便攜式林業(yè)采種機(jī)設(shè)計(jì)[三維PROE]【19張CAD圖紙+PDF圖】

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The demand of forestry seeds also increased. In order to meet the needs of the forestry production, meet the requirements of high-speed development of forestry and forestry modernization, especially the seed seed work must continue to improve management level. Scientific seed, mechanization seed instead of heavy manual seed, is receiving more and more attention. Portable forestry seed harvesters can adapt to various complicated environment with high efficiency, very suitable for China's national conditions. Based on the complex terrain, wooded mountain environment has an irreplaceable advantage. In this paper, the specific design of the portable forestry seed harvesters. Completed the portable forestry seed harvesters theory analysis, calculation and structural design. Including the portable forestry seed harvesters' overall design, engine selection, clutch design, shaft design, the design of the vibration head. The working principle of portable forestry seed harvesters is driven by the engine clutch is connected through a flexible shaft, gear and transmission rod is connected to the slider, rotary motion into linear motion through the bevel gear reduction. Key words: forestry seed collection; Mechanization; Portable forestry seed harvesters - 2 - -1- 南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 目 錄 第一章 緒論 1 1.1 引言 1 1.2 國(guó)內(nèi)外林業(yè)采種設(shè)備現(xiàn)狀 2 1.2.1 國(guó)內(nèi)林業(yè)采種設(shè)備現(xiàn)狀概況 2 1.2.2 國(guó)外林業(yè)采種設(shè)備現(xiàn)狀概況 5 1.3 本文主要研究工作 8 第二章 便攜式林業(yè)采種機(jī)總體設(shè)計(jì)方案確定 9 2.1 國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的同行設(shè)備的對(duì)比 9 2.1.1 國(guó)內(nèi)大型設(shè)備的對(duì)比 9 2.1.2 國(guó)內(nèi)小型設(shè)備的對(duì)比 9 2.2 便攜式林業(yè)采種機(jī)的總體設(shè)計(jì) 10 第三章 便攜式林業(yè)采種機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12 3.1發(fā)動(dòng)機(jī)的選型 12 3.2 離合器的設(shè)計(jì) 13 3.3 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 22 3.4 振動(dòng)頭的設(shè)計(jì) 22 3.5 把手的設(shè)計(jì) 36 第四章 便攜式林業(yè)采種機(jī)的校核 39 第五章 設(shè)計(jì)總結(jié)與展望 45 致 謝 46 參考文獻(xiàn) 47 附 錄 48 第一章 緒論 1.1 引言 1949年新中國(guó)成立以來(lái)，我國(guó)先后共開(kāi)展了七次全國(guó)森林資源清查。第七次全國(guó)森林資源清（2004—2008年）結(jié)果顯示，全國(guó)森林面積19545.22萬(wàn)公頃，活立木總蓄積149.13億立方米，森林蓄積137.21億立方米，森林覆蓋率20.36%，比1949年的8.6%凈增11.76個(gè)百分點(diǎn)。我國(guó)森林面積居俄羅斯、巴西、加拿大、美國(guó)之后，列世界第五位；森林蓄積量居巴西、俄羅斯、美國(guó)、加拿大、剛果民主共和國(guó)之后，列世界第六位。我國(guó)人工林保存面積6168.84萬(wàn)公頃，蓄積19.61億立方米，人工林面積列世界第一位?？傮w上看，我國(guó)森林資源仍存在總量不足、質(zhì)量不高、分布不均衡的問(wèn)題。我國(guó)的森林覆蓋率只有世界平均水平30.3%的2/3，人均占有森林面積不到世界人均占有量0.62公頃的1/4，人均占有森林蓄積量?jī)H相當(dāng)于世界人均占有蓄積量68.54立方米的1/7強(qiáng)[1]。 以上表明我國(guó)林業(yè)資源現(xiàn)狀不容樂(lè)觀(guān)。為了促進(jìn)森林更新，提高營(yíng)造林質(zhì)量，急需大量、優(yōu)質(zhì)林木種子。林木種子的采收具有很強(qiáng)的季節(jié)性，適宜的采種期很短。采收過(guò)早，種子沒(méi)有完全成熟，種實(shí)青癟，品質(zhì)低劣，不耐貯藏；采收過(guò)晚，種子脫落飛散，或造鳥(niǎo)獸危害，造成損失。因此，在采種作業(yè)時(shí)，除了要做到適時(shí)采種，還必須盡可能的加快采種速度，提高采種效率和采種質(zhì)量[2]。 林木種子的采收方法按被采種樹(shù)木所處的狀態(tài)可以分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是從伐倒木上采種；另一類(lèi)是從生長(zhǎng)的立木上采種。從伐倒木上采種既方便又安全，而且采集效率高，但這種采種方法對(duì)母樹(shù)的破壞是毀滅性的。從生長(zhǎng)的立木上采種，困難較大，長(zhǎng)期以來(lái)采種技術(shù)很難有新的突破[2]。 目前，林業(yè)采種以人工上樹(shù)采種和大型機(jī)械采種為主。人工上樹(shù)采種工效低、 危險(xiǎn)性大，而且易使母樹(shù)遭受損傷，影響來(lái)年結(jié)實(shí)。大型機(jī)械設(shè)備龐大、成本高，不適合我國(guó)國(guó)情。因此，研制一種體積小、重量輕、價(jià)廉耐用的便攜式林業(yè)采種機(jī)是當(dāng)務(wù)之急[3]。 1.2 國(guó)內(nèi)外林業(yè)采種設(shè)備現(xiàn)狀 1.2.1 國(guó)內(nèi)林業(yè)采種設(shè)備現(xiàn)狀概況 在國(guó)內(nèi)，林木種子的采集仍以人工上樹(shù)的作業(yè)方式為主，工效低、危險(xiǎn)性大，而且易使母樹(shù)遭受損傷, 影響來(lái)年結(jié)實(shí)[3]。我國(guó)的采種技術(shù)和裝備研究開(kāi)展較晚，但是經(jīng)過(guò)多年的努力，也取得了不少的成果，其中不乏一些先進(jìn)的采種設(shè)備，國(guó)外目前正在使用的技術(shù)裝備，基本上國(guó)內(nèi)都開(kāi)展了研究。50年代已有采種鉤、采種鐮、鋸齒嚙合式擼種器等。后來(lái)，又研制出上樹(shù)機(jī)具、人力移動(dòng)采種梯、振動(dòng)機(jī)等。有關(guān)單位研制出一些新型的采種機(jī)械，如CJ-50高空作業(yè)采種機(jī)、CJ-1型落葉松立木采種工具、TD-40型抖動(dòng)式林木采種裝置、電動(dòng)林木采種機(jī)等[4]。 CJ-1 型落葉松立木采種工具包由上樹(shù)工具、采摘和收集工具，安全防護(hù)用具組成。上樹(shù)工具為一具雙刺腳蹬，重1. 4kg，固定在腳和小腿上。采摘工具和球果收集裝置。采摘工具采用的梳齒式采摘剪，由工作頭和工具柄構(gòu)成，工作頭設(shè)計(jì)為圓形內(nèi)梳齒和平行圓弧齒的形狀，用鋁合金制成。工具柄設(shè)計(jì)為多節(jié)可伸縮式，總長(zhǎng)度3. 6m，用玻璃布基層壓管制成。在采種梳橫梁前方加裝了由彈性鋼絲支撐的布袋，袋口直徑為30cm，深25cm。被梳下的球果可直接掉人袋內(nèi)。CJ-1 型立木采種工具包具有輕便安全、操作簡(jiǎn)單、采集同步、制造使用成本較低等優(yōu)點(diǎn)，但勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低。適用于種子園、母樹(shù)林和用材林等的種子采集工作，效率為2. 45kg /h，經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益和生態(tài)效益顯著[5] 。 CJ-50 高空作業(yè)采種機(jī)（如圖1）由原黑龍江省木材采運(yùn)研究所研制，屬升降臺(tái)式采種輔助設(shè)備。選用林業(yè)中使用普遍的CJ-50履帶式集材拖拉機(jī)作為底盤(pán)，在其上裝有一具折臂式升降機(jī)構(gòu)，升降機(jī)構(gòu)末端裝有供工作人員站立的工作臺(tái)。整機(jī)為液壓驅(qū)動(dòng)，在底盤(pán)的變速箱側(cè)面布置有取力裝置帶動(dòng)液壓油泵工作。CJ-50 高空作業(yè)采種機(jī)整機(jī)重量為7 800kg，最大作業(yè)高度14 m，最大作業(yè)幅度6. 4 m，工作額定載荷200 kg，每小時(shí)可采球果30 ～ 32kg，效率是人工上樹(shù)采種的3 ～ 5 倍。CJ -50 高空作業(yè)采種機(jī)解決了人工上樹(shù)采種爬樹(shù)難，勞動(dòng)強(qiáng)度大，摘取球果困難，破壞母樹(shù)樹(shù)冠等采種作業(yè)中的實(shí)際問(wèn)題，提高了采種作業(yè)的效率[6]。但機(jī)體笨重，在林間工作困難。 圖1 CJ-50 高空作業(yè)采種機(jī) CZ -13林木自行升降式采種機(jī)由東北林業(yè)大學(xué)與黑龍江帯嶺林科所聯(lián)合研制，屬升降臺(tái)式采種設(shè)備。該采種機(jī)由底盤(pán)、整體式支架、折疊式起升機(jī)構(gòu)、工作臺(tái)和液壓與控制系統(tǒng)組成，底盤(pán)選用的是北汽生產(chǎn)的輕型越野貨車(chē)，具有出色的越野能力和充足的動(dòng)力輸出，能夠保證人工種子園內(nèi)的行駛要求。該采種設(shè)備專(zhuān)為山地、林地等立地條件差，地面坡度較大的使用環(huán)境設(shè)計(jì)，通過(guò)整體式支架的調(diào)平功能可以滿(mǎn)足地面坡度為0° ～ 12°的種子園采種作業(yè)要求。CZ -13 林木自行升降式采種機(jī)全重為2 860kg，最大作業(yè)高度13m，最大幅度3m，每小時(shí)可采集球果50kg 以上，解決了山地大坡度條件下的采種作業(yè)難題。 RBT14型林木球果采集機(jī)器人（如圖2）由東北林業(yè)大學(xué)研制。是目前國(guó)內(nèi)最先進(jìn)，自動(dòng)化與智能化程度最高，技術(shù)最復(fù)雜的專(zhuān)業(yè)采種設(shè)備。該機(jī)器人大量使用了先進(jìn)的自動(dòng)控制和傳感器技術(shù)，通過(guò)單片機(jī)和程序來(lái)控制機(jī)器人動(dòng)作和采種作業(yè)，不僅代表了國(guó)內(nèi)林業(yè)機(jī)器人發(fā)展水平和專(zhuān)用采種設(shè)備的最先進(jìn)技術(shù)，在國(guó)際上也代表了最先進(jìn)的采種技術(shù)和設(shè)備[6]，但由于機(jī)體笨大，造價(jià)高，在林中通過(guò)困難。RBT14 型林木球果采集機(jī)器人由行走機(jī)構(gòu)、機(jī)械手、液壓系統(tǒng)和單片機(jī)控制系統(tǒng)等構(gòu)成，機(jī)器人全重8 750kg，最大采集高度為14m，最大采集半徑6. 8m，每小時(shí)能采摘落葉松球果50kg，效率是人工采摘的30 ～ 35 倍，工作人員可以站在地面上即可控制機(jī)器人進(jìn)行球果采集作業(yè)[ 7-8]。工作時(shí)，先將機(jī)器人停放在距母3 ～ 5m 遠(yuǎn)處，通過(guò)分控制系統(tǒng)操縱機(jī)械手對(duì)準(zhǔn)某一棵母樹(shù)。之后，單片機(jī)系統(tǒng)控制機(jī)械手大、小臂同時(shí)柔性升起到達(dá)一定高度，采集爪張開(kāi)并擺動(dòng)，對(duì)準(zhǔn)要采集的樹(shù)枝，大、小臂同時(shí)運(yùn)動(dòng)，使采集爪沿著樹(shù)枝生長(zhǎng)方向趨近1. 5 ～ 2m，然后采集爪的梳齒夾攏樹(shù)技，大、小臂帶動(dòng)采集爪按原路向后縮回，梳下枝上的球果，完成一次采摘。單片機(jī)再控制采集爪向上或向下移動(dòng)，對(duì)準(zhǔn)另一根樹(shù)枝后重復(fù)上述動(dòng)作。采集完一顆樹(shù)后，轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械手對(duì)準(zhǔn)下一顆母樹(shù)，重復(fù)上述動(dòng)作，便可完成一個(gè)站位的周邊樹(shù)木的采集工作[7-10] 。 圖2 RBT14型林木球果采集機(jī)器人 1.車(chē)架；2.回轉(zhuǎn)盤(pán)；3.立柱；4.大臂；5.小臂；6.梳齒狀采集抓；7.集果箱 TD-40型抖動(dòng)式林木采種裝置由黑龍江省帶嶺林科所研制，屬于震動(dòng)式采種工具。其攜帶方便，操作容易，作業(yè)安全，對(duì)于立地條件復(fù)雜、大型機(jī)械使用困難及條件惡劣的種子園，具有很好的使用效果。工作時(shí)，工作人員利用可伸縮的舉升桿，將雙臂處于張開(kāi)狀態(tài)的抱樹(shù)器舉升到所采母樹(shù)樹(shù)干的一定高度處，拉動(dòng)抱樹(shù)器抱合控制索，抱樹(shù)器雙臂抱合，然后將繃索的另一端鉤掛在抱樹(shù)器上，再將繃索的另一端固定在距母樹(shù)適當(dāng)位置的立木或樹(shù)樁上，并借助緊索器將繃索拉緊。采種人員用擊打棒( 長(zhǎng)1. 8m，直徑5 ～ 6cm) 用力打擊繃索，借助繃索產(chǎn)生的拉力搖動(dòng)樹(shù)干，將球果抖落。該抖動(dòng)式林木采種裝置全重不超過(guò)20kg，兩名工作人員即可操作，每小時(shí)可完成5 ～ 8 棵樹(shù)木的種子采集工作[11-12]，但采種勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低。 圖3 采種裝置工藝示意圖 1.抱樹(shù)器抱合控制索；2.索套開(kāi)鉤控制索；3.舉升桿； 4.抱樹(shù)器； 5.索套；6.繃索；7.緊索器；8.繃索固定樁 黑龍江省林科院和黑龍江省牡丹江特種車(chē)輛改裝廠(chǎng)聯(lián)合研制了一種體積小，重量輕，價(jià)廉耐用的便攜式震動(dòng)采種機(jī)。該便攜式振動(dòng)采種機(jī)由動(dòng)力部分、傳動(dòng)部分、振動(dòng)頭和夾緊裝置等4 部分組成（見(jiàn)圖4）。動(dòng)力部分為一部小型柴油機(jī)，輸出的動(dòng)力通過(guò)傳動(dòng)軸傳至振動(dòng)頭，帶動(dòng)振動(dòng)頭中的偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生激振波，并經(jīng)過(guò)底板夾緊裝置傳遞給樹(shù)干，最終振動(dòng)波在樹(shù)干和樹(shù)枝中傳遞到達(dá)球果，使球果產(chǎn)生共振，抖落成熟的種子。該采種機(jī)全重僅20kg，樹(shù)徑在25～40cm 的樹(shù)木均可使用，每小時(shí)可完成10～15 棵樹(shù)木的種子采集，平均震動(dòng)10～20s 就可將70%的成熟球果中的種子震落，效率是人工采集的10 倍[3]，但損傷樹(shù)木。 1.油鋸；2.軟軸；3.振動(dòng)頭；4.鏈條；5.夾緊裝置 圖4 便攜式振動(dòng)采種機(jī)組成 1.2.2 國(guó)外林業(yè)采種設(shè)備現(xiàn)狀概況 國(guó)外林業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家很早前就開(kāi)始了對(duì)采種技術(shù)和裝備的研究，各種方法與裝備均有所發(fā)展，技術(shù)較為成熟。雖然各國(guó)研究的方向與側(cè)重有所不同，但是其根據(jù)本國(guó)林業(yè)實(shí)際情況研究適宜的采種技術(shù)與裝備的思路值得借鑒。國(guó)外采種設(shè)備的形式與種類(lèi)較多，從小型的簡(jiǎn)易采種工具到大型機(jī)械設(shè)備均有使用，各個(gè)國(guó)家對(duì)此的側(cè)重也不盡相同。將這些采種設(shè)備按使用方式和原理進(jìn)行分類(lèi)，大致可以分為人工小型采種工具和機(jī)械采種設(shè)備兩類(lèi)，其中的機(jī)械采種設(shè)備按照工作特點(diǎn)又可分為機(jī)械輔助性采種設(shè)備和機(jī)械自行式采種設(shè)備兩類(lèi)。 有些國(guó)家在種子園中建立了固定式空中鋼索吊斗式猜中設(shè)備。美國(guó)、前蘇聯(lián)、加拿大等國(guó)家還研制出用直升機(jī)或氣球從空中采集林木球果的裝置、雙壁撓性盒式整樹(shù)球果采集裝置及用于單枝采摘的旋轉(zhuǎn)葉片式摘果工具、小型便攜式動(dòng)力驅(qū)動(dòng)采摘器等。但山地林分采種應(yīng)用較普遍的仍然是簡(jiǎn)單適用的專(zhuān)用工具，如美國(guó)的上樹(shù)腳蹬、采種鉤、采種網(wǎng)，前東德的采種安全袋、爬樹(shù)靴，瑞典及日本的鋁合金制多節(jié)可拆式采種梯等[4]。 目前，振動(dòng)式采種機(jī)是美國(guó)較普遍地應(yīng)用于采種作業(yè)的機(jī)械中的一種。振動(dòng)式采種機(jī)由主體和振動(dòng)裝置兩部分組成。振動(dòng)式采種機(jī)常見(jiàn)有兩種類(lèi)型，一種是振波振動(dòng)式采種機(jī)，即利用兩個(gè)反方向旋轉(zhuǎn)地偏心重塊產(chǎn)生振動(dòng)（見(jiàn)圖5）。裝在振動(dòng)頭內(nèi)的兩重塊可繞同一軸轉(zhuǎn)動(dòng)，亦可分饒兩個(gè)平行軸轉(zhuǎn)動(dòng)。反方向旋轉(zhuǎn)地重塊不存在側(cè)向力，而使將力加在同一方向上，其優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)改變重塊的轉(zhuǎn)速可將振動(dòng)方向從單向變?yōu)殡p向。兩重塊由一三角皮帶連接并由一液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。為防止損傷樹(shù)皮，振東頭的夾臂上設(shè)有襯墊，伸縮臂的升降為液壓控制式。采種時(shí)振動(dòng)時(shí)間約為5~10秒，振動(dòng)頻率為400~500次/分，可將大部球果振落，效率是人工采種的數(shù)十倍。 圖5振波振動(dòng)式采種機(jī)的振動(dòng)頭 另一種是滑塊往復(fù)式振動(dòng)采種機(jī)。伸縮臂的一端連接有一重塊，另一端夾持在立木上，重塊與伸縮臂間靠一曲柄連接。曲柄被驅(qū)動(dòng)以后，即在重塊與伸縮臂之間提供一種相對(duì)運(yùn)動(dòng)（見(jiàn)圖6）。這種采種機(jī)的的特點(diǎn)，是在工作室液壓馬達(dá)、曲柄、殼體、液壓缸及其它部件共同形成一種慣性滑塊。這樣機(jī)器本身所能抵消的往復(fù)運(yùn)動(dòng)滑塊的慣性力就很少。也就是說(shuō)，較多的慣性反作用力到了立木上，而不是作用到機(jī)器的其他部件上。振動(dòng)頭的往復(fù)運(yùn)動(dòng)是通過(guò)一液壓馬達(dá)產(chǎn)生的，液壓馬達(dá)由汽油發(fā)動(dòng)機(jī)上的油泵帶動(dòng)工作。振動(dòng)力在發(fā)動(dòng)機(jī)以1000轉(zhuǎn)/分的速度運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)為800磅。采種時(shí)振動(dòng)時(shí)間為5~10秒。最佳振動(dòng)頻率為400~900次/分[13,14]。 圖6 滑塊往復(fù)式振動(dòng)采種機(jī)的振動(dòng)頭 前蘇聯(lián)也設(shè)計(jì)并制造了用于搖落松樹(shù)和云杉球果的振動(dòng)裝置。振動(dòng)裝置可裝在3-153A型挖土機(jī)或II1-2伐木-歸堆聯(lián)合機(jī)上。采種時(shí)每株樹(shù)振動(dòng)20~25s，紅松球果的采收率為90%，云杉球果的采收率為55%。 丹麥與瑞典林業(yè)管理局在水果搖落機(jī)的基礎(chǔ)上共同設(shè)計(jì)出液壓搖樹(shù)器，裝在麥賽·福格森拖拉機(jī)上，該機(jī)可用于抖落直徑為50~55cm樹(shù)上的種子。工作時(shí)需3名工作人員，其中1人駕駛拖拉機(jī)操縱搖動(dòng)器，另外2人在樹(shù)下放置塑料接種器，收集抖落的種子[16]。 意大利生產(chǎn)的SR-12型搖樹(shù)機(jī)除能搖落種子外，還帶有收集種子的裝置。SR-12型搖樹(shù)機(jī)裝在拖拉機(jī)上，可迅速地接近采種母樹(shù)，完成全部種子的采集作業(yè)。機(jī)械作業(yè)過(guò)程如下：機(jī)械靠近樹(shù)木，展開(kāi)接種步盤(pán)，抓樹(shù)裝置夾住樹(shù)木，搖抖，落下的種子順接種布盤(pán)滾到布盤(pán)中心，由氣力輸送機(jī)將種子運(yùn)送到種子箱中，該機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)是采收的同時(shí)能完成果實(shí)的收集工作，式采種機(jī)械化程度更高。 1991年，澳大利亞Desmond Renehan研制出一種更為適用的小型收獲機(jī)，振動(dòng)裝置通過(guò)3點(diǎn)懸掛裝置在拖拉機(jī)前端，沿縱向伸出。該機(jī)含一可折疊的收集部分，可從閉合位置運(yùn)動(dòng)到圍繞樹(shù)干的收集位置。機(jī)器的工作過(guò)程與SR-12型搖樹(shù)機(jī)相同，可將樹(shù)木、灌木及藤蔓植物上的堅(jiān)果、水果、莢果和球果等抖搖下來(lái)。該機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是省時(shí)、省力、費(fèi)用低，振動(dòng)裝置易在拖拉機(jī)上拆裝，對(duì)樹(shù)木損傷小，是一種較理想的收獲機(jī)械[15]。 為適應(yīng)果園及林木種子園內(nèi)成排樹(shù)木果實(shí)的采收，各種沿植株排列方向采收果實(shí)的機(jī)械應(yīng)運(yùn)而生。1978年美國(guó)的Ronald L Peters研制出搖抖成排樹(shù)木的裝置。振樹(shù)器和夾鉗共同裝在衣懸垂框架上，懸垂框架則橫向鉸接安裝于一運(yùn)輸車(chē)輛的縱向框架上。振動(dòng)裝置靠離心重塊振動(dòng)系組成，含兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)地離心重塊，驅(qū)動(dòng)裝置可使其回轉(zhuǎn)。離心塊呈空心結(jié)構(gòu)，填以滑動(dòng)小球，改變小球數(shù)量，振動(dòng)力可以改變，以適應(yīng)不同類(lèi)型的樹(shù)木。鉗臂襯以墊料，以防止油缸操縱夾臂時(shí)損傷樹(shù)木。工作時(shí)，車(chē)輛沿與樹(shù)木平行的方向前進(jìn)，縮短了運(yùn)行時(shí)間，易于將振動(dòng)器快速置于工作位置上。 與上述機(jī)器相似的機(jī)械還有1988年美國(guó)的Tom Bizzini研制的果園收獲車(chē)。這種機(jī)型較前者更完善、實(shí)用，而且增加了收集裝置。該車(chē)由3個(gè)直線(xiàn)支腿聯(lián)在一起形成“T”或“Y”型。振動(dòng)頭從車(chē)的右側(cè)區(qū)域的框架伸出，整車(chē)重量幾乎被3個(gè)車(chē)輪平均支撐，增加了穩(wěn)定性、安全性和機(jī)動(dòng)性，減少了對(duì)樹(shù)木根系的沖擊。操作者可看清前面、側(cè)面，振動(dòng)頭通過(guò)一改進(jìn)裝置能在相對(duì)于地面的不同方位和高度作抬起、升高和軸向回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)抓住樹(shù)干或樹(shù)枝的運(yùn)動(dòng)。該機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是平衡性好，能在有限的或密植的商業(yè)性水果 堅(jiān)果園內(nèi)運(yùn)行。它還可作其他用途，如噴灑滅蟲(chóng)劑，或?qū)⑵渌b置安裝于振動(dòng)頭框架處[13]。 1.3 本文主要研究工作 在本次設(shè)計(jì)中所研究的便攜式林業(yè)采種機(jī)，主要應(yīng)用于林業(yè)采種，因此可以認(rèn)為研究的工作環(huán)境是：有一定海拔高度的，路況不明顯的，樹(shù)林比較茂密的山林環(huán)境，采種對(duì)象為高度不超過(guò)5米的堅(jiān)果樹(shù)木。便攜式林業(yè)采種機(jī)的設(shè)計(jì)最終的目標(biāo)是要使采種機(jī)達(dá)到重量輕，工作平穩(wěn)可靠，提高生產(chǎn)效率，降低林業(yè)作業(yè)強(qiáng)度的目標(biāo)。便攜式林業(yè)采種機(jī)的重量將不超過(guò)20kg。完成便攜式林業(yè)采種機(jī)的理論分析、計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 第二章 便攜式林業(yè)采種機(jī)總體設(shè)計(jì)方案確定 2.1 國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的同行設(shè)備的對(duì)比 2.1.1 國(guó)內(nèi)大型設(shè)備的對(duì)比 現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的大型設(shè)備主要有CJ-50高空作業(yè)采種機(jī)、CZ-13林木自行升降式采種機(jī)、RBT14型林木球果采集機(jī)器人等。 CJ-50 高空作業(yè)采種機(jī)整機(jī)重量為7 800kg，最大作業(yè)高度14 m，最大作業(yè)幅度6. 4 m，工作額定載荷200 kg，每小時(shí)可采球果30 ～ 32kg，效率是人工上樹(shù)采種的3 ～ 5 倍。CJ-50高空作業(yè)采種機(jī)解決了人工上樹(shù)采種爬樹(shù)難，勞動(dòng)強(qiáng)度大，摘取球果困難，破壞母樹(shù)樹(shù)冠等采種作業(yè)中的實(shí)際問(wèn)題，提高了采種作業(yè)的效率[6]。 CZ-13 林木自行升降式采種機(jī)全重為2 860kg，最大作業(yè)高度13m，最大幅度3m，每小時(shí)可采集球果50kg 以上，具有出色的越野能力和充足的動(dòng)力輸出，解決了山地大坡度條件下的采種作業(yè)難題。 RBT14 型林木球果采集機(jī)器人由行走機(jī)構(gòu)、機(jī)械手、液壓系統(tǒng)和單片機(jī)控制系統(tǒng)等構(gòu)成，機(jī)器人全重8 750kg，最大采集高度為14m，最大采集半徑6. 8m，每小時(shí)能采摘落葉松球果50kg，效率是人工采摘的30 ～ 35 倍，工作人員可以站在地面上即可控制機(jī)器人進(jìn)行球果采集作業(yè)[ 7-8]。 以上三種大型設(shè)備工作都很穩(wěn)定，都有很高的工作效率，但是大型機(jī)械設(shè)備龐大、成本高，不適合我國(guó)國(guó)情。 2.1.2 國(guó)內(nèi)小型設(shè)備的對(duì)比 現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的小型設(shè)備主要有CJ-1型立木采種工具包、TD-40型抖動(dòng)式林木采種裝置、便攜式振動(dòng)采種機(jī)等。 CJ-1 型落葉松立木采種工具包由上樹(shù)工具、采摘和收集工具，安全防護(hù)用具組成。上樹(shù)工具為一具雙刺腳蹬，重1. 4kg，固定在腳和小腿上。工具柄設(shè)計(jì)為多節(jié)可伸縮式，總長(zhǎng)度3. 6m，用玻璃布基層壓管制成。在采種梳橫梁前方加裝了由彈性鋼絲支撐的布袋，袋口直徑為30cm，深25cm。被梳下的球果可直接掉人袋內(nèi)。CJ-1 型立木采種工具包具有輕便安全、操作簡(jiǎn)單、采集同步、制造使用成本較低等優(yōu)點(diǎn)，但勞動(dòng)強(qiáng)度大。適用于種子園、母樹(shù)林和用材林等的種子采集工作，效率為2. 45kg /h，經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益和生態(tài)效益比較顯著[5] 。 TD-40型抖動(dòng)式林木采種裝置攜帶方便，操作容易，作業(yè)安全，對(duì)于立地條件復(fù)雜、大型機(jī)械使用困難及條件惡劣的種子園，具有很好的使用效果。工作時(shí)，工作人員利用可伸縮的舉升桿，將雙臂處于張開(kāi)狀態(tài)的抱樹(shù)器舉升到所采母樹(shù)樹(shù)干的一定高度處，拉動(dòng)抱樹(shù)器抱合控制索，抱樹(shù)器雙臂抱合，然后將繃索的另一端鉤掛在抱樹(shù)器上，再將繃索的另一端固定在距母樹(shù)適當(dāng)位置的立木或樹(shù)樁上，并借助緊索器將繃索拉緊。采種人員用擊打棒( 長(zhǎng)1. 8m，直徑5 ～ 6cm) 用力打擊繃索，借助繃索產(chǎn)生的拉力搖動(dòng)樹(shù)干，將球果抖落。該抖動(dòng)式林木采種裝置全重不超過(guò)20kg，兩名工作人員即可操作，每小時(shí)可完成5 ～ 8 棵樹(shù)木的種子采集工作[11-12]，但采種勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低。 便攜式振動(dòng)采種機(jī)全重僅20kg，樹(shù)徑在25～40cm 的樹(shù)木均可使用，每小時(shí)可完成10～15 棵樹(shù)木的種子采集，平均震動(dòng)10～20s 就可將70%的成熟球果中的種子震落，效率是人工采集的10 倍[3]，但損傷樹(shù)木。 國(guó)內(nèi)的小型采種裝置解決了設(shè)備太大不好進(jìn)林和成本問(wèn)題，但工作效率低和工作強(qiáng)度高的問(wèn)題還不能完全解決。 2.2 便攜式林業(yè)采種機(jī)的總體設(shè)計(jì) 在本次設(shè)計(jì)中所研究的便攜式林業(yè)采種機(jī)，主要應(yīng)用于林業(yè)采種，因此可以認(rèn)為研究的工作環(huán)境是：有一定海拔高度的，路況不佳的，樹(shù)林比較茂密的山林環(huán)境，采種對(duì)象為高度不超過(guò)5米的堅(jiān)果樹(shù)木。便攜式林業(yè)采種機(jī)的設(shè)計(jì)最終的目標(biāo)是要使采種機(jī)達(dá)到重量輕，工作平穩(wěn)可靠，提高生產(chǎn)效率，降低林業(yè)作業(yè)強(qiáng)度的目標(biāo)。便攜式林業(yè)采種機(jī)的重量將不超過(guò)20kg。 便攜式林業(yè)采種機(jī)主要由機(jī)架、發(fā)動(dòng)機(jī)、振動(dòng)頭、手持桿、軟軸等組成。針對(duì)這次設(shè)計(jì)的需要，主要包括以下幾個(gè)方面： 1. 機(jī)架的設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)的便攜式林業(yè)采種機(jī)的工作環(huán)境是：有一定海拔高度的，路況不佳的，樹(shù)林比較茂密的山林環(huán)境。因此，工作人員的體力消耗很大。背負(fù)式的機(jī)架可以很好的減輕工作人員的體力消耗，是一種很好的選擇。 2. 發(fā)動(dòng)機(jī)的選型 便攜式林業(yè)采種機(jī)是一種小型機(jī)械，重量要輕，因此，發(fā)動(dòng)機(jī)選擇小型汽油機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)安置在機(jī)架上，可以1800旋轉(zhuǎn)。 3. 振動(dòng)頭的設(shè)計(jì) 振動(dòng)頭安置在伸縮桿上，需要人把持，因此，振動(dòng)頭的重量不能太大，可以選擇小型振動(dòng)頭。振動(dòng)頭的卡樹(shù)的馬蹄形處用橡膠包裹，以減小對(duì)樹(shù)枝的傷害。 4. 伸縮桿的設(shè)計(jì) 伸縮桿是工作人員控制振動(dòng)頭的工具，由于工作高度比較高，伸縮桿的長(zhǎng)度比較長(zhǎng)，不方便攜帶，因此，可以把伸縮桿分為2段，每段1.5米，材料為鋁合金。前半部分的外直徑與后半部分內(nèi)直徑相等，后半部分的與前半部分連接處開(kāi)一個(gè)小槽，這樣就可以用法蘭把2段連接。 5. 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 發(fā)動(dòng)機(jī)與伸縮桿之間用軟軸連接，軟軸長(zhǎng)85cm，軟軸用正方形，邊長(zhǎng)為5mm，外套橡皮，圓形連接口直徑3cm。軟軸與振動(dòng)頭之間用傳動(dòng)桿連接，分為2段，2段連接處設(shè)置為方形，前段的外直徑與后半部分內(nèi)直徑相等，可以套連。 第三章 便攜式林業(yè)采種機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1發(fā)動(dòng)機(jī)的選型 便攜式林業(yè)采種機(jī)的動(dòng)力來(lái)自于發(fā)動(dòng)機(jī)，根據(jù)本次設(shè)計(jì)的需要，選擇風(fēng)冷二沖程汽油機(jī)，汽油機(jī)型號(hào)為IE44F-5（如圖7）。功率1.5kw，轉(zhuǎn)速6000rpm。 二沖程汽油機(jī)的工作原理為發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體上有三個(gè)孔，即進(jìn)氣孔、排氣孔和換氣孔，這三個(gè)孔分別在一定時(shí)刻由活塞關(guān)閉。其工作循環(huán)包含兩個(gè)行程： 第一行程：活塞自下止點(diǎn)向上移動(dòng)，三個(gè)氣孔同時(shí)被關(guān)閉后，進(jìn)入氣缸的混合氣被壓縮；在進(jìn)氣孔露出時(shí)，可燃混合氣流入曲軸箱。 第二沖程：活塞壓縮到上止點(diǎn)附近時(shí)，火花塞點(diǎn)燃可燃混合氣，燃?xì)馀蛎浲苿?dòng)活塞下移作功。這時(shí)進(jìn)氣孔關(guān)閉，密閉在曲軸箱內(nèi)的可燃混合氣被壓縮；當(dāng)活塞接近下止點(diǎn)時(shí)排氣孔開(kāi)啟，廢氣沖出；隨后換氣孔開(kāi)啟，受預(yù)壓的可燃混合氣沖人氣缸，驅(qū)除廢氣，進(jìn)行換氣過(guò)程。 二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)： 1. 二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有閥，這就大大簡(jiǎn)化了它們的結(jié)構(gòu)，減輕了自身的重量。 2.二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)每一回轉(zhuǎn)點(diǎn)火一次，而四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)每隔一次回轉(zhuǎn)點(diǎn)火一次。這就賦予了二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)重要的動(dòng)力基礎(chǔ)。 3.二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)可在任何方位上運(yùn)轉(zhuǎn)，這在某些設(shè)備如鏈鋸上很重要。標(biāo)準(zhǔn)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)可能在油料晃動(dòng)的時(shí)候發(fā)生故障，除非它是直立著的。解決這個(gè)問(wèn)題就會(huì)大大增加發(fā)動(dòng)機(jī)的靈活性。 這些優(yōu)點(diǎn)使二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)更加輕便，簡(jiǎn)易，制造成本低廉。二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)另外還有將雙倍的動(dòng)力裝進(jìn)同一空間內(nèi)的潛力，因?yàn)槊恳换剞D(zhuǎn)它有雙倍的動(dòng)力沖程。輕便和雙倍動(dòng)力的結(jié)合使它與許多四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)相比具有驚人的“推重比”。更符合便攜式林業(yè)采種機(jī)的要求。 風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)零件少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕、制造成本低、功率利用率高，沒(méi)有漏水、冰凍、結(jié)垢等故障，使用維護(hù)方便，環(huán)境適應(yīng)性好、啟動(dòng)后暖機(jī)時(shí)間短；水冷發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高、故障率高、維修復(fù)雜、功率損耗大。因此，風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)更符合便攜式林業(yè)采種機(jī)的設(shè)計(jì)要求。 圖7 風(fēng)冷二沖程汽油機(jī)IE445-5 3.2 離合器的設(shè)計(jì) 離合器位于發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱之間的飛輪殼內(nèi)，用螺釘將離合器總成固定在飛輪的后平面上，離合器的輸出軸就是變速箱的輸入軸。機(jī)器從起動(dòng)到正常工作的整個(gè)過(guò)程中，操作人員可根據(jù)需要操縱離合器，使發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系暫時(shí)分離或逐漸接合，以切斷或傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)向傳動(dòng)系輸出的動(dòng)力。它的作用是使發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間能逐漸接合，從而保證機(jī)器平穩(wěn)起動(dòng)；暫時(shí)切斷發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間的聯(lián)系，以便于換檔和減少換檔時(shí)的沖擊；當(dāng)機(jī)器緊急制動(dòng)時(shí)能起分離作用，防止變速器等傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)載，從而起到一定的保護(hù)作用。 離合器類(lèi)似于開(kāi)關(guān)，接合或斷離動(dòng)力傳遞作用，離合器機(jī)構(gòu)其主動(dòng)部分與從動(dòng)部分可以暫時(shí)分離，又可以逐漸接合，并且在傳動(dòng)過(guò)程中還要有可能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。離合器的主動(dòng)件與從動(dòng)件之間不可采用剛性聯(lián)系。 離合器分為電磁離合器、磁粉離合器、摩擦式離合器、液力離合器和牙嵌離合器等。 1. 電磁離合器 電磁離合器(如圖8）靠線(xiàn)圈的通斷電來(lái)控制離合器的接合與分離。電磁離合器可分為：干式單片電磁離合器，干式多片電磁離合器，濕式多片電磁離合器，磁粉離合器，轉(zhuǎn)差式電磁離合器等。電磁離合器工作方式又可分為：通電結(jié)合和斷電結(jié)合。電磁離合器的特點(diǎn)是：高速響應(yīng)、耐久性強(qiáng)、組裝維護(hù)容易、動(dòng)作確實(shí)。 圖8 電磁離合器 2. 磁粉離合器 磁粉離（如圖9）合器是根據(jù)電磁原理和利用磁粉傳遞轉(zhuǎn)矩的。具有激磁電流和傳遞轉(zhuǎn)矩基本成線(xiàn)性關(guān)系。在同滑差無(wú)關(guān)的情況下能夠傳遞一定的轉(zhuǎn)矩，具有響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)污染、無(wú)噪音、無(wú)沖擊振動(dòng)節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)。是一種多用途、性能優(yōu)越的自動(dòng)控制元件。 在主動(dòng)與從動(dòng)件之間放置磁粉，不通電時(shí)磁粉處于松散狀態(tài)，通電時(shí)磁粉結(jié)合，主動(dòng)件與從動(dòng)件同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：可通過(guò)調(diào)節(jié)電流來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩，允許較大滑差。缺點(diǎn)：較大滑差時(shí)溫升較大，相對(duì)價(jià)格高。 圖9 磁粉離合器 3.牙嵌離合器 牙嵌式離合器（如圖10）由兩個(gè)端面上有牙的半離合器組成，一個(gè)半離合器固定在主動(dòng)軸上，另一個(gè)半離合器用導(dǎo)鍵 或花鍵與從動(dòng)軸聯(lián)接，并通過(guò)操縱機(jī)構(gòu)使其做軸向移動(dòng)，從而起到離合作用。 為了對(duì)中，在主動(dòng)軸的半離合器上固定有滑環(huán)，從動(dòng)軸可在滑環(huán)中自由轉(zhuǎn)動(dòng)。 離合器的操縱可以通過(guò)手動(dòng)杠桿、液壓、氣動(dòng)或電磁的吸力等方式進(jìn)行。 牙數(shù)一般取3~60。 利用兩半離合器端面上的牙互相嵌合或脫開(kāi)以達(dá)到主、從動(dòng)軸的離合、牙有矩形、梯形、三角形、鋸齒形和螺旋形等幾種形式。由于同時(shí)參與嵌合的牙數(shù)多，故承載較高，適用范圍廣泛。 外形尺寸小，傳遞轉(zhuǎn)矩大，接合后主從動(dòng)軸無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，傳動(dòng)比不變。但接合時(shí)有沖擊，適合于靜止接合，或轉(zhuǎn)速差較小時(shí)接合(對(duì)矩形牙轉(zhuǎn)速差≤10r/min，對(duì)其余牙形≤300r/min)，主要用于低速機(jī)械的傳動(dòng)軸系。 有有三角形、梯形、鋸齒形。三角形牙傳遞中、小轉(zhuǎn)矩、牙數(shù)15-60。梯形、鋸齒形牙可以傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，牙數(shù)3-15。梯形牙可以補(bǔ)償磨損后的牙側(cè)間隙，鋸齒形牙只能單向工作，反轉(zhuǎn)時(shí)由于有較大的軸向分力，會(huì)迫使離合器自行分散，以使載荷均勻分布。 牙嵌離合器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外輪廓尺寸小，能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，故應(yīng)用較多，但牙嵌離合器只宜在兩軸不回轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速差很小時(shí)進(jìn)行結(jié)合，否則牙齒可能會(huì)因受撞擊而折斷。 圖10 牙嵌式離合器 4. 摩擦式離合器 摩擦式離合器(如圖11）也叫盤(pán)式離合器，摩擦式離合器是靠摩擦片來(lái)傳遞動(dòng)力的離合器。通過(guò)摩擦盤(pán)與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪的連接與斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)動(dòng)力的傳輸。 摩擦式離合器的基本組成為：主動(dòng)部分：飛輪、離合器蓋、壓盤(pán)；從動(dòng)部分：從動(dòng)盤(pán)、從動(dòng)軸；壓緊機(jī)構(gòu)：壓緊彈簧；操縱機(jī)構(gòu)：離合器踏板、分離拉桿、分離叉、分離套筒、分離軸承、分離杠桿等。 摩擦式離合器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單經(jīng)湊、散熱通風(fēng)性好、高速性能好、使用壽命長(zhǎng)、扭矩容量穩(wěn)定、分離踏板操縱輕便、平衡性好、有利于大批量生產(chǎn)，降低成本等優(yōu)點(diǎn)。 本次設(shè)計(jì)選擇摩擦式離合器，其特點(diǎn)更符合本次設(shè)計(jì)的要求。 (1).確定離合器需要傳遞的扭距 離合器安裝軸轉(zhuǎn)速n離=n發(fā)=6000rpm 根據(jù)公式T=9550,可得T工=9550=2.3875（Nm） Mf=β（Nm） 式中：β≥1—扭距儲(chǔ)備系數(shù)，一般β=1.2 ～2，此處取β=1.2 故Mf=β =β·T工=1.2×2.3875=2.865（Nm） (2) .摩擦式離合器摩擦片參數(shù)與尺寸計(jì)算 摩擦盤(pán)工作面平均直徑計(jì)算公式DP=(2.5～4）d 摩擦盤(pán)工作面外直徑D1=1.25Dp，摩擦盤(pán)工作面內(nèi)直徑D2=0.75Dp 但經(jīng)驗(yàn)算與校核，所取值不能滿(mǎn)足條件，不能采用。因此，改取摩擦盤(pán)外直 徑D1=180mm，內(nèi)直徑D2=140mm 由公式的DP=（D1+D2）=×（180+140）=160mm 摩擦盤(pán)寬度b===20mm 摩擦面對(duì)數(shù)：m=1 摩擦盤(pán)脫開(kāi)時(shí)所需的間隙取1mm 根據(jù)公式Tc=確定計(jì)算轉(zhuǎn)矩。 其中T為離合器理論轉(zhuǎn)矩，可取最大工作轉(zhuǎn)矩，即T工 K為離合器工況系數(shù)，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》6-222頁(yè)表6-3-3查表，此處K取1.2 Km為離合器接合頻率系數(shù)，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》6-222頁(yè)表6-3-4查表，Km取1 KV為離合器滑動(dòng)速度系數(shù)，根據(jù)公式νm=(m/s) ==50.24(m/s) 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》6-222頁(yè)表6-3-5查表，可得KV=0.924 可得，Tc==5209（Ncm) 壓緊力：Q=，μ為摩擦面的摩擦系數(shù)，本設(shè)計(jì)采用黃銅，μ取0.17 代入后Q==3830（N) 許用傳遞轉(zhuǎn)矩：應(yīng)滿(mǎn)足TcΡ=π(D12-D22)≥Tc 其中pp為許用壓強(qiáng)，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》6-232頁(yè)表6-3-16查表，本設(shè)計(jì)取20～40Ncm-2 K1為摩擦片數(shù)修正系數(shù)，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》6-238頁(yè)表6-3-20查表，取K1=1 將參數(shù)代入公式得 TcΡ=π×（182-142)×16×1×0.17×40×1=5468(Ncm) 因此可知TcΡ≥Tc，滿(mǎn)足校核條件。 摩擦面壓強(qiáng)：應(yīng)滿(mǎn)足p=≤pp 將已知量代入公式可得p==38.09 Ncm-2 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》6-232頁(yè)表6-3-16查表，知黃銅—黃銅的許用壓強(qiáng)為20～40Ncm-2，因此滿(mǎn)足校核條件。 (3) .摩擦式離合器圓柱螺旋壓縮彈簧參數(shù)與尺寸計(jì)算 1) 原始條件 最小工作載荷 P 1= 0 N 最大工作載荷 3830 N 工作行程 h = 8 mm 端部結(jié)構(gòu)：端部并緊，磨平，兩端支撐圈各一圈 彈簧材料：碳素彈簧鋼絲 C 級(jí) 2）參數(shù)計(jì)算 初算彈簧剛度 P` ： P` = = = 478.75( N / mm) 工作極限載荷 ： 為 1 類(lèi)載荷， ，故 =3830 N 彈簧材料直徑 d 及彈簧中徑 D 與有關(guān)參數(shù) 根據(jù) 與 D 條件從《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》11-24 頁(yè)表 11-2-19 查表得 d D ?j Pd` 10 40 4615 2.991 1543 有效圈數(shù) n ： n=== 3.22 圈 按照《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》11-17 頁(yè)表 11-2-10 取標(biāo)準(zhǔn)值為 n=3.25 總?cè)?shù) ： n1= n +2 = 3.25 + 2 = 5.25 圈 彈簧剛度 P ` ： P`= == 474.77 N / mm 工作極限載荷下的變形量 = n ?j= 3.25 × 2.991 = 9.72mm 9.7mm 節(jié)距 t ： t =+d=+10= 12.98mm 自由高度 H0= 1.5d = 3.25×12.98 + 1.5×10 = 57.2mm 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》11-17 頁(yè)表 11-2-12 取標(biāo)準(zhǔn)值為 H0=58mm 彈簧外徑 D2= D + d = 40 + 10 =50mm 彈簧內(nèi)徑 D1= D - d =40 +10= 30mm 螺旋角ɑ===5.8970 展開(kāi)長(zhǎng)度 L： L=== 663.24mm 3）驗(yàn)算 最小載荷時(shí)的高度： H1= H0-=58 -= 58mm 最大載荷時(shí)的高度： --=50mm 極限載荷時(shí)的高度： -- 實(shí)際工作行程： h = H1- H n = 58 - 50 = 8mm 高徑比： b ==1.45 ≤ 2.6 符合條件，不必進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。 (4) .圓盤(pán)摩擦離合器軸用平鍵參數(shù)與尺寸計(jì)算 1）摩擦盤(pán)用平鍵參數(shù)選擇 根據(jù)要求，離合器軸與摩擦片間連接采用平鍵連接。 其中，離合器主動(dòng)摩擦盤(pán)安裝軸直徑為 20mm，按照《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》5-228 頁(yè)表 5-3-18 查表選用如下尺寸的平鍵: 軸的公稱(chēng)直徑d 鍵尺寸b*h 鍵槽 深度 半徑 軸 t1 轂 t2 最小 最大 17~22 6*6 3.5 2.8 0.16 0.25 長(zhǎng)度 L 28 2）鍵連接的強(qiáng)度計(jì)算 根據(jù)題目要求，此處為平鍵的靜聯(lián)接，應(yīng)用的計(jì)算公式為 其中 T：為轉(zhuǎn)矩 T=52090Nmm D：軸的直徑 D=20 mm k：鍵與輪轂的接觸高度 k=2.8mm，即 t2, l：鍵的工作長(zhǎng)度 mm，選用 B 型平鍵，l=L =28mm ：許用擠壓應(yīng)力，按照《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》5-227頁(yè)表 5-3-17 查表得取 100~120MPa 代入公式得 滿(mǎn)足校核條件。 3）鍵連接的強(qiáng)度計(jì)算 根據(jù)題目要求，此處為平鍵的靜聯(lián)接，應(yīng)用的計(jì)算公式為 其中 T：為轉(zhuǎn)矩 T=52090Nmm D：軸的直徑 D=25 mm k：鍵與輪轂的接觸高度 k=3.3mm，即 t2, l：鍵的工作長(zhǎng)度 mm，選用 B 型平鍵，l=L =28mm ：許用擠壓應(yīng)力，按照《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》5-227頁(yè)表 5-3-17 查 表得取 100~120MPa 代入公式得 滿(mǎn)足校核條件。 (4).圓盤(pán)摩擦離合器軸承參數(shù)與尺寸選用 此處軸承的作用是傳遞軸向力，因此選用推力球軸承。軸直徑 d=25mm， 按照《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》7-418 頁(yè)表 7-2-94 查表，選用以下單向推力球軸承： 基本尺寸 /mm d 25 D 42 T 11 基本額定載荷 / Ca 15.2 C0a 30.2 最小載荷常數(shù) A 0.005 極限轉(zhuǎn)速 r/min 脂 4300 油 6000 質(zhì)量 /kg W 0.055 軸承代號(hào) 51000型 51105 其他尺寸 /mm d1 26 D1 42 r 0.6 安裝尺寸 /mm da 35 Da 32 r a 0.6 此型號(hào)推力球軸承滿(mǎn)足離合器使用要求。 （5).圓盤(pán)摩擦離合器其他參數(shù)與尺寸確定 墊片：根據(jù)離合器安裝軸尺寸，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》5-150 頁(yè)表 5-1-157 ， 選取平墊圈 C 級(jí)（GB/T95—2002）公稱(chēng)直徑 d=12mm，外徑 d2=24mm，內(nèi)徑 d1=13.5mm，厚度 h=2.5mm 螺栓：根據(jù)離合器安裝軸尺寸，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》5-86 頁(yè)表 5-1-83 ， 選取 M12 的螺栓。 圖11-1 摩擦式離合器示意圖 圖11-2 摩擦式離合器cad圖 3.3 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 傳動(dòng)軸是由軸管、伸縮套和萬(wàn)向節(jié)組成。傳動(dòng)軸連接或裝配各項(xiàng)配件，而又可移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的圓形物體配件，一般均使用輕而抗扭性佳的合金鋼管制成。軟軸為邊長(zhǎng)5cm的正方形，長(zhǎng)85cm。如圖12。 圖12-1 軟軸示意圖 圖12-2 軟軸的cad圖 3.4 振動(dòng)頭的設(shè)計(jì) 振動(dòng)頭是便攜式林業(yè)采種機(jī)的一個(gè)重要組成部分。便攜式林業(yè)采種機(jī)對(duì)樹(shù)的作用都是用振動(dòng)頭來(lái)完成的，因此，振動(dòng)頭非常重要。本次設(shè)計(jì)的振動(dòng)頭形狀如圖13所示。馬蹄形出用橡膠包裹，減小對(duì)樹(shù)的傷害。 振動(dòng)頭包括減速器和運(yùn)動(dòng)裝置。 ???? 圖13-1 振動(dòng)頭的示意圖 圖13-2 振動(dòng)頭的cad圖 1.馬蹄形卡器；2.固定板；3.滑塊；4.大錐齒輪；5.殼 6.小圓柱齒輪；7.大圓柱齒輪；8.小錐齒輪；9.振動(dòng)頭的殼 振動(dòng)頭的外殼如圖14所示。 圖14-1 振動(dòng)頭外殼的示意圖 圖14-2 振動(dòng)頭外殼的cad圖 錐齒輪的設(shè)計(jì) 大、小齒輪均選用45鋼，選用8級(jí)精度。 1.圓錐初步設(shè)計(jì) T1=2.3875（Nm），K=1.5，得 de116mm， 根據(jù)圖16.4-5選z1=16，z2=22 me=1,de2=22mm 2. 幾何計(jì)算齒數(shù) z1=16，z2=22，實(shí)際齒數(shù)比u==1.375 分錐角： 36.027370 0 外錐距： Re=13.601mm 齒寬系數(shù)： 取ΦR =0.3 齒寬： b=ΦR Re=0.3×13.601=4.0803,取b=4mm 實(shí)際齒寬系數(shù)ΦR ==0.2941 中點(diǎn)模數(shù)： mm=me(1-0.5ΦR)=0.85295mm 中點(diǎn)分度圓直徑： dm1=de1(1-0.5ΦR)=13.6472mm dm2=de2(1-0.5ΦR)=18.7649mm 切向變位系數(shù)： xt1=0,xt2=0 高變位系數(shù)： x1=0.18,x2=-0.18 頂隙： c=c*me=0.2×1=0.2mm 大端齒頂高： ha1=(1+x1）me=(1+0.18)×1=1.18mm,ha2=0.82mm 大端齒根高： hf1=(1+c*-x1)me=（1+0.2-0.18)×1=1.02mm hf2=(1+c*-x2)me=（1+0.2+0.18)×1=1.38mm 全齒高： h=(2+c*)me=（2+0.2)×1=2.2mm 齒根角： θf(wàn)1==4.288840 θf(wàn)2==5.793580 齒頂角： θa1=θf(wàn)2=5.793580，θa2=θf(wàn)1=4.288840 頂錐角： 36.027370+5.793580=41.820950 53.972630+4.288840=58.261470 根錐角： 36.027370-4.288840=31.738530 -53.972630-5.793580=48.179050 大端齒頂圓直徑： 16+2×1.18×0.808736=17.909mm 22+2×0.82×0.588171=22.965mm 冠頂距： Ak1=-ha1sin=10.518mm Ak2=-ha2sin=7.337mm 大端分度圓弧齒厚： s1=me()=1×(-2×0.18×0.364+0)=1.4390mm(標(biāo)準(zhǔn)壓力角ɑ=200） s2=-s1=3.1416-1.4390=1.7026mm 大端分度圓弦齒厚： =s1（1-）=1.4371mm =s2(1-)=1.7009mm 大端分度圓弦齒高： 1.2062 0.8394 當(dāng)量齒數(shù)： 19.784mm 37.404mm 當(dāng)量齒輪分度圓直徑： dv1=dm1=16.875mm dv2=u2dv1=31.904mm 當(dāng)量齒輪頂圓直徑： dva1=dv1+2ha=18.581mm dva2=dv2+2ha=33.610mm 當(dāng)量齒輪根圓直徑： dvb1=dv1cosɑ=15.857mm dvb2=dv2cosɑ=29.980mm 當(dāng)量齒輪傳動(dòng)中心距： av=24.390mm 當(dāng)量齒輪基圓齒距： =2.5167mm 嚙合線(xiàn)長(zhǎng)度： =-=4.097mm 斷面重合度： 1.628 齒中部接觸線(xiàn)長(zhǎng)度： 3.894mm 齒中部接觸線(xiàn)的投影長(zhǎng)度： 3.894mm 3. 齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核 計(jì)算公式： ， 中點(diǎn)分度圓上的切向力： Ft==350N KA=1.25,表16.2-36 動(dòng)載系數(shù)： 由6級(jí)精度和中點(diǎn)節(jié)線(xiàn)速度42.852m/s，查圖16.4-28.1.16 齒向載荷分布系數(shù)： 由表16.4-28取KHβe=1.1，有效工作齒寬be>0.85b,按式16.4-2 KHβ=1.5KHβe=1.65 端面載荷系數(shù)： 87.5N/mm<100N/mm，由表16.4-29，KHɑ=1.0 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)： ZH=2.5,圖16.4-29 中點(diǎn)區(qū)域系數(shù)： 由式16.4-5計(jì)算： ZM-B=1.061 參數(shù)F1和F2按表16.4-30計(jì)算： F1=2；F2=2=1.256 彈性系數(shù)： ZE=189.8，表16.2-43 螺旋角系數(shù)： 直齒輪，Zβ=1 錐齒輪系數(shù)： 由式16.4-7，ZK=0.8 載荷分配系數(shù)： 由式16.4-8，ZLS=1 計(jì)算接觸應(yīng)力： 1700N/mm2 許用接觸應(yīng)力： 試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限： 2000N/mm2，圖16.2-17h 壽命系數(shù)： ZN=1，長(zhǎng)期工作，取為無(wú)限壽命設(shè)計(jì) 潤(rùn)滑油影響系數(shù)： ZLVR=0.99，圖16.2-20，=100mm2/s 工作硬化系數(shù)： ZW=1 尺寸系數(shù)： ZX=1 最小安全系數(shù)： =1.1 許用接觸應(yīng)力值： 1727N/mm2 齒面接觸強(qiáng)度校核結(jié)果： ；通過(guò) 4齒根抗彎疲勞強(qiáng)度校核 計(jì)算公式： ，式16.4-11 KA=1.25；=1.16；1.65；1.0；Ft=350N 復(fù)合齒形系數(shù)： YFS1=4.5；YFS2=4.45.查圖16.4-25 重合度系數(shù)： =0.25+=0.71，式16.4-12 錐齒輪系數(shù)： 按式16.4-15計(jì)算： YK=1 載荷分配系數(shù)： YLS==1，式16.4-15 齒根彎曲應(yīng)力計(jì)算值： 784N/mm2 775N/mm2 齒根許用彎曲應(yīng)力： ，式16.4-17 齒根抗彎疲勞強(qiáng)度基本值： ，圖16.2-26 壽命系數(shù)： ，長(zhǎng)期工作，取為無(wú)限壽命設(shè)計(jì) 相對(duì)齒根圓角敏感系數(shù)： 相對(duì)齒根表面狀況系數(shù)： 尺寸系數(shù)： 1，圖16.2-28 最小安全系數(shù)： 許用彎曲應(yīng)力值： 857N/mm2 齒根彎曲強(qiáng)度校核結(jié)果： ；；通過(guò) 1.大錐齒輪；2.小錐齒輪；3.軸 圖15 錐齒輪裝配cad圖 圓柱齒輪的設(shè)計(jì) 1選擇材料，確定試驗(yàn)齒輪的疲勞極限應(yīng)力： 參考表16.2-59、60、65，選擇齒輪材料為： 小齒輪：38SiMnMo，調(diào)質(zhì)，硬度320～340HBS 大齒輪：35SiMn，調(diào)質(zhì)，硬度280～300HBS 由圖16.2-17及圖16.2-26，查得： 790N/mm