修枝剪刀裝置夾緊更換的設計研究

摘 ?要：針對傳統農機枝條修剪用剪刀的刀具緊固結構換刀不便及再次夾固的問題，本文依據機械圓偏心零部件夾緊原理，以電動修枝剪刀為設計對象，設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。結果表明：該機構可有效解決普通剪刀在修剪作業過程中螺栓易松懈、換刀過程繁瑣等問題，提高了作業效率。本文對夾緊過程機理、機構設計進行研究分析，明確設計步驟、計算的相關函數及確定其最佳的工作尺寸。

關鍵詞：設計 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。

農業機械修枝剪刀在園林整形、果園修枝方面得到了廣泛的應用。相比大型園林整形機械，具有節能效益顯著、使用方面靈活、耐用性好、修剪端面平整等優勢。近年來，國內外已研發出多種類型的修枝剪刀，但在上下刀頭夾緊結構方面還是采用傳統的螺栓螺母夾緊結構。該夾緊結構在修枝作業是會暴露出夾緊結構易松懈、松懈后如不采用輔助工具又難以再次夾緊等問題。同時，該機構在長時間作業后需要換刀的情況下，操作復雜、還需隨身攜帶輔助工具，影響作業效率。

本文依據圓偏心機構夾緊原理，設計出一種螺栓與偏心圓相結合的快卸式夾緊換刀機構。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的最佳尺寸。為其他類型修枝器械的夾緊換刀裝置的設計提供了理論依據。

一 ?快卸機構的結構及工作原理

1.1 螺栓夾緊機構與快換機構

傳統電動修枝剪刀的刀刃夾緊機構。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，給修枝作業帶來不便。

擁有快卸機構的電動修枝剪結構。主要由圓偏心手柄、銷筒、銷軸等組成。

1.2 快換機構的工作原理及優點

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。良好的夾緊機構將大大提高工作效率及工作質量。

修枝剪刀在長時間的作業過程中，由于木屑、土粒等雜質在雙刀刃間產生側向力以及剪切受到的方向作用力的長期作用下，導致剪刀刀刃間隙增大，影響修剪質量及效率。同時由于動刀刀體薄、刀刃尖銳，導致刀具易磨損，在刀具磨損較為嚴重的情況下，將對作業效率及修剪質量帶來影響，因此需要不定時的對動刀進行緊固和更換。

本文設計的快卸夾緊機構具有夾緊容易、換刀方便等優點。

夾緊過程：本設計裝置的間隙調整十分方便，只需將偏心圓手柄轉至松開狀態，此時刀片對螺母側面的壓力減少、銷軸對螺母內螺紋的拉力也相應減小，所以旋轉螺母受到側面的摩擦阻力以及內螺紋的旋轉阻力都急劇縮小，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對刀片間隙的調整。

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

二 ?圓偏心機構的設計及參數確定

對各圓偏心夾緊機構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

根據工作需要，可以有才用不同的工作弧段。如圖所示，設該圓偏心夾緊機構的工作段位弧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 圓偏心機構設計步驟

在滿足自鎖條件下，進行如下設計計算。

（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。根據圓偏心手柄的旋轉范圍確定回轉角范圍，如 。通過公式（3）計算偏心距

（3）設計偏心圓機構。根據以計算得到的偏心距e結合刀片的尺寸，設計計算偏心圓尺寸、結構。隨后，確定螺栓、螺母、銷筒等相應零部件的結構尺寸。其結構如圖3、4。

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

三 ?結 ?論

1）本文設計的快換夾緊機構在作業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計研究將為后續其他類型修枝器械刀頭夾緊機構的設計提供了理論依據。

3）剪刀修剪過程中因堅固件松動而造成剪切質量下降的問題十分普遍，本設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還有待深入研究。

參考文獻：

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