茶樹修剪機設計含開題及12張CAD圖,茶樹,修剪,設計,開題,12,十二,cad
茶樹修剪機設計
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的深修剪，衰老茶樹的重修剪面臨的問題及現(xiàn)有修剪機設備的不足，研究出一種全新的茶樹重修剪機械設備，并對整機各結構部件進行協(xié)調，對修剪機所用刀片的材料，結構進行分析，研制配套的傳動系統(tǒng)，相應的帶輪，軸，機架，并進行計算和裝配圖的繪制。?
關鍵字：修剪機；刀片；傳動系統(tǒng)；帶輪；機架。
Abstract?
Because?China's?long?history?of?tea,?planting?region,?urgent?need?pruning?instruments?
? to?replace?manual?machine?mechanical?clip?clip?is?to?solve?the?labor?shortage?and?reduce?production?cost.?But?ordinary?clip?machine?for?weighing?clip?belongs?to?the?destructive?use,?should?not?be?commonly.?This?topic?is?in?the?deep?clip,?prostagland?tea?tea?of?aging?weighing?clip?and?problems?of?existing?machine?equipment,?trim?a?brand-new?tea?weighing?clip?mechanical?equipment,?and?to?coordinate?the?various?components?of?the?materials?used?machine?clip?blade,?analyzed?the?structure?of?transmission?system,?and?the?corresponding?belt?wheel?shaft,?frame,?and?the?assembly?drawing?and.?
Keywords:Tea?heavy;Materials;?Transmission?systems;?Belt?wheel;?frame.
目 錄
引言 1
1、緒論 2
1.1設計目的及意義 2
1.1.1茶樹修剪的目的及意義 2
1.1.2 茶樹修剪機的設計目的及意義 2
1.2 國內外發(fā)展現(xiàn)狀 3
1.2.1 國內發(fā)展現(xiàn)狀 3
1.2.2 國外發(fā)展現(xiàn)狀 4
1.3茶樹修剪機的應用研究 4
1.4本款茶樹修剪機研發(fā)意義 5
2、設計構思 5
2.1 設計步驟 5
2.2設計的主要技術指標 5
2.3機器的結構構思 6
2.4傳動的方案擬定 6
3、零部件的選型和設計 7
3.1汽油機型號的選擇 7
3.1.1 汽油機的功率計算 8
3.1.2 選取的汽油機型號 8
3.2 普通V帶傳動系統(tǒng)的設計 8
3.2.1 帶Ⅰ的設計 9
3.2.2 帶Ⅱ的設計 12
3.2.3 帶輪Ⅲ和Ⅳ的設計 13
3.3 刀片的設計 14
3.3.1 刀片材料的選擇 14
3.3.2 刀片的結構設計 14
3.3.3 刀片加工路線的制定 14
3.4 軸的設計 15
3.4.1 軸Ⅰ的設計 15
3.4.2 軸Ⅱ的設計 18
3.4.3 軸Ⅲ的設計 20
3.5 機架的設計 20
3.5.1機框的設計 20
3.5.2 機頭的設計 21
3.5.3 機架的結構圖 22
4、結 論 24
5、參考文獻 25
6、附 錄 26
引 言
上個世紀,世界用機器制茶的發(fā)展有了很大的提高。近年來,隨著時間的推移, 傳承名茶文化,茶葉的生產(chǎn)加工逐步擴大影響，然而,更多機械的缺乏普及和落后導致許多生產(chǎn)缺乏集中,無法在更大規(guī)模、更微觀的范圍內實現(xiàn)工業(yè)化發(fā)展產(chǎn)業(yè),并通過人工采摘和管理很多生產(chǎn)方式。伴隨而來的,還有很多限制因素。勞動力短缺,工業(yè)發(fā)展緩慢,加工產(chǎn)品的可靠性得不到保障。在一個有更多可能性的時代,我們應該為此做出一些改變和進步，利用機械實現(xiàn)方便,快捷,安全,可靠的生產(chǎn)方式,使更多的人受益, 同時也完善了當代茶葉的發(fā)展,為未來的發(fā)展留下了更多的可能性和基礎。
機器的發(fā)展和普及在生產(chǎn)生活中占有相當?shù)牡匚?茶葉生產(chǎn)也是如此。其中,茶樹的修剪是一個非常重要的環(huán)節(jié),茶園規(guī)?；a(chǎn)的加工還需要更多的改進和提高, 我要用機械是一種方式,對促進和提高效率有很大的作用,也是非常重要的保障。
1、緒 論
1.1 設計目的及意義
1.1.1 茶樹修剪的目的及意義
茶樹的修剪方法主要包括對老化茶樹的重修剪和臺階修剪, 并對成年茶樹進行輕修剪和深修剪,對幼齡茶樹進行整形修剪。茶樹修剪的主要目的是人為控制頂主枝的生長優(yōu)勢, 而是在種植茶樹的地點獲得能刺激下芽生長的新幼枝，開發(fā)高品質的茶樹冠以提高樹木的氣勢。
重新修剪的對象是修剪有早衰癥狀的茶樹?；蛘叱霈F(xiàn)半衰老現(xiàn)象的茶樹。相對于這些茶樹它的骨干、雖然主枝的生長能力和提取能力仍然很強,但茶樹的產(chǎn)茶往往需要更多的分枝去抽發(fā)新葉，可是有衰老現(xiàn)象的茶樹它的生育枝育能力已經(jīng)很弱了，茶芽質量不行，葉片細而小，而且,與幼齡茶樹和成年茶樹一樣,輕修剪和深修剪都不能達到目的,因此有必要對茶樹進行更徹底的修剪,修剪茶樹一般在離地30～40cm處修剪樹干，修剪的茶樹干較粗，基本要修剪掉原有的樹面讓茶樹重新生長，這樣就需要重修剪技術。
而針對茶樹防治更嚴重老化，就用到臺刈，臺刈則是比重修剪更加徹底的修剪方法，能徹底的改造茶樹的樹冠，修剪后，讓茶樹從根莖部位直接重新抽發(fā)新的枝干然后長成新的樹冠。
重修剪和臺刈修剪的對象是較粗的茶樹枝干，特別是衰老嚴重的茶樹，修剪的就的就要求要更加的徹底，現(xiàn)在的機械修剪還不能克服這一要求，難度比較大，效率也比較不理想，還不能保證不漏枝的情況。用人工對茶樹進行砍切修剪的話，勞動力付出艱辛，效率落后，效果不明顯，而且還可能對茶樹造成開裂，切口不平整的后果，影響茶樹的健康和更新狀況。
成熟茶樹的修剪是因為成熟茶樹經(jīng)過多年的采摘和修剪,茶樹就因此產(chǎn)生很多細小的分枝“雞爪枝”，不但密集，而且細弱，這樣生長出來的茶葉品質就會明顯降低，還影響茶樹的新梢的生長以及育芽的能力也下降。然后就必須培育新的育芽樹冠，剪去舊的采摘面，既剪去密集的雞爪枝，讓茶樹抽發(fā)新的生長旺盛且不密集的新枝，以供生產(chǎn)質量優(yōu)質的茶葉。
對于深修剪，一般是修剪去茶樹頂面的10～15cm，針對成齡樹苗來說，這個修剪高度用單人機械有點不方便且修剪高度有點困難，目前深修剪技術都是采用雙人抬的修剪機，但這個實施機械比較笨重，工作效率也比較低。
1.1.2 茶樹修剪機的設計目的及意義?
中國是世界上最早發(fā)現(xiàn)和使用茶葉的國家,茶文化源遠流長,也是當然,它也是茶樹的起源地,茶樹在中國被廣泛種植，許多農民種植的主要農作，屬于我國傳統(tǒng)經(jīng)濟作物。在2010年的《茶葉藍皮書》中就有提出：2009年在中國的茶園種植面積和產(chǎn)茶量分別達到186萬公頃和135噸，位居世界第一; 茶葉出口30.3萬噸，創(chuàng)匯7.05億美元。其中2013年中國的茶葉貢獻為54億美元，我國茶產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴大,經(jīng)濟進入快速發(fā)展階段。又從“2015年國際茶業(yè)大會”獲知，依據(jù)聯(lián)合國糧農組織的數(shù)值統(tǒng)計，至20年來，中國近10年的價格都是增長趨勢，已然成為了全世界的最重要的茶葉生產(chǎn)和銷售大國，中國的茶葉生產(chǎn)量持續(xù)增長??
所以現(xiàn)在的情況下，對于茶樹的修剪技術工作的發(fā)展和開發(fā)是限制茶葉種植產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的重要原因之一，茶樹修剪也是茶園管理茶樹重要管理內容，而對茶樹的深修剪或重修剪工作一般都依靠茶農運用大剪刀的人工修剪的傳統(tǒng)方法，然而就有茶樹修剪工作勞動強度大而且生產(chǎn)效率非常低，作業(yè)質量難以保證。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。所以茶農迫切需要一款新型茶樹修剪機來對茶樹進行深修剪和重修剪。當然針對茶樹的輕修剪等工作難度小的修剪作業(yè)也可以進行改進和創(chuàng)新。
本次設計就是對成熟茶樹進行深度修剪,對老化茶樹進行重新修剪，或臺刈面臨的問題及現(xiàn)有修剪設備的不足，研究出一種全新的茶樹重修剪機械設備，并對整機各結構部件進行協(xié)調，對修剪機所用刀片的材料、結構進行分析，欲研發(fā)出一種手推式茶樹修剪機，避免了手提式或背負式的負荷作業(yè)，可明顯降低勞動強度,提高工作效率一倍,降低生產(chǎn)成本,保證鮮葉質量,實現(xiàn)高要求的清潔規(guī)模生產(chǎn),可以針對茶樹的修剪高度調節(jié)修剪機高度適應更多修剪條件下的修剪，還可以在地形復雜的山坡上實現(xiàn)機械修剪,減少茶農的勞動力。同時，設計的弧形刀刃能增加了切口的平整度，鎖緊茶樹枝干，能降低修剪對茶樹的傷害。
1.2?國內外發(fā)展現(xiàn)狀
1.2.1 國內發(fā)展現(xiàn)狀
中國從1958年開始研究采茶機械的研發(fā)工作,多年的歷程曲折而漫長。在1965年以前，我國就針對茶園的特點對茶機的動力方式和采摘原理進行的多次研究選擇。到70年代后期，才接著先后提出了十多種單人的采茶機械，可有許多限制因素沒有得到推廣和大量投入生產(chǎn)。
然后到70年到末，經(jīng)日本茶樹修剪機械化的影響，我國才開始了針對茶樹修剪機的設計研制。而這段時期開發(fā)的修剪機的設計動力源均由日本引進，且制造廠企業(yè)又受規(guī)模限制，零部件的質量也得不到保證，欠缺穩(wěn)定，因此未得到快速的推廣。
直到80年代末，我國就開始與國外合資生產(chǎn)茶樹修剪機，先后在杭州和長沙兩個地方建成了浙江川崎茶葉機械有限公司和長沙落合茶葉園林機械有限公司。都是從日本引進進口零件完成組裝成型，開始引進國外的生產(chǎn)技術、吸收和發(fā)展，茶樹修剪機機械化開始步入新的發(fā)展階段。
目前，國內外科研人員對茶樹的修剪研究多集中于茶樹的輕修剪、中修剪機械研制及應用上，而在專門用于老茶樹或未老茶樹的重修剪機械的研究與應用上，還基本出于空白狀態(tài)。
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代替手工修剪，因此，國內在茶樹修剪機具的研制上，現(xiàn)在已取得了很大進步，國內已有很多家單位生產(chǎn)出了多款茶葉修剪機。
如南京秦淮園林機械廠生產(chǎn)的單人多功能電動茶樹修剪機，其主要技術參數(shù)：主機重量：2.5千克；電壓：24伏；桿長：110厘米；功率：100瓦;轉速：6000轉/分鐘。該機具有環(huán)保節(jié)能，效率高，能耗小，對茶葉作物無污染等優(yōu)點。
浙江省生產(chǎn)的psm110型茶樹修剪機,雙升降機,橫排作業(yè)設備, 修邊操作由兩片鋸齒葉片做相對往復運動完成。微調器的動力選用日本三菱TL33PVD汽油機。當汽油機達到一定轉速時,離合器首先帶動風扇運轉,然后將動力傳遞給減速變速箱, 減速齒輪與偏心機構設計在同一箱體內,動力通過第一檔減速傳遞給偏心機構, 偏心機構具有偏心方向180度的雙凸臺,帶動連桿驅動葉片前后移動,完成切割作業(yè)。
1.2.2 國外發(fā)展現(xiàn)狀
國外對茶樹修剪機的研制工作起步比較早。尤其是以日本、前蘇聯(lián)等一些茶葉種植發(fā)達國家研究較深，開發(fā)型號也比較多。早在80年代末期，曾有日本川崎茶機、滴茶機進入中國，占領了中國的大部分茶葉修剪機市場。除本田外,德國的斯蒂爾,日本的小松等園林修剪機在中國茶園得到了廣泛推廣和應用, 以及新大華、日本共存、意大利紅葉,臺灣的海馬、美國的百力通等。
在茶樹修剪機械的研制與開發(fā)過程中，也出現(xiàn)了很多的成果作品。
例如,日產(chǎn)公司的EB?-?750單修剪機配備了日本單缸二沖程1.03千瓦(?1.4馬力)汽油發(fā)動機, 采用平刀片往復切割,切割寬度750mm。具有以下特點：
①重量輕,便于單次操作,可采用平冠和彎冠,適應性好;
2發(fā)動機性能良好,操作方便,車身設有停車按鈕和汽油機調試控制手柄, 葉片運行速度快、慢,停止控制非常方便。?
目前，國外對茶樹的輕、中修剪機械的研制及應用均已成熟，并進入大面積應用推廣期。國內外科研人員對茶樹的修剪研究多集中于茶樹的輕修剪、中修剪機械研制及應用上，而在專門用于老茶樹或未老茶樹的重修剪機械的研究與應用上，還基本出于空白狀態(tài)。
1.3 茶樹修剪機的應用研究
每個人每八小時只能人工修剪0.02h㎡，酬金1750元/h㎡；使用修剪機修剪八小時兩人可修剪0.4h㎡，人均工效為手工的10倍，與人工比較的花費減少了1312.5元/h㎡。重修剪使用修剪機進行時，人工重新修剪每人只能修剪0.0133h?m?2,修剪時間為八小時。日薪100元,獎勵7500元/小時㎡;使用修剪機勉強支持工作條件，用雙人修剪機兩人作主修剪，另一人用單人修剪機補修遺留枝與邊枝，這樣三人可修剪0.2h㎡，工效是手工修剪的5倍，勞動成本是4907元/h㎡。與手工相比可降低成本2593元/h㎡。1999年單臨安市的深修剪工作就節(jié)約勞動力1050工，節(jié)約生產(chǎn)成本30580余元；重修剪工作可節(jié)約成本13820余元，節(jié)約勞力800工。?
經(jīng)過上面的研究結果，很多專家和學者認為：采用機械修剪的方法是解決降低生產(chǎn)成本和消除勞力不足的根本途徑。不過對于重修剪來說一般的修剪機不能夠完全的滿足修剪要求，會對機器和茶樹都帶去影響，還需要繼續(xù)改進和創(chuàng)新以達到使用要求，滿足生產(chǎn)使用。?
就有華南農業(yè)大學的覃松林對單、雙人茶樹修剪機使用時應該注意的問題進行了針對的研究分析，曾著重提出，單、雙人修剪機不能夠作為使用在老茶樹上的深修剪和重修剪，這將對機器造成嚴重超載使其遭到破壞。
1.4 新型茶樹修剪機研發(fā)意義
通過以上經(jīng)過許多研究人員的研究結果我們可以得出，茶樹修剪機在針對茶樹修剪的工作中起到了很大的作用，對于茶樹的輕修剪,成熟茶樹的輕、深修剪都是研發(fā)出來的相對修剪模式的設備,對茶樹修剪做出了很多方便和效率的提高，在很大程度上解放了勞動力。但是其中任然有很多問題沒有解決，在現(xiàn)有的器械上，針對老茶樹的修剪沒有得到根本的解決，仍有很大的阻礙，而且現(xiàn)有的器械都偏向于人工操作，單人式、手抬式，很大局限的提高了效率的基礎上沒有解放勞動力。這迫切需要國內的科技工作者研究開發(fā)出一種可以用于解決老茶樹的重修剪問題的機械，且對實現(xiàn)機械化，自動化的方面進步。??
綜觀國內外，對茶樹的整形修剪都有研究，但目前對老茶樹重修剪這以整形修剪方面的研究很少，而且研究領域也僅僅側重于重修剪工作對茶樹的影響及效應分析，對重修剪機械的開發(fā)和研制以及應用基本上還處于空白狀態(tài)，本設計將向著這一方面進行設計，希望可以得到新的發(fā)現(xiàn)和突破。
2、設計構思
2.1 設計步驟
（1）搜索關于茶樹的相關介紹，了解茶樹修剪的基本內容；
（2）查閱大量的茶樹修剪設備及相關修剪機械的相關文獻；
（3）根據(jù)準確要求擬定茶樹修剪的主要技術指標；?
（4）根據(jù)機器的技術指標、工作場所等進行設計分析，尺寸分析；
（5）初步確定整臺機器的結構,?擬定傳動方案；
（6）具體零部件的選型、設計校核；
（7）裝配圖和零件圖的繪制。
2.2 設計的主要技術指標
本次設計的主要技術指標如下：??
（1）刀具的使用壽命：720h左右；
（2）修剪樹高：30-70cm；
（3）修剪幅寬：80-110cm；?
（4）工作效率：最高0.24h㎡/h；
（5）切口的平整度：平均80%
2.3 機器的結構構思
目前，茶樹修剪機都是在戶外工作，動力不宜選取電動機，柴油動力馬達相對笨重，一般首選小型的汽油機。希望在能夠滿足機械傳動動力，達到能夠滿足切割工作的情況下，可以盡量的做出機械傳動的簡單，同時降低生產(chǎn)成本，所以不選擇用齒輪的傳動，選擇用皮帶傳動。在針對修剪幅寬的方面，根據(jù)茶樹的幅寬，設計在機架前修剪位置，并列安置四個刀片，通過相對帶輪結構帶動工作，通過軸傳遞，連接帶輪和刀片，軸兩端安裝軸承實現(xiàn)軸的固定和轉動?？紤]采用手推式作業(yè)，可以靈活工作，降低勞動強度和更廣泛的適應多種復雜地形且能減輕修剪機的自重和生產(chǎn)成本，在機架把手與機架連接處設計了一個角度可調節(jié)的定位銷，茶樹修剪機的高度可以調節(jié),設計的每個部件都安裝在機架上。在機架的前端可以裝上機頭，可以有利于修剪作業(yè)。綜合考慮上述傳動、技術指標、結構位置擬定了設計思路。
?
2.4?傳動的方案擬定
2.4.1?傳動方案的要求?
1.滿足工作可靠,傳動效率高;
2.使用維護方便;
3.結構簡單、體積小巧、重量輕、成本低、做工好;
4.合理的傳動方案應首先滿足工作機器的功能要求;
2.4.2擬定傳動方案
根據(jù)上述的結構構思，擬定了兩種傳動方案。?
以下兩圖中的四個刀片結構是垂直于紙面并列安置在機架上的，以求達到設定的修剪幅寬。
傳動方案一：1.帶輪 2.汽油機 3.傳動軸 4.刀片
傳動方案二：
1.汽油機 2.聯(lián)軸器 3.減速器 4.帶輪 5.傳動軸 6.刀片
方案一中的動力直接通過V帶，從汽油機輸送到帶輪上；
方案二的動力則是通過聯(lián)軸器和減速器傳輸?shù)綆л喩系模岣吡藱C器的生產(chǎn)成本，維修難度較大，同時也增大了機器的結構尺寸和重量。
考慮到經(jīng)濟性及機器的整體結構和傳動所需要的準確性，我們分析決定采用結構比較簡單的帶輪傳動，故我們選擇第一種傳動方案。
3、零部件的選型和設計
基于上述設計構思確定的傳動方案，接下來就可以進行具體零部件的設計。本章節(jié)的主要內容包括汽油機型號的選取、普通V帶傳動系統(tǒng)的設計、刀片的設計、軸的設計校核和機架的設計。其中V帶傳動系統(tǒng)的設計包括皮帶的設計和皮帶輪的設計兩部分。
3.1汽油機型號的選擇
查閱茶樹修剪的相關資料，確定刀片的切削力、轉速和切削半徑，基于上述參數(shù)可以計算出刀片的功率，進而可以選定汽油機的型號。確定有關參數(shù)如下：?
（1）根據(jù)《木結構設計規(guī)范》中木材的最大橫紋抗剪強度為3.5N/mm2,最小橫紋抗剪強度為3.2N/mm2,因為修剪茶樹頂面茶枝相對茶莖較細小，所以取刀片的切削力F=200N；
（2）刀片切削的最大半徑R=60mm；
（3）刀片轉速n=1500r/min；?
刀片示意圖
3.1.1?汽油機的功率計算
T1=FR=200×0.06=12N.m
Pw=Tn/9550=12×1500/9550＝1.8kw
P1=1.8/（0.98×0.943）＝2.2kw
P2=1.8/（0.98×0.942）＝2.1kw
P3=1.8/（0.98×0.94）＝2kw
PD=P1+P2+P3=6.3kw
3.1.2?選取的汽油機型號
查閱文獻，選擇2E60C型汽油機，額定功率P=7.4kw，額定轉速n1=2500r/min,立軸，扭矩T=53N.m,外形尺寸為317.5×354.5×353mm，凈重15.8kg。
=
3.2?普通V帶傳動系統(tǒng)的設計
普通V帶傳動系統(tǒng)的設計主要內容包括：帶Ⅰ、帶Ⅱ的設計以及相應帶輪的設計。各帶及帶輪在傳動機構中的位置如圖所示
由于帶Ⅱ和帶Ⅲ及帶Ⅳ是同步帶，故設計其中之一就可以，這里設計的是帶二。
3.2.1 帶Ⅰ的設計
（1）確定計算功率Pca1
表3-1工作情況系數(shù)KA
工 況
KA
空、輕載起動
重載起動
每天工作小時數(shù)/h
<10
10~16
>16
<10
10~16
>16
載荷變動微小
液體攪拌機，通風機，和鼓風機（≤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
載荷變動小
帶式輸送機（不均勻載荷）、通風機（>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
查表得工作情況系數(shù)為Ka=1.1，由查詢公式得
（2）選擇普通V帶的型號
因?pca1=?8.14kw,?n1=?2500r?/?min,參考文獻中的普通V帶選型圖,選擇B型普通V帶。
（3）確定帶輪直徑 dd1 dd2
查閱文獻，選取dd1=140mm
并且。
大帶輪的直徑為
根據(jù)普通V帶輪的標準直徑系列表，選取標準值dd2=236mm。
（4）定帶的基準長度Ld1和實際中心距ai
按結構設計要求初定中心距，由初選帶傳動的中心距公式得：
0.7（dd1+dd2）
75mm。
大帶輪直徑為：=125mm。
選取標準值為125mm，則實際的傳動比為I，從動輪的實際轉速分別為：
=1
=1500r/min
（5）確定帶的基準長度Ld2和實際中心距aI
按結構設計要求初定中心距a02
由相應計算公式得
0.07（ddI+ddII）
收藏