气动高枝剪设计【含CAD图纸、说明书】
气 动 高 枝 剪 的 设 计 摘要 本次 设计气 动高枝 剪是根 据汽 缸推动 连接杆 带动剪 刀工作 剪断树 枝 结 合 气动射钉枪控制气流变化的原理进行设计的 国内外目前使用的气动修枝剪品种 有很多 这些气动修枝剪可以适合各种树木 包括工业用材林和果树 的修剪 但是针对高大树木就会有一些局限性 而且使用的动力也是多种多样的 因此设 计出一款适合高大树木修剪 采用的动力系统能适合农户作业要求的修枝剪是很 重要的 本设计的重点在于汽缸与剪刀之间的连接装置 通过对气流的调节 使 剪刀具有一定的剪切力 剪断树枝 气动高枝剪可以大大减轻农户的作业强度 该结构质量轻 可伸缩的调节杆可以用于各类型树枝的修剪工作 配以一些辅助 设计 可以满足直径在 15mm 30mm 树枝的修剪工作 关键 词 气动 剪切机构 设计 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 录 1 引言 5 2 气动高枝剪简介及国内外研究现状 6 2 1 气动高枝剪简介 6 2 2 气动高枝剪的原理与过程 6 2 3 气动高枝剪在国内外的代表型号和研究状况 7 2 4 现在使用的高枝剪存在的问题 7 2 5 设计的内容 要求及研究意义 8 3 气动技术在果树修枝剪中的应用 8 3 1 单作用气缸与传统气动修枝剪原理 8 3 2 串联气缸与新型气动修枝剪原理 9 4 气动高枝剪的设计 11 4 1 气缸的选择 11 4 1 1 气缸理论输出拉力计算 11 4 1 2 气缸直径的计算 12 4 1 3 验算所选气缸 13 4 1 4 气缸耗气量的计算 15 5连接机构的计算 17 5 1 汽缸与连接杆 1 的计算 17 5 2 连接杆 1 与剪刀之间的连接机构连接杆 2 的计算 19 5 3 汽缸与伸缩杆之间的连接汽缸与伸缩杆连接件设计 20 5 4 汽缸复位装置的设计 21 5 5 剪刀支撑座的设计方法 21 6 伸缩杆气流控制系统的设计 23 6 1 气动高枝剪伸缩杆机构的设计 24 7 剪刀的设计 26 8 总结 27 9 致谢 28 参考文献 29 1 引言 树枝的修剪是各种水果生产中的一个重要环节 它关系到树木的长势 水果 的产量以及质量的高低 目前 国内的果树修枝工作基本上靠人工使用手动修枝 剪和手锯来完成 尤其是对于比较高的树枝 修剪时需要登梯作业 这种方式劳 动强度大 效率低 而且还具有一定的危险性 为了改变这种落后的生产方式 设计了一种气动果树修枝剪 本课题设计的果枝剪采用了气动技术 气缸是气动技术中最基础的组件之 一 它将压缩空气的动力转换为机械作用力 是气动技术中使用最多的执行组件 根 据使用条件不同 其结构 形状也有多种形式 最常用的分类就是根据作用力 的 方向将其分为单作用气缸和双作用气缸 果树修枝剪是果树剪枝作业中最常用的工具 由于果林修枝作业时间集中 劳动强度大 人们发明了动力修枝机具 气动修枝剪就是气动技术应用在果林修 枝领域的新产品 气动修枝剪以其省力 高效 耐用等特点在欧美发达国家得到 广泛应用 近年来我国也有部分地区引进 推广和应用 随着气缸技术的发展 气动修枝剪也在不断的应用新的气动技术 从传统的气动修枝剪到新型的气动修 枝剪 朝着轻便 强劲 操作舒适等方向发展 本论文就气动技术在气动修枝剪 中的应用进行简要论述 本课题研究的气动高枝剪是一种伸缩型气动修枝剪 包括由剪刀片和剪架体 构成的剪刀机构 其中 一相互套叠可伸缩的内管和外管 内管前端装置剪刀机 构 外管前端装置锁紧定位装置 外管的后端装置动力源 即气缸 气缸的活塞 与一贯穿于伸缩杆内的操纵连杆的一端固装 该操纵连杆的另一端与剪刀机构的 驱动臂连接 一导向定距构件紧配合装置在内管里 该机构具有借由固定板固装 在下连杆上的导向套 导向套上留有引导锁紧定位装置上的定位销定向滑动的导 向槽 可受锁紧定位装置上的定位销触压的弹簧片和下连杆依次固装在固定板 上 紧固弹簧片和下连杆的汽缸与伸缩杆连接件凸伸形成定位销 与上连杆的定 位孔配合实现连杆锁定 2 气动 高枝 剪简介 及国 内外研 究现 状 2 1 气 动高枝 剪简介 林果业迅速的发展 带动了农村经济的发展 给农民奔小康 增加了一条路 但是 目前果树管理基本上处于人工操作 相对制约了林果业的产业化发展 实 现果树管理机械化是果农的迫切要求 在果树管理中 剪枝是一项主要环节 人 工剪枝每天只能剪 20 30棵树 且修剪时撕裂果树枝现象时有发生 高枝修剪需 用梯子或爬树 增加了操作危险性 此外 人工剪枝时的攀登还容易造成树干或 主枝伤断 影响果树产量 应用气动剪枝机不但比人工提高工效1 2倍 而且也 能避免人工剪枝出现的各种问题 具有广泛的推广前景 该设备主要包括动力源部分 工作件部分及配套附件 其中动力源部分由汽 油机及压缩气泵组成 额定输工作部件有气动低枝剪 气动高枝剪 气动低枝剪 气动割灌机 气动绿篱修剪机 气动油锯等 低枝剪重量为550 790g 可剪直 径 0 30mm的所有枝条 高枝剪重 2000g 可剪直径 0 30mm的所有枝条 剪枝高度 可达 4m 绿篱修剪机重 3800g 剪幅为 550ram 油锯重 200 可锯直径 200mm 以 下的枝干 害灌机重 2800g 各种工作部件所需工作气压均为 1 0MP 附件包括 高 压输气管及快速接头 每根高压输气管长 30m 可使操作者持工作部件远离动力 气 源进行灵活作业 所有操作只需轻轻按动控制手柄在瞬间完成 气动剪枝机能够剪各类不同树种 树龄的果树 剪枝质量达到和超过人工剪 枝质量 工效提高 1 21 1 77倍 对树龄长 树干较高 树枝较粗的果树剪枝时 生产成本低于人工剪枝成本 对剪枝量少 尤其是大枝剪量较少的果树剪枝时 修剪成本与人工剪枝成本相当 气动剪枝技术有广泛的推广应用前景 2 2 气动 高 枝 剪的原 理与 过程 低矮的灌木以及较低的树枝可以站在地面上通过 正常的工作来修剪 但是对 于较高的树枝就毫无办法 气动高枝剪可以通过调节伸缩杆的长度来实现不同高 度的剪切 首先将伸缩杆延展到合适的高度 将固定圆锥销插入已加工好的圆孔 从而达到固定伸缩杆的长度的要求 然后通过在伸缩杆尾部的气流控制阀实现对 剪刀的剪切与闭合的控制 对于较高树枝的剪切 不仅可以使林木的生长高度增 加 也可以提高工业用林的成材率和果树的结果率 2 3 气动 高枝 剪在国 内外 的代表 型号 和研究 状况 气动修剪机具在国外有一百多年的发展历史 技术和产品已经相当成熟 目 前国外生产果树气动修剪机具较为著名的厂商主要有瑞士的 FELCO 公司 意大 利的 C AMPAGNOLA 公司 LISAM 公司 日本的爱丽斯 A RS 公司等 我国台湾有许多公司生产气动剪枝机及相关产品 大多数以生产气动修枝剪 为主包括吉生机械股份有限公司 泓沛兴业有限公司 STORMTEK LeoChampion Enterprise 等公司 不但为其他国际知名企业代工生产 还研发自己的产品 并 有所创新 孙永勇 陈全钦设计的一种具有可调整延长杆的气动剪 其内置螺旋 状可伸缩气管 在延长杆伸缩时气管可随之改变形态和长度 并保证良好的气密 性 这种设计不仅减轻了延长杆的质量 还大大降低了制造成本 由于国产气动 果树剪枝机比国外引进的剪枝机在价格上要低很多 所以在一些地区已逐渐被果 农所接受 得到了推广应用 相信不久的将来 气动果树剪枝机将得到快速发展 2 4 现在 使用 的高枝 剪存 在的问 题 1 机具设计针对性不强 国内气动剪枝机的生产刚刚起步 作为关键部件 的气动修枝剪还是以模仿国外的产品为主 产品品种还比较少 大多数产品以满 足普通低矮树木作业为主 最大修剪高度在5m 以下 最大修剪树枝直径为15 30mm 对高大树木的修剪还缺乏相应的产品 另外 许多产品的设计也没有针 对本地区的作业需求做相应的改进 2 配套动力不合理 存在资源浪费现象目前国内气动树木剪枝机所使用的 空压机绝大多数为工程用活塞式汽油 柴油 空气压缩机 没有针对剪枝机的作 业特点进行改进 在使用中发现许多问题 如机器振动大 能耗高 移动不便等 同时 以拖拉机等其他农用动力机械作为配套动力的气动剪枝机还很少 农户手 中大量的农机动力无法在这方面得到充分利用 动力重复购置 造成不必要的浪 费 3 功能单一 动力 气源 系统利用率低除气动剪枝机以外 其他农用气动工 具很少 动力 气源用途单一 在剪枝作业以外的时间大多闲置 2 5设计 的内 容 要 求及 研究意 义 本次设计的剪切式气动高枝剪 能够避免目前 高枝剪本身所具有的剪枝高 度低 功能单一等缺点 在剪刀上连接了一个汽缸使用空气压缩机提供动力 降 低了劳动强度 提高了作业效率 并且具有环境污染小和使用灵活等优点 具有 广阔的市场前景 本文通过给定条件最大剪枝直径 30mm 对气动高枝剪的整体结 构进行设计 包括汽缸的选用 压缩机的选取和连接杆的计算等 本次设计主要 内容是 折合不少于2 5张0号图纸的工作量 包括 1 高枝剪的总装图 2 气力传动方案等部件装配图 3 所有非标零件图 4 用计算机辅助设计软件 绘制高枝剪图样 和设计说明书的撰写 3 气动 技术 在果 树 修枝 剪中的 应用 气缸是气动技术中最基础的组件之一 它将压 缩空气的动力转换为机械作用 力 是气动技术中使用最多的执行组件 根据使用条件不同 其结构 形状也有 多种形式 最常用的分类就是根据作用力的方向将其分为单作用气缸和双作用气 缸 3 1 单作 用气 缸与传 统气 动修枝 剪原 理 单作用气缸是气缸中较为基础的元件 它只有一个方向的运动是靠气压传 动 活塞的复位是靠弹簧力或自重或其他外力 其原理如图 3 1所示 图 3 1 单 作 用 气 缸 简 图 传统的气动修枝剪的工作原理就是一个靠弹簧力复位的单作用气缸 活塞杆 推动的是剪刀组件中的动刀运动 与定刀咬合 完成剪切动作 气动修枝剪作 为一个手动控制的气动工具 要求操作简单方便 如果使用双 作用气缸 则需要两根进气管 会增加操作麻烦 事实上 修剪作业只是在剪切 时需要较大的力量 在回位时不需要多大的力量 因此 单作用气缸完全能够满 足要求 图3 2 a 所示的是传统气动剪的结构和组成 手操作不便 另外 该类型的气动修枝剪在使用时对手臂有较大的反冲作用力 使操作者容易疲劳 为了解决这些问题 出现了新型气动修枝剪 其工作原理如下 当开关阀 2 单向阀 按下时 压缩空气由气接头 12进入 推动内置的活塞11运动 动力由活塞杆9传递给剪刀组件中的动刀5 动刀5和定 刀 6咬合完成剪切树枝动作 动作结束后 由回位弹簧 8将活塞 11顶回初始位置 并带动动刀6回位 无杆腔内空气从开关阀2的出气口排除 该类气动剪的代表就是如图3 2 b 所示的意大利某公司的 F 4型传统气动 修枝剪 该剪重量仅为 790g 最高工作压力为 1 0 MPa 最大剪切直径可达 35mm 耗气量为 80L mi n 该类型的气动修枝剪为了增大推力 以能够达到最大剪切直径 在使用压力 最高时 只能增加气缸活塞直径 就导致气动修枝剪手柄处直径加大 从而使人 图 3 2 气 动 剪 结 构 图 3 2 串联 气缸 与新型 气动 修枝剪 原理 新型气动修枝剪采用串联气缸工作原理 在同样气缸直径的情况下可以增加 输出推力 这对于手握式 手握直径有限 普通人的最大手握直径在 50 60mm 的气动修枝剪而言是非常重要的 串联型气缸也可称为倍力型气缸 它是两个或多个单杆双作用气缸串联在一 起 且两个或多个活塞串联在一根活塞杆上 其输出推力为单个气缸的两倍或多 南京 林业 大学毕 业设 计说明 书 10 倍 从而达到使用小缸径而获得较大输出推力的效果 常用于气动压力机上或要 求输出推力较大 且安装空间较小 不能增加气缸缸径 又允许增长缸体长度的 场合 如图3 3 图 3 3 串 联 气 缸 简 图 该类型的气动修枝剪的代表是瑞士某公司的 F70气动剪 图 3 4a 其工作压 力 0 7 1 5 MPa 长度 260 mm 重量 710g 最大剪切直径 30mm 耗气量 24 50L min 与上述数据同样重要的是其手柄处直径仅为 42 mm 要达到同样的推力 传统型气 动剪手柄直径在 55mm以上 还减小了气缸作用时对手臂的反冲力 大大增加了 操作舒适度 图 3 4 F70 气 动 修 枝 剪 南京 林业 大学毕 业设 计说明 书 11 该气动剪的内部结构虽然采用串联气缸工作原理 但又有所不同 它由一个 单作用气缸和一个弹簧复位的单作用气缸串联而成 如图 3 4b 它有两个进气 口 两个进气口在内部相通 两个气缸的复位均是靠弹簧力 这样它仍然只需一 根进气管 保持了操作便利性 另外 它在结构上将排气口设计在剪刀后侧 一 定程度上也减小了反冲力 南京 林业 大学毕 业设 计说明 书 12 6 4 气动 高枝 剪的设 计 4 1 气缸 的选 择 4 1 1 气缸 理论 输出拉 力计 算 取树枝的直径 d 0 30mm 树枝的许用剪切强度 3 0MPa 则树枝的截面面积为 1 2 1 3 2 6 2 A d 0 4 3 14 30 10 4 706 85 10 m 则许用剪切力为 Fs A 3 10 706 85 10 6 N 2120 55N 剪刀的的受力如下图 4 1 所示 南京 林业 大学毕 业设 计说明 书 13 图 4 1 剪 刀 的 受 力 图中 F0 气缸的理论输出拉力 F1 定刀片产生的支撑力 南京 林业 大学毕 业设 计说明 书 14 1 F2 动刀片产生的剪切力 L1 动刀片的动力臂 L2 动刀片的阻力臂 由图可知 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 气缸 直径 的计算 气缸的理论拉力为 F F0 式中 F 气缸的理论拉力 F0 气缸的理论输出力 即作用于动剪刀刀柄上的力 负载率 在剪切树枝时 气缸的负载属于阻性负载 负载不产生惯性力 南京 林业 大学毕 业设 计说明 书 15 选取负载率 0 85 由上式 则气缸的理论拉力为 F F0 886 06 N 1042 42N 0 85 由于该剪枝机使用的是单作用气缸 因此在计算气缸的输出推力时应将复位 弹簧所产生的力计算在内 由于复位弹簧的阻力相对于气缸所产生的推力来说较 小 在气缸工作时将其阻力忽略不计 这样气缸的理论拉力为 F 1 D 2 p 4 式中 D 气缸缸径 p 气缸工作压力 取 p 1 0MPa 气缸的机 械 效率 一般在 0 7 0 95 随着缸径 的增加 机械效率 南京 林业 大学毕 业设 计说明 书 16 也有所提高 因此选择 0 85 则单作用气缸直径为 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 机械设计手册 气压传动与控制 表 24 2 32 选取 QGA 系列气缸 型号为 QGA 50 120M F1 图 4 2 QGA 型汽缸 采用脚架式汽缸 在使用固定 件将汽缸固定在伸缩杆上 可以减轻整个气动高 枝剪的重量 使得在操作时不会影响工作效率 与该型气缸所连接的气阀如下图 4 2 所示 南京 林业 大学毕 业设 计说明 书 17 图 4 3 气阀结构简图 南京 林业 大学毕 业设 计说明 书 18 当压下手柄后 接口 A P 相通 压缩气体从 P 口进入 然后由 A 口进入气 缸 当松开手柄时 则气阀回复常态 接口 A P 不通 汽缸采用 4 1 3 验算 所选 气缸 计算剪枝切削力 气缸理论拉力为 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 气缸的直径 D 50mm d 活塞杆的直径 d 20mm p 气缸工作压力 取 p 1 0MPa 气缸的机械效 率 一般在 0 7 0 95 随着缸径的 增加 机械效率也有 所提 高 因此选择 0 85 气缸的理论拉力为 F F0 式中 F 气缸的理论拉力 F0 气缸的理论输出力 即作用于动剪刀刀柄上的力 南京 林业 大学毕 业设 计说明 书 19 负载率 在剪切树枝时 气缸的负载属于阻性负载 负载不产生惯性力 选取负载率 0 85 由上式 则气缸的理论输出拉力为 F0 F 1484 4 0 85 1261 74N 由力矩平衡公式 F0 L1 F2 L2 cos 式中 F0 气缸的理论输出拉力 F0 1261 74N F2 动刀片产生的剪切力 南京 林业 大学毕 业设 计说明 书 20 0 L1 动刀片的动力臂 L1 55mm L2 动刀片的阻力臂 L2 30mm F2 与 F2 垂直于 L2 上的分力之间的夹角 40 则代入得 动刀片产生的剪切力为 F2 F0 L1 L2 cos 1261 74 55 N 3019 66N 30 cos 400 则 F2 3019 66N Fs 2120 55N 计算表明 选用该类型气缸能把直径为 30m m 以下的树枝剪断 4 1 4 气缸 耗气 量的计 算 为了给系统配备合适的气源 需要对气缸的耗气量进 行计算 气缸空载时的 运动速度最快 此时其耗气量也最大 气缸耗气量为 qmax 2D 2 d 2 L 4 v t p 0 1 0 1 式中 D 缸径 D 50mm d 杆径 由于气缸为单作用气缸 取 d 20mm L 气缸行程 气缸设计行程 L 120mm P 工 作压力 P 1 0MPa 南京 林业 大学毕 业设 计说明 书 21 充 v 气缸的容积效率 通常取 0 9 0 95 取 v 0 9 t 气缸一次往复行程所需的时间 包括气缸的充气时间和放气时间 气缸充气时间为 p t 1 285 1 ps 5 217 10 3 V kS 273 16 TS 气缸放气时间为 南京 林业 大学毕 业设 计说明 书 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 充气前气缸内气体的初始绝对压力 充气前气缸内气压为大气压力 p1 0 1MPa ps 气源的绝对压力 ps 1 0MPa t 充气 放气的时间常数 s V 气缸的容积 V 1 57 10 4 m 3 k 绝热系数 k 1 4 S 充气的有效截面积 S 7 065 10 6 m 2 Ts 气源绝对温度 取 Ts 293K p1 放气前气缸内的初始绝对压力 p1 1 0MPa p 放气临界绝对压力 一般情况下取 p 0 192MPa t t充 t放 0 76s 南京 林业 大学毕 业设 计说明 书 23 气缸在工作时需要考虑到操作人员的操作反应时间 根据试验测算得出一个 熟练工人使用该型剪枝机在修剪树枝时的平均修剪速度大约为 4 5s 修剪一次 气 缸运动的速度大于人工修剪的速度 因此在计算气缸的耗气量时取 t 4 5s 求得气缸工作时的最大耗气量为 qmax 2D 2 d 2 L 4 v t p 0 1 0 1 51 2L min 这 样 就 可 根 据 实 际 工 作 时 配 备 剪 枝 机 的 个 数 选 择 合 适 的 空 气 压 缩 机 进 行 配 套 根据 最大耗 气量 选取 的空气 压缩机 为大圣 静音 空压机 2013 年新 款 型 号 选取为 DA7002 型 该空气压缩机的尺寸参数如下表 南京 林业 大学毕 业设 计说明 书 24 型号 功率 额定流量 储气罐 毛重 净重 外形尺寸 L W H DA7002 1700W 130L M 50L 67KG 55KG 715 370 695mm 空气 压缩 机的外 形图 片 南京 林业 大学毕 业设 计说明 书 25 图4 5 空气压缩机 5 连接 机构 的计算 5 1 汽缸 与连 接杆 1的计 算 连接杆1示意图 为了避免较为繁琐的连接方式 也为了使剪切机构能够更好的工作 使得剪 切机构能够数据化 在剪刀与汽缸之间 使用2段连接方式 首先 在汽缸上连 南京 林业 大学毕 业设 计说明 书 26 图5 2 连接杆 1示意图 接一个连接杆 在连接杆的一端车内螺纹 根据汽缸的活塞柱直径为 18mm长度为 20mm 所以选取内螺纹直径为 18mm 长度为 27mm 连接杆的内螺纹端直径为 20mm 因为连接另外一根连接杆及整个气动高枝剪尺寸的原因 另一端做成方形 中间 圆孔的直径为 4mm 方型片的厚度为 1mm 长度为 20mm 连接杆的总长度为 87mm 连接两端圆柱的中间段直径为 10mm 长度为 40mm 连接杆的材料选取 Q235钢 连接杆强度的计算 汽缸的材料选用 Q235钢 汽缸活塞杆的推力为 1045N 连接杆中段的横截面积为 A d 3 14 0 01 0 00314 Q235钢的许用剪切应力为 235MP r F A 其中 F 为工作推力 A 为横截面积 r F A 1045 0 00314 33MP 远小于连接杆的许用 南京 林业 大学毕 业设 计说明 书 27 应力 所以连接杆1的强度符合要求 5 2连接 杆1 与剪 刀之 间的连 接机 构连接 杆2的计 算 南京 林业 大学毕 业设 计说明 书 28 连接杆2示意图 图5 2 连接杆2示意图 连接杆的总体形状为方片型 总长度为120m m 连接杆的宽度为10m m 因为和 连接杆1的配合原因 在距离连 接杆的两端2 69m m处加工2个直径为4m m的圆孔 两根连接杆之间采用m 4螺栓连 接 其中连接杆1和连接杆2之间的m 4螺栓连接不 能锁死 应该采用较为轻松的 连接方式 可以使杆1和杆2之间可以自由的转动 对于杆2长度的计算采用如下 方式 在4 1 1 气缸理论输出拉力计算这一段中剪 刀动刀片与水平面成 135度角 动刀的移动距离大约为 30mm 剪刀安装距离连接 杆 1的长度为 93 86mm 所以连接 杆 2的长度为 L l cos 30 93 86 cos 30 120 连接杆 2 的强度计算 因为连接杆 1 的强度符合要求 汽缸作用在连接杆 2 上的力为作用在连接杆 1 在 水 平 方 向 的 分 力 其 值 小 于 1045N 而 连 接 杆 2 的 横 截 面 积 为 A ab 0 001 连接杆 2 在水平方向的分力为 f F cos 60 1045 0 5 522 5 f 1 所以 r A 1045 0 001 104Mpa 其值小于 Q235 钢的许用应力 235Mpa 南京 林业 大学毕 业设 计说明 书 29 所以连接杆选用 Q235 连接强度符合要求 图示为连接杆 1 和连接杆 2 的连接方式 南京 林业 大学毕 业设 计说明 书 20 图 5 3 5 3 汽缸 与伸 缩杆之 间的 连接汽 缸与 伸缩杆 连接件 设计 汽缸与伸缩杆之间的连接汽缸与伸缩杆连接件示意图 图 5 4 汽缸与伸缩杆连接件 因为 气动高 枝剪需 要一种 结构简 单 重 量轻便 的机构 设计 如果在 汽缸外 围 采用一个铁的外壳包裹汽缸 会大大的增加气动高枝剪的重量 同时 在外围增 加 外 壳 不 利 于 气 动 高 枝 剪 的 拆 卸 如 果 仅 仅 采 用 汽 缸 与 伸 缩 杆 连 接 件 安 装 的 方 式 当气动高枝剪发生故障时 小的问题可以不拆卸气动高枝剪即可维修 即使 南京 林业 大学毕 业设 计说明 书 21 需 要 更 换 汽 缸 或 者 更 换 其 他 的 零 部 件 也 只 需 要 将 连 接 在 汽 缸 脚 架 上 的 汽 缸 与 伸 缩杆连接件卸下就可以完成更换 维修等一系列任务 该结构还便于在完成作业 南京 林业 大学毕 业设 计说明 书 22 时还可以很方便的对气动高枝剪进行清洁 保养等工作 汽缸与汽缸与伸缩杆连接件的连接方式如下图所示 图 5 5 汽缸与汽缸与伸缩杆连接件之间采用 M4 的螺栓连接 结构简单 汽缸与伸 缩杆连接件的具体尺寸为 汽缸与伸缩杆连接件上部与桥架接触的 部分 长度为 65mm 宽 度为 24mm 足 够的接 触面积 可以保 证两 个平面 之间的 粗糙 度和摩擦阻力 可以使得两个零件能够更紧密的配合 因为伸缩杆的原因 平板 下 方 的 圆 环 直 径 为 30mm 圆 环 的 厚 度 为 1mm 圆 环 的 宽 度 为 12mm 为 了 使 圆 环 固定在伸缩杆上不能滑动 圆环不闭合 在圆环的下方开口 并延伸出 5mm 并 且做直径为 2 的圆孔 作用为当圆环连接在伸缩杆上时 拧紧螺栓 使得汽缸与 伸缩杆连接件及连接在汽缸与伸缩杆连接件上的汽缸不会在伸缩杆上滑动 汽缸 与伸缩杆连接件的数量为 2 个 分别连接在汽缸的两个脚架上 因为整个汽缸及 整个气动高枝剪的重量比较轻 两个汽缸与伸缩杆连接件足够保证气动高枝剪的 剪切部分不会在伸缩杆上滑动 5 4 汽缸 复位 装置的 设计 因 为 伸 缩 杆 的 直 径 为 30mm 其 内 部 空 间 比 较 狭 窄 因 此 为 了 使 气 动 高 南京 林业 大学毕 业设 计说明 书 23 枝剪的结构更为简单 QGA 型汽缸不使用排气孔 而是使用一个压缩弹簧来实 现汽缸的复位 当汽缸的活塞杆没有收到气压的推动而向前运动时 弹簧处于压 缩状态 但是压缩量比较小 不会产生较大的弹力 因此不会对汽缸的装配位置 产生影响 弹簧并不能推动活塞杆向后移动 当活塞杆收到汽缸内压力变化而产 南京 林业 大学毕 业设 计说明 书 24 生的推力向前运动时 弹簧被慢慢压缩 产生的弹力也越来越大 当活塞杆向前 移动 120mm 时 此 时能够使动 刀和定刀之间 能够重合完 成一次树枝 的剪切 弹 簧 的 推 力 达 到 其 最 大 值 查 机 械 设 计 手 册 得 此 处 选 用 的 弹 簧 的 抗 拉 强 度 为 1431N 大于汽缸产生的推力 可以将汽缸复位 此种设计方式省去了安装排气 管所产生的机构 减轻了气动高枝剪的整体重量 符合设计的要求和设计的思路 汽缸的复位装置采用弹簧连接 弹簧的示意图如图所示 图 5 6 弹簧 弹 簧 的 具 体 尺 寸 规 格 和 参 数 是 弹 簧 的 总 长 度 为 30mm 弹 簧 的 中 径 为 22mm 弹 簧 的 内 径 为 1 弹 簧 的 外 径 为 24mm 弹 簧 的 自 由 度 为 弹 簧 的 圈 数 为 n 20 圈 压缩弹 簧的 自由度 为 HO 220mm 材 料选用 不锈 钢丝 查机械 设计 手册 得 不锈钢丝 直径为 1mm 的压缩弹簧的抗拉强度为 1431N 汽缸的推力为 1405N 弹簧的抗拉强度满足汽缸推力要求 国标号为 GB T 1239 6 1992 弹簧 的具体 装配位 置弹簧 的一 端装配 在汽缸 上 一 端装配 在安装 剪刀的 支 撑座上 两端固定式装配可以避免弹簧从活塞杆上滑落 同时也起到了一个限位 的作用 避免了连接杆 1 和连接杆 2 的晃动 5 5 剪 刀 支撑 座的设 计方 法 剪刀支撑座的结 构示意图如下图所示 南京 林业 大学毕 业设 计说明 书 25 图 5 7 与前面的汽缸与伸缩杆连接件相同 该剪刀支撑座 下 部 采 用 和 相 同 的 机构 将伸缩杆的上端杆套进支撑座的圆环中 然后在支撑做下端的开口部分采 用螺栓拧紧 同样 螺栓的直径为 4mm 将剪刀安装在支撑座上方的小支撑架上 就可以对剪刀的定刀起到固定的作用 剪刀与支撑座之间采用螺栓连接 6 伸缩 杆气 流控制 系统 的设计 该气动高枝剪当需要工作时 将剪刀对准需要剪 断的树枝 然后按下气流 控制机构 气流控制机构控制进气管内的气压变化 汽缸内气压的变化改变活塞 两端的气压 最终使得汽缸内的气压大于活塞外侧的气压 产生的压力差推动活 塞杆向前运动 其结构方式类似于气动射钉枪的工作方式 因此 参照射钉枪的 工作方式设计该气动高枝剪的气流控制阀 目 前 市 场 上 使 用 最 普 遍 的 一 种 射 钉 枪 南京 林业 大学毕 业设 计说明 书 26 在 这 种 设 备 中 锤 击 力 来 源 于 压 缩 空 气 而 压 缩 空 气 通 常 是 由 一 个 独 立 的 空 气 压 缩 机 产 生 的 一 个 标 准 的 空 气 压 缩 机 与 水 泵 的 工 作 原 理 是 相 同 的 它 具 有 一 个 或 多 个 活 塞 筒 活 塞 筒 可 以 在 上 冲 程 的 时 候 从 大 气 中 抽 入 空 南京 林业 大学毕 业设 计说明 书 27 气 在 下 冲 程 的 时 候 将 空 气 输 出 并 压 入 射 钉 枪 这 样 可 以 通 过 软 管 将 压 缩 空 气 源 源 不 断 地 输 入 到 射 钉 枪 的 储 气 室 中 气动式射钉枪的锤击装置与螺线管 射 钉 枪相 同 它 也 使用 滑 动 活 塞 来驱 动 一 个 长 的刀 片 当 活 塞 头 部 的 气 压 大 于 其 底 部 的 气 压 时 活 塞 被 向 下 推 动 当 活 塞 底 部 的 气 压 大 于 其 顶 部 的 气 压 时 活 塞 保 持 不 动 触 发 装 置 通 过 引 导 压 缩 空 气 的 流 动 来 改 变 平 衡 状 态 下 图 显 示 了 这 种 射 钉 枪 所 使 用 的 典 型 阀 门 系 统 在 这 种 设 计 中 活 塞 头 上 有 一 个 可 移 动 的 阀 塞 当 扳 机 处 于 释 放 状 态 压 缩 空 气 会 流 动 到 阀 塞 的 两 端 压 缩 空 气 一 面 通 过 储 气 室 直 接 流 到 阀 塞 底 部 边 缘 另 一 面 通 过 触 发 阀 和 一 个 小 的 塑 料 管 直 到 最 后 到 达 阀 塞 的 上 部 由 于 压 缩 空 气 可 以 流 通 到 阀 塞 的 任 意 一 端 空 气 压 力 相 互 平 衡 但 是 阀 塞 还 与 弹 簧 相 连 接 这 使 它 向 下 移 动 这 样 就 改 变 了 压 力 平 衡 当 扳 机 处 于 释 放 状 态 阀 塞 上 面 的 压 力 总 是 大 于 其 下 面 的 压 力 这 种 不 平 衡 可 以 使 阀 塞 压 紧 包 围 在 活 塞 头 部 的 密 封 圈 当 阀 塞 处 于 这 个 位 置 时 流 入 射 钉 枪 的 压 缩 空 气 不 能 到 达 活 塞 的 顶 部 从 而 向 下 推 动 活 塞 以 下 是 扳 动 气 动 式 射 钉 枪 时 发 生 的 事 情 触 发 阀 关 闭 并 打 开 一 个 通 道 与 大 气 相 通 当 触 发 阀 就 位 时 压 缩 空 气 不 能 流 到 阀 塞 上 边 的 空 间 阀 塞 下 部 比 其 上 部 气 压 更 大 阀 塞 上 升 此 时 压 缩 空 气 可 以 流 到 活 塞 的 顶 部 压 缩 空 气 使 活 塞 和 刀 片 向 下 运 动 并 将 射 钉 射 出 枪 膛 当 活 塞 向 下 运 动 时 空 气 通 过 一 系 列 的 孔 把 活 塞 筒 中 的 空 气 推 到 回 气 仓 中 随 着 越 来 越 多 的 空 气 流 进 枪 膛 气 压 不 断 升 高 当 释 放 扳 机 的 时 候 压 缩 空 气 使 阀 塞 返 回 原 位 并 阻 止 空 气 流 到 活 塞 的 头 部 由 于 没 有 向 下 的 气 压 回 气 舱 中 的 压 缩 空 气 将 活 塞 头 部 顶 起 来 活 塞 头 部 上 方 的 空 气 从 射 钉 枪 中 排 到 大 气 中 从 而 完 成 了 一 次 工 作 该 气 动 高 枝 剪 采 用 和 气 动 设 定 枪 类 似 的 气 流 控 制 机 构 在 伸 缩 杆 的 下 方 安 装 一 个 储 气 室 通 过 对 气 压 变 化 的 控 制 实 现 对 活 塞 杆 的 推 动 控 制 气 动 射 钉 枪 的 实 物 图 如 下 6 1 气动 高枝 剪伸缩 杆机 构的设 计 气动高枝剪的伸缩杆机构采用两个直径分 别 为 34mm 和 30mm 的铝合金圆管 壁厚为 1mm 气动高枝剪因为要剪切高处的树枝 所以它的重量不能太大 否则 长时间的作业会感觉到很累 此处采用铝合金这种轻质材料既可以减轻整个气动 高枝剪的整体重量 同时铝合金的价格不是很昂贵 可以做到低成本 而且因为 铝合金的特性 在很长一段时间内铝合金伸缩杆都不会生锈 平时的保养维护工 南京 林业 大学毕 业设 计说明 书 28 作都很简单 对水的耐腐蚀性也很好 两个伸缩杆的长度都是 3m 下端杆上 也就是直径为 34mm 的圆管 的下 部安 装气 流 控制 机 构 在 下端 杆距离 顶部 24mm 处加 工一个 直径为 5mm 的圆 孔 用来安装圆锥销 圆锥销用来固定两个铝合金圆管使其在定位的时候可以锁死 不会产生相对滑动 由于圆锥销固定的方向与汽缸安装位置相同 而且由于圆锥 销 选 取 的 尺 寸 稍 大 所 以 不 用 担 心 在 实 际 的 工 作 中 圆 锥 销 会 滑 落 而 影 响 剪 切 效 率 同时在剪切较低的树枝时还可将上端杆收入下端杆内 上端杆没间隔 500mm 加工一个直径为 5mm 的圆孔 当拔出圆锥销时 用来不同剪切要求进行不同高度 的调节 调节到不同的高度时 找到位置对应的圆孔 将圆孔对齐 再将圆锥销 插入 就 可 以起 到 一个固 定的作 用 在 剪切高 度较 低 时 将 直径为 30mm 的伸 缩 杆大 部分 收 入直 径 为 34mm 的伸 缩杆中 因为 铝合 金 材料的 表面较 为的光 滑 不 会产生较大的摩擦阻力 因此高枝剪的伸缩杆设计可以更为的方便快捷 伸缩杆 上端杆示意图如下所示 伸缩杆的下端杆如下图所示 图 6 1 南京 林业 大学毕 业设 计说明 书 29 图 6 2 南京 林业 大学毕 业设 计说明 书 26 7 剪刀 的设 计 剪 刀 的 材 料 选 用 Q235 钢 235 钢 的 硬 度 足 够 剪 断 树 枝 是 可 以 保 证 剪 刀 的使用寿命 剪刀的具体设计形式如图 图 6 3 剪刀定刀 图 6 4 剪刀动刀 南京 林业 大学毕 业设 计说明 书 27 8 总结 对于整个气动高枝剪 最重要的就是保证结构的轻便 气动高枝剪的伸缩 杆采用铝合金材料设计 这样就减轻了大部分的重量 其次 汽缸的外部没有采 用外壳固定的方式 只是采用了两个汽缸与伸缩杆连接件连接的方式 结构比较 的轻便 同时还不影响使用 采用弹簧复位的方式就不需要使用排气管 也减轻 了汽缸的体积 且采用气缸作为动力源 省力 减轻了操作的劳动强度 在这次 设计中 我系统地练习运用了大学四年所学的基础课程和专业知识 本次设计运 用了机械设计 材料力学 理论力学 机械制图等一系列知识 而且也查阅了许 多相关知识的书籍和期刊 从中获取了宝贵的实际经验 这经验对我的设计起到 了至关重要的作用 通过理论与实践的结合 使我对所学知识有了更深的认识 理解和运用 但是其中也有喝多不足之处 比如说 伸缩杆的导向定距机构还存在很大问 题 工作时间一旦变长 圆锥销就会产生滑落 同时汽缸由于裸露在外 汽缸内 容易进入灰尘沙粒等杂物 会影响汽缸的作业效率和整个汽缸的使用寿命 同时 气流控制阀也是完全采用气动射钉枪的工作原理 未能再做出自己的创新部分 这是整个设计中存在的最大的缺陷 总的来说 本次设计任务很重 其中有大量的绘图和结构的设计 通过这一 设计实践 我感到自己在这方面仍存在许多不足之处 因此着手设计时 必须从 实际情况出发 力求设计出结构简单 工作可靠 成本低 效率高 操作简单 维修方便的伸缩型气动高枝剪 这是以后我学习的方向 也是结合生产实际的重 要手段 南京 林业 大学毕 业设 计说明 书 28 9 致谢 时至今日 我的毕业设计就要结束了 在这不到四个月的时间了 我学到 了许多东西 从最初开始选题到初次见老师 我完全不知道我的课题该是什么样 的 我该做些什么 甚至老师叫我们用一个寒假的时间去看文献 我都没有耐下 心来认真看文章 直到这学期伊始 当我们真正进入设计的时候 我才开始真正 的一筹莫展 刚开始的几个星期 我很是茫然 不知道突破点在哪里 总是一会 做这个 一会做那个 没有进展 我主动向商老师提出了我的困惑 希望能给我 一定的指导 商老师确实很负责 有问必答 让我看到了成功的曙光 这才让我 的初步思维形成 一步一步的开展设计工作 我一向坚信船到桥头自然直 所以 在我没有进展的时候 我会找老师谈谈 或者进下心来看看别人做的类型的东西 在得到启发的时候继续我的工作 随着时间的流逝 我的毕业设计也将要结束了 但这不是真正意义上的结束 后面还要经过答辩老师的提问才能结束我的毕业设 计 在设计的过程中 我没有考虑装配的过程 所以有些部件装起来可能有点困 难 这在我画总装图的时候有对之前的设计进行了适当的修改 即使是这样 那 个回转驱动装置还是稍显大 但能起到它该有的作用 也能进行安装 希望后人 在这方面的设计可以更进一步 能使体积再减小一些 毕业设计是辛苦的 但这样的辛苦却能给我带来莫大的幸福 好多问题 我 没有学过 但却自己想办法弄明白了原理过程 正像商老师说过的 现在不搞清 楚这个问题 以后还指望什么时候去搞明白呢 毕业设计是大学的最后一堂课 也是最重要的一课 无论是谁 都会从中受益匪浅 同时 大学四年里各位老师的深深教诲也是我完成这份毕业设计的最大助 力 南京 林业 大学毕 业设 计说明 书 29 参 考 文 献 1 郭辉 韩长杰 气动果树剪枝机的设计与研究 J 农机化研究 2009 1 1 1 1 148 149 2 李凤鸣 邢 硕 气动果树剪枝机研发方向的探讨 J 林业机械与木工设 备 201 1 1 1 1 1 3 QJG 4Q 气动果树剪枝机通过科技成果鉴定 J 农业大学学报 2010 3 4 张利平等编著 液压气动技术速查手册 M 北京 化学工业出版社 2007 5 李凤鸣 一种气动剪枝机 J 林业实用技术 2008 8 8 蕌 6 陈建栋 果树气动剪枝机工作原理及现状 J 农业机械 2008年第25期 7 金建华 介绍新工具 高枝剪 J 农村百事通 1997年第四期 8 刘延俊 关浩 周德繁主编 液压与气动传动 M 北京 高等教育出版社 2009 5 9 方文熙 GZJ 25 高枝剪 J 福建农机 1998 年第四期 10 Yung Yung Sun PNEMATIC PRUNING HOOK WI TH A TELESCOPICSHANK p 美 国专利 6 901665B2 2005 06 07 11 Campagnola Company F 4 EB OL http www campagnola it 2008 05 22 12 SMC 中国 有限公司 现代实用气动技术 2 版 M 北京 机械工业出版 社 2003 10 13 百度文库 14 机械设计手册编委会主编 机械设计手册 气压传动与控制 第 4 版 M 北 京 机械工业出版社 2001 2 南京 林业 大学毕 业设 计说明 书 30 15 Lu Huaimin Yu Zunbo Liu Jinhao A study of branch scissors J Journal of Forestry Researeh 1997 6 125 126 16 朱龙根 简明机械零件设 计手册 M 北京 机械工业出版社 1997 11 17 陈恒庆 陈淼 简明钢材图册 M 中国标准出版社 1994 2 18 商庆清 郑梅生 柴铁生 工程图学 M 科学技 术文献出版社 2005 10 19 朱梅 基于机械手的全气动或者电气动控制设计 J 液压与气动 2004 1 南京 林业 大学毕 业设 计说明 书 30 附录 序 号 名 称 大 小 GZJ 00 气动高枝剪装配图 0 号图纸 GZJ 07 汽缸与伸缩杆连接件零件图 4 号图纸 GZJ 18 QGA 型汽缸 3 号图纸 GZJ 20 连接杆 1 3 号图纸 GZJ 23 压缩弹 簧 4 号图纸 GZJ 21 连接杆 2 3 号图纸 GZJ 02 剪刀支撑架 3 号图纸 GZJ 4 伸缩杆上段 3 号图纸 GZJ 15 伸缩杆下段 3 号图纸 GZJ 01 剪刀定 刀 4 号图纸 GZJ 27 剪刀动 刀 4 号图纸 有 0 号图纸 1 张 3 号图纸 6 张 4 号图纸 4 张 共计 0 号图纸 2 75 张
收藏
编号:7940955
类型:共享资源
大小:16.99MB
格式:ZIP
上传时间:2020-03-25
40
积分
- 关 键 词:
-
含CAD图纸、说明书
气动
高枝
设计
cad
图纸
说明书
仿单
- 资源描述:
-
展开阅读全文
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 装配图网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
装配图网所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。