摘 ?要：針對傳統(tǒng)農(nóng)機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)機械圓偏心零部件夾緊原理，以電動修枝剪刀為設(shè)計對象，設(shè)計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構(gòu)。結(jié)果表明：該機構(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。本文對夾緊過程機理、機構(gòu)設(shè)計進行研究分析，明確設(shè)計步驟、計算的相關(guān)函數(shù)及確定其最佳的工作尺寸。

關(guān)鍵詞：設(shè)計 緊固 剪刀;圓偏心;夾緊;換刀

中圖分類號：（作者本人填寫） ? ? ?文獻標識碼：A

作者簡介：李兵（1984-），男，漢族，新疆鄯善。

農(nóng)業(yè)機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。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，該機構(gòu)在長時間作業(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)圓偏心機構(gòu)夾緊原理，設(shè)計出一種螺栓與偏心圓相結(jié)合的快卸式夾緊換刀機構(gòu)。解決了夾緊、換刀程序繁瑣費時費力等問題，并對圓偏心夾緊機理進行分析，確定了圓偏心夾緊機構(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)計提供了理論依據(jù)。

一 ?快卸機構(gòu)的結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 螺栓夾緊機構(gòu)與快換機構(gòu)

傳統(tǒng)電動修枝剪刀的刀刃夾緊機構(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。過程相對繁瑣，給修枝作業(yè)帶來不便。

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

1.2 快換機構(gòu)的工作原理及優(yōu)點

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構(gòu)。良好的夾緊機構(gòu)將大大提高工作效率及工作質(zhì)量。

修枝剪刀在長時間的作業(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。同時由于動刀刀體薄、刀刃尖銳，導(dǎo)致刀具易磨損，在刀具磨損較為嚴重的情況下，將對作業(yè)效率及修剪質(zhì)量帶來影響，因此需要不定時的對動刀進行緊固和更換。

本文設(shè)計的快卸夾緊機構(gòu)具有夾緊容易、換刀方便等優(yōu)點。

夾緊過程：本設(shè)計裝置的間隙調(diào)整十分方便，只需將偏心圓手柄轉(zhuǎn)至松開狀態(tài)，此時刀片對螺母側(cè)面的壓力減少、銷軸對螺母內(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，只需手動順時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現(xiàn)對刀片間隙的調(diào)整。

換刀過程：該快卸機構(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)受到的壓力增強從而達到夾緊的目的。

二 ?圓偏心機構(gòu)的設(shè)計及參數(shù)確定

對各圓偏心夾緊機構(gòu)進行了夾緊力的計算。其計算公式如下

上式中符號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)該圓偏心夾緊機構(gòu)的工作段位弧AB，在A點上的夾緊高度為

， ? ? ? ?（1）

在B點的夾緊高度為

（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 圓偏心機構(gòu)設(shè)計步驟

在滿足自鎖條件下，進行如下設(shè)計計算。

（1）確定夾緊行程。利用公式（4）計算偏心輪直接夾緊工件時的夾緊行程 為

（2）計算偏心距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）計算偏心距

（3）設(shè)計偏心圓機構(gòu)。根據(jù)以計算得到的偏心距e結(jié)合刀片的尺寸，設(shè)計計算偏心圓尺寸、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)計的快換夾緊機構(gòu)在作業(yè)過程中能有效的完成夾緊、換刀等功能，效率高、操作簡單。

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

3）剪刀修剪過程中因堅固件松動而造成剪切質(zhì)量下降的問題十分普遍，本設(shè)計可為松動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。因此，剪刀的夾緊防松動機構(gòu)還有待深入研究。

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