2331 茶樹重修剪機(jī)的開發(fā)研究,茶樹,修剪,開發(fā),研究,鉆研
第 1 頁(yè) 共 21 頁(yè)茶樹重修剪機(jī)的開發(fā)研究第一章 摘要由于我國(guó)種茶歷史悠久，種植地域廣泛，迫切需要機(jī)械修剪器具來(lái)代替手工修剪機(jī)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(jī)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(duì)成齡茶樹的深修剪、衰老茶樹的重修剪或臺(tái)刈面臨的問題及現(xiàn)有修剪設(shè)備的不足，研究出一種全新的茶樹重修剪機(jī)械設(shè)備，并對(duì)整機(jī)各結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行協(xié)調(diào)，對(duì)修剪機(jī)所用刀片的材料、結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，研制配套的傳動(dòng)系統(tǒng)，相應(yīng)的帶輪，軸，機(jī)架，并進(jìn)行計(jì)算和裝配圖的繪制。關(guān)鍵字：機(jī)械修剪器具，重修剪，全新的茶樹重修剪機(jī)械設(shè)備，刀片的材料，傳動(dòng)系統(tǒng)，帶輪，軸，機(jī)架。第二章 前言茶樹修剪是人為地抑制頂端主枝生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)的措施，可刺激著生部位較低的芽萌發(fā)新技，增強(qiáng)樹勢(shì)，培養(yǎng)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)樹冠。茶樹修剪方法主要有幼齡茶樹的定形修剪、成齡茶樹的輕修剪與深修剪，衰老茶樹的重修剪及臺(tái)刈等。成齡茶樹經(jīng)多年采摘和輕修剪后，采樹冠摘面上會(huì)形成密集而細(xì)弱的分枝，這就是常說(shuō)的“雞爪枝” ， 這時(shí)，茶樹新梢育芽能力減弱，生長(zhǎng)乏力，茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)下降，為更新樹冠采摘面，就得采用深修剪技術(shù)，剪去密集細(xì)弱的雞爪枝層，使茶樹重新抽發(fā)新枝，提高育芽能力，延長(zhǎng)茶樹高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)年限。一．緒論深修剪通常剪去冠面 10～15cm 枝梢，目前茶樹的深修剪工作一般用雙人抬修剪機(jī)來(lái)實(shí)施，但雙人抬修剪機(jī)比較笨重，且工作效率低。重修剪的對(duì)象則是半衰老和未老先衰的茶樹。這種茶樹，雖然骨干枝的抽生能力仍較強(qiáng)，但生產(chǎn)枝的育芽能力已很弱，芽葉瘦小，葉張薄細(xì)，輕伸修剪根本不起作用，即使采用深修剪也不能達(dá)到目的，這時(shí)，就得采用重修剪技術(shù)。重修剪茶樹一般在離地 30～40cm處修剪樹干。臺(tái)刈則是比重修剪更為徹底的改造樹冠的修剪技術(shù)，其對(duì)象是嚴(yán)重衰老的茶樹，但目的與重修剪相同；茶樹臺(tái)刈后，從根頸部抽發(fā)的新枝能重新形成樹冠。重修剪及臺(tái)刈由于修剪的茶樹枝干一般較粗，現(xiàn)有的茶樹修剪機(jī)械很難擔(dān)當(dāng)大任、不但效率低，而且常出現(xiàn)露枝現(xiàn)象；因此許多地方還在采用人工以砍柴刀對(duì)枝干進(jìn)行砍切修剪，勞動(dòng)狀況第 2 頁(yè) 共 21 頁(yè)惡劣、勞作水平極其落后，另外人工砍切修剪對(duì)茶樹生長(zhǎng)是十分不利的。二．國(guó)內(nèi)外同類研究概況目前，國(guó)內(nèi)科研人員對(duì)茶樹的修剪研究多集中于茶樹的輕修剪、中修剪機(jī)械研制及應(yīng)用上，而在專門用于老茶樹或未老先衰茶樹的重修剪機(jī)械的研究與應(yīng)用上，還基本處于空白狀態(tài)。1、修剪機(jī)的研制由于我國(guó)種茶歷史悠久，種植地域廣泛，迫切需要機(jī)械修剪器具來(lái)代替手工修剪，因此國(guó)內(nèi)在茶樹修剪機(jī)具的研制上，已取得了很大進(jìn)步，國(guó)內(nèi)已有多家單位生產(chǎn)出了多款茶樹修剪機(jī)。如南京秦淮園林機(jī)械廠生產(chǎn)的單人多功能電動(dòng)茶樹修剪機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)為：主機(jī)重量：2.5kg；電壓：24v；桿長(zhǎng)：110cm；功率：100w ；轉(zhuǎn)速：6000 轉(zhuǎn)/分鐘。該機(jī)具有環(huán)保節(jié)能，效率高，能耗小，對(duì)茶作物無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。浙江省生產(chǎn)的 PSM110 型茶樹修剪機(jī)雙人抬跨行作業(yè)機(jī)具，由兩把鋸齒型刀片作相對(duì)往復(fù)運(yùn)動(dòng)完成修剪作業(yè)。修剪機(jī)的動(dòng)力選用日本三菱 TL33PVD 型汽油機(jī)。當(dāng)汽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到一定速度時(shí)，離合器先帶動(dòng)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，繼而將動(dòng)力傳輸?shù)綔p速齒輪箱，減速齒輪與偏心機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在同一箱體內(nèi)，通過一級(jí)齒輪減速，動(dòng)力傳到偏心機(jī)構(gòu)，偏心機(jī)構(gòu)上有偏心方向?yàn)?180o 的雙 凸臺(tái)，帶動(dòng)連桿驅(qū)動(dòng)刀片作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成切割作業(yè)。國(guó)外如日產(chǎn)的Ｅ7Ｂ-750 型單人修剪機(jī)配日本單缸二沖程 1.03ｋＷ(1.4 馬力)汽油機(jī)，采用平刀片往復(fù)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、弧形樹冠均可使用，適應(yīng)性很好；②發(fā)動(dòng)機(jī)性能好，操作簡(jiǎn)便，機(jī)身上設(shè)有停車按鈕及汽油機(jī)調(diào)速控制手柄，刀片動(dòng)、停、快、慢控制十分方便。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)茶樹的輕、中修剪機(jī)械的研制及應(yīng)用均已成熟。并進(jìn)入大面積應(yīng)用的推廣期。2、對(duì)修剪機(jī)的應(yīng)用研究人工修剪每人 8 小時(shí)只能剪 0.02hm2，需付酬金 1750 元/hm 2；采用修剪機(jī)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(fèi)用降低了 1312.5 元/hm 2。采用修剪機(jī)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/hm 2；用修剪機(jī)勉強(qiáng)湊合使用，兩人用雙人修剪機(jī)作主修剪，另一人用單人修剪機(jī)補(bǔ)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/hm 2。1999 年單臨安市的深修剪工作就可節(jié)約勞力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。通過以上研究，過婉珍等人認(rèn)為：機(jī)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(jī)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)廠家能生產(chǎn)專用重修剪機(jī)，以滿足用戶需要。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)的覃松林研究分析了單、雙人茶樹修剪機(jī)使用時(shí)應(yīng)該注意的問題，他重點(diǎn)指出，單人修剪機(jī)和雙人修剪機(jī)不準(zhǔn)作老茶樹的深修剪和重修剪，否則機(jī)器將嚴(yán)重超載而遭到破壞。第 3 頁(yè) 共 21 頁(yè)3．對(duì)茶樹重修剪機(jī)的研究通過以上科技人員的研究結(jié)果可以看出，茶樹修剪機(jī)無(wú)論是單人型還是雙人型，都難以承擔(dān)起老茶樹的重修剪任務(wù)，這迫切需要國(guó)內(nèi)的科技工作者研究開發(fā)出一種專門用于老茶樹的重修剪機(jī)械。綜觀國(guó)內(nèi)外，目前對(duì)老茶樹重修剪方面的研究很少，而且研究領(lǐng)域也僅僅側(cè)重于重修剪工作對(duì)茶樹的影響及效應(yīng)分析，對(duì)重修剪機(jī)械的開發(fā)和研制以及應(yīng)用基本上還處于空白狀態(tài)，本課題的開展將打破該領(lǐng)域的空白局面，屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。第三章 設(shè)計(jì)任務(wù)（一） ． 茶樹修剪是人為地抑制頂端主枝生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)的措施，可刺激著生部位較低的芽萌發(fā)新技，增強(qiáng)樹勢(shì)，培養(yǎng)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)樹冠。茶樹修剪方法主要有幼齡茶樹的定形修剪、成齡茶樹的輕修剪與深修剪，衰老茶樹的重修剪及臺(tái)刈等。（二） 、主要技術(shù)指標(biāo)：1）刀具使用壽命：720h 左右；2）修剪樹高：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)路線的擬定考慮到經(jīng)濟(jì)性及機(jī)器的整體結(jié)構(gòu)和所需傳動(dòng)的準(zhǔn)確性，我們擬定了整臺(tái)機(jī)器的示意圖（五） 、設(shè)計(jì)步驟第 4 頁(yè) 共 21 頁(yè)1.基本結(jié)構(gòu)的確定2.根據(jù)基本結(jié)構(gòu)計(jì)算分析各個(gè)零部件3.根據(jù)設(shè)計(jì)說(shuō)明畫出總裝圖4.根據(jù)計(jì)算結(jié)果及總裝圖，畫出各個(gè)零件圖第二章．設(shè)計(jì)分析一．傳動(dòng)路線的擬定1.對(duì)傳動(dòng)方案的要求 合理的傳動(dòng)方案，首先應(yīng)滿足工作機(jī)的功能要求，其次還應(yīng)滿足工作可靠、傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、重量輕、成本低、工藝性好、使用和維護(hù)方便等要求 2.擬定傳動(dòng)方案 任何一個(gè)方案，要滿足上述所有要求是十分困難的，要統(tǒng)籌兼顧，滿足最主要的和最基本的要求。方案一：方案二： 第 5 頁(yè) 共 21 頁(yè)考慮到經(jīng)濟(jì)性及機(jī)器的整體結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)所需要的準(zhǔn)確性，我們分析決定采用結(jié)構(gòu)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(jī)的選擇1、已知給定的參數(shù)如下：（1）.切削力 F=200N；（2）.切削最大半徑 R=60mm;（3）.刀片轉(zhuǎn)速 n=1500r/min;2、汽油機(jī)的選擇計(jì)算：（如圖）T=FR=200N×0.06m=12N.m/95012/9501.8WPTnkw=′=33.8(.4).22/k′31.(09.)Pw==232.16.3DPk++第 6 頁(yè) 共 21 頁(yè)選擇 2E60C 型汽油機(jī)，立軸，水冷，P=7.4KW n=2500r/min,T=53N.m三.帶Ⅰ的設(shè)計(jì)1.確定計(jì)算功率 CPKA空、輕載起動(dòng) 重載起動(dòng)每天工作小時(shí)數(shù)/h工 況16 16載荷變動(dòng)微小液體攪拌機(jī)，通風(fēng)機(jī)，和鼓風(fēng)機(jī)（≤7.5kW ） 、離心式水泵和壓縮機(jī)、輕型輸送機(jī)1.0 1.1 1.2 1.1 1.2 1.3載荷變動(dòng)小帶式輸送機(jī)（不均勻載荷） 、通風(fēng)機(jī)（>7.5kW） 、旋轉(zhuǎn)式水泵和壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)金屬切削床、旋轉(zhuǎn)篩、劇木機(jī)和木工機(jī)械1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4載荷變動(dòng)較大制磚機(jī)、斗式提升機(jī)、往復(fù)式水泵和壓縮機(jī)、起重機(jī)、磨粉機(jī)、沖剪機(jī)、橡膠機(jī)械、振動(dòng)篩、紡織機(jī)械、重載運(yùn)送機(jī)1.2 1.3 1.4 1.4 1.5 1.4載荷變動(dòng)很大破碎機(jī)（旋轉(zhuǎn)式。顎式等） 、磨碎機(jī)（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(shù) KA由表 8.21 查得 =1.1 由式（8.12）得A= =1.1×7.4KW=8.14KWCPAK2. 選擇普通 V 帶型號(hào)根據(jù) =8.14KW =2500r/min 由圖 8.12 選用 B 型普通 V 帶1n3. 確定帶輪直徑 1d2根據(jù)表 8.6 和圖 8.12 選取 =140mm 且 =140mm>125mm1d1d大帶輪直徑為= / =2500/1500×140=233mm2d1n2第 7 頁(yè) 共 21 頁(yè)按表 8.3 選取標(biāo)準(zhǔn)植 236mm,則實(shí)際傳動(dòng)比 I,從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速分別2d為i= / =236/140=1.692d1= /i=2500/1.69=1479r/minn從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速誤差為（1479-1500）/1500×100%=-1.4%在 5%以內(nèi)，為允許值±4.驗(yàn)算帶速 VV= /60×1000=18m/sp1dn在 5-25m/s 的范圍內(nèi)。5.確定帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 和實(shí)際中心距 aDL按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求初定中心距0.7( + )169?207.確定 V 帶根數(shù) Z由式(8.18)得 Z≧ /CP0()LKAa+根據(jù) =140mm ， =2500r/min 查表 8.10 用內(nèi)插法得1d1n=3.8KW0由式(8.11)得功率增量 為0A=0P1LKn()ik-由表 8.18 查得 =2.6494×bk3?根據(jù)傳動(dòng)比 i=1.69 查表 8.19 得 =1.1202i則 =2.6494× ×2500（1- ）=0.7KW0PA31- 1.20由表 8.4 查得帶長(zhǎng)度修正系數(shù) =0.92 由表 8.11 查得包角系數(shù)LK=0.99 得普通 V 帶的根數(shù)為K?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0FQF由表 8.6 查得 B 型普通 V 帶每米質(zhì)量 q=0.17kg/m 根據(jù)式(8.19)得單根 V 帶的初拉力為= ×0F52.(1)0.79CPZ-+28第 9 頁(yè) 共 21 頁(yè)= 2502.5(1)0.789′4-+′8=227.5N由式(8.20)可得作用在軸上的壓力 QF=2 Z1QF01sin2a=2×227×2 69i?=904N9. 設(shè)計(jì)結(jié)果選擇.2 跟 B-4000GB1171-89V 帶 , 中心距 a=505mm ,帶輪直徑=140mm , =236mm ,軸上壓力 =904N1d2d 1QFⅡ帶設(shè)計(jì)主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速 1500r/min,從動(dòng)DP帶 =7.409kw×h′輪轉(zhuǎn)速 1500r/min1． 確定計(jì)算功率 CKA空、輕載起動(dòng) 重載起動(dòng)每天工作小時(shí)數(shù)/h工 況16 16載荷變動(dòng)微小液體攪拌機(jī)，通風(fēng)機(jī)，和鼓風(fēng)機(jī)（≤7.5kW ） 、離心式水泵和壓縮機(jī)、輕型輸送機(jī)1.0 1.1 1.2 1.1 1.2 1.3載荷變動(dòng)小帶式輸送機(jī)（不均勻載荷） 、通風(fēng)機(jī)（>7.5kW） 、旋轉(zhuǎn)式水泵和壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)金屬切削床、旋轉(zhuǎn)篩、劇木機(jī)和木工機(jī)械1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4載荷變動(dòng)較大制磚機(jī)、斗式提升機(jī)、往復(fù)式水泵和壓縮機(jī)、起重機(jī)、磨粉機(jī)、沖剪機(jī)、橡膠機(jī)械、振動(dòng)篩、紡織機(jī)械、重載運(yùn)送機(jī)1.2 1.3 1.4 1.4 1.5 1.4第 10 頁(yè) 共 21 頁(yè)載荷變動(dòng)很大破碎機(jī)（旋轉(zhuǎn)式。顎式等） 、磨碎機(jī)（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(shù) KA由表 8.21 查得 =1.1 ，由式（8.12）得AK1.1×7=7.7KWCP=2. 選擇普通 V 帶型號(hào)根據(jù) =7.7KW 由圖 8.12 選用 B 型普通 V 帶C150/minnr3. 確定帶輪基準(zhǔn)直徑 d2根據(jù)表 8.6 和圖 8.12 選取 =125mm ,且為 B 型 V 帶最小直徑1大帶輪直徑為：= ×125=125mm2d150n按表 8.3 選取標(biāo)準(zhǔn)值為 125mm ,則實(shí)際傳動(dòng)比 i ,從動(dòng)輪的實(shí)際轉(zhuǎn)速分別為：215di20/minnri=從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速誤差率為：×100%=0150-在±5%以內(nèi)，為允許值。4. 驗(yàn)算帶速 V在 5-25m/s 范圍125109.8/606dnmsP′==′內(nèi)5. 確定帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 和實(shí)際中心距 a dL按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求初定中心距 00.07（ ）7. 確定 V 帶根數(shù) Z0()CLPKa3+D根據(jù) =125mm =1500r/min ,查表 8.10 用內(nèi)插法得1d1n03.2kW=由式(8.11)得功率增量 為P01()biKnD-由表(8.18)查得 32.649-=′10根據(jù)傳動(dòng) i=1 ，查表 8.19 得 =1 則i=001()biPKnD=-第 12 頁(yè) 共 21 頁(yè)由表 8.4 查得帶長(zhǎng)度修正系數(shù) ，由圖 8.11 查得包角系數(shù)0.97LK=Ka=1得普通 V 帶根數(shù)7.1.32Z=′圓整得 Z=28. 求初拉力 及帶論軸上的壓力0FQF由表 8.6 查得 B 型普通 V 帶的每米質(zhì)量 q=0.17kg/m ,根據(jù)式(8.19)得單根 V 帶的初拉力為：250.(1)PCFqvZvK=-+a70.72′′989.8=284N由式(8.20)可得作用在軸上的壓力為：120sin2QFZa==1136N9. 計(jì)算結(jié)果選用 2 根 B-GB1171-89V 帶，中心距 a=200mm ,帶輪直徑，軸上壓力15,15ddm=2136QFN=第 13 頁(yè) 共 21 頁(yè)四．軸Ⅰ的設(shè)計(jì)（一）.軸的計(jì)算0.947.DPKW′=′=1. 選擇軸的材料 ，確定許用應(yīng)力因我們?cè)O(shè)計(jì)的軸對(duì)材料無(wú)特殊要求，故選用 45 鋼并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，由表 13.4查得強(qiáng)度極限 ，再由表 13.2 查得許用彎曲應(yīng)力650BMPas 1[]60bMPa-s=2. 按扭強(qiáng)度估算軸徑根據(jù)表 13.1 得 ,又由式(13.2)得178c=~337(01)18.950Pd mn3 =~20.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(shè)計(jì)手冊(cè)查得標(biāo)準(zhǔn)直徑 12m=3. 設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)并繪制機(jī)構(gòu)草圖a.確定各軸段直徑根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)公式 125dm= 1(0.7.)hd=~52m取 h=2.5mm2130dh=+初選軸承 6307的直徑根據(jù)軸承的內(nèi)徑?jīng)Q定取為3 35dm?的直徑也是根據(jù)軸承 來(lái)定 取為4dmina453=620第 14 頁(yè) 共 21 頁(yè)7125dm=b.確定各軸段長(zhǎng)根據(jù)汽油機(jī)高度及整機(jī)結(jié)構(gòu)，軸的總長(zhǎng)為 520mm軸段Ⅰ的長(zhǎng)度可以根據(jù)所選帶輪寬螺母厚度及安裝結(jié)構(gòu)確定為 125mm軸段Ⅱ的長(zhǎng)度根據(jù)軸承座端面和帶輪的距離確定為 26mm軸段Ⅲ的長(zhǎng)度軸承寬得 21mm軸段Ⅶ用裝刀片，可根據(jù)刀片的厚度，螺母和墊片的厚度確定軸長(zhǎng)為50mm軸段Ⅴ的長(zhǎng)也為軸承寬 21mm軸段Ⅵ的長(zhǎng)和軸段Ⅱ的一樣為 26mm最后留下的長(zhǎng)度就為軸段Ⅳ的長(zhǎng)（二）.軸的校驗(yàn)312369042rQFN=--=以 B 為基點(diǎn) ， r386.57.5rCrF′-′+′41在以 C 點(diǎn)為基點(diǎn)： 3358.27160.5rBrF′-′′=401N=...rMlmN左 ′32653726m右1041058.右 左=+=+=669.59. .5PTn′0′2222()48(.6)97.MeTNa′3871.0.ce MaWs==′2().6452670.eATma′第 15 頁(yè) 共 21 頁(yè)3267401.eAMPaWs==′5查表 13.1 得 ，滿足 ，故軸的設(shè)計(jì)滿足要求。1[]b- 1[]eb-s￡(三).軸承的選擇應(yīng) 所以只要 邊的軸承可用即可BCF
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