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我国是水果种植大国,果枝修剪作为现代水果管理中的一个重要环节,对推动水果产业发展和带动农村区域经济发展具有重要意义;为了有效提高现有修剪机械的作业效率、降低负载、提高性能,满足复杂地形条件果枝修剪的需要,本课题设计研制了一种背负式果枝修剪机,采用软轴传动,实现了操作杆与汽油机的分离,有效的降低了劳动强度,并且制造成本低、操作起来方便;刀头部分采用圆盘锯片,修剪效率高、切口光滑平整、毛刺较少,充分满足农艺修剪的要求。 采用三维设计软件solidworks对果枝修剪机进行了整机结构设计,综合分析了背负式果枝修剪机正常工作所需满足的主要农艺功能,并确定了动力系统传递路线,具体阐述了该修剪机的工作原理及基本操作过程,并且对修剪机的某些部分关键部件进行了设计。 分析了修剪机在作业时的锯切原理和受力情况,通过建立机具锯切树枝的简化模型,得到了修剪机的动力学平衡方程,确定了影响修剪机稳定性的相关因素,为机具的稳定性分析和锯片参数优化组合提供理论基础。 在试验平台上,利用单因素试验研究分析了锯切转速、枝条直径、刀径和齿数对修剪过程中扭矩和功耗的影响;最后通过混合正交试验,得到了锯切转速、枝条直径、锯片齿数和锯片直径对锯切扭矩、功耗影响的主次关系,并且确定出了汽油机扭矩约为0.7N·m,功耗约为350W左右且锯片转速为4000r/min左右,锯片直径为180mm,齿数为40的锯片参数对修剪直径为0-30mm左右的枝条是比较合适的参数组合,进一步优化了锯片参数,提高了修剪机的稳定性。 利用Ansys软件对圆盘锯片进行模态分析,得出了圆盘锯片的共振频率,避免产生共振;同时对果枝修剪机的刀头部分进行了静力学仿真分析,确定修剪机稳定性和安全性要求。 最后根据所选定的修剪机参数,完成了背负式果枝修剪机样机的试制,并选定了合适试验指标及设定各等级参数,在华中农业大学进行了实地修剪试验,通过被修剪枝条的断面质量与各参数等级进行对比,得出背负式果枝修剪机锯切效果、稳定性较好,基本满足农艺修剪的需要。