PDF《一种背负式电动果枝修剪机的设计与试验》

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1 5] .本研究为进一步改善果农作业环境, 提高 果树修剪生产效率, 基于现有的机具设计了一种适 合山地果园使用的果枝修剪机, 并对其修剪效果进 行评估, 旨在为研制质量较轻、 噪音小、 污染少、 操作 和维修均较简单且修剪效果也较好的果枝修剪机提 供参考.

1 材料与方法 1.1 整机结构及工作原理

1 ) 整体结构.背负式果枝修剪机主要由动力机 构、 传动机构、 修剪机构、 变频器、 保护机构等部件组 成, 结构如图1所示.样机实物如图2所示.

2 ) 修剪机工作原理.传动路线是该修剪机整体 设计的基础, 该机传动路线主要连接机构包括软轴 和锥齿轮对, 软轴两端通过联轴器分别连接电机和 华中农业大学学报第3 8卷 传动轴, 锥齿轮对连接传动轴和刀盘轴.其他部件 安装如图1所示, 电池和电机均安装在背负式机架 上.固定套与操作杆和轴头外壳用螺栓联接, 锯片 罩壳固定在轴头外壳上, 圆盘锯片所在平面与操作 杆呈一定夹角, 便于剪切.刀盘两侧用夹盘固定可 提高圆盘锯片工作时的稳定性, 防止轴向跳动[

1 7] . 采用锯片罩壳既能有效夹持住枝条, 也能防止切屑 伤人. 1. 电瓶 B a t t e r y ;

2. 电动机 M o t o r ;

3. 联轴器 C o u p l i n g ;

4. 软轴Softshaft;

5. 联轴器Coupling;

6. 启动开关及变频器Starterswitcha n d f r e q u e n c yc o n v e r t e r ;

7. 操作杆 O p e r a t i n g l e v e r ;

8. 传动 轴Driveshaft;

9. 套筒 S l e e v e ;

1 0. 锥齿轮对 B e v e l g e a r p a i r ;

1 1. 轴 头外壳 S h a f th e a dh o u s i n g ;

1 2. 圆盘锯片 D i s c s a wb l a d e ;

1 3. 输出 轴Outputshaft;

14. 外壳罩 S h e l l c o v e r . 图1 背负式电动修剪机结构图 F i g .

1 T h ew h o l es t r u c t u r eo f t h em a c h i n e 图2 样机实物图 F i g .

2 T h ep h y s i c a l p h o t oo f p r o t o t y p e 修剪机作业时, 启动电源开关, 电动机通过电池 供电为修剪机提供动力, 电机带动软轴将动力传递 给操作杆内的传动轴, 再经锥齿轮对传动驱动圆盘 锯片作高速运动.锯盘锯切作业时, 果农操纵机具 向前移动, 树枝在罩壳充当定刀形成的支撑滑切作 用下被切断, 并在离心力作用下沿壳体后端抛撒至 果园中, 完成修剪作业[

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3 ) 主要技术参数.背负式电动修剪机主要技术 参数为: 修剪枝条 直径0~3

0 mm, 电池额定电压48V, 额定电流1 2A, 电机功率4

0 0 W, 电机最 高 转速60

0 0r / m i n , 额定扭矩0.

8 5N?m, 最大工作 时长1. 4h .修剪机所用刀盘齿数4 0齿, 刀径1

8 0 mm, 刀盘厚度1.

5 mm, 转速20

0 0r / m i n , 整机 质 量约1 0k g . 1.2 圆盘锯片齐切过程分析 修剪机作业时, 刀盘主要参与两个运动, 刀盘以 一定转速旋转进行切割树枝;

果农手持修剪机操作 杆以一定速度U 向前推进.对机具进给运动进行 分析, 简化为运动简图如图3所示, 图3中O D 为操 作杆, A 点为机具的旋转支撑点, 在操作杆中点处. 操作杆可绕 A 点类似于作小弧度匀速转动.刀盘 进给运动中, 树枝主要受到一个正压力FU . 图3 锯切机构运动简图 F i g .

3 T h em o t i o nd i a g r a mo f t h em a c h i n e 圆盘锯片的旋转运动是修剪机工作的关键, 理 论上圆盘锯片的锯切刃呈 V 状, 可以将其锯齿刃 口近似看做圆弧曲面.设圆弧半径为 P, 圆盘锯齿 开始切入枝条时, 锯齿上的a 点将最先接触树枝, 当刀盘沿进给方向前进时, 锯齿上的a 点........