單刃面綠籬修剪機的設計【含14張CAD圖紙】
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摘要
綠籬修剪機是一種小型園林修剪機械，每年綠籬都要進行修剪，這對維護綠籬旺盛的 生長，加強樹冠新梢的密度有著很好的作用，并能設計成各種需要的造型?，F(xiàn)有的綠籬修 剪機存在不少問題，例如手持部分重量過重，勞動強度大等缺點。針對這些缺點本人進行 了一些設計希望能改善單刃面綠籬修剪機，能在很大強度上降低勞動者的勞動強度，提高 工作效率，適用于各種綠籬松墻及樹球的整形修剪，也可用于茶樹剪枝整冠作業(yè)，適用范 圍廣，可實現(xiàn)一機多用的目的。設計的機器有以下特點：1、適應性強，操作安全。2、重 量輕、振動小、噪音低，為操作者提供了一個良好的工作條件，大大減輕了工人的勞動強 度。3、作業(yè)質量較好，性能穩(wěn)定。
關鍵字：綠籬修剪機，現(xiàn)狀與發(fā)展。
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Abstract
Hedge trimmers is a small garden pruning machinery, the annual Hedge pruning should be carried out, which has a good role to maintain the Hedge strong growth, enhance the density of the canopy shoots and can be designed to the shape of a variety of needs. The existing hedge trimmers there are many problems, such as the hand-held part of the weight is too heavy, labor-intensive and other shortcomings. Address these shortcomings, I hope some design can improve the single-blade surface hedge trimmers, great strength, reduce the labor intensity of workers, improve work efficiency, suitable for the various Hedge loose wall and the pruning of the tree ball, tea tree pruning can be used the whole crown job for a wide range, can achieve the purpose of the use of a machine. The design of the machine has the following characteristics: 1, adaptable, safe operation. 2, light weight, small vibration, low noise, and provides the operator with a good working conditions, greatly reducing the labor intensity. 3, better job quality and stable performance.
Keywords:Hedge trimmers, status quo and development.
目 錄
第一章 緒論................................................................................................................................... 5
1.1 引言.................................................................................................................................. 5
1.2 國外單刃綠籬修剪機發(fā)展概況...................................................................................... 5
1.3 國內單刃綠籬修剪機發(fā)展概況...................................................................................... 6
1.4 本文研究的目的及意義.................................................................................................. 8
第二章 單刃綠籬修剪機的設計方案........................................................................................... 9
2.1 綠籬修剪機的比較和選擇.............................................................................................. 9
2.2 單刃綠籬修剪機的組成及工作原理.......................................................................... 10
2.2.1 單刃綠籬修剪機的組成..................................................................................... 10
2.2.2 單刃綠籬修剪機的工作原理............................................................................. 10
第三章 單刃綠籬修剪機的機構設計......................................................................................... 12
3.1 發(fā)動機的選擇................................................................................................................ 12
3.2 離合器的選擇................................................................................................................ 12
3.3 綠籬修剪機刀片及其保護殼的設計............................................................................ 18
3.4 減速器的設計計算與校核............................................................................................ 19
3.5 綠籬修剪機把手的設計................................................................................................ 24
3.6 單刃綠籬修剪機的減振降噪措施................................................................................ 25
3.7 單刃綠籬修剪機的使用注意事項................................................................................ 25
3.7.1 修剪機的操作規(guī)程.............................................................................................. 25
3.7.2 修剪機的操作順序.............................................................................................. 26
3.7.3 修剪機的維護保養(yǎng)要點...................................................................................... 26
第四章 總結................................................................................................................................. 28
4.1 總結................................................................................................................................ 28
4.2 展望................................................................................................................................ 28
致謝............................................................................................................................................... 29
參考文獻....................................................................................................................................... 31
第一章 緒論
1.1 引言
改革開放促進了城市建設和發(fā)展，也給城市園林綠化工作提出了更高的要求。當一座 座建筑群拔地而起，緊隨的是園林綠化工作的進行。為了改善人們的工作，學習和生活環(huán) 境，改善城市地區(qū)的衛(wèi)生和氣候條件，保護居民的身體健康，創(chuàng)造一個優(yōu)美舒適和安靜的 環(huán)境，必須增加城市的綠地面積和建設各種娛樂場所。因此，美化和綠化是城市建設和發(fā) 展的重要標志之一。隨著城市園林綠化的發(fā)展，必然促進了園林綠化機械的應用和發(fā)展。 目前我國園林綠地中綠籬的用量很大，根據(jù) CJJ/T1985-2002《城市園林綠地分類標準》， 其中 G1 公共綠地，G4 居住區(qū)綠地，G5 附屬綠地中都有大量綠籬應用，但其主要功能局 限于分隔道路，作為綠地邊界以及模紋綠籬。隨著生活水平的提高，人們對生活環(huán)境的要 求也是越來越高，綠籬在城市道路和園林綠化中也占有重要的地位，因為它可以被修剪成 各種各樣的造型，而且能相互組合，從而提高觀賞效果和城市美化，讓人們觀賞之后心情 愉悅。此外，綠籬空間圍合兼有視線遮擋的功能，可以將環(huán)境中不美觀的事物遮擋起來， 還具有隔離防護和防止噪音等作用。但是綠籬會長成各樣的造型，所以為了獲得造型各異 的綠籬，需要按規(guī)定進行不同的修剪作業(yè)，因此對綠籬的修剪工作非常重要，所以單刃面
綠籬修剪機的研究與設計也有著非同尋常的意義。
1.2 國外單刃綠籬修剪機發(fā)展概況
國外對綠籬修剪機的開發(fā)研究較早, 起點高、水平亦較高, 廣泛采用現(xiàn)代科技成果,如工程塑料、CD I 無觸點電子點火等, 整機重量輕、功率大、使用操作靈巧, 并形成了系列產品。 20 世紀 80 年代后， 在歐美發(fā)達國家，隨著經(jīng)濟的進一步發(fā)展，人名生活水平和住房條件進一步改善，單刃綠籬修剪機已經(jīng) 走進千家萬戶，逐漸成為家庭的必備機具，在美國和加拿大的中產階級家庭中已經(jīng)基本普及。單刃綠籬 修剪機以汽油機作動力的，也有電動的，切割機械以往復式居多，日本的小松，德國的 STIHL,瑞典的 HUSQVARAN，意大利的 HAPPY 等均生產各種不同規(guī)格的便攜式綠籬修剪機，歐洲還生產一種車載臂 架懸掛式綠籬修剪機。20 世紀 90 年代,這些先進國家的綠籬修剪機械陸續(xù)進入我國種植基地。國外先進 的綠籬修剪機械技術比較完善, 機具品種齊全,性能可靠,但價格昂貴。目前, 歐美各國幾乎所有的農機公 司都生產綠籬修剪機械且已形成系列化,能滿足各種綠籬修剪作業(yè)的需要。其主要結構、技術性能指標 至今沒有大的變化,只是在操作舒適性和電子計算機應用方面有所改進。
據(jù)統(tǒng)計，2002 年我國進口的園林草坪機械類產品為 3790 萬美元，主要來自這些著名品牌。 如圖 2 所示，是日本的小松單刃綠籬修剪機
圖 1 小松單刃綠籬修剪機
如圖 2 所示，是德國的 STIHL 單刃綠籬修剪機
圖 2 德國 STIHL 單刃綠籬修剪機
1.3 國內單刃綠籬修剪機發(fā)展概況
我國對于綠籬修剪機的研究起步于20世紀60年代,目前國內生產廠家仍較少, 而且產 品質量大,性能落后,品種單一, 規(guī)格少,不能形成系列產品,無法滿足各種用戶需求。從60 年代中期開始研制綠籬修剪機，目前已有單人、雙人和重修剪機等機種。單人修剪機由一 人手提操作，主要用于綠籬的輕修剪和深修剪，同時，也可用作機械化綠籬的修邊，使綠 籬行間留出20厘米的間距，以利機器的通過和操作。單人修剪機有機動和電動兩種類型。
60年代中期，中國農業(yè)科學院茶葉研究所等單位研制的中頻電動手提式綠籬修剪機，就是 以汽油機帶動的中頻發(fā)電機組為電源，中頻微型電機作動力的電動機型，使用雙動往復刀 片，切割幅寬300毫米。但是，使用較多的還是以汽油機為動力的機動型，采用平行往復 刀片，切割幅寬750毫米，中國農科院茶葉研究所和安徽省農業(yè)機械研究所近年來研制的 單人修剪機都屬這種類型。我國不少園林機械廠研制出了自己的機器，如以下幾種機型， 比如北京園林機械廠研制的以中頻電機為動力的雙動往復刀片式，上海園林工具廠生產的 電動旋刀式，刀片呈輻射狀，定刀片對枝條起支承作用，動刀片旋轉則進行切割，該機需 配12V的蓄電池。從使用角度看，配置不大合理，效率不是很高。現(xiàn)在對這類機具一般采
用進口的較好。如日本產E7B750，HT750型，此機動力系單杠4沖程汽油機，體積小，重量
輕，噪音小，工作效率高。目前在我國城市道路以及企事業(yè)單位的道路綠籬普遍采用的是 手持式油鋸，目前只生產LT系列便攜式綠籬修剪機。統(tǒng)計資料顯示，2002年我國出口的園 林機械類產品已達6620萬美元，其中出口到歐洲和北美發(fā)達國家的有4730萬美元，這是一 項了不起的成績。
如圖 3 所示，是我國生產的永佳單刃綠籬修剪機
圖 3 永佳單刃綠籬修剪機
如圖 4 所示，是我國生產的粵興單刃綠籬修剪機
圖 4 粵興單刃綠籬修剪機
綜上所述，單刃綠籬修剪機在我國具有廣泛的市場，綠籬修剪機發(fā)展到今天, 技術水 平日益完善, 我們只有充分利用現(xiàn)代科技成果才能使國產割灌機達到國際先進水平 ,并在 市場上占有一席之地。
9
國內外對單刃綠籬修剪機的研究，主要集中在對單杠汽油機為動力的手持式油鋸和手
動修枝剪等園藝剪枝器具，研究的主要方面在于如何提高其刀具的使用壽命上，而對電動 器具的研究與發(fā)展則少有發(fā)展，因此，設計一種依靠蓄電池提供能源，由直流電動機驅動 連續(xù)成形修剪的新型綠籬修剪機來代替，由單杠汽油機驅動的綠籬修剪機，用以克服上述 缺點，其應用前景看好。
綜合看來，國內園林綠化機械的品種還比較單一，性能、質量和制造水平還比較落后， 與國外發(fā)達國家相比有很大差距，總體上國內目前仍然處于園林綠化機械發(fā)展的初始階 段，發(fā)展前景十分廣闊，我們應當研究和跟蹤西方國家綠籬修剪機發(fā)展的歷史，借鑒他們 的經(jīng)驗和教訓，以便縮小與西方國家的差距。
1.4 本文研究的目的及意義
進入21世紀以后，國內外綠籬修剪機的發(fā)展速度飛快，其發(fā)展總趨 勢是：（1）繼續(xù)大 力開發(fā)綠籬修剪機的新產品，加速老產品的更新?lián)Q代，新產品將向操作自動化，舒適化方 向發(fā)展（2）在90年代，步行操作自走式取代推行式，而進入21世紀更加先進，能實現(xiàn)無 極變速，操作更加簡單。
隨著國家對環(huán)保意識的進一步加強,我國政府出臺了一系列保護生態(tài)環(huán)境的政策, 使 得林業(yè)部門對林業(yè)機械的需求也發(fā)生了重大變化;伐木機械的需求量急劇減少,那么營林 機械必將有很大的增加。由于營林作業(yè)的種類繁多, 因而營林機械的種類也很多,綠籬修 剪機作為營林機械的一種，其用途廣泛、操作簡便、使用靈活的特點，必然大受歡迎。目 前, 全世界綠籬修剪機的年產量約為300多萬臺。日本是世界上生產和使用綠籬修剪機最 多的國家之一, 產量高，出口廣泛。我國綠籬修剪機的研制起步較晚, 而且產量低, 品種 少, 已遠遠不能滿足國民經(jīng)濟飛速發(fā)展的需要。作為世界農業(yè)大國 ,綠籬修剪機在我國潛 在著巨大的市場, 開發(fā)高性能綠籬修剪機已勢在必行。
本次課題研究的是單刃綠籬修剪機，從國產的單刃綠籬修剪機情況來看，除了設計綠 籬修剪機的結構和部件方案的選擇外，可以在一下兩個方面進行設計創(chuàng)新：減輕機具的震 動以及在機具質量上的減輕。另外，不同類型的單刃綠籬修剪機，都有著不同程度上的噪 聲，因此，減少機體工作時的噪聲，也是設計的一個重要部分，從而減少對操作者的傷害。
第二章 單刃綠籬修剪機的設計方案
2.1 綠籬修剪機的比較和選擇
綠籬機又稱綠籬剪，適用于茶葉修剪、公園、庭園、路旁樹籬等園林綠化方面專業(yè)修 剪。綠籬機的分類：手持式、背負式、車載式綠籬修剪機。
目前綠籬修剪機的使用范圍較廣，如在公園修剪各種各樣的綠籬帶，在茶園修剪茶樹。 隨著國家對生態(tài)環(huán)境的重視，全民環(huán)保意識的增強，人們對生活環(huán)境的要求越來越高，對 園林綠化機械的需求也在逐步加大，因而用于園林綠化的輕型綠籬修剪機的需求也在大幅 增加，綜觀園林機械市場，我們不難發(fā)現(xiàn)也不可否認，國外的綠籬修剪機占領著絕大部分 市場，從最早的日本的小松，德國的 STIHL,瑞典的 HUSQVARAN，意大利的 HAPPY 等，再到 Efco、Jonsered 等，大大小小十幾個品牌，紛紛進占中國市場，中國有著非常大的市場， 同時由于我們遭受了環(huán)境破壞所帶來的惡果，國家正加倍地保護環(huán)境，由此所帶來的無限 商機使得國外企業(yè)源源不斷地進入，要想沖出重圍，在園林機械市場上立足，并與世界列 強抗衡是非常困難的，但也不是不可能，關鍵在于我們如何取長補短，并迎頭趕上，制造 出讓外國人刮目相看的擁有優(yōu)秀性能的綠籬修剪機。
對于綠籬修剪機而言，其類型不同，作業(yè)對象、作業(yè)地點就有差異，操作起來也有所 差別。以下是對手持式和背負式的比較：（1）手持式綠籬修剪機采用主要由發(fā)動機、離合 器、減速器、傳動裝置，操縱裝置等組成。在傳動軸的一端配置 0.75～ 2 千瓦的單缸二 沖程風冷汽油機和離心式摩擦離合器；另一端安裝由減速器和切割刀具組成的工作部件。 工作部件的類型很多，常用的為單刃刀片和雙刃刀片兩種。機具重約 6～12 千克,轉速約
4500～5000 轉/分。（2）背負式綠籬修剪機。用軟軸傳動，一般構造與手持式綠籬修剪機 相似，不同的是其發(fā)動機背在操作者背上，切割部件由軟軸傳動，發(fā)動機功率一般為 0.75～
1.2 千瓦。 發(fā)動機與背架之間以兩點聯(lián)接并裝有特制橡膠件以隔振。軟軸為套裝在軟管內 的鋼絲撓性軸，用以傳遞扭矩。軟管為敷有橡膠保護套的金屬編織網(wǎng)包住的鋼帶纏卷的螺 紋管，以防塵土侵入軸內并保持軸表面的潤滑油。割幅一般在 70CM 左右。但是最終因為 考慮到使用的方便性，我們選擇了手持式綠籬修剪機的方案。
2.2 單刃綠籬修剪機的組成及工作原理
2.2.1 單刃綠籬修剪機的組成
本次課題研究的單刃綠籬修剪機為手持式綠籬修剪機機。手持式綠籬修剪機由以下部 分組成，包括汽油機，傳動機構，手柄，開關及刀片機構等。其結構簡圖如圖5所示，
圖5 單刃綠籬修剪機結構簡圖
1.手柄 2.油箱 3.啟動器 4.發(fā)動機 5.大齒輪 6.離合碟 7.離合器
8.小齒輪 9.齒輪軸 10.萬向軸 11.曲柄連桿 12.箱蓋
2.2.2 單刃綠籬修剪機的工作原理
單刃綠籬修剪機的工作原理比較簡便，發(fā)動機通過萬向軸將動力傳送至離合器，操作 者通過安裝在工作桿上的手油門控制發(fā)動機的供油量來調整轉速。當發(fā)動機的轉速接近工 作轉速時, 自動離心式離合器的兩個離合塊在離心力的作用下, 克服彈簧拉力與離合碟 結合, 帶動離合碟轉動, 離合碟又通過軸帶動減速器小齒輪轉動, 小齒輪帶動大齒輪轉 動， 與大齒輪上下連接的雙偏心滑塊機構處于工作狀態(tài), 使刀片可以進行往復切割運動， 從而進行切割作業(yè)。需轉移作業(yè)地點時, 可關小手油門, 發(fā)動機轉速下降, 離合器的飛塊 由于彈簧的拉力與離合碟分離, 切割裝置停止轉動, 發(fā)動機處于怠速狀態(tài)。
單刃綠籬修剪機使用前，必須進行一系列檢查和準備工作。將機器停止在水平位置上， 首先檢查燃油箱和冷卻水箱，打開水箱蓋，按手冊要求加入適量的冷卻水，蓋上水箱蓋， 打開油箱蓋，加入符合要求的燃油，燃油不要加得太滿，蓋上并擰緊油箱蓋，檢查刀片是 否完好，否則要及時更換或調整。把發(fā)動機開關撥到“開”（ON）的位置。推動注油閥， 直到溢油管中有油液流動。拉起動繩起動（或起動器）。把阻塞桿撥到半開的位置，讓發(fā)
20
動機空轉3-5分鐘。把阻塞桿撥到“開”（ON）的位置，輕輕地捏緊油門調節(jié)杠桿，然后突
然松開，使得自鎖解除。此時發(fā)動機按額定轉速正常工作。開始修剪綠籬時應保持平順整 齊，高低一致。一般把修剪機向下傾斜5°-10°（度）。相對修剪對象引成微少傾角能使 修剪省力，輕便，并確保具有較好的剪切質量。要保持操作者身體處在汽化器一側，絕不 允許處于排氣管一端，以免被廢氣燙傷。按工作需要調節(jié)控制油門（即轉速 ）。發(fā)動機運 轉速度過高是不必要的。工作完畢后停機，關閉油門。清潔外殼。待用。
第三章 單刃綠籬修剪機的機構設計
3.1 發(fā)動機的選擇
發(fā)動機一般選用風冷二沖程，發(fā)動機 轉速為7500r/min，排量為23.6cc，功率0.8KW
（1.1PS），油箱0.47L，因此選擇小松HTZ7510/CHTZ6010風冷二沖程發(fā)動機。 發(fā)動機的工作原理如下：發(fā)動機氣缸體上有三個孔，即進氣孔、排氣孔和換氣孔，這
三個孔分別在一定時刻由活塞關閉。其工作循環(huán)包含兩個行程：1.第一行程：活塞自下止 點向上移動，三個氣孔同時被關閉后，進入氣缸的混合氣被壓縮；在進氣孔露出時，可燃 混合氣流入曲軸箱。2.第二沖程：活塞壓縮到上止點附近時，火花塞點燃可燃混合氣，燃 氣膨脹推動活塞下移作功。這時進氣孔關閉，密閉在曲軸箱內的可燃混合氣被壓縮；當活 塞接近下止點時排氣孔開啟，廢氣沖出；隨后換氣孔開啟，受預壓的可燃混合氣沖人氣缸，
驅除廢氣，進行換氣過程。如圖6所示，是發(fā)動機的結構圖：
圖6 發(fā)動機結構圖
3.2 離合器的選擇
離合器位于發(fā)動機和變速箱之間的飛輪殼內，用螺釘將離合器總成固定在飛輪的后平 面上，離合器的輸出軸就是變速箱的輸入軸。離合器類似于開關，接合或斷離動力傳遞作 用，離合器機構其主動部分與從動部分可以暫時分離，又可以逐漸接合，并且在傳動過程 中還要有可能相對轉動。離合器的主動件與從動件之間不可采用剛性聯(lián)系。
離合器分為電磁離合器、磁粉離合器、摩擦式離合器和液力離合器。 本次設計選擇摩
擦式離合器，其特點更符合本次設計的要求。
如圖7所示的離合器：
圖7 離合器
1）. 確定總體設計方案
由于滑塊為兩塊，而離合器允許外徑偏小，考慮到便于布置零件，故采用壓縮彈簧的形 式，離心塊與被動盤間隙取為 1mm，滿足要求且便于計算?；瑝K離心式摩擦離合器主要用 于草坪機械。
2）.確定離合器需要傳遞的扭矩：
由 最大輸出扭矩為 5.93N.m，β≥1─扭矩儲備系數(shù)，故發(fā)動機最大輸出扭矩 = 7.116N? M
3）.初定結合轉速：
因結合轉速 n 2 ≥ (1.25 ~ 1.45)n1
這里系數(shù)取 1.25，由發(fā)動機怠速
n1 = 2900r/ min
計算得 n 2 = 3625r/ min
4）.確定離合器結構形式
由初始給定數(shù)據(jù)條件，離心塊數(shù)量為 2，即 Z=2；
確定被動盤直徑 D=50mm,壁厚取 2mm，離合器離心塊與被動盤間隙，因摩擦配合為石棉
——石棉，石棉厚度取為 4mm，則被動盤半徑 R=25-2-6-1=16mm； 由離心塊質心半徑選取范圍 r = (0.6 ~ 0.8)R，再結合初步確定的離心塊結構和形狀，初
步選 r=13mm；
離心塊與被動盤材料均選 45 號鋼，由于摩擦配合為石棉——石棉， 故離心塊與被動盤結合面均貼一層石棉，摩擦系數(shù) f 選為 0.5.
5）.初定離心塊質量
離心塊質量須滿足兩個條件：
① 結合轉速 n 2 時
P 2 = Pn = m? r? w2
2
式中：
P 2 ─結合轉速 n2 時離心塊產生的離心力；
Pn ─彈簧對離心塊張緊力的徑向分力；
w2 ─結合轉速 n2 時的角速度。
② 傳遞最大扭矩 Mf 時
(P 4 ? Pn) ? f ? R? Z =
P 4 = m? r? w4 2
Mf = (m? r? w4 2 ? m? r? w2 2 ) ? f ? R? Z = m? r (w4 2 ? w2 2 ) ? f ? R? Z
m=
r (w4 2
? w2
Mf
2 ) ? f ? R? Z?e2
=
r (n 4 2
Mf ? 900
? n 2 2 ) ? f ? R? Z?e2
式中：
n 4 ─發(fā)動機最大扭矩 Mf 時的轉速；
w4 ─發(fā)動機最大扭矩 Mf 時的角速度；
f─離心塊與被動盤內表面的摩擦系數(shù)（鋼對鋼：f＝0.15；鋼對石棉：f＝0.30；
石棉對石棉：f＝0.36～0.50，這里取 0.5）
由發(fā)動機外特性參數(shù)： n 4 = 7500r/ min ， n 2 = 3625r/ min ，
代 入 其 他 數(shù) 據(jù) ： R = 16mm ， Z = 2 ， f = 0.5 ， Mf = 7.116N? M ， r = 13mm ， 計 算 得
m= 0.072kg 。
6）.計算彈簧在各個工況下受力
結合轉速時：
P 2 = Pn = mrw2 2 = 0.072 ×13×10?3 × ( 3625 × 2e)2 = 134.74N 。
60
怠速時彈簧壓縮力： P1 = 0.072 ×13×10?3 × ( 2900 × 2e)2 = 86.24N 。
60
7）驗證離合器高度
因離合器允許高度為 20mm，而 h 取值范圍為（1~2）d； 選定滑塊結構為扇形，包角? = 120° ，中間挖空一定尺寸放置彈簧與螺栓，則由
?V = m，列方程得
??[ 1 e(R? 7 ? 6)2 ? h?e ? 22 ? 2 ?e ? (12 )2 ?18]×10?6 = 0.072
3 2
材料為 45 鋼，故這里 ? = 7.8 ×103 kg/ m 3
解得 h ≈ 15mm，
h≤ 24mm。故離合器高度滿足要求。
8）滑塊的質心驗算
由扇形形心計算公式： X = = 2rsiná ，設計滑塊á = ? = 60? ；
3á 2
再由組合圖形的形心計算公式：
x = A1x1 ? A2 x 2
A1 ? A2
, y =
A1 y1 ? A2 y 2
A1 ? A2
，計算得滑塊質心約為 21mm；
驗算結合轉速 n 2 = 2925r/ min ，與理論計算值 n 2 = 3625r/ min 相差不大，故初選質心
符合要求。
9）彈簧的設計計算
① 計算彈簧剛度
由： 怠速時彈簧所受壓力：
P1 = 81.2N
結合時彈簧最大工作壓力： Pn = 126.8N
由胡克定律： Pn ? P1 = KX, X = 1mm，
計算得 K = 45.6N / mm
故彈簧初始壓縮量為 X0 =
P1 =
K
1.78mm
② 選擇與驗算彈簧具體參數(shù)
彈簧材料選 ∏ 類65M n 碳素鋼絲，初選彈簧指數(shù) C=5，中徑 D 2 = 8mm ，查表得
K=1.31
估 算 簧 絲 直 徑
d = D/ C = 1.6mm
， 查 表 得
óB = 1800MPa ，
[?] ∏ = 0.4óB,?j = 1.25? ∏ = 900MPa
簧絲直徑：
由 d ≥ 1.6
KFnC
[?] ∏
計算得 d = 1.6 ×
1.31×126.8 × 5 = 1.72mm
0.4 ×1800
根據(jù)標準圓整
為 d = 1.8mm
工作圈數(shù) n1 ： 由 n1 =
8F C
3 max 0
Gd?max ，而 ? = x+ x = 1 + 1.78 = 2.78mm
max
計算得 n1 = 3.2 ，圓整為 3.5.
總圈數(shù) n：彈簧選擇冷卷，則總圈數(shù) n=2+3.5=5.5
工作極限載荷： Pj =
ed3
8KD 2
?j = 205.6N
2
e 2 1
工作極限載荷下的變形： Fj =
D n ?j =
4.2mm
余隙：? = 0.1d = 0.18mm
GKd
節(jié)距： t = (0.3 ~ 0.5) ， D2 取為 3.6mm
中徑： D 2 = Cd = 9mm 外徑： D = D 2 + d = 10.8mm 內徑： D1 = D 2 ? d = 7.2mm
自由高度： H0 = n1t+1.5d = 16.3mm，根據(jù)標準圓整為 18mm
螺紋升角：á = arctan
t
eD 2
= 5.74? ，在 5? ~ 9? 之間，符合使用條件
e 2
展開長度： L =
D n ≈ eD 2n = 155mm
á
cos
驗算穩(wěn)定性： b= H0
D 2
= 2 ≤ [b] = 3.7 ，故 C 值符合要求
疲勞強度校核：?
max
= 8KD 2
Pn = 8
×1.31×
9 ×126.8 = 653MPa ? [?]e
ed3
彈簧滿足條件，可用。
10）軸承的選取與校核
3.14 ×1.83
由輸出軸直徑與軸所受的載荷，初選軸承為 GB/T292—1994 7004AC 角接觸球軸承，
主要尺寸為 d = 22mm, D = 44mm, B = 12mm
由于軸承所受的最大徑向力為 Fr = Pn = 126.8N ，
軸向力主要為軸的軸向竄動，可認為 Fa / Fr ≤ e，故 P = Fr = 126.8N 。
由機械的工作情況查表可得 軸承在此離合器中壽命為 4000 ~ 8000h
而由：
6
)
Lh = 10 (C ?
60n P
n 取最高轉速 8000r/ min ，? = 3 ， P = 126.8N ，此軸承的基本額定載荷 Cr = 10.5KN 。
極限動載荷 Cj =
fh ? fd ? P
fn ? ft
fh ——壽命系數(shù)，由軸承要求壽命查表取得 2.52
fn ——轉速系數(shù)，由輸出軸最高轉速查表取得 0.16
fd ——動載荷系數(shù)，由軸承工作環(huán)境情況查表取得 1.4
ft ——溫度系數(shù)，由軸承估計工作溫度查表取得 1
計算得 Cj = 2.796KN ，得 Cj ? Cr ，故軸承滿足工作條件。
11）螺釘與墊片
根據(jù)實際使用情況，選擇 GB/T65—2000 M4 開槽圓柱頭螺釘 6 個，M6 開槽圓柱頭螺 釘一個，GB/T29.1—1988 M4 六角頭頭部帶槽螺栓兩個；GB/T894.1—1986 A 型軸用彈 性擋圈一個；GB/T95—2002 C 級平墊圈七個；GB/T855—1988 雙耳止動墊圈兩個。
12）膠粘劑的選擇：
石棉與滑塊，石棉與被動盤的連接均使用膠粘劑，根據(jù)離合器各項性能參數(shù)，為保證 穩(wěn)定持久和高強度粘接，選用熱固性樹脂：環(huán)氧—聚硫橡膠類膠粘劑。
3.3 綠籬修剪機刀片及其保護殼的設計
現(xiàn)有的綠籬修剪的刀具形式主要有旋轉式刀具修剪和直線往復式刀具修剪兩種形式， 考慮成本及安裝空間的影響，選用直線往復式刀具的形式設計刀具。
直線往復式刀具主要是依據(jù)剪刀原理，通過兩個刀片的相對運動，實現(xiàn)側向刀刃的嚙 合，最終達到修剪的目的。目前市場上的刀片剪切的方式主要有兩種，一種是兩個刀片都 運動，一種是只有一個刀片運動。而刀片的運動多是通過將動力源傳出的旋轉動作轉換為 動刀片的直線往復運動。 出于成本以及刀具安裝空間的考慮，選用單刀動作的方式，采用曲柄連桿機構實現(xiàn)直線往 復運動。
（1）刀片結構設計：
由于修剪寬度較大，故單個刀刃設計較大，一方面可以增加單個刀刃的強度，另一方 面也可以增強整個刀片的剛度，具體設計如圖 8 所示：
圖8 主刀片
刀片均采用 45 鋼材料，單刃長×寬= 20 ×16mm，工作過程中，主刀組有效切削刀刃數(shù) 為 19 個，有效切削寬度為 0.7m，側刀組有效切削刀刃數(shù)為 19 個，有效切削寬度為 0.7m， 刀刃中心線間距 32mm，則刀片相對運動行程為 100mm。刀刃切削的重復度按 50%計算，
則切屑速度為1000次 / 分鐘 ，一次往復運動實現(xiàn) 2 次切割，每分鐘剪切 1000 次，則刀片往 復運動為 500次 / 分鐘 。
（2）刀片保護殼設計：
由于考慮到操作人員的安全性及對刀片的保護，因此本次設計針對單刃綠籬修剪機的 特性設計了如圖所示的刀片保護殼，具體設計如圖 9 所示
圖9 刀片保護殼
該刀片保護殼還可以根據(jù)綠籬修剪機的用途進行改造，例如，當需要當成茶樹修剪機 的時候該保護殼可以設計成茶葉收集裝置，方便茶葉的采集，真正的實現(xiàn)一機多用。
3.4 減速器的設計計算與校核
本次設計的適用于單刃綠籬修剪機的減速器如圖 10 所示
圖10 圓柱齒輪減速器
圓柱齒輪的設計
（1）選擇材料，確定試驗齒輪的疲勞極限應力： 參考表 16.2-59、60、65，選擇齒輪材料為： 小齒輪：38SiMnMo，調質，硬度 320～340HBS 大齒輪：35SiMn，調質，硬度 280～300HBS 由圖 16.2-17 及圖 16.2-26，查得：
óH lim 1 = 790N/mm2， óH lim 2 = 760N/mm2， óFE1 = 640N/mm2， óFE 2 = 600N/mm2，
（2）按接觸強度初步確定中心距，并初步選主要參數(shù)。
按表 16.2-33
3 2
a ≥ 483(u+1) KT 1
u
ΦaóHP
小齒輪傳遞的轉矩 T1：
26
T1=9550
P
=9550 ×
n1
1.5
3625
=3.9517N ? m
載荷系數(shù)：
K=1.5 齒寬系數(shù)： ?a=0.4
齒數(shù)比：
u=5.1
許用接觸應力：
óH lim
按表 16.2-33
760
óHP = ，取最小安全系數(shù) SH min = 1.1，按大齒輪計算
SH min
óHP 2 =
1.1
=691N/mm2
將以上數(shù)據(jù)代入計算中心距的公式得
a ≥ 55.89mm
圓整為標準中心距 a=56mm
mn =（0.007～0.02）a=(0.392～1.12)mm
取 mn =1mm
取a=90，cosa=0.988
z1 =
2a cos a
mn (u + 1)
= 15.49
取 z1=9，z2=46
精求螺旋角a mn (z1 + z2)
cosa=
2a
=0.491
mt=
mn
cos a
=2.04mm
d1=mtz1=18.36mm b=?aa=22.4mm
（3）校核齒面接觸疲勞強度
按表 16.2-34
óH = ZHZEZ?a
Ft
bd1
u +1
u
KAKVKHaKHá
分度圓上的圓周力：
2T1
Ft= = 430N
d1
使用系數(shù)：
KA=1.5，查表 16.2-36， 動載系數(shù)：
按式 16.2-12
K1 z1í u 2
Kí = 1 + (
KA
=Ft
b
+ K 2
)
100
1 + u 2
ed1n1
í =
60 ×1000
= 3.48m/s
按表 16.2-39
K1=39.1，K2=0.0193
將有關數(shù)值代入公式得 Kí = 1.33 齒向載荷分布系數(shù)：
按表 16.2-40， KHa =1.12+0.18 (
齒向載荷分配系數(shù)： 查表 16.2-42， KHá = 1.2 節(jié)點區(qū)域系數(shù)：
查表 16.2-15，ZH=2.47
b )2 +0.23 ×10-3 b =1.40 d1
查表 16.2-43， ZE = 189.8
N / mm2
接觸強度計算的重合度及螺旋角系數(shù) Z?a :
當量齒數(shù)：
zí1 =
z1
cos3 a
=76.03
zí 2 =
z2
cos3 a
= 388.6
當量齒輪的端面重合度：
?va = ?á1 + ?a 2 ，查圖 16.2-10 得
?á1 = 0.83 ， ?á 2 = 0.91 ，所以， ?va = 1.74
查圖 16.2-11，縱向重合度 ?a = 1.55
查圖 16.2-16， Z?a = 0.76
將以上各數(shù)值代入齒面接觸應力計算公式得
óH = 798N/mm2 計算安全系數(shù)： 按表 16.2-34
óH lim ZNZLVRZWZX
SH =
óH
壽命系數(shù)：
ZNT=1，長期工作，取為無限壽命設計
潤滑油膜影響系數(shù)：
查圖 16.2-19， í 40 = 220mm 2 / s ， ZLVR = 0.95
工作硬化系數(shù)：
取 ZW=1 接觸強度計算得尺寸系數(shù)： 查圖 16.2-22，ZX=1
將以上數(shù)值代入安全系數(shù)的計算公式得
SH1=1.13，SH2=1.16
SH> SH min ，故安全
（4）校核翅根彎曲疲勞強度 按表 16.2-34
Ft
óF =
bmn
KAKVKFaKFáYFSY?a
彎曲強度計算的在和分布系數(shù)：
KFa = KHa =1.49
彎曲強度計算的載荷分配系數(shù)：
KFá = KHá = 1.2
復合齒形系數(shù)：
查圖 16.2-23，得 YFS1=4,.03，YFS2=3.96
彎曲強度計算的重合度與螺旋角系數(shù)：
查圖 16.2-25， Y?a = 0.63
將以上各數(shù)值代入齒根彎曲應力計算公式得
óF1 = 172N/mm2
YFS2
óF 2 = óF1
YFS1
= 169N/mm2
計算安全系數(shù)：
按表 16.2-34 óFEYNTY?relTYRrelTYX
SF =
óF
壽命系數(shù)：
YNT = 1，長期工作，取為無限壽命設計
相對齒根圓角敏感系數(shù)：
查圖 16.2-23，查表 16.2-48， Y?relT1 = Y?relT 2 = 1
相對齒根表面狀況系數(shù)：
查表 16.2-71，齒面粗糙度 Ra1=Ra2=1.6um，按式 16.2-21， YRrelT = 1
尺寸系數(shù)：
查圖 16.2-28，YX=1 將以上數(shù)值代入安全系數(shù)的公式得 SF1=3.72，SF2=3.55，
由表 16.2-46，取 SF min =1.6
SF1 及 SF2 均大于 SF min ，故安全。
3.5 綠籬修剪機把手的設計
本次課題研究了手柄的寬度、握持點的空間位置對最大水平操作力的影響。因為在綠 籬修剪工作, 當?shù)镀懈罹G籬時, 需要較大的水平操作力, 而水平操作力的大小直接影 響作業(yè)時的身體平衡。如果操作力過大會導致人體失衡而引起跌倒, 特別是在噪聲、振動、 熱負荷以及重量負荷的綜合作用下, 人體的平衡功能會受到影響。如果有較大的橫向水平 力作用于身體, 其跌倒?jié)撛谖ｋU性會增加。因此, 以減少水平操作力為目的的手柄與操作 者的人機幾何關系研究具有重要的意義。
手柄寬度、前后距離以及握持高度對操作力都有顯著的影響, 并且手柄寬度、前后距 離與握持高度具有顯著的交互作用。因此, 單刃綠籬修剪機前后把手的人機界面參數(shù)的合 理化直接影響操作力,對操作者的疲勞、穩(wěn)定性、安全性以及作業(yè)效率產生影響。
如圖11所示前后把手圖：
圖11 后把手圖
圖12 前把手圖
3.6 單刃綠籬修剪機的減振降噪措施
單刃綠籬修剪機雖然工作靈巧、方便，但相對的也會產生噪聲，對操作者有較大影響， 高速運轉的傳動件所產生的機械噪聲是整機的主要噪聲源之一。
長期在惡劣的噪聲環(huán)境中工作會導致職業(yè)性耳聾,并且在4KHz附近容易產生聽力損傷， 這是職業(yè)性耳聾的特點，所以綠籬修剪機工作時應盡量防止噪聲過大，并使用消音器。
3.7 單刃綠籬修剪機的使用注意事項
3.7.1 修剪機的操作規(guī)程
（1）操作者應按產品使用說明書規(guī)定，正常使用。
（2）修剪綠籬帶的枝條密度最大枝桿直徑應與使用的綠籬修剪機性能參數(shù)相符。
（3）工作時修剪機必須處于正常的技術狀態(tài)。刀片轉動或往復運動應靈活。旋刀式修剪 機定刀和動力間隙1mm以下，往復式修剪機閉合后接觸面間隙不超過0.15mm。
（4）發(fā)動機在常溫下正常工作時，起動三次允許拉動起動繩三回。其中至少有一回起動 成功。若發(fā)動不著或起動困難，應找出原因，排除故障后，才能繼續(xù)使用。
（5）工作過程中要經(jīng)常注意緊固聯(lián)接件。按修剪質量情況及時調整刀片間隙或更換損壞
零件。不允許帶著故障工作。
（6）修剪后的質量應平整，基本無漏剪、撕裂率小于10％。
3.7.2 修剪機的操作順序
（1）加油。將無鉛汽油（二行程機器）和機油按容積比為25：1的比例混合。將油充入油 箱。加油時切記關閉發(fā)動機。
（2）起動：
1）把發(fā)動機開關撥到“開”（ON）的位置。
2）推動注油閥，直到溢油管中有油液流動。
3）拉起動繩起動（或起動器）。
（3）把阻塞桿撥到半開的位置，讓發(fā)動機空轉3-5分鐘。
（4）把阻塞桿撥到“開”（ON）的位置，輕輕地捏緊油門調節(jié)杠桿，然后突然松開，使得 自鎖解除。此時發(fā)動機按額定轉速正常工作。
（5）開始修剪綠籬時應保持平順整齊，高低一致。一般把修剪機向下傾斜5°-10°（度）。 相對修剪對象引成微少傾角能使修剪省力，輕便，并確保具有較好的剪切質量。
（6）要保持操作者身體處在汽化器一側，絕不允許處于排氣管一端，以免被廢氣燙傷。
（7）按工作需要調節(jié)控制油門（即轉速）。發(fā)動機運轉速度過高是不必要的。
（8）工作完畢后停機，關閉油門。清潔外殼。待用。
3.7.3 修剪機的維護保養(yǎng)要點
（1）機具在使用前、使用中和使用后都要對各部件進行仔細檢查。如發(fā)現(xiàn)機件損壞和緊 固件松動、脫落，應及時更換與調整。不允許機具帶病或缺件作業(yè)。
（2）刀片每工作1—2小時要用機油潤滑一次。每使用20—30小時，給齒輪箱加注ZFG—2 復合鈣基潤滑脂一次。
（3）修剪機最大的剪枝直徑應不超過10毫米。作業(yè)中如剪到較粗的樹枝或異物，感到機 具聲音異常，振動較大，應迅速關機，排出異物。
（4）每工作50小時要用清洗劑或洗衣粉清洗空氣濾芯器海綿，擠干，曬干。每工作150小 時后清除火花塞積炭；每工作3個月后更換燃油過濾器一次。
（5）每天使用后，要清潔機體，用清水洗凈刀片上的茶汁，擦干后在油孔中注入機油。
29
（6）機具長期停放，應清除機體表面灰塵、雜物。放出油箱燃油。拆下火花塞，清除積
炭，將缸內注入幾滴清潔機油。裝上火花塞，包裝好置放干燥處。
第四章 總結
4.1 總結
國內綠籬修剪機械的品種還比較單一，性能、質量和制造水平還比較落后，與國外發(fā) 達國家相比有很大差距，總體上國內目前仍然處于園林綠化機械發(fā)展的初始階段，發(fā)展前 景十分廣闊，我們應當研究和跟蹤西方國家綠籬修剪機發(fā)展的歷史，借鑒他們的經(jīng)驗和教 訓，以便縮小與西方國家的差距。本論文在理論研究和實際分析設計的基礎上，完成了單 刃綠籬修剪機的設計的理論分析、計算及結構設計。但是，設計過程中由于內容多、時間 緊，有些方面的考慮難免會出現(xiàn)欠缺，同時，其理論設計本身還有許多需要進一步完善的 地方。對于這些人工操作的機械設備，應多考慮人機和諧，從而能更好的減輕使用者的操 作疲勞和心里負擔，能使人安全、舒服、高效的工作。
4.2 展望
進入21世紀以后，國內外綠籬修剪機的發(fā)展速度飛快，其發(fā)展總趨勢是：（1）繼續(xù)大 力開發(fā)綠籬修剪機的新產品，加速老產品的更新?lián)Q代，新產品將向操作自動化，舒適化方 向發(fā)展（2）在90年代，步行操作自走式取代推行式，而進入21世紀更加先進，能實現(xiàn)無 極變速，操作更加簡單（3）設計的機器還要符合一機多用的標準，考慮人
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