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氣 動(dòng) 高 枝 剪 的 設(shè) 計(jì) 摘要 本次 設(shè)計(jì)氣 動(dòng)高枝 剪是根 據(jù)汽 缸推動(dòng) 連接桿 帶動(dòng)剪 刀工作 剪斷樹(shù) 枝 結(jié) 合 氣動(dòng)射釘槍控制氣流變化的原理進(jìn)行設(shè)計(jì)的 國(guó)內(nèi)外目前使用的氣動(dòng)修枝剪品種 有很多 這些氣動(dòng)修枝剪可以適合各種樹(shù)木 包括工業(yè)用材林和果樹(shù) 的修剪 但是針對(duì)高大樹(shù)木就會(huì)有一些局限性 而且使用的動(dòng)力也是多種多樣的 因此設(shè) 計(jì)出一款適合高大樹(shù)木修剪 采用的動(dòng)力系統(tǒng)能適合農(nóng)戶作業(yè)要求的修枝剪是很 重要的 本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于汽缸與剪刀之間的連接裝置 通過(guò)對(duì)氣流的調(diào)節(jié) 使 剪刀具有一定的剪切力 剪斷樹(shù)枝 氣動(dòng)高枝剪可以大大減輕農(nóng)戶的作業(yè)強(qiáng)度 該結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕 可伸縮的調(diào)節(jié)桿可以用于各類(lèi)型樹(shù)枝的修剪工作 配以一些輔助 設(shè)計(jì) 可以滿足直徑在 15mm 30mm 樹(shù)枝的修剪工作 關(guān)鍵 詞 氣動(dòng) 剪切機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì) The Des ign of Pneumat ic High Branch Scissors The graduation design is the design of pneumatic high branches scissors Along with our country the strength of farmland increase gradually in order to reduce the labor intensity pruning branches farmers design a kind of new pneumatic fruit trees pruned machine This machine structure is simple light quality telescopic link rod can expand the scope of the operation this pruning machine is mainly by cylinder telescopic locking mechanism guide spacer institutions knives connecting rod composition This topic is main content pneumatic high branches scissors profile and the research situation pneumatic technology application in fruit pruning shears cylinder selection guide spacer component design lock positioning device design move the specific work process them cut This machine can trim below the 30mm in diameter of fruit tree branches clip homework operating quality complies with agricultural demands Key word Pneumatic Rotary shearing mechanism design 目 錄 1 引言 5 2 氣動(dòng)高枝剪簡(jiǎn)介及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 6 2 1 氣動(dòng)高枝剪簡(jiǎn)介 6 2 2 氣動(dòng)高枝剪的原理與過(guò)程 6 2 3 氣動(dòng)高枝剪在國(guó)內(nèi)外的代表型號(hào)和研究狀況 7 2 4 現(xiàn)在使用的高枝剪存在的問(wèn)題 7 2 5 設(shè)計(jì)的內(nèi)容 要求及研究意義 8 3 氣動(dòng)技術(shù)在果樹(shù)修枝剪中的應(yīng)用 8 3 1 單作用氣缸與傳統(tǒng)氣動(dòng)修枝剪原理 8 3 2 串聯(lián)氣缸與新型氣動(dòng)修枝剪原理 9 4 氣動(dòng)高枝剪的設(shè)計(jì) 11 4 1 氣缸的選擇 11 4 1 1 氣缸理論輸出拉力計(jì)算 11 4 1 2 氣缸直徑的計(jì)算 12 4 1 3 驗(yàn)算所選氣缸 13 4 1 4 氣缸耗氣量的計(jì)算 15 5連接機(jī)構(gòu)的計(jì)算 17 5 1 汽缸與連接桿 1 的計(jì)算 17 5 2 連接桿 1 與剪刀之間的連接機(jī)構(gòu)連接桿 2 的計(jì)算 19 5 3 汽缸與伸縮桿之間的連接汽缸與伸縮桿連接件設(shè)計(jì) 20 5 4 汽缸復(fù)位裝置的設(shè)計(jì) 21 5 5 剪刀支撐座的設(shè)計(jì)方法 21 6 伸縮桿氣流控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 23 6 1 氣動(dòng)高枝剪伸縮桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 24 7 剪刀的設(shè)計(jì) 26 8 總結(jié) 27 9 致謝 28 參考文獻(xiàn) 29 1 引言 樹(shù)枝的修剪是各種水果生產(chǎn)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié) 它關(guān)系到樹(shù)木的長(zhǎng)勢(shì) 水果 的產(chǎn)量以及質(zhì)量的高低 目前 國(guó)內(nèi)的果樹(shù)修枝工作基本上靠人工使用手動(dòng)修枝 剪和手鋸來(lái)完成 尤其是對(duì)于比較高的樹(shù)枝 修剪時(shí)需要登梯作業(yè) 這種方式勞 動(dòng)強(qiáng)度大 效率低 而且還具有一定的危險(xiǎn)性 為了改變這種落后的生產(chǎn)方式 設(shè)計(jì)了一種氣動(dòng)果樹(shù)修枝剪 本課題設(shè)計(jì)的果枝剪采用了氣動(dòng)技術(shù) 氣缸是氣動(dòng)技術(shù)中最基礎(chǔ)的組件之 一 它將壓縮空氣的動(dòng)力轉(zhuǎn)換為機(jī)械作用力 是氣動(dòng)技術(shù)中使用最多的執(zhí)行組件 根 據(jù)使用條件不同 其結(jié)構(gòu) 形狀也有多種形式 最常用的分類(lèi)就是根據(jù)作用力 的 方向?qū)⑵浞譃閱巫饔脷飧缀碗p作用氣缸 果樹(shù)修枝剪是果樹(shù)剪枝作業(yè)中最常用的工具 由于果林修枝作業(yè)時(shí)間集中 勞動(dòng)強(qiáng)度大 人們發(fā)明了動(dòng)力修枝機(jī)具 氣動(dòng)修枝剪就是氣動(dòng)技術(shù)應(yīng)用在果林修 枝領(lǐng)域的新產(chǎn)品 氣動(dòng)修枝剪以其省力 高效 耐用等特點(diǎn)在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家得到 廣泛應(yīng)用 近年來(lái)我國(guó)也有部分地區(qū)引進(jìn) 推廣和應(yīng)用 隨著氣缸技術(shù)的發(fā)展 氣動(dòng)修枝剪也在不斷的應(yīng)用新的氣動(dòng)技術(shù) 從傳統(tǒng)的氣動(dòng)修枝剪到新型的氣動(dòng)修 枝剪 朝著輕便 強(qiáng)勁 操作舒適等方向發(fā)展 本論文就氣動(dòng)技術(shù)在氣動(dòng)修枝剪 中的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要論述 本課題研究的氣動(dòng)高枝剪是一種伸縮型氣動(dòng)修枝剪 包括由剪刀片和剪架體 構(gòu)成的剪刀機(jī)構(gòu) 其中 一相互套疊可伸縮的內(nèi)管和外管 內(nèi)管前端裝置剪刀機(jī) 構(gòu) 外管前端裝置鎖緊定位裝置 外管的后端裝置動(dòng)力源 即氣缸 氣缸的活塞 與一貫穿于伸縮桿內(nèi)的操縱連桿的一端固裝 該操縱連桿的另一端與剪刀機(jī)構(gòu)的 驅(qū)動(dòng)臂連接 一導(dǎo)向定距構(gòu)件緊配合裝置在內(nèi)管里 該機(jī)構(gòu)具有借由固定板固裝 在下連桿上的導(dǎo)向套 導(dǎo)向套上留有引導(dǎo)鎖緊定位裝置上的定位銷(xiāo)定向滑動(dòng)的導(dǎo) 向槽 可受鎖緊定位裝置上的定位銷(xiāo)觸壓的彈簧片和下連桿依次固裝在固定板 上 緊固彈簧片和下連桿的汽缸與伸縮桿連接件凸伸形成定位銷(xiāo) 與上連桿的定 位孔配合實(shí)現(xiàn)連桿鎖定 2 氣動(dòng) 高枝 剪簡(jiǎn)介 及國(guó) 內(nèi)外研 究現(xiàn) 狀 2 1 氣 動(dòng)高枝 剪簡(jiǎn)介 林果業(yè)迅速的發(fā)展 帶動(dòng)了農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展 給農(nóng)民奔小康 增加了一條路 但是 目前果樹(shù)管理基本上處于人工操作 相對(duì)制約了林果業(yè)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展 實(shí) 現(xiàn)果樹(shù)管理機(jī)械化是果農(nóng)的迫切要求 在果樹(shù)管理中 剪枝是一項(xiàng)主要環(huán)節(jié) 人 工剪枝每天只能剪 20 30棵樹(shù) 且修剪時(shí)撕裂果樹(shù)枝現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生 高枝修剪需 用梯子或爬樹(shù) 增加了操作危險(xiǎn)性 此外 人工剪枝時(shí)的攀登還容易造成樹(shù)干或 主枝傷斷 影響果樹(shù)產(chǎn)量 應(yīng)用氣動(dòng)剪枝機(jī)不但比人工提高工效1 2倍 而且也 能避免人工剪枝出現(xiàn)的各種問(wèn)題 具有廣泛的推廣前景 該設(shè)備主要包括動(dòng)力源部分 工作件部分及配套附件 其中動(dòng)力源部分由汽 油機(jī)及壓縮氣泵組成 額定輸工作部件有氣動(dòng)低枝剪 氣動(dòng)高枝剪 氣動(dòng)低枝剪 氣動(dòng)割灌機(jī) 氣動(dòng)綠籬修剪機(jī) 氣動(dòng)油鋸等 低枝剪重量為550 790g 可剪直 徑 0 30mm的所有枝條 高枝剪重 2000g 可剪直徑 0 30mm的所有枝條 剪枝高度 可達(dá) 4m 綠籬修剪機(jī)重 3800g 剪幅為 550ram 油鋸重 200 可鋸直徑 200mm 以 下的枝干 害灌機(jī)重 2800g 各種工作部件所需工作氣壓均為 1 0MP 附件包括 高 壓輸氣管及快速接頭 每根高壓輸氣管長(zhǎng) 30m 可使操作者持工作部件遠(yuǎn)離動(dòng)力 氣 源進(jìn)行靈活作業(yè) 所有操作只需輕輕按動(dòng)控制手柄在瞬間完成 氣動(dòng)剪枝機(jī)能夠剪各類(lèi)不同樹(shù)種 樹(shù)齡的果樹(shù) 剪枝質(zhì)量達(dá)到和超過(guò)人工剪 枝質(zhì)量 工效提高 1 21 1 77倍 對(duì)樹(shù)齡長(zhǎng) 樹(shù)干較高 樹(shù)枝較粗的果樹(shù)剪枝時(shí) 生產(chǎn)成本低于人工剪枝成本 對(duì)剪枝量少 尤其是大枝剪量較少的果樹(shù)剪枝時(shí) 修剪成本與人工剪枝成本相當(dāng) 氣動(dòng)剪枝技術(shù)有廣泛的推廣應(yīng)用前景 2 2 氣動(dòng) 高 枝 剪的原 理與 過(guò)程 低矮的灌木以及較低的樹(shù)枝可以站在地面上通過(guò) 正常的工作來(lái)修剪 但是對(duì) 于較高的樹(shù)枝就毫無(wú)辦法 氣動(dòng)高枝剪可以通過(guò)調(diào)節(jié)伸縮桿的長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)不同高 度的剪切 首先將伸縮桿延展到合適的高度 將固定圓錐銷(xiāo)插入已加工好的圓孔 從而達(dá)到固定伸縮桿的長(zhǎng)度的要求 然后通過(guò)在伸縮桿尾部的氣流控制閥實(shí)現(xiàn)對(duì) 剪刀的剪切與閉合的控制 對(duì)于較高樹(shù)枝的剪切 不僅可以使林木的生長(zhǎng)高度增 加 也可以提高工業(yè)用林的成材率和果樹(shù)的結(jié)果率 2 3 氣動(dòng) 高枝 剪在國(guó) 內(nèi)外 的代表 型號(hào) 和研究 狀況 氣動(dòng)修剪機(jī)具在國(guó)外有一百多年的發(fā)展歷史 技術(shù)和產(chǎn)品已經(jīng)相當(dāng)成熟 目 前國(guó)外生產(chǎn)果樹(shù)氣動(dòng)修剪機(jī)具較為著名的廠商主要有瑞士的 FELCO 公司 意大 利的 C AMPAGNOLA 公司 LISAM 公司 日本的愛(ài)麗斯 A RS 公司等 我國(guó)臺(tái)灣有許多公司生產(chǎn)氣動(dòng)剪枝機(jī)及相關(guān)產(chǎn)品 大多數(shù)以生產(chǎn)氣動(dòng)修枝剪 為主包括吉生機(jī)械股份有限公司 泓沛興業(yè)有限公司 STORMTEK LeoChampion Enterprise 等公司 不但為其他國(guó)際知名企業(yè)代工生產(chǎn) 還研發(fā)自己的產(chǎn)品 并 有所創(chuàng)新 孫永勇 陳全欽設(shè)計(jì)的一種具有可調(diào)整延長(zhǎng)桿的氣動(dòng)剪 其內(nèi)置螺旋 狀可伸縮氣管 在延長(zhǎng)桿伸縮時(shí)氣管可隨之改變形態(tài)和長(zhǎng)度 并保證良好的氣密 性 這種設(shè)計(jì)不僅減輕了延長(zhǎng)桿的質(zhì)量 還大大降低了制造成本 由于國(guó)產(chǎn)氣動(dòng) 果樹(shù)剪枝機(jī)比國(guó)外引進(jìn)的剪枝機(jī)在價(jià)格上要低很多 所以在一些地區(qū)已逐漸被果 農(nóng)所接受 得到了推廣應(yīng)用 相信不久的將來(lái) 氣動(dòng)果樹(shù)剪枝機(jī)將得到快速發(fā)展 2 4 現(xiàn)在 使用 的高枝 剪存 在的問(wèn) 題 1 機(jī)具設(shè)計(jì)針對(duì)性不強(qiáng) 國(guó)內(nèi)氣動(dòng)剪枝機(jī)的生產(chǎn)剛剛起步 作為關(guān)鍵部件 的氣動(dòng)修枝剪還是以模仿國(guó)外的產(chǎn)品為主 產(chǎn)品品種還比較少 大多數(shù)產(chǎn)品以滿 足普通低矮樹(shù)木作業(yè)為主 最大修剪高度在5m 以下 最大修剪樹(shù)枝直徑為15 30mm 對(duì)高大樹(shù)木的修剪還缺乏相應(yīng)的產(chǎn)品 另外 許多產(chǎn)品的設(shè)計(jì)也沒(méi)有針 對(duì)本地區(qū)的作業(yè)需求做相應(yīng)的改進(jìn) 2 配套動(dòng)力不合理 存在資源浪費(fèi)現(xiàn)象目前國(guó)內(nèi)氣動(dòng)樹(shù)木剪枝機(jī)所使用的 空壓機(jī)絕大多數(shù)為工程用活塞式汽油 柴油 空氣壓縮機(jī) 沒(méi)有針對(duì)剪枝機(jī)的作 業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn) 在使用中發(fā)現(xiàn)許多問(wèn)題 如機(jī)器振動(dòng)大 能耗高 移動(dòng)不便等 同時(shí) 以拖拉機(jī)等其他農(nóng)用動(dòng)力機(jī)械作為配套動(dòng)力的氣動(dòng)剪枝機(jī)還很少 農(nóng)戶手 中大量的農(nóng)機(jī)動(dòng)力無(wú)法在這方面得到充分利用 動(dòng)力重復(fù)購(gòu)置 造成不必要的浪 費(fèi) 3 功能單一 動(dòng)力 氣源 系統(tǒng)利用率低除氣動(dòng)剪枝機(jī)以外 其他農(nóng)用氣動(dòng)工 具很少 動(dòng)力 氣源用途單一 在剪枝作業(yè)以外的時(shí)間大多閑置 2 5設(shè)計(jì) 的內(nèi) 容 要 求及 研究意 義 本次設(shè)計(jì)的剪切式氣動(dòng)高枝剪 能夠避免目前 高枝剪本身所具有的剪枝高 度低 功能單一等缺點(diǎn) 在剪刀上連接了一個(gè)汽缸使用空氣壓縮機(jī)提供動(dòng)力 降 低了勞動(dòng)強(qiáng)度 提高了作業(yè)效率 并且具有環(huán)境污染小和使用靈活等優(yōu)點(diǎn) 具有 廣闊的市場(chǎng)前景 本文通過(guò)給定條件最大剪枝直徑 30mm 對(duì)氣動(dòng)高枝剪的整體結(jié) 構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì) 包括汽缸的選用 壓縮機(jī)的選取和連接桿的計(jì)算等 本次設(shè)計(jì)主要 內(nèi)容是 折合不少于2 5張0號(hào)圖紙的工作量 包括 1 高枝剪的總裝圖 2 氣力傳動(dòng)方案等部件裝配圖 3 所有非標(biāo)零件圖 4 用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件 繪制高枝剪圖樣 和設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的撰寫(xiě) 3 氣動(dòng) 技術(shù) 在果 樹(shù) 修枝 剪中的 應(yīng)用 氣缸是氣動(dòng)技術(shù)中最基礎(chǔ)的組件之一 它將壓 縮空氣的動(dòng)力轉(zhuǎn)換為機(jī)械作用 力 是氣動(dòng)技術(shù)中使用最多的執(zhí)行組件 根據(jù)使用條件不同 其結(jié)構(gòu) 形狀也有 多種形式 最常用的分類(lèi)就是根據(jù)作用力的方向?qū)⑵浞譃閱巫饔脷飧缀碗p作用氣 缸 3 1 單作 用氣 缸與傳 統(tǒng)氣 動(dòng)修枝 剪原 理 單作用氣缸是氣缸中較為基礎(chǔ)的元件 它只有一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)是靠氣壓傳 動(dòng) 活塞的復(fù)位是靠彈簧力或自重或其他外力 其原理如圖 3 1所示 圖 3 1 單 作 用 氣 缸 簡(jiǎn) 圖 傳統(tǒng)的氣動(dòng)修枝剪的工作原理就是一個(gè)靠彈簧力復(fù)位的單作用氣缸 活塞桿 推動(dòng)的是剪刀組件中的動(dòng)刀運(yùn)動(dòng) 與定刀咬合 完成剪切動(dòng)作 氣動(dòng)修枝剪作 為一個(gè)手動(dòng)控制的氣動(dòng)工具 要求操作簡(jiǎn)單方便 如果使用雙 作用氣缸 則需要兩根進(jìn)氣管 會(huì)增加操作麻煩 事實(shí)上 修剪作業(yè)只是在剪切 時(shí)需要較大的力量 在回位時(shí)不需要多大的力量 因此 單作用氣缸完全能夠滿 足要求 圖3 2 a 所示的是傳統(tǒng)氣動(dòng)剪的結(jié)構(gòu)和組成 手操作不便 另外 該類(lèi)型的氣動(dòng)修枝剪在使用時(shí)對(duì)手臂有較大的反沖作用力 使操作者容易疲勞 為了解決這些問(wèn)題 出現(xiàn)了新型氣動(dòng)修枝剪 其工作原理如下 當(dāng)開(kāi)關(guān)閥 2 單向閥 按下時(shí) 壓縮空氣由氣接頭 12進(jìn)入 推動(dòng)內(nèi)置的活塞11運(yùn)動(dòng) 動(dòng)力由活塞桿9傳遞給剪刀組件中的動(dòng)刀5 動(dòng)刀5和定 刀 6咬合完成剪切樹(shù)枝動(dòng)作 動(dòng)作結(jié)束后 由回位彈簧 8將活塞 11頂回初始位置 并帶動(dòng)動(dòng)刀6回位 無(wú)桿腔內(nèi)空氣從開(kāi)關(guān)閥2的出氣口排除 該類(lèi)氣動(dòng)剪的代表就是如圖3 2 b 所示的意大利某公司的 F 4型傳統(tǒng)氣動(dòng) 修枝剪 該剪重量?jī)H為 790g 最高工作壓力為 1 0 MPa 最大剪切直徑可達(dá) 35mm 耗氣量為 80L mi n 該類(lèi)型的氣動(dòng)修枝剪為了增大推力 以能夠達(dá)到最大剪切直徑 在使用壓力 最高時(shí) 只能增加氣缸活塞直徑 就導(dǎo)致氣動(dòng)修枝剪手柄處直徑加大 從而使人 圖 3 2 氣 動(dòng) 剪 結(jié) 構(gòu) 圖 3 2 串聯(lián) 氣缸 與新型 氣動(dòng) 修枝剪 原理 新型氣動(dòng)修枝剪采用串聯(lián)氣缸工作原理 在同樣氣缸直徑的情況下可以增加 輸出推力 這對(duì)于手握式 手握直徑有限 普通人的最大手握直徑在 50 60mm 的氣動(dòng)修枝剪而言是非常重要的 串聯(lián)型氣缸也可稱為倍力型氣缸 它是兩個(gè)或多個(gè)單桿雙作用氣缸串聯(lián)在一 起 且兩個(gè)或多個(gè)活塞串聯(lián)在一根活塞桿上 其輸出推力為單個(gè)氣缸的兩倍或多 南京 林業(yè) 大學(xué)畢 業(yè)設(shè) 計(jì)說(shuō)明 書(shū) 10 倍 從而達(dá)到使用小缸徑而獲得較大輸出推力的效果 常用于氣動(dòng)壓力機(jī)上或要 求輸出推力較大 且安裝空間較小 不能增加氣缸缸徑 又允許增長(zhǎng)缸體長(zhǎng)度的 場(chǎng)合 如圖3 3 圖 3 3 串 聯(lián) 氣 缸 簡(jiǎn) 圖 該類(lèi)型的氣動(dòng)修枝剪的代表是瑞士某公司的 F70氣動(dòng)剪 圖 3 4a 其工作壓 力 0 7 1 5 MPa 長(zhǎng)度 260 mm 重量 710g 最大剪切直徑 30mm 耗氣量 24 50L min 與上述數(shù)據(jù)同樣重要的是其手柄處直徑僅為 42 mm 要達(dá)到同樣的推力 傳統(tǒng)型氣 動(dòng)剪手柄直徑在 55mm以上 還減小了氣缸作用時(shí)對(duì)手臂的反沖力 大大增加了 操作舒適度 圖 3 4 F70 氣 動(dòng) 修 枝 剪 南京 林業(yè) 大學(xué)畢 業(yè)設(shè) 計(jì)說(shuō)明 書(shū) 11 該氣動(dòng)剪的內(nèi)部結(jié)構(gòu)雖然采用串聯(lián)氣缸工作原理 但又有所不同 它由一個(gè) 單作用氣缸和一個(gè)彈簧復(fù)位的單作用氣缸串聯(lián)而成 如圖 3 4b 它有兩個(gè)進(jìn)氣 口 兩個(gè)進(jìn)氣口在內(nèi)部相通 兩個(gè)氣缸的復(fù)位均是靠彈簧力 這樣它仍然只需一 根進(jìn)氣管 保持了操作便利性 另外 它在結(jié)構(gòu)上將排氣口設(shè)計(jì)在剪刀后側(cè) 一 定程度上也減小了反沖力 南京 林業(yè) 大學(xué)畢 業(yè)設(shè) 計(jì)說(shuō)明 書(shū) 12 6 4 氣動(dòng) 高枝 剪的設(shè) 計(jì) 4 1 氣缸 的選 擇 4 1 1 氣缸 理論 輸出拉 力計(jì) 算 取樹(shù)枝的直徑 d 0 30mm 樹(shù)枝的許用剪切強(qiáng)度 3 0MPa 則樹(shù)枝的截面面積為 1 2 1 3 2 6 2 A d 0 4 3 14 30 10 4 706 85 10 m 則許用剪切力為 Fs A 3 10 706 85 10 6 N 2120 55N 剪刀的的受力如下圖 4 1 所示 南京 林業(yè) 大學(xué)畢 業(yè)設(shè) 計(jì)說(shuō)明 書(shū) 13 圖 4 1 剪 刀 的 受 力 圖中 F0 氣缸的理論輸出拉力 F1 定刀片產(chǎn)生的支撐力 南京 林業(yè) 大學(xué)畢 業(yè)設(shè) 計(jì)說(shuō)明 書(shū) 14 1 F2 動(dòng)刀片產(chǎn)生的剪切力 L1 動(dòng)刀片的動(dòng)力臂 L2 動(dòng)刀片的阻力臂 由圖可知 F2 Fs 2120 55N 由力矩平衡公式 F0 L1 F2 L2 cos 式中 400 L 55mm L2 30mm 代入式中得 F0 F2 L2 cos L1 2120 55 30 cos 400 55 N 886 06N 4 1 2 氣缸 直徑 的計(jì)算 氣缸的理論拉力為 F F0 式中 F 氣缸的理論拉力 F0 氣缸的理論輸出力 即作用于動(dòng)剪刀刀柄上的力 負(fù)載率 在剪切樹(shù)枝時(shí) 氣缸的負(fù)載屬于阻性負(fù)載 負(fù)載不產(chǎn)生慣性力 南京 林業(yè) 大學(xué)畢 業(yè)設(shè) 計(jì)說(shuō)明 書(shū) 15 選取負(fù)載率 0 85 由上式 則氣缸的理論拉力為 F F0 886 06 N 1042 42N 0 85 由于該剪枝機(jī)使用的是單作用氣缸 因此在計(jì)算氣缸的輸出推力時(shí)應(yīng)將復(fù)位 彈簧所產(chǎn)生的力計(jì)算在內(nèi) 由于復(fù)位彈簧的阻力相對(duì)于氣缸所產(chǎn)生的推力來(lái)說(shuō)較 小 在氣缸工作時(shí)將其阻力忽略不計(jì) 這樣氣缸的理論拉力為 F 1 D 2 p 4 式中 D 氣缸缸徑 p 氣缸工作壓力 取 p 1 0MPa 氣缸的機(jī) 械 效率 一般在 0 7 0 95 隨著缸徑 的增加 機(jī)械效率 南京 林業(yè) 大學(xué)畢 業(yè)設(shè) 計(jì)說(shuō)明 書(shū) 16 也有所提高 因此選擇 0 85 則單作用氣缸直徑為 D 4F p d 2 4 1042 42 1 106 0 85 3 14 20 2 10 3 2 44 27mm 由 D 43 31mm 查 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 氣壓傳動(dòng)與控制 表 24 2 32 選取 QGA 系列氣缸 型號(hào)為 QGA 50 120M F1 圖 4 2 QGA 型汽缸 采用腳架式汽缸 在使用固定 件將汽缸固定在伸縮桿上 可以減輕整個(gè)氣動(dòng)高 枝剪的重量 使得在操作時(shí)不會(huì)影響工作效率 與該型氣缸所連接的氣閥如下圖 4 2 所示 南京 林業(yè) 大學(xué)畢 業(yè)設(shè) 計(jì)說(shuō)明 書(shū) 17 圖 4 3 氣閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 南京 林業(yè) 大學(xué)畢 業(yè)設(shè) 計(jì)說(shuō)明 書(shū) 18 當(dāng)壓下手柄后 接口 A P 相通 壓縮氣體從 P 口進(jìn)入 然后由 A 口進(jìn)入氣 缸 當(dāng)松開(kāi)手柄時(shí) 則氣閥回復(fù)常態(tài) 接口 A P 不通 汽缸采用 4 1 3 驗(yàn)算 所選 氣缸 計(jì)算剪枝切削力 氣缸理論拉力為 F 1 D 2 d 2 p 1 50 10 3 2 20 10 3 2 106 0 85 1484 4N 4 4 式中 D 氣缸的直徑 D 50mm d 活塞桿的直徑 d 20mm p 氣缸工作壓力 取 p 1 0MPa 氣缸的機(jī)械效 率 一般在 0 7 0 95 隨著缸徑的 增加 機(jī)械效率也有 所提 高 因此選擇 0 85 氣缸的理論拉力為 F F0 式中 F 氣缸的理論拉力 F0 氣缸的理論輸出力 即作用于動(dòng)剪刀刀柄上的力 南京 林業(yè) 大學(xué)畢 業(yè)設(shè) 計(jì)說(shuō)明 書(shū) 19 負(fù)載率 在剪切樹(shù)枝時(shí) 氣缸的負(fù)載屬于阻性負(fù)載 負(fù)載不產(chǎn)生慣性力 選取負(fù)載率 0 85 由上式 則氣缸的理論輸出拉力為 F0 F 1484 4 0 85 1261 74N 由力矩平衡公式 F0 L1 F2 L2 cos 式中 F0 氣缸的理論輸出拉力 F0 1261 74N F2 動(dòng)刀片產(chǎn)生的剪切力 南京 林業(yè) 大學(xué)畢 業(yè)設(shè) 計(jì)說(shuō)明 書(shū) 20 0 L1 動(dòng)刀片的動(dòng)力臂 L1 55mm L2 動(dòng)刀片的阻力臂 L2 30mm F2 與 F2 垂直于 L2 上的分力之間的夾角 40 則代入得 動(dòng)刀片產(chǎn)生的剪切力為 F2 F0 L1 L2 cos 1261 74 55 N 3019 66N 30 cos 400 則 F2 3019 66N Fs 2120 55N 計(jì)算表明 選用該類(lèi)型氣缸能把直徑為 30m m 以下的樹(shù)枝剪斷 4 1 4 氣缸 耗氣 量的計(jì) 算 為了給系統(tǒng)配備合適的氣源 需要對(duì)氣缸的耗氣量進(jìn) 行計(jì)算 氣缸空載時(shí)的 運(yùn)動(dòng)速度最快 此時(shí)其耗氣量也最大 氣缸耗氣量為 qmax 2D 2 d 2 L 4 v t p 0 1 0 1 式中 D 缸徑 D 50mm d 桿徑 由于氣缸為單作用氣缸 取 d 20mm L 氣缸行程 氣缸設(shè)計(jì)行程 L 120mm P 工 作壓力 P 1 0MPa 南京 林業(yè) 大學(xué)畢 業(yè)設(shè) 計(jì)說(shuō)明 書(shū) 21 充 v 氣缸的容積效率 通常取 0 9 0 95 取 v 0 9 t 氣缸一次往復(fù)行程所需的時(shí)間 包括氣缸的充氣時(shí)間和放氣時(shí)間 氣缸充氣時(shí)間為 p t 1 285 1 ps 5 217 10 3 V kS 273 16 TS 氣缸放氣時(shí)間為 南京 林業(yè) 大學(xué)畢 業(yè)設(shè) 計(jì)說(shuō)明 書(shū) 22 2k k 1 2 k k 1 2 k p1 1 p1 t放 k 1 p 0 945 0 1013 式中 p1 充氣前氣缸內(nèi)氣體的初始絕對(duì)壓力 充氣前氣缸內(nèi)氣壓為大氣壓力 p1 0 1MPa ps 氣源的絕對(duì)壓力 ps 1 0MPa t 充氣 放氣的時(shí)間常數(shù) s V 氣缸的容積 V 1 57 10 4 m 3 k 絕熱系數(shù) k 1 4 S 充氣的有效截面積 S 7 065 10 6 m 2 Ts 氣源絕對(duì)溫度 取 Ts 293K p1 放氣前氣缸內(nèi)的初始絕對(duì)壓力 p1 1 0MPa p 放氣臨界絕對(duì)壓力 一般情況下取 p 0 192MPa t t充 t放 0 76s 南京 林業(yè) 大學(xué)畢 業(yè)設(shè) 計(jì)說(shuō)明 書(shū) 23 氣缸在工作時(shí)需要考慮到操作人員的操作反應(yīng)時(shí)間 根據(jù)試驗(yàn)測(cè)算得出一個(gè) 熟練工人使用該型剪枝機(jī)在修剪樹(shù)枝時(shí)的平均修剪速度大約為 4 5s 修剪一次 氣 缸運(yùn)動(dòng)的速度大于人工修剪的速度 因此在計(jì)算氣缸的耗氣量時(shí)取 t 4 5s 求得氣缸工作時(shí)的最大耗氣量為 qmax 2D 2 d 2 L 4 v t p 0 1 0 1 51 2L min 這 樣 就 可 根 據(jù) 實(shí) 際 工 作 時(shí) 配 備 剪 枝 機(jī) 的 個(gè) 數(shù) 選 擇 合 適 的 空 氣 壓 縮 機(jī) 進(jìn) 行 配 套 根據(jù) 最大耗 氣量 選取 的空氣 壓縮機(jī) 為大圣 靜音 空壓機(jī) 2013 年新 款 型 號(hào) 選取為 DA7002 型 該空氣壓縮機(jī)的尺寸參數(shù)如下表 南京 林業(yè) 大學(xué)畢 業(yè)設(shè) 計(jì)說(shuō)明 書(shū) 24 型號(hào) 功率 額定流量 儲(chǔ)氣罐 毛重 凈重 外形尺寸 L W H DA7002 1700W 130L M 50L 67KG 55KG 715 370 695mm 空氣 壓縮 機(jī)的外 形圖 片 南京 林業(yè) 大學(xué)畢 業(yè)設(shè) 計(jì)說(shuō)明 書(shū) 25 圖4 5 空氣壓縮機(jī) 5 連接 機(jī)構(gòu) 的計(jì)算 5 1 汽缸 與連 接桿 1的計(jì) 算 連接桿1示意圖 為了避免較為繁瑣的連接方式 也為了使剪切機(jī)構(gòu)能夠更好的工作 使得剪 切機(jī)構(gòu)能夠數(shù)據(jù)化 在剪刀與汽缸之間 使用2段連接方式 首先 在汽缸上連 南京 林業(yè) 大學(xué)畢 業(yè)設(shè) 計(jì)說(shuō)明 書(shū) 26 圖5 2 連接桿 1示意圖 接一個(gè)連接桿 在連接桿的一端車(chē)內(nèi)螺紋 根據(jù)汽缸的活塞柱直徑為 18mm長(zhǎng)度為 20mm 所以選取內(nèi)螺紋直徑為 18mm 長(zhǎng)度為 27mm 連接桿的內(nèi)螺紋端直徑為 20mm 因?yàn)檫B接另外一根連接桿及整個(gè)氣動(dòng)高枝剪尺寸的原因 另一端做成方形 中間 圓孔的直徑為 4mm 方型片的厚度為 1mm 長(zhǎng)度為 20mm 連接桿的總長(zhǎng)度為 87mm 連接兩端圓柱的中間段直徑為 10mm 長(zhǎng)度為 40mm 連接桿的材料選取 Q235鋼 連接桿強(qiáng)度的計(jì)算 汽缸的材料選用 Q235鋼 汽缸活塞桿的推力為 1045N 連接桿中段的橫截面積為 A d 3 14 0 01 0 00314 Q235鋼的許用剪切應(yīng)力為 235MP r F A 其中 F 為工作推力 A 為橫截面積 r F A 1045 0 00314 33MP 遠(yuǎn)小于連接桿的許用 南京 林業(yè) 大學(xué)畢 業(yè)設(shè) 計(jì)說(shuō)明 書(shū) 27 應(yīng)力 所以連接桿1的強(qiáng)度符合要求 5 2連接 桿1 與剪 刀之 間的連 接機(jī) 構(gòu)連接 桿2的計(jì) 算 南京 林業(yè) 大學(xué)畢 業(yè)設(shè) 計(jì)說(shuō)明 書(shū) 28 連接桿2示意圖 圖5 2 連接桿2示意圖 連接桿的總體形狀為方片型 總長(zhǎng)度為120m m 連接桿的寬度為10m m 因?yàn)楹?連接桿1的配合原因 在距離連 接桿的兩端2 69m m處加工2個(gè)直徑為4m m的圓孔 兩根連接桿之間采用m 4螺栓連 接 其中連接桿1和連接桿2之間的m 4螺栓連接不 能鎖死 應(yīng)該采用較為輕松的 連接方式 可以使桿1和桿2之間可以自由的轉(zhuǎn)動(dòng) 對(duì)于桿2長(zhǎng)度的計(jì)算采用如下 方式 在4 1 1 氣缸理論輸出拉力計(jì)算這一段中剪 刀動(dòng)刀片與水平面成 135度角 動(dòng)刀的移動(dòng)距離大約為 30mm 剪刀安裝距離連接 桿 1的長(zhǎng)度為 93 86mm 所以連接 桿 2的長(zhǎng)度為 L l cos 30 93 86 cos 30 120 連接桿 2 的強(qiáng)度計(jì)算 因?yàn)檫B接桿 1 的強(qiáng)度符合要求 汽缸作用在連接桿 2 上的力為作用在連接桿 1 在 水 平 方 向 的 分 力 其 值 小 于 1045N 而 連 接 桿 2 的 橫 截 面 積 為 A ab 0 001 連接桿 2 在水平方向的分力為 f F cos 60 1045 0 5 522 5 f 1 所以 r A 1045 0 001 104Mpa 其值小于 Q235 鋼的許用應(yīng)力 235Mpa 南京 林業(yè) 大學(xué)畢 業(yè)設(shè) 計(jì)說(shuō)明 書(shū) 29 所以連接桿選用 Q235 連接強(qiáng)度符合要求 圖示為連接桿 1 和連接桿 2 的連接方式 南京 林業(yè) 大學(xué)畢 業(yè)設(shè) 計(jì)說(shuō)明 書(shū) 20 圖 5 3 5 3 汽缸 與伸 縮桿之 間的 連接汽 缸與 伸縮桿 連接件 設(shè)計(jì) 汽缸與伸縮桿之間的連接汽缸與伸縮桿連接件示意圖 圖 5 4 汽缸與伸縮桿連接件 因?yàn)?氣動(dòng)高 枝剪需 要一種 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單 重 量輕便 的機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì) 如果在 汽缸外 圍 采用一個(gè)鐵的外殼包裹汽缸 會(huì)大大的增加氣動(dòng)高枝剪的重量 同時(shí) 在外圍增 加 外 殼 不 利 于 氣 動(dòng) 高 枝 剪 的 拆 卸 如 果 僅 僅 采 用 汽 缸 與 伸 縮 桿 連 接 件 安 裝 的 方 式 當(dāng)氣動(dòng)高枝剪發(fā)生故障時(shí) 小的問(wèn)題可以不拆卸氣動(dòng)高枝剪即可維修 即使 南京 林業(yè) 大學(xué)畢 業(yè)設(shè) 計(jì)說(shuō)明 書(shū) 21 需 要 更 換 汽 缸 或 者 更 換 其 他 的 零 部 件 也 只 需 要 將 連 接 在 汽 缸 腳 架 上 的 汽 缸 與 伸 縮桿連接件卸下就可以完成更換 維修等一系列任務(wù) 該結(jié)構(gòu)還便于在完成作業(yè) 南京 林業(yè) 大學(xué)畢 業(yè)設(shè) 計(jì)說(shuō)明 書(shū) 22 時(shí)還可以很方便的對(duì)氣動(dòng)高枝剪進(jìn)行清潔 保養(yǎng)等工作 汽缸與汽缸與伸縮桿連接件的連接方式如下圖所示 圖 5 5 汽缸與汽缸與伸縮桿連接件之間采用 M4 的螺栓連接 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 汽缸與伸 縮桿連接件的具體尺寸為 汽缸與伸縮桿連接件上部與橋架接觸的 部分 長(zhǎng)度為 65mm 寬 度為 24mm 足 夠的接 觸面積 可以保 證兩 個(gè)平面 之間的 粗糙 度和摩擦阻力 可以使得兩個(gè)零件能夠更緊密的配合 因?yàn)樯炜s桿的原因 平板 下 方 的 圓 環(huán) 直 徑 為 30mm 圓 環(huán) 的 厚 度 為 1mm 圓 環(huán) 的 寬 度 為 12mm 為 了 使 圓 環(huán) 固定在伸縮桿上不能滑動(dòng) 圓環(huán)不閉合 在圓環(huán)的下方開(kāi)口 并延伸出 5mm 并 且做直徑為 2 的圓孔 作用為當(dāng)圓環(huán)連接在伸縮桿上時(shí) 擰緊螺栓 使得汽缸與 伸縮桿連接件及連接在汽缸與伸縮桿連接件上的汽缸不會(huì)在伸縮桿上滑動(dòng) 汽缸 與伸縮桿連接件的數(shù)量為 2 個(gè) 分別連接在汽缸的兩個(gè)腳架上 因?yàn)檎麄€(gè)汽缸及 整個(gè)氣動(dòng)高枝剪的重量比較輕 兩個(gè)汽缸與伸縮桿連接件足夠保證氣動(dòng)高枝剪的 剪切部分不會(huì)在伸縮桿上滑動(dòng) 5 4 汽缸 復(fù)位 裝置的 設(shè)計(jì) 因 為 伸 縮 桿 的 直 徑 為 30mm 其 內(nèi) 部 空 間 比 較 狹 窄 因 此 為 了 使 氣 動(dòng) 高 南京 林業(yè) 大學(xué)畢 業(yè)設(shè) 計(jì)說(shuō)明 書(shū) 23 枝剪的結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單 QGA 型汽缸不使用排氣孔 而是使用一個(gè)壓縮彈簧來(lái)實(shí) 現(xiàn)汽缸的復(fù)位 當(dāng)汽缸的活塞桿沒(méi)有收到氣壓的推動(dòng)而向前運(yùn)動(dòng)時(shí) 彈簧處于壓 縮狀態(tài) 但是壓縮量比較小 不會(huì)產(chǎn)生較大的彈力 因此不會(huì)對(duì)汽缸的裝配位置 產(chǎn)生影響 彈簧并不能推動(dòng)活塞桿向后移動(dòng) 當(dāng)活塞桿收到汽缸內(nèi)壓力變化而產(chǎn) 南京 林業(yè) 大學(xué)畢 業(yè)設(shè) 計(jì)說(shuō)明 書(shū) 24 生的推力向前運(yùn)動(dòng)時(shí) 彈簧被慢慢壓縮 產(chǎn)生的彈力也越來(lái)越大 當(dāng)活塞桿向前 移動(dòng) 120mm 時(shí) 此 時(shí)能夠使動(dòng) 刀和定刀之間 能夠重合完 成一次樹(shù)枝 的剪切 彈 簧 的 推 力 達(dá) 到 其 最 大 值 查 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 手 冊(cè) 得 此 處 選 用 的 彈 簧 的 抗 拉 強(qiáng) 度 為 1431N 大于汽缸產(chǎn)生的推力 可以將汽缸復(fù)位 此種設(shè)計(jì)方式省去了安裝排氣 管所產(chǎn)生的機(jī)構(gòu) 減輕了氣動(dòng)高枝剪的整體重量 符合設(shè)計(jì)的要求和設(shè)計(jì)的思路 汽缸的復(fù)位裝置采用彈簧連接 彈簧的示意圖如圖所示 圖 5 6 彈簧 彈 簧 的 具 體 尺 寸 規(guī) 格 和 參 數(shù) 是 彈 簧 的 總 長(zhǎng) 度 為 30mm 彈 簧 的 中 徑 為 22mm 彈 簧 的 內(nèi) 徑 為 1 彈 簧 的 外 徑 為 24mm 彈 簧 的 自 由 度 為 彈 簧 的 圈 數(shù) 為 n 20 圈 壓縮彈 簧的 自由度 為 HO 220mm 材 料選用 不銹 鋼絲 查機(jī)械 設(shè)計(jì) 手冊(cè) 得 不銹鋼絲 直徑為 1mm 的壓縮彈簧的抗拉強(qiáng)度為 1431N 汽缸的推力為 1405N 彈簧的抗拉強(qiáng)度滿足汽缸推力要求 國(guó)標(biāo)號(hào)為 GB T 1239 6 1992 彈簧 的具體 裝配位 置彈簧 的一 端裝配 在汽缸 上 一 端裝配 在安裝 剪刀的 支 撐座上 兩端固定式裝配可以避免彈簧從活塞桿上滑落 同時(shí)也起到了一個(gè)限位 的作用 避免了連接桿 1 和連接桿 2 的晃動(dòng) 5 5 剪 刀 支撐 座的設(shè) 計(jì)方 法 剪刀支撐座的結(jié) 構(gòu)示意圖如下圖所示 南京 林業(yè) 大學(xué)畢 業(yè)設(shè) 計(jì)說(shuō)明 書(shū) 25 圖 5 7 與前面的汽缸與伸縮桿連接件相同 該剪刀支撐座 下 部 采 用 和 相 同 的 機(jī)構(gòu) 將伸縮桿的上端桿套進(jìn)支撐座的圓環(huán)中 然后在支撐做下端的開(kāi)口部分采 用螺栓擰緊 同樣 螺栓的直徑為 4mm 將剪刀安裝在支撐座上方的小支撐架上 就可以對(duì)剪刀的定刀起到固定的作用 剪刀與支撐座之間采用螺栓連接 6 伸縮 桿氣 流控制 系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) 該氣動(dòng)高枝剪當(dāng)需要工作時(shí) 將剪刀對(duì)準(zhǔn)需要剪 斷的樹(shù)枝 然后按下氣流 控制機(jī)構(gòu) 氣流控制機(jī)構(gòu)控制進(jìn)氣管內(nèi)的氣壓變化 汽缸內(nèi)氣壓的變化改變活塞 兩端的氣壓 最終使得汽缸內(nèi)的氣壓大于活塞外側(cè)的氣壓 產(chǎn)生的壓力差推動(dòng)活 塞桿向前運(yùn)動(dòng) 其結(jié)構(gòu)方式類(lèi)似于氣動(dòng)射釘槍的工作方式 因此 參照射釘槍的 工作方式設(shè)計(jì)該氣動(dòng)高枝剪的氣流控制閥 目 前 市 場(chǎng) 上 使 用 最 普 遍 的 一 種 射 釘 槍 南京 林業(yè) 大學(xué)畢 業(yè)設(shè) 計(jì)說(shuō)明 書(shū) 26 在 這 種 設(shè) 備 中 錘 擊 力 來(lái) 源 于 壓 縮 空 氣 而 壓 縮 空 氣 通 常 是 由 一 個(gè) 獨(dú) 立 的 空 氣 壓 縮 機(jī) 產(chǎn) 生 的 一 個(gè) 標(biāo) 準(zhǔn) 的 空 氣 壓 縮 機(jī) 與 水 泵 的 工 作 原 理 是 相 同 的 它 具 有 一 個(gè) 或 多 個(gè) 活 塞 筒 活 塞 筒 可 以 在 上 沖 程 的 時(shí) 候 從 大 氣 中 抽 入 空 南京 林業(yè) 大學(xué)畢 業(yè)設(shè) 計(jì)說(shuō)明 書(shū) 27 氣 在 下 沖 程 的 時(shí) 候 將 空 氣 輸 出 并 壓 入 射 釘 槍 這 樣 可 以 通 過(guò) 軟 管 將 壓 縮 空 氣 源 源 不 斷 地 輸 入 到 射 釘 槍 的 儲(chǔ) 氣 室 中 氣動(dòng)式射釘槍的錘擊裝置與螺線管 射 釘 槍相 同 它 也 使用 滑 動(dòng) 活 塞 來(lái)驅(qū) 動(dòng) 一 個(gè) 長(zhǎng) 的刀 片 當(dāng) 活 塞 頭 部 的 氣 壓 大 于 其 底 部 的 氣 壓 時(shí) 活 塞 被 向 下 推 動(dòng) 當(dāng) 活 塞 底 部 的 氣 壓 大 于 其 頂 部 的 氣 壓 時(shí) 活 塞 保 持 不 動(dòng) 觸 發(fā) 裝 置 通 過(guò) 引 導(dǎo) 壓 縮 空 氣 的 流 動(dòng) 來(lái) 改 變 平 衡 狀 態(tài) 下 圖 顯 示 了 這 種 射 釘 槍 所 使 用 的 典 型 閥 門(mén) 系 統(tǒng) 在 這 種 設(shè) 計(jì) 中 活 塞 頭 上 有 一 個(gè) 可 移 動(dòng) 的 閥 塞 當(dāng) 扳 機(jī) 處 于 釋 放 狀 態(tài) 壓 縮 空 氣 會(huì) 流 動(dòng) 到 閥 塞 的 兩 端 壓 縮 空 氣 一 面 通 過(guò) 儲(chǔ) 氣 室 直 接 流 到 閥 塞 底 部 邊 緣 另 一 面 通 過(guò) 觸 發(fā) 閥 和 一 個(gè) 小 的 塑 料 管 直 到 最 后 到 達(dá) 閥 塞 的 上 部 由 于 壓 縮 空 氣 可 以 流 通 到 閥 塞 的 任 意 一 端 空 氣 壓 力 相 互 平 衡 但 是 閥 塞 還 與 彈 簧 相 連 接 這 使 它 向 下 移 動(dòng) 這 樣 就 改 變 了 壓 力 平 衡 當(dāng) 扳 機(jī) 處 于 釋 放 狀 態(tài) 閥 塞 上 面 的 壓 力 總 是 大 于 其 下 面 的 壓 力 這 種 不 平 衡 可 以 使 閥 塞 壓 緊 包 圍 在 活 塞 頭 部 的 密 封 圈 當(dāng) 閥 塞 處 于 這 個(gè) 位 置 時(shí) 流 入 射 釘 槍 的 壓 縮 空 氣 不 能 到 達(dá) 活 塞 的 頂 部 從 而 向 下 推 動(dòng) 活 塞 以 下 是 扳 動(dòng) 氣 動(dòng) 式 射 釘 槍 時(shí) 發(fā) 生 的 事 情 觸 發(fā) 閥 關(guān) 閉 并 打 開(kāi) 一 個(gè) 通 道 與 大 氣 相 通 當(dāng) 觸 發(fā) 閥 就 位 時(shí) 壓 縮 空 氣 不 能 流 到 閥 塞 上 邊 的 空 間 閥 塞 下 部 比 其 上 部 氣 壓 更 大 閥 塞 上 升 此 時(shí) 壓 縮 空 氣 可 以 流 到 活 塞 的 頂 部 壓 縮 空 氣 使 活 塞 和 刀 片 向 下 運(yùn) 動(dòng) 并 將 射 釘 射 出 槍 膛 當(dāng) 活 塞 向 下 運(yùn) 動(dòng) 時(shí) 空 氣 通 過(guò) 一 系 列 的 孔 把 活 塞 筒 中 的 空 氣 推 到 回 氣 倉(cāng) 中 隨 著 越 來(lái) 越 多 的 空 氣 流 進(jìn) 槍 膛 氣 壓 不 斷 升 高 當(dāng) 釋 放 扳 機(jī) 的 時(shí) 候 壓 縮 空 氣 使 閥 塞 返 回 原 位 并 阻 止 空 氣 流 到 活 塞 的 頭 部 由 于 沒(méi) 有 向 下 的 氣 壓 回 氣 艙 中 的 壓 縮 空 氣 將 活 塞 頭 部 頂 起 來(lái) 活 塞 頭 部 上 方 的 空 氣 從 射 釘 槍 中 排 到 大 氣 中 從 而 完 成 了 一 次 工 作 該 氣 動(dòng) 高 枝 剪 采 用 和 氣 動(dòng) 設(shè) 定 槍 類(lèi) 似 的 氣 流 控 制 機(jī) 構(gòu) 在 伸 縮 桿 的 下 方 安 裝 一 個(gè) 儲(chǔ) 氣 室 通 過(guò) 對(duì) 氣 壓 變 化 的 控 制 實(shí) 現(xiàn) 對(duì) 活 塞 桿 的 推 動(dòng) 控 制 氣 動(dòng) 射 釘 槍 的 實(shí) 物 圖 如 下 6 1 氣動(dòng) 高枝 剪伸縮 桿機(jī) 構(gòu)的設(shè) 計(jì) 氣動(dòng)高枝剪的伸縮桿機(jī)構(gòu)采用兩個(gè)直徑分 別 為 34mm 和 30mm 的鋁合金圓管 壁厚為 1mm 氣動(dòng)高枝剪因?yàn)橐羟懈咛幍臉?shù)枝 所以它的重量不能太大 否則 長(zhǎng)時(shí)間的作業(yè)會(huì)感覺(jué)到很累 此處采用鋁合金這種輕質(zhì)材料既可以減輕整個(gè)氣動(dòng) 高枝剪的整體重量 同時(shí)鋁合金的價(jià)格不是很昂貴 可以做到低成本 而且因?yàn)?鋁合金的特性 在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)鋁合金伸縮桿都不會(huì)生銹 平時(shí)的保養(yǎng)維護(hù)工 南京 林業(yè) 大學(xué)畢 業(yè)設(shè) 計(jì)說(shuō)明 書(shū) 28 作都很簡(jiǎn)單 對(duì)水的耐腐蝕性也很好 兩個(gè)伸縮桿的長(zhǎng)度都是 3m 下端桿上 也就是直徑為 34mm 的圓管 的下 部安 裝氣 流 控制 機(jī) 構(gòu) 在 下端 桿距離 頂部 24mm 處加 工一個(gè) 直徑為 5mm 的圓 孔 用來(lái)安裝圓錐銷(xiāo) 圓錐銷(xiāo)用來(lái)固定兩個(gè)鋁合金圓管使其在定位的時(shí)候可以鎖死 不會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng) 由于圓錐銷(xiāo)固定的方向與汽缸安裝位置相同 而且由于圓錐 銷(xiāo) 選 取 的 尺 寸 稍 大 所 以 不 用 擔(dān) 心 在 實(shí) 際 的 工 作 中 圓 錐 銷(xiāo) 會(huì) 滑 落 而 影 響 剪 切 效 率 同時(shí)在剪切較低的樹(shù)枝時(shí)還可將上端桿收入下端桿內(nèi) 上端桿沒(méi)間隔 500mm 加工一個(gè)直徑為 5mm 的圓孔 當(dāng)拔出圓錐銷(xiāo)時(shí) 用來(lái)不同剪切要求進(jìn)行不同高度 的調(diào)節(jié) 調(diào)節(jié)到不同的高度時(shí) 找到位置對(duì)應(yīng)的圓孔 將圓孔對(duì)齊 再將圓錐銷(xiāo) 插入 就 可 以起 到 一個(gè)固 定的作 用 在 剪切高 度較 低 時(shí) 將 直徑為 30mm 的伸 縮 桿大 部分 收 入直 徑 為 34mm 的伸 縮桿中 因?yàn)?鋁合 金 材料的 表面較 為的光 滑 不 會(huì)產(chǎn)生較大的摩擦阻力 因此高枝剪的伸縮桿設(shè)計(jì)可以更為的方便快捷 伸縮桿 上端桿示意圖如下所示 伸縮桿的下端桿如下圖所示 圖 6 1 南京 林業(yè) 大學(xué)畢 業(yè)設(shè) 計(jì)說(shuō)明 書(shū) 29 圖 6 2 南京 林業(yè) 大學(xué)畢 業(yè)設(shè) 計(jì)說(shuō)明 書(shū) 26 7 剪刀 的設(shè) 計(jì) 剪 刀 的 材 料 選 用 Q235 鋼 235 鋼 的 硬 度 足 夠 剪 斷 樹(shù) 枝 是 可 以 保 證 剪 刀 的使用壽命 剪刀的具體設(shè)計(jì)形式如圖 圖 6 3 剪刀定刀 圖 6 4 剪刀動(dòng)刀 南京 林業(yè) 大學(xué)畢 業(yè)設(shè) 計(jì)說(shuō)明 書(shū) 27 8 總結(jié) 對(duì)于整個(gè)氣動(dòng)高枝剪 最重要的就是保證結(jié)構(gòu)的輕便 氣動(dòng)高枝剪的伸縮 桿采用鋁合金材料設(shè)計(jì) 這樣就減輕了大部分的重量 其次 汽缸的外部沒(méi)有采 用外殼固定的方式 只是采用了兩個(gè)汽缸與伸縮桿連接件連接的方式 結(jié)構(gòu)比較 的輕便 同時(shí)還不影響使用 采用彈簧復(fù)位的方式就不需要使用排氣管 也減輕 了汽缸的體積 且采用氣缸作為動(dòng)力源 省力 減輕了操作的勞動(dòng)強(qiáng)度 在這次 設(shè)計(jì)中 我系統(tǒng)地練習(xí)運(yùn)用了大學(xué)四年所學(xué)的基礎(chǔ)課程和專(zhuān)業(yè)知識(shí) 本次設(shè)計(jì)運(yùn) 用了機(jī)械設(shè)計(jì) 材料力學(xué) 理論力學(xué) 機(jī)械制圖等一系列知識(shí) 而且也查閱了許 多相關(guān)知識(shí)的書(shū)籍和期刊 從中獲取了寶貴的實(shí)際經(jīng)驗(yàn) 這經(jīng)驗(yàn)對(duì)我的設(shè)計(jì)起到 了至關(guān)重要的作用 通過(guò)理論與實(shí)踐的結(jié)合 使我對(duì)所學(xué)知識(shí)有了更深的認(rèn)識(shí) 理解和運(yùn)用 但是其中也有喝多不足之處 比如說(shuō) 伸縮桿的導(dǎo)向定距機(jī)構(gòu)還存在很大問(wèn) 題 工作時(shí)間一旦變長(zhǎng) 圓錐銷(xiāo)就會(huì)產(chǎn)生滑落 同時(shí)汽缸由于裸露在外 汽缸內(nèi) 容易進(jìn)入灰塵沙粒等雜物 會(huì)影響汽缸的作業(yè)效率和整個(gè)汽缸的使用壽命 同時(shí) 氣流控制閥也是完全采用氣動(dòng)射釘槍的工作原理 未能再做出自己的創(chuàng)新部分 這是整個(gè)設(shè)計(jì)中存在的最大的缺陷 總的來(lái)說(shuō) 本次設(shè)計(jì)任務(wù)很重 其中有大量的繪圖和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 通過(guò)這一 設(shè)計(jì)實(shí)踐 我感到自己在這方面仍存在許多不足之處 因此著手設(shè)計(jì)時(shí) 必須從 實(shí)際情況出發(fā) 力求設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 工作可靠 成本低 效率高 操作簡(jiǎn)單 維修方便的伸縮型氣動(dòng)高枝剪 這是以后我學(xué)習(xí)的方向 也是結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際的重 要手段 南京 林業(yè) 大學(xué)畢 業(yè)設(shè) 計(jì)說(shuō)明 書(shū) 28 9 致謝 時(shí)至今日 我的畢業(yè)設(shè)計(jì)就要結(jié)束了 在這不到四個(gè)月的時(shí)間了 我學(xué)到 了許多東西 從最初開(kāi)始選題到初次見(jiàn)老師 我完全不知道我的課題該是什么樣 的 我該做些什么 甚至老師叫我們用一個(gè)寒假的時(shí)間去看文獻(xiàn) 我都沒(méi)有耐下 心來(lái)認(rèn)真看文章 直到這學(xué)期伊始 當(dāng)我們真正進(jìn)入設(shè)計(jì)的時(shí)候 我才開(kāi)始真正 的一籌莫展 剛開(kāi)始的幾個(gè)星期 我很是茫然 不知道突破點(diǎn)在哪里 總是一會(huì) 做這個(gè) 一會(huì)做那個(gè) 沒(méi)有進(jìn)展 我主動(dòng)向商老師提出了我的困惑 希望能給我 一定的指導(dǎo) 商老師確實(shí)很負(fù)責(zé) 有問(wèn)必答 讓我看到了成功的曙光 這才讓我 的初步思維形成 一步一步的開(kāi)展設(shè)計(jì)工作 我一向堅(jiān)信船到橋頭自然直 所以 在我沒(méi)有進(jìn)展的時(shí)候 我會(huì)找老師談?wù)?或者進(jìn)下心來(lái)看看別人做的類(lèi)型的東西 在得到啟發(fā)的時(shí)候繼續(xù)我的工作 隨著時(shí)間的流逝 我的畢業(yè)設(shè)計(jì)也將要結(jié)束了 但這不是真正意義上的結(jié)束 后面還要經(jīng)過(guò)答辯老師的提問(wèn)才能結(jié)束我的畢業(yè)設(shè) 計(jì) 在設(shè)計(jì)的過(guò)程中 我沒(méi)有考慮裝配的過(guò)程 所以有些部件裝起來(lái)可能有點(diǎn)困 難 這在我畫(huà)總裝圖的時(shí)候有對(duì)之前的設(shè)計(jì)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)男薷?即使是這樣 那 個(gè)回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置還是稍顯大 但能起到它該有的作用 也能進(jìn)行安裝 希望后人 在這方面的設(shè)計(jì)可以更進(jìn)一步 能使體積再減小一些 畢業(yè)設(shè)計(jì)是辛苦的 但這樣的辛苦卻能給我?guī)?lái)莫大的幸福 好多問(wèn)題 我 沒(méi)有學(xué)過(guò) 但卻自己想辦法弄明白了原理過(guò)程 正像商老師說(shuō)過(guò)的 現(xiàn)在不搞清 楚這個(gè)問(wèn)題 以后還指望什么時(shí)候去搞明白呢 畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)的最后一堂課 也是最重要的一課 無(wú)論是誰(shuí) 都會(huì)從中受益匪淺 同時(shí) 大學(xué)四年里各位老師的深深教誨也是我完成這份畢業(yè)設(shè)計(jì)的最大助 力 南京 林業(yè) 大學(xué)畢 業(yè)設(shè) 計(jì)說(shuō)明 書(shū) 29 參 考 文 獻(xiàn) 1 郭輝 韓長(zhǎng)杰 氣動(dòng)果樹(shù)剪枝機(jī)的設(shè)計(jì)與研究 J 農(nóng)機(jī)化研究 2009 1 1 1 1 148 149 2 李鳳鳴 邢 碩 氣動(dòng)果樹(shù)剪枝機(jī)研發(fā)方向的探討 J 林業(yè)機(jī)械與木工設(shè) 備 201 1 1 1 1 1 3 QJG 4Q 氣動(dòng)果樹(shù)剪枝機(jī)通過(guò)科技成果鑒定 J 農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 2010 3 4 張利平等編著 液壓氣動(dòng)技術(shù)速查手冊(cè) M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2007 5 李鳳鳴 一種氣動(dòng)剪枝機(jī) J 林業(yè)實(shí)用技術(shù) 2008 8 8 蕌 6 陳建棟 果樹(shù)氣動(dòng)剪枝機(jī)工作原理及現(xiàn)狀 J 農(nóng)業(yè)機(jī)械 2008年第25期 7 金建華 介紹新工具 高枝剪 J 農(nóng)村百事通 1997年第四期 8 劉延俊 關(guān)浩 周德繁主編 液壓與氣動(dòng)傳動(dòng) M 北京 高等教育出版社 2009 5 9 方文熙 GZJ 25 高枝剪 J 福建農(nóng)機(jī) 1998 年第四期 10 Yung Yung Sun PNEMATIC PRUNING HOOK WI TH A TELESCOPICSHANK p 美 國(guó)專(zhuān)利 6 901665B2 2005 06 07 11 Campagnola Company F 4 EB OL http www campagnola it 2008 05 22 12 SMC 中國(guó) 有限公司 現(xiàn)代實(shí)用氣動(dòng)技術(shù) 2 版 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版 社 2003 10 13 百度文庫(kù) 14 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì)主編 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 氣壓傳動(dòng)與控制 第 4 版 M 北 京 機(jī)械工業(yè)出版社 2001 2 南京 林業(yè) 大學(xué)畢 業(yè)設(shè) 計(jì)說(shuō)明 書(shū) 30 15 Lu Huaimin Yu Zunbo Liu Jinhao A study of branch scissors J Journal of Forestry Researeh 1997 6 125 126 16 朱龍根 簡(jiǎn)明機(jī)械零件設(shè) 計(jì)手冊(cè) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1997 11 17 陳恒慶 陳淼 簡(jiǎn)明鋼材圖冊(cè) M 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社 1994 2 18 商慶清 鄭梅生 柴鐵生 工程圖學(xué) M 科學(xué)技 術(shù)文獻(xiàn)出版社 2005 10 19 朱梅 基于機(jī)械手的全氣動(dòng)或者電氣動(dòng)控制設(shè)計(jì) J 液壓與氣動(dòng) 2004 1 南京 林業(yè) 大學(xué)畢 業(yè)設(shè) 計(jì)說(shuō)明 書(shū) 30 附錄 序 號(hào) 名 稱 大 小 GZJ 00 氣動(dòng)高枝剪裝配圖 0 號(hào)圖紙 GZJ 07 汽缸與伸縮桿連接件零件圖 4 號(hào)圖紙 GZJ 18 QGA 型汽缸 3 號(hào)圖紙 GZJ 20 連接桿 1 3 號(hào)圖紙 GZJ 23 壓縮彈 簧 4 號(hào)圖紙 GZJ 21 連接桿 2 3 號(hào)圖紙 GZJ 02 剪刀支撐架 3 號(hào)圖紙 GZJ 4 伸縮桿上段 3 號(hào)圖紙 GZJ 15 伸縮桿下段 3 號(hào)圖紙 GZJ 01 剪刀定 刀 4 號(hào)圖紙 GZJ 27 剪刀動(dòng) 刀 4 號(hào)圖紙 有 0 號(hào)圖紙 1 張 3 號(hào)圖紙 6 張 4 號(hào)圖紙 4 張 共計(jì) 0 號(hào)圖紙 2 75 張