精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上旋刀式割草機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì) 在割草機(jī)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(yùn)動的興起，人們擁有平整美觀的草地做運(yùn)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(jī)器，由人推動機(jī)器，通過齒輪傳動帶動旋刀割草，這是旋刀割草機(jī)的雛形。一、國內(nèi)外旋刀式割草機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r1、國外旋刀式割草機(jī)械的發(fā)展?fàn)顩r1805年英國工程師托馬斯·普拉克獲得了第一臺割草機(jī)的發(fā)明專利，當(dāng)時(shí)的割草機(jī)是裝有環(huán)形刀，機(jī)體笨重且運(yùn)轉(zhuǎn)不恨理想。到1830年，埃文·馬丁制造出了類似于今天試用的手扶滾筒割草機(jī)。早期應(yīng)用普遍的是王府式割草機(jī)，通過加大割幅及提高機(jī)具的前進(jìn)速度來提高機(jī)具的生產(chǎn)率。20世紀(jì)70年代各國開始研制旋刀式割草機(jī)，利用高速旋轉(zhuǎn)的割刀對植株進(jìn)行無支撐切割，此類機(jī)具具有結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)保養(yǎng)時(shí)間少，不需磨刀、換刀等優(yōu)點(diǎn)。近年來，歐美發(fā)達(dá)國家的割草機(jī)設(shè)備更加成熟，結(jié)構(gòu)參數(shù)更加合理，可靠性、生產(chǎn)率提高很快。生產(chǎn)割草機(jī)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(jìn)公司等。他們生產(chǎn)的設(shè)備無論在機(jī)械結(jié)構(gòu)、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(xué)理論、最新的科研成果和最新的科學(xué)技術(shù)都在這些機(jī)械設(shè)備上有體現(xiàn)。例如在控制系統(tǒng)方面，單片機(jī)、可編程控制器PLC、工業(yè)控制機(jī)控制IPC等得自動化控制手段都得到充分的應(yīng)用。一些發(fā)達(dá)國家如美國已經(jīng)發(fā)明機(jī)器人割草機(jī)，實(shí)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(jī)，這些割草機(jī)堅(jiān)固耐用，工作速度快。這些機(jī)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(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀隨著社會的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)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(hù)得到越來越多的重視。我國草坪建設(shè)也得到了迅速的發(fā)展。草坪美化環(huán)境，固土護(hù)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(jī)起步較晚，生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模普遍較小，產(chǎn)品用途較為單一，均沒有形成規(guī)模批量，所以長期以來，割草機(jī)均以進(jìn)口為主。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到1999年底我國各種園林機(jī)械保有量達(dá)10萬臺，1999年的割草機(jī)銷售量在3萬臺左右，其中80%為進(jìn)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(shí)間，卻為草坪機(jī)械業(yè)的發(fā)展帶來了勃勃生機(jī) 。首先是機(jī)械先進(jìn)，90%以上為進(jìn)口產(chǎn)品，其次外從草坪建植到養(yǎng)護(hù)生產(chǎn)環(huán)節(jié)機(jī)械配套齊全，基本上實(shí)現(xiàn)了全程機(jī)械化，再次是產(chǎn)品品種多、系列化程度高。而在草坪機(jī)械中割草機(jī)發(fā)展最快，我國引進(jìn)使用的割草機(jī)有美國和日本等十幾個國家的幾十種機(jī)型，我國也已經(jīng)開始生產(chǎn)割草機(jī)，目前國內(nèi)外所用的割草機(jī)種類繁多，其分類方法也多樣化。我國目前生產(chǎn)的割草機(jī)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(jī)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(jī)的機(jī)械廠。市場上草坪修剪機(jī)的品牌很多，有進(jìn)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(jī)械有限公司，生產(chǎn)力特牌NEAT草坪割草機(jī)，占國內(nèi)市場50%的市場份額，現(xiàn)年產(chǎn)量達(dá)5000臺。目前正這首進(jìn)行年產(chǎn)5萬臺的割草機(jī)技術(shù)改造，氣動力選用日本本田發(fā)動機(jī)。南通機(jī)床為轉(zhuǎn)產(chǎn)生產(chǎn)割草機(jī)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(jī)；84cm隨進(jìn)式割草機(jī)；84nm電啟動式割草機(jī)；122cm坐騎式剪草機(jī)。該廠生產(chǎn)除發(fā)動機(jī)以外的零部件，發(fā)動機(jī)多選用美國產(chǎn)品，1999年已有產(chǎn)品出口美國。山東省萊州市仲院宇峰鍘草機(jī)廠研制出全新微型電動鍘草機(jī)，該機(jī)以單相照明電為動力，無電地區(qū)或停電時(shí)用165、175、180等型號柴油機(jī)為動力，適宜鍘切玉米秸、麥秸、稻草以及青貯飼料，每小時(shí)鍘草量300400 kg，切草長度為1.52 cm。整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，全機(jī)重僅32 kg，移動方便，并具有切碎均勻、出料順暢、揚(yáng)程遠(yuǎn)、噪音低等特點(diǎn)。安徽飛彩車輛股份有限公司“十五”期間進(jìn)行了技術(shù)改造，改造后計(jì)劃年產(chǎn)6萬臺割草機(jī)。其中代表產(chǎn)品之一是手扶式寬幅割草機(jī)系列，年產(chǎn)5萬臺，以22161型為例，發(fā)動機(jī)為4沖程，4.8，割草寬度53cm，自走式；代表產(chǎn)品之二是駕乘式割草機(jī)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(jī)試驗(yàn)臺，草坪割草機(jī)為現(xiàn)代城市綠化的重要設(shè)備，目前市場上國產(chǎn)的機(jī)器均有一定的市場，但質(zhì)量參差不齊。對于草坪割草機(jī)的安全指標(biāo)，僅有檢測方法，沒有現(xiàn)成的撞擊試驗(yàn)專用設(shè)備。為了對其進(jìn)行科學(xué)的測試，北京市農(nóng)機(jī)試驗(yàn)鑒定推廣站研制成功草坪割草機(jī)專用試驗(yàn)臺。該試驗(yàn)臺自動化程度高，采用了氣動傳動技術(shù)、機(jī)電安全鎖定機(jī)構(gòu)及氣動調(diào)速技術(shù)，可對國內(nèi)各型草坪割草機(jī)進(jìn)行安全性能試驗(yàn)，能夠完成草坪機(jī)的撞擊試驗(yàn)和刀片護(hù)罩強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，該專用試驗(yàn)臺達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，檢測快捷，安全性高。3、國內(nèi)外旋刀式割草機(jī)械存在的問題雖然旋刀式割草機(jī)的理論和制造技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，但是結(jié)構(gòu)簡單，操作方便、低噪音、高性能的割草機(jī)并不多。旋刀式割草機(jī)的配套動力有汽油發(fā)動機(jī)(有電纜或蓄電池供電)和汽油機(jī)兩種?；诎踩矫娴脑蛴呻娎|供電的割草機(jī)只能在小面積上使用，而蓄電池供電的割草機(jī)，因機(jī)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(jìn)行充電）。所以，在小型割草機(jī)上（2.2 kW以下）常采用汽油發(fā)動機(jī)作為配套動力機(jī)。而在2.2 kW以上的割草機(jī)多采用汽油機(jī)作為配套動力機(jī)。以汽油機(jī)作為動力的旋刀式割草機(jī)，其噪聲污染比較嚴(yán)重，它的噪聲源為汽油機(jī)和旋刀裝置。目前，國內(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HRC4045，以保證一定的強(qiáng)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(qiáng)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(shí)遇到土質(zhì)不好，有鐵絲石頭等硬物時(shí)，還經(jīng)常發(fā)生刀片斷裂。二、割草機(jī)的分類按切割器類型可以分為旋刀式、往復(fù)式、滾刀式、甩刀式、甩繩式。其中，應(yīng)用最多的是旋刀式割草機(jī)、滾刀式割草機(jī)和往復(fù)式割草機(jī)。往復(fù)式割草機(jī)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，因而成本較低。它的作業(yè)速度一般為68 km/h。提高割刀的往復(fù)次數(shù)并解決割刀的全平衡問題后，旋刀式割草機(jī)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2580mm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(dá)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(jī)作業(yè)，使得旋刀式割草機(jī)稱為國內(nèi)外最流行的割草機(jī)。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(jī)懸掛式割草機(jī)。2、按動力驅(qū)動方式主要分為人畜力驅(qū)動、發(fā)動機(jī)驅(qū)動和電力驅(qū)動三種形式割草機(jī)。其中，以發(fā)動機(jī)驅(qū)動的割草機(jī)最多，發(fā)動機(jī)多為單缸汽油機(jī)。太陽能割草機(jī)雖然已有生產(chǎn)，但應(yīng)用較少。動力驅(qū)動的割草機(jī)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(jī)。目前，也有旋刀式手推隨行式割草機(jī)，大部分采用中置懸掛，而滾刀手推隨行式割草機(jī)多采用前置式掛接，大型的割草機(jī)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(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀和存在的問題以及人們草坪割草機(jī)的更高要求，對現(xiàn)有的割草機(jī)進(jìn)行改進(jìn)。在旋刀式割草機(jī)的基礎(chǔ)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(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)出一款結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、低噪音、高效率的旋刀式草坪割草機(jī)。設(shè)計(jì)旋刀式草坪割草機(jī)的整體結(jié)構(gòu)，主要由汽油發(fā)動機(jī)、傳動軸、工作軸、割草機(jī)機(jī)架、手把、行走膠輪、旋刀刀片組成。汽油發(fā)動機(jī)機(jī)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(jī)機(jī)的基礎(chǔ)參數(shù)，參考已有旋刀式割草機(jī)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(shí)候用壽命。根據(jù)選定的有關(guān)參數(shù)，由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出旋刀式割草機(jī)所需的功率，根據(jù)該功率選擇適合的汽油發(fā)動機(jī)型號。該課題應(yīng)用的研究方法：理論設(shè)計(jì)、繪制模擬樣機(jī)并進(jìn)行仿真模擬。既要保證割草機(jī)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(jī)整機(jī)總體設(shè)計(jì)方案1、設(shè)計(jì)原則對于旋刀式割草機(jī)的總體設(shè)計(jì)，要遵循的設(shè)計(jì)原則（1）首先滿足農(nóng)藝要求并適應(yīng)小區(qū)草坪的面積限制，具有良好的轉(zhuǎn)向性和操作靈活性。（2）吸收國內(nèi)外設(shè)施農(nóng)業(yè)作業(yè)機(jī)械的新技術(shù)，采用新原理、新結(jié)構(gòu)、新工藝、做到設(shè)計(jì)合理、使用可靠、優(yōu)質(zhì)高效、物美價(jià)廉，能廣泛推廣。（3）零部件的通用化、標(biāo)準(zhǔn)化程度高。（4）整機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、操作簡便、維修方便、質(zhì)量輕、機(jī)動性好。2、旋刀式割草機(jī)的設(shè)計(jì)方案圖1 旋刀式割草機(jī)手推式割草機(jī)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(jī)工程手冊，人步行速度約為35千米/時(shí)，即4864米/分，考慮到要推動割草機(jī)進(jìn)行切割，選取人的步行速度為48米/分，即0.8米/秒。設(shè)計(jì)推桿機(jī)支架的尺寸，并且根據(jù)不同性別和不同年齡將推桿的高度和傾斜角度設(shè)計(jì)成可以調(diào)節(jié)的。站立工作時(shí)操作的有關(guān)尺寸，以及人體需要的可能活動空間。由人機(jī)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8501300毫米之間調(diào)節(jié)，符合人體作業(yè)適應(yīng)度。設(shè)計(jì)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?yàn)樵摳畈輽C(jī)是手推式的，動力來源于人的行走以及推力。應(yīng)考慮到其結(jié)構(gòu)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(dá)到7197 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，將會使機(jī)具底盤抬高，影響整機(jī)的協(xié)調(diào)性，如果輪子直徑過小,則推行比較費(fèi)力,不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求,要滿足人的推力在200 N左右都能推動這部割草機(jī)才行。四、旋刀式割草機(jī)工作改進(jìn)設(shè)計(jì)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(jī)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(jī)構(gòu)構(gòu)成，旋刀可以隨時(shí)更換。1、 旋刀的設(shè)計(jì)圖2. 旋刀結(jié)構(gòu)圖旋刀的結(jié)構(gòu)圖，材料是65Mn鋼，等溫淬火后硬度為4250HRC，,。2、傳動軸的設(shè)計(jì)材料是合金結(jié)構(gòu)鋼40MnB，調(diào)質(zhì)處理，硬度為28HRC，,，,軸上一端為內(nèi)花鍵，結(jié)構(gòu)如圖3圖3. 傳動軸圖3、機(jī)架的設(shè)計(jì)(1)萬向輪的設(shè)計(jì)割草機(jī)的行走輪，采用工業(yè)腳輪和工業(yè)車輪的設(shè)計(jì)理念，充分考慮割草機(jī)低速行駛的特點(diǎn)，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0.150.35，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-40100；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(qiáng)度有一定要求的一般結(jié)構(gòu)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(yīng)與割草機(jī)的整體形狀和尺寸緊緊相連。根據(jù)機(jī)具整體設(shè)計(jì)方案并參考GB/T 14688-1993等相關(guān)國標(biāo)數(shù)據(jù)，割草機(jī)的前輪采用萬向輪，以方便割草機(jī)的轉(zhuǎn)向，以實(shí)現(xiàn)機(jī)動靈活的割草作業(yè)，后輪采用腳輪形式。圖4. 萬向輪結(jié)構(gòu)圖4、腳輪的設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)尺寸不相同，為了是機(jī)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(jī)械設(shè)計(jì)手冊中工業(yè)車輪的形狀和尺寸。結(jié)構(gòu)采用腳輪支架裝配，同樣焊接在割草機(jī)底部底部。結(jié)構(gòu)如圖5。圖5. 腳輪結(jié)構(gòu)圖5、機(jī)架的設(shè)計(jì)(1)機(jī)架材料是低合金結(jié)構(gòu)鋼Q345做成的結(jié)構(gòu)用冷彎空心型鋼，由下機(jī)架和上機(jī)架兩部分組成，可通過調(diào)節(jié)銷軸實(shí)現(xiàn)對機(jī)架高度的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對旋刀離地高度的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對割草高度的調(diào)節(jié)。結(jié)構(gòu)圖6。 圖6. 機(jī)架結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)中上機(jī)架和下機(jī)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2838HRC，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(jī)工作時(shí)對銷軸有一些沖擊，故取許用剪切應(yīng)力，許用壓應(yīng)力，抗拉強(qiáng)度。6、刀殼的設(shè)計(jì)外殼材料選用HT100，選用依據(jù)是HT100有一定的強(qiáng)度，抗壓強(qiáng)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(qiáng)度無要求的零件。圖7. 外殼結(jié)構(gòu)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(jī)架底部。起到安全防護(hù)和收集草屑的作用。在外殼的一端有延伸的排草口。因?yàn)樾督Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，在兩端有刃口和翼片，當(dāng)旋刀旋轉(zhuǎn)割草作業(yè)時(shí)，翼片可將刀殼內(nèi)的空氣排出，這時(shí)刀殼內(nèi)形成負(fù)壓，當(dāng)草長的較高，割草機(jī)前進(jìn)時(shí)，刀殼前部下緣會把草按倒；當(dāng)草長得茂盛而發(fā)生倒伏時(shí)，刀殼外的空氣刀殼內(nèi)時(shí)，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(jié)論本文分析了目前國內(nèi)外草坪割草機(jī)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(jī)參數(shù)提供依據(jù)。針對當(dāng)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(jié)合草坪修剪及方便實(shí)用和農(nóng)藝特點(diǎn)，吸收了JUS-420旋刀式剪草機(jī)及其它經(jīng)典機(jī)型的設(shè)計(jì)理念，提出旋刀式割草機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路。在整機(jī)設(shè)計(jì)中，以汽油發(fā)動機(jī)作為動力，體積小、成本低、工作可靠、。采用裝配式機(jī)架，汽油發(fā)動機(jī)輸出動力帶動旋刀工作，發(fā)動機(jī)固定在機(jī)架上方，使整機(jī)結(jié)構(gòu)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(jī)架。行走輪與機(jī)架直接固定，通過操向桿實(shí)行轉(zhuǎn)向。其他零部件經(jīng)過計(jì)算校核后，盡可能采用通用件或標(biāo)準(zhǔn)件，體現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、操作簡易、維護(hù)簡單、成本低廉的設(shè)計(jì)原則。專心-專注-專業(yè)