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割草機壓扁機懸掛裝置圖紙集
姓名：李海輝
學校：北華航天工業(yè)學院
班級：B13113
學號:20134011315
指導教師：楊永明
職位：教授
北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文
畢業(yè)設計報告(論文)
報告(論文)題目：割草機壓扁機懸掛裝置設計
作者所在系部： 機電工程學院
作者所在專業(yè)： 機械設計與制造及其自動化
作者所在班級： B13113
作 者 姓 名 ： 李海輝
作 者 學 號 ： 20134011315
指導教師姓名： 楊永明
職稱： 教授
完 成 時 間 ： 2017-6
北華航天工業(yè)學院教務處制
摘 要
本次設計的是割草機壓扁機懸掛裝置，它能夠有效的調(diào)整刀架高度以及刀架仰角，適合多種地形，由液壓系統(tǒng)進行有效的調(diào)整，性能優(yōu)異，工作靈活方便，適于中小型企業(yè)：
一、該裝置由主液壓缸和兩個輔助液壓缸組成升降系統(tǒng)可以快速調(diào)整刀架的高度從而適應地形高度省時省力，設計簡單，結構緊湊;
二、在滿足快速升降的同時還加入了手動的手柄搖桿系統(tǒng)。通過四桿機構有效的對刀架平臺的仰角進行調(diào)整使設備更加的適用于各種地形;
三、在連接刀架的梁上設有彈簧設備，可以有效的防止地形的突變對刀架的變形很好的保護刀具。
四、本次還對牽引梁進行簡單設計連接處設有液壓缸可以快速調(diào)整牽引梁玉后面設備的角度可以避免牽引機對牧草的碾壓造成后面割草設備的不利影響。同時輔助液壓缸簡設蓄能設備有效地緩沖了應地形變化帶來的劇烈震動使設備更加安全有效。
這次的畢業(yè)設計主要是對割草機壓扁機的懸掛機構方案的設計與完善，懸掛裝置的升降系統(tǒng)與刀架仰角的手動調(diào)整系統(tǒng)以及面對突發(fā)地形變形的緩沖減震系統(tǒng)。
關鍵詞:割草機壓扁機；懸掛裝置；機構
Abstract
Suspension mower flattening machine is this design, it can effectively adjust the cutter height and head elevation, suitable for a variety of terrain, by the hydraulic system for effective adjustment, excellent performance, flexible and convenient operation, suitable for small and medium sized enterprises:
The device is composed of a main hydraulic cylinder and two auxiliary hydraulic cylinders. The lifting system can rapidly adjust the height of the tool carrier, thus adapting to the height of the terrain and saving time and labor. The design is simple and the structure is compact;
Two, to meet the rapid rise and fall at the same time, also joined the manual joystick, rocker system. Through the four bar mechanism, the elevation of the tool post platform can be adjusted effectively, so that the equipment is more suitable for various terrains;
Three, a spring device is arranged on the beam of the connecting knife rest, which can effectively prevent the abrupt change of the topography and the protection tool for the deformation of the tool post.
Four, this is the traction beam connection simple design with a hydraulic cylinder can quickly adjust the traction beam jade behind equipment angle can avoid the adverse effects caused by the traction roller on the grass behind the mowing equipment. At the same time, the auxiliary hydraulic cylinder is simply equipped with energy storage equipment, which effectively buffers the violent vibration caused by the terrain changes, and makes the equipment more safe and effective.
The graduation design is mainly design and improvement scheme of the suspension mechanism of mower flattening machine, lifting system and turret elevation manual adjustment system suspension and damping system in the face of unexpected terrain deformation.
Key words: grass：flattening machine; suspension device;mechanism
目 錄
摘 要
Abstract
第1章緒論 1
1.1割草機早期歷史最初發(fā)展： 1
1.2課題背景： 1
1.2.1國外牧草收獲機械現(xiàn)狀: 1
1.2.2國外設備對我國牧業(yè)影響 1
第2章升降機構 3
2.1升降機構： 3
2.2升降結構調(diào)節(jié)范圍： 3
第3章手動調(diào)節(jié)機構 5
3.1刀架平臺仰角的手動調(diào)節(jié)機構組成： 5
3.2刀架平臺仰角的手動調(diào)節(jié)機構的運動分析： 5
3.3刀架平臺仰角的手動調(diào)節(jié)機構運動數(shù)據(jù)分析： 5
3.3.1具體尺寸： 5
3.3.2手柄系統(tǒng)的調(diào)整范圍： 5
第4章安全防護裝置 7
4.1安全回彈裝置結構： 7
4.2安全回彈裝置結構的作用和優(yōu)點： 7
4.3安全回彈裝置的調(diào)整范圍： 7
第5章輔助設備 9
5.1輔助液壓缸蓄能器調(diào)節(jié)系統(tǒng)中蓄能器的作用： 9
5.1.1減小功率： 9
5.1.2在緊急時刻可以動力源使用： 9
5.1.3保持液壓缸內(nèi)恒壓和補充泄露的液壓油： 9
5.1.4吸收外部作用力對液壓的沖擊： 9
5.1.5吸收脈動、降低機器運行中的噪聲： 9
5.2割草機壓扁機上的蓄能器液壓缸輔助設備： 10
5.3輔助設備的作用： 10
5.3.1輔助液壓缸的作用： 10
5.3.2輔助設備蓄能器的作用： 10
第6章牽引梁角度調(diào)節(jié) 11
6.1牽引梁連接機構： 11
第7章簡易有限元分析 12
8.2前梁有限元分析： 12
8.3固定組合板有限元分析： 13
致 謝 14
參考文獻 15
第1章緒論
1.1割草機早期歷史最初發(fā)展：
八十年代初期，英國人普拉克內(nèi)特在英國當?shù)匕l(fā)明了人類歷史上的第一臺可以收割谷物以及雜草的收割機器，這個機器由人推動，由人力傳送給齒輪從而帶動旋刀割草。
八十年代中期，英國的比爾-布丁在業(yè)余時間研發(fā)了滾筒剪草機并很快申請了專利；
英國卡比利亞在世界上獲得了滾草機的研發(fā)專利；
蘭塞姆斯農(nóng)機公司對滾筒式割草機進行批量式的制造，走向了世界。
九十年代初期，英國人倫敦恩斯制作了可以通過內(nèi)燃機作為進行割草的滾筒式割草機的動力，它原理延用至今。
隨著歷史的發(fā)展，割草機逐漸也由小型家庭式逐漸演化成現(xiàn)在大型的農(nóng)牧業(yè)式割草機。農(nóng)牧業(yè)得到了發(fā)展，也是通過割草機對牧草的合理收割，對牧業(yè)對環(huán)境的影響也大大降低。
1.2課題背景：
1.2.1國外牧草收獲機械現(xiàn)狀:
國外的牧草機械已有了 100 多年的發(fā)展歷史,在這段歷史中他們經(jīng)歷了以畜力為動力到以拖拉機配套為動力的發(fā)展過程。從單項作業(yè)機械到成套作業(yè)機械，從分段作業(yè)機器到結合作業(yè)機器的發(fā)展過程。20世紀60年代是歐美等發(fā)達國家牧草產(chǎn)業(yè)看中的一段時期，在這段時期當中牧草收割機械的發(fā)展到達了高成就時期。在這段時期內(nèi)完成了由畜力機械向與拖拉機動力機械配套的更新?lián)Q代。新型的割草機械和各類結合作業(yè)機械成形，各種割草機械相繼研發(fā)成功并迅速推廣到牧草收割地區(qū)。此時在牧草的收獲機械數(shù)量在世界上迅速上升。僅僅美國就在牧草的收割與捆扎收獲上的機械數(shù)量就已經(jīng)高達達70萬臺。在20世紀70年代之后，部分地區(qū)的割草機械不斷地達到了飽和，因此，割草機的數(shù)量趨于穩(wěn)定甚至是略微有所下降。因此各大公司企業(yè)不斷致力于新產(chǎn)品研發(fā)，不斷改善并增進產(chǎn)品的機械性能。以此來提高自己產(chǎn)品在市場上的競爭力。目前，歐美各國幾乎所有的農(nóng)機公司生產(chǎn)的牧草收割機械產(chǎn)品品種齊全，系列完整，能滿足各種收獲條件下全面對牧草進行機械化收割的需要。并且在計算機精確控制，數(shù)控設備的應用及操作人員的舒適性等等方面有進行了很大的改進。在該領域不斷處于優(yōu)先地位的主要是美國，德國，法國，意大利，日本等發(fā)達國家。比 如德國 STOLL 公司的割曬設施，德國克拉斯公司擁有的自走式壓捆機法。 國庫恩公司的旋轉(zhuǎn)割草機等。
1.2.2國外設備對我國牧業(yè)影響
20 世紀 90 年代以來很多的國家的牧草收獲機械不斷地進入中國牧草基地。國外先進的牧草收獲機械技術比較完備。機具品種多，性能可靠，對牧草科學性收割起到了促進作用，潛在提高了我國牧草業(yè)的發(fā)展。但對于我國的現(xiàn)有的農(nóng)牧業(yè)階段當中的牧民價格較為昂貴，并且缺乏實用性技術對于維修十分不便，并且對于我國牧草的生長地型與國外有些不同，使得國外的設備在我國有些不適用，從而沒有使牧草業(yè)進入大幅度的機械化收割，機械化沒有得到普及。
1.2.2我國牧草收割機械的現(xiàn)狀：
生存環(huán)境與經(jīng)濟的發(fā)展是我國可持續(xù)發(fā)展的重要策略，農(nóng)牧業(yè)的發(fā)展就急需一種有效地可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。而關于農(nóng)牧業(yè)在牧草業(yè)上的發(fā)展在其中就起著至關重要的作用。由于各種人為因素和自然的干擾，我國大部分的草地系統(tǒng)不斷縮減甚至有的地方已經(jīng)瀕臨崩潰。國家把調(diào)整農(nóng)牧業(yè)的生產(chǎn)結構、大力開展退耕還林還草、改善生態(tài)環(huán)境等政策作為國家發(fā)展中的重要方略。在這幾年以來，隨著我國有效政策的落實和措施的不斷完善，牧草產(chǎn)業(yè)開始呈現(xiàn)出高速發(fā)展的態(tài)勢，牧草種植面積擴大，牧草收獲量不斷提高，當?shù)丨h(huán)境也隨著牧草大量種植也得到了大大的提高。但是在牧草收割中仍然存在著許多問題。例如牧草收割在我國仍然大部分以人工為主，工作效率普遍低下，勞動強度大，作業(yè)成本高等諸多問題阻礙著牧草業(yè)進一步發(fā)展。
牧草收割類機械在我國的數(shù)量明顯低于其他國家，割草機壓扁機的研發(fā)相比國外先進技術水平來說較為低下，在一些高端作業(yè)機械方面，產(chǎn)品與技術依然是一片空白。20多年來我國改革開放和西部大開發(fā)的實施。讓我國經(jīng)濟發(fā)展到了一個全新的水平，國家政策和經(jīng)濟形勢，為牧草生產(chǎn)機械的發(fā)展帶來了新的機遇，農(nóng)牧業(yè)產(chǎn)業(yè)結構的科學調(diào)整為牧草收割機械化提供了廣闊的空間。牧草的生產(chǎn)機械化已成為農(nóng)牧業(yè)在發(fā)展過程中的一個新平臺。
因此，為了更好地促進牧草產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，我國急需一種成本低，效率高的機械來完成牧草收割，由此，飽含科學技術的割草機壓扁機誕生。
第2章升降機構
2.1升降機構：
懸掛系統(tǒng)第一個功能就是由中間的主液壓缸起到的升降刀架的作用。由液壓系統(tǒng)提供動力實現(xiàn)刀架的升降。如圖2.1
圖2.1升降機構簡圖
2.2升降結構調(diào)節(jié)范圍：
L1為820mm，L2為700mm，L1與L2是定長尺寸，L3是液壓缸為變化尺寸。如圖2.2
圖2.2升降機構運動簡圖
AB即L1為機架固定，CD顯示的是L3即AD尺寸發(fā)生改變時桿BC位置的變化。在實體圖中給出了主液壓缸的最低時的高度。主液壓缸的活塞桿的調(diào)節(jié)范圍是250mm。即主液壓缸的有用長度調(diào)節(jié)為564mm～814mm。那么BCD三角形的高度就是主液壓缸對刀架臺的可調(diào)式高度。由圖中L3的兩個極限位置點C與D點得出可調(diào)式高度范圍是：0～300mm?？烧{(diào)范圍較大適合多種割茬高度要求，滿足牧民需要。調(diào)節(jié)動力來液壓系統(tǒng)，調(diào)整時平穩(wěn)方便快速，省時省力。
第3章手動調(diào)節(jié)機構
3.1刀架平臺仰角的手動調(diào)節(jié)機構組成：
圖3.1四桿機構原型
刀架平臺仰角調(diào)節(jié)機構由手動系統(tǒng)與各個支架機構組成。其中由L1，L2,L3,L4組成平面四桿機構。此機構分析的前提是升降系統(tǒng)已經(jīng)完成，刀架平臺已經(jīng)在距離地面固定高度的條件下進行分析的。圖中BC位置即代表升降系統(tǒng)已經(jīng)固定。
3.2刀架平臺仰角的手動調(diào)節(jié)機構的運動分析：
通過手動搖動手柄，使帶螺紋桿L5進行轉(zhuǎn)動。L5與L4通過螺紋進行連接，由此在L5轉(zhuǎn)動的同時桿L4會以C點為固定轉(zhuǎn)動點進行擺動。在L4搖擺過程中帶動桿L1運動。而B與C位置為固定位置，所以L3會通過桿L1在A點的牽引下繞B點進行有限角度的擺動。通過L3的擺動從而實現(xiàn)刀架平臺仰角的調(diào)整。
3.3刀架平臺仰角的手動調(diào)節(jié)機構運動數(shù)據(jù)分析：
3.3.1具體尺寸：
桿L3即AB長度為212mm，桿L1即AD長度為700mm，桿L2即BC長度為692，桿L4上的CD長度為58。
3.3.2手柄系統(tǒng)的調(diào)整范圍：
桿L5上的螺紋長度為120，當?shù)都芷脚_處于平行于地面的時候，E點在桿L5螺紋長度的重點位置。即手柄可以進行等圈數(shù)的順時針與逆時針轉(zhuǎn)動。
3.3.2.1當手柄進行逆時針轉(zhuǎn)動時:刀架平臺前高后低仰角為正值。如圖3.3.2.1
圖3.3.2.1逆時針運動簡圖
圖3.3.2.1即是仰角為正值的時候所調(diào)整的角度范圍，因刀架平臺在初始位置時在B點事固定的，也就是〈AˊBA的調(diào)整角度范圍就是正仰角的調(diào)整范圍。調(diào)整范圍是0～20度。
3.3.2.2當手柄進行順時針轉(zhuǎn)動時:刀架平臺前高后低仰角為負值。如圖3.3.2.2
圖3.3.2.2順時針運動簡圖
﹤ABAˊ就是固定在B點的刀架平臺調(diào)整角度。調(diào)整角度為0～15度。
第4章安全防護裝置
4.1安全回彈裝置結構：
本結構位置在連接底座與刀架平臺的梁上設有。
主要由左右兩個方形彈簧進行刀架平臺的安全回彈。
圖4.1彈簧防護裝置
如圖4.1所示由仿形彈簧，彈簧底座，軸，以及刀架平臺的連接梁等造成了這個具有安全可回彈的機構。
4.2安全回彈裝置結構的作用和優(yōu)點：
刀架的連接梁在此處采用了單點懸掛，在仿形彈簧的作用下可以有效的防御石塊阻礙以及地形突變對刀架以及刀具的影響。當?shù)都茉谟龅绞瘔K或者地形上突變時連接梁就會壓縮一處彈簧從而實現(xiàn)刀架在左右方向上形成一定的角度，從而防止了刀架上刀具的損壞。機構運作靈活，無需認為操作，簡單方便。在一定程度上消除了地質(zhì)結構對割草機壓扁機的影響。并且方形彈簧還具有緩沖減震的作用，延長了割草機的使用壽命。使整機運作時更加平穩(wěn)。
4.3安全回彈裝置的調(diào)整范圍：
彈簧使用材料為4340號鋼退火，屈服強度為4.7Mpa，選取最大力10000N，在一端固定一端受力情況下對仿形彈簧進行軸向受力的情況下進行有限元分析
圖4.3彈簧有限元
在圖4.3中可以得到最大位移量可以達到12cm。
底座與連接梁的上表面距離是40mm而彈簧最大壓縮量是120mm，完全可以滿足量做最大限度的轉(zhuǎn)動。
第5章輔助設備
5.1輔助液壓缸蓄能器調(diào)節(jié)系統(tǒng)中蓄能器的作用：
5.1.1減小功率：
某些執(zhí)行元件是不斷地在做間歇動作，但是總的來說他的工作時間比較短，而另一些執(zhí)行元件雖然不是在這種動作，但是它在一個工作循環(huán)內(nèi)(或一次行程中)，它的速度還是比較不同的。于是在這種系統(tǒng)中，我們設置了蓄能器。從此我們就可以使用一個功率較小的泵，以次來減小主傳動的功率，同時也讓使整個系統(tǒng)具有的重量輕、價格便宜尺寸小等等的優(yōu)點。
5.1.2在緊急時刻可以動力源使用：
對于某些在液壓系統(tǒng)中當泵發(fā)生故障或停電(對執(zhí)行元件的供油突然中斷)時候，我們要設置一些裝置對其進行必要的保護，可以讓執(zhí)行元件繼續(xù)去完成一些必要的動作。例如我們?yōu)榱艘簤合到y(tǒng)安全，在不工作時將液壓缸的活塞桿縮進液壓缸內(nèi)。在這種條件，我們需要有合適的蓄能器作為緊急時刻的動力源為液壓系統(tǒng)提供動力，從而對液壓系統(tǒng)進行必要的保護。
5.1.3保持液壓缸內(nèi)恒壓和補充泄露的液壓油：
當液壓缸長時間不進行工作的時候，但是又要去保持液壓缸內(nèi)的恒定壓力，這種時候我們可以使用蓄能器補償液壓油的泄漏，使系統(tǒng)得到恒定壓力。在側面也對液壓系統(tǒng)進行了保護。
5.1.4吸收外部作用力對液壓的沖擊：
當換向閥換向的時候，這種突變使液壓泵停車等，這些因素造成了執(zhí)行元件在工作中突然停止，甚至由于我們的需求這些執(zhí)行元件能夠做出緊急制動等條件，這些都可以讓管路內(nèi)的液體流動發(fā)生劇烈的變化，從而產(chǎn)生很大的沖擊壓力(油擊)。雖然液壓系統(tǒng)中已經(jīng)設置有了安全閥，但依然會難免地造成壓力的在短時間內(nèi)的劇增。在這種沖擊壓力下，往往會使系統(tǒng)中的儀表、元件和密封裝置發(fā)生一些故障，甚至會損壞或者管道破裂等，此外還會使液壓系統(tǒng)中出現(xiàn)明顯的振動。如果在控制閥或液壓缸沖擊源之前我們設置蓄能器，就能夠緩解和吸收這種沖擊。
5.1.5吸收脈動、降低機器運行中的噪聲：
泵的脈動流量可能引起壓力脈動，讓這些執(zhí)行元件的速度不均勻，生成一些振動、噪聲等缺點。這時候在泵的出口處并聯(lián)一個反應比較靈敏但是慣性比較小的蓄能器，就能夠吸收流量和緩解壓力的脈動，從而達到降低噪聲的一些功能。
5.2割草機壓扁機上的蓄能器液壓缸輔助設備：
在本次的畢業(yè)設計課題中采用主液壓缸進行主要工作，而在其旁邊設置了兩個小液壓缸進行輔助作用，并且在每個輔助液壓缸上連接了蓄能器設備。如圖5.2
圖5.2
總共設立了四個蓄能器，每一個小液壓缸設立兩個蓄能器。
5.3輔助設備的作用：
5.3.1輔助液壓缸的作用：
1. 當主液壓缸在工作時對于活塞桿下方的懸掛裝置屬于單點懸掛，工作過程中會發(fā)生運行不穩(wěn)，懸掛物會左右搖擺。而加上輔助液壓缸后增加了上方與下方的連接點，使得懸掛物可以平穩(wěn)的進行提升與下降，使升降系統(tǒng)更加的平穩(wěn)。
2. 當下方懸掛的刀架等裝備遇到石塊或者遇到突發(fā)的地形變化時，位于主液壓缸左右位置的兩個輔助液壓缸就可以起到一定的緩沖作用。防止刀架突發(fā)變形造成機械的損壞，延長了割草機壓扁機的使用壽命。
3. 當主液壓缸提供的動力不足時輔助液壓缸可以暫時的提供動力輔助主液壓缸完成升降任務。
5.3.2輔助設備蓄能器的作用：
1. 四個蓄能器分在左右兩側，每兩個蓄能器服務于一個輔助液壓缸。這四個蓄能器為輔助液壓缸在起到緩沖作用時起到了提供動力，減慢緩沖的作用。
2. 當液壓系統(tǒng)遇到事故無法提供動力時，蓄能器會在一段時間力為輔助液壓缸提供動力，使割草機壓扁機可以在短暫時間中繼續(xù)工作。避免了割草機壓扁機工作過程中的突然間的趴窩。
第6章牽引梁角度調(diào)節(jié)
6.1牽引梁連接機構：
如圖6.1牽引梁牽引后面的裝置的時候主要有角接觸處的支架液壓缸進行調(diào)節(jié)。
圖6.1牽引梁旋轉(zhuǎn)
如圖6.2是牽引梁繞A點旋轉(zhuǎn)的圖，其中有最小夾角時的BC和最大夾角時的BD兩個極限位置。
這上面的數(shù)據(jù)：定長的有AB=680mm，AC=766=AD，變長的由BC即液壓缸長度的變化。液壓缸有兩個極限位置分別是最短時BC=680mm，最長時BD=800mm，液壓缸的伸縮范圍是420mm。又因：
=0.56
=0.39
由上面的計算我們可以得出
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