氣動高枝剪設(shè)計(jì)論文[帶圖紙].doc

南京林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1題學(xué)專學(xué)目：院：業(yè)：號：氣動高枝剪設(shè)計(jì)南方學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：職稱：副教授二O一三年五月十八日南京林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書2氣動高枝剪的設(shè)計(jì)摘要本次設(shè)計(jì)氣動高枝剪是根據(jù)汽缸推動連接桿帶動剪刀工作剪斷樹枝，結(jié)合氣動射釘槍控制氣流變化的原理進(jìn)行設(shè)計(jì)的。國內(nèi)外目前使用的氣動修枝剪品種有很多，這些氣動修枝剪可以適合各種樹木（包括工業(yè)用材林和果樹）的修剪，但是針對高大樹木就會有一些局限性，而且使用的動力也是多種多樣的。因此設(shè)計(jì)出一款適合高大樹木修剪、采用的動力系統(tǒng)能適合農(nóng)戶作業(yè)要求的修枝剪是很重要的。本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于汽缸與剪刀之間的連接裝置，通過對氣流的調(diào)節(jié)，使剪刀具有一定的剪切力，剪斷樹枝。氣動高枝剪可以大大減輕農(nóng)戶的作業(yè)強(qiáng)度，該結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕，可伸縮的調(diào)節(jié)桿可以用于各類型樹枝的修剪工作，配以一些輔助設(shè)計(jì)，可以滿足直徑在15mm-30mm樹枝的修剪工作。關(guān)鍵詞：氣動，剪切機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)南京林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書3TheDesignofPneumaticHighBranchScissorsThegraduationdesignisthedesignofpneumatichighbranchesscissors.Alongwithourcountrythestrengthoffarmlandincreasegradually，inordertoreducethelaborintensitypruningbranchesfarmers，designakindofnewpneumaticfruittreesprunedmachine.Thismachinestructureissimple，lightquality，telescopiclinkrodcanexpandthescopeoftheoperation，thispruningmachineismainlybycylinder，telescopiclockingmechanism，guidespacerinstitutions，knives，connectingrodcomposition.Thistopicismaincontentpneumatichighbranchesscissorsprofileandtheresearchsituation，pneumatictechnologyapplicationinfruitpruningshears,cylinderselection,guidespacercomponentdesign,lockpositioningdevicedesign,movethespecificworkprocessthemcut.Thismachinecantrimbelowthe30mmindiameteroffruittreebranchescliphomework,operatingqualitycomplieswithagriculturaldemands.Keyword:Pneumatic,Rotaryshearingmechanism,design南京林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書4目錄1引言-52氣動高枝剪簡介及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀-62.1氣動高枝剪簡介-62.2氣動高枝剪的原理與過程-62.3氣動高枝剪在國內(nèi)外的代表型號和研究狀況-72.4現(xiàn)在使用的高枝剪存在的問題-72.5設(shè)計(jì)的內(nèi)容、要求及研究意義-83氣動技術(shù)在果樹修枝剪中的應(yīng)用-83.1單作用氣缸與傳統(tǒng)氣動修枝剪原理-83.2串聯(lián)氣缸與新型氣動修枝剪原理-94氣動高枝剪的設(shè)計(jì)-114.1氣缸的選擇-114.1.1氣缸理論輸出拉力計(jì)算-114.1.2氣缸直徑的計(jì)算-124.1.3驗(yàn)算所選氣缸-134.1.4氣缸耗氣量的計(jì)算-155連接機(jī)構(gòu)的計(jì)算-175.1汽缸與連接桿1的計(jì)算-175.2連接桿1與剪刀之間的連接機(jī)構(gòu)連接桿2的計(jì)算-195.3汽缸與伸縮桿之間的連接汽缸與伸縮桿連接件設(shè)計(jì)-205.4汽缸復(fù)位裝置的設(shè)計(jì)-215.5剪刀支撐座的設(shè)計(jì)方法-216伸縮桿氣流控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)-236.1氣動高枝剪伸縮桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)-247剪刀的設(shè)計(jì)-268總結(jié)-279致謝-28參考文獻(xiàn)-29南京林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書51引言樹枝的修剪是各種水果生產(chǎn)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它關(guān)系到樹木的長勢，水果的產(chǎn)量以及質(zhì)量的高低。目前，國內(nèi)的果樹修枝工作基本上靠人工使用手動修枝剪和手鋸來完成，尤其是對于比較高的樹枝，修剪時(shí)需要登梯作業(yè)。這種方式勞動強(qiáng)度大、效率低，而且還具有一定的危險(xiǎn)性。為了改變這種落后的生產(chǎn)方式，設(shè)計(jì)了一種氣動果樹修枝剪。本課題設(shè)計(jì)的果枝剪采用了氣動技術(shù)，氣缸是氣動技術(shù)中最基礎(chǔ)的組件之一，它將壓縮空氣的動力轉(zhuǎn)換為機(jī)械作用力，是氣動技術(shù)中使用最多的執(zhí)行組件。根據(jù)使用條件不同，其結(jié)構(gòu)、形狀也有多種形式。最常用的分類就是根據(jù)作用力的方向?qū)⑵浞譃閱巫饔脷飧缀碗p作用氣缸。果樹修枝剪是果樹剪枝作業(yè)中最常用的工具。由于果林修枝作業(yè)時(shí)間集中，勞動強(qiáng)度大，人們發(fā)明了動力修枝機(jī)具。氣動修枝剪就是氣動技術(shù)應(yīng)用在果林修枝領(lǐng)域的新產(chǎn)品。氣動修枝剪以其省力、高效、耐用等特點(diǎn)在歐美發(fā)達(dá)國家得到廣泛應(yīng)用，近年來我國也有部分地區(qū)引進(jìn)、推廣和應(yīng)用。隨著氣缸技術(shù)的發(fā)展，氣動修枝剪也在不斷的應(yīng)用新的氣動技術(shù)。從傳統(tǒng)的氣動修枝剪到新型的氣動修枝剪，朝著輕便、強(qiáng)勁、操作舒適等方向發(fā)展。本論文就氣動技術(shù)在氣動修枝剪中的應(yīng)用進(jìn)行簡要論述。本課題研究的氣動高枝剪是一種伸縮型氣動修枝剪，包括由剪刀片和剪架體構(gòu)成的剪刀機(jī)構(gòu)，其中：一相互套疊可伸縮的內(nèi)管和外管，內(nèi)管前端裝置剪刀機(jī)構(gòu)，外管前端裝置鎖緊定位裝置，外管的后端裝置動力源，即氣缸，氣缸的活塞與一貫穿于伸縮桿內(nèi)的操縱連桿的一端固裝，該操縱連桿的另一端與剪刀機(jī)構(gòu)的驅(qū)動臂連接。一導(dǎo)向定距構(gòu)件緊配合裝置在內(nèi)管里，該機(jī)構(gòu)具有借由固定板固裝在下連桿上的導(dǎo)向套，導(dǎo)向套上留有引導(dǎo)鎖緊定位裝置上的定位銷定向滑動的導(dǎo)向槽，可受鎖緊定位裝置上的定位銷觸壓的彈簧片和下連桿依次固裝在固定板上，緊固彈簧片和下連桿的汽缸與伸縮桿連接件凸伸形成定位銷，與上連桿的定位孔配合實(shí)現(xiàn)連桿鎖定。南京林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書62氣動高枝剪簡介及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.1氣動高枝剪簡介林果業(yè)迅速的發(fā)展，帶動了農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，給農(nóng)民奔小康增加了一條路。但是，目前果樹管理基本上處于人工操作，相對制約了林果業(yè)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)果樹管理機(jī)械化是果農(nóng)的迫切要求。在果樹管理中，剪枝是一項(xiàng)主要環(huán)節(jié)，人工剪枝每天只能剪2030棵樹，且修剪時(shí)撕裂果樹枝現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，高枝修剪需用梯子或爬樹，增加了操作危險(xiǎn)性。此外，人工剪枝時(shí)的攀登還容易造成樹干或主枝傷斷，影響果樹產(chǎn)量。應(yīng)用氣動剪枝機(jī)不但比人工提高工效12倍，而且也能避免人工剪枝出現(xiàn)的各種問題，具有廣泛的推廣前景。該設(shè)備主要包括動力源部分、工作件部分及配套附件。其中動力源部分由汽油機(jī)及壓縮氣泵組成，額定輸工作部件有氣動低枝剪、氣動高枝剪、氣動低枝剪、氣動割灌機(jī)、氣動綠籬修剪機(jī)、氣動油鋸等。低枝剪重量為550790g，可剪直徑030mm的所有枝條；高枝剪重2000g，可剪直徑0-30mm的所有枝條，剪枝高度可達(dá)4m；綠籬修剪機(jī)重3800g，剪幅為550ram；油鋸重200，可鋸直徑200mm以下的枝干；害灌機(jī)重2800g，各種工作部件所需工作氣壓均為1.0MP。附件包括高壓輸氣管及快速接頭,每根高壓輸氣管長30m，可使操作者持工作部件遠(yuǎn)離動力氣源進(jìn)行靈活作業(yè)，所有操作只需輕輕按動控制手柄在瞬間完成。氣動剪枝機(jī)能夠剪各類不同樹種、樹齡的果樹，剪枝質(zhì)量達(dá)到和超過人工剪枝質(zhì)量，工效提高1.211.77倍；對樹齡長、樹干較高、樹枝較粗的果樹剪枝時(shí)，生產(chǎn)成本低于人工剪枝成本；對剪枝量少，尤其是大枝剪量較少的果樹剪枝時(shí)，修剪成本與人工剪枝成本相當(dāng)。氣動剪枝技術(shù)有廣泛的推廣應(yīng)用前景。2.2氣動高枝剪的原理與過程低矮的灌木以及較低的樹枝可以站在地面上通過正常的工作來修剪，但是對于較高的樹枝就毫無辦法，氣動高枝剪可以通過調(diào)節(jié)伸縮桿的長度來實(shí)現(xiàn)不同高度的剪切，首先將伸縮桿延展到合適的高度，將固定圓錐銷插入已加工好的圓孔，從而達(dá)到固定伸縮桿的長度的要求，然后通過在伸縮桿尾部的氣流控制閥實(shí)現(xiàn)對剪刀的剪切與閉合的控制，對于較高樹枝的剪切，不僅可以使林木的生長高度增加，也可以提高工業(yè)用林的成材率和果樹的結(jié)果率。2.3氣動高枝剪在國內(nèi)外的代表型號和研究狀況南京林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書7氣動修剪機(jī)具在國外有一百多年的發(fā)展歷史，技術(shù)和產(chǎn)品已經(jīng)相當(dāng)成熟。目前國外生產(chǎn)果樹氣動修剪機(jī)具較為著名的廠商主要有瑞士的FELCO公司、意大利的CAMPAGNOLA公司、LISAM公司、日本的愛麗斯ARS公司等。我國臺灣有許多公司生產(chǎn)氣動剪枝機(jī)及相關(guān)產(chǎn)品，大多數(shù)以生產(chǎn)氣動修枝剪為主包括吉生機(jī)械股份有限公司、泓沛興業(yè)有限公司、STORMTEK、LeoChampionEnterprise等公司，不但為其他國際知名企業(yè)代工生產(chǎn)，還研發(fā)自己的產(chǎn)品，并有所創(chuàng)新。孫永勇、陳全欽設(shè)計(jì)的一種具有可調(diào)整延長桿的氣動剪，其內(nèi)置螺旋狀可伸縮氣管，在延長桿伸縮時(shí)氣管可隨之改變形態(tài)和長度，并保證良好的氣密性，這種設(shè)計(jì)不僅減輕了延長桿的質(zhì)量，還大大降低了制造成本。由于國產(chǎn)氣動果樹剪枝機(jī)比國外引進(jìn)的剪枝機(jī)在價(jià)格上要低很多，所以在一些地區(qū)已逐漸被果農(nóng)所接受，得到了推廣應(yīng)用。相信不久的將來，氣動果樹剪枝機(jī)將得到快速發(fā)展。2.4現(xiàn)在使用的高枝剪存在的問題1）機(jī)具設(shè)計(jì)針對性不強(qiáng)。國內(nèi)氣動剪枝機(jī)的生產(chǎn)剛剛起步，作為關(guān)鍵部件的氣動修枝剪還是以模仿國外的產(chǎn)品為主，產(chǎn)品品種還比較少，大多數(shù)產(chǎn)品以滿足普通低矮樹木作業(yè)為主，最大修剪高度在5m以下，最大修剪樹枝直徑為1530mm，對高大樹木的修剪還缺乏相應(yīng)的產(chǎn)品。另外，許多產(chǎn)品的設(shè)計(jì)也沒有針對本地區(qū)的作業(yè)需求做相應(yīng)的改進(jìn)。2）配套動力不合理。存在資源浪費(fèi)現(xiàn)象目前國內(nèi)氣動樹木剪枝機(jī)所使用的空壓機(jī)絕大多數(shù)為工程用活塞式汽油，柴油，空氣壓縮機(jī)，沒有針對剪枝機(jī)的作業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，在使用中發(fā)現(xiàn)許多問題，如機(jī)器振動大、能耗高、移動不便等。同時(shí)，以拖拉機(jī)等其他農(nóng)用動力機(jī)械作為配套動力的氣動剪枝機(jī)還很少，農(nóng)戶手中大量的農(nóng)機(jī)動力無法在這方面得到充分利用，動力重復(fù)購置，造成不必要的浪費(fèi)。3）功能單一。動力、氣源、系統(tǒng)利用率低除氣動剪枝機(jī)以外，其他農(nóng)用氣動工具很少。動力、氣源用途單一，在剪枝作業(yè)以外的時(shí)間大多閑置。2.5設(shè)計(jì)的內(nèi)容、要求及研究意義本次設(shè)計(jì)的剪切式氣動高枝剪，能夠避免目前高枝剪本身所具有的剪枝高（南京林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書8度低、功能單一等缺點(diǎn)，在剪刀上連接了一個(gè)汽缸使用空氣壓縮機(jī)提供動力，降低了勞動強(qiáng)度，提高了作業(yè)效率，并且具有環(huán)境污染小和使用靈活等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的市場前景。本文通過給定條件最大剪枝直徑30mm，對氣動高枝剪的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括汽缸的選用，壓縮機(jī)的選取和連接桿的計(jì)算等。本次設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是：折合不少于2.5張0號圖紙的工作量，包括：（1）高枝剪的總裝圖；（2）氣力傳動方案等部件裝配圖；3）所有非標(biāo)零件圖；（4）用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件繪制高枝剪圖樣，和設(shè)計(jì)說明書的撰寫。3氣動技術(shù)在果樹修枝剪中的應(yīng)用氣缸是氣動技術(shù)中最基礎(chǔ)的組件之一，它將壓縮空氣的動力轉(zhuǎn)換為機(jī)械作用力，是氣動技術(shù)中使用最多的執(zhí)行組件。根據(jù)使用條件不同，其結(jié)構(gòu)、形狀也有多種形式。最常用的分類就是根據(jù)作用力的方向?qū)⑵浞譃閱巫饔脷飧缀碗p作用氣缸。3.1單作用氣缸與傳統(tǒng)氣動修枝剪原理單作用氣缸是氣缸中較為基礎(chǔ)的元件，它只有一個(gè)方向的運(yùn)動是靠氣壓傳動，活塞的復(fù)位是靠彈簧力或自重或其他外力。其原理如圖31所示。圖31單作用氣缸簡圖傳統(tǒng)的氣動修枝剪的工作原理就是一個(gè)靠彈簧力復(fù)位的單作用氣缸?；钊麠U推動的是剪刀組件中的動刀運(yùn)動，與定刀咬合，完成剪切動作。氣動修枝剪作為一個(gè)手動控制的氣動工具，要求操作簡單方便，如果使用雙作用氣缸，則需要兩根進(jìn)氣管，會增加操作麻煩。事實(shí)上，修剪作業(yè)只是在剪切時(shí)需要較大的力量，在回位時(shí)不需要多大的力量，因此，單作用氣缸完全能夠滿足要求。圖32a)所示的是傳統(tǒng)氣動剪的結(jié)構(gòu)和組成。南京林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書9其工作原理如下：當(dāng)開關(guān)閥2(單向閥)按下時(shí)，壓縮空氣由氣接頭12進(jìn)入，推動內(nèi)置的活塞11運(yùn)動，動力由活塞桿9傳遞給剪刀組件中的動刀5，動刀5和定刀6咬合完成剪切樹枝動作，動作結(jié)束后，由回位彈簧8將活塞11頂回初始位置，并帶動動刀6回位，無桿腔內(nèi)空氣從開關(guān)閥2的出氣口排除。該類氣動剪的代表就是如圖32b）所示的意大利某公司的F/4型傳統(tǒng)氣動修枝剪，該剪重量僅為790g，最高工作壓力為1.0MPa，最大剪切直徑可達(dá)35mm，耗氣量為80L/min。該類型的氣動修枝剪為了增大推力，以能夠達(dá)到最大剪切直徑，在使用壓