法滿足立式園林修剪機的續(xù)航，所以蓄電電池組技術需要進一步發(fā)展。參考文獻[1]杜君文等.機械制造技術裝備及設計[M].天津.天津大學出版社.2007[2]濮良貴.機械設計.[M].8版.北京.高等教育出版社.2006[3]孫桓.機械原理.[M].7版.北京.高等教育出版社.2006[4]張立富,陸懷民.國內外園林綠化機械的現(xiàn)狀及其發(fā)展前景[J].林業(yè)機械與木工設備,2009,37(7):4-6[5]吳宗澤.羅圣國.機械設計課程設計手冊.[M].3版.高等教育出版社.2006[6]梁德本.葉玉駒.機械制圖手冊[M].機械工業(yè)出版社.2002[7]MyersKJ,RussellMI,etal.Gassedpowerdrawofmixedimpellersystems[J].TheCanJChemEng,1997,75(3):620-625.[8]王國良馮榮彪駱明兒.電動沖床連桿式滾珠絲杠副動力源的設計［J］．紹興市質量技術監(jiān)督檢測院，浙江紹興312071,2010,35(1):84-86.[9]李凌翔.智能割草機器人路徑識別與跟蹤.南京理工大學碩士生申請學位論文［C］,2005:1-44[10]JoshiS,ChangTC.Graph-basedheuristicsforrecognitionofmachinedfeaturesfroma3Dsolidmodel[J].ComputerAidedDesign,1988,20(2):58-56.[11]肖良紅胡白化.軸承套圈自動分離沖床設計［J］．湘潭大學機械工程學院，湖南湘潭411105,2006(9):88-90.[12]花慧珍.鏈條產品樣本.機械工業(yè)出版社.[M].1989[13]于衛(wèi)紅.數(shù)控轉塔沖床橫梁結構的分析與優(yōu)化設計［J］．南京師范大學電氣與自動化工程學院，江蘇南京210042,2010,10(2):21-26.[14]王偉，唐傳茵.移動式綠籬修剪機設計［J］.農機化研究,2010:122-129[15]LeeSowell,JesseJohnJerabek,Multipurposehedgetrimmerdeflector[J].patentapplicationpublication.2009:23-27目錄TOC\o"1-2"\h\z\u第一章企業(yè)基本情況 -1-1.1 企業(yè)簡介 -1-1.2 主要原材料、燃料及公用工程用量情況 -1-1.3 技術水平、研發(fā)能力介紹 -2-1.4 目前環(huán)保檢測達標情況 -3-第二章開展循環(huán)經濟工作的基礎 -1-2.1 企業(yè)開展清潔生產情況 -1-2.2 資源節(jié)約及資源綜合利用開展情況 -2-2.3 相關核心技術掌握及應用情況 -3-2.4 發(fā)展循環(huán)經濟存在的主要問題 -XXX-第三章發(fā)展循環(huán)經濟的指導思想及目標 -8-3.1 指導思想和總體思路 -8-3.2 實施期限 -8-3.3 規(guī)劃目標 -8-第四章發(fā)展循環(huán)經濟的主要任務及重點工作 -12-4.1 技術創(chuàng)新，完善XXX制硫酸生產硫酸鹽聯(lián)產水泥的技術體系 -12-4.2 延伸和完善企業(yè)循環(huán)產業(yè)鏈 -12-4.3 進一步節(jié)能減排，建設清潔生產企業(yè) -13-4.4 制定XX制硫酸生產硫酸鹽聯(lián)產水泥的企業(yè)技術標準 -13-4.XXX 先行先試創(chuàng)新，建立完善的循環(huán)經濟企業(yè)制度 -14-第五章循環(huán)經濟項目規(guī)劃及投資 -1XX-XXX.1 XX制硫酸聯(lián)產水泥項目 -1XX-XXX.2 硫酸鹽綜合制造項目 -XXX-XXX.3 粉塵的回收再利用項目 -XXX-HYPERLINK