【正文】 行勻速行走，因此模紋修剪機的剪切裝置必須進(jìn)行線剪切，為了保證工作過程的順利和效率，剪切刃的選擇需要慎重，在螺旋剪切，鋸齒剪切，雙刃綠籬機等剪切機械中，我選擇了雙刃綠籬機的刀刃，該刀刃的零部件組成精密，傳動軸耐磨性強，傳動連接齒合精準(zhǔn)，運作流暢，可以修剪不同的植物，從而大大的提高了修剪效率。由于不同的模紋花壇要求的剪切力有所不同，設(shè)計時間有限，因此修剪機的動力，參考已經(jīng)比較成熟的綠籬機的相關(guān)參數(shù)。 行走部件的設(shè)計全自動模紋修剪機的行走部件是此次設(shè)計最重要的部分。因此變對修剪機提出了較為苛刻的要求：首先，模紋修剪機必須在灌木上行走而不能對花壇造成損傷；其次，模紋修剪機必須在花壇中實現(xiàn)自走，自行轉(zhuǎn)彎以及差速行駛等動作；第三，模紋修剪機的重量應(yīng)滿足土地的承受能力，雖然地面有一定的承受能力，但是對地壓強不能過大。首先，在工作過程中，由于機械處于半懸空狀態(tài)，不能對地面進(jìn)行碾壓，因此必須采用特殊輪系，我們可以試著將輪系分為兩部分設(shè)計。由于行走系使整個機械平穩(wěn)前進(jìn)，因此行走系的上部必須是保持水平運動，顯而易見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程中履帶底部與地面始終保持平行的特點，將輪系的上半部設(shè)計為仿履帶式結(jié)構(gòu)。但是由于履帶是軟性傳動，在行進(jìn)中必然會產(chǎn)生前傾、偏移和履帶變形等情況，造成模紋修剪機的不穩(wěn)定。對履帶的支撐架進(jìn)行改造，對履帶進(jìn)行約束，從而保證修剪機運動的穩(wěn)定。全自動模紋修剪機根據(jù)設(shè)計要求有四種運動形式，因此行走系的傳動設(shè)計比較復(fù)雜。停止是指在下達(dá)停止命令時修剪機必須立即停止，需要關(guān)閉柴油機的同時消滅修剪機前行中的慣性，兩種勻速前進(jìn)速度分別為非工作和工作速度，切換時必須平穩(wěn)。 實現(xiàn)差速行駛的設(shè)計方案履帶式行走系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向是一側(cè)停止，另一側(cè)運動，從而產(chǎn)生差速使機械轉(zhuǎn)彎。而汽車的轉(zhuǎn)向器和差速器顯然不能應(yīng)用在模紋修剪機上。運動中的變速需要使用到離合器和齒輪箱。齒輪箱參考機床齒輪箱進(jìn)行設(shè)計，由電磁體實現(xiàn)齒輪的變換，從而達(dá)到轉(zhuǎn)速的改變。 全自動模紋修剪機裁剪枝葉的處理方案在修剪過程中產(chǎn)生的枝葉，可以進(jìn)行收集或者直接還之于花壇。這樣既優(yōu)化了模紋修剪機，又能達(dá)到處理廢枝葉的目的。根據(jù)估算情況及其受力分析，即可按強度理論對工作裝置主要構(gòu)件進(jìn)行強度校核，為簡化計算，選定危險截面最大受力情況，大致得出剪切力和剪切阻力及其分布。刀刃的下刀刃是靜片，下刀刃與支撐架焊接在一起，以保證其固定不動，刀刃的上刀片是動片，由連桿4帶動其進(jìn)行左右往復(fù)平移，使上下刀刃產(chǎn)生相對移動。工作時，啟動柴油機，通過變速將動力通過皮帶傳達(dá)到修剪部的帶輪上，如圖所示的通過傳動軸1傳遞動力，通過錐齒輪2改變傳動方向，然后帶動下部底部齒輪3調(diào)節(jié)好道具的高度，傳遞到傳動齒輪6進(jìn)行增速并帶動連桿4進(jìn)行運動，通過凸輪連桿機構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為刀具所需要的平移運動，上刀刃與下刀刃相對移動產(chǎn)生剪切力，對花壇進(jìn)行修剪。在在實際修剪作業(yè)中，由于所需修剪植物屬性、修剪高度等不同，修剪部可以進(jìn)行拆卸進(jìn)行切換，模紋修剪機的修剪可以使多樣性的、靈活性的。全自動模紋修剪機的刀刃設(shè)計是基于綠籬機的修剪方式產(chǎn)生的，由于綠籬機修剪的綠籬的強度往往大于模紋花壇中小灌木的修剪強度，因此我們可以修改其傳動裝置，采用其刀片，既能保證修剪的效率，又能保證刀具的各方面參數(shù)達(dá)到修剪要求。根據(jù)全自動模紋修剪機的整體長寬數(shù)據(jù)，按最效率的設(shè)計將模紋修剪機的刀具長度選為900mm（修剪機前部正常工作的最大寬度）參考相關(guān)書籍和綠籬機數(shù)據(jù)，初選刀具幾何和組合是專為重型齒輪修剪。刀片運動型式為單刀運動，刀片長度L1=750 mm，刀刃齒距L2= 35 mm，刀刃厚度d=，速度調(diào)節(jié)模式為無調(diào)整式。 修剪裝置的運動分析修剪部的工作，動力由傳動齒輪6傳遞至連桿4，連桿4將力傳遞給刀具上刀刃，從而與下刀刃相對移動產(chǎn)生剪切力。因此，刀具處連桿給予刀具的力為Fb2=Fa3。Cos∠a （33）Fb3= Fb2Cos∠a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；連桿的長度越長傳遞動力的效率越高，反之則效率降低。已達(dá)到傳遞效率的最優(yōu)化。為了簡化設(shè)計，就不再對刀具的受力及危險截面的受力進(jìn)行分析。上下刀刃之間由凹槽想連接，以保證上刀刃的運動保持水平左右運動，而不會產(chǎn)生偏動或變位。如圖33所示：圖33 修剪機修剪部刀頭設(shè)計4 行走裝置的運動分析及設(shè)計全自動模紋修剪機靠柴油機提供動力，在工作過程中，機械處于半懸空狀態(tài)，不能對地面進(jìn)行碾壓，必須采用特殊輪系四種運動形式；運動的四種行進(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)。這樣我們應(yīng)該想到模紋修剪機的行走只有兩種情況：一是懸空行走，如：吊車或懸掛梁；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)。我們不得不選擇更合理的局部支撐方式，即全自動模紋修剪在行走過程中與地面的接觸是點接觸，行進(jìn)屬于點挪移方式，而非線型前進(jìn)。雖然模紋花壇相較于普通土質(zhì)路面較為結(jié)實，但是全自動模紋修剪機使用柴油機、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。底部的支撐片可以繞圓柱銷范圍移動，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。 行走裝置的設(shè)計方案底部采用TRIZ理論進(jìn)行設(shè)計，參照仿生學(xué)水黽的水上行走，將行走系下部設(shè)計成為柱狀支撐體。 履帶支撐體的設(shè)計方案在這里我們著重解決兩方面的問題：第一，履帶式前進(jìn)的轉(zhuǎn)彎，正常履帶轉(zhuǎn)彎將對花壇造成破壞性影響；第二，履帶屬于軟性傳動，在行進(jìn)中必然會產(chǎn)生前傾、偏移和履帶變形等情況，造成模紋修剪機的不穩(wěn)定。履帶的轉(zhuǎn)彎我們可以在后面的差速設(shè)計中解決。如圖42所示：圖42 履帶支撐約束裝置設(shè)計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)中必然不會產(chǎn)生前傾、偏移和履帶變形等情況，使模紋修剪機穩(wěn)定的以各種狀態(tài)行駛。但是由于使用柴油機、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。模紋修剪機的履帶支撐屬于約束支撐，普通的履帶板狀連接會造成內(nèi)部摩擦力過大、難以行駛、磨損嚴(yán)重等缺點。我們可以參照支架支撐的設(shè)計，對其進(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。整機重量較重，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模紋修剪機的行走設(shè)計。 履帶零部件的確定驅(qū)動輪時將轉(zhuǎn)動軸傳來的動力通過相互咬合來傳遞給履帶，因此驅(qū)動輪應(yīng)該與履帶嚙合正確。由于模紋修剪機屬于小型履帶，屬于創(chuàng)新設(shè)計，因此沒有標(biāo)準(zhǔn)的履帶驅(qū)動輪，驅(qū)動輪齒塊也無專門標(biāo)準(zhǔn)，借鑒履帶式推土機驅(qū)動輪齒塊標(biāo)準(zhǔn)JB/T 。驅(qū)動輪每轉(zhuǎn)一周