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畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書
學(xué)生姓名
周軒
院系
機(jī)電學(xué)院
專業(yè)、班級(jí)
機(jī)械08-3
指導(dǎo)教師姓名
任忠先
職稱
講師
從事
專業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)
是否外聘
□是■否
題目名稱
林區(qū)割灌機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
一、設(shè)計(jì)目的、意義
割灌機(jī)主要用于灌木平茬、幼林撫育、林地清理、草坪修剪以及牧場(chǎng)、果園的割草，裝上附件還可以用于抽水及小麥、水稻和玉米的收割，它是一種實(shí)用型多用途機(jī)具。
隨著植樹造林的深入，墾區(qū)林業(yè)已有長(zhǎng)足發(fā)展，越來(lái)越多的人出現(xiàn)在墾區(qū)大地上，單靠人工用鐮刀撫育管理越來(lái)越不適應(yīng)大面積造林的需要。為了提高工作效率，保證幼林撫育管理任務(wù)的完成，必須使割灌機(jī)配合工作。實(shí)踐證明，割灌機(jī)應(yīng)用于林業(yè)生產(chǎn)，既能減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，又能按季節(jié)連續(xù)完成各種林業(yè)生產(chǎn)任務(wù)，節(jié)能低耗，是林業(yè)生產(chǎn)上一種省工高效的工具
二、設(shè)計(jì)內(nèi)容、技術(shù)要求（研究方法）
本設(shè)計(jì)割灌機(jī)，以鐵牛-724拖拉機(jī)為動(dòng)力，由動(dòng)力輸出軸系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、張緊機(jī)構(gòu)、分株組件、割灌機(jī)構(gòu)、機(jī)架、防護(hù)和順料機(jī)構(gòu)組成，重點(diǎn)在于張緊機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和割灌機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
主要技術(shù)參數(shù)有：
一次割灌寬度：2m
割灌進(jìn)給速度：0.65m/s(拖拉機(jī)1檔)
鋸片直徑：300mm
整機(jī)最大離地間隙：400mm
生產(chǎn)效率：4700m2/h.臺(tái)
液壓缸行程：5200mm
三、設(shè)計(jì)完成后應(yīng)提交的成果
整機(jī)的設(shè)計(jì)包括：
1、 裝配圖A0圖紙一張；
2、 零件圖折合A0圖紙二張；
3、 設(shè)計(jì)說(shuō)明書（兩萬(wàn)字左右）。
四、設(shè)計(jì)進(jìn)度安排
2月27日~3月15日，查找相關(guān)資料，完成文獻(xiàn)綜述
3月16日~4月19日，撰寫開題報(bào)告。初步確定設(shè)計(jì)總體方案。
4月20日~5月24日，大體完成各部分的設(shè)計(jì)和繪制裝配圖和相應(yīng)零件圖。撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書
5月25日~6月7日 ，提交正式設(shè)計(jì)教師審核。
6月8日~6月15日，按照學(xué)院的規(guī)范要求排版打印設(shè)計(jì)說(shuō)明書。上交畢業(yè)設(shè)計(jì)文件準(zhǔn)備畢業(yè)答辯，參加畢業(yè)答辯。
五、主要參考資料
[1] 梁桂清.我國(guó)割灌機(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展前景[J].廣西機(jī)械,2000(1): 24-25.
[2] 許汶祥.新型割灌機(jī)的設(shè)計(jì)研制[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備,2002,30 (2): 10-11.
[3] 劉晉浩,王丹.談國(guó)內(nèi)外人工林撫育機(jī)械的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J] .森林工2006,22(3):13-14.
[4] 王燕,王述洋.割灌機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J] .林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備2007,10(35),4-5.
[5] 劉勤,黃曉山,劉易善,劉玉敏,李東玫.2G-200型懸掛式割灌機(jī)的研制[J].林業(yè)科技,2002,(5).
[6] 陳永康.2GB-081型背負(fù)式割灘機(jī)的研制[J] .林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備.2002,3:10-11.
[7] 劉冬梅,阮凱林.新型自走式割灌機(jī)結(jié)構(gòu)分析[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備2007,12(35),18-19.
[8] Makoto Tanaka,Seiji Sato. FX Series General-Purpose Wire-Cut Electrical-Discharge Machines.
[9] Takamitsu Kimura, Katsunori Sawahata, Takahiro Ssto. Development of High Performance Coated Wice Electrodes for High-Speed Cutting and Accurate Machining.
六、備注
指導(dǎo)教師簽字：
年 月 日
系主任簽字：
年 月 日
本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)
林區(qū)割灌機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
系部名稱： 機(jī)電工程學(xué)院
專業(yè)班級(jí)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化08-3班
學(xué)生姓名：
指導(dǎo)教師：
職 稱：
2012年6月
The Graduation Design for Bachelor's Degree
The Structure Design of The Forest Brush Breaker
Candidate：
Specialty：Mechanical Design and Manufacture and Automation
Class：
Supervisor：Lecturer.
2012-06·
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
摘 要
本設(shè)計(jì)介紹了一種林區(qū)割灌機(jī)產(chǎn)品：自走式割灌機(jī)。設(shè)計(jì)中根據(jù)林區(qū)路面狀況，以及清林撫育的作業(yè)情況，而設(shè)計(jì)出能夠適應(yīng)林區(qū)崎嶇路面及道路狹窄等惡劣環(huán)境的自走式割灌機(jī)，具有很高的實(shí)用性和推廣價(jià)值。
該自走式割灌機(jī)由行走部分，割灌部分，駕駛臺(tái)以及排障部分等組成，可以鋸切加工直徑范圍在10 ～80mm的灌木。整個(gè)機(jī)器由兩個(gè)汽油機(jī)提供動(dòng)力，一個(gè)提供行走動(dòng)力，另一個(gè)提供割灌動(dòng)力。鋸片位于整個(gè)機(jī)器的前下端，由駕駛臺(tái)控制桿控制其離地面高度，以適應(yīng)林區(qū)路面狀況。通過(guò)頂部的排障桿使高于機(jī)器頂部的灌木倒向預(yù)定方向，達(dá)到排障目的。該自走式割灌機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易維修，操作簡(jiǎn)單。
在文章中，對(duì)該自走式割灌機(jī)的主要部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算（例如：皮帶輪，軸，軸承，鍵，四連桿等 ），并對(duì)主要部件進(jìn)行了系統(tǒng)的介紹和說(shuō)明，對(duì)使用中涉及到的潤(rùn)滑，保養(yǎng)及注意事項(xiàng)也作了說(shuō)明。
關(guān)鍵詞：自走式；割灌機(jī)；割灌部分；行走部分；駕駛臺(tái)；排障桿
Abstract
A self preceded trash breaker, a new forestry machine has been presented in this paper. According to forest road surface conditions, and working situations of clearing fostering trees, the self-propelled brush breaker was designed to adapt to any atrocious environment, such as rugged road surface, narrowness of road and so on. It was highly practicability and generalizing value.
This self-propelled brush breaker is consist of walking port, cutting port，bridge and breaching of obstacles part and can saw brush in diameter range from 10mm to 80mm.The power of whole machine is supplied by two petrol motors, one is for running power，the other is for breaking brush power. Saw blade was under the machine，the control stick on driving stand control its height away from ground to adapt to the forest road surface condition. The bushes that are higher than the machine can be controlled by a pilot bar, which can make bushes fall along the pre-designed direction and get rid of obstacles. This structure of self-propelled brush breaker is simple, is easy to maintain, and is operated easily as well.
The main parts of the self-propelled brush breaker have been compeered and tested in this paper, such as pulley, axes, bearing, bond，four link rods and so on, and the main parts have been introduced and explained systemically, and have lubrication ,maintenance and other matters n related in using.
Key words：Self-propelled； brush breaker； the cutting port；the walking port；bridge,；pilot bar
Ⅱ
目 錄
摘要……………………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract……………………………………………………………………………………Ⅱ
第1章緒論……………………………………………………………………………………1
1.1引言……………………………………………………………………………………1
1.2割灌機(jī)的應(yīng)用范圍……………………………………………………………………1
1.3割灌機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀……………………………………………………………………2
1.4我國(guó)割灌機(jī)的市場(chǎng)及前景……………………………………………………………6
1.5割灌機(jī)的發(fā)展方向……………………………………………………………………7
1.6自走式割灌機(jī)設(shè)計(jì)的意義……………………………………………………………8
第2章 結(jié)構(gòu)概述 ………………………………………………………………………… 9
2.1工作原理……………………………………………………………………………… 9
2.2結(jié)構(gòu)分析……………………………………………………………………………… 9
2.3本章小結(jié)…………………………………………………………………………… 10
第3章 行走部分設(shè)計(jì)…………………………………………………………………… 11
3.1 方案的確定…………………………………………………………………………11
3.2 機(jī)構(gòu)選擇……………………………………………………………………………12
3.3 動(dòng)力選擇……………………………………………………………………………13
3.4 主要設(shè)計(jì)參數(shù)………………………………………………………………………13
3.5本章小結(jié)……………………………………………………………………………14
第4章 割灌部分設(shè)計(jì)…………………………………………………………………… 15
4.1 方案的確定…………………………………………………………………………15
4.2 汽油機(jī)輸出帶輪設(shè)計(jì) ……………………………………………………………15
4.3 中間傳動(dòng)軸的計(jì)算…………………………………………………………………20
4.4 中間傳動(dòng)軸的校核 …………………………………………………………………20
4.5中間傳動(dòng)軸軸承的校核 ……………… ……………………………………………24
4.6 中間軸的鍵的選擇和校核 …………………………………………………………27
4.7本章小結(jié)……………………………………………………………………………28
第5章 駕駛臺(tái)設(shè)計(jì)………………………………………………………………………29
5.1方案確定……………………………………………………………………………29
5.2本章小結(jié)……………………………………………………………………………30
第6章 排障部分設(shè)計(jì) …………………………………………………………………31
6.1方案確定……………………………………………………………………………31
6.2本章小結(jié)……………………………………………………………………………32
結(jié)論……………………………………………………………………………………………33
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………34
致謝……………………………………………………………………………………………35
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
第1章 緒 論
1.1 引言
隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保意識(shí)的進(jìn)一步加強(qiáng)，特別是1998 年長(zhǎng)江等流域的特大洪水, 給世人敲響了警鐘, 我國(guó)政府出臺(tái)了一系列保護(hù)生態(tài)環(huán)境的政策,禁伐天然林,嚴(yán)格控制砍伐人工林。林業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化,伐木工人變成了營(yíng)林工人,使得林業(yè)部門對(duì)林業(yè)機(jī)械的需求也發(fā)生了重大變化; 伐木機(jī)械需求量急劇減少,以油鋸為例, 2007 年全國(guó)油鋸銷量在4.5萬(wàn)臺(tái)左右, 2008 年下降至3.5萬(wàn)臺(tái),2009 年則降2.5萬(wàn)臺(tái), 因而營(yíng)林機(jī)械必將有很大的增加。
由于營(yíng)林作業(yè)的種類繁多, 因而營(yíng)林機(jī)械的種類也很多, 本文介紹一種用途廣泛、操作簡(jiǎn)便、使用靈活的營(yíng)林機(jī)械——割灌機(jī)。
割灌機(jī)，又稱打草機(jī)、除草機(jī)、割草機(jī)、機(jī)動(dòng)鐮，它是靠高速旋轉(zhuǎn)的鋒利刀片切割樹木枝椏、藤蔓或半木質(zhì)化草株，因此，其主要用于林地的雜草清除、低矮灌木割除和樹木邊緣的修剪，以及中幼林撫育、人工林間伐等。
在林業(yè)方面，撫育間伐是我國(guó)林業(yè)發(fā)展的一項(xiàng)重要工作。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)全國(guó)林區(qū)總面積的70%(約80萬(wàn)公頃)是中幼林，其中約80%的中幼林未及時(shí)進(jìn)行撫育，即急待撫育的約53萬(wàn)公頃。目前我國(guó)中幼林撫育間伐作業(yè)只有少量機(jī)械，而大部分靠手工勞動(dòng)，大斧子、油鋸、彎把鋸伐木，其勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低已不能適應(yīng)撫育生產(chǎn)的要求。為了提高工作效率，保證幼林撫育管理任務(wù)的完成，必須使割灌機(jī)配合工作。
隨著植樹造林的深入，墾區(qū)林業(yè)已有長(zhǎng)足發(fā)展，越來(lái)越多的人出現(xiàn)在墾區(qū)大地上，單靠人工用鐮刀撫育管理越來(lái)越不適應(yīng)大面積造林的需要。實(shí)踐證明，割灌機(jī)應(yīng)用于林業(yè)生產(chǎn)，既能減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，又能按季節(jié)連續(xù)完成各種林業(yè)生產(chǎn)任務(wù)，節(jié)能低耗，是林業(yè)生產(chǎn)上一種省工高效的工具。
1.2 割灌機(jī)的應(yīng)用范圍
1.2.1在園林業(yè)的應(yīng)用
割灌機(jī)在林業(yè)上用于林地清理、幼林和成林撫育、次生林撫育改造等多種作業(yè)。要以切割直徑18cm以內(nèi)的多種林木和雜草。其結(jié)構(gòu)緊湊、操作靈便,是一種比較理想的撫育機(jī)械。使用割灌機(jī)可減輕勞動(dòng)強(qiáng)度,提高工效、保證作業(yè)質(zhì)量;可加快中幼林的撫育間伐速度,提高森林經(jīng)營(yíng)水平,加快林木生長(zhǎng)。
在園藝方面,可用于綠化草坪的修剪,特別是小面積草坪如公園、城市、公路、學(xué)校等,更顯其操作的靈活性。
1.2.2 在農(nóng)、牧業(yè)的應(yīng)用
在農(nóng)、牧業(yè)上除可用于割草外,更主要的功能是用于收割,裝上被割物倒向控制裝置,便成為一臺(tái)小型收割機(jī),可割水稻、小麥、黃豆等農(nóng)作物,裝上皮帶輪與脫粒機(jī)相配,可用于作物脫粒,還可與水泵相配,作排灌用。因其具有一機(jī)多用、重量輕轉(zhuǎn)移方便、利用率高、安裝簡(jiǎn)單特點(diǎn),故更適用于山地、丘陵地區(qū)。
1.3割灌機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀
1.3.1 國(guó)外割灌機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀
國(guó)外對(duì)割灌機(jī)的開發(fā)研究較早，起點(diǎn)高，水平亦較高，廣泛采用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，如工程塑料、CDI無(wú)觸點(diǎn)電子點(diǎn)火等，整機(jī)質(zhì)量輕，功率大，使用操作靈巧，并形成了系列產(chǎn)品。以德國(guó)STIHL公司、SOLO公司為代表的廠家，其產(chǎn)品動(dòng)力排量從22cc到56.5cc，功率從0.6KW到2.8KW。
日本生產(chǎn)的割灌機(jī)型號(hào)很多,其中Xenoah杰納亞割灌機(jī)有輕、中和重型三種。輕型有QT20和BCF01,中型的有BCD20、BCD29、FBC12、FBC22、FBC24、FBC26、FBC26和FBC28,重型的只有FBC33。其中,工作部分使用尼龍除草絲、圓鋸片和除草刀盤,可用于不同高度枝條的收割。1993年日本研制成功了割灌帶寬90cm、且能自動(dòng)調(diào)平駕駛座椅的坡地用自行式割灌機(jī)。
前蘇聯(lián)生產(chǎn)的Cekop-3型割灌機(jī)可用于幼林的撫育、灌木的采伐和割草等。割灌機(jī)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)部分和鋸木圓鋸片組成。工作時(shí)操作人員可將割灌機(jī)背在肩上,用右手操作機(jī)器,左手扶著鋸切的樹木。前蘇聯(lián)制造的MNC大型除灌機(jī)裝在白俄羅斯型拖拉機(jī)上,前部為壓灌部分,后部為割灌切碎部分。機(jī)器前進(jìn)時(shí),壓灌部分先將灌木壓彎壓擠在一起,再由割灌裝置自根莖處切斷,最后由切碎裝置將割下的灌木切碎并撒拋在地上,該機(jī)可用于大面積的除灌作業(yè)。
加拿大Windsor公司最近也生產(chǎn)了一種Enso除灌機(jī),它在割灌裝置后面加裝了除草劑噴灑裝置,能同時(shí)進(jìn)行機(jī)械和化學(xué)撫育,可大大節(jié)省化學(xué)藥劑的噴灑量。
此外,中小型的灌木收割機(jī)還有瑞典制造的帕爾.特內(nèi)爾B173和胡斯克法爾165R割灌機(jī),后者還帶有可以更換的尼龍除草絲轉(zhuǎn)盤。德國(guó)制造的FS200AV割灌機(jī)上還配有減振裝置。拉馬爾除灌機(jī)懸掛在四輪驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)的前方。機(jī)器前進(jìn)時(shí),旋切刀便將前面的灌木切成碎塊。
英國(guó)制造的大型灌木切割機(jī)有薩布列除灌機(jī)、12型灌木切碎機(jī)、橫軸甩錘式除灌機(jī)和水平甩錘式除灌機(jī)。薩布列除灌機(jī)的除灌鋸片裝在向前伸出的懸臂上,為了保持機(jī)器的平衡后部裝有配重;鋸切部分可以根據(jù)需要更換,這種除灌機(jī)可鋸斷直徑4～20英寸的樹木。20世紀(jì)90年代,這些先進(jìn)國(guó)家的灌木收割機(jī)械陸續(xù)進(jìn)入我國(guó)種植基地。國(guó)外先進(jìn)的灌木收割機(jī)械技術(shù)比較完善,機(jī)具品種齊全,性能可靠,但價(jià)格昂貴。目前,歐美各國(guó)幾乎所有的農(nóng)機(jī)公司都生產(chǎn)灌木收割機(jī)械且已形成系列化,能滿足各種收割作業(yè)的需要。其主要結(jié)構(gòu)、技術(shù)性能指標(biāo)至今沒(méi)有大的變化,只是在操作舒適性和電子計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面有所改進(jìn)。
20世紀(jì)90年代，這些先進(jìn)國(guó)家的灌木收割機(jī)械陸續(xù)進(jìn)入我國(guó)種植基地。國(guó)外先進(jìn)的灌木收割機(jī)械技術(shù)比較完善，機(jī)具品種齊全，性能可靠，但價(jià)格昂貴。目前，歐美各國(guó)幾乎所有的農(nóng)機(jī)公司都生產(chǎn)灌木收割機(jī)械且已形成系列化，能滿足各種收割作業(yè)的需要。其主要結(jié)構(gòu)、技術(shù)性能指標(biāo)至今沒(méi)有大的變化，只是在操作舒適性和電子計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面有所改進(jìn)。下圖1-1為國(guó)外生產(chǎn)的割灌機(jī)。
圖 1-1
1.3.2國(guó)內(nèi)割灌機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀
我國(guó)林木收獲機(jī)械產(chǎn)業(yè)化起步晚,與歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家相比在技術(shù)、制造手段和工藝等方面都還有一定的差距,主要是產(chǎn)品的品種不全,適應(yīng)性和配套性差,產(chǎn)品的技術(shù)水平比較低。
我國(guó)割灌機(jī)的開發(fā)、研究起步于20世紀(jì)60年代,目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家仍較少,而且產(chǎn)品質(zhì)量大,性能落后,品種單一,規(guī)格少,不能形成系列產(chǎn)品,無(wú)法滿足各種用戶需求。
1992年原國(guó)家林業(yè)部下達(dá)給黑龍江省木材采運(yùn)研究所“山地清林機(jī)的研制”項(xiàng)目,目的在于研制一種重、中型可提高割灌效率與質(zhì)量的割灌木設(shè)備。2G-200型懸掛式割灌機(jī)是“山地清林機(jī)的研制”項(xiàng)目的階段性成果,該機(jī)主要是為適應(yīng)營(yíng)造短周期工業(yè)用材林以及人工速生豐產(chǎn)林發(fā)展的需要,它是以J-50履帶拖拉機(jī)為動(dòng)力,在拖拉機(jī)前懸掛具有仿行特點(diǎn)的多圓鋸片的中型割灌木設(shè)備。
遼寧省法庫(kù)縣農(nóng)機(jī)推廣站對(duì)東風(fēng)-2型小麥?zhǔn)崭顧C(jī)進(jìn)行了設(shè)計(jì)改造。由于小麥種植量少,設(shè)備使用時(shí)間短,該機(jī)每年絕大部分時(shí)間處于閑置狀態(tài),對(duì)其設(shè)計(jì)改造后可收獲苜蓿。其主要以東風(fēng)-2型收割機(jī)的主機(jī)為動(dòng)力和行走平臺(tái),通過(guò)重新設(shè)計(jì)割臺(tái)、鋪放裝置和傳動(dòng)連接裝置,改造成9GY-2.3型牧草收割機(jī),達(dá)到了收割苜蓿的要求。只要更換割臺(tái)就可以進(jìn)行小麥的收割作業(yè)。此項(xiàng)研發(fā)縮短了苜蓿收割機(jī)的研制周期,降低了設(shè)計(jì)和制造成本,實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用。
山西省廣靈縣新特服務(wù)部研制成功了檸條收割機(jī)和麻黃收割機(jī)。其主要用途有檸條類叢林灌木的平茬、收割;桑樹、茶樹更新?lián)Q代的平茬;冬青、草坪等園林綠化的草和灌木植物的修整;草原牧草(如紅柳、沙柳、花棒、踏郎、紫花苜蓿、沙打旺、草木棲、檸條和篙籽等)的收割。
福建省林科所研制成功的2GB-081型背負(fù)式割灌機(jī)具有質(zhì)量輕、振動(dòng)小、適應(yīng)性強(qiáng)、用途廣、易于綜合配套等特點(diǎn),非常適合廣大農(nóng)村多種經(jīng)營(yíng)使用。廣西柳州索羅小型動(dòng)力機(jī)廠1999年研發(fā)的3GC-1.5割灌機(jī),主要性能指標(biāo)具有國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。該割灌機(jī)已
在東北林區(qū)、各地公園、機(jī)關(guān)和廠礦等廣泛應(yīng)用。此外,該機(jī)還可用于收割南方水稻,深受農(nóng)民的歡迎。下圖1-2，1-3，1-4分別為國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的大型割灌機(jī)、便攜式割灌機(jī)和國(guó)內(nèi)外一些割灌機(jī)參數(shù)及特點(diǎn)的對(duì)比。
圖 1-2
圖 1-3
圖 1-4
1.4 我國(guó)割灌機(jī)的市場(chǎng)及前景
1.4.1 在林業(yè)方面
撫育間伐是我國(guó)林業(yè)發(fā)展的一項(xiàng)重要工作,所謂撫育間伐,即是在未成熟的林分中定期而重復(fù)地砍伐部分林木,為保留的林木創(chuàng)造良好的環(huán)境條件促使其生長(zhǎng)發(fā)育,一般自幼林郁閉開始到成熟林主伐前的用材要進(jìn)行3~4次撫育間伐。
據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)全國(guó)林分總面積的70%(約80萬(wàn)公頃)是中幼林,其中約80%的中幼林未及時(shí)進(jìn)行撫育,即急待撫育的約53萬(wàn)公頃。目前我國(guó)中幼林撫育間伐作業(yè)只有少量機(jī)械,而大部分靠手工勞動(dòng)大斧子、彎把鋸伐木,其勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低已不能適應(yīng)撫育生產(chǎn)的要求。
割灌機(jī)可以切割直徑18cm以內(nèi)的各種林木和雜草,其結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、操作靈活,是一種理想的撫育機(jī)械。國(guó)家對(duì)林業(yè)政策的合理調(diào)整,林業(yè)系統(tǒng)有一大批產(chǎn)業(yè)工人從采伐業(yè)轉(zhuǎn)向種植業(yè)。國(guó)家還將投入資金營(yíng)造生態(tài)環(huán)保林,特別是中幼林的改造。按1臺(tái)1公頃,林業(yè)系統(tǒng)對(duì)割灌機(jī)的總需求量在50萬(wàn)臺(tái)左右,每年需求量在5萬(wàn)臺(tái)以上。
1.4.2 在園藝方面
從昆明世博會(huì)花卉研討會(huì)上了解到，90年代以來(lái)，我國(guó)草坪業(yè)增長(zhǎng)率高達(dá)30%至40%，至2005年已成為新興的大產(chǎn)業(yè)。按國(guó)家建設(shè)部規(guī)定,2000年城市綠化率要達(dá)到30%,城市人均綠地面積要達(dá)7平方米,專家按此標(biāo)準(zhǔn)測(cè)算,2000年至2005年重點(diǎn)綠化目標(biāo)有各種堤壩、飛機(jī)場(chǎng)、公園、城市居民公共綠地、足球場(chǎng)、高爾夫球場(chǎng)、高速公路邊坡等,至少需要植草坪28.25萬(wàn)公頃。在如此大規(guī)模的草坪管理、養(yǎng)護(hù),除了需要大量大型剪草車小型草坪剪草機(jī)外,割灌機(jī)因其操作的靈活性,可以修剪小面積草坪,雜草及陡坡的優(yōu)點(diǎn),仍可在草坪養(yǎng)護(hù)機(jī)械中占有一定的比例,每年需求量在3萬(wàn)臺(tái)左右。
1.4.3 在農(nóng)業(yè)方面
實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化是我國(guó)在八十年代提出的奮斗目標(biāo),目前廣泛使用的是大型的聯(lián)合收割機(jī),主要適用于平原地區(qū)大面積農(nóng)作物收割。由于我國(guó)地域遼闊,地理、氣候環(huán)境復(fù)雜多變,農(nóng)作物的品種繁多,主要有小麥、水稻、高粱、玉米、黃豆等。同時(shí)我國(guó)有三分之一的山區(qū)丘陵,地形復(fù)雜,特別是現(xiàn)在實(shí)行了分田到戶的生產(chǎn)責(zé)任制,丘陵地區(qū)的農(nóng)民田地分散、小塊、交通不便,無(wú)法使用大型的聯(lián)合收割機(jī)。為了讓廣大農(nóng)民從繁重的勞動(dòng)中解脫出來(lái),發(fā)展其它農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì),特別是南方的“雙搶”季節(jié),迫切需要一種小型的、操作簡(jiǎn)單、價(jià)格低,既能收割,又可脫粒的收割機(jī)器,而割灌機(jī)就滿足了這種要求。通過(guò)對(duì)農(nóng)村市場(chǎng)的促俏,很受農(nóng)民歡迎預(yù)計(jì)每年需求量在10萬(wàn)臺(tái)左右,關(guān)鍵是做好產(chǎn)品的示范宣傳,讓農(nóng)民了解這種既實(shí)用,又能買得起的產(chǎn)品。
綜上所述,割灌機(jī)在我國(guó)具有廣泛的市場(chǎng),加上草原牧場(chǎng)的需求,每年割灌機(jī)的需求量可達(dá)20萬(wàn)臺(tái)。
1.5 割灌機(jī)的發(fā)展方向
割灌機(jī)發(fā)展到今天,技術(shù)水平日益完善,我們只有充分利用現(xiàn)代科技成果才能使國(guó)產(chǎn)割灌機(jī)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,以便能在加入世貿(mào)組織之后,減免進(jìn)口割灌機(jī)對(duì)我國(guó)市場(chǎng)的沖擊。根據(jù)我國(guó)割灌機(jī)現(xiàn)狀,應(yīng)朝以下兩個(gè)方面發(fā)展:①提高發(fā)動(dòng)機(jī)制造水平,目前我國(guó)小型汽油機(jī)工藝水平落后,致使發(fā)動(dòng)機(jī)在性能方面受到了限制,重量大、功率小。為此應(yīng)改進(jìn)、更換現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備,包括模具設(shè)計(jì)、制造加工工藝,以達(dá)到減輕重量的目的。②發(fā)展多品種的系列產(chǎn)品,根據(jù)用戶的不同,對(duì)割灌機(jī)的功率的要求也不同,林區(qū)作業(yè)要求的功率較大,要達(dá)到2kW以上;而園藝割草相對(duì)要求低些,有1kW已能滿足使用要求,甚至還可低些;而作為收割、脫粒之用,則要求功率在1.5kW左右。
1.6 自走式林區(qū)割灌機(jī)設(shè)計(jì)的意義
由于目前國(guó)內(nèi)割灌機(jī)大多是背負(fù)式輕型割灌機(jī)，主要用于園林、綠化等地方，功率小，不能用與林區(qū)割灌。而大功率割灌機(jī)都是懸掛在履帶式拖拉機(jī)上的重型設(shè)備，體積龐大，耗油量大，不適合在次生林內(nèi)清林割灌，也不適合我國(guó)國(guó)情。因此設(shè)計(jì)能自走的大功率割灌機(jī)勢(shì)在必行，它能解決背負(fù)式割灌機(jī)功率小的問(wèn)題，也能解決機(jī)器體積龐大、耗油量大的問(wèn)題，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)此領(lǐng)域的空白。
37
第2章 工作原理和結(jié)構(gòu)
針對(duì)所存在的問(wèn)題，新型自走式割灌機(jī)的設(shè)計(jì)目標(biāo)首先影視其工作原理及其結(jié)構(gòu)能夠在農(nóng)林等苛刻的作業(yè)環(huán)境下穩(wěn)步行走，其次才是通過(guò)鋸片的工作來(lái)完成林區(qū)割灌及農(nóng)作物收割等作業(yè)。
2.1 工作原理
該新型自走式割灌機(jī)借鑒仿生學(xué)原理，采用平行四邊形機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)，由汽油機(jī)驅(qū)動(dòng)，既保證整機(jī)穩(wěn)步行走，又能使操作人員和各管機(jī)構(gòu)不受到顛簸。在保證穩(wěn)步行走的前提下，在整機(jī)的前下端安裝四個(gè)不同平面的鋸片，由駕駛臺(tái)控制桿控制其離地高度，以適應(yīng)不同路況，它們由垂直軸式汽油機(jī)提供動(dòng)力，從而完成割灌和作物收割等作業(yè)。該機(jī)的排障功能通過(guò)頂部的排障桿使高于機(jī)器頂部的灌木倒向機(jī)器的右側(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
2.2 結(jié)構(gòu)分析
整個(gè)機(jī)器分為四個(gè)部分：行走部分、割灌部分、駕駛臺(tái)以及排障部分。
行走部分由汽油機(jī)、張緊輪、減數(shù)器、機(jī)架以及四組八個(gè)軸向間隔90度的平行四邊形機(jī)構(gòu)組成（由于其工作起來(lái)類似于動(dòng)物的“腳”，在以后的敘述中統(tǒng)一為“腳”）。八只腳分別位于行走部分動(dòng)力的兩側(cè)，每側(cè)四個(gè)，軸向間隔90度，通過(guò)爪牙式離合器與行走部分動(dòng)力輸出軸相連。每側(cè)四只腳交替著地，保證了任何時(shí)刻內(nèi)，兩側(cè)各有至少一只腳著地，確保機(jī)器平衡。行走部分動(dòng)力由一個(gè)4.8KW的宗申ZS168FB型汽油機(jī)提供動(dòng)力，經(jīng)過(guò)張緊輪離合器，傳到齒輪減數(shù)箱，最后通過(guò)軸向減數(shù)器兩面輸出。
割灌部分由汽油機(jī)、皮帶輪、中間傳動(dòng)軸、機(jī)架、控制機(jī)構(gòu)以及四個(gè)不同平面的鋸片疊加而成。動(dòng)力由一個(gè)2.9KW的ZS1P60FA型垂直軸式汽油機(jī)提供。經(jīng)過(guò)兩條三角帶傳到中間傳動(dòng)軸上并將速度降低一半，再分別傳到鋸片上，達(dá)到了在狹小的空間里變速并傳遞動(dòng)力的設(shè)計(jì)初衷。鋸片離地面的高低由位于割灌部分機(jī)架兩側(cè)的兩套平行四邊形機(jī)構(gòu)，通過(guò)手閘鋼絲的牽引實(shí)現(xiàn)平行向上運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)棘輪有級(jí)提升。松開手閘，在自重作用下實(shí)現(xiàn)向下運(yùn)動(dòng)。
駕駛臺(tái)位于行走部分正上方，通過(guò)四組套筒機(jī)構(gòu)與行走部分連接，并且由四個(gè)凸輪補(bǔ)償由行走機(jī)構(gòu)帶來(lái)的上下震動(dòng)，通過(guò)鋼管架和鋼絲防護(hù)網(wǎng)對(duì)操作人員進(jìn)行保護(hù)。駕駛臺(tái)內(nèi)設(shè)有汽車駕駛座椅，可根據(jù)操作人員的身高進(jìn)行調(diào)節(jié)。在座椅兩邊放置了換向操作桿和割灌部分升降控制機(jī)構(gòu)，便于操作。
排障部分位駕駛臺(tái)頂部，由人手動(dòng)提供動(dòng)力。排障桿與位與駕駛臺(tái)后部的鉸鏈連接，以鉸鏈為中心，在限定的區(qū)域內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)將前方高灌木撥到割灌機(jī)右側(cè)實(shí)現(xiàn)其排障的功能，其動(dòng)力由人通過(guò)拉環(huán)和鋼絲提供，然后回程動(dòng)力由一跟拉簧提供，如圖2-1所示。
圖2-1 自走式割灌機(jī)
2.3 本章小結(jié)
本章介紹了該割灌機(jī)的工作原理，并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了概述，對(duì)整個(gè)機(jī)器的四個(gè)部分的結(jié)構(gòu)組成和工作原理進(jìn)行了介紹，讓大家對(duì)該設(shè)計(jì)有一個(gè)初步的了解和熟悉。
第3章 行走部分設(shè)計(jì)
3.1 方案的確定
由于目前國(guó)內(nèi)外林業(yè)機(jī)械沒(méi)有任何能爬上山的小型機(jī)械設(shè)備，傳統(tǒng)的輪結(jié)構(gòu)跟履帶結(jié)構(gòu)在爬山時(shí)都有很大一部分分力白白浪費(fèi)掉了，所以在方案選擇時(shí)必須另辟蹊徑，尋找一套更適合爬山的機(jī)構(gòu)。將傳統(tǒng)機(jī)械行走設(shè)備和人對(duì)比不難發(fā)現(xiàn)，在平地上行走，傳統(tǒng)行走設(shè)備比人有優(yōu)勢(shì)，而在山地上行走時(shí)情況截然相反了。在山地上，傳統(tǒng)行走設(shè)備自身平衡能力差，越障能力差，爬坡能力更差了，而人就跟它完全相反。是什么原因?qū)е逻@樣的結(jié)果呢？研究發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)行走設(shè)備將“腳”緊貼地面，并平行地面向后施加使自身前進(jìn)的動(dòng)力，如下圖3-1所示。
圖3-1 傳統(tǒng)行走設(shè)備受力分析圖
而人行走時(shí)是先將一只腳抬起，然后向前方邁出，最后落地支撐，這樣絕大多數(shù)分力用來(lái)抬升人體重心，完成爬山動(dòng)作，如下圖3-2所示。
圖3-2人的行走方式圖
對(duì)比二者，發(fā)現(xiàn)人的行走方式更適合爬山，所以確定方案為模仿人的行走方式爬山。
3.2機(jī)構(gòu)選擇
確定采用模仿人的行走方式爬山后，在機(jī)械原理中尋找能實(shí)現(xiàn)這一目的的機(jī)構(gòu)，通過(guò)分析，我們認(rèn)為，平行四邊形機(jī)構(gòu)的相對(duì)桿始終保持平行﹐且兩連桿的角位移﹑角速度和角加速度也始終相等，能夠滿足我們的設(shè)計(jì)要求，最后決定選擇平行四邊形機(jī)構(gòu)，如圖3-3所示。
圖3-3平行四邊形機(jī)構(gòu)原理簡(jiǎn)圖
平行四邊形機(jī)構(gòu)能完全模擬人腳的行走動(dòng)作，抬起→邁步→落地→支撐→再抬起?？紤]平衡問(wèn)題，必須選擇多組平行四邊形配合動(dòng)作才能實(shí)現(xiàn)，而且相互之間不能干涉，所以又引入了曲軸，曲軸各曲柄之間在軸向方向上有固定的角度，這就保證了相互之間不干涉。我們模仿發(fā)動(dòng)機(jī)中的曲軸機(jī)構(gòu)，采用了曲柄組合成組合式曲軸平行四邊形機(jī)構(gòu)。
由于平行形變形機(jī)構(gòu)行走時(shí)會(huì)產(chǎn)生垂直方向的震動(dòng)，因此設(shè)計(jì)了凸輪補(bǔ)償機(jī)構(gòu)。凸輪補(bǔ)償機(jī)構(gòu)由四副相同的凸輪機(jī)構(gòu)組成，他們分布在駕駛臺(tái)的四個(gè)支點(diǎn)上。凸輪每旋轉(zhuǎn)一角度都會(huì)在豎直方向?qū)︸{駛臺(tái)作位移補(bǔ)償，該位移補(bǔ)償量決定于底部行走機(jī)構(gòu)在行進(jìn)使所產(chǎn)生的豎直方向的位移，即底部機(jī)架向上產(chǎn)生位移時(shí)，凸輪補(bǔ)償機(jī)構(gòu)必需使駕駛臺(tái)在相反的方向上相對(duì)于底部機(jī)架產(chǎn)生同樣大小的位移。通俗地講就是底部機(jī)架往上移多少，駕駛臺(tái)就相反地往下移多少，這樣就使得駕駛臺(tái)相對(duì)地面位移為零，從而達(dá)到減少浮動(dòng)臺(tái)振動(dòng)的目的，使得操作人員和割灌部分不會(huì)受到顛簸。
3.3動(dòng)力選擇
在市場(chǎng)中調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，可以買到帶離合器和帶3個(gè)檔位減數(shù)箱的耕田機(jī)，考慮到制造成本，因此購(gòu)買其動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行改裝。其參數(shù)如表3-1所示：
表3-1 耕田機(jī)工作參數(shù)表
發(fā) 動(dòng) 機(jī)
發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)
宗申ZS168FB
缸徑×行程（mm×mm）
68×54
排量（ml）
194
壓縮比
8.5：1
最大輸出功率HP(kw)/rmp
6.5(4.8)/3600
額定功率HP(kw)/rmp
5.7(4.2)/3600
最大扭矩M.m/rmp
13.2/2500
燃油容積(L)
3.6
機(jī)油容積(L)
0.6
最底油耗g/kw.h
313
空濾器型號(hào)
半干、油浴、泡沫濾芯
點(diǎn)火方式
晶體管點(diǎn)火
發(fā)動(dòng)機(jī)形式
OHV25°傾斜、單缸、四沖程
減 速 器
傳動(dòng)方式
皮帶傳動(dòng)
離合方式
張緊輪
減速比
7
變速檔數(shù)
0，1，-1檔
變速箱機(jī)油容量(L)
0.95
3.4 主要設(shè)計(jì)參數(shù)
設(shè)計(jì)行走速度V=12km/h，初步確定曲柄兩孔中心距為A=80mm,共四組腳,
每組腳間軸向夾角 α=360°/4=90°
步長(zhǎng) L= mm （3-1）
角速度 （3-2）
主軸轉(zhuǎn)速 （3-3）
減數(shù)比 i=n/N=3600/564=6.4 取i=7 （3-4）
主軸徑 ,取22mm （3-5）
行走部分具體結(jié)構(gòu)如圖3-4所示。
圖3-4行走部分結(jié)構(gòu)圖
3.5 本章小結(jié)
本章是對(duì)割灌機(jī)行走部分的設(shè)計(jì)，割灌機(jī)能否在農(nóng)林等苛刻的作業(yè)環(huán)境下穩(wěn)步行走，是其能否順利工作的前提條件，也是本設(shè)計(jì)比較重要的部分；首先通過(guò)以往爬上機(jī)械和人爬山的原理的比較，選取較為合適的方案；在方案確定之后，從之前學(xué)的知識(shí)里尋找能實(shí)現(xiàn)其功能的機(jī)構(gòu)；前期的準(zhǔn)備工作完成后就，就是對(duì)行走部分的設(shè)計(jì)，包括動(dòng)力的選擇，主要設(shè)計(jì)參數(shù)的確定。
第4章 割灌部分設(shè)計(jì)
4.1 方案的確定
由于林區(qū)作業(yè)情況比較惡劣，所以要求割灌部分機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、易于維護(hù)。因此確定如下方案。動(dòng)力由一個(gè)2.9KW的ZS1P60FA型垂直軸式汽油機(jī)提供。經(jīng)過(guò)兩條三角帶傳到中間傳動(dòng)軸上并將速度降低一半，再分別傳到鋸片上，達(dá)到了在狹小的空間里變速并傳遞動(dòng)力的設(shè)計(jì)初衷。鋸片離地面的高低由位于割灌部分機(jī)架兩側(cè)的兩套平行四邊形機(jī)構(gòu)，通過(guò)手閘鋼絲的牽引實(shí)現(xiàn)平行向上運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)棘輪有級(jí)提升。松開手閘，在自重作用下實(shí)現(xiàn)向下運(yùn)動(dòng)。結(jié)構(gòu)如圖4-1所示：
圖4-1 割灌部分結(jié)構(gòu)圖
4.2 汽油機(jī)輸出帶輪設(shè)計(jì)
（1）計(jì)算設(shè)計(jì)功率
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表8-7查的工作情況系數(shù)=1.2
(4-1）
（2）選擇V帶的類型
根據(jù)設(shè)計(jì)功率=3.48kw和帶輪轉(zhuǎn)速=3600r/min,由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)圖8-11，初選膠帶類型為A型普通V帶。
（3）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑，
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，初選帶輪基準(zhǔn)直徑
由表8-6和表8-8，選=100mm
計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑：
==（1-0.02）100=196mm （4-2）
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表8-8，取直徑系列值=200mm
（4）驗(yàn)證帶速V
V===18.84m/s （4-3）
在5～25m/s的范圍內(nèi),故帶速合適。
（5）確定V帶的中心距
根據(jù)結(jié)構(gòu)需要,取=380mm，因?yàn)?
=2(100+200)=600mm （4-4）
=0.7（100+200）=210mm
因?yàn)?210<380<600，故選取合適。
（6）計(jì)算帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度
= （4-5）
=2380++≈1237.6mm
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表8-2，選基準(zhǔn)帶長(zhǎng)=1250mm
（7）計(jì)算實(shí)際中心距
=380+=386mm （4-6）
安裝時(shí)所需的最小中心距為
（4-7）
=386-（0.0151250）
=367.25mm
張緊或補(bǔ)償伸長(zhǎng)所需的最大中心距為
（4-8）
=386+0.031250
=423.5mm
（8）驗(yàn)算小帶輪上的包角
（4-9）
=
=
（9）計(jì)算V帶的根數(shù)Z
（4-10）
因?yàn)?100mm和=3600r/min,
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表8-4a，查得單根V帶基本額定功率 =2.28kw
額定功率增量
（4-11）
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得彎曲影響系數(shù)=0.773
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得傳動(dòng)比系數(shù)=1.12
得 △ =0.7733600（）
=0.3kw
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表8-2，查得帶長(zhǎng)系數(shù)=0.93
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表8-5，查得包角系數(shù)=0.96
得窄V帶根數(shù)
（4-12）
=1.51根
取Z=2根
（10）計(jì)算單根V帶的初拉力的最小值
（4-13）
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表8-3，得每米V帶的質(zhì)量,q=0.10kg/m
得
≈109.6N
應(yīng)使帶的實(shí)際初拉力
壓軸力：
壓軸力的最小值為 （4-14）
=
=435N
（11）小帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)如圖4-2所示：
圖4-2小帶輪
計(jì)算結(jié)果總結(jié)：
膠帶規(guī)格：A型，基準(zhǔn)帶長(zhǎng)1250mm
膠帶根數(shù)：2根
帶輪直徑：100mm,200mm
中 心 距：380mm
壓 軸 力：435N
（12）帶輪輪緣尺寸的確定：
基 準(zhǔn) 寬 度 =11.0mm
基準(zhǔn)線上槽深 =2.75mm
基準(zhǔn)線下槽深 =11.0mm
槽 間 距 e=150.3mm
第一槽對(duì)稱面至端面的距離 f=10
最小輪緣厚 =6mm
帶 輪 寬 b =(z-1)e+2f=35mm （4-15）
外 徑 =105.5mm （4-16）
輪 槽 角 =
4.3 中間傳動(dòng)軸的計(jì)算
確定輸入功率P，轉(zhuǎn)速n
先初步計(jì)算軸的最小直徑。先選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。
根據(jù)表15-3，取=125，于是得
（4-17）
所以取=28mm；
因?yàn)槎蔚妮S肩為非定位軸肩，所以=28+1+1=30mm；
因?yàn)槎蔚妮S肩為定位軸肩，所以=+2h=+2（0.07～0.1）d=35mm；（4-18）
=30mm；
=28mm；
==34mm；
==32mm；
=26mm；
4.4 中間傳動(dòng)軸的校核
由于此軸軸向力為自重，故忽略不計(jì)，將其視為只受轉(zhuǎn)矩和彎矩的傳動(dòng)軸。
中間傳動(dòng)軸零件如圖4-3所示：
圖4-3 軸結(jié)構(gòu)圖
（1）計(jì)算支承反力，軸的受力如圖4-4所示：
圖4-4軸受力圖
（4-19）
（4-20）
因?yàn)閍=42mm; b=40mm; c=42mm;
∴由式（4-19）和（4-20）得:；
=1348.5(N)
=1348.5(N)
（2）畫軸的彎矩圖4-5
圖4-5軸彎矩圖
（3）畫軸的轉(zhuǎn)矩圖4-6
軸受轉(zhuǎn)矩 （4-21）
圖4-6軸的轉(zhuǎn)矩圖
（4）校核軸徑
許用應(yīng)力 用插入法查得：
許用應(yīng)力值
應(yīng)力校正系數(shù)
（4-22）
當(dāng)量彎矩 （4-23）
（4-24）
設(shè)計(jì)的最小直徑
軸徑 （4-25）
；
（5）疲勞強(qiáng)度校核
初步分析、兩個(gè)截面有較大的應(yīng)力和應(yīng)力集中，下面以截面為例進(jìn)行安全系數(shù)校核。
軸材料選用45鋼調(diào)質(zhì)，，
對(duì)稱循環(huán)疲勞極限
（4-26）
（4-27）
脈動(dòng)循環(huán)疲勞極限
（4-28）
（4-29）
等效系數(shù)
（4-30） （4-31）
截面上的應(yīng)力彎矩
彎曲應(yīng)力幅
（4-32）
彎曲平均應(yīng)力
扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 （4-33）
扭轉(zhuǎn)應(yīng)力幅和平均切應(yīng)力 （4-34）
因在此截面處，有軸直徑變化，過(guò)度圓角半徑 ，由，和，經(jīng)查（查值法），
如果一個(gè)截面上有多種產(chǎn)生應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)，則分別求出其有效應(yīng)力集中系數(shù)，從而取最大值。
表面狀態(tài)系數(shù)查得
由附錄表6查得
彎曲安全系數(shù)設(shè)為無(wú)限壽命，
（4-35）
=6.85
扭轉(zhuǎn)安全系數(shù)
（4-36）
=55.6
復(fù)合安全系數(shù)
（4-37）
由以上計(jì)算說(shuō)明，軸是完全符合要求的。
4.5 中間傳動(dòng)軸軸承的校核
軸承選取為30206型圓錐滾子軸承，經(jīng)查手冊(cè)，軸承主要性能參數(shù)如下：，，（脂潤(rùn)滑），e=0.37，Y=1.45，=0.9，計(jì)算步驟及結(jié)果如下：
（1）確定軸向力：由于中間傳動(dòng)軸是豎直工作，而且軸上只有兩個(gè)皮帶輪，而且
（方向與相反）
所以確定軸承2被壓緊，故
（4-38）
=421.4N
（4-39）
=471.4N
（2）計(jì)算軸承1、2的當(dāng)量動(dòng)載荷
（4-40）
（4-41）
查機(jī)械手冊(cè)表13-5得 ，
，
沖擊載荷系數(shù)，考慮中等沖擊，經(jīng)查
當(dāng)量動(dòng)載荷
（4-42）
=1.5（11348.5+0421.4）
=2022.75N
（4-43）
=1.5(11348.5+0471.4)
=2022.75N
（3）算軸承壽命驗(yàn)算 因，只計(jì)算軸承壽命
（4-44）
=15015251
（4）靜載荷驗(yàn)算
， 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得 ，
當(dāng)量靜載荷
（4-45）
=0.61348.5+0.5421.4
=1019.8N
（4-46）
=0.61348.5+0.5471.4
=1044.8N
取大者 ，
安全系數(shù) 正常使用滾子軸承。查得
計(jì)算額定靜載荷
（4-47）
（5）許用轉(zhuǎn)速驗(yàn)算
載荷系數(shù) （4-48）
經(jīng)查 ，
載荷分布系數(shù) （4-49）
經(jīng)查 ，
許用轉(zhuǎn)速
=0.850.86000
=4080r/min
均大于工作轉(zhuǎn)速，故軸承滿足要求。
4.6 中間軸的鍵的選擇和校核
根據(jù)軸的直徑d=28mm，所以查表6-1得，選取平鍵bh=87，
選取L=28mm（比輪轂寬度小些）；
鍵、軸、輪轂的材料都是鋼，由表6-2查得
許用擠壓應(yīng)力100～120MPa；
取其平均值110MPa；
鍵的工作長(zhǎng)度l=L-b=28-8=20mm； （4-50）
鍵與輪轂鍵槽的接觸高度k=0.5h=0.57=3.5mm； （4-51）
由； （4-51）
所以鍵的選擇合適。
4.7 本章小結(jié)
本章主要對(duì)割灌機(jī)的割灌部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)，由于割灌機(jī)所處的工作環(huán)境惡劣，所以對(duì)割灌部分要求簡(jiǎn)單、可靠且易于維護(hù)，應(yīng)該依據(jù)此來(lái)設(shè)計(jì)。對(duì)于割灌機(jī)的割灌部分，最重要的是中間傳動(dòng)軸，其連接著動(dòng)力輸出系統(tǒng)和切割鋸片，是割灌機(jī)能否正常工作的關(guān)鍵，本章對(duì)中間傳動(dòng)軸及其相關(guān)的零件進(jìn)行了計(jì)算和校核。
第5章 駕駛臺(tái)設(shè)計(jì)
5.1 方案確定
結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。
圖5-1 駕駛臺(tái)結(jié)構(gòu)圖
1套筒 2軋滾 3棘輪 4升降控制桿 5轉(zhuǎn)向控制桿 6座椅 7護(hù)罩 8鋼絲網(wǎng)
駕駛臺(tái)位于行走部分正上方，套筒1與行走部分的導(dǎo)桿相連接，軋滾2與行走部分的凸輪補(bǔ)償機(jī)構(gòu)連接，套筒1與軋滾2使駕駛臺(tái)與行走部分水平方向相對(duì)位置固定，并使其且具有垂直方向的自由度，便于行走時(shí)平穩(wěn)。
升降控制桿4的下端與割灌部分的四連桿相連接，利用杠桿原理，通過(guò)掰動(dòng)控制桿4上端手柄，實(shí)現(xiàn)割灌部分的垂直方向的升降，并利用割灌部分自重和棘輪機(jī)構(gòu)3完成有級(jí)升降的固定。
轉(zhuǎn)向控制桿5也是利用杠桿原理，其下端通過(guò)鋼絲拉線與行走部分的爪牙式離合撥叉相連接，控制離合器的離與合，從而實(shí)現(xiàn)差速轉(zhuǎn)向。
座椅6利用現(xiàn)有成熟技術(shù)，直接購(gòu)買汽車駕駛員座椅，可根據(jù)駕駛員的身高進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其更方便、舒適的操作，同時(shí)減少了制造成本以及相關(guān)的設(shè)計(jì)計(jì)算。
護(hù)罩7位與行走部分腳的正上方，將行走過(guò)程中產(chǎn)生一切煙塵、雜物與駕駛臺(tái)隔離。鋼絲網(wǎng)8位與駕駛臺(tái)的前方，并與水平面成75度夾角，擴(kuò)大了駕駛員的視野，并保障駕駛員在割灌作業(yè)過(guò)程中的安全。
設(shè)計(jì)中考慮到結(jié)構(gòu)林區(qū)實(shí)際狀況，以及人機(jī)工程學(xué)原理，將駕駛臺(tái)設(shè)計(jì)成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、外觀尺寸較小、防護(hù)能力強(qiáng)、安全可靠的結(jié)構(gòu)。
5.2 本章小結(jié)
駕駛臺(tái)是機(jī)器操作人員工作的地方，所以應(yīng)該充分考慮其安全可靠性和舒適性;設(shè)計(jì)中的凸輪補(bǔ)償機(jī)構(gòu)是減少機(jī)構(gòu)行走時(shí)帶來(lái)的震動(dòng)，鋼管架和鋼絲防護(hù)網(wǎng)對(duì)操作人員進(jìn)行保護(hù)，座椅可根據(jù)操作人員升高進(jìn)行調(diào)節(jié)，這些都是從安全、舒適的角度考慮設(shè)計(jì)的。
第6章 排障部分設(shè)計(jì)
6.1方案確定
結(jié)構(gòu)如圖6-1所示。
圖6-1 排障部分結(jié)構(gòu)圖
1排障桿 2拉環(huán) 3轉(zhuǎn)軸 4套筒 5拉簧
排障桿1位于駕駛臺(tái)頂部，一端與套筒4焊接，并套在轉(zhuǎn)軸3上，另一端懸空，伸出機(jī)器前方，工作時(shí)由繞轉(zhuǎn)軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)35度，然后回到起始位置，完成一次排障過(guò)程。
拉環(huán)2通過(guò)鋼絲與排障桿1連接，連接點(diǎn)位于排障桿中間位置。排障作業(yè)時(shí)，駕駛員用右手向下拉動(dòng)拉環(huán)2，即可帶動(dòng)排長(zhǎng)桿繞轉(zhuǎn)軸3轉(zhuǎn)動(dòng)，完成排障作業(yè)。
轉(zhuǎn)軸3位與駕駛臺(tái)后方一跟立管上，一端與立管焊接，另一端與套筒4連接，提供排障桿作業(yè)時(shí)的支撐反力以及旋轉(zhuǎn)中心。
套筒4外部與排障桿焊接，內(nèi)部與轉(zhuǎn)軸連接，為排障桿提供鉸接約束，并防止排障桿自鎖。拉簧5一端連在駕駛臺(tái)上，另一端與排障桿連接，提供排障桿回程所需動(dòng)力。
設(shè)計(jì)過(guò)程中參照了鏈?zhǔn)椒至蠙C(jī)構(gòu)、平帶式排障機(jī)構(gòu)（哈爾濱林業(yè)機(jī)械研究所），由于本機(jī)安裝位置及空間太狹小，無(wú)法安裝鏈?zhǔn)椒至蠙C(jī)構(gòu)。由于排障速度限制，無(wú)法使用平皮帶式排障機(jī)構(gòu)。故采用此排障機(jī)構(gòu)。
6.2 本章小結(jié)
排障裝置是一種更為人性化的設(shè)計(jì)，它為操作人員提供了良好的視野，讓其可以更順利的完成林區(qū)的割灌工作，保證了工作的效率。
結(jié) 論
本次設(shè)計(jì)完成了：
（1）林區(qū)自走式割灌機(jī)整體設(shè)計(jì)，考慮到方案的可行性、實(shí)用性體積、重量、制造工藝、制造成本、人性化以及可操作性。
（2）割灌部分動(dòng)力傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算，以及具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
（3）對(duì)彎曲強(qiáng)度主軸進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，對(duì)軸承進(jìn)行了強(qiáng)度校核。
本次設(shè)計(jì)尚未很好解決的問(wèn)題：
（1）控制割灌部分升降的四連桿以及手閘工作的可靠性。
（2）排障部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
（3）各操作桿的人性化設(shè)計(jì)。
通過(guò)這次比較完整的割灌機(jī)的設(shè)計(jì)， 我認(rèn)識(shí)到了單純的理論知識(shí)學(xué)習(xí)和 實(shí)際設(shè)計(jì)之間的差距。 通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)既鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題的能力，同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì) 規(guī)范以及電腦