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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 旋刀式割草機的改進設計 在割草機問世之前，草坪的修剪主要工具是鐮刀，放牧牛羊也是保持草地平整的重要方法。隨著高爾夫球、網(wǎng)球及足球等運動的興起，人們擁有平整美觀的草地做運動場地的要求越來越迫切。1805年英國人普拉克內(nèi)特發(fā)明了第一臺收割谷物并能切割雜草的機器，由人推動機器，通過齒輪傳動帶動旋刀割草，這是 旋刀割草機的雛形。 一、國內(nèi)外旋刀式割草機的發(fā)展狀況 1、國外旋刀式割草機械的發(fā)展狀況 1805年英國工程師托馬斯·普拉克獲得了第一臺割草機的發(fā)明專利，當時的割草機是裝有環(huán)形刀，機體笨重且運轉(zhuǎn)不恨理想。到1830年，埃文·馬丁制造出了類

2、似于今天試用的手扶滾筒割草機。早期應用普遍的是王府式割草機，通過加大割幅及提高機具的前進速度來提高機具的生產(chǎn)率。20世紀70年代各國開始研制旋刀式割草機，利用高速旋轉(zhuǎn)的割刀對植株進行無支撐切割，此類機具具有結構簡單，維護保養(yǎng)時間少，不需磨刀、換刀等優(yōu)點。近年來，歐美發(fā)達國家的割草機設備更加成熟，結構參數(shù)更加合理，可靠性、生產(chǎn)率提高很快。生產(chǎn)割草機的國際著名企業(yè)有沒過紐荷蘭、約翰迪爾、凱斯公司，英國弗格森公司，韓國成元公司，德國威格公司和前進公司等。他們生產(chǎn)的設備無論在機械結構、動力配套、液壓系統(tǒng)還是控制系統(tǒng)方面都處理得很成功，一些最新的科學理論、最新的科研成果和最新的科學技術都在這些機械設備上

3、有體現(xiàn)。例如在控制系統(tǒng)方面，單片機、可編程控制器PLC、工業(yè)控制機控制IPC等得自動化控制手段都得到充分的應用。一些發(fā)達國家如美國已經(jīng)發(fā)明機器人割草機，實現(xiàn)了自動化作業(yè)。 目前國外大多使用滾筒式、圓盤式、水平旋轉(zhuǎn)式或旋刀式割草機，這些割草機堅固耐用，工作速度快。這些機具一次通過就能完成割草、壓扁、成條三道工序。 2、國內(nèi)旋刀式割草機械的發(fā)展現(xiàn)狀 隨著社會的進步和經(jīng)濟的發(fā)展，人們對生存環(huán)境的要求也越來越高，城市環(huán)境的保護得到越來越多的重視。我國草坪建設也得到了迅速的發(fā)展。草坪美化環(huán)境，固土護坡，凈化空氣多種功能已經(jīng)成為人們的共識。 我國生產(chǎn)割草機起步較晚，生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模普遍較小，產(chǎn)品用途較

4、為單一，均沒有形成規(guī)模批量，所以長期以來，割草機均以進口為主。據(jù)統(tǒng)計，到1999年底我國各種園林機械保有量達10萬臺，1999年的割草機銷售量在3萬臺左右，其中80%為進口。 改革開放以來，我國的草坪業(yè)由興起到長足發(fā)展，只有十幾年的時間，卻為草坪機械業(yè)的發(fā)展帶來了勃勃生機 。首先是機械先進，90%以上為進口產(chǎn)品，其次外從草坪建植到養(yǎng)護生產(chǎn)環(huán)節(jié)機械配套齊全，基本上實現(xiàn)了全程機械化，再次是產(chǎn)品品種多、系列化程度高。而在草坪機械中割草機發(fā)展最快，我國引進使用的割草機有美國和日本等十幾個國家的幾十種機型，我國也已經(jīng)開始生產(chǎn)割草機，目前國內(nèi)外所用的割草機種類繁多，其分類方法也多樣化。我國目前生產(chǎn)的割草

5、機以刀具類型可分為滾刀式和旋刀式兩大類。據(jù)調(diào)查，國內(nèi)生產(chǎn)割草機的廠家大約有50家左右。多數(shù)為園藝系統(tǒng)的公司以及轉(zhuǎn)產(chǎn)割草機的機械廠。市場上草坪修剪機的品牌很多，有進口的產(chǎn)品，也有國內(nèi)制造和中外合資的。 中美合資江蘇淮陰泛亞園林機械有限公司，生產(chǎn)力特牌—NEAT草坪割草機，占國內(nèi)市場50%的市場份額，現(xiàn)年產(chǎn)量達5000臺。目前正這首進行年產(chǎn)5萬臺的割草機技術改造，氣動力選用日本本田發(fā)動機。 南通機床為轉(zhuǎn)產(chǎn)生產(chǎn)割草機的廠家。其產(chǎn)品為草地王系列產(chǎn)品：56cm自走式草坪割草機；84cm隨進式割草機；84nm電啟動式割草機；122cm坐騎式剪草機。該廠生產(chǎn)除發(fā)動機以外的零部件，發(fā)動機多選用美國產(chǎn)品，1

6、999年已有產(chǎn)品出口美國。 山東省萊州市仲院宇峰鍘草機廠研制出全新微型電動鍘草機，該機以單相照明電為動力，無電地區(qū)或停電時用165、175、180等型號柴油機為動力，適宜鍘切玉米秸、麥秸、稻草以及青貯飼料，每小時鍘草量300~400 kg，切草長度為1.5~2 cm。整機結構緊湊，體積小，重量輕，全機重僅32 kg，移動方便，并具有切碎均勻、出料順暢、揚程遠、噪音低等特點。 安徽飛彩車輛股份有限公司“十五”期間進行了技術改造，改造后計劃年產(chǎn)6萬臺割草機。其中代表產(chǎn)品之一是手扶式寬幅割草機系列，年產(chǎn)5萬臺，以22161型為例，發(fā)動機為4沖程，4.8，割草寬度53cm，自走式；代表產(chǎn)品之二是駕

7、乘式割草機系列，年產(chǎn)1萬臺，以16-38HXL型為例，為4沖程，11.7 kW，97cm循環(huán)割草，帶驅(qū)動。 目前，我國已經(jīng)研制開發(fā)出來草坪割草機試驗臺，草坪割草機為現(xiàn)代城市綠化的重要設備，目前市場上國產(chǎn)的機器均有一定的市場，但質(zhì)量參差不齊。對于草坪割草機的安全指標，僅有檢測方法，沒有現(xiàn)成的撞擊試驗專用設備。為了對其進行科學的測試，北京市農(nóng)機試驗鑒定推廣站研制成功草坪割草機專用試驗臺。該試驗臺自動化程度高，采用了氣動傳動技術、機－電安全鎖定機構及氣動調(diào)速技術，可對國內(nèi)各型草坪割草機進行安全性能試驗，能夠完成草坪機的撞擊試驗和刀片護罩強度試驗。試驗結果表明，該專用試驗臺達到國內(nèi)先進水平，檢測快捷

8、，安全性高。 3、國內(nèi)外旋刀式割草機械存在的問題 雖然旋刀式割草機的理論和制造技術已經(jīng)相當成熟，但是結構簡單，操作方便、低噪音、高性能的割草機并不多。 旋刀式割草機的配套動力有汽油發(fā)動機(有電纜或蓄電池供電)和汽油機兩種。基于安全方面的原因由電纜供電的割草機只能在小面積上使用，而蓄電池供電的割草機，因機器重量較大，且蓄電池需經(jīng)常充電（一般完成700平方米后需進行充電）。所以，在小型割草機上（2.2 kW以下）常采用汽油發(fā)動機作為配套動力機。而在2.2 kW以上的割草機多采用汽油機作為配套動力機。以汽油機作為動力的旋刀式割草機，其噪聲污染比較嚴重，它的噪聲源為汽油機和旋刀裝置。 目前，國

9、內(nèi)外采用的都是合金彈簧鋼，經(jīng)普通淬火加中、高溫回火后得回火索氏體或回火屈氏體，硬度在HRC40~45，以保證一定的強度和韌性。但生產(chǎn)上遇到的最大難題是合金彈簧鋼如65Mn鋼加工硬化率高，冷彎成型性差。此外，這樣的熱處理工藝并不能很好地滿足刀片強韌性和耐磨性的要求，主要失效形式是磨損。如鉸接式刀片往往是3天就要卸下來磨一次。有時遇到土質(zhì)不好，有鐵絲石頭等硬物時，還經(jīng)常發(fā)生刀片斷裂。 二、割草機的分類 按切割器類型可以分為旋刀式、往復式、滾刀式、甩刀式、甩繩式。其中，應用最多的是旋刀式割草機、滾刀式割草機和往復式割草機。 往復式割草機割茬低而整齊，草坪損失少，單位割幅的金屬用量和功率消耗低，

10、因而成本較低。它的作業(yè)速度一般為6~8 km/h。提高割刀的往復次數(shù)并解決割刀的全平衡問題后，旋刀式割草機是由橫向懸掛在直立軸上的刀片高速旋轉(zhuǎn)打切草上部的葉片，它適于25~80mm范圍內(nèi)割草。由于期間各低廉，保養(yǎng)、維修方便，使用靈活，只要將刀磨快，就能達到較為理想的割草效果。因此，一般的草坪都使用旋刀式割草機作業(yè)，使得旋刀式割草機稱為國內(nèi)外最流行的割草機。 1、按配套動力和作業(yè)方式分可以分為：手推式、手扶隨行式、手扶自行式、坐騎式和拖拉機懸掛式割草機。 2、按動力驅(qū)動方式主要分為人畜力驅(qū)動、發(fā)動機驅(qū)動和電力驅(qū)動三種形式割草機。其中，以發(fā)動機驅(qū)動的割草機最多，發(fā)動機多為單缸汽油機。太陽能割草

11、機雖然已有生產(chǎn)，但應用較少。 動力驅(qū)動的割草機按牽引方式或懸掛方式可分為前置式、側(cè)置式、后置式、中置式割草機。目前，也有旋刀式手推隨行式割草機，大部分采用中置懸掛，而滾刀手推隨行式割草機多采用前置式掛接，大型的割草機則采用混合牽引方式。 三、研究的內(nèi)容和方法 根據(jù)我國割草機的發(fā)展現(xiàn)狀和存在的問題以及人們草坪割草機的更高要求，對現(xiàn)有的割草機進行改進。在旋刀式割草機的基礎上，通過對其做減噪處理和刀片的優(yōu)化處理，利用現(xiàn)代設計方法，設計出一款結構簡單、操作方便、低噪音、高效率的旋刀式草坪割草機。 設計旋刀式草坪割草機的整體結構，主要由汽油發(fā)動機、傳動軸、工作軸、割草機機架、手把、行走膠輪、旋刀

12、刀片組成。 汽油發(fā)動機機提供動力，通過傳動軸和工作軸為旋刀裝置提供動力。旋刀裝置主要部件為旋刀刀片。 討論分析了旋刀式割草機機的基礎參數(shù)，參考已有旋刀式割草機的參數(shù)，既要保證工作要求，又要盡量減小噪音污染并提高刀片的時候用壽命。根據(jù)選定的有關參數(shù)，由經(jīng)驗公式計算出旋刀式割草機所需的功率，根據(jù)該功率選擇適合的汽油發(fā)動機型號。 該課題應用的研究方法：理論設計、繪制模擬樣機并進行仿真模擬。既要保證割草機的使用要求，又要盡量減小噪音污染，并提到刀片的使用壽命。 四、旋刀式割草機整機總體設計方案 1、設計原則 對于旋刀式割草機的總體設計，要遵循的設計原則 （1）首先滿足農(nóng)藝要求并適應小區(qū)草

13、坪的面積限制，具有良好的轉(zhuǎn)向性和操作靈活性。 （2）吸收國內(nèi)外設施農(nóng)業(yè)作業(yè)機械的新技術，采用新原理、新結構、新工藝、做到設計合理、使用可靠、優(yōu)質(zhì)高效、物美價廉，能廣泛推廣。 （3）零部件的通用化、標準化程度高。 （4）整機結構簡單、成本低廉、操作簡便、維修方便、質(zhì)量輕、機動性好。 2、旋刀式割草機的設計方案 圖1 旋刀式割草機 手推式割草機的動力是來源于行走輪驅(qū)動，即靠人的推力來驅(qū)動。查閱《人機工程手冊》，人步行速度約為3~5千米/時，即48~64米/分，考慮到要推動割草機進行切割，選取人的步行速度為48米/分，即0.8米/秒。 設計推桿機支架的尺寸，并且根據(jù)不同性別和不同年

14、齡將推桿的高度和傾斜角度設計成可以調(diào)節(jié)的。站立工作時操作的有關尺寸，以及人體需要的可能活動空間。由《人機工程手冊》查得，人體身高尺寸（成年男性）多在170 cm左右。因此，推桿距地面的高度取為1000毫米,且可在850~1300毫米之間調(diào)節(jié)，符合人體作業(yè)適應度。 設計原則：工作場地的高度取決于作用力、操作者的身高、操作者操作物件的尺寸、以及視野范圍。 又因為該割草機是手推式的，動力來源于人的行走以及推力。應考慮到其結構尺寸方面的因素，因而行走輪直徑不宜過大。其旋刀刀尖速度要求達到71~97 m/s，在這個速度范圍能使選到旋轉(zhuǎn)引起的噪聲降到比較合理的水平，并能正常工作。 如果輪子直徑過大，

15、將會使機具底盤抬高，影響整機的協(xié)調(diào)性，如果輪子直徑過小,則推行比較費力,不能達到設計要求,要滿足人的推力在200 N左右都能推動這部割草機才行。 四、旋刀式割草機工作改進設計 旋刀通過螺紋圓柱銷定位用螺母固定在工作軸上，工作軸通過花鍵與發(fā)動機輸出軸連接，軸向定位在軸上開兩個11 mm深的孔用螺紋圓柱銷定位。工作部件由一組這樣的機構構成，旋刀可以隨時更換。 1、 旋刀的設計 圖2. 旋刀結構圖 旋刀的結構圖，材料是65Mn鋼，等溫淬火后硬度為42~50HRC，,。 2、傳動軸的設計 材料是合金結構鋼40MnB，調(diào)質(zhì)處理，硬度為28HRC，, ，,軸上一端為內(nèi)花鍵，結構如

16、圖3 圖3. 傳動軸圖 3、機架的設計 (1)萬向輪的設計 割草機的行走輪，采用工業(yè)腳輪和工業(yè)車輪的設計理念，充分考慮割草機低速行駛的特點，行走輪材料采用聚甲醛POM，材料選擇依據(jù)：聚甲醛耐磨性和剛性高于尼龍，尤其是彈性模量高、硬度高，這事其他塑料所不能比的；聚甲醛自潤滑性能好，耐磨性好，摩擦因數(shù)為0.15~0.35，極限值為；聚甲醛有較小的蠕變性和吸濕性，故其尺寸穩(wěn)定性好；長期使用溫度為-40～100℃；用聚四氟乙烯填充的聚甲醛，可顯著降低米擦因數(shù)，提高耐磨性極限值。因此聚甲醛聚甲醛常被用來制作相對強度有一定要求的一般結構零件，適用于在輕載荷、霧潤滑或少潤滑條件下工作的各種耐磨

17、受力傳動零件，以及制作間摩擦自潤滑零件。 走輪的大小尺寸應與割草機的整體形狀和尺寸緊緊相連。根據(jù)機具整體設計方案并參考GB/T 14688-1993等相關國標數(shù)據(jù)，割草機的前輪采用萬向輪，以方便割草機的轉(zhuǎn)向，以實現(xiàn)機動靈活的割草作業(yè)，后輪采用腳輪形式。 圖4. 萬向輪結構圖 4、腳輪的設計 輪子材料是聚甲醛POM，支架材料為HT200，由于萬向輪和腳輪的支架結構尺寸不相同，為了是機架在平地上保持水平，取腳輪的外徑為170mm，其具體形狀參照《機械設計手冊》中工業(yè)車輪的形狀和尺寸。結構采用腳輪支架裝配，同樣焊接在割草機底部底部。結構如圖5。 圖5. 腳輪結構圖 5、機架的

18、設計 (1)機架材料是低合金結構鋼Q345做成的結構用冷彎空心型鋼，由下機架和上機架兩部分組成，可通過調(diào)節(jié)銷軸實現(xiàn)對機架高度的調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)對旋刀離地高度的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對割草高度的調(diào)節(jié)。結構圖6。 圖6. 機架結構圖 （2）銷軸的選擇 銷主要分為用于固定零件之間相對位置的定位銷，用于連接的連接銷和用于安全裝置中的過載剪斷元件的安全銷。本設計中上機架和下機架的鉸接處用銷軸連接。銷軸材料選用35鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為28~38HRC，表面氧化。根據(jù)具體的情況要求以及方便操作的要求，選用銷軸（GB/T 882-2000），開口銷（GB/T 91-2000）?？紤]到割草機工作時對銷軸有一些

19、沖擊，故取許用剪切應力，許用壓應力，抗拉強度。 6、刀殼的設計 外殼材料選用HT100，選用依據(jù)是HT100有一定的強度，抗壓強度非常高，有良好的吸振性、減振性和潤滑性，有良好的切削加工性與鑄造性，可用于制造外罩、手把等形狀簡單、對強度無要求的零件。 圖7. 外殼結構圖 外殼的外形上方下圓，外殼的頂部有四個孔，可使用螺釘將其固定在機架底部。起到安全防護和收集草屑的作用。在外殼的一端有延伸的排草口。因為旋刀結構設計上，在兩端有刃口和翼片，當旋刀旋轉(zhuǎn)割草作業(yè)時，翼片可將刀殼內(nèi)的空氣排出，這時刀殼內(nèi)形成負壓，當草長的較高，割草機前進時，刀殼前部下緣會把草按倒；當草長得茂盛而發(fā)生倒伏時，

20、刀殼外的空氣刀殼內(nèi)時，可對倒伏的草起到提升的作用。翼片旋轉(zhuǎn)形成的氣流可將刀刃切下的草屑懸浮到氣流中，經(jīng)排草口排除刀殼，就地灑落。從而避免出現(xiàn)草屑在刀殼內(nèi)堵塞的現(xiàn)象。 五、結論 本文分析了目前國內(nèi)外草坪割草機械的現(xiàn)狀及存在問題，研究了普通草坪的物理狀況，為旋刀式割草機參數(shù)提供依據(jù)。針對當前國內(nèi)草坪面積不大卻形狀各異、要求割草靈活方便的問題，結合草坪修剪及方便實用和農(nóng)藝特點，吸收了JUS-420旋刀式剪草機及其它經(jīng)典機型的設計理念，提出旋刀式割草機的改進設計的設計思路。在整機設計中，以汽油發(fā)動機作為動力，體積小、成本低、工作可靠、。采用裝配式機架，汽油發(fā)動機輸出動力帶動旋刀工作，發(fā)動機固定在機架上方，使整機結構簡單緊湊又可根據(jù)不同工作環(huán)境以及工作要求調(diào)整機架。行走輪與機架直接固定，通過操向桿實行轉(zhuǎn)向。其他零部件經(jīng)過計算校核后，盡可能采用通用件或標準件，體現(xiàn)了經(jīng)濟、實用、操作簡易、維護簡單、成本低廉的設計原則。 專心---專注---專業(yè)