蘋(píng)果樹(shù)腐爛病的刀具設(shè)計(jì)

1、    蘋(píng)果樹(shù)腐爛病的刀具設(shè)計(jì)    楊俊摘要 蘋(píng)果樹(shù)腐爛病在我國(guó)分布廣泛，嚴(yán)重影響了果樹(shù)的壽命、果實(shí)的產(chǎn)量及品質(zhì)。防治腐爛病一項(xiàng)必不可少的措施是刮除腐爛病組織。針對(duì)當(dāng)前刮除方式仍為強(qiáng)度大效率低的手工方式，設(shè)計(jì)了新型刀具，以達(dá)到小型電動(dòng)機(jī)械即可去除腐爛病的目的，同時(shí)具有高效率、低功耗的特點(diǎn)。工作時(shí)，由小功率電機(jī)帶動(dòng)刀具轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)刀刃將病變組織刮除，達(dá)到去除腐爛病組織的目的。通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式和模擬試驗(yàn)確定了單位切削力為1.47 n/mm2，刀具的切削力為44.10 n。通過(guò)proe mechanica的刀具應(yīng)力分析，刀具性能達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范要求，進(jìn)一步計(jì)算出刀具轉(zhuǎn)

2、軸所需的功率約為40 w，適合由小型電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)刮皮，達(dá)到高效、節(jié)省勞動(dòng)力的目的。關(guān)鍵詞 蘋(píng)果樹(shù)；腐爛病；刀具；設(shè)計(jì)tg729 a 1007-5739（2015）01-0184-02abstract valsa mali miyabe et yamada is widely distribute in china，shorting the lifespan of apple trees，lowering the quality of apple. an indispensable measure was to scrape the diseased bark by a scraper.

3、 the new scraper was designed to improve the efficiency and reduce the labor force and was able to be drove by electrical machine with light power motor. the unit cutting force was 1.47 n/mm2 and the cutting force of the scraper was 44.10 n，which was obtained by empirical formula and simulations. pr

4、oe mechanica showed the stress of the scraper is rational and could not be broken. with further analysis，the power of the scraper consumed was approximate 40 w.it was available to meet the requirements of greater efficiency and less labor force by using the scraper to scrap the diseased bark with li

5、ght power motor.key words apple tree；valsa mali miyabe et yamada；scraper；design蘋(píng)果樹(shù)腐爛病是一種由數(shù)百種土攜細(xì)菌或真菌引致的植物病害，感染腐爛病后期，病部失水干縮，變黑褐色下陷，并產(chǎn)生黑褐色小點(diǎn)粒，即病菌的分生孢子器，成為再發(fā)病的傳染源，除侵染枝干外，有時(shí)也侵染果實(shí)。根據(jù)對(duì)病菌傳播的進(jìn)一步研究，tamura等報(bào)道稱(chēng)59月分生孢子器大量形成。菌絲體接種后1個(gè)月分生孢子角出現(xiàn)。春季形成的潰瘍8月開(kāi)始形成子囊殼，11月初子囊孢子大量成熟。器孢子經(jīng)雨水、融雪傳播，越冬的潰瘍產(chǎn)生的分生孢子傳播至8月。子囊孢子隨氣流、雨水傳播

6、，47月可捕到大量子囊孢子。不同季節(jié)分生孢子和子囊孢子的傳播數(shù)量雖有波動(dòng)，但果園中終年都有分生孢子和子囊孢子傳播，傳播時(shí)期很長(zhǎng)。據(jù)1972年的報(bào)道，北海道的蘋(píng)果樹(shù)腐爛病發(fā)病面積占栽培面積的94.3%，不少果園瀕于毀滅。他們認(rèn)為1952年和1963年的大凍害是蘋(píng)果樹(shù)腐爛病再次大發(fā)生的主要誘因，其他如為了追求高產(chǎn)過(guò)多施用氮肥、勞力不足、刮治不及時(shí)、處理病枝病皮不當(dāng)、侵染源量增大及著藥不良等也是促成病害流行的因素。目前，國(guó)內(nèi)防治果樹(shù)的腐爛病的方法一般是改善生長(zhǎng)條件和涂藥，但很難達(dá)到根除病害的目的，仍然需要刮除病變組織的樹(shù)皮。現(xiàn)在大部分果園去除腐爛病的方式仍為人工手持刀具刮除，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低1-4。

7、因此，可以考慮用機(jī)械方法刮除腐爛病。1 刀具設(shè)計(jì)1.1 單位切削力的確定1.1.1 切削模型。在顯微鏡下觀察切削橫截面，前后刀面相交處不是一個(gè)點(diǎn)，而是具有一定半徑 的圓弧。因此，刀具對(duì)木材的作用力，除了前刀面對(duì)切削層木材的切屑作用外，還要考慮因刃口變圓而導(dǎo)致的后刀面對(duì)切削平面以下木材的作用。當(dāng)刃口圓弧半徑為的刀具切入木材后，切削方向的刃口最前點(diǎn)q對(duì)木材造成足夠大的應(yīng)力，使木材沿刀刃最前點(diǎn)q平行切削方向分開(kāi)，即達(dá)到切削木材的作用。切削過(guò)程中木材會(huì)受到刀具的作用力：前刀面對(duì)木材的正壓力fvn和摩擦力fvf，后刀面對(duì)木材的擠壓力fvy和沿切削速度方向的作用力fvx。刀具受到的力則是木材前刀面和后刀面

8、所受合力的反作用力（圖1）。1.1.2 單位切削力的計(jì)算。木材切削力試驗(yàn)研究表明，單位切削力可以由以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：k（n/mm2）=k·a·as·aw·av·ah·af·at（1）式（1）中：k為單位切削力（n/mm2）；k=1.00（縱向切削，切削角=45°，切削厚度h=1.00 mm，切削速度v因此，單位切削力k=k·a·as·aw·av·ah·af·at=1.0×1.0×1.5×0.85×1.0&#

9、215;1.0×1.05×1.1=1.47 n/mm2。1.2 刀具切削力的確定1.2.1 切削面積計(jì)算。f=ka，其中a 為刀具切削面積。刀具設(shè)計(jì)如圖2所示。1.2.2 刀具尺寸。刀具軸直徑d=20 mm，長(zhǎng)度l=65 mm，3排刀刃之間夾角為120°。刀刃截面為梯形，上底長(zhǎng)2 mm，上底中線距下底3 mm。上底和母線夾角115°，刀具初選用碳素工具鋼。切削面積a=刀具與樹(shù)干實(shí)際接觸長(zhǎng)度l1×刀具切削厚度h，模擬試驗(yàn)測(cè)得l1平均值為30.00 mm，則a=l1×h=30×1.00=30.00 mm2，切削力f=ka=1.4

10、7×30=44.10 n。取刀具轉(zhuǎn)速n=800 r/min，刀具軸傳遞的扭矩 t=fd/2=44.1×0.01=0.441 n·m。1.2.3 疲勞應(yīng)力分析。通過(guò)proe mechanica仿真對(duì)刀具進(jìn)行應(yīng)力分析，刀具3個(gè)刀刃依次受切削力，對(duì)軸心作用力矩為 t=0.441 n·m。取轉(zhuǎn)速周期為t=（2/）=0.075 s，分析結(jié)果如圖3所示。結(jié)果表明，刀具內(nèi)部應(yīng)力較小，并且有較大盈余，參數(shù)結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì)合理。1.2.4 刀具轉(zhuǎn)動(dòng)所需的功率。刀具的扭矩做功是刀具功率消耗的主要來(lái)源，還有很小一部分摩擦消耗，可忽略不計(jì)，則刀具軸轉(zhuǎn)動(dòng)所需功率p=t·=0

11、.441×（×800/30）=36.92 w。此功率很小，小型蓄電池即可滿足要求。2 刀具工作原理及使用效果刀具由3排刀刃組成，夾角為120°，刀具軸向設(shè)計(jì)有容屑槽，可以容納被切削的病變組織。腐爛病刮除時(shí)間最好安排在早春，工作時(shí)，刀具軸和電動(dòng)機(jī)軸相連接，由電機(jī)帶動(dòng)刀具轉(zhuǎn)動(dòng)。刀具軸和電動(dòng)機(jī)軸相連接的方式可采用鍵連接，焊條電弧焊焊接或第三方連接裝置。通過(guò)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)刀刃轉(zhuǎn)動(dòng)將蘋(píng)果樹(shù)腐爛病組織刮除。實(shí)踐證明，人工刮除方式腐爛病被刮除面積約為800 mm2/min，而由小電機(jī)帶動(dòng)刮刀刮除方式腐爛病被刮除面積約為1 400 mm2/min，大大提高了工作效率并且降低了勞動(dòng)強(qiáng)度

12、。此外，刀具軸可事先蘸上菌清，這樣大部分菌清會(huì)留在容屑槽中，可以避免感染其他組織。因機(jī)械刮除效率高，刮完即在果樹(shù)表面涂抹菌清，所以相比手工刮除方式而言減少了傷口暴露在空氣中的時(shí)間，減少了再次感染的幾率，這一優(yōu)點(diǎn)在腐爛病暴發(fā)期尤其突出。在實(shí)際運(yùn)用時(shí)，還可以在刀具下端設(shè)計(jì)安裝收集裝置，將病變組織統(tǒng)一帶出果園外銷(xiāo)毀，以減少分生孢子和子囊孢子傳播，減少感染其他果樹(shù)的機(jī)會(huì)。刀具工作時(shí)所需功率約為40 w，工作時(shí)可選用12v 12ah鉛蓄電池能夠連續(xù)工作3 h左右，工作時(shí)間長(zhǎng)能夠滿足中小型果園的勞動(dòng)強(qiáng)度。并且刀具還可以用于其他工作場(chǎng)合，如刮除蘋(píng)果樹(shù)的老皮粗皮以清除藏在粗皮、老皮中的病蟲(chóng)源。腐爛病分布范圍很廣，許多樹(shù)都可能會(huì)感染，設(shè)計(jì)時(shí)刀具應(yīng)力有較大盈余，刀具硬度較大，因此還可以用于其他樹(shù)木腐爛病的刮除。3 結(jié)語(yǔ)刀具傳遞的扭矩較小，刀具軸應(yīng)力有較大盈余，但刀刃與樹(shù)干接觸，磨損較大，可以選擇較低硬度材料然后將刀具表面淬火或電鍍，以提升硬度5-6。刀具轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需功率小，考慮到功率損耗，可采用12 v蓄電池供電，由小電機(jī)帶動(dòng)，通過(guò)合理設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)手持電動(dòng)刮皮方式，節(jié)省勞動(dòng)力。4 參考文獻(xiàn)1 馬志峰，王榮花，劉文國(guó)，等.陜西渭北地區(qū)盛果期蘋(píng)果鉗腐爛病調(diào)查研究j.北方園藝，2007（10）：210-212.2 曹平祥.郭曉磊.木材切削原理與