環(huán)保草坪修剪機結構設計,環(huán)保草坪修剪機結構設計,環(huán)保,草坪,修剪,結構設計 大 連 大 學 本科畢業(yè)論文 (設計 )開題報告 論 文 題 目： 環(huán)保 草坪修剪機 結構設計 學 院： 機械工程學院 專 業(yè) 、班 級： 機日 141 班 學 生 姓 名： 田文晶 指導教師（職稱）： 何榮國（講師） 2017 年 1 月 3 日填 畢業(yè)論文（設計）開題報告要求 開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質量畢業(yè)論文 （設計）的有效保證。為了使這項工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。 一、選題依據 1.論文 （設計）題目及研究領域； 2.論文（設計）工作的理論意義和應用價值； 3.目前研究的概況和發(fā)展趨勢。 二、論文（設計）研究的內容 1.重點解決的問題； 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路）； 3.本論文（設計）預期取得的成果。 三、論文（設計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數）； 2.論文（設計）進度計劃。 四、文獻查閱及文獻綜述 學生應根據所在學院及指導教師的要求閱讀一定量的文獻資料，并在此基礎上通 過分析、研究、綜合，形成文獻綜述。必要時應在調研、實驗或實習的基礎上 遞交相 關的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎。 五、其他要求 1.開題報告應在畢業(yè)論文（設計）工作開始后的前四周內完成； 2.開題報告必須經學院教學指導委員會審查通過； 3.開題報告不合格或沒有做開題報告的學生，須重做或補做合格后，方能繼續(xù)論 文（設計）工作，否則不允許參加答辯； 4.開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導教師； 5.開題報告的內容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據需要手寫在統(tǒng)一紙張 上，但封面需按統(tǒng)一格式 打?。?。 一、選題依據 1論文（設計）題目 環(huán)保 草坪修剪機 結構設計 2 研究領域 機械設計制造及其自動化 機械設計、機械原理 3 論文（設計）工作的理論意義和應用價值 隨著經濟的發(fā)展和社會的進步 ,人們對生存環(huán)境的要求越來越高 。 城市化進程的 加快與城市綠化標準的提高，使得國內草坪需求大幅提升，如江河堤壩、高速公路、 鐵路等交通水利設施的護坡以及屋頂花園、室內綠化都需要優(yōu)質草坪 。 草坪美化環(huán)境、 固土護坡、凈化空氣的多種功能已成為人們的共識 ， 為草坪業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了良好的條 件 。 草坪業(yè)的迅猛發(fā)展，意味著 草坪修剪機 械的大量需求， 對 草坪修剪機 械的需求增大，現階段已開發(fā)了幾十種適用于不同場合的 草坪修剪 機 。但我國生產 草坪修剪機 起步較晚，企業(yè)規(guī)模普遍較小，產品用途較為單一。并且 市場上現有的 草坪修剪機 多以燃油機械動力驅動，存在噪音大、有污染等問題。園林 機械設備的迅速發(fā)展 , 科學技術的不斷進步 ， “ 環(huán)保 ” 、 “ 節(jié)能 ” 將成為生產力發(fā)展 的第一路線 ， 為適應小面積和特殊區(qū)域草坪的使用和發(fā)展 , 應研制一種無動力環(huán)保節(jié) 能草坪修剪機。該類草坪修剪機具有不需要能源 ;結構簡單、體積小、無噪音、無污 染 、 無振動的優(yōu)點 。 動力引擎的 草坪修剪機 不僅產生噪聲 污染，不適用與辦公和學習的地方，由于具 有動力裝置，保養(yǎng)維修費用較高，同時動力引擎 草坪修剪機 主要依靠刀片的高速旋轉 把草割斷，通過旋轉氣流把草排出，因此，對整機的安全性要求較高，操作時也會給 工作人員帶來強烈的震動，使得操作者很不舒服，雖然動力引擎 草坪修剪機 割草效率 較高，割草效果較好，但是價格也相對昂貴，對于一般用戶難以接受，所以研究一種 無引擎且造價較低的 草坪修剪機 勢在必行 ! 4目前研究的概況和發(fā)展趨勢 在草坪修剪機械發(fā)展的歷史上，第二次世界大戰(zhàn)是一個轉折點。在 20 世紀 30 年 代前后，每年生產的各類 草坪修剪機 數量 約 3 萬臺左右。戰(zhàn)后，美國經濟得到復興， 允許現役軍人低價買房不付現金，大批建設房屋并出售，促使草坪修剪機械得到迅速 發(fā) 展，生產量急劇上升， 1947 年達 36 萬臺， 1974 年達 700 萬臺。 20 世紀 70 年代后 期開始 ,草坪修剪機 的市場銷售量逐漸趨向飽和，但每年仍保持在 500 萬 600 萬臺的 銷量。 草坪修剪機 在數量增加的同時，其性能也在不斷改進。 1950 年，美國第一臺無 線電操縱的 草坪修剪機 誕生 ： 1978 年， Clarence Noke 研制出了可進行草坪修剪編程 的 草坪修剪機 ； 20 世紀 80 年代，一些新的草坪設備又投放市場，如 Mulching mower Shredder,Lawn dethatcher,String trimmer 等，以及清潔草坪用的 Blower,Lawn vacuum,Lawn sweeper。到了 80 年代后期 ， string trimmer 被認為是一件普通的家庭 用具 。 我國生產 草坪修剪機 起步較晚， 從 1958 年才開始研制畜力割草機 ， 現有的 草坪 修剪機 根據其工作原理和形式可分為滾刀式、懸刀式和掃雷式三種類型 。 草坪修剪機 的制造技術和工藝并不復雜 ,與高精端產品相比 ,它的研發(fā)門檻是較低的。以前之所以 主要依靠進口 ,一是因為 國內市場需求量小 , 二是 草坪修剪機 最核心的部件 四沖程 汽油發(fā)動機需要進口 , 在重慶設廠的嘉陵 -本田發(fā)動機有限公司生產的通用發(fā)動機正 式投放市場 ,在一定程度上解決了國產 草坪修剪機 的動力問題 。 動力裝置解決后 , 國 產 草坪修剪機 的成本優(yōu)勢顯示出來 ， 國內組裝 草坪修剪機 越來越容易 ,技術越來越成 熟 ,優(yōu)勢也越來越大。另外 ,在銷售渠道上 ,國產機的優(yōu)勢將更明顯 。 無論是按城市人 均應有的草坪面積來計算，還是按種草草坪面積和國家有關部門的規(guī)劃來預測，我國 草坪 草坪修剪機 的需求量巨大。據不完全統(tǒng)計，在全國 500 個城市 66 萬 hm2 綠地面 積中草坪占 18 萬 hm2，現今我國多數城市人均草地面積約 1m2，與發(fā)達國家相比有著 較大的差距，多數城市加大了綠化程度。近年，我國草坪業(yè)的年增長率高達 30% 40%； 按國家建設部規(guī)定， 2005 年后城市建設區(qū)人均公共綠地面積要達到 8m2，按草地面積 一般占綠地面積的 30%推算，今后 3 年至少需植草坪 18 多萬 hm2，每年約需 草坪修剪 機 18 萬臺。隨著人們對環(huán)境保護、固土防沙意識的日益增強，退耕還草政策的進一 步實行， 草坪修剪機 市場容量將成倍增長。 草坪修剪機 必須符合當今人類對環(huán)境保護方面的需求，應不斷地采用先進技術。 采 用液壓、電力或氣動驅動，是環(huán)保型 草坪修剪機 械及設施開發(fā)的途徑之一，是世界 草坪修剪機 新的發(fā)展趨勢。如 Pottcrson 公司設計開發(fā)利用 PTO(取力器 )驅動液壓系 統(tǒng)的新型 草坪修剪機 ，以及采用高效率低噪音液壓系統(tǒng)來驅動刀片的 “ 快速拆卸 ” 旋 轉式 草坪修剪機 ；常州、寧波等地已有采用小型電機作動力驅動的 草坪修剪機 產品試 銷，但還沒有解決好專用電機設計、電纜的卷繞、電機控制及過載安全保護等問題。 總之 ， 對于國產草坪機械來說，應該抓住中國草坪業(yè)快速發(fā)展的機遇，不斷開發(fā) 新產品，使 草坪修剪機 成為低噪聲、低放排、操縱便捷、舒適、造型 美觀、高可靠性、 高質量的產品 ,這些對用戶尤為重要 ； 占據國內市場，最終打入國際市場，為我國出 口創(chuàng)匯準備條件 。 二、論文（設計）研究的內容 1.重點解決的問題 （ 1）環(huán)保 草坪修剪機 的結構設計，根據分析其工作原理和結構，選擇合理的驅動方 式以及傳動機構，畫出 草坪修剪機 的機構簡圖。 （ 2）無引擎的環(huán)保 草坪修剪機 為了實現操作者在正常行走速度下操作，需要特別的 增速機構，計算選擇齒輪、鏈輪和軸配合的組成方案，注意設計成本。 （ 3）分析這款環(huán)保 草坪修剪機 的特點，剪草方式、刀架設計及其刀架高度的選擇確 認前后輪的參數，利用 solidworks 畫出三維圖，最終完成設計。 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路） （ 1）查閱文獻，了解研究課題的當代意義、歷史概況和發(fā)展趨勢； （ 2）分析 草坪修剪機 的結構，選擇合理的方案，畫出結構草圖； （ 3）計算結構參數，確定各個機械零件的尺寸； （ 4）完成環(huán)保 草坪修剪機 的結構設計。 3.本論文（設計）預期取得的成果 通過學習及查閱有關資料掌握環(huán)保 草坪修剪機 的工作原理以及其機構的設計 , 了解現在 草坪修剪機 的發(fā)展趨勢、相關技術的對比及市場前景。通過自主設計并選擇 最合理的 方案設計能夠得到以下結果： (1)環(huán)保 草坪修剪機 的工作原理及總體方案設計； (2)主要部件的結構設計（裝配圖、零件圖、三維圖） (3)設計說明書； (4)與環(huán)保 草坪修剪機 相關的一篇外文翻譯（ 2000 字以上）。 三、論文（設計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數）； 設計參數： 草坪修剪機 外形尺寸大約 800 x650 x400mm 剪草高度 20100mm 割 幅 400mm 自重 5kg8kg 考慮人步行剪草速度為 0.8m/s 草坪修剪機 設計壽命 8 年。 技術路線： （ 1）查閱文獻， 了解研究課題的當代意義、歷史概況和發(fā)展趨勢； （ 2）選擇環(huán)保 草坪修剪機 更合理的方案，制定出大體方案設計； （ 3）對環(huán)保 草坪修剪機 的各個機構進行理論計算，完成 草坪修剪機 的結構設計； （ 4）利用制圖軟件輔助方案進行校驗。 2.論文（設計）進度計劃 第一周至第二周：審題、查找并閱讀資料。 第三周：寫出文獻綜述。 第四周：開題報告。 第五周及第六周：思考設計方案的選擇，完成系統(tǒng)結構草圖。 第七周至第十周：進行傳動機構參數設計計算，修改并完善方案。 第十一周：完成 草坪修剪機 的 草坪修剪機 構的設計。 第十二周：完成所有 的裝配圖和零件圖。 第十三周：總體完善，達到設計要求，完善畢業(yè)設計說明書。 第十四周：制作 PPT，打印相關文件。準備答辯。 四、需要閱讀的參考文獻 1杜寶兵 .滾刀式 草坪修剪機 傳動方式的現狀和發(fā)展前景 J.時代農機 ,2016 年，（ 6 期） . 2李建平 ,劉俊峰 ,李杰銀 .果園割草機割茬高度機構運動分析與設計 J.農機化研 究 ,2013 年， (8 期 ). 3朱立宗 ,陳廣升 ,張名煥 ,溫科 ,郭朝勇 .小型手推式割草機的設計 J.科技創(chuàng)新與應 用 ,2017 年， (3 期 ). 4袁再柱 ,王曉光 .草坪割草機的使用與維護 J.農村百事通 ,2016 年， (15 期 ). 5佀庚 ,丁艷艷 ,鄭旭航 ,孫瑋倫 .多功能割草機的設計 J.機械工程與自動化 ,2016 年， (1 期 ). 6楊宏偉 ,張艷紅 .國內外割草機械發(fā)展概況 J.農業(yè)工程 ,2016 年， (4 期 ). 7孫吉雄 . 中國草坪業(yè)的發(fā)展方向 N. 中國花卉報 ,2014 年， (14 期 ). 8單華佳 ,李夢璐 ,孫彥 ,周禾 .近 10 年中國草坪業(yè)發(fā)展現狀 J.草地學報 ,2013 年， (2 期 ). 9鄭曉培 ,李錕 .環(huán)保型草坪 草坪修剪機 的設計 J.農機使用與維修 ,2017 年， (10 期 ). 10姜旭艷 .草坪 草坪修剪機 的合理應用及管理維護 J.科技與企業(yè) ,2014 年 ,(16 期 ). 11杜寶兵 .一款新型滾刀 草坪修剪機 的刀片間隙調節(jié)機構 J.時代農機 ,2016 年， (4 期 ). 12張樂佳 .國內外主要牧草收獲機械發(fā)展概況 J.農業(yè)工程 ,2014 年， (5 期 ). 13高夢陽 . 園林機械的設計研究 草坪切割機的改進研究性設計 D.西安建筑科 技大學 ,2014 年 . 14趙曉英 ,陳東 ,趙曉光 .四連桿機構在草坪割草機調高 結構中的運用 J.湖南農 機 ,2014 年， (7 期 ). 15苑愛峰 ,董嬌 ,秋艷 ,張麗霞 .一種創(chuàng)新割草機的研究與設計 J.農機化研究 ,2013 年， (3 期 ). 16婁玉印 ,朱建華 ,劉光浩 .新型連桿式割草機的結構設計與運動學分析 J.農機化 研究 ,2018 年， (1 期 ). 17趙曉英 .步進式自走草坪割草機的設計 J.機械設計與制造工程 ,2015 年， (12 期 ). 18Xing Liu. Innovative Design and Stress Analysis of the MowerJ. Advanced Materials Research,2014 年 ,(30 期 ). 19Dongming Gao,Decheng Wang,Guanghui Wang,Liying Hao. Topology optimization of conditioner suspension for mower conditioner considering multiple loadsJ. Mathematical and Computer Modelling,2013 年 ,(58 期 ). 審 核 意 見 指導教師評閱意見 （對選題情況、研究內容、工作安排、文獻綜述等方面進行評 閱） 簽字： 年 月 日 教研室主任意見 簽字： 年 月 日 學院教學指導委員會意見 簽字： 年 月 日 公章： 附：文獻綜述或報告 一、 引言 基于世界各國對環(huán)境保護及環(huán)境綠化重視程度 日益提高的考慮， 草坪修剪機 作為我國農業(yè)大國農業(yè)生產中的重要工具，在農業(yè)產量中起著重要的作用。目前， 國內外 草坪修剪機 大部分采 用單一汽油機作為動力，以致 草坪修剪機 存在噪音大、 體積大、笨重、割草效率低及維修難度大等缺點。 針對傳統(tǒng)割草機的缺點，本文研發(fā)了一種環(huán)保型 草坪修剪機 ，其具有割草效 率高、操作方便、安全可靠及維修容易等特點，可廣泛應用于 庭院小區(qū)、辦公學 習區(qū)和廣場綠地等場所的草坪修剪 。本文首先根據機械 原理 得出了新型空間機構 割草機自由度 ;其次，根據高等空間機構學理論對割草機構進行運動學分析 ;最后， 根據動力學理論結合動力學分析軟件 ， CAD 平面設計， SolidWorks 進行仿真分析， 并對這兩種方式進行對比分析，驗證了該新型 草坪修剪機 的 可靠性和可行性。 本 文 論證該機能夠滿足工作要求，具有一定的應用價值。 二、 課題國內外現狀 （ 1）國內發(fā)展現狀 近幾年來，國家不斷增加對牧草機械化的扶持力度，頒布了一系列優(yōu)惠政策 。 在 重點地區(qū)推廣力度不斷增加，使得國內的牧草收獲機械市場發(fā)展十分活躍 12。 文獻 3 17對步進式 草坪修剪機 進行的論述 。 新型步進式自走草坪割草機的 傳動機構采用的是皮帶傳動 + 外置立式減速器 + 鏈條傳動的配置形式。汽油機輸出 動力的一部分通過主動輪、三角帶、從動輪 (由兩部分組成，兩者在外力的作用下可 以沿軸向移動 )傳至減速器，經過減速 器內蝸輪、蝸桿的變速，動力再由小鏈輪、鏈 條、大鏈輪傳至草坪割草機后軸，驅使草坪割草機行走。在割草機工作過程中，從動 輪在壓簧的作用下，自動調整從動輪上下兩部分間的軸向距離，從而改變皮帶輪的節(jié) 圓，使得三角帶始終處于合適的張緊狀態(tài)，保證動力的有效傳輸。新型步進式自走草 坪割草機的結構布局如圖 2 所示。其中減速器通過蝸輪、蝸桿實現變速，同時利用蝸 輪兩側的一對摩擦錐來控制離合。摩擦錐之間配有壓簧，可以沿軸向移動，未工作時， 摩擦錐在 壓簧用下與蝸輪分離。當減速器殼體外的離合拉桿扭轉時，殼內桿會迫使 其兩側的離合軸承分離，推動 摩擦錐與蝸輪錐面軸向鎖緊從而夾緊蝸輪，實現扭矩的 傳遞。當沒有外力作用時，摩擦錐與蝸輪錐面在殼外拉簧和殼內壓簧共同作用下復位， 從而實現減速器的分離。減速器的結構簡圖如圖 3 所示。 文獻 1 11是對滾刀式 草坪修剪機 進行的介紹 。傳統(tǒng)的 滾刀 草坪修剪機 是通 過圓柱形滾刀的旋轉和固定平直底刀之間的剪切運動剪草的 ， 傳統(tǒng)的滾刀 草坪修剪機 的刀片間隙調節(jié)機構由機架兩側的底刀調節(jié)螺栓 1、底刀架 2、滾刀 3、底刀 4 幾部 分組成。如圖 1 所示 ， 在滾刀高速運轉時，底刀會出現震動從而造成剪出來的草坪有 波浪紋，極大地影響了草坪的美觀 度。 為了克服這種不足，新型的刀片 間隙調節(jié)機構將底刀固定不動，通過 改變滾刀兩端偏心座的偏心量來調節(jié) 滾刀與底刀之間的間隙，徹底解決了 這個問題。如圖 2 所示，此種新型的 調節(jié)機構將固定底刀 9的刀架 11通過 焊接方式固定在機架 10 上，保證了底 刀在工作時的穩(wěn)定性。滾刀 4 由兩端的偏心軸承座 2、 6 裝與機架 10 上，通過固定偏 心軸承座的偏心座固定法蘭盤 3、 7 及相應的緊固件 1、 5、 8 固定位置。通過圖 3 偏 心軸承座調節(jié)原理圖可以看出，順時針旋轉滾刀偏心座，滾刀將向下移動，底刀與滾 刀之間的間隙將變小，逆時針旋轉，滾刀將向上移動，底刀與 滾刀之間的間隙將變大。 文獻 15 16對新型連桿式環(huán)保 草坪修剪機 進行了說明 。 隨著世界各國對環(huán)保的 要求越來越高和低碳概念的提出，大多數民眾都對耗能機械望而卻步。國家環(huán)保部頒 布的聲環(huán)境質量標準 (GB 3096 2008)， 對不同工作的環(huán)境和城市各種功能區(qū)域 都給出了噪聲控制標準 (見表 1)，以保護正常學習、工作和休息。 該 割草機采用純人 力驅動的全機械結構，如圖 1 圖 3 所示。該割草機包括車架、行走機構、增速 機構和割草裝置。 該割草機的關鍵部件是割草裝置，機構如圖 2 和圖 3 所示。該裝置的運動原理采 用直動推桿圓柱空間凸輪機構原理驅動 ， 如圖 4 所示。凸輪等速轉動，凸輪輪廓推動 滾子從動件做直線往復運動，割草機動刀與滾子從動件聯接，從而與定刀一起做直線 交錯相對運動，完成割草動作。 文獻 2 14對連桿機構在 草坪修剪機 調高機構 中的應用進行了綜述 。 果園生 草的作用需要在雜草適當控制的時候才能得以發(fā)揮。為了減輕勞動強度，提高勞動效 率， 對 果園種植果品和地形的差異，因此對割草機割茬高度有不同的要求。平行四桿 式割草割茬高度調整機構如圖 2 所示。繞 Z 軸轉動高度調節(jié)手柄，通過扭桿的轉動帶 動拉桿 OA 在 xoy 平面內繞 O 點旋轉 。 刀盤與拉桿 CD 和 CD固定在一起，與拉桿 BC 和 BC構成了平行四桿機構。通過拉桿 AB 的拉動，整個割草機割茬高度調整機構構 成了一個曲柄搖桿機構，通過桿 OA 轉動來調節(jié)刀盤的高度。其中 ， B 點位為一球面空 間運動副，從 而桿 AB 可以在一定空間范圍內自由轉動。 利用三維軟件運動模擬設計 （圖 5） ，便可以很準確地確定割茬高度調整機構的位 置關系。隨著設計進程的推進，還可以采用運動仿真等功能模塊，對刀盤拉桿的拉力、 扭桿扭矩以及各桿件的尺寸結構進行優(yōu)化設計，達到機構設計合理、降低生產成本的 要求 （ 2）國外發(fā)展現狀 國外 草坪修剪機 械的研究起步很早。 目前，歐美等經濟發(fā)達國家的牧草從種 植到收獲各生產環(huán)節(jié)都已實現全部機械化，產品品種齊全，功能完善 。 其中美、 德、法、意和日等發(fā)達國家在牧草 收獲機械領域處于領先地位 12。約翰 迪爾 公司的 1209 型 草坪修剪機 具有先進的自動控制和自動檢測技術，性能良好。 紐 荷蘭公司的 47l 488 499 系列割草機配備護刃器和短齒護刃器，可根據牧草作物 生長情況合理選用，并預防牧草堵塞情況，護刃器傾角能手動或液壓調節(jié) ， 對多 石塊或坡地的田間惡劣作業(yè)環(huán)境均能較好地適應。美國凱斯公司生產 的 8330 8350 8370 8380 系列割草機，割幅寬度一般在 2. 80 4. 88 m，可根據不同用戶和 地塊進行選擇 6。 三、 發(fā)展趨勢 隨著環(huán)保意識提高，我國草坪業(yè)發(fā)展迅 速，對 草坪修剪機 械的需求亦隨之增 大，本著節(jié)能、環(huán)保、健身的宗旨， 研究人 針對市場需求，經過多方調研，并綜 合現有市場銷售的割草機的優(yōu)缺點，提出了一種新的設計理念并研制開發(fā)了一種 新型 環(huán)保 草坪修剪機 。該 草坪修剪機 人力驅動，具有不需要能源，結構簡單、體 積小、無噪音、無污染、無振動等優(yōu)點。隨著人們生活水平的不斷提高和庭院式 草坪的增加，該類型無動力草坪修剪機將擁有更廣闊的市場，成為對庭院式草坪 進行修剪養(yǎng)護的理想機具。 四、 存在問題 現階段國內外關于 草坪修剪機 主要運用燃油發(fā)動機驅動，但隨著人們對生活質量 的看重和環(huán)境保護的意識不 斷提高，燃油式發(fā)動機存在很多缺點和不便的地方。 （ 1）燃油 草坪修剪機 噪音污染，不利于學校、辦公區(qū)域的使用，所以新型環(huán)保 草 坪修剪機 無引擎驅動，采用人力為動力源。 （ 2）結構復雜，不易于拆卸修理。不適用于小面積、高度不同的剪草作業(yè)。 （ 3）人力驅動的情況下，剪草刀具的運動方式和剪草速度需要反復計算、試驗， 選擇最適合的角度。 所以解決以上問題是我本次研究額主要目的。