修枝剪刀裝置夾緊更換的設(shè)計(jì)研究

摘 ?要：針對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)枝條修剪用剪刀的刀具緊固結(jié)構(gòu)換刀不便及再次夾固的問題，本文依據(jù)機(jī)械圓偏心零部件夾緊原理，以電動(dòng)修枝剪刀為設(shè)計(jì)對(duì)象，設(shè)計(jì)出一種適用于修枝剪刀上下刀刃夾緊的圓偏心夾緊換刀機(jī)構(gòu)。結(jié)果表明：該機(jī)構(gòu)可有效解決普通剪刀在修剪作業(yè)過程中螺栓易松懈、換刀過程繁瑣等問題，提高了作業(yè)效率。本文對(duì)夾緊過程機(jī)理、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究分析，明確設(shè)計(jì)步驟、計(jì)算的相關(guān)函數(shù)及確定其最佳的工作尺寸。

關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì) 緊固 剪刀;圓偏心;夾緊;換刀

中圖分類號(hào)：（作者本人填寫） ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡(jiǎn)介：李兵（1984-），男，漢族，新疆鄯善。

農(nóng)業(yè)機(jī)械修枝剪刀在園林整形、果園修枝方面得到了廣泛的應(yīng)用。相比大型園林整形機(jī)械，具有節(jié)能效益顯著、使用方面靈活、耐用性好、修剪端面平整等優(yōu)勢(shì)。近年來，國內(nèi)外已研發(fā)出多種類型的修枝剪刀，但在上下刀頭夾緊結(jié)構(gòu)方面還是采用傳統(tǒng)的螺栓螺母夾緊結(jié)構(gòu)。該夾緊結(jié)構(gòu)在修枝作業(yè)是會(huì)暴露出夾緊結(jié)構(gòu)易松懈、松懈后如不采用輔助工具又難以再次夾緊等問題。同時(shí)，該機(jī)構(gòu)在長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)后需要換刀的情況下，操作復(fù)雜、還需隨身攜帶輔助工具，影響作業(yè)效率。

本文依據(jù)圓偏心機(jī)構(gòu)夾緊原理，設(shè)計(jì)出一種螺栓與偏心圓相結(jié)合的快卸式夾緊換刀機(jī)構(gòu)。解決了夾緊、換刀程序繁瑣費(fèi)時(shí)費(fèi)力等問題，并對(duì)圓偏心夾緊機(jī)理進(jìn)行分析，確定了圓偏心夾緊機(jī)構(gòu)的最佳尺寸。為其他類型修枝器械的夾緊換刀裝置的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

一 ?快卸機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 螺栓夾緊機(jī)構(gòu)與快換機(jī)構(gòu)

傳統(tǒng)電動(dòng)修枝剪刀的刀刃夾緊機(jī)構(gòu)。主要由銷軸、螺母、墊片等組成。無論是緊固還是換刀都需要扳手等輔助工具的參與。過程相對(duì)繁瑣，給修枝作業(yè)帶來不便。

擁有快卸機(jī)構(gòu)的電動(dòng)修枝剪結(jié)構(gòu)。主要由圓偏心手柄、銷筒、銷軸等組成。

1.2 快換機(jī)構(gòu)的工作原理及優(yōu)點(diǎn)

剪刀的刀具在剪切過程中直接完成剪切工作。其是否勝任剪切工作，取決于構(gòu)成刀具切削部分的材料、切削部分的幾何形狀和刀具的夾緊機(jī)構(gòu)。良好的夾緊機(jī)構(gòu)將大大提高工作效率及工作質(zhì)量。

修枝剪刀在長(zhǎng)時(shí)間的作業(yè)過程中，由于木屑、土粒等雜質(zhì)在雙刀刃間產(chǎn)生側(cè)向力以及剪切受到的方向作用力的長(zhǎng)期作用下，導(dǎo)致剪刀刀刃間隙增大，影響修剪質(zhì)量及效率。同時(shí)由于動(dòng)刀刀體薄、刀刃尖銳，導(dǎo)致刀具易磨損，在刀具磨損較為嚴(yán)重的情況下，將對(duì)作業(yè)效率及修剪質(zhì)量帶來影響，因此需要不定時(shí)的對(duì)動(dòng)刀進(jìn)行緊固和更換。

本文設(shè)計(jì)的快卸夾緊機(jī)構(gòu)具有夾緊容易、換刀方便等優(yōu)點(diǎn)。

夾緊過程：本設(shè)計(jì)裝置的間隙調(diào)整十分方便，只需將偏心圓手柄轉(zhuǎn)至松開狀態(tài)，此時(shí)刀片對(duì)螺母?jìng)?cè)面的壓力減少、銷軸對(duì)螺母內(nèi)螺紋的拉力也相應(yīng)減小，所以旋轉(zhuǎn)螺母受到側(cè)面的摩擦阻力以及內(nèi)螺紋的旋轉(zhuǎn)阻力都急劇縮小，只需手動(dòng)順時(shí)針旋緊螺母即可縮小間隙。然后壓下偏心圓手柄至最大偏心距位置即可實(shí)現(xiàn)對(duì)刀片間隙的調(diào)整。

換刀過程：該快卸機(jī)構(gòu)換刀十分便捷，松開偏心圓手柄，然后將螺母與銷軸旋轉(zhuǎn)分離（機(jī)理如夾緊過程）。然后便可輕松的將銷軸、銷筒從刀頭內(nèi)孔中抽出，從而實(shí)現(xiàn)快速拆卸功能。換上新刀片后，再將銷筒插入刀片內(nèi)孔然后再插入銷軸，旋緊螺母后便可將偏心手柄轉(zhuǎn)至緊固的位置，由于偏心圓行程增大如圖1，使得刀片兩側(cè)受到的壓力增強(qiáng)從而達(dá)到夾緊的目的。

二 ?圓偏心機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及參數(shù)確定

對(duì)各圓偏心夾緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行了夾緊力的計(jì)算。其計(jì)算公式如下

上式中符號(hào)e為偏心距，R為偏心輪半徑，其比值e/R 稱為偏心率或偏心比，表明偏心輪回轉(zhuǎn)中心與其幾何中心的偏離程度。

2.1零部件圓偏心輪偏心距的確定

根據(jù)工作需要，可以有才用不同的工作弧段。如圖所示，設(shè)該圓偏心夾緊機(jī)構(gòu)的工作段位弧AB，在A點(diǎn)上的夾緊高度為

， ? ? ? ?（1）

在B點(diǎn)的夾緊高度為

（2）

夾緊行程 ，所以

（3）

式中，夾緊行程為

（4）

式中 ――夾緊刀頭所需的間隙，一般取 ?0.3mm;

――夾緊裝置的彈性形變量，一般取 =0.05～0.015mm;

――夾緊行程儲(chǔ)備量，一般取 =0.1～0.3mm;

――刀具加壓表面至定位面的尺寸公差。

2.2 圓偏心機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟

在滿足自鎖條件下，進(jìn)行如下設(shè)計(jì)計(jì)算。

（1）確定夾緊行程。利用公式（4）計(jì)算偏心輪直接夾緊工件時(shí)的夾緊行程 為

（2）計(jì)算偏心距e。根據(jù)圓偏心手柄的旋轉(zhuǎn)范圍確定回轉(zhuǎn)角范圍，如 。通過公式（3）計(jì)算偏心距

（3）設(shè)計(jì)偏心圓機(jī)構(gòu)。根據(jù)以計(jì)算得到的偏心距e結(jié)合刀片的尺寸，設(shè)計(jì)計(jì)算偏心圓尺寸、結(jié)構(gòu)。隨后，確定螺栓、螺母、銷筒等相應(yīng)零部件的結(jié)構(gòu)尺寸。其結(jié)構(gòu)如圖3、4。

圖3 夾緊位置 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖4 松開位置

三 ?結(jié) ?論

1）本文設(shè)計(jì)的快換夾緊機(jī)構(gòu)在作業(yè)過程中能有效的完成夾緊、換刀等功能，效率高、操作簡(jiǎn)單。

2）本文對(duì)剪刀快卸夾緊裝置的設(shè)計(jì)研究將為后續(xù)其他類型修枝器械刀頭夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

3）剪刀修剪過程中因堅(jiān)固件松動(dòng)而造成剪切質(zhì)量下降的問題十分普遍，本設(shè)計(jì)可為松動(dòng)后的再次夾緊的操作帶來方便，但不能解決修剪過程中的緊固件松動(dòng)。因此，剪刀的夾緊防松動(dòng)機(jī)構(gòu)還有待深入研究。

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