车载园林修剪机机械臂和工作机构设计摘要园林绿化机械作为林业机械的一个分支，它的发展只有50年左右的历史，它是随着城市园林化，特别是草坪业的发展，而逐步发展壮大起来。良好的环境，合理的生态系统，是人类赖以生存和发展的不可缺少的摇篮。随着生活水平的提高，人们对生活环境的要求也越来越高。绿篱在城市道路和园林绿化中也占有重要地位。因其可修剪成各种造型，并能相互组合，从而提高了观赏效果和城市的美化。此外，绿篱还能起到遮盖不良视点、隔离防护和防尘防噪等作用。绿篱生长会成各种各样的形状，因此对绿篱的修剪工作非常重要。本文设计一种车载式园林修剪机，其包括两个部分组成，分别为：机械手臂结构和修剪工作机构。其中本次设计的园林修剪机的机械手臂拥有4个自由度，采用液压形式驱动，执行机构由液压马达提供动力。本文重点完成机械手臂和执行机构的设计，包括机械手臂结构形式的确认，液压缸的设计计算，刀片的设计，主轴的强度校核等。关键词：车载园林修剪机，机械手臂，工作机构，液压缸AbstractGardening machinery as a branch of forestry machinery, its development is only about 50 years of history, it is with the urban landscape, especially the development of turf industry, and gradually grow up. Good ecological environment, reasonable system is indispensable, the cradle of human survival and development. With the improvement of living standards, peoples demand on living environment is more and more high. The hedge also occupies an important position in the city roads and landscaping. Because it can be cut into various shapes, and can be combined with each other, thereby improving the ornamental effect and the beautification of the city. In addition, hedges can also play a bad cover view, isolation protection and dustproof anti noise effect. Hedgerow growth into a variety of shapes, so the hedgerow pruning is very important.In this paper, the design of a vehicular garden trimming machine, which comprises two parts, respectively: mechanical arm structure and the pruning mechanism. In the design of garden pruning machine mechanical arm with four degrees of freedom, and uses the form of hydraulic drive, actuator, powered by hydraulic motors.This paper focus on the completion of the mechanical arm and actuator design, including recognition of the mechanical arm structure form, design and calculation of hydraulic cylinder, design of the blade, the spindle strength check.Keywords: Vehicle garden pruning machine, mechanical arm, working mechanism, hydraulic cylinder目录摘要iAbstractii第一章 引言11.1 课题研究的目的及意义11.2机械手的研究现状及发展趋势11.2.1国内的研究现状11.2.2国外研究现状21.2.3 发展趋势31.3园林修剪机的发展31.4 绿篱修剪机械的研究应用现状41.4.1 国内研究现状分析41.4.2国外研究现状分析41.5 课题设计思路41.6 课题设计结构4第二章 车载园林修剪机的总体设计方案62.1车载园林修剪机的组成及各部分关系概述62.2 车载园林修剪机驱动方案的确认62.3 机械手基本形式的选择62.3.1 直角坐标型机械手62.3.2 圆柱坐标型机械手72.3.3 极坐标型机械手72.3.4 多关节机械手72.4 工作装置方案拟定9第三章 车载园林修剪机机械手臂的设计计算113.1 拟定主要技术参数113.2 主臂液压缸的设计计算113.2.1 负载分析113.2.2 油缸效率分析123.2.3 系统背压的选择123.2.4液压缸缸径的确认133.2.5导向长度的确认143.2.5活塞宽度的确定143.2.6 缸体长度的确定143.2.7缸筒壁厚的计算143.2.8 缸体外径尺寸的计算153.2.9 活塞杆强度和液压缸稳定性计算153.2.10缸筒壁厚的验算173.2.11活塞设计183.2.12密封件的选用183.2.13 活塞杆的设计193.2.14缓冲装置和排气阀213.3 其它液压缸的设计计算224.1 刀具的设计234.1.1 刀具的材料234.1.2 校核修剪刀具的强度234.1.3 修剪刀具的外形结构264.2 刀片主轴的设计及强度校核计算264.2.1 轴的校核27第五章 结论325.1 本设计所取得的结果325.2 技术展望32参考文献33致谢341 第一章 引言1.1 课题研究的目的及意义园林绿化机械作为林业机械的一个分支，它的发展只有50年左右的历史，它是随着城市园林化，特别是草坪业的发展，而逐步发展壮大起来。良好的环境，合理的生态系统，是人类赖以生存和发展的不可缺少的摇篮。随着生活水平的提高，人们对生活环境的要求也越来越高。绿篱在城市道路和园林绿化中也占有重要地位。因其可修剪成各种造型，并能相互组合，从而提高了观赏效果和城市的美化。此外，绿篱还能起到遮盖不良视点、隔离防护和防尘防噪等作用。绿篱生长会成各种各样的形状，因此对绿篱的修剪工作非常重要。通过本课题，让学生在此次设计过程中综合大学所学基础课程及专业课程，培养学生综合应用所学知识和技能去分析和解决一般工程技术问题的能力；进一步培养学生分析问题、创造性地解决实际问题的能力。本课题中车载园林修剪机系统主要采用气压驱动。1.2机械手的研究现状及发展趋势1.2.1国内的研究现状工业机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。工业机械手延伸和扩大了人的 手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高温等恶劣环境中工作：代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。目前主要应用与制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。工业机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统和计算机集成制造系统，实现生产自动化。随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。我国工业机械手的研究与开发始于20世纪70年代。1972年我国第一台机械手开发于上海，随之全国各省都开始研制和应用机械手。从第七个五年计划（1986-1990）开始，我国政府将工业机械手的发展列入其中，并且为此项目投入大量的资金，研究开发并且制造了一系列的工业机械手，有由北京机械自动化研究所设计制造的喷涂机械手，广州机床研究所和北京机床研究所合作设计制造的点焊机械手，大连机床研究所设计制造的氩弧焊机械手，沈阳工业大学设计制造的装卸载机械手等等。这些机械手的控制器，都是由中国科学院沈阳自动化研究所和北京科技大学机械手研究所开发的，同时一系列的机械手关键部件也被开发出来，如机械手专用轴承，减震齿轮，直流伺服电机，编码器，DCPWM等等。我国的工业机械手发展主要是逐步扩大其应用范围。在应用专业机械手的同时，相应的发展通用机械手，研制出示教式机械手、计算机控制机械手和组合式机械手等。可以将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，设计成典型的通用机构，以便根据不同的作业要求，选用不用的典型机构，组装成各种用途的机械手，即便于设计制造，又便于跟换工件，扩大了应用范围。目前国内机械手主要用于机床加工、锻造。热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。所以，在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专业机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。1.2.2国外研究现状国外机械手在机械制造行业中应用较多，发展也很快。目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。国外机械手的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。如 发生少许偏差时候，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。目前已经取得一定的成绩。1962年，美国联合控制公司在上述方案的基础上，又试制成一台数控示教再现型机械手。运动系统仿造坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩，用液压驱动；控制系统用磁鼓做储存装置。不少球面坐标式机械手就是在这个基础上发展起来的；同年该公司和普曼公司合并成为万能制动公司，专门生产工业机械手。1962年美国机械铸造公司也实验成功一种叫Versatran机械手，原意是灵活搬运，可做点位和轨迹控制：该机械手的中央立柱可以回转、升降、伸缩，采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。虽然这2种机械手出现在六十年代初，但都是国外机械手发展的基础。从60年代后期起，喷漆、弧焊工业机械手相继在生产中开始应用。1978年美国Unimate公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制出一种UnimationVic.arm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业。联邦德国机器制造业是从1970年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业：联邦德国Kuka公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制；日本是工业机械手发展最快，应用国家最多的国家，自1969年从美国引进两种典型机械手后，开始大力