机械专业毕业设计(论文)茶树修剪机

山东科技大学学生毕业设计（论文）摘要由于我国种茶历史悠久，种植地域广泛，迫切需要机械修剪器具来代替手工修剪机械修剪是解决劳力不足和降低生产成本的根本途径。而普通修剪机用于重修剪是属于破坏性使用，一般不宜提倡。本课题即针对成龄茶树的深修剪，衰老茶树的重修剪面临的问题及现有修剪机设备的不足，研究出一种全新的茶树重修剪机械设备，并对整机各结构部件进行协调，对修剪机所用刀片的材料，结构进行分析，研制配套的传动系统，相应的带轮，轴，机架，并进行计算和装配图的绘制。关键字：修剪机；刀片；传动系统；带轮；机架。AbstractBecause Chinas 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.1绪论1.1茶树修剪机的发展上个世纪全世界茶叶加工机械化得到了较大发展，但是随着名优茶的发展，茶叶生产加工向小型化、手工化转化，这不利于加工的安全卫生。目前的茶叶机械加工也是工序间断，自动化程度低。新世纪茶叶加工须转向机械连续化、自动化，这不仅可以降低劳动强度，而且有利于茶叶加工的规模化及茶叶加工的卫生，增强茶叶的规模竞争力，为茶叶的标准化管理打下基础。茶叶修剪机在我国有着广阔的发展前景。茶树修剪是茶叶生产中一项重要的技术措施。对于机械化茶园来说，要保证树冠整齐，形成理想的茶树采摘面，实现机械化采茶，机器修剪是不可缺少的条件。1.2对茶树修剪机的认识茶树修剪是人为地抑制顶端主枝生长优势的措施，可刺激着生部位较低的芽萌发新技，增强树势，培养高产优质树冠。茶树修剪方法主要有幼龄茶树的定形修剪、成龄茶树的轻修剪与深修剪，衰老茶树的重修剪等。成龄茶树经多年采摘和轻修剪后，采树冠摘面上会形成密集而细弱的分枝，这就是常说的“鸡爪枝”， 这时，茶树新梢育芽能力减弱，生长乏力，茶叶产量和品质下降，为更新树冠采摘面，就得采用深修剪技术，剪去密集细弱的鸡爪枝层，使茶树重新抽发新枝，提高育芽能力，延长茶树高产稳产年限。 我国以往的茶树修剪多是采用人工修枝剪进行的，费时费力，作业质量较差。从70年代中期开始研制茶树修剪机，目前已有单人、双人和重修剪机等机种。 单人修剪机由一人手提操作，主要用于茶树的轻修剪和深修剪，同时，也可用作机械化茶园的修边，使茶树行间留出20厘米的间距，以利机器的通过和操作。 单人修剪机有机动和电动两种类型。70年代中期，中国农业科学院茶叶研究所等单位研制的中频电动手提式茶树修剪机，就是以汽油机带动的中频发电机组为电源，中频微型电机作动力的电动机型，使用双动往复刀片，切割幅宽300毫米。但是，使用较多的还是以汽油机为动力的机动型，采用平行往复刀片，切割幅宽750毫米，中国农科院茶叶研究所和安徽省农业机械研究所近年来研制的单人修剪机都属这种类型。这种修剪机由动力、传动机构（减速和凸轮往复机构等）、切割器等部分组成。动力为0.8马力小汽油机切割器使用平行往复刀片，双动，往复频率为1000次分。整机重量5公斤，作业时由一人手提操作，汽油机产生的动力，通过飞块摩擦式离合器、减速齿轮和偏心凸轮带动刀片作往复运转，实现对茶树枝条的切割，每小时可修剪茶地0.3亩左右。由于该机使用的汽油机应用了膜片式汽化器，并且吸油管采用软管形式，使吸油口在任何时候均可处于油箱内最低处，因此，可保证发动机在任何角度下都能正常工作，故操作方便，机动灵活，可高低左右修剪，运用自如。由于单人修剪机刀片锋利，往复运转速度高，所以直径在10毫米以下的枝条，可一刀利落地切断，切口平整。修剪后的蓬面整齐，能修剪出所要求的形状，修剪质量大大超过人工。在我国广大茶区，尤其在山区小块茶园中特别适用。 双人茶树修剪机由两人手抬操作，切割器有弧形和平形两种形式，这两种形式的双人修剪机除刀片和力架一为弧形一为平形外，其余结构完全一样，并且机架可以通用，从而使一台机器有两种使用形式。弧形切割器的双人修剪机主要用于中、小叶种灌木型茶树的轻修剪和深修剪。而平形修剪机主要用于幼龄茶树的定型修剪和大叶种小乔木型茶树的轻、深修剪。双人修剪机由动力、切割器、传动机构、机架和操作手柄等部分组成。动力为1马力汽油机，刀片为往复切割式，弧形刀片的弧形半径为1200毫米，切割幅宽1040毫米，双动，往复频率1000次分。作业时由两人手抬跨行作业，汽油机产生的动力，经飞块摩擦式离合器、减速和凸轮等传动机构驱动上、下刀片作往复运转，实施对茶树的修剪。这种修剪机由两人手抬作业，并且在茶蓬蓬面上跨行作业，因此劳动强度比单人修剪机低，作业效率也较高，每行蓬面如修剪一次，台时工效为3.5-4.0亩；每行茶树蓬面若需修剪两次，台时工效为1.5-2.0亩，比人工修剪可提高工效10倍以上双人修剪机同样切割干脆利落，直径在10毫米以下的枝条可一次切下，切口平滑，不碎不裂，修剪后的蓬面划一，并且由于该机的刀片弧度与双人采茶机完全一致，可与双人采茶机配套使用，和上述单人修剪机一样，应是我国茶园作业中重点推广的机种。 重修剪机是用于衰老茶树重修剪作业的修剪机，近年来我国虽已有机型试制成功，但试用数量不多。这种修剪机也是由动力、切割器、传动系统和机架组成。动力使用1.7马力汽油机，刀片采用平形往复式，切割幅宽800毫米，双动，往复频率500-700次分。跨行作业，装有车轮的重修剪机由两人拉行。因茶园地面平整程度较差，行走轮在行间行走困难，故另一种形式的重修剪机不设行走轮，而采用手抬式，需三人作业，发动机一端由两人操作。这种修剪机作业时，可对茶树在离地30-40厘米处实施重修剪，修剪的最大直径为25毫米，一般情况下切口平整、不碎不裂，质量优于人工大剪刀，并且，这种机具的推广应用，将大大减轻重修剪作业的劳动强度。 此外，安徽省农业机械研究所和祁门茶机厂还研制了一种茶树台刈机，也采用往复切割式刀片，以2.3马力汽油机为动力，机器割幅为300毫米，可对茶树离地5-30厘米范围内实施台刈作业，作业质量良好，一个班次可台刈茶园2亩。 为了充分发挥修剪机的使用性能，提高作业质量，对修剪机的合理选择和正确应用是十分重要的。应根据茶园生长状态等，确定对茶树修剪的种类。若为幼龄茶园的定型修剪，则可选用单人或双人平形修剪机，尤其是双人平形修剪机，一次剪过，整齐划一，修剪高度也容易掌握，效果最好。对成龄茶园进行轻修剪和探修剪，一般应选用双人修剪机，若为大叶种茶园，应用平形双人修剪机，中、小叶种茶园，使用弧形双人修剪机，当然成龄茶园也可应用单人修剪机进行轻修剪和深修剪，但工效低，一般多是使用双人修剪机修剪蓬面，然后辅以单人修剪机进行两侧修边，作业效果较为理想。 使用双人修剪机进行茶园的轻修剪作业时，两个操作者行进应稍有前后，以利于操作和行走；若系深修剪，因为一般要剪去树冠的10-15厘米，负荷较重，一次修剪难以完成，故多采用三次修剪法，即蓬面两侧先倾斜修剪两刀，中间再放平修剪一刀，修两边时，先以一侧莲边应修到的高度为标准，中间掌握抬高一些，最后用放平的一刀把整个茶蓬修整齐，这种作业方法，机器负荷较轻，效果较好。 深修剪通常剪去冠面1015cm枝梢，目前茶树的深修剪工作一般用双人抬修剪机来实施，但双人抬修剪机比较笨重，且工作效率低。 重修剪的对象则是半衰老和未老先衰的茶树。这种茶树，虽然骨干枝的抽生能力仍较强，但生产枝的育芽能力已很弱，芽叶瘦小，叶张薄细，轻伸修剪根本不起作用，即使采用深修剪也不能达到目的，这时，就得采用重修剪技术。重修剪茶树一般在离地3040cm处修剪树干。台刈则是比重修剪更为彻底的改造树冠的修剪技术，其对象是严重衰老的茶树，但目的与重修剪相同；茶树台刈后，从根颈部抽发的新枝能重新形成树冠。重修剪及台刈由于修剪的茶树枝干一般较粗，现有的茶树修剪机械很难担当大任、不但效率低，而且常出现露枝现象；因此许多地方还在采用人工以砍柴刀对枝干进行砍切修剪，劳动状况恶劣、劳作水平极其落后，另外人工砍切修剪对茶树生长是十分不利的。2整体设计茶树修剪是人为地抑制顶端主枝生长优势的措施，可刺激着生部位较低的芽萌发新技，增强树势，培养高产优质树冠。茶树修剪方法主要有幼龄茶树的定形修剪、成龄茶树的轻修剪与深修剪，衰老茶树的重修剪等。2.1技术设计的要求1）刀具使用寿命：720h左右；2）修剪树高：125mm大带轮直径为=/=2500/1500140=233mm按【4】中图9-3选取标准值236mm,则实际传动比I,从动轮的转速分别为：i=/=236/140=1.69 =/i=2500/1.69=1479r/min从动轮的转速误差为：（1479-1500）/1500100%=-1.4% 在5%以内，为允许值。（4）验算带速VV=/601000=18m/s在5-25m/s的范围内，符合标准。（5）确定带的基准长度和实际中心距a按结构设计要求初定中心距0.7(+)a2(+)=263a（7）确定V带根数Z由式Z/根据=140mm ，=2500r/min 查附表4得：=3.8KW由式= 得功率增量为=由附表6查得k0.0026494 查附表5得=1.1202则=2.64942500（1-）=0.7KW由附表5查得带长度修正系数=0.9292带长度修正系数=0.9292由附表5查得包角系数=0.99 得普通V带的根为 Z=8.14/(3.8+0.7)0.920.99=1.98圆整后得Z=2（8）求初拉力及带轮轴上的压力由B型普通V带每米质量q=0.17kg/m 单根V带的初拉力为：= =227.5N由=2Z可得作用在轴上的压力=2Z=22272 =904N（9） 设计结果选择2跟B-4000GB1171-89V带 , 中心距a=505mm ,带轮直径=140mm , =236mm ,轴上压力=904N3.3.2带II的设计P=pd=7.40.94=7kw 主动轮的转速1500r/min,从动轮转速1500r/min（1） 确定计算功率由附表6得工作情况系数KA =1.1 ，得1.17=7.7KW（2）选择普通V带型号根据=7.7KW 由附录4选用B型普通V带（3）确定带轮基准直径 根据附录2选取=125mm ,且为B型V带最小直径,且为B型V带最小直径。大带轮直径为：=125=125mm按附表2选取标准值为125mm ,则实际传动比i ,从动轮的实际转速分别为： 从动轮的转速误差率为：100%=0 在5%以内，为允许值。（2） 验算带速VV=pdn/60100=9.8m/s 在5-25m/s范围内符合要求（3） 确定带的基准长度和实际中心距a 按结构设计要求初定中心距=0.07（）()=175500 取=200mm由得 =792.5mm由附录6选取基准长度=800mm=（204-0.015800）=188mm=（204+0.03800）=224mm（4）校验小带轮包角由【4】中式9-6得a =确定V带根数Z 根据=125mm =1500r/min ,查表8.10用内插法得：由 =得功率增量为由附表6查得k=0.002694根据传动i=1 ，由附表7得=1则=0由附表5查得带长度修正系数 ，由附表8查得包角系数得普通V带根数：Z=7.7/（3.320.971）=1.9圆整得Z=2（4） 求初拉力及带论轴上的压力B型普通V带的每米质量q=0.17kg/m 根据得单根V带的初拉力为284N由可得作用在轴上的压力为1136N根据计算结果选用2根B-GB1171-89 V带，中心距a=200mm ,带轮直径 ，轴上压力，结构如图3-8所示：图3-83.4刀片结构的设计及材料的选择刀片的结构采用用圆盘形的刀盘，两边有装有两个对称的刀片，刀片设计如图3-9所示：图3-9材料的选择：应刀片在高速的环境下工作，且在剪切过程中，刀片会受到很大的挤压力，摩擦也会很厉害，需要的硬度也比较高。根据这些因素我决定选择W18Cr4V。W18Cr4V是应用比较广泛的的高速钢，其性能主要有：热处理硬度可达高，抗弯强度可达3500MPa左右，可磨性好。其优点：通用性强，工艺成熟。4茶树修剪机操作规程（1）操作者应按产品使用说明书规定，正常使用。 （2）修剪绿篱带的枝条密度最大枝杆直径应与使用的绿篱修剪机性能参数相符。（3）工作时修剪机必须处于正常的技术状态。刀片转动或往复运动应灵活。旋刀式修剪机定刀和动力间隙1mm以下，往复式修剪机闭合后接触面间隙不超过0.15mm。（4）发动机在常温下正常工作时，起动三次允许拉动起动绳三回。其中至少有一回起动成功。若发动不着或起动困难，应找出原因，排除故障后，才能继续使用。（5）工作过程中要经常注意紧固联接件。按修剪质量情况及时调整刀片间隙或更换损坏零件。不允许带着故障工作。（6）修剪后的质量应平整，基本无漏剪、撕裂率小于10。5茶树修剪机的操作顺序5.1修剪机的操作顺序（1）加油。将无铅汽油（二行程机器）和机油按容积比为25：1的比例混合。将油充入油箱。加油时切记关闭发动机。（2）起动：1）把发动机开关拨到“开”（ON）的位置。2）推动注油阀，直到溢油管中有油液流动。3）拉起动绳起动（或起动器）。（3）把阻塞杆拨到半开的位置，让发动机空转3-5分钟。（4）把阻塞杆拨到“开”（ON）的位置，轻轻地捏紧油门调节杠杆，然后突然松开，使得自锁解除。此时发动机按额定转速正常工作。（5）开始修剪绿篱时应保持平顺整齐，高低一致。一般把修剪机向下倾斜5-10（度）。相对修剪对象引成微少倾角能使修剪省力，轻便，并确保具有较好的剪切质量。（6）要保持操作者身体处在汽化器一侧，绝不允许处于排气管一端，以免被废气烫伤。（7）按工作需要调节控制油门（即转速）。发动机运转速度过高是不必要的。（8）工作完毕后停机，关闭油门。清洁外壳。待用。6茶树修剪机的维护保养要点6.1维护保养要点（1）机具在使用前、使用中和使用后都要对各部件进行仔细检查。如发现机件损坏和紧固件松动、脱落，应及时更换与调整。不允许机具带病或缺件作业。 （2） 刀片每工作12小时要用机油润滑一次。每使用2030小时，给齿轮箱加注ZFG2复合钙基润滑脂一次。 （3） 修剪机最大的剪枝直径应不超过10毫米。作业中如剪到较粗的树枝或异物，感到机具声音异常，振动较大，应迅速关机，排出异物。 （4） 每工作50小时要用清洗剂或洗衣粉清洗空气滤芯器海绵，挤干，晒干。每工作150小时后清除火花塞积炭；每工作3个月后更换燃油过滤器一次; （5） 每天使用后，要清洁机体，用清水洗净刀片上的茶汁，擦干后在油孔中注入机油。 （6）机具长期停放，应清除机体表面灰尘、杂物。放出油箱燃油。拆下火花塞，清除积炭，将缸内注入几滴清洁机油。装上火花塞，包装好置放干燥处。6.2操作使用要点（1） 使用前，要认真熟读随机使用说明书。并熟悉机械结构和性能，掌握开关机程序、刀片间隙调整、注意事项以及操作要领。 （2）机具所用燃料，使用90号汽油与二冲程汽油机专用机油，并按25：1（新机具最初20小时为20：1）的容积比配制，混合均匀后使用。不允许使用代用汽油与机油，或改变汽油与机油的配比。 （3）机械起动：起动前先按几次手油泵，使燃油进入化油器，把空气排出，再把油门打开1/21/3，适当关闭风门，用力按住汽油机，拉动起动绳。起动后，打开阻风门，逐渐加大油门使其其正常运转后，开始工作。 （4）停机时，先将油门置于低速位置，然后关闭汽油机。注意汽油机不能在低速运转时进行修剪作业，也不能在高速运转时突然停车，以防机件损坏。 （5）使用双人修剪机进行作业时，应根据人的高矮和茶树行的高、宽度，将机具把手调节到最佳位置，再行机剪。 （6）作业时要注意人、机安全。机手与辅助人员要密切配合。调头、换行等非有效作业时要关小油门，停止刀片运转，以防伤人。休息时一定要停机。作业时要高度注意茶树上的金属及坚硬物体，应在平时或事前清除，以免损坏刀具。7 茶叶修剪机 采茶机故障排除方法7.1起动机故障排除方法7.1.1起动困难故障排除方法（1）启动困难故障排除方法故 障原 因排 除火花塞无火花火 花 塞火花塞电极受潮火花塞电极积碳或油污火花塞绝缘体破裂、绝缘不良火花塞电极间隙过小或过大火花塞电极烧损干 燥清 除更 换调整为0.60.7毫米更 换磁 电 机线圈破损（初级、次级）电容器击穿线圈绝缘不良、受潮断电器触点烧损、脏污线圈断线活动触点弹簧失效断电器触点间隙不合适点火控制盒内可控硅或二极管击穿更换或修理更 换更换或烘干修磨、清洁或更换更 换更 换调整为0.30.4毫米更换控制盒停机开关停机开关损坏造成短路更 换火花塞有火花压缩良好供气正常吸入燃油过多燃油过浓使用劣质燃油排除火花室积油调整汽化器主油针换用优质燃油供气正常但压缩不良气缸、活塞或活塞环磨损气缸或曲轴箱结合面漏气火花塞松动更 换上紧螺栓、修理结合面，更换密封垫拧 紧汽化器内没有燃油油箱没有油滤油网太脏加 油清 洗供油不正 常油管或油箱开关堵塞汽化器针阀或主量孔堵塞清洗疏通清洗疏通其 它点火提前角不对重新调整表7-1（2）停机困难的排除方法故 障原 因排 除停机困难火花塞电极烧红停机开关损坏停机开关接地不良停机线脱落气缸、活塞由于积碳而烧红清洁火花塞，调整间隙到0.60.7毫米更 换检查并可靠接地装 好清除气缸、活塞等处的积碳表7-2（3）功率不足的排除方法故 障原 因排 除压缩不良空气滤清器芯堵塞油管接头等处漏入空气汽化器有空气进入燃油中有水混入活塞滑动不畅排气管积碳清洗滤芯仔细对正并拧紧螺母拧紧螺丝或更换密封垫换用清洁燃油用细沙纸打摩摩擦处清 除 过热混合气浓度太稀混合油中机油比例太小冷却风扇或气缸外表过脏点火提前角太小燃油中机油不好汽油机超负荷调节汽化器主油针卡簧按规定重新配制混合油清 洁重新按要求调整使用二冲程专用机油或优质车用机油减轻负荷声 音异 常使用了劣质燃油燃烧室积碳换用优质燃油清除积碳其 它火花塞火花太弱风门开度太小检查原因并排除开大风门表7-3（4）运转中自行停机的排除方法故 障原 因排 除突然停机火花塞脱出活塞卡住火花塞电极积碳严重磁电机故障装 好修理或更换清除积碳拆开检修缓慢停机燃油用完汽化器故障油箱盖通气孔堵塞燃油中有水混入添 加检查汽化器各油孔是否畅通导 通换用清洁燃油表7-47.2修剪机、采茶机故障及排除方法7.2.1修剪机茶树机故障及排除方法（1） 在汽油机中速运转时（40005000转/分），单人修剪机和双人修剪机刀片不运动，其原因是飞块摩擦离合器的摩擦片因润滑脂进入而打滑。处理方法是拆下汽油机与减速箱体连接的4只螺钉，将整只汽油机取下，用汽油清洗离合器从动盘并擦去摩擦片（飞块）的油污，等干燥后装回。 （2） 单人采茶机刀片不运转的原因是：飞块摩擦离合器飞块摩擦片磨损，弹簧挂勾脱落；软轴一端插销脱出。处理方法是：A、清除离合器油污，挂上或更换弹簧。B、拧松汽油机一端软管接头螺母，将半园头插销插入。C、拆开减速器下盖，将连杆重新装好。 （3）单人采茶机风机不运转时的原因是：传动三角皮带磨损伸长；张紧轮没有压紧。处理方法是：A、更换三角皮带。B、压紧张紧轮。 （4）双人采茶机刀片不运转时的原因是：传动三角皮带磨损并伸长，当张紧轮压紧皮带后刀片仍然不运转；刀片螺钉拧得太紧而引起三角皮带打滑。处理方法是：A、更换三角皮带。B、重新调正刀片间隙。 （5）切割器切割不干脆利落、有拉断、折断、撕裂和切而不断的倒挂现象，其原因是：刀片间隙过大；刀片螺钉松动或脱落；刀片刃口变钝。处理方法是：A、调正刀片间隙。B、拧紧或装上刀片螺钉。C、拆下上下刀片用油石修磨。 （6）减速箱或偏心轮箱有异常噪音或冲击声，其原因是：缺少润滑油；润滑脂老化污染；有断枝梗、碎片等杂物混入。处理方法是：A、加注润滑油脂；B、清洗并更换润滑脂。 （7）双人采茶机集叶风力不足，原因是：风管连接处漏风；风管方位不对；风管末端积沉了许多杂物。处理方法是：A、紧固风管连接固定环；B、调正好风管的正确方位；C、取下风管末端的橡皮塞，清除杂物。8设计总结通过这次课程设计，把各方面的知识都融会贯通了，比如工艺上的问题，结构上的问题，制图和公差配合的问题，这样把各门学科联系起来了，并且在设计中参考了ISO新方案的设计原则和方案，使自己的思想紧紧跟上时的发展。公差的确定中也参照了国际（新、旧）标准，把它们灵活运用于设计之中。这次课程设计收效是很大的，但今后也会注意综合思考问题和解决问题能力的提高，尽可能在工作和学习中少走弯路，但决不能回避困难，遇到困难时要冷静思考，多看参考书，问老师和同学们，力争尽快解决问题，设计中的问题请老师多多指教。致谢经过设计这段时间的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声。由于本身学识和经验的匮乏，对茶树修剪机的认识还有很多的不足之处，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有老师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。这次毕业设计是在导师王涛老师的悉心指导和关怀下完成的。在本设计过程中王涛老师认真为我答疑解惑，定时检查督促我们的设计工作，仔细地纠正我们的错误，耗费了他大量心血。他开阔的视野，敏锐的思维，严谨的治学态度使我受益匪浅，在此谨向尊敬的导师表示深深的敬意和谢意！在设计的过程中，我的个人能力也得到了很大的锻炼和进步。在理论联系实际的问题，资料搜集，动手能力等方面都有了一定程度的提高，因此它不仅是我知识回顾和升华的过程，也是我人生挑战的一个重要过程。它凝聚了我大半学期的心血。它是艰苦努力的结果，更凝聚了老师和同学等许多人的关怀、帮助、期望与爱心。最后再次感谢在本次设计中给了我很大指导和关注的王老师以及我周围的老师和同学。参考文献1 京玉海，杨文，宋志良。机械制造基础。重庆大学出版社，2007.52 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