便攜式林業(yè)采種機(jī)設(shè)計(jì)論文[帶圖紙].doc

南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書-1-1-南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：便攜式林業(yè)采種機(jī)設(shè)計(jì)學(xué)院：南方學(xué)院專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化學(xué)號：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：職稱：二O一三年六月南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書-1-2-便攜式林業(yè)采種機(jī)設(shè)計(jì)摘要近年來，隨著營林事業(yè)的不斷發(fā)展，世界各國造林工作量逐年大幅度增長，林業(yè)種子的需求量也隨之增加，為滿足林業(yè)生產(chǎn)、適應(yīng)林業(yè)高速發(fā)展和林業(yè)現(xiàn)代化需要，種子工作尤其是采種工作必須不斷提高經(jīng)營水平。科學(xué)采種，以機(jī)械化采種代替繁重的手工采種，正受到越來越廣泛的注意。便攜式的林業(yè)采種機(jī)既可以適應(yīng)各種復(fù)雜的環(huán)境又有高的效率，非常適合我國的國情。基于地形復(fù)雜、樹林茂密的山林環(huán)境有著不可取代的優(yōu)勢。本文具體的設(shè)計(jì)了便攜式林業(yè)采種機(jī)。完成了便攜式林業(yè)采種機(jī)的理論分析、計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。包括便攜式林業(yè)采種機(jī)的總體設(shè)計(jì)、發(fā)動(dòng)機(jī)的選型、離合器的設(shè)計(jì)、傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)、振動(dòng)頭的設(shè)計(jì)等。便攜式林業(yè)采種機(jī)的工作原理是發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)離合器，通過軟軸和傳動(dòng)桿連接齒輪，通過錐齒輪組減速器最后連接滑塊把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)。關(guān)鍵詞：林業(yè)采種；機(jī)械化；便攜式林業(yè)采種機(jī)；南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書-1-2-DesignofPortableForestrySeedHarvestersAbstractInrecentyears,asthecontinuousdevelopmentofthecauseofforest,allthecountriesintheworldhassubstantiallyincreasedafforestationwork.Thedemandofforestryseedsalsoincreased.Inordertomeettheneedsoftheforestryproduction,meettherequirementsofhigh-speeddevelopmentofforestryandforestrymodernization,especiallytheseedseedworkmustcontinuetoimprovemanagementlevel.Scientificseed,mechanizationseedinsteadofheavymanualseed,isreceivingmoreandmoreattention.Portableforestryseedharvesterscanadapttovariouscomplicatedenvironmentwithhighefficiency,verysuitableforChinasnationalconditions.Basedonthecomplexterrain,woodedmountainenvironmenthasanirreplaceableadvantage.Inthispaper,thespecificdesignoftheportableforestryseedharvesters.Completedtheportableforestryseedharvesterstheoryanalysis,calculationandstructuraldesign.Includingtheportableforestryseedharvestersoveralldesign,engineselection,clutchdesign,shaftdesign,thedesignofthevibrationhead.Theworkingprincipleofportableforestryseedharvestersisdrivenbytheengineclutchisconnectedthroughaflexibleshaft,gearandtransmissionrodisconnectedtotheslider,rotarymotionintolinearmotionthroughthebevelgearreduction.Keywords:forestryseedcollection；Mechanization；Portableforestryseedharvesters南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第1頁共52頁目錄第一章緒論.11.1引言.11.2國內(nèi)外林業(yè)采種設(shè)備現(xiàn)狀.21.2.1國內(nèi)林業(yè)采種設(shè)備現(xiàn)狀概況.21.2.2國外林業(yè)采種設(shè)備現(xiàn)狀概況.51.3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.92.1國內(nèi)現(xiàn)有的同行設(shè)備的對比.92.1.1國內(nèi)大型設(shè)備的對比.92.1.2國內(nèi)小型設(shè)備的對比.92.2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).123.1發(fā)動(dòng)機(jī)的選型.123.2離合器的設(shè)計(jì).133.3傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì).223.4振動(dòng)頭的設(shè)計(jì).223.5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南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第2頁共52頁第一章緒論1.1引言1949年新中國成立以來，我國先后共開展了七次全國森林資源清查。第七次全國森林資源清（20042008年）結(jié)果顯示，全國森林面積19545.22萬公頃，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)。我國森林面積居俄羅斯、巴西、加拿大、美國之后，列世界第五位；森林蓄積量居巴西、俄羅斯、美國、加拿大、剛果民主共和國之后，列世界第六位。我國人工林保存面積6168.84萬公頃，蓄積19.61億立方米，人工林面積列世界第一位?？傮w上看，我國森林資源仍存在總量不足、質(zhì)量不高、分布不均衡的問題。我國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僅相當(dāng)于世界人均占有蓄積量68.54立方米的1/7強(qiáng)1。以上表明我國林業(yè)資源現(xiàn)狀不容樂觀。為了促進(jìn)森林更新，提高營造林質(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。采收過早，種子沒有完全成熟，種實(shí)青癟，品質(zhì)低劣，不耐貯藏；采收過晚，種子脫落飛散，或造鳥獸危害，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木所處的狀態(tài)可以分為兩大類：一類是從伐倒木上采種；另一類是從生長的立木上采種。從伐倒木上采種既方便又安全，而且采集效率高，但這種采種方法對母樹的破壞是毀滅性的。從生長的立木上采種，困難較大，長期以來采種技術(shù)很難有新的突破2。目前，林業(yè)采種以人工上樹采種和大型機(jī)械采種為主。人工上樹采種工效低、危險(xiǎn)性大，而且易使母樹遭受損傷，影響來年結(jié)實(shí)。大型機(jī)械設(shè)備龐大、成本高，不適合我國國情。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。南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第3頁共52頁1.2國內(nèi)外林業(yè)采種設(shè)備現(xiàn)狀1.2.1國內(nèi)林業(yè)采種設(shè)備現(xiàn)狀概況在國內(nèi)，林木種子的采集仍以人工上樹的作業(yè)方式為主，工效低、危險(xiǎn)性大，而且易使母樹遭受損傷,影響來年結(jié)實(shí)3。我國的采種技術(shù)和裝備研究開展較晚，但是經(jīng)過多年的努力，也取得了不少的成果，其中不乏一些先進(jìn)的采種設(shè)備，國外目前正在使用的技術(shù)裝備，基本上國內(nèi)都開展了研究。50年代已有采種鉤、采種鐮、鋸齒嚙合式擼種器等。后來，又研制出上樹機(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工具、采摘和收集工具，安全防護(hù)用具組成。上樹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，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。整機(jī)為液壓驅(qū)動(dòng)，在底盤的變速箱側(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7800kg，最大作業(yè)高度14m，最大作業(yè)幅度6.4m，工作額定載荷200kg，每小時(shí)可采球果3032kg，效率是人工上樹采種的35倍。CJ-50高空作業(yè)采種機(jī)解決了人工上樹采種爬樹難，勞動(dòng)強(qiáng)度大，摘取球果困難，破壞母樹樹冠等采種作業(yè)中的實(shí)際問題，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。南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第4頁共52頁圖1CJ-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，屬升降臺式采種設(shè)備。該采種機(jī)由底盤、整體式支架、折疊式起升機(jī)構(gòu)、工作臺和液壓與控制系統(tǒng)組成，底盤選用的是北汽生產(chǎn)的輕型越野貨車，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)，通過整體式支架的調(diào)平功能可以滿足地面坡度為012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2860kg，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)，通過單片機(jī)和程序來控制機(jī)器人動(dòng)作和采種作業(yè)，不僅代表了國內(nèi)林業(yè)機(jī)器人發(fā)展水平和專用采種設(shè)備的最先進(jìn)技術(shù)，在國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8750kg，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3035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35m遠(yuǎn)處，通過分控制系統(tǒng)操縱機(jī)械手對準(zhǔn)某一棵母樹。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，采集爪張開并擺動(dòng)，對準(zhǔn)要采集的樹枝，大、小臂同時(shí)運(yùn)動(dòng)，使采集爪沿著樹枝生長方向趨近1.52m，然后采集爪的梳齒夾攏樹技，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)，對準(zhǔn)另一根樹枝后重復(fù)上述動(dòng)作。采集完一顆樹后，轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械手對準(zhǔn)下一顆母樹，重復(fù)上述動(dòng)作，便可完成一個(gè)站位的周邊樹木的采集工作7-10。南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第5頁共52頁圖2RBT14型林木球果采集機(jī)器人1.車架；2.回轉(zhuǎn)盤；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，將雙臂處于張開狀態(tài)的抱樹器舉升到所采母樹樹干的一定高度處，拉動(dòng)抱樹器抱合控制索，抱樹器雙臂抱合，然后將繃索的另一端鉤掛在抱樹器上，再將繃索的另一端固定在距母樹適當(dāng)位置的立木或樹樁上，并借助緊索器將繃索拉緊。采種人員用擊打棒(長1.8m，直徑56cm)用力打擊繃索，借助繃索產(chǎn)生的拉力搖動(dòng)樹干，將球果抖落。該抖動(dòng)式林木采種裝置全重不超過20kg，兩名工作人員即可操作，每小時(shí)可完成58棵樹木的種子采集工作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.抱樹器抱合控制索；2.索套開鉤控制索；3.舉升桿；4.抱樹器；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輛改裝廠聯(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（見圖4）。動(dòng)力部分為一部小型柴油機(jī)，輸出的動(dòng)力通過傳動(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)過底板夾緊裝置傳遞給樹干，最南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第6頁共52頁終振動(dòng)波在樹干和樹枝中傳遞到達(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，樹徑在2540cm的樹木均可使用，每小時(shí)可完成1015棵樹木的種子采集，平均震動(dòng)1020s就可將70%的成熟球果中的種子震落，效率是人工采集