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免費畢業(yè)論文--茶葉修剪機(一)
第一章 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(lái)代替手工修剪機械修剪是解決勞力不足和降低生產(chǎn)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(shù)的深修剪、衰老茶樹(shù)的重修剪或臺刈面臨的問(wèn)題及現有修剪設備的不足，研究出一種全新的茶樹(shù)重修剪機械設備，并對整機各結構部件進(jìn)行協(xié)調，對修剪機所用刀片的材料、結構進(jìn)行分析，研制配套的傳動(dòng)系統，相應的帶輪，軸，機架，并進(jìn)行計算和裝配圖的繪制。
關(guān)鍵字：
機械修剪器具，重修剪，全新的茶樹(shù)重修剪機械設備，刀片的材料，傳動(dòng)系統，帶輪，軸，機架。
第二章 前言
茶樹(shù)修剪是人為地抑制頂端主枝生長(cháng)優(yōu)勢的措施，可刺激著(zhù)生部位較低的芽萌發(fā)新技，增強樹(shù)勢，培養高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)樹(shù)冠。茶樹(shù)修剪方法主要有幼齡茶樹(shù)的定形修剪、成齡茶樹(shù)的輕修剪與深修剪，衰老茶樹(shù)的重修剪及臺刈等。
成齡茶樹(shù)經(jīng)多年采摘和輕修剪后，采樹(shù)冠摘面上會(huì )形成密集而細弱的分枝，這就是常說(shuō)的“雞爪枝”， 這時(shí)，茶樹(shù)新梢育芽能力減弱，生長(cháng)乏力，茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)下降，為更新樹(shù)冠采摘面，就得采用深修剪技術(shù)，剪去密集細弱的雞爪枝層，使茶樹(shù)重新抽發(fā)新枝，提高育芽能力，延長(cháng)茶樹(shù)高產(chǎn)穩產(chǎn)年限。
一．緒論
深修剪通常剪去冠面10～15cm枝梢，目前茶樹(shù)的深修剪工作一般用雙人抬修剪機來(lái)實(shí)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(shù)。這種茶樹(shù)，雖然骨干枝的抽生能力仍較強，但生產(chǎn)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(shí)，就得采用重修剪技術(shù)。重修剪茶樹(shù)一般在離地30～40cm處修剪樹(shù)干。臺刈則是比重修剪更為徹底的改造樹(shù)冠的修剪技術(shù)，其對象是嚴重衰老的茶樹(shù)，但目的與重修剪相同；茶樹(shù)臺刈后，從根頸部抽發(fā)的新枝能重新形成樹(shù)冠。重修剪及臺刈由于修剪的茶樹(shù)枝干一般較粗，現有的茶樹(shù)修剪機械很難擔當大任、不但效率低，而且常出現露枝現象；因此許多地方還在采用人工以砍柴刀對枝干進(jìn)行砍切修剪，勞動(dòng)狀況惡劣、勞作水平極其落后，另外人工砍切修剪對茶樹(shù)生長(cháng)是十分不利的。
二．國內外同類(lèi)研究概況
目前，國內科研人員對茶樹(shù)的修剪研究多集中于茶樹(shù)的輕修剪、中修剪機械研制及應用上，而在專(zhuān)門(mén)用于老茶樹(shù)或未老先衰茶樹(shù)的重修剪機械的研究與應用上，還基本處于空白狀態(tài)。
1、修剪機的研制
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(lái)代替手工修剪，因此國內在茶樹(shù)修剪機具的研制上，已取得了很大進(jìn)步，國內已有多家單位生產(chǎn)出了多款茶樹(shù)修剪機。
如南京秦淮園林機械廠(chǎng)生產(chǎn)的單人多功能電動(dòng)茶樹(shù)修剪機，其主要技術(shù)參數為：主機重量：2.5kg；電壓：24v；桿長(cháng)：110cm；功率：100w；轉速：6000轉/分鐘。該機具有環(huán)保節能，效率高，能耗小，對茶作物無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。
浙江省生產(chǎn)的PSM110型茶樹(shù)修剪機雙人抬跨行作業(yè)機具，由兩把鋸齒型刀片作相對往復運動(dòng)完成修剪作業(yè)。修剪機的動(dòng)力選用日本三菱TL33PVD型汽油機。當汽油機運轉達到一定速度時(shí)，離合器先帶動(dòng)風(fēng)機運轉，繼而將動(dòng)力傳輸到減速齒輪箱，減速齒輪與偏心機構設計在同一箱體內，通過(guò)一級齒輪減速，動(dòng)力傳到偏心機構，偏心機構上有偏心方向為180º的雙凸臺，帶動(dòng)連桿驅動(dòng)刀片作往復運動(dòng)，完成切割作業(yè)。
國外如日產(chǎn)的Ｅ7Ｂ-750型單人修剪機配日本單缸二沖程1.03ｋＷ(1.4馬力)汽油機，采用平刀片往復式切割，切割幅寬750ｍｍ。具有以下特點(diǎn)：①重量輕、方便于單人操作，平形、弧形樹(shù)冠均可使用，適應性很好；②發(fā)動(dòng)機性能好，操作簡(jiǎn)便，機身上設有停車(chē)按鈕及汽油機調速控制手柄，刀片動(dòng)、停、快、慢控制十分方便。
目前，國內外對茶樹(shù)的輕、中修剪機械的研制及應用均已成熟。并進(jìn)入大面積應用的推廣期。
2、對修剪機的應用研究
人工修剪每人8小時(shí)只能剪0.02hm2，需付酬金1750元/hm2；采用修剪機修剪，二人8小時(shí)可修剪0.4hm2，人均工效為手工的10倍，與人工相比費用降低了1312.5元/hm2。采用修剪機進(jìn)行重修剪時(shí)，人工重修剪每人8小時(shí)僅能剪0.0133hm2，每天工資需40元，需付酬金3000元/hm2；用修剪機勉強湊合使用，兩人用雙人修剪機作主修剪，另一人用單人修剪機補修遺留枝與邊枝，三人可修剪0.2hm2，工效是手剪的5倍，生產(chǎn)成本是1963元/hm2。與手工相比可降低成本1037元/hm2。1999年單臨安市的深修剪工作就可節約勞力1050工，節約生產(chǎn)成本30580余元；重修剪工作可節約成本13820余元，節約勞力800工。
通過(guò)以上研究，過(guò)婉珍等人認為：機械修剪是解決勞力不足和降低生產(chǎn)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。并建議生產(chǎn)廠(chǎng)家能生產(chǎn)專(zhuān)用重修剪機，以滿(mǎn)足用戶(hù)需要。
華南農業(yè)大學(xué)的覃松林研究分析了單、雙人茶樹(shù)修剪機使用時(shí)應該注意的問(wèn)題，他重點(diǎn)指出，單人修剪機和雙人修剪機不準作老茶樹(shù)的深修剪和重修剪，否則機器將嚴重超載而遭到破壞。
3．對茶樹(shù)重修剪機的研究
通過(guò)以上科技人員的研究結果可以看出，茶樹(shù)修剪機無(wú)論是單人型還是雙人型，都難以承擔起老茶樹(shù)的重修剪任務(wù)，這迫切需要國內的科技工作者研究開(kāi)發(fā)出一種專(zhuān)門(mén)用于老茶樹(shù)的重修剪機械。
綜觀(guān)國內外，目前對老茶樹(shù)重修剪方面的研究很少，而且研究領(lǐng)域也僅僅側重于重修剪工作對茶樹(shù)的影響及效應分析，對重修剪機械的開(kāi)發(fā)和研制以及應用基本上還處于空白狀態(tài)，本課題的開(kāi)展將打破該領(lǐng)域的空白局面，屬?lài)鴥仁讋?chuàng )。
第三章 設計任務(wù)
（一）． 茶樹(shù)修剪是人為地抑制頂端主枝生長(cháng)優(yōu)勢的措施，可刺激著(zhù)生部位較低的芽萌發(fā)新技，增強樹(shù)勢，培養高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)樹(shù)冠。茶樹(shù)修剪方法主要有幼齡茶樹(shù)的定形修剪、成齡茶樹(shù)的輕修剪與深修剪，衰老茶樹(shù)的重修剪及臺刈等。
（二）、主要技術(shù)指標：
1）刀具使用壽命：720h左右；
2）修剪樹(shù)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％；
（四）、傳動(dòng)路線(xiàn)的擬定
考慮到經(jīng)濟性及機器的整體結構和所需傳動(dòng)的準確性，我們擬定了整臺機器的示意圖
（五）、設計步驟
1.基本結構的確定
2.根據基本結構計算分析各個(gè)零部件
3.根據設計說(shuō)明畫(huà)出總裝圖
4.根據計算結果及總裝圖，畫(huà)出各個(gè)零件圖
第二章．設計分析
傳動(dòng)路線(xiàn)的擬定
1.對傳動(dòng)方案的要求
合理的傳動(dòng)方案，首先應滿(mǎn)足工作機的功能要求，其次還應滿(mǎn)足工作可靠、傳動(dòng)效率高、結構簡(jiǎn)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.擬定傳動(dòng)方案
任何一個(gè)方案，要滿(mǎn)足上述所有要求是十分困難的，要統籌兼顧，滿(mǎn)足最主要的和最基本的要求。
方案一：
方案二：
考慮到經(jīng)濟性及機器的整體結構和傳動(dòng)所需要的準確性，我們分析決定采用結構比較簡(jiǎn)單的帶輪傳動(dòng)，故我們選擇第一種傳動(dòng)方案。
二.汽油機的選擇
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;
2、汽油機的選擇計算：（如圖）
T=FR=200N×0.06m=12N.m
選擇2E60C型汽油機，立軸，水冷，P=7.4KW n=2500r/min,T=53N.m
三.帶Ⅰ的設計
1.確定計算功率
工 況 KA
空、輕載起動(dòng) 重載起動(dòng)
每天工作小時(shí)數/h
<10 10~16 >16 <10 10~16 >16
載荷變動(dòng)微小 液體攪拌機，通風(fēng)機，和鼓風(fēng)機（≤7.5kW）、離心式水泵和壓縮機、輕型輸送機
1.0
1.1
1.2
1.1
1.2
1.3
載荷變動(dòng)小 帶式輸送機（不均勻載荷）、通風(fēng)機（>7.5kW）、旋轉式水泵和壓縮機、發(fā)電機金屬切削床、旋轉篩、劇木機和木工機械
1.1
1.2
1.3
1.2
1.3
1.4
載荷變動(dòng)較大 制磚機、斗式提升機、往復式水泵和壓縮機、起重機、磨粉機、沖剪機、橡膠機械、振動(dòng)篩、紡織機械、重載運送機
1.2
1.3
1.4
1.4
1.5
1.4
載荷變動(dòng)很大 破碎機（旋轉式。顎式等）、磨碎機（球磨、棒磨、管磨）
1.3
1.4
1.5
1.5
1.6
1.8
表8.21 工作情況系數KA
由表8.21查得=1.1 由式（8.12）得
==1.1×7.4KW=8.14KW
2. 選擇普通V帶型號
根據=8.14KW =2500r/min 由圖8.12選用B型普通V帶
3. 確定帶輪直徑
根據表8.6和圖8.12選取=140mm 且=140mm>125mm
大帶輪直徑為
=/=2500/1500×140=233mm
按表8.3選取標準植236mm,則實(shí)際傳動(dòng)比I,從動(dòng)輪的轉速分別為
i=/=236/140=1.69
=/i=2500/1.69=1479r/min
從動(dòng)輪的轉速誤差為
（1479-1500）/1500×100%=-1.4%
在5%以?xún)�，為允許值
4.驗算帶速V
V=/60×1000=18m/s
在5-25m/s的范圍內。
5.確定帶的基準長(cháng)度和實(shí)際中心距a
按結構設計要求初定中心距
0.7(+)<a<2(+)
263<a<752
初定a=500mm
由式(8.15)得
=2+(+)/2+/4
=2×500+(140+236)/2+(236-140)/（4×500） =1590.5mm
由表8.4選取基準長(cháng)度=1600mm
a≈+(-)/2=500+(1600-1590.5)/2
=505mm
中心距范圍
=a-0.015=505-0.015×1600=481mm
=a+0.03=505+0.03×1600=553mm
6.校驗小帶輪包角
=-/a×
=-(236-140)/505×
=>
7.確定V帶根數Z
由式(8.18)得Z≧/
根據=140mm ，=2500r/min 查表8.10用內插法得
=3.8KW
由式(8.11)得功率增量為
=
由表8.18查得=2.6494×
根據傳動(dòng)比i=1.69 查表8.19得=1.1202
則=2.6494××2500（1-）=0.7KW
由表8.4查得帶長(cháng)度修正系數=0.92 由表8.11查得包角系數=0.99 得普通V帶的根數為
Z=8.14/(3.8+0.7)×0.92×0.99=1.98
圓整后得Z=2跟
8.求初拉力及帶輪軸上的壓力
由表8.6查得B型普通V帶每米質(zhì)量q=0.17kg/m 根據式(8.19)得單根V帶的初拉力為
=×
=
=227.5N
由式(8.20)可得作用在軸上的壓力
=2Z
=2×227×2
=904N
9. 設計結果
選擇.2跟B-4000GB1171-89V帶 , 中心距a=505mm ,帶輪直徑=140mm , =236mm ,軸上壓力=904N
Ⅱ帶設計
主動(dòng)輪的轉速1500r/min,從動(dòng)輪轉速1500r/min
確定計算功率
工 況 KA
空、輕載起動(dòng) 重載起動(dòng)
每天工作小時(shí)數/h
<10 10~16 >16 <10 10~16 >16
載荷變動(dòng)微小 液體攪拌機，通風(fēng)機，和鼓風(fēng)機（≤7.5kW）、離心式水泵和壓縮機、輕型輸送機
1.0
1.1
1.2
1.1
1.2
1.3
載荷變動(dòng)小 帶式輸送機（不均勻載荷）、通風(fēng)機（>7.5kW）、旋轉式水泵和壓縮機、發(fā)電機金屬切削床、旋轉篩、劇木機和木工機械
1.1
1.2
1.3
1.2
1.3
1.4
載荷變動(dòng)較大 制磚機、斗式提升機、往復式水泵和壓縮機、起重機、磨粉機、沖剪機、橡膠機械、振動(dòng)篩、紡織機械、重載運送機
1.2
1.3
1.4
1.4
1.5
1.4
載荷變動(dòng)很大 破碎機（旋轉式。顎式等）、磨碎機（球磨、棒磨、管磨）
1.3
1.4
1.5
1.5
1.6
1.8
表8.21 工作情況系數KA
由表8.21查得=1.1 ，由式（8.12）得
1.1×7=7.7KW
選擇普通V帶型號
根據=7.7KW 由圖8.12選用B型普通V帶
確定帶輪基準直徑
根據表8.6和圖8.12選取=125mm ,且為B型V帶最小直徑
大帶輪直徑為：
=×125=125mm
按表8.3選取標準值為125mm ,則實(shí)際傳動(dòng)比i ,從動(dòng)輪的實(shí)際轉速分別為：
從動(dòng)輪的轉速誤差率為：
×100%=0
在±5%以?xún)�，為允許值。
驗算帶速V
在5-25m/s范圍內
確定帶的基準長(cháng)度和實(shí)際中心距a
按結構設計要求初定中心距
0.07（）<<()
175<<500
取=200mm
由式(8.15)得
=792.5mm
由表8.4選取基準長(cháng)度=800mm
a≈
=
=
校驗小帶輪包角
由式(8.17)得
=
確定V帶根數Z
根據=125mm =1500r/min ,查表8.10用內插法得
由式(8.11)得功率增量為
由表(8.18)查得
根據傳動(dòng)i=1 ，查表8.19得=1則
=0
由表8.4查得帶長(cháng)度修正系數 ，由圖8.11查得包角系數
得普通V帶根數
圓整得Z=2
求初拉力及帶論軸上的壓力
由表8.6查得B型普通V帶的每米質(zhì)量q=0.17kg/m ,根據式(8.19)得單根V帶的初拉力為：
=284N
由式(8.20)可得作用在軸上的壓力為：
=1136N
計算結果
選用2根B-GB1171-89V帶，中心距a=200mm ,帶輪直徑 ，軸上壓力
四．軸Ⅰ的設計
（一）.軸的計算
選擇軸的材料 ，確定許用應力
因我們設計的軸對材料無(wú)特殊要求，故選用45鋼并經(jīng)調質(zhì)處理，由表13.4查得強度極限 ，再由表13.2查得許用彎曲應力
按扭強度估算軸徑
根據表13.1得 ,又由式(13.2)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
由設計手冊查得標準直徑
設計軸的結構并繪制機構草圖
a.確定各軸段直徑
根據設計手冊公式
取h=2.5mm
初選軸承6307
的直徑根據軸承的內徑?jīng)Q定取為
的直徑也是根據軸承來(lái)定 取為
b.確定各軸段長(cháng)
根據汽油機高度及整機結構，軸的總長(cháng)為520mm
軸段Ⅰ的長(cháng)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(cháng)度根據軸承座端面和帶輪的距離確定為26mm
軸段Ⅲ的長(cháng)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(cháng)為50mm
軸段Ⅴ的長(cháng)也為軸承寬21mm
軸段Ⅵ的長(cháng)和軸段Ⅱ的一樣為26mm
最后留下的長(cháng)度就為軸段Ⅳ的長(cháng)
（二）.軸的校驗
以B為基點(diǎn) ，
在以C點(diǎn)為基點(diǎn)：
查表13.1得，滿(mǎn)足，故軸的設計滿(mǎn)足要求。
(三).軸承的選擇
應 所以只要邊的軸承可用即可
初選軸承6307 GB/T276-1994 按文獻8-23，基本額定功率為
軸的預期壽命取為 查表得
故6307滾動(dòng)軸承滿(mǎn)足要求
(四). 鍵的選用
根據結構選用10×110 普通A型平鍵
Ⅱ軸的設計
（一）.軸的計算
選擇軸的材料 ，確定許用應力
因我們設計的軸對材料無(wú)特殊要求，故選用45鋼并經(jīng)調質(zhì)處理，由表13.4查得強度極限 ，再由表13.2查得許用彎曲應力
按扭強度估算軸徑
根據表13.1得 ,又由式(13.2)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
由設計手冊查得標準直徑
設計軸的結構并繪制機構草圖
a.確定各軸段直徑
根據設計手冊公式
取h=2.5mm
初選軸承6307
的直徑根據軸承的內徑?jīng)Q定取為
的直徑也是根據軸承來(lái)定 取為
b.確定各軸段長(cháng)
根據汽油機高度及整機結構，軸的總長(cháng)為470mm
軸段Ⅰ的長(cháng)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(cháng)度根據軸承座端面和帶輪的距離確定為27mm
軸段Ⅲ的長(cháng)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(cháng)為50mm
軸段Ⅴ的長(cháng)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(cháng)度就為軸段Ⅳ的長(cháng)
(二).軸的校驗
以B點(diǎn)為基點(diǎn)：
在以C點(diǎn)為基點(diǎn)：
查表13.1得，滿(mǎn)足，故軸的設計滿(mǎn)足要求。
（三）.軸承的選擇
應 所以只要邊的軸承可用即可
初選軸承6307 GB/T276-1994 按文獻8-23，基本額定功率為
軸的預期壽命取為 查表得
故6307滾動(dòng)軸承滿(mǎn)足要求
（四）.鍵的選用
根據結構選擇10×56的普通A型平鍵
五．刀片結構的設計及材料的選擇
1.刀片的結構采用用圓盤(pán)形的刀盤(pán)，兩邊有裝有兩個(gè)對稱(chēng)的刀片，刀片示意圖入圖所視：
2.材料的選擇：
刀片在高速的環(huán)境下工作，且在剪切過(guò)程中，刀片會(huì )受到很大的擠壓力，摩擦也會(huì )很厲害，需要的硬度也比較高。根據這些我們決定選擇W18Cr4V
W18Cr4V是應用最廣泛的高速鋼，其性能只要有：熱處理硬度可達63-66HRC，抗彎強度可達3500MPa，可磨性好。其優(yōu)點(diǎn)：通用性強，工藝成熟。
熱處理的主要特點(diǎn)：淬火加高溫（1200攝氏度），以及回火時(shí)溫度高（560攝氏度）左右、次數多達三次左右。采用高淬火溫度是為了讓難溶的特殊炭化物能充分溶入奧氏體，最終使馬氏體中W、Mo、V等含量足夠高，保證其熱硬性足夠高；回火溫度
心 得 體 會(huì )
經(jīng)過(guò)自己和小組成員的共同努力，終于將畢業(yè)設計完成了。
在這次畢業(yè)設計過(guò)程中，我們遇到了許許多多的問(wèn)題，一遍又一遍的計算，一遍又一遍的修改，一遍又一遍的推敲機械結構，由于一開(kāi)始對結構的設計不太完美，導致我們走了很多彎路。后來(lái)，在完全沒(méi)老師的指導下，我們進(jìn)一步對結構進(jìn)行了修改和推敲，并得到了比較完善的框架結構。
盡管這次設計的時(shí)間是短暫的，但是對我來(lái)說(shuō)，收獲卻是很大的，俗話(huà)說(shuō)的好“學(xué)到用時(shí)方狠少”，以前，我們只知道學(xué)知識，但是對知識的吸收和利用并不多，這次畢業(yè)設計，讓我們再次溫習了以前學(xué)過(guò)的知識，并聯(lián)系起來(lái)，運用在自己的設計中。同時(shí)也對知識有了進(jìn)一步的鞏固，不僅讓我們對茶樹(shù)的生長(cháng)和修剪有了進(jìn)以步的了解，而且也讓我們對office軟件，和計算機繪圖軟件AutoCAD等工具軟件有了熟練的掌握
參 考 文 獻
[1] 《機械零件設計手冊》，吳宗澤，機械工業(yè)出版社，2003年11
[2] 《互換性與測量技術(shù)基礎》，陳于萍，機械工業(yè)出版社，2003年10
[3] 《機械制圖》李澄，吳天生，聞百橋，高等教育出版社，1997年7
[4] 《機械設計基礎》。陳立德，高等教育出版社2000年8
[5] 《機械設計手冊》，聯(lián)合編寫(xiě)化學(xué)工業(yè)出版社，1981年1
[6] 《工程力學(xué)》，張定華 ，高等教育出版社， 2000年8
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