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本 科 畢 業(yè) 設 計 (論 文)
畢業(yè)設計（論文）中文題目:
雙圓盤牧草收割機設計
English Title:
Double disc forage Harvester design
學 院：
（楷體_GB2312四號，下同）機械工程學院
專業(yè)班級：
機械設計制造及其自動化 機械XXXX
學生姓名：
XXXXXXX
學 號：
XXXXXX
指導教師：
XXXXXXX
年 月
畢業(yè)設計（論文）中文摘要
雙圓盤牧草收割機設計
摘 要： 本課題主要是雙圓盤牧草收割機設計，牧草收割是草產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，提高牧草收割機械化水平和生產(chǎn)率，對于確保草產(chǎn)業(yè)豐收極為重要。切割器是各種牧草收割機械的重要工作部件。目前，各種牧草收割機械普遍采用的切割器有往復式和回轉(zhuǎn)式兩種?；剞D(zhuǎn)式切割機屬無支承切割，不產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象，更換刀片簡易。本課題研究設計的雙圓盤式割草機，選用回轉(zhuǎn)式切割器，對牧草的適應性強，特別適應于稠密、倒伏和纏連的牧草，工作平穩(wěn)，生產(chǎn)率高。牧業(yè)是我國的現(xiàn)代化經(jīng)濟的重要組成部分，牧草也收獲機械化的普及，不僅使畜牧業(yè)生產(chǎn)加快了進程，同時也減輕了牧民的勞動強度，提高了牧草業(yè)的勞動生產(chǎn)率。 目前，各種牧草收割機械普遍采用的切割器有往復式和回轉(zhuǎn)式兩種?；剞D(zhuǎn)式切割機屬無支承切割，不產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象，更換刀片簡易。圓盤式割草機由刀盤、傳動裝置、機架、三點懸掛等主要部件組成。效率比人工鋤草提高8至10倍，傷苗率低，除苗清潔率高。
關鍵詞：雙圓盤牧草收割機，雙圓盤，牧草，收割機，刀片，拖拉機
畢業(yè)設計（論文）外文摘要
Multi-station Punch Press Manipulator
Abstract: The main topic is a two-disc design forage harvesters, forage grass harvest is an important part of industrial production, improve forage harvesting mechanization and productivity, extremely important to ensure a good harvest grass industry. The cutter member is an important work of the various forage harvesting machinery. Currently, all kinds of forage harvesting machinery commonly used with a reciprocating and rotary cutter two. The rotary cutter is a non-cutting bearing, no clogging, easy replacement of the blade. This research design double-disc mower, the choice of a rotary cutter, adaptable for forage, particularly suitable for dense, even lodging and wrapped forage, smooth, high productivity. Animal husbandry is an important part of China's economic modernization, the popularity of grass also harvest mechanization, not only to speed up the process of livestock production, but also reduce the labor intensity of herders, increased labor productivity forage industry. Currently, all kinds of forage harvesting machinery commonly used with a reciprocating and rotary cutter two. The rotary cutter is a non-cutting bearing, no clogging, easy replacement of the blade. A disc mower cutter, transmission, chassis, suspension and other three major components. Artificial weeding efficiency than 8 to 10 times, low seedling injury, in addition to cleaning seedling rate.
Key words: forage harvester double-disc, double disc, forage harvester, blade, tractor
目 錄
第1章 緒論 1
1.1 本課題研究的背景和目的意義 1
1.1.1 研究背景 1
1.1.2研究的目的意義 1
1.2 國內(nèi)外牧草收割機械發(fā)展概況 2
1.2.1 往復式切割器割草機研究發(fā)展概況 2
1.2.2 旋轉(zhuǎn)式割草機研究發(fā)展概況 2
1.2.3國外牧草收獲機械發(fā)展現(xiàn)狀 3
1.2.4我國牧草機械發(fā)展現(xiàn)狀 3
1.2.5牧草機械發(fā)展的趨勢和機遇 5
1.3 本課題研究的內(nèi)容及需要解決的關鍵技術 6
1.3.1 研究內(nèi)容 6
1.3.2本課題需要解決的關鍵技術 7
1.4 研究方法技術方案設計指標 7
1.4.1 研究方法 7
1.4.2設計技術方案 8
第2章 雙圓盤牧草收割機工作原理及方案設計 9
2.1 收獲對象的特點及其對收獲機械性能的要求 9
2.1.1收獲對象及其特點 9
2.1.2收獲對象對機械性能的要求 9
2.2 設計原則 9
2.3 總體方案 10
2.4 技術要求 11
2.5 工作原理 11
2.6 整機機構 11
2.7 收割機構方案設計 12
2.7.1 整體框架結構 12
2.7.2 傳動及收割作業(yè)機械部分 12
第3章 雙圓盤牧草收割機收割機構結構設計計算 14
3.1 設計的原始參數(shù) 14
3.2 設計計算說明書 14
3.2.1 機架的設計 14
3.2.2 減速器的設計 14
3.2.3 齒輪傳動組總成的設計 29
3.2.4 刀盤總成的設計 39
第4章 結 論 41
4.1 結論 41
4.2存在的問題 41
參考文獻 42
致 謝 44
淮海工學院二〇一七屆本科畢業(yè)設計（論文） 第 12 頁 共 44 頁
第1章 緒論
1.1 本課題研究的背景和目的意義
1.1.1 研究背景
革業(yè)的發(fā)展是關系生存環(huán)境和經(jīng)濟發(fā)展的世紀問題，由于種種原因，我國90％的草地已經(jīng)或正在退化。國家把調(diào)整農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結構、改善生態(tài)環(huán)境、大力發(fā)展退耕還林還草、種草養(yǎng)畜提高到重要的戰(zhàn)略地位。草產(chǎn)業(yè)作為甘肅農(nóng)業(yè)結構調(diào)整的戰(zhàn)略性措施，近幾年發(fā)展建設很快，牧草種植面積不斷擴大。甘肅省是全國五大牧區(qū)之一，草資源豐富，種植牧草歷史悠久，有1733．3萬畝天然草場，目前全省的人工種草留床面積達85．73萬畝，其中優(yōu)質(zhì)牧草紫花苜蓿保留面積53．3萬畝，居全國首位n3。武威市地處河西走廊東端，地域遼闊，其中優(yōu)質(zhì)牧草紫花苜蓿種植面積已達32萬畝。在種植業(yè)方面形成了糧食、經(jīng)濟作物和牧草三大產(chǎn)業(yè)。但牧草收割以人工為主，工作效率低、作業(yè)成本高，而且一年收獲好幾茬，勞動強度較大。發(fā)展草產(chǎn)業(yè)，急需經(jīng)濟適用的小型牧草收割機。但目前，牧草收獲機械相對滯后，現(xiàn)代化牧草收獲機械基本為空白，已有的少量牧草機械尚不配套，與國際同類機具相比有較大的差距，存在的主要問題：一是成本高農(nóng)民購買不起；二是農(nóng)民種植牧草，多屬于分散種植，面積相對較小，不適合大型機具作業(yè)。為了適應農(nóng)村草產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，達到適時搶收，盡量減少牧草營養(yǎng)成份損失，適應農(nóng)村分散地塊種植，提高種植經(jīng)濟效益，確立牧草收獲機械研究課題，擬研制一種與小動力配套的小型輕便的牧草收獲機械。
1.1.2研究的目的意義
牧草收割是草產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，提高牧草收割機械化水平和生產(chǎn)率，對于確保草業(yè)豐產(chǎn)豐收極為重要。切割器(又稱切割裝置)是各種牧草收割機械上最重要的工作部件，其工作性能直接影響到整機的工作性能。目前各種牧草收割機械上普遍采用的切割器有往復式和回轉(zhuǎn)式兩種。以往復式切割器應用最為廣泛，且己標準化。往復式切割器雖具通用性好、適應性強、工作可靠之優(yōu)點，但突出的問題是往復運動慣性力大，割臺振動及噪音大，割臺使用壽命低，切割速度低(一般平均切割速度為1．5m／s-～2m／s)，使牧草收割機的作業(yè)速度和單位幅寬生產(chǎn)率受到限制，只能低速作業(yè)，寬幅收割。回轉(zhuǎn)式收割機割刀切割速度高(一般為lOm／s--一20m／s)，切割能力強，但傳動復雜，造價高。目前以這兩種切割器為切割部件的牧草收割機，以后掛側(cè)置寬幅大型為主，其結構龐大，造價高，難以適應農(nóng)村草業(yè)發(fā)展的需求。目前國內(nèi)外現(xiàn)有牧草收割機械，工作幅寬2"--,6米，生產(chǎn)率為15"---80畝／d,時，配套動力為9-、一,50KW，這類機具主要為大型牧場所使用，而且多數(shù)是割后無序鋪放，后續(xù)攤鋪、摟草、拾草、打捆均配有專門機具進行作業(yè)，配套條件要求較高。而中小型牧草場，農(nóng)村普通農(nóng)戶，由于資金運作少，不可能用巨資購置成套的牧草收獲機具。他們要求一種能整齊鋪放，便于晾曬，成本低的小型牧草收獲機具。市場上現(xiàn)有的稻、麥割曬機可以用于部分牧草收割，但此類機具以稻、麥為主要作業(yè)對象而設計，并不完全適用于牧草收割。近幾年來，作為家畜主要青飼料的紫花苜蓿，種植面積不斷增加，人工收獲效率低，勞動強度大，急需解決機械收獲問題。為此，
本課題將根據(jù)農(nóng)機動力小型化的特點，以當?shù)啬敛莘N植狀況為依據(jù)，研究設計了一種由小四輪拖拉機前置懸掛作業(yè)，適宜于收割稠密、倒伏和纏連牧草的圓盤式割草機，不僅可以減輕勞動強度，提高作業(yè)效率，而且可以促使畜草產(chǎn)業(yè)向著規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化、商品化的方向發(fā)展。
1.2 國內(nèi)外牧草收割機械發(fā)展概況
國內(nèi)外牧草收獲機械按其切割部件的結構分為往復式和圓盤式；按其行走方式分為牽引式、半懸掛式、自走式割草機；按割幅可分為窄幅和寬幅割草機。
1.2.1 往復式切割器割草機研究發(fā)展概況
往復式割草機歷史悠久，適于收割天然牧草和種植牧草，具有割茬低而整齊，牧草損失少，便于調(diào)整使用等優(yōu)點。其發(fā)展過程是從畜力到機引，從牽引到懸掛。為提高生產(chǎn)率割草機超高速度、大割幅方向發(fā)展。但加大割幅將增加機具成本，因此以提高前進速度更為有利。但隨著切割速度的提高，割刀往復慣性力增加，從而加劇了機器振動和機件損壞，導致切割高桿或濕潤牧草時堵刀。這種割草機雖有這些缺點，但目前作為一種標準機型被國內(nèi)外廣泛使用和大量生產(chǎn)，并且在不斷完善和改進。
1.2.2 旋轉(zhuǎn)式割草機研究發(fā)展概況
近年來，由于種植牧草面積大量增加，并使用大量含氮肥料，使牧草高大、茂密而趨于倒伏。因此，旋轉(zhuǎn)式割草機得到迅速發(fā)展。旋轉(zhuǎn)式割草機屬無支承切割，切割器刀片安裝在刀盤上，并隨刀盤一起旋轉(zhuǎn)進行割草，前進速度高，有較高的生產(chǎn)率，不產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象，更換刀片簡易，保養(yǎng)方便。但旋轉(zhuǎn)式割草機功率消耗較大(旋轉(zhuǎn)式割草機為7～12Kw／M，普通往復式割草機為O．7～0．5 Kw／M，雙動割草機為3"--'6 KW／M)，工作幅重割區(qū)大，割茬不齊，碎草多，且對地面的平整程度要求較高。在牧草剛度小時易使割茬高度增加，因此適于高硬桿牧草收獲。
1.2.3國外牧草收獲機械發(fā)展現(xiàn)狀
國外牧草機械已有100多年的歷史，經(jīng)歷了從使用畜力到拖拉機動力配套，從單項作業(yè)機具到聯(lián)合作業(yè)機具的發(fā)展過程。20世紀60年代是歐美各國牧草機械發(fā)展的高峰時期，這一期間完成了由畜力機具、機引機具、各種聯(lián)合作業(yè)機具及成型機具相繼研制成功并迅速推廣。20世紀70年代以來，部分牧草機具趨于飽和，產(chǎn)量和保有量保持穩(wěn)定。各個公司致力于開發(fā)新產(chǎn)品，改進原有產(chǎn)品的性能，以保持競爭能力。尤其以美國、德國、法國、意大利、日本等發(fā)達國家在該領域處于領先地位。如德國STOLL公司的割曬設備，克拉斯公司自走式割草機或打捆機，法國庫恩公司的旋轉(zhuǎn)割草機等∞3。在20世紀90年代，這些國家的割、摟、捆、裝運等牧草收獲機械陸續(xù)進入我國牧草種植基地。國外先進的牧草收獲機械技術比較完善，機具品種多，性能可靠，但價格昂貴。目前，歐美各國幾乎所有的農(nóng)機公司都在生產(chǎn)牧草機械，產(chǎn)品品種齊全，系列完整，能滿足各種收獲需要，主要結構技術性能至今沒有大的變化，只是在操作舒適和電子計算機應用方面有所改進。
但由于國外的牧草收獲機械以大型為主，其機具轉(zhuǎn)彎半徑大，適宜大面積作業(yè)，與國產(chǎn)動力機械配套性能差，組織水平要求高，價格昂貴，因此考慮種植方式，作業(yè)地塊條件及農(nóng)牧民經(jīng)濟發(fā)展水平等多種因素，國外牧草收獲機械在我國推廣應用存在很大的局限性。
1.2.4我國牧草機械發(fā)展現(xiàn)狀
我國牧草機械起步較晚、發(fā)展緩慢。其發(fā)展分為兩個階段：第一階段為50-70年代中期，只生產(chǎn)一些仿蘇40,---50年代畜力及機引的往復式割草機，橫向摟草機和畜力捆草機，機型陳舊，指標落后，質(zhì)量低，成本高；第二階段為70年代后期至90年代末，開始引進國外70,--,80年代的牧草收獲機械，研制出了適應于我國牧草生產(chǎn)的收獲機械，填補了許多空白，初步形成了散草、方捆、圓捆等多種收獲工藝系統(tǒng)機械H1。
近年來，我國牧草收獲機械雖發(fā)展迅速，但機械化水平較低，尤其是小型機具種類較少，牧草收獲還是以手工收獲為主，農(nóng)民勞動強度大。當前牧草機械的研究方向在機型上以中小型為主；在內(nèi)容上以減輕勞動強度、提高生差率為主。
我國的草場面積與美國大體相同，但是牧草機械的保有量很少。如割、摟草機保有量僅為美國的1％。20世紀80年代，日本方捆機的保有量為2．3萬臺，而我國20世紀90年代初的保有量僅為日本的0．2％。20世紀70年代中期，美國圓捆機保有量為10萬臺，而我國目前的保有量僅為0．1％，我國牧草機械化水平與國外發(fā)達國家相比還有相當大的差距。
(1)由于我國在相當長的一段時期內(nèi)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要任務是解決溫飽問題，
重點放在糧食作物的種植與生產(chǎn)上，忽視了畜牧業(yè)生產(chǎn)，在一定程度上影響了牧草機械的發(fā)展。
(2)在20世紀80年代中期以來，國家對草地畜牧業(yè)投入不足，使得許多牧草機械制造企業(yè)紛紛減產(chǎn)，有的甚至破產(chǎn)關閉，使得我國與國外同類產(chǎn)品的制造能力和水平進一步拉大距離。
(3)現(xiàn)有牧草機械生產(chǎn)制造企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量低，使用故障多，可靠性差。往復式割草機工作半天即需磨刃，使用可靠性不到80％，國外摟草彈選工作6000畝，斷齒率為4％'---5％；我國的產(chǎn)品同樣作業(yè)量斷齒率為20％一--30％。在相同作業(yè)條件下，我國的牧草撿拾壓垛機完成的工作量與國外同類機型相差一半。
(4)牧草機械產(chǎn)品品種不全，成套性差，美國的約翰迪爾公司牧草機械有13個品種44個機型；紐荷蘭公司有12個品種25個機型，牧草撿拾裝載車多達21個機型，可供各種經(jīng)營規(guī)模的用戶選擇。我國牧草機械初步形成了散草、方捆、圓捆、壓垛作業(yè)工藝系統(tǒng)，但每種作業(yè)機械多為單一機型。各種作業(yè)工序間機具與動力配套性差，用戶不能根據(jù)自己的經(jīng)營規(guī)模選擇合適的機具，因此機具的使用效率不高。
(5)產(chǎn)品水平高低是衡量該行業(yè)整體科學技術水平的重要標志之一。我國已經(jīng)定型的牧草機械大部分屬國外20世紀80年代以前的技術水平，30多年來基本沒什么改進。其原因是多方面的，但生產(chǎn)制造工藝水平低是關鍵因素，現(xiàn)在牧草機械制造企業(yè)工藝技術裝備落后、老化，生產(chǎn)設備大多是20世紀80年代以前的設備；科研投入不足，開發(fā)能力差，使得產(chǎn)品更新?lián)Q代緩慢，也是造成牧草機械技術水平低的重要因素。
20世紀90年代，我國牧草機械市場出現(xiàn)轉(zhuǎn)機，1999年銷售2．56萬臺，比上年增長173％，牧草機械產(chǎn)品出現(xiàn)暢銷勢頭的主要原因：一是國內(nèi)草原生態(tài)建設和退耕還草發(fā)展加快；二是國家和地方大力支持草畜業(yè)和節(jié)糧型畜牧業(yè)投資加大。
1.2.5牧草機械發(fā)展的趨勢和機遇
隨著人工種植草場的發(fā)展，切割壓扁機等市場需求迅速增加。種植草場牧草收獲離不開割草機、攤曬機、撿拾壓捆機。中央確定到2010年要完成8300萬畝的人工草地和治理草地的面積，若其中20％采用機械收獲，按每年333萬畝草場配備一臺切割壓扁機與之配套的攤曬、捆草、纏膜等機具，則需50000臺(套)。預計到2010年，國內(nèi)需求約為10萬臺。由于國內(nèi)上述機具不能滿足市場需求，用戶開始大量進口國外牧草收獲機具。因此，必須加快我國牧草機械產(chǎn)業(yè)化的步伐，以適應市場的需求。20多年的改革開放和西部大開發(fā)的實施，使我國經(jīng)濟發(fā)展到了一個新的水平，國家政策和經(jīng)濟形式為牧草生產(chǎn)機械帶來新的發(fā)展機遇，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整為牧草生產(chǎn)機械化發(fā)展提供了廣闊的空間。近幾年畜牧業(yè)的快速發(fā)展，牧草生產(chǎn)機械化已成為西部農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展新的增長點。
(1)國家政策和經(jīng)濟形勢為牧草生產(chǎn)機械化帶來了新的發(fā)展機遇，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整為牧草生產(chǎn)機械化發(fā)展提供了廣闊的發(fā)展空間；
(2)牧草機械為牧草生產(chǎn)機械化發(fā)展提供物質(zhì)基礎和保障；
(3)國家政策扶持和多元化投入機制將促進牧草生產(chǎn)機械化的發(fā)展。H刮
我國加入WTO后，有利于促進技術成果的國際合作、交流和應用，引進和吸收國外先進技術，高起點地發(fā)展適合我國國情的牧草機械，有利于畜產(chǎn)品的出口，帶動牧草收獲機械工業(yè)的發(fā)展。國內(nèi)的牛羊價格低于國際市場價格，在國際市場上具有一定的競爭力，這將推動我國畜牧業(yè)發(fā)展，從而推動牧草機械制造業(yè)的發(fā)展。農(nóng)機草畜互促，形成農(nóng)機與草畜業(yè)發(fā)展的良性循環(huán)。
(1)促進了農(nóng)機事業(yè)的發(fā)展。通過實施牧草機械化作業(yè)，農(nóng)民群眾深刻認識到，機械化不僅是農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整的必要條件和重要保證，而且對于提高農(nóng)業(yè)效益，增強抗御自然災害能力，促進農(nóng)民增收，加快奔小康步伐都具有不可替代的地位和作用，從而大大提高了購置和利用農(nóng)業(yè)機械的積極性。
(2)促進了牧草業(yè)的發(fā)展。自全面實施牧草機械化作業(yè)以來，廣大農(nóng)民認識到牧草生產(chǎn)廣闊的發(fā)展前景，逐步轉(zhuǎn)變了僅在差地種植苜蓿的習慣，舍得拿地力和水澆條件好的良田種植苜蓿。實施牧草機械化作業(yè)，大大提高了牧草的生產(chǎn)效率和收割、打捆、貯存等作業(yè)標準，為實現(xiàn)牧草的產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營創(chuàng)造了十分有利的條件。
(3)促進了畜牧業(yè)的發(fā)展。苜蓿是高質(zhì)量的畜牧飼料，長期食用苜蓿的牲畜具有成活率高，生長速度快，產(chǎn)肉、產(chǎn)奶量高、質(zhì)量好等特點。牧草機械化推動了牧草業(yè)的快速發(fā)展，進而推動了畜牧業(yè)的快速發(fā)展。
目前，國外牧草收獲機械當以美、德、法、意、日處于領先地位，尤以德國斯通公司生產(chǎn)的往復式割曬機和法國庫恩公司生產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)割草機為先。我國以海拉爾牧業(yè)機械總廠、寶昌牧業(yè)機械廠和牧業(yè)機械廠生產(chǎn)的牧草收獲機械為優(yōu)。國外牧草收割機總的發(fā)展趨勢以往復式和旋轉(zhuǎn)式切割器為切割部件，以后懸掛側(cè)幅大型為主。
隨著種植結構和畜種結構調(diào)整，我國人工草地面積正在不斷擴大，我省紫花苜蓿留床面積目前為53．3萬畝，約占全國總面積的34％，苜蓿產(chǎn)業(yè)已趨規(guī)?；?。而苜蓿收獲機械化技術僅僅停留在初級階段，大部分紫花苜蓿的收獲仍然以人為主。中小型牧草收割機有著廣闊的市場前景。
1.3 本課題研究的內(nèi)容及需要解決的關鍵技術
1.3.1 研究內(nèi)容
1．機具類型與配套動力選擇
(1)工作平穩(wěn)，對不同牧草的適應性強，適應于收割稠密、倒伏和纏連的牧
草，能以6-10km／h的速度作業(yè)，生產(chǎn)率高；
(2)能夠用小四輪拖拉機配套作業(yè)，功率消耗低、效率高、經(jīng)濟實用。
2．切割器起落(升降)機構的研究及參數(shù)確定
(1)牧草切割器的設計研究與參數(shù)確定；
(2)機具與小四輪拖拉機的掛接設計；
(3)水平升降研究，仿形效果好；
3．傳動機構的研究
4．機具的總體結構設計和零部件的受力分析
1.3.2本課題需要解決的關鍵技術
本課題的技術難點是配套動力和連接方式。目前我市乃至全省15"-20馬力小四輪拖拉機居多，與同類機型配套的雙圓盤割草機數(shù)量很少，性能、質(zhì)量及連接方式需要改進，與之相關的整機結構重量與小四輪拖拉機動力不配套。所以本課題要解決的關鍵技術有：
1．機具結構類型的選擇與設計
2．機具與拖拉機的掛接機構設計
3．機具傳動方案的確定
4．切割器刀片速度的選擇與確定
5．傳動比的分配與動力參數(shù)的確定
1.4 研究方法技術方案設計指標
1.4.1 研究方法
1．利用檢索方法進行中外文資料收集
2．國內(nèi)部分圓盤式割草機的調(diào)查研究
3．利用機械設計原理進行計算
4．進行田間試驗和測試
1.4.2設計技術方案
圖1-1 設計方案框圖
第2章 雙圓盤牧草收割機工作原理及方案設計
2.1 收獲對象的特點及其對收獲機械性能的要求
2.1.1收獲對象及其特點
雙圓盤割草機的收獲對象為豆科牧草和禾本科牧草，主要是豆科牧草(紫花苜蓿)。紫花苜蓿是多年生豆科牧草，每年可多次收割且適1：3性好，收獲量大，具有很好飼用價值，可做精飼料代用品。但其品質(zhì)隨生長量的增加而下降，開花期收割比孕蕾期收割粗蛋白含量下降1／3～1／2，胡蘿卜素含量減少1／2"-'5／6，特別是干旱、光熱強光照射下加速衰老，草品質(zhì)迅速下降，因此，紫花苜蓿最佳收割時間為孕蕾期一初花期，過了這個時間，蛋白質(zhì)含量會降低，影響產(chǎn)品質(zhì)量。而這個時間一般只有10"--"15天，僅靠人工難以完成整個收獲工作，因此，收獲作業(yè)則必須借助牧草收獲機械完成。
2.1.2收獲對象對機械性能的要求
1．由于牧草稠密多汁，因此，切割速度比收割谷物要快。
2．為提高牧草收獲量，要求盡量低割，因此，切割器應接近地面，并能很好適應地形；
3．牧草收獲機械工作條件惡劣，刃口應具有自磨性能，刀具應具有保護裝置；
4．應具有靈活的起落機構，以便遇到障礙物時，能在1～2秒鐘內(nèi)將切割器升起；
5．割下來的牧草能均勻鋪放于地面，且厚度適當，盡可能減少機器對牧草的滾壓和翻動，以降低牧草的收獲損失；
6．結構簡單，使用維修方便，技術經(jīng)濟指標先進。
2.2 設計原則
1．牧草收割作業(yè)季節(jié)性強，作業(yè)時間有限，故應采用工作機與動力機分離式。動力由小四輪拖拉機皮帶輸出。本機采用前懸掛式連接方式，由小四輪拖拉機液壓油缸作為提升動力。切割器用旋轉(zhuǎn)式上傳動圓盤切割器；
2．本機選用旋轉(zhuǎn)式(回轉(zhuǎn)式)切割器，對牧草的適應性強，特別適應于稠密、倒伏和纏連的牧草，工作平穩(wěn)，生產(chǎn)率高；3．旋轉(zhuǎn)式切割器轉(zhuǎn)速較高，設計中應考慮到運動件和切割器的安全防護問題；4．左、右兩個切割器采用通過機架剛性連接，作業(yè)時兩個刀盤上的刀片轉(zhuǎn)向相反，以保證牧草集壟和鋪放整齊：
5．降低整機生產(chǎn)成本，以提高經(jīng)濟性。
2.3 總體方案
根據(jù)作業(yè)約束條件和設計原則，機具采用前懸掛式作業(yè)方式，主要由平行四連桿升降機構、機架、圓盤式切割裝置、傳動機構、甩草筒、防護欄等幾部分組成。結構示意如圖2．1、圖2．2。
圖2-1雙圓盤割草機結構示意圖(主視)
圖2—2雙圓盤割草機結構示意圖(俯視)
卜拖拉機飛輪皮帶輪2一四連桿升降機構3一機架4一甩草筒5一切割器滑底
6一切割器上刀盤7一刀片8一防護欄
2.4 技術要求
1．切割器是割草機的關鍵部件，其動力參數(shù)及結構設計非常重要；
(1)刀盤直徑、刀盤數(shù)和刀片數(shù)的選擇與確定。刀盤直徑的大小將影響割草機的功率消耗。減小刀盤直徑，功率消耗和損失都將減小，但刀盤過小時，同一工作幅所需的刀盤數(shù)將增加，從而增加傳動機構的復雜性。
(2)旋轉(zhuǎn)式切割器工作時，刀片的運動由圓周運動和前進運動合成。
(3)刀片通過銷鏈的方式固定在刀盤上，要求安裝方便可靠。
(4)左、右刀盤反向旋轉(zhuǎn)，保證牧草切割后甩草在中間，并集成草鋪。
(5)作業(yè)時，上刀盤與刀片以一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，而下刀盤(滑底)可自由轉(zhuǎn)動。
2．甩草裝置。設計合理的甩草裝置，防止作業(yè)時牧草纏繞，并順利地將割下的牧草甩向后方，集成草鋪；
3．機架。要求將兩個切割器連接成一體，并安放齒輪箱、連軸器、平行四連桿機構的掛接零部件；
4．四連桿升降機構。要求以拖拉機液壓作為提升動力，可以使整個機具垂直升降，滿足機具作業(yè)或運輸狀態(tài)的升降需要。同時，通過它將割草機懸掛在拖拉機的前方；
5．傳動機構的設計。設計合理的傳動方式，確定參數(shù)和傳動比，滿足各項切割功能要求；
6．安全防護措施。刀片、轉(zhuǎn)軸等運動件外部增設安全的防護欄、防護罩、警示牌等，提高安全性。
2.5 工作原理
機具通過平行四連桿機構和輔助掛接件懸掛于拖拉機前方，動力由拖拉機飛輪皮帶輪傳入，機具的升降由拖拉機液壓提升，同時接合動力切割器開始旋轉(zhuǎn)，刀片銷鏈在刀盤上，通過高速旋轉(zhuǎn)割下牧草。兩個刀盤反向旋轉(zhuǎn)，牧草割下后倒向機具中間，通過甩草筒甩集成壟，完成切割作業(yè)。
收割機構由機架、傳動箱總成、刀片固定圓盤總成、刀片擋泥板組合件等組成。
2.6 整機機構
該機為雙圓盤牧草收割機。收割機構工作動力及行走動力由配套拖拉機提供，且統(tǒng)一控制。
2.7 收割機構方案設計
2.7.1 整體框架結構
本機構是與拖拉機配套的機具，擬采用懸掛式懸掛于拖拉機后橋后面。可通過液壓升降來調(diào)節(jié)深淺。整體框架結構見下圖2-3：
圖2-3 整體框架結構
2.7.2 傳動及收割作業(yè)機械部分
本機構的傳動及作業(yè)機械擬采用如下圖2-4所示結構方案。該方案主要利用齒輪傳動來傳遞動力，具有傳動功率范圍大、傳動效率高、傳動比準確、使用壽命長、工作可靠等優(yōu)點。不過對制造及安裝精度要求高，且成本相對較高。
圖2-4 收割機構傳動及作業(yè)機械示意簡圖
1.減速器輸入軸 2.減速器小錐齒輪 3.減速器大錐齒輪 4.減速器輸出軸 5.刀片 6.刀盤 7.甩刀輸出軸 8.齒輪傳動組
工作時，配套動力由萬向節(jié)經(jīng)減速器輸入軸1輸入，經(jīng)一級錐形減速器減速轉(zhuǎn)向后，由減速器輸出軸4傳到齒輪傳動組件8，再經(jīng)甩刀輸出軸7傳到刀盤6及刀片5上，最終實現(xiàn)刀片5的收割作業(yè)。
淮海工學院二〇一七屆本科畢業(yè)設計（論文） 第 43 頁 共 44 頁
第3章 雙圓盤牧草收割機收割機構結構設計計算
經(jīng)過設計方案的確定，需要對一些關鍵零部件進行設計。主要設計的部分有機架的設計，減速器的相關設計，以及從減速器輸出軸到刀盤總成之間的齒輪傳動裝置的相關設計。
3.1 設計的原始參數(shù)
主要技術參數(shù)：匹配動力：40-55馬力；圓盤直徑：40-50mm。
選擇配套動力：36.8kw（拖拉機50馬力）
發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)速：632r/min
收割速度： =5.5m/s（滿足收割率≥90%的要求）
刀齒進給量：S=50mm （滿足收割后碎茬長度≤80mm的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求）
收割深度：h=50mm
收割刀軸轉(zhuǎn)速：V=1250r/min
外形尺寸（長mm×寬mm×高mm）： 2330×600×1100
3.2 設計計算說明書
3.2.1 機架的設計
根據(jù)機具的配置和外形尺寸的需要，并考慮機架能有足夠的強度和剛度，且又形狀簡單，便于制造，能與配套拖拉機更好的連接，本機采用框架結構。機架上部為兩根主梁，成人字形焊接，主要與配套拖拉機連接；下部為工字型框架，其兩端安裝有兩個地輪，用于承載支撐傳動總成與收割工作部分。機架材料擬采用45鋼或Q235。
具體結構設計圖見附圖。
3.2.2 減速器的設計
（1）減速器類型的選擇
為了滿足工作機工作需求和動力機方便放置，減速器輸入軸和輸出軸位置需布置成垂直相交。故，本設計選用一級圓錐直齒輪減速器。
（2）確定傳動比i
已知配套拖拉機動力輸出軸轉(zhuǎn)速為632r/min，收割刀軸轉(zhuǎn)速為1250r/min。故，計算出傳動比為：
i=632/1250=0.506
（3）齒輪傳動設計
①輸入功率=Pη
式中：聯(lián)軸器效率η=0.99（查[1]得）
=36.8×0.99=36.4kw
主動輪轉(zhuǎn)速 =632r/min
主動輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
=9.55×/=9.55×106×36.4/632=5.5×N·mm
②選齒輪材料及熱處理方法
查[2]P211表12.7 主動輪用40Cr調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度HB241~286；從動輪用40Cr調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度HB241~286。（查[2] P221表12.7）
③選擇齒寬系數(shù)
查[2]P222表12.13，選=0.3
④選擇齒輪精度
查[2]P207表12.6選7級精度，估計節(jié)點圓周速度V<8m/s。
⑤選齒輪齒數(shù)
=29
= i=0.506×29=14.7，取=15
(當輪齒有輕微根切時，增大了齒根圓角，對輪齒抗彎強度有利，故工程上允許輪齒產(chǎn)生輕微根切，這時可取=14)
μ=29/15=1.93
⑥極限應力
接觸極限應力
=1.33HBS+366.7=241×1.33+366.7=687.2N/
=1.33HBS+366.7=241×1.33+366.7=687.2N/
彎曲極限應力
=0.844HBS+377.9=0.844×267+377.9=603.2 N/
=0.844HBS+377.9=0.844×267+377.9=603.2 N/
⑦按齒面接觸疲勞強度設計
≥
使用系數(shù)=1.0 查【2]P215表12.9。
動載系數(shù) =1.15 查【2]P216圖12.9。
齒間載荷分配系數(shù)和:
估計 <100N/mm
cos===0.8879
cos===0.4600
===32.66
===32.61
=[1.88-3.2(1.68
齒向載荷分布系數(shù):
載荷系數(shù):
彈性系數(shù) ([2]P221表12.12，鋼-鋼)
節(jié)點區(qū)域系數(shù)
接觸最小安全系數(shù) （[2]P225表12.14，一般可靠度）
故將數(shù)據(jù)帶入上式計算得：
≥103.8mm
計算模數(shù) m= /=103.8/29=3.58 取m=4(查[2]P206表12.3)
齒輪1分度圓直徑 =m=4×29=116mm
驗算圓周速度
與原估算相符
驗算
R=
b=R=0.3×65.299=19.6mm
取b=20mm
= ，與原估算相符。
⑧校核齒面接觸疲勞強度
齒寬系數(shù)=b/R=20/65.3=0.306
齒面接觸疲勞強度滿足要求
⑨齒根彎曲疲勞強度校核
齒形系數(shù)
(查[2]P247圖12.30)
應力修正系數(shù)
(查[2]P248圖12.31)
彎曲最小安全系數(shù)
(查[2]P225表12.14)
尺寸系數(shù)
(查[2]P232圖12.25)
需用彎曲應力
齒根彎曲疲勞強度有較大富余。
⑩齒輪結構設計
大齒輪結構設計：
大齒輪工作圖見附圖
小齒輪結構設計：
小齒輪工作圖見附圖
（4）減速器軸承的選擇與校核
①軸承類型的選擇：
圓錐齒輪減速器其軸承上同時受徑向和軸向聯(lián)合載荷，故輸入軸選用角接觸滾珠軸承；由于輸出軸徑向載荷較大、軸向載荷較小，故可選用深溝滾珠軸承。
軸承型號的選擇:
角接觸滾珠軸承選7208AC (GB/T292-94)
深溝滾珠軸承選 6206 （GB/T276-94）
②校核計算
軸承的工作條件和主要參數(shù)
項 目
工作條件和參數(shù)
名 稱
角接觸滾珠軸承
深溝滾珠軸承
型 號
7208AC
6206
基本額定動載荷
35.2KN
19.5KN
基本額定靜載荷
24.5KN
11.5KN
e
0.68
0.42
X,Y
X=1，Y=0
X=0.56，Y=1.04
徑 向 載 荷
軸 向 載 荷
載 荷 性 質(zhì)
有強大沖擊
轉(zhuǎn) 速
632r/min
1250r/min
壽 命
3000~8000h
上表中有關數(shù)據(jù)有[2],[3]差得。
輸入軸軸承計算簡圖
輸入軸軸承校核計算
A軸承的徑向載荷
B軸承的徑向載荷
A軸承的附加軸向載荷
B軸承的附加軸向載荷
(查[2]P371表18.4)
軸有向右跑的趨勢，B軸承承受 力
A軸承的軸向載荷
B軸承的軸向載荷
沖擊載荷系數(shù) （查[2]P375表18.8）
A軸承的當量動載荷
X=1，Y=0
B軸承的當量動載荷
X=1，Y=0
> ，應按B軸承校核壽命
該軸承的壽命滿足要求。
同理，對輸出軸深溝滾珠軸承進行校核計算得：
故亦滿足設計要求。
（5）輸入、輸出軸的設計
①運動和動力參數(shù)計算
軸名
功率（KW）
轉(zhuǎn)矩（N?mm）
轉(zhuǎn)速(r/min)
傳動比i
效率η
輸入
輸出
輸入
輸出
動力機輸出軸
36.8
55000
632
1
減速器輸入軸1
35.7
35.0
53350
52283
632
0.506
減速器輸出軸2
34.3
32.6
26995
26455
1250
表中、分別為萬向聯(lián)軸器、軸承和單級錐齒輪減速器的傳動效率。由[3]P5表1-7查的(吳宗澤等編.<<機械設計課程設計手冊>>，高等教育出版社，1999年)
②輸入軸的結構設計：
估算軸徑 ，查[2]P314表16.2,取C=102(假設軸材料為40Cr)
根據(jù)錐齒輪的設計尺寸數(shù)據(jù)和所選用的軸承，畫出其結構草圖。
右端采用矩形花鍵與配套動力連接，其型號：
（GB/T1144-2001）
與齒輪連接處采用普通圓頭平鍵連接，其型號：鍵 （GB/T1096-2003）
其結構簡圖見圖3.1a
軸的空間受力分析：
把兩滾動軸承簡化為鉸支，作用點在其中點處；把作用在齒輪和聯(lián)軸器上的力簡化成集中力，彎矩從輪緣中點開始，扭矩從輪轂中點開始。右端聯(lián)軸器有方向不定的徑向力作用。
查手冊知聯(lián)軸器的
方向不定，按最危險情況考慮?？臻g受力簡圖見圖3.1b。
垂直面受力分析與彎矩計算：
垂直面受力圖見圖3.1c
軸承A、B的支反力：
D點彎矩為：
從左端計算
從右端計算
可見計算正確。
垂直面彎矩圖見圖3.1d
水平面受力分析與彎矩計算：
水平面受力圖見圖3.1e
軸承A、B的支反力：
D點彎矩為
水平面彎矩圖見圖3.1f
初步合成彎矩：
從左端算起
從右端算起
初步合成彎矩圖見圖3.1g
聯(lián)軸器徑向力 彎矩圖：
軸承支反力：
B點彎矩
聯(lián)軸器徑向力 彎矩圖見圖3.1h
合成彎矩圖：
D點彎矩：
從左端算
從右端算
B點彎矩：
合成彎矩圖見圖3.5i
扭矩圖：
扭轉(zhuǎn)切應力按脈動循環(huán)變化，應力校正系數(shù)
（[2]P315表16.3）
扭矩圖見圖3.1j
計算彎矩圖：
D點彎矩：
從左端計算
從右端計算
B點彎矩
E點彎矩
從左端計算：
從右端計算
計算彎矩圖見圖3.1k
圖3.1 軸的計算圖
③按彎矩校核該軸的強度
由計算簡圖可以看出，D截面或B截面是危險截面。
D截面校核
查[2]P332表7,得D截面抗彎截面系數(shù)
查[2]P315表16.3
,安全.
B截面校核
B截面的抗彎截面系數(shù)
< ，安全。
該軸結構設計圖見附圖.
同理,對輸出軸進行結構設計,經(jīng)按彎矩校核該軸強度，亦滿足要求。
其結構設計圖見附圖。
（6）減速器箱體的設計及其潤滑
根據(jù)齒輪及軸的尺寸，并依據(jù)齒輪傳動的位置，設計其結構和尺寸大小。具體結構圖見附圖。
減速器的潤滑：一、減速器中齒輪的潤滑采用潤滑油潤滑，方式為油池浸浴潤滑；二、減速器中軸承的潤滑采用潤滑脂潤滑。
3.2.3 齒輪傳動組總成的設計
根據(jù)設計要求，本收割機構工作行數(shù)為5行，故需要設計5個刀盤輸出軸，且各軸輸出轉(zhuǎn)速相等。所以，各軸之間的齒輪傳動總傳動比均為i=1。
考慮到各軸及各軸之間的齒輪傳動具有很大的相似性，故只需對其中一軸及一對齒輪傳動進行設計校核即可。
（1）中間刀盤輸出軸與其右側(cè)一軸之間的齒輪傳動的結構設計
本收割機構的外形總長L=2330mm，故兩軸之間的距離
考慮其他輔助裝置的長度，取
。
齒輪傳動的設計：
①選用圓柱直齒輪傳動
輸入功率
主動輪轉(zhuǎn)速
主動輪轉(zhuǎn)遞的轉(zhuǎn)矩
考慮到兩軸之間的距離太大，為了節(jié)省成本，故擬采用兩組相同且傳動比互為倒數(shù)的齒輪傳動來實現(xiàn)兩軸之間的動力傳動。取其一傳動比
②選齒輪材料及熱處理方法
查[2]P211表12.7主動輪用40Cr調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度HB241~286；從動輪用40Cr調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度HB241~286。
③選擇齒寬系數(shù)
查[2]222表12.13，選=0.3
④選擇齒輪精度
查[2]P207表12.6選7級精度，估計節(jié)點圓周速度V<10m/s。
⑤選擇齒輪齒數(shù)
⑥按齒面接觸疲勞強度設計
式中:系數(shù)
齒輪的接觸疲勞極限
許用接觸應力[]
故有：
計算模數(shù) 取m=3.5
齒輪3分度圓直徑
齒輪的計算齒寬
取
中心距
⑦校核齒面接觸疲勞強度
節(jié)點線速度 （在原預計V<10m/s范圍內(nèi)）
使用情況系數(shù)
查表得：
動載系數(shù)
齒向載荷分布系數(shù)
查[2]P217表12.10
齒間載荷分配系數(shù)
重合度系數(shù)
載荷系數(shù)
彈性系數(shù) ([2]P221表12.12，鋼-鋼)
節(jié)點區(qū)域系數(shù)
接觸最小安全系數(shù) ([2]P225表12.12,一般可靠度)
應力循環(huán)次數(shù)
接觸壽命系數(shù)
齒面接觸疲勞強度安全。
⑧校核齒根彎曲疲勞強度
齒形系數(shù) (查[2]P229圖12.21)
應力修正系數(shù) (查[2]P230圖12.22)
彎曲最小安全系數(shù) （查[2]P225,表12.14，一般可靠度）
彎曲壽命系數(shù) :
尺寸系數(shù) ([2]P232圖12.25)
彎曲疲勞極限
許用彎曲應力
可見齒根彎曲疲勞強度有較大富余。
⑨對大小齒輪進行結構設計
大齒輪：
分度圓直徑
齒頂圓直徑
取
取
取n=2mm
輪轂長L=(0.5~1.0)=31~62mm ，取L =32mm。
大齒輪工作圖見附圖
小齒輪：
分度圓直徑
齒頂圓直徑
取
取
取n=2mm
輪轂長L2=(1.2~1.5)=32.6~42mm ，取L2 =42mm。
小齒輪工作圖見附圖
（2）鍵及軸承的選擇
該軸上端用花鍵與減速器及傳動齒輪連接，中部用一軸承支撐，下部懸掛刀盤等收割工作裝置。
上端采用矩形花鍵連接，矩形花鍵型號：
（GB/T1144-2001）
與刀盤連接處采用普通圓頭平鍵連接，其型號：鍵 （GB/T1096-2003）
軸承選用深溝滾珠軸承 6206 （GB/T276-94）
（3）刀盤輸出軸的設計
①運動和動力參數(shù)計算
軸名
功率（KW）
轉(zhuǎn)矩（N?mm）
轉(zhuǎn)速(r/min)
傳動比i
效率η
輸入
輸出
輸入
輸出
減速器輸出軸
34.3
32.6
26995
26455
1250
1
刀盤輸出軸
32.6
31.9
26455
25926
1250
表中為軸承的傳動效率。由[3]P5表1-7查的(吳宗澤等編.<<機械設計課程設計手冊>>，高等教育出版社，1999年)
②刀盤輸出軸的結構設計：
估算軸徑 ，查[2]P314表16.2,取C=102(假設軸材料為40Cr)
根據(jù)錐齒輪的設計尺寸數(shù)據(jù)和所選用的軸承，畫出其結構草圖。
其結構簡圖見圖3.2a
軸的空間受力分析：
把滾動軸承簡化為鉸支，作用點在其中點處；把作用在齒輪上的力簡化成集中力，彎矩從輪緣中點開始，扭矩從輪轂中點開始。下端刀盤處有扭矩作用，作用點在圓頭平鍵中點處。
其中：D為刀盤工作旋轉(zhuǎn)半徑，方向不定。
空間受力簡圖見圖3.2b。
垂直面受力分析與彎矩計算：
垂直面受力圖見圖3.2c
軸承的支反力：
B點彎矩為：
從左端計算
從右端計算
垂直面彎矩圖見圖3.5d
水平面受力分析與彎矩計算：
水平面受力圖見圖3.5e
軸承的支反力：
B點彎矩為：
水平面彎矩圖見圖3.5f
初步合成彎矩：
從左端算起
從右端算起
初步合成彎矩圖見圖3.5g
A點彎矩：
合成彎矩圖見圖3.5i
扭矩圖：
扭轉(zhuǎn)切應力按脈動循環(huán)變化，應力校正系數(shù)：
（[2]P315表16.3）
扭矩圖見圖3.5j
計算彎矩圖：
B點彎矩：
從左端計算
從右端計算
A點彎矩
計算彎矩圖見圖3.5k
圖3.5 軸的計算圖
③按彎矩校核該軸的強度
由計算簡圖可以看出，B截面或A截面是危險截面。
B截面校核
查[2]P332表7,得B截面抗彎截面系數(shù)
查[2]P315表16.3
,安全.
A截面校核
A截面的抗彎截面系數(shù)
< ，安全。
該軸結構設計圖見附圖.
3.2.4 刀盤總成的設計
根據(jù)已設計的減速器輸出軸的相關數(shù)據(jù)及工作軸之間的距離尺寸，合理的選擇外廓設計尺寸。材料選用Q235。
刀盤和刀片及其相關零件的具體結構設計詳見后附工作技術圖紙。
第4章 結 論
4.1 結論
1．該機適應性強。該機具由各種小四輪拖拉機作為配套動
力，符合農(nóng)村農(nóng)機動力配套特點。適合各種牧草的收獲，適應性強。
2．結構合理，性能優(yōu)良。本機具在設計中，總結了現(xiàn)有單圓盤割草機及同類機具的優(yōu)點與不足之處，進行了改進完善。采用了平行四連桿升降結構，使機具能夠垂直起落，仿形效果好。整機采用小四輪拖拉機液壓系統(tǒng)作為提升動力，機具起落控制方便、到位，機具傳動緊湊，功耗小，降低了成本；作業(yè)質(zhì)量好，達到了設計標準和要求。
3．生產(chǎn)效率高。與同類機具相比該機具有結構緊湊，刀盤水平升降，刀片質(zhì)量更高，作業(yè)更安全且成本低廉的顯著優(yōu)點。
4.2存在的問題
1．齒輪箱和機具橫梁均采用碳素結構鋼(鋼板，槽鋼)制成，雖然縮短了研發(fā)周期，但也增加了機具的成本。
2．由于拖拉機的型號不同，其前端的掛接梁位置，尺寸也不同，受此影響，機具與拖拉機的掛接匹配性較差，應改進掛接機構的通用性。
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