茶樹園林修剪機結構設計（全套含CAD圖紙和三維模型）
茶樹園林修剪機結構設計（全套含CAD圖紙和三維模型）,茶樹,園林,修剪,結構設計,全套,CAD,圖紙,三維,模型
茶樹園林修剪機的結構設計
院（系）名 稱：
專 業 名 稱：
學 生 姓 名：
學 號：
指 導 教 師：
職 稱：
二○一九年三月
摘要
茶樹修剪機是一種園林上專為茶園修剪茶樹的小型修剪機器，其結構簡單，而且質量要求較輕，實現自身的便捷的特點，茶樹修剪機的結構研制和設計的開發，針對茶樹的生產和產量來說都是一個良好生長機器，對茶樹的生產有重要的意義。在茶園茶樹的生產過程中，為了增強茶樹在生長時候的樹冠生長的密度，培育出比較優質的茶樹生產茶葉，就是為了能夠使茶樹在生長中得到更為旺盛的修剪過程增加茶樹的生產密度，在茶園，就必須對茶樹進行定期的有效修剪。所有對茶樹的修剪，是茶樹在生長上分的主要的一個技術手段之一，本次設計的茶樹修剪機，即可更高的地完成對茶樹的修剪，實現這項技術的運用。但現有市場上的茶樹修剪機，一般都是存在一些不好的地方，比如存在手持部分質量過重，無法使得人長期工作，會造成勞動強度非常較大等不足之處的存在。本次的設計茶樹修剪機，主要的結構設計針對的是一種工作時候的便攜式刃面，實現往復式修剪茶樹的茶樹修剪機，以小電機缸體為主要動力，在通過減速齒輪裝置傳動減速實現變速傳遞，傳遞到工作的部分，實現與執行機構的一個很好的連接。
本次設計的茶樹修剪機的結構中減速器的設計，采用的是直齒圓柱齒輪的傳遞機構，減速器將產生的動力，通過齒輪傳動傳到曲柄上的滑塊機構，再由曲柄上的滑塊機構，在力的作用嚇帶動切割刀片，在不斷的做往復運動，實現對茶樹的修剪，在設計中對切割刀片的選擇，在根據實情況和生產上的調研，切割刀片的結構設計，要與茶圓種植茶樹的寬幅相互對應，才能實現寬度上的一致，實現更好的對茶樹進行切割，切割大采用單動刃刀片。本文所設計的結構，就是依靠于往復式運動的方式。
關鍵詞：修剪機；茶樹；輕便；環保
Abstract
Tea tree pruning machine is a kind of small-scale pruning machine specially designed for tea plantations in gardens. Its structure is simple, and its quality requirement is light. It realizes its own convenient characteristics. The development of the structure and design of tea tree pruning machine is a good growth machine for the production and output of tea plants, and it has important significance for the production of tea plants. In the process of tea production in tea garden, in order to enhance the crown growth density of tea plant in the growing period and cultivate high-quality tea plants to produce tea, it is necessary to prune tea tree regularly and effectively in order to make tea plant get more vigorous pruning process in the growing process and increase the production density of tea plant. All the tea tree pruning is one of the main technical means of tea plant growth. The tea tree pruning machine designed in this paper can complete the tea tree pruning more effectively and realize the application of this technology. But the tea tree pruning machine in the current market generally has some disadvantages, such as the excessive quality of the hand-held part, which can not make people work for a long time, and will cause the existence of very large labor intensity and other shortcomings. The design of this tea tree pruning machine, the main structural design is for a portable working time edge, to achieve reciprocating tea tree pruning machine, small motor cylinder block as the main power, in the deceleration gear device transmission speed transmission, transmission to the work part, to achieve a good connection with the executive mechanism.
The design of the reducer in the structure of the tea tree pruning machine adopts the transmission mechanism of spur gear. The power generated by the reducer will be transmitted to the slider mechanism on the crank through gear transmission. Then the slider mechanism on the crank will frighten and drive the cutting blade in the function of force. The cutting blade is constantly moving to and fro to achieve the pruning of the tea tree. In the design, the cutting blade is cut. According to the actual situation and production research, the structure design of the cutting blade should correspond to the width of the tea tree planted in the tea circle, so as to achieve the consistency of the width, achieve better cutting of the tea tree, and adopt the single-edged blade. The structure designed in this paper is based on the reciprocating motion.
Key words: pruning machine; tea plant; portable; environmental protection
IV
目 錄
第一章 緒論 2
1.1茶樹修剪機背景及意義 2
1.2 茶樹修剪機的發展 3
1.3 本次結構設計的主要技術指標 5
第二章 茶樹修剪機方案的結構設計 6
2.1 茶樹修剪機的傳動方案 6
2.2總體結構 8
2.3茶樹修剪機主要設計技術參數 8
第三章 動力選擇和傳動的結構設計 9
3.1茶樹修剪機的動力選擇 9
3.2茶樹修剪機的傳動部分結構設計 9
3.3茶樹修剪機的曲柄壓力機滑塊機構的分析 12
3.4 茶樹修剪機齒輪傳動相關設計計算 17
第四章 茶樹修剪機執行機構機架的結構設計 24
4.1茶樹修剪機往復式刀片機構 24
4.2 機架的的結構設計 25
4.3茶樹修剪機的使用注意事項 26
結論 27
參考文獻 28
第一章 緒論
1.1茶樹修剪機背景及意義
在我國的茶文化的發展中，茶葉是一個比較有影響力的名片，使得中國更好的走向世界的一個重要標志，茶葉在中國文化的發展中，具有悠久的歷史和種植的長久歷史，由于中國的水土較好，氣候比較優雅，所有查的種植更是得到了廣泛的發展。有一種非常好的茶，是中國生產的茶中比較特殊的一種，就是產于中國武夷山的一種茶，這種茶主要生長在特殊的巖石縫中，是一種比較高端的特色茶葉，后來被命名為武夷-巖茶。這種武夷巖茶，比較著名的一種茶，它的名聲遠播至海外，一直在在國內外哈耶市場上都得到了非常大的熱銷，以至于使得這種茶的需求量很大。決定了這種茶的實現需求很大。在為了使茶葉在很好的環境下生長得更好，所有在茶文化的發展中，茶樹修剪機就慢慢的被推廣，應運而生，不斷的使用，使得茶樹修剪機的有較大的市場需求量。
而這種設計的茶樹修剪機，其主要的作用就是對茶葉在生長時候的形式進行修剪，以及對茶葉的生長進行整形，使得生長中的茶葉大小一致。根據茶樹修剪機的動力裝置。可以把市場上的茶樹修剪機結構，分為手持式修剪機，主要采用汽油修剪機。還有背負式的茶樹修剪機，主要采用電動結構的修剪機。還可以根據修剪機的刀刃，在結構類型上的而不同可以分為單刃類型修剪機，以及雙刃修剪形式的茶樹修剪機。目前市場上的茶樹修剪機主要以小型汽油機為主，大部分的茶樹修剪機動力的茶樹修剪機的不斷的應用的在市場上是比較廣泛的。
一般的茶樹修剪，主要的目的就是增強茶樹在生長時候的生長勢頭，可以對茶樹培養優質的生長樹冠，實現更好的抑制茶樹的頂端優勢，在通過修剪不斷的刺激茶樹的生長部位，使得較低的芽在不斷的生長。在過去茶樹的種植發展中，一般的手段是通過采用人工的修剪方式來進行對茶樹的修剪，這種原始的方法，在勞動力上消耗勞動力很大，而且修剪茶樹的效果差不是很好，沒有達到現有機械設備修剪的作用。所有在后來的發展中，使得茶樹修剪機在不斷的被研制、發展優化后被投入和使用在茶園的茶樹修剪上，使得茶園對茶樹的修剪實現更加的專業化，這樣的技術進步在茶樹修剪上大大提高了修剪茶樹的工作效率。直到目前市場上為止，實現的茶樹修剪機的結構機型很多，包括單人還有雙人修剪的茶樹修剪機，還有重修的茶樹修剪機。
本此設計的茶樹修剪機以電動式，實現單人對茶樹修剪的結構設計為主，在設計中對單人式茶樹修剪機的結構形式，進行的結構上的設計和重量上的設計優化。設計的主要功能，是可以實現對茶樹進行輕度修剪，也可以對茶樹進行深度的修剪的作用，還可以在對茶樹的修邊等使用，實現茶樹修剪機的多功能的特點，在種植茶樹上，可以讓茶樹與茶樹之間，在生長空間上有一個空間上的合理間距。在70年代的時候，中國農業的發展科學院，里面的茶葉研究所，通過對茶樹修剪的研制，研發了一種中頻電動手提式的茶園修剪機，這種茶樹修剪機就是以汽油機帶動，實現中頻電電機組為設備的電源，使用雙動切片進行往復運動的刀片，可以實現的切割幅寬在30cm左右。但是，在后來的市場上使用中，最為使用廣泛，還是動力選用汽油機的茶樹修剪機，主要以平行的運動的往復刀片，作為執行切刀運動的機構，能夠實現的切割幅寬為75cm，這種茶樹修剪機的工作的動力為750w的汽油機，使用的切割器是可以實現往復式運動的刀片，在工作中的運動的往復頻率一般為：1000次/min。這種茶樹修剪機的整機重量一般在4-5kg，可以實現單人工作操作手持即可對茶樹進行修剪，機器產生的動力作用，通過使用的離合器、以及是選用的減速器，來實現對茶樹頂端的切割作用，在工作中每小時可修剪茶地半畝左右。由于設計的刀片比較鋒利，設備可以實現的轉速比較高，使得茶樹的樹枝直徑在10mm左右的都可以一刀切斷。這樣的修剪的方式，通過修剪，能夠讓生長的茶樹在每個部分生長上的采光均勻實現，提高茶樹的生產量，同時提高了茶樹管理人員的工作效率，因此這種茶樹修剪機在市場上得到了很大的發展，不斷的再增加供應量。
為了降低茶樹修剪機的生產制造的成本，提高茶樹修剪的機器設備的生產效率，實現茶樹修剪機的高要求，方便清潔的作用，實現大規?；牟铇湫藜魴C的生產，所以本次設計的茶樹修剪機的結構，在設計上主要是研發結構的優化型。主要針對背負式的茶樹修剪機進行結構設計優化。在設計的時候，針對結構設計，專用的弧形刀刃在修剪的時候可以鎖緊茶樹的枝干，在工作上增加了切刀切口工作時候的平整度要求，最大的有點是在對茶樹自檢的時候使得對茶樹的傷害降到最低。
1.2 茶樹修剪機的發展
1.2.1國外發展概況
茶樹修剪機在國外的發展中，對于茶樹修剪機的設計發展是比較早的，得很高的研制成果，使用時長顯著的是在印度和日本的發展中，還有很多的國家在設計上，研制的茶樹修剪機的主要形式以重型的修剪機的設備為主，在生活中給茶樹種植的帶來了諸多的便利之處。在日產的一家公司，研發的一款茶樹修剪機型號為E7B-750型，實現單人修剪，茶樹修剪機配的電動設備是日本的單缸二沖汽油機，這種茶樹修剪機采用的是平刀片，在實現往復式運動的切割，可以達到的切割幅寬75cm。這種茶樹修剪機的特點是：①機身的質量輕，在工作中便于單人手持操作，在市場上的適應性較為良好；②電機實現的茶樹修剪機的動力性能好，結構簡單便于操作，在設計的茶樹修剪機的機身上，設有一個控制的按鈕，使得整個機器在操作上特別的方便。
更早的茶樹修剪機的使用，是在20世紀和80年代的末期的時候，茶樹修剪機在歐美的一下發展國家，多為種植茶樹的地方，這種便捷的修剪機，就可以走進了千家萬戶為種植茶樹的人們帶來了效率，慢慢的在這些國家開始成為了一些，在中產階級家庭里面種植茶樹的必備品，在我國的茶樹修剪機的發展中，主要是在20世紀和90年代的時候，在一些我國家的先進發展的技術，再被慢慢的陸續引進到我國的茶園中才被使用。
在目前的發展中，國外茶樹種植中，對茶樹的輕中修剪，這樣的機械的研制，相對應的應用是非常成熟的，并在不斷的應用中進入大量的推廣時期。
1.2.2國內發展概況
由于我國茶文化的發展比較早，所有在我國對于茶樹修剪機，在設計和研制上起步也是比較早的，在先后不斷的生產了幾種茶樹修剪機的機型，在北京園林生產廠，對茶樹修剪機的機械研制結構上，通過以中頻的電機為主要的動力，實現雙動往復運動的刀片式茶樹修剪機；還有后來在上海園林，茶樹修剪機工具廠也同樣的生產了以電動形式的旋刀式來進行切割的茶樹修剪機，它主要的使用刀片是呈現輻射狀的刀片，設計的定刀片通過對枝條的起一個支承力的作用，使得動刀片運動的旋轉，進行對茶樹的切割，該茶樹修剪機機需配12V的電池，使用電池實現動力。目前的發展中，在我國有大量的茶種植基地，以至于出現了大量的茶樹修剪機，但是這些茶樹修剪機普遍采用的原理，都是以手持式為主的茶樹修剪機。
中國在茶葉上的發展博大精深，國內作為茶樹種植的超級大國，在很多茶葉在國際上著名，使得茶類基本都是都源于中國的，以至于我國的有關部門，在對茶樹的種植上也是十分重視，大量的支持國內一些生產茶樹修剪機的有關廠家，在不斷的采取多種型號和形式的茶樹修剪機來生產茶葉。使得我國茶樹修剪機，在機械化的發展中也是得到了很大的發展，但是不足之處還是很多，主要原因國產的茶樹修剪機在修剪中的機械設計的質量不過關。主要原因是我國設計的小型動力，在機械加工制造商、技術設計的設備，在相對的水平比較低，選擇使用的原材料質量不高，使得綜合因素一起的作用下造成的茶樹修剪機的不足之處。在近幾年的發展來說，通過國內相關的部門認真分析和總結，在設備的生產上吸取經驗教訓，在制造商開始重視，國外茶樹修剪機技術的發展和改進，優化國外茶樹修剪機的結構夜店，從而在結構的設計上可以更好的開發，使得開發的設備可以符合我國國情。結構更加優化的茶樹修剪機械設備，并開始慢慢的形成了我國自己的茶樹修剪機特色，再加上我國綜合工業的的技術水平的不斷進步和提高，這樣茶樹修剪機在我國國產的茶樹，在種植茶樹的修剪機械上，現已接近和達到國外相對應的茶樹修剪機進口機械的相關水平。
1.3 本次結構設計的主要技術指標
本次的茶樹修剪機的結構設計，主要分析和參考的技術設計的指標如下：
（1）茶樹修剪機的設計的刀具在使用上的壽命：能夠達到420h以上；
（2）手持的茶樹修剪機可以修剪的茶樹的高度：達到500-700mm左右，適用于大量的茶園修剪；
（3）設計的結構的修剪幅寬：5000mm的寬度；
（4）茶樹修剪機的設計的工作效率：最高的工作效率0.24hm2/h；
（5）茶樹修剪機設計的切刀的切口工作的平整度：平均在80%左右。
第二章 茶樹修剪機方案的結構設計
2.1 茶樹修剪機的傳動方案
在設計茶樹修剪機的結構的時候，能夠更好的實現茶樹修剪機的本次設計的要求，可以適合現有的市場環境，優化茶樹修剪機的結構，使得設計的茶樹修剪機筆心有市場上的設備更有價值，在設計的時候主要考慮的內容有以下一些設計的特點需要考量：
1、考量設計的茶樹修剪機是不是可以實現人工操作來工作，還是需要設計非人工的操作設備，經過考慮后，本次的設計需要在茶樹修剪機的內部設計一個機體自帶小型的動力的電機,在電機的設計上，為了電量的充足，可以優化設計一個相應的外接電源，這樣設計的電機對于電量在工作時候的使用，可以達到更好的適應性，實現設備的操作和工作使用的安全性能。
2、本次設計的茶樹修剪機的結構，以及設計中應該選擇使用的電機，以及設備機構設備材料的選擇上都需要考慮，在大幅度的可以減輕重量的條件下，保證設備的穩定性，達到實際性的工人在操作茶樹修剪機的時候減低操作的勞動力的強度。
3、設計的過程中還需要對設計的茶樹修剪機，在操作的時候使得作業質量有所提高或改進的比較好，使得工作的茶樹修剪機的整體性能相對是比較穩定的。
4、本次的設計，主要的特點是可以實現設計的茶樹修剪機的機構在實現使用中?？梢詫崿F一機多用的原則，不光使得設計的茶樹修剪機用于茶樹的修剪，還了可以用于其他的修剪，也就是設計的時候要考慮修剪機的使用上，可用作茶園茶樹的修剪的以及整形，還可以在茶園的使用上，可以更好的實現作為茶樹生長上為了達到密度的相應的修剪。
5、設計的茶樹修剪機可以實現多功能修剪的特點，可以實現適應于多方面的茶樹修剪。
在本次的茶樹修剪機的結構設計中，可以選用的動力方式，在傳動方式上為：通過設計的電機，帶動茶樹修剪機大齒輪和小齒輪實現動力的轉動，由小齒輪軸帶動曲柄實現運動，傳遞到滑塊上的動力，在曲柄滑塊的作用下，使得連接著刀片在運動上組往復運動，在設計的時候可以選用的方案，通過查找相對應的內容可分為蓄電池裝置，設置在于機架內，也可以采用置于背架上的小電機等兩種形式，因此在設計茶樹修剪機的時候可以提供該機器在設計中，有以下2種可以選擇的方案可供選擇和進行優化設計的選取：
a方案：使用電瓶提供動力，然后和電機實現組合，整個的電瓶和電機的設置在機構的內部，這樣設計的問題是由于電瓶的能量不能支持長時間的工作。在設置的電瓶盒電機的組裝上可能會占用很大的空間，使得整個茶樹修剪機的重量不斷的增加，在人工操作上會受到限制，因此可能會影響切削茶樹的進行。
a方案
b方案：將設計選用的電機設置在機架內部，整個結構在考慮到正常使用時后要操作方便，可以選擇把電瓶單獨的放在背部采用背著的方式，運用一個外接電線來連接茶樹修剪機實現傳動動力的作用。這樣設計的結構，不僅整體的空間實現更大化，設計的機構也使茶樹修剪機的整機更加輕巧結構簡單，以此來設計的方案為更架的好。
b方案
最終可以確定茶樹修剪機的方案設計，確定總體的設計方案采用上述的b方案來進行茶樹修剪機的設計。使得電機置于機構的機架上，動力的電瓶采用放在背部背著的方式，切刀的刀片為可以選擇使用單動刃往復式運動的刀片。
2.2總體結構
茶樹修剪機的總體結構設計過程，由以下幾個方面的設計內容組成：
（1）茶樹修剪機動力源的來源：電動機實現；
（2）茶樹修剪機傳動機構的設計：有設計的曲柄滑塊實現動力的傳動；
（3）茶樹修剪機修剪的執行機構設計：采用往復式運動的刀片機構來進行茶樹的修剪。
2.3茶樹修剪機主要設計技術參數
根據本次設計的實際統計，查找相對應的茶樹修剪的相應內容，可知一般的茶樹的綠籬枝條的的修剪中，平均可以修剪的直徑為5mm作用，樹枝的修剪剪切力設定為F與樹枝修剪的時候的橫切面積設定的x有參數設計的關系：
也就是:F=10X-230/N
計算的單位為：N
本此設計的茶樹修剪機在實際使用中，工作的只有一側的刀刃，只有一邊的處在時間工作的狀態，因此在茶樹修剪機的實際工作中，可以計算刀片的受到的剪切力計算為：
F=（10×52-230）×18=360N
茶樹修剪機修剪的剪切力：F=360N；
在工作中可以切割幅寬75cm（茶樹寬大約100cm）；
茶樹修剪機在剪切時候的最大直徑可以達到10mm；
切刀的刀片在切割是的頻率：1000次/min；
茶樹修剪機整機的結構設計的重量約為8kg
機械的工作效率為：0.3畝/H。
第三章 動力選擇和傳動的結構設計
3.1茶樹修剪機的動力選擇
本此設計的茶樹修剪機選擇使用的電機，是采用外接24V的蓄電池電機，為了實現電機的方便攜帶，以及電機的攜帶中不會影響正常的工作，電機的攜帶的結構，在設計的時候設計成成雙肩形式背這得結構。使得工作人員在工作中，將電源線與修剪機通過電線的方式進行后面插孔連接，然后將=電機背在身后進行切割，進行工作。這樣的設計和其他電動設計的設備結構相比，這樣的設計結構主要有以下幾個設計的優點;①這樣設計可以有效的減小茶樹修剪機整機的體積大小，重內部核心上降低了整機機器的重量，使得在茶樹的修剪工作中，操作輕便而且工作便捷很多。②使用這樣的背著的方式，使得可以在設計蓄電池的時候，電池的體積可以設計的更大一些面對機器的存在沒有太大的 影響，可以增大儲存的電量，使得使用的時間更加的長久，可續航工作的時間在通其他店家相比也會更長。③設計的結構采用外電源式，使得蓄電池在沒工作的時候進行充電，直接更換蓄電池就可以進行工作，從更大的角度上優化了設計的目的沒達到了設計的要求。
3.2茶樹修剪機的傳動部分結構設計
3.2.1茶樹修剪機的曲柄壓力機滑塊機構運動規律分析
本次茶樹修剪機的結構設計，唇動的壓力機工作傳動機構，采用的是由曲柄滑塊來實現機構的傳動,以下圖示 A點，表示的是連桿結構與曲軸的相互連結的點,所示的B點表示傳動的連桿與U型滑塊型相互的連接點,所有在設計中如圖示的AB，表示連桿的長度， 工作傳遞的滑塊的位移量設定為：s。a為傳動曲柄的的傳動的轉角。則在計算上的習慣，可以優曲柄的最底傳動的位置，沿這曲柄傳動旋轉位置的相反方向進行參數的計算。
茶樹修剪機運動的機構簡圖如下圖所示,
圖2-2
3.2.2滑塊的位移和曲柄轉角之間的關系
茶樹修剪機滑塊的位移量和傳動曲柄的轉角，在設計參數之間的關系計算的表達為：
而
令 則
而
所以 ：
代入以上計算結果：通過計算整理得:
代表傳動連桿的設計系數。通用情況下的壓力機一般取值一般在0.1~0.2的范圍之內.故上式計算整理后可得:
以上試計算式子中： s——茶樹修剪機滑塊行程。
a——茶樹修剪機曲柄轉角, 與傳動曲柄旋轉機構方向形成相反者為正。
R——傳動曲柄的半徑
——連桿的傳動系數
L——連桿傳動力的長度
因此,已知茶樹修剪機曲柄半徑R，以及連桿設計的系數時,從上式的計算中求出茶樹修剪機對應于的不同a角和s值.有計算的公式定理可得：
3.2.3茶樹修剪機滑塊的速度和曲柄轉角的關系
求出茶樹修剪機的滑塊位移量，茶樹修剪機的傳動曲軸轉角,在計算中將位移s對傳動運動的時間：t，求導數后可求得到茶樹修剪機滑塊傳動的速度v.即:
而
所以
式中 v———茶樹修剪機滑塊速度
———茶樹修剪機曲柄的角速度
又因為：
所以：
上式計算中 ： n———茶樹修剪機曲柄的每分鐘轉數。
從上式可看出,茶樹修剪機曲柄轉角a，在傳動中的角度變化時，與茶樹修剪機的滑塊的速度V同樣的速度也跟著變化。在曲柄的轉件a=0的時后，以至于茶樹修剪機的速度 V=0 ,當 a角在增大時，速度V隨之一會顯著的增大；但在a=范圍之間的時候，茶樹修剪機的速度V的實現變化是最小的,而茶樹修剪機速度的數值是最大的.因此當速度常常近，取曲柄轉角等于90°的時候，茶樹修剪機的滑塊速度當作是一個最大的速度。用表示：
即
以上的計算上面公式可以表明，當茶樹修剪機滑塊的最大傳動的速度與茶樹修剪機曲柄的轉速：n，茶樹修剪機曲柄半徑R形成正比的時候，n值越高，R值相對一會越大，茶樹修剪機滑塊的最大速度一會跟著變化，Vmax值也越大。
本此設計的茶樹修剪機的壓力機滑塊的最大傳動的速度：
3.3茶樹修剪機的曲柄壓力機滑塊機構的分析
在設計中，通過對設計的茶樹修剪機的結構分析，可以判斷茶樹修剪機的曲柄壓力，在茶樹修剪機滑塊機構能否實現滿足工作需求的時候，設計不僅要考慮根據茶樹修剪機的運動規律進行相應的分析，還要符合設計的要求，而且設計中還需要對相對應的部件進行校核，分析它的工作強度。在對部件的校核強度中，必須正確計算茶樹修剪機將曲柄壓力機，茶樹修剪機滑塊機構工作時候的主要部件的構件都需要進行力學相關的分析。
3.3.1茶樹修剪機滑塊機構主要構件的力學分析
在設計計算中不考慮自身重量，以及不考慮摩擦時，茶樹修剪機滑塊的受力情況可以參考如圖所示的受力分析圖。其,P1為茶樹修剪機抵抗工作變形的向反作用力，N為導軌對茶樹修剪機滑塊的約束的反力，Pab是茶樹修剪機對滑塊的工作的約束反力，當這茶樹修剪機的三個力在工作中交于B時，就會組成一個比較平衡的交力形成系統。
根據力工程力計算的平衡的原理，從以上的力三角形中，可以計算求得：P1、N、Pab在整個結構中的關系如下：
在有上式知：當時，可以達到取到一個最大的值。
一般茶樹修剪機曲柄壓力機，選取的：，當負荷在設計中達到一個相應的公稱壓力時，茶樹修剪機的曲柄轉角，僅僅只有30度左右的。因此在茶樹修剪機計算中可近似認為：
將以上的兩式整合后便有：
例如求茶樹修剪機的公稱壓力角：時,茶樹修剪機曲軸上齒輪的傳遞扭矩是。
因為當茶樹修剪機時,茶樹修剪機滑塊能后承受力的作用，大概是大負荷量160T,所以根據結構設計的選擇坯料抵抗，能夠承受的變形的反作用力：允許可以達到這個的一個數值,即：
茶樹修剪機的計算中可查表2-2得：
因此在不考慮茶樹修剪機摩擦時傳動的齒輪和傳動的扭矩為:
在茶樹修剪機的設計中，針對的一閃該計算中，忽略了每個部件之間的摩擦作用，從茶樹修剪機滑塊和茶樹修剪機連桿的受力，來分析,可以根據計算公式上相對進行簡化，使得計算產生的誤差是相對較小的，但在計算茶樹修剪機曲軸，所需傳動傳遞的扭矩時,應把茶樹修剪機各活動部位的之間的摩擦都需要考慮在內進行相關的計算，否則在茶樹修剪機的計算時，會產生較大的計算誤差,所以應考慮茶樹修剪機因摩擦所增加的扭矩：。
3.3.2考慮摩擦情況下滑塊機構主要構件的力學分析
茶樹修剪機曲柄滑塊在傳動機構中的的摩擦分析:
1）茶樹修剪機滑塊運動時，其傳動的導向面，傳動的導軌之間存在運動方向上的相反作用力，實現工作行程時,茶樹修剪機的滑塊開始向下進行運動,使得導軌對茶樹修剪機的滑塊形成的摩擦力朝上,所有形成茶樹修剪機滑塊與茶樹修剪機導軌之間的阻力矩.
2）茶樹修剪機軸承與茶樹修剪機曲軸支承頸之間計算的阻力矩，且根據下式分析計算得出:
由于茶樹修剪機小齒輪的作用力：遠小于：,所以在計算中可以認為這兩個支反力的和茶樹修剪機的 于是上式計算可變為:
3）茶樹修剪機連桿大端軸承和茶樹修剪機曲軸頸之間形成相對應的阻力矩,且極計算可按下式可進行:
4）茶樹修剪機連桿小端軸承和茶樹修剪機連桿銷所形成計算的阻力矩。且計算方式如下：
由整個茶樹修剪機的,可得茶樹修剪機曲軸，所需增加的扭矩，在單位時間工作所做的功，計算等于克服磨擦力。即：
式中：—茶樹修剪機曲柄的角速度；
—茶樹修剪機滑塊的速度；
—茶樹修剪機曲柄和茶樹修剪機連桿的相對角速度：
—茶樹修剪機連桿的擺動角速度：
所以可以求得茶樹修剪機的絕對值為：
而
將以上的計算代入，并取=1，經整理后得由于摩擦使茶樹修剪機曲軸所增加的扭矩為：
現以所的茶樹修剪機結構設計的曲柄壓力機，茶樹修剪機曲柄滑塊機構為例,來分析上式中計算的值.有該茶樹修剪機曲柄壓力機的參數如下:
R=80mm
代入式子中求得方括號內的值,即的值如下:
684.9 681.61 679.95 673.90 661.30 649.40
從以上計算式可以看出, 的值，在隨茶樹修剪機曲柄轉角的變化而變化,但變化相對較小,在計算中近似數值的大小,可以將看作變化不隨變化的一個常數,并取其值相當于=時的時候.因此,上式計算可簡化為：
已知
與茶樹修剪機不記摩擦的扭矩比較,
最后的到考慮茶樹修剪機摩擦后曲軸所需傳遞的扭矩:
以上式子中:
R——茶樹修剪機曲柄半徑;
——茶樹修剪機曲柄的轉角;
——茶樹修剪機連桿系數;
——茶樹修剪機設計的摩擦系數,一般取0.05
——茶樹修剪機曲軸支承頸的直徑
——茶樹修剪機曲軸頸的直徑
——連茶樹修剪機桿銷的直徑
——茶樹修剪機坯料抵抗變形的反作用力.
3.4 茶樹修剪機齒輪傳動相關設計計算
3.4.1 齒輪傳動的介紹
由于茶樹修剪機的齒輪傳動中，有能實現傳遞相對應較大的扭矩、可以在使用上增加壽命，提高工作效率的高等等優點，因此本次設計的齒輪，在得到了設計的廣泛應用后。但是設計中選擇使用齒輪傳動，不足之處是會有相應的齒輪失效形式：傳動齒輪的折斷、傳動中齒面的磨損、以及齒面傳動使用時間長后點蝕等情況出現。根據這些會出現影響使用的情況，對于改茶樹修剪機曲柄滑塊，在機構中的茶樹修剪機齒輪傳動部分，針對設計的內容提出下面設計的兩點基本設計要求：
1、使用的齒輪需要有足夠的工作承載的能力?？梢酝ㄟ^設計縮小齒輪設計的尺寸大小，選擇齒輪材料的時候采用適合，經濟成本較高的材料來作為齒輪的材料加工。
2、能夠實現的茶樹修剪機的傳動平穩性要達標，達到一個很好的要求?？梢栽谠O計中通過減小齒輪的瞬時傳動比，使得傳動比變化，實現保證茶樹修剪機傳動的平穩性的作用。
3.4.2直齒輪傳動
根據設計茶樹修剪機的總體結構以及設計的方案，茶樹修剪機的曲柄在滑快的機構中，是有齒輪傳入的結構設計。由于茶樹修剪機的工作的傳遞的力相對比較大，設計中可以結合已有設計方案，對結構設計的方案進行分析，確定本此茶樹修剪機設計的傳動采用一個雙邊齒輪來實現傳動的效果。在茶樹修剪機的設計中為了達到傳動效果，可以實現平穩傳動和足夠工作的承載的能力。本此設計的的茶樹修剪機結構設計，可以選擇采用直齒圓柱齒輪實現傳動系統的設計。
3.4.3茶樹修剪機齒輪參數確定
在設計茶樹修剪機的時候，參考同類型的曲柄，在設計壓力機的傳動齒輪中的結構相關的設計。設計的有傳動比，i為:6.47形成的初步確定，可以確定齒輪設計的的相關參數，以及設計的方案如下：
方案一
茶樹修剪機齒輪設計的摸數：m=12mm,采用的是標準直齒輪，形式為不發生根切的直齒輪， 設計的小齒輪的齒數：,那么可以計算出大齒輪的齒數為：
.
.
方案二
茶樹修剪機齒輪設計的摸數：m=12mm，選擇采用型號為變位傳動的齒輪。
由于選擇是采用的是變位傳動齒輪，所有可不考慮齒輪的根切走呀，這時設計可暫定小齒輪的齒數設計為，那么可以計算出大齒輪的傳動的齒數為：
通過設計和分析可知，從以上兩種設計的齒輪的設計參數進行比較后可知，諾選擇使用直齒圓拄標準進行齒輪的選擇，一般使用中比變位傳動的齒輪，在中心距的設計上增加了差不多90mm的長度，使得分度圓同時也會增加了156mm左右。為了實現整個的茶樹修剪機的傳動系統在設計的機構上的尺寸的減小，可以相對應的減輕機器的設計的重量和機器在制造商的節約材料的特點。結合文獻資料對近年來茶樹修剪機曲柄，以及壓力機一些其它類似的設備中，使用變位傳動的齒輪的是比較廣泛應用的，本次茶樹修剪機的結構中，設計茶樹修剪機曲柄壓力機，可以選擇采用變位傳動的直齒圓柱輪來實現傳動。設計的相關計算參數如下：
吃力的模數設計m=12 壓力角大小的確定a=
變位傳動系數:
設計的齒數：
3.4.4齒輪的尺寸初步計算
在設計過程中，在對以上的數據進行相關的設計計算后，以上數據可以根據選在的齒輪設接的結構，進行設計時相關設計的尺寸就你行相對的計算公式，計算傳動齒輪的相關設計的尺寸如下：
吃力的分度圓直徑計算：D=mz
吃力齒頂圓直徑的計算：
.
吃力齒根圓直徑的計算：
吃力的齒頂高計算：
齒的齒根高計算：
吃力的齒全高的計算
3.4.5茶樹修剪機齒輪的強度校核
在茶樹修剪機的總體的結構設計中，計算大齒輪承受的扭距力的作用：M2=515000千克*厘米，齒輪的變位系數大小：-0.4，齒輪的轉速：n=32r/min；在齒輪的加工上的加工精度一般選擇為八級。現按照茶樹修剪機彎曲強度，計算方法可以實現的檢驗所的進行的結構設計，可以排定齒輪的選擇是否恰當可行。并確定選擇的齒輪，在制造上的材料選擇和齒輪加工的熱處理方式選擇等。
確定茶樹修剪機齒輪選的載荷集中計算的系數k。
齒輪發的齒寬與茶樹修剪機小齒輪節圓直徑的比值：
茶樹修剪機齒輪位于茶樹修剪機兩軸承之間并對稱布置。茶樹修剪機軸的剛度較好，茶樹修剪機大齒輪的齒面不準備火。
確定茶樹修剪機動載荷系數：
因為茶樹修剪機大齒輪是精度在設計中一般選擇為八級，直齒圓柱傳動的齒輪，起速度一般為：
確定茶樹修剪機大小齒輪在傳動中的齒形系數分別為和。
因為茶樹修剪機是閉式傳動的方式，所有大齒輪的設計的齒數為：，設計的傳動的變位系數：，又因為設計的小齒輪傳的齒數：,使得變位系計算的數： 。
對于茶樹修剪機小齒輪 的分析；
根據生產的工廠的在計算的實際條件，并參照機械設計中的齒輪的許用應力值：）選定茶樹修剪機大、小齒輪的材料選擇以及相對應材料的熱處理方式。為了齒輪的保證牙齒在工作中不會因彎曲疲勞受力折斷，所有在齒輪的選擇上允許彎曲應力，計算中不應小于齒輪齒根處設計的最大彎曲的應力.所以大茶樹修剪機齒輪需要用進行正火處理,茶樹修剪機小齒輪可以選擇使用鍛鋼45，也可以選擇使用40Cr調質可以使用制成.
計算茶樹修剪機小輪直徑:
茶樹修剪機工作的載荷系數：K=KAKVKβ
取KA=1（表8-2），KV=1.15，Kβ=1.09（表8-3）
K=1×1.15×1.09=1.25
茶樹修剪機小輪傳遞的轉矩計算：
T1=9.55×106p/n=9.55×106×5.5/960=54713.5Nmm
茶樹修剪機彈性變形系數：ZE=189.8（表10-5）。
計算節點區域系數：ZH=2.5。
將以上計算的參數數據代入上式得：
d1≥mm
④確定茶樹修剪機主要參數
求齒輪的傳動的中心距a
a=(d1+d2)/2=d1(1+i/2)=51.86×(1+4.45)/2=141.32 mm
在計算后圓整，?。篴=145mm，則d1的計算值變為53.2mm。
計算齒輪的模數：
m=d1/z1=53.2/22=2.4mm
取標茶樹修剪機齒輪的設計的準模數：m=2.5mm。
求z1、z2
總齒數： zc=z1+z2=2a/m=2×145/2.5=116
若Zc不等于設計的整數時，可改變齒輪的模數值，因：zc=z1(1+i)
故：z1=zc/(1+i)=116/(1+4.45)=21.28
取：z1=22（因最后d1必須大于接觸強度公式所求d值）。則
z2=zc-z1=116-22=94
實際：i=z2/z1=94/22=4.27
傳動比的變動量為：
可用。
求茶樹修剪機小齒輪工作寬度：
d1=z1m=22×2.5=55mm>51.86mm
計算茶樹修剪機齒輪的工作寬度：
b=dd=1×55=55mm
取b2=55mm，b1=60mm.
⑤ 校核：彎曲強度；
由式：
，
分別驗算茶樹修剪機兩輪齒根彎曲強度。
計算圓周力：
N
齒形系數YFa、應力修正系數Ysa
當
z1=22，YFa1=2.78，Ysa1=1.61，
z2=94，YFa2=2.22，Ysa2=1.87，
則
MPa
MPa
⑥ 主要幾何尺寸
m=2.5mm，z1=22，z2=94，
d1=55mm，d2=z2m=94×2.5=235mm，
da1=m(z1+2)=2.5×(22+2)=60mm，
da2=m(z2+2)=2.5×(94+2)=240mm，
df1=m(z1-2.5)=2.5×(22-2.5)=48.75mm
df2=m(z2-2.5)=2.5×(94-2.5)=228.75mm
b=55，取b1=60mm，b2=55mm，
a=(d1+d2)/2=(55+235)/2=145mm
第四章 茶樹修剪機執行機構機架的結構設計
4.1茶樹修剪機往復式刀片機構
由于本次設計的茶樹修剪機可以修剪幅度是較大的，所以在設計茶樹修剪機的結構設計時，特別是刀刃的設計。不僅要考慮到設計的單個刀刃材料的選擇和制造后的刀具，要有足夠的剛度和強度，而且茶樹修剪機的整個的設備還需要保證整體的穩定性，所有對刀具的整個刀片都要求有足夠的剛度。所以本次設計的茶樹修剪機的結構設計刀片規格設計的樣式如下圖所示：
圖4.1主刀具二維圖
圖4 .2 主刀具刀刃局部圖
茶樹修剪機的刀片的單刃長度設計為60mm，其寬度尺寸設計為50mm，在茶樹修剪機的工作過程中，能夠實現主刀組在切削的時候，有效實現切削刀刃數設計為14個，可以實現對茶樹的切割的有效切削寬度設計為1.4m，在刀具的側邊，還設計了測刀具，這組側刀組能夠實現的有效切削刀刃個數為8個左右為最佳，測刀具的實際的有效切削寬度設計為0.8m，兩組刀具的刀刃中心線間距在100mm，可以更好的實現刀片在相互工作運動時候的相對運動行程為100mm。切削的速度為0.5m/s，使得刀刃切削的重復度可以按找0.5來計算，則可以計算出刀具的切屑速度為1000次/每分鐘，實現一次往復運動切削的有效過程為2次切割，使得每分鐘切削1000次，則單個的刀片在運動上的往復運動可以為500次/分鐘。
4.1.1茶樹修剪機刀片材料的選擇
在本次的設計中，選擇的刀片是需要在高速的切削環境下實現工作的部件，所有在剪切的切削過程中，刀具會受到很大的手里作用和摩擦力和以及相應的擠壓力。因此在設計中，制造刀片選擇的的材料要下選擇有具有較高的硬度的材料、能夠實現的耐磨性及其獨特的韌性作用，在切割上才不會受損，基于以上的分析，上述設計的要求，可以查閱相關的文獻，選擇刀具的材料為W18Cr4V，這種高速工具鋼，在作為刀片的材料上是符合設計的要求的。
切刀采用W18Cr4V，因為這種話采用是應用最廣的一種刀具使用的高速工具鋼，這種攻擊高的性能很好：這種材料具有較高的材料硬度，在通過熱處理后，其硬度可以達到：63-66HRC是非常高的有一個硬度,還有他的抗彎強度是非常好的，一般可以達到3500MPa左右，在生產加工中還易于磨削的加工。屬于選擇它的優點是：選擇使用的通用性比較好，可以達到的工藝比較成熟。
4.2 機架的的結構設計
4.2.1機框的的結構設計
設計過程中，在完成上述談到的刀具和其結構的設計以后，可以根據已經設計好的部件來確定設計其他的結構形式，以上的結構設計，內容確定后可以來確定設計機架的結構形式和尺寸要求，在設計過程中，機架的結構不易太過于復雜，以減少其自身的重量。在設計的時候主要設計的內容，可以包括以下幾個設計的方面，來衡量機架的結構設計，實現茶樹修剪機的機框和設備的機頭的結構合理的設計，加上上述設計的帶和茶樹修剪機軸的尺寸設計過程。選擇的機框是用來實現放置內部結構的、傳動的齒輪和茶樹修剪機曲柄滑塊的。根據以上的設計內容，基于的茶樹修剪機結構設計計算的參數，綜合進行分析和考慮，就可以的、設計的茶樹修剪機結構來設計出機架的整體外形的結構，外形尺寸為近似于300×350×350mm。
4.3茶樹修剪機的使用注意事項
茶園茶樹修剪機在工作面，在維修的時候做好人身安全，保護設備的防護工作，更換內部部件、上蓋箱體、以及控制閥系統等壓件時，要先進行分析，對其全部了解以后再做工作。
茶園茶樹修剪機上的各軸、抽屜、調壓閥及各線路管路系統的維修等，在有茶園茶樹修剪機壓力的情況下，不得進行茶園茶樹修剪機修理與茶園茶樹修剪機零部件的更換，必須停止工作后，斷開相關線路卸載后進行。
茶園茶樹修剪機上使用的各茶園茶樹修剪機油缸和茶園茶樹修剪機閥體等元件，備換的各種茶園茶樹修剪機軟管、茶園茶樹修剪機支柱、茶園茶樹修剪機箱體與各種茶園茶樹修剪機閥件的進出口，必須先準備和用合適的堵頭進行保護，并在機油的存放與電機的搬運過程中，防止茶園茶樹修剪機堵頭擰掉與茶園茶樹修剪機部件的脫落，影響茶園茶樹修剪機液壓系統的正常工作。
茶園茶樹修剪機部件，開關機前的開口部件，在正常使用的情況下，當茶園茶樹修剪機割過剩余茶樹后，行程切刀后，產生各類震動，需要注意排放的安全性，不能使得使用的人員收到傷害。需要減壓排放等，實現可靠性的設計要求，排放的物質在排除之前，需要對其進行是否達到排放許可的檢查。這樣產生的氣體有害，檢查開關會自動提醒后再做后處理。因為茶園茶樹修剪機將會擺放在茶園。所有在生產后需要對結構進行安全性能的分析和檢驗。在家的使用才會得到安全，個設計的外部結構必須可靠安全，防止對小孩等造成傷害。整個結構內部處理系統應該為密封結構。所有處理的都不能自動外泄或排除。要有合理的處理方式才能排出。達到設計的要求。排放發的氣體可以直接接到房子外面。在檢查開關沒有問題情況下將二氧化碳等無害氣體排放到空氣中。
在使用的和過程中要及時調整茶園茶樹修剪機，茶園茶樹修剪機部件扎底、是否下滑，否則影響茶園茶樹修剪機， 切割茶樹以及產生雜物的過程需要嚴格控制，屬于可燃物的類型，防止過程發生火花造成火災；因為可能造成內部結構的碰傷和損壞茶園茶樹修剪機設備等。要防止茶園茶樹修剪機上述事故，必須嚴格按茶園茶樹修剪機操作程度和茶園茶樹修剪機格要求，正確操作茶園茶樹修剪機和使用茶園茶樹修剪機各種防護設施，使茶園茶樹修剪機的使用起到有效防護作用。
結論
在本次的茶樹修剪機的結構設計畢業設計中，從設計的總體上分析來講，主要可以把整個的設計階段分為一下兩個設計的階段：
在設計的第一個階段，就是查閱相關于茶樹修剪機的大量的資料，學習相關的設計基礎，進行整個結構的總體分析和構思。在結構設計和一些特殊的零部件的結構確定和設計中。首先要更好的確定茶樹修剪機在工作中的總體達到的一個穩定性的要求。使得設計的結構和實現的傳動方案可靠、安全。再進入到茶樹修剪機德零部件結構的優化設計設計。使得整個的設計的結構在設計過程中不會出現過多的更改等情況，對設計的計算和公式的應用和校核計算式比較多的，加上在設計的時候有大量的設計計算和需要參閱先對應的資料，感覺整個的設計是比較枯燥的，在大多結構確定后，很多的尺寸都要經過計算和校核來設計出比較可靠的結構，實現的設計原則和設計的經驗而得出最后的結果。在茶樹修剪機的主要部件的設計中，也就是刀片和機架的設計中，針對的是一些都是非標件的設計，這種非標件的結構設計是很難的，為此還需要專門的去了解刀具的的結構方面的文獻和相對應的設計資料，最終選擇采用弧形結構的刃口，來設計切割茶樹枝干的刀具，可以在工作中適當的降低對茶樹的損傷。在機架的結構設計中，主要是設計的尺寸，只能根據前面部件的設計技術指標，來完成對機架結構設計，需要考慮各個零部件之間的相互寸來確定機架的尺寸。
本次設計的第二個階段，就是對茶樹修剪機的圖紙繪制，以及的茶樹修剪機結構設計說明書的編寫。這個設計的階段，需要完成刀具的相應計算和茶樹修剪機帶輪的零件圖，完成最終設計的裝配圖的繪制。茶樹修剪機對機械制圖和設計中的公差配合等要求較高，再根據茶樹修剪機的結構設計，對設計的尺寸結構進行繪制和尺寸的標注。
這次的結構設計中不足之處在于自己的結構設計方面的知識很匱乏，導致我的結構設計過程進展的很困難。例如：在的結構設計機架時，我只能根據緒論里的技術指標以及的結構設計好的各個零部件的尺寸來確定機架的尺寸，尤其在的結構設計各個零件之間如何固定連接很困難。
參考文獻
[1]西北工業大學機械原理及機械零件教研室.機械的結構設計第八版.高等教育出版社.2002：395-773.
[2]吳宗澤，羅圣國.機械的結構設計手冊[M].北京：機械工業出版社.2006.
[3]南京林產工業學院.木材切削原理與刀具[M].北京：中國林業出版社.1993：177-181.
[4]肖正福，劉淑琴，胡宣萱.木材切削刀具學[M].哈爾濱：東北林業大學出版社.1993：383-387.
[5] 吳良軍，金洪，于濤，樹枝力學特性的試驗研究.林業機械于木工機械，2000，（8）：32-33.
[6]H·李斯特A·匹辛格.內燃機的結構設計總輪[M].機械工業出版社，1983：286-292.
[7]溫松明.互換性與測量技術基礎[M].湖南大學出版社，2003：8-17.
[8]洪鐘德.簡明機械的結構設計手冊[M].同濟大學出版社，2002：395-773.
[9]《木工技術問答》編寫組.木工技術問答[M].北京出版社，1986：82-128.
[10]中國建筑西南的結構設計院，四川省建筑科學研究院，重慶建筑工程的結構設計院.木結構的結構設計手冊，1993：1-17.
[11] 哈爾濱工業大學
收藏