全自動(dòng)模紋修剪機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-13 21:52 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 熟，且修剪要求不大，因此我通過(guò)查閱對(duì)比國(guó)內(nèi)外的相關(guān)綠籬機(jī)刀具的參數(shù)，選定適中的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)全自動(dòng)模紋修剪機(jī)的整體長(zhǎng)寬數(shù)據(jù)，按最效率的設(shè)計(jì)將模紋修剪機(jī)的刀具長(zhǎng)度選為900mm（修剪機(jī)前部正常工作的最大寬度）參考相關(guān)書(shū)籍和綠籬機(jī)數(shù)據(jù)，初選刀具幾何和組合是專(zhuān)為重型齒輪修剪。用刀片切割速度可以達(dá)到極高的往返速度。刀片運(yùn)動(dòng)型式為單刀運(yùn)動(dòng)，刀片長(zhǎng)度L1=750 mm，刀刃齒距L2= 35 mm，刀刃厚度d=，速度調(diào)節(jié)模式為無(wú)調(diào)整式。此修剪刀具可以保證在前進(jìn)修剪過(guò)程中可以全面的修剪花壇。 修剪裝置的運(yùn)動(dòng)分析修剪部的工作，動(dòng)力由傳動(dòng)齒輪6傳遞至連桿4，連桿4將力傳遞給刀具上刀刃，從而與下刀刃相對(duì)移動(dòng)產(chǎn)生剪切力。以此便能對(duì)其進(jìn)行力學(xué)分析，得到如圖32所示的受力分析：圖32 修剪機(jī)修剪部受力草圖如圖所示，由齒輪的嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)連桿產(chǎn)生作用力，作用力Fa2方向沿著齒輪的切線(xiàn)方向，力作用與連桿，因此對(duì)其進(jìn)行受力分析得到Fa2=Fa1+Fa3 （31）其中Fa3的力沿著連桿傳遞給刀具與連桿的交接螺栓處。因此，刀具處連桿給予刀具的力為Fb2=Fa3。而將Fb2進(jìn)行分解可以得到Fb2= Fb1+Fb3 （32）參照力矢量關(guān)系我們可以得到Fa3= Fa2Cos∠a （33）Fb3= Fb2Cos∠b= Fa2Cos∠aCos∠b （34）式中：A：Fa3和Fa2間的夾角；b：Fb2和Fb3間的夾角；因此我們可以發(fā)現(xiàn)力的傳遞跟連桿和刀具間的夾角有函數(shù)關(guān)系，而且連桿長(zhǎng)度和傳遞齒輪和刀具見(jiàn)距離有函數(shù)關(guān)系。傳遞齒輪與刀具間距離越小力的傳遞效率越高，反之則傳遞效率低；連桿的長(zhǎng)度越長(zhǎng)傳遞動(dòng)力的效率越高，反之則效率降低。因此設(shè)計(jì)時(shí)，在條件允許的范圍內(nèi)，我們應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)募娱L(zhǎng)連桿的長(zhǎng)度和減小傳遞齒輪于刀具間的距離。已達(dá)到傳遞效率的最優(yōu)化。在刀具的勻速前進(jìn)修剪過(guò)程中，由于修剪是均勻分布的，因此對(duì)于各修剪刀口的受力幾乎是一樣的，根據(jù)現(xiàn)有的合格修剪刀具的參數(shù)，我們可以認(rèn)為，刀具是符合實(shí)際要求的，是經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的合格產(chǎn)品。為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，就不再對(duì)刀具的受力及危險(xiǎn)截面的受力進(jìn)行分析。另外，刀刃的下刀刃是靜片與支撐架焊接在一起，刀刃的上刀片是動(dòng)片由連桿4帶動(dòng)其進(jìn)行左右往復(fù)平移，使上下刀刃產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)。上下刀刃之間由凹槽想連接，以保證上刀刃的運(yùn)動(dòng)保持水平左右運(yùn)動(dòng)，而不會(huì)產(chǎn)生偏動(dòng)或變位。連接間可在內(nèi)部裝如小鋼珠以減少摩擦力并固定刀具。如圖33所示：圖33 修剪機(jī)修剪部刀頭設(shè)計(jì)4 行走裝置的運(yùn)動(dòng)分析及設(shè)計(jì)全自動(dòng)模紋修剪機(jī)靠柴油機(jī)提供動(dòng)力，在工作過(guò)程中，機(jī)械處于半懸空狀態(tài)，不能對(duì)地面進(jìn)行碾壓，必須采用特殊輪系四種運(yùn)動(dòng)形式；運(yùn)動(dòng)的四種行進(jìn)狀態(tài)分別是：停止、5km/h勻速前進(jìn)、3km/h勻速前進(jìn)和轉(zhuǎn)彎前進(jìn)。 輪系裝置的設(shè)計(jì)方案由前面的設(shè)計(jì)分析我們可以得到對(duì)于模紋修剪機(jī)我們有很多特殊的要求，首先，在工作過(guò)程中，由于機(jī)械處于半懸空狀態(tài)，不能對(duì)地面進(jìn)行碾壓，因此必須采用特殊輪系。這樣我們應(yīng)該想到模紋修剪機(jī)的行走只有兩種情況：一是懸空行走，如：吊車(chē)或懸掛梁；二是局部支撐，采用局部支撐的方式，如：仿生蜘蛛腿或支架挪移前進(jìn)。而由于模紋花壇較大，考慮到修剪的簡(jiǎn)便效益問(wèn)題。我們不得不選擇更合理的局部支撐方式，即全自動(dòng)模紋修剪在行走過(guò)程中與地面的接觸是點(diǎn)接觸，行進(jìn)屬于點(diǎn)挪移方式，而非線(xiàn)型前進(jìn)。因此我們得到底部支撐如圖41所示：圖41 行走輪系支柱式設(shè)計(jì)此設(shè)計(jì)利用支柱式支撐住模紋修剪機(jī)的機(jī)體，使其可以自由在上面進(jìn)行工作，而不會(huì)對(duì)花壇小灌木造成損壞。雖然模紋花壇相較于普通土質(zhì)路面較為結(jié)實(shí)，但是全自動(dòng)模紋修剪機(jī)使用柴油機(jī)、減速器以及鋼質(zhì)支撐架等較為沉重的部件，造成其自身重量非常大，多支柱也未必能很好的起到平穩(wěn)支撐作用。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)底部的鐵片進(jìn)行輔助支撐，可以有效的將分散力的分布，從而減小模紋修剪機(jī)對(duì)于地面的壓強(qiáng)，保證其不會(huì)因?yàn)橄孪莸仍斐勺冃?。底部的支撐片可以繞圓柱銷(xiāo)范圍移動(dòng)，從而不論支柱與地面的角度為多少，支撐片始終與地面相接觸并平行。而且，在支撐片與灌木頂部枝葉接觸時(shí)也會(huì)因?yàn)槭芰η闆r，產(chǎn)生傾斜運(yùn)動(dòng)，減少對(duì)植株造成的影響。 行走裝置的設(shè)計(jì)方案底部采用TRIZ理論進(jìn)行設(shè)計(jì)，參照仿生學(xué)水黽的水上行走，將行走系下部設(shè)計(jì)成為柱狀支撐體。要使行走系使整個(gè)機(jī)械平穩(wěn)前進(jìn)，因此行走系的上部必須是保持水平運(yùn)動(dòng)，顯而易見(jiàn)的我們必須拋棄輪式結(jié)構(gòu)，在這里，我們參照履帶式的行走過(guò)程中履帶底部與地面始終保持平行的特點(diǎn)，將輪系的上半步設(shè)計(jì)為仿履帶式結(jié)構(gòu)，從而得到整個(gè)輪系的組成。 履帶支撐體的設(shè)計(jì)方案在這里我們著重解決兩方面的問(wèn)題：第一，履帶式前進(jìn)的轉(zhuǎn)彎，正常履帶轉(zhuǎn)彎將對(duì)花壇造成破壞性影響；第二，履帶屬于軟性傳動(dòng)，在行進(jìn)中必然會(huì)產(chǎn)生前傾、偏移和履帶變形等情況，造成模紋修剪機(jī)的不穩(wěn)定。因此必須對(duì)其進(jìn)行更深層的改造，已達(dá)到滿(mǎn)足在花壇中行走的要求。履帶的轉(zhuǎn)彎我們可以在后面的差速設(shè)計(jì)中解決。針對(duì)履帶的軟性，我們可以參考吊掛式傳送鏈，對(duì)履帶進(jìn)行約束，使其只能進(jìn)行前后移動(dòng)而不能存在其他自由度，以使修剪機(jī)運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定。如圖42所示：圖42 履帶支撐約束裝置設(shè)計(jì)底部平行支撐處的履帶行進(jìn)，采用此約束裝置，可以支撐約束履帶的行進(jìn)，已達(dá)到我們希望得到的在行進(jìn)中必然不會(huì)產(chǎn)生前傾、偏移和履帶變形等情況，使模紋修剪機(jī)穩(wěn)定的以各種狀態(tài)行駛。 履帶的設(shè)計(jì)方案模紋修剪機(jī)屬于中型園林機(jī)械，其支柱式行走必然限制了整機(jī)的重量。但是由于使用柴油機(jī)、減速器以及鋼質(zhì)支撐架等較為沉重的部件，造成其自身重量非常大。因此我們必須優(yōu)化設(shè)計(jì)所有部件，以最大化的減小其重量為目標(biāo)。模紋修剪機(jī)的履帶支撐屬于約束支撐，普通的履帶板狀連接會(huì)造成內(nèi)部摩擦力過(guò)大、難以行駛、磨損嚴(yán)重等缺點(diǎn)。因此我們必須重新設(shè)計(jì)履帶的帶板，并使其與支撐柱結(jié)合在一起。我們可以參照支架支撐的設(shè)計(jì)，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，在安全承受支撐力的前提下，減少鋼材應(yīng)用。如圖43所示：圖43 履帶單節(jié)設(shè)計(jì)方案以上履帶帶板的邊有四個(gè)輪子，能與支撐架產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦，從而可以最大限度的減少能量消耗，從而達(dá)到效率最大化。整機(jī)重量較重，但是多節(jié)共同支撐可以有效的減少每節(jié)履帶帶板所需分擔(dān)的壓力，因此看似脆弱的履帶帶板足以保證全自動(dòng)模紋修剪機(jī)的行走設(shè)計(jì)。單節(jié)履帶帶板間有前后兩輪間用剛性連接裝置連接，以使履帶的前進(jìn)過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生變形或偏差。 履帶零部件的確定驅(qū)動(dòng)輪時(shí)將轉(zhuǎn)動(dòng)軸傳來(lái)的動(dòng)力通過(guò)相互咬合來(lái)傳遞給履帶，因此驅(qū)動(dòng)輪應(yīng)該與履帶嚙合正確。為減少磨損和功率損失，將驅(qū)動(dòng)輪置于后
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