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摘要 蘆葦是我國造紙工業(yè)的主要原料,及時收割蘆葦是提高蘆葦經(jīng)濟效率的關(guān)鍵因素。蘆葦收割季節(jié)短,條件艱苦,因而機械收割就成為理想的蘆葦治理方式,蘆葦收割機的設(shè)計與實現(xiàn)本設(shè)計通過對現(xiàn)有切割機械的對比研究，設(shè)計一款結(jié)構(gòu)緊湊，效率高的蘆葦收割機械，并對收割機工作原理進行分析，制定設(shè)計方案，參數(shù)的確定，傳動系統(tǒng)相關(guān)計算，并對零部件進行設(shè)計計算，用CAD繪制圖形，編制設(shè)計和制造工藝，通過車、銑床進行加工，從而實現(xiàn)零件的設(shè)計、制造一體化的圖紙設(shè)計和制造。設(shè)計一款新的蘆葦收割機，滿足市場需求。 關(guān)鍵詞 蘆葦收割機； 方案對比及選擇； 參數(shù)的確定 Abstract Phragmites australis is the main raw material of China's paper industry. Timely harvest of reeds is the key factor to improve the economic efficiency of reeds. The reed season is short and the conditions are difficult, so the mechanical harvesting becomes the ideal way of reed treatment. The design and Realization of reed harvester can design a reed reaping machine with compact structure and high efficiency by comparing the existing cutting machines, and analyze the working principle of the reaper and formulate the design scheme. The parameters are determined, the transmission system is calculated, and the parts are designed and calculated. The graphics are drawn by CAD Keywords the reed harvester the scheme comparison and selection the determination of the parameters the calculation of the transmission system and the design of the tensioning device the design of the shaft the design of the processing technology of the shaft 目錄 摘要 I Abstract II 1 引言 1 1.1課題提出的背景 1 1.2水草收割機的分類及特點 1 1.2.1 水草收割機的分類 1 1.2.2水草收割機的特點 5 1.3蘆葦收割機械國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 5 1.4蘆葦收割機械國外發(fā)展現(xiàn)狀 6 2 方案對比及選擇 7 2 .1總體方案 7 2 .2剪切方案對比及選擇 7 2 .3傳動方案對比及選擇 8 2 .4動力系統(tǒng)方案對比及選擇 9 3.剪刀式切割裝置 10 3.1 切割器的類型和構(gòu)造 10 3.2 切割原理 10 3.3 切割器零件的選取 11 3.4 切割器驅(qū)動機構(gòu)的選取 11 4切割電機的功率計算及選型 13 5.傳動系統(tǒng)相關(guān)計算及張緊裝置的設(shè)計 14 5.1 V帶傳動的設(shè)計 14 5.2 V帶傳動張緊裝置 15 5.3軸的設(shè)計 16 5.3.1軸的應(yīng)用與分類 16 5.3.2軸的材料及結(jié)構(gòu) 17 5.3.3軸的最小直徑計算 17 5.3 .4 軸強度校核 17 6 軸上軸承選擇 19 7 軸的加工工藝設(shè)計 20 7.1軸的設(shè)計 20 7.2 軸的工藝過程 20 8設(shè)計總結(jié) 23 致 謝 24 參 考 文 獻 25 26 1 引言 1.1課題提出的背景 蘆葦是一種多年水中生長或者在部分濕地的高桿類禾草，一般生長在灌溉溝渠旁、河堤沼澤地等，這種經(jīng)濟作物遍布世界各地，蘆葉、蘆花、蘆莖、蘆根、蘆筍等的部分均可入藥。其根莖部分還可以用于造紙行業(yè)，以及生物制劑。經(jīng)過加工的蘆葦莖稈還可以做工藝制品。古時古人用蘆葦制掃把。蘆葦是濕地中分布較廣的植物之一。多辦成長在池沼、河岸、溪邊淺水地區(qū)，很容易形成蘆葦塘。其莖稈佇立，植株較為高大，迎風(fēng)搖曳，野趣橫生。由于蘆葦?shù)娜~、葉鞘、莖、根狀莖和不定根都具有通氣組織，因而對當(dāng)?shù)氐乃|(zhì)有著很好的凈水作用。蘆葦因其莖稈中含有大量的植物纖維而倍受造紙業(yè)青睞。 蘆葦在我國各地都有生長，東北的遼河三角洲、松嫩平原、三江平原，內(nèi)蒙古的呼倫貝爾和錫林郭勒草原，的博斯騰湖、伊犁河谷及塔城額敏河谷，華北平原的白洋淀等葦區(qū)，是蘆葦較為大面積生長的地方?，F(xiàn)在我國主要的人工培育種植蘆葦?shù)幕赜薪K沭陽，浙江寧波，安徽等。 當(dāng)下，這些大面積水域中的蘆葦塘一般由人力完成，其工作強度大，工作環(huán)境惡劣，且工作效率及其地下。而且在蘆葦生長速度最快的時候，靠人工去收割蘆葦完全追不上蘆葦?shù)纳L速度，大部分未被收割的蘆葦容易在手工收割的時候傾倒在水中，淹沒在水中的部分容易腐爛變質(zhì)，使得當(dāng)?shù)氐乃|(zhì)惡化，發(fā)臭。面對這種情況，現(xiàn)在不變的大型蘆葦收割船便應(yīng)運而生了?，F(xiàn)在普遍的大型蘆葦收割船，一般都需要兩到三個人共同操作，船上空間十分有限，導(dǎo)致工作環(huán)境擁擠，空氣不流通等。因此蘆葦收割機的小型化便是其未來的發(fā)展方向。小型化的蘆葦收割機，使得蘆葦收割和打捆這個過程都在同一條船上進行，合理利用空間，緩解工人壓力。更應(yīng)提高蘆葦收割機的現(xiàn)代化與智能化，尤其是遙控式的，不但可以減小整個蘆葦收割船的尺寸，更可以提供更多的存儲空間，節(jié)約成本。將來市場對更為智能與現(xiàn)代的小型蘆葦收割機需求量會越來越高。 1.2水草收割機的分類及特點 1.2.1 水草收割機的分類 水草收割機普遍由驅(qū)動器、刀具、動力源、輸送裝置、收納倉、船主體等組成。在對市場上最常見的各種水草收割機的觀察比較和較為詳細分析對比之后,依據(jù)其工作方式、主工作環(huán)境，工作狀況，主要部分的結(jié)構(gòu)特點等,歸納出現(xiàn)在世面上水草收割機的主要的集中分類。 依據(jù)刀具的運動方式劃分 (1) 往返循環(huán)式。收割器的主要部分是兩把刀具, 而且最少要有一把或者一把以上的刀具在做往返運動,同時應(yīng)該要與其相對應(yīng)的另外一片刀片形成相對應(yīng)的切割過程。這種結(jié)構(gòu)切割器的優(yōu)點是能夠借助選取合適的刀具的各項參數(shù)來應(yīng)對各種各樣的工作環(huán)境（列如水草的莖稈的直徑，莖稈的韌度不同等）。前刀具和側(cè)面刀具在選取和設(shè)計結(jié)構(gòu)時，一般由兩種常用的方式，一種是前刀具和側(cè)刀具設(shè)計為整體式，裝配時形成一個帶弧度的U型設(shè)計。這種結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點是裝配后，整個切割器形成一個整體，因此一個動力源就足夠帶動切割器正常工作，但缺陷也很明顯。這種結(jié)構(gòu)對刀具的材料，刀具的強度，刀具的安裝精度的要求十分之高，且故障之后維修成本高，非常不便。另一種是前刀具與側(cè)刀具完全分開的分離式，這種結(jié)構(gòu)裝配時，只需要將前刀具與側(cè)刀具分別安裝在刀架子上面，這種形式的的優(yōu)點是前刀具的長度就是這臺水草收割機的割副，因此設(shè)計收割的割幅很方便，對刀具的材料的硬性要求也沒那么高。缺點是這種結(jié)構(gòu)需要前刀具和側(cè)刀具必須要配合才能正常運轉(zhuǎn)。由于這個要求，我們需要至少有兩個動力源，這樣才能使得刀具正常運轉(zhuǎn)，這給動力的合理分配帶來極大的不便利，而且兩側(cè)的刀具在加工和安裝的時候精度的要求很苛刻，一般的生產(chǎn)加工條件很難達成。 (2) 回轉(zhuǎn)式。此類型的切割器的主要結(jié)構(gòu)是是以旋轉(zhuǎn)的軸為中心，在軸上固定三到四片刀具，進入工作狀態(tài)時，已安裝的刀具繞著中心軸不斷旋轉(zhuǎn)，不停的收割作物。此類切割器的刀片有兩種主要的安裝方式：一種是中心傳動軸豎直裝配，并且中心傳動軸安裝在從船體上伸出的梁架上，這種安裝方式的優(yōu)點是是在船工作前進時，船體中伸出的梁繞著船體上安裝的固定端進行不斷的往返運動，可以修改船身上梁擺動的角度來改變切割幅度的大小。與此同時我們在船的主體前裝配了一個V字形的大型擋板，極大的減少了漏收的情況。此種類型的缺點也是十分明顯，由于工作時需要不斷的調(diào)整船體上的梁的角度，使得在工作時，船的重心會不停的改變，因此工作時主體會不停的抖晃。又由于船主體上裝備了V字形的大型擋板，使得行進過程中受到的阻力增大，使得要做更多的無用功。第二種是水平方向軸向安裝切割器，此類裝配方式與我們常見的水稻收割機的的滾刀相類似。工作船行進時，刀具不停旋轉(zhuǎn)繞著中心固定軸旋轉(zhuǎn)，此時滾刀在水平面方向上的長度就是收割機的收割范圍，此種類型由許多把刀具構(gòu)成，所以比較容易更換修配。同時缺點也比較明顯，收割機的滾刀中心傳動軸一定要用偏心的方式，同時此機構(gòu)工作狀態(tài)時實在水中的，因此密封性和動力源的傳輸條件要求十分苛刻。 根據(jù)切割器在船體上的安裝位置劃分 ( 1) 前置式。在船主體的前端安裝切割器，其優(yōu)勢之處是水草被切割器切斷后，船在行進中能不斷的將切割器割斷的水草收集起來，這種切割器安裝方式使得對水草的漏收的概率非常低。但其也有很大的缺陷，由于切割器的動力需要從船艙傳輸?shù)酱^，動力傳輸?shù)木€路很長，所以剛性軸不適合這種工作。而且在工作的過程中，刀具遇到韌性較為大的水草容易發(fā)生卡槽轉(zhuǎn)堵的情況。 ( 2) 后置式。在船主體的后端安裝蘆葦收割器，其優(yōu)勢之處是在船體拖動切割器工作，當(dāng)切割器碰到比較難以處理的水草，可以憑借船體前進時產(chǎn)生的慣性力將水草拉起。因為切割器安裝在船體的后端，所以切割的水草比較難處理，我們無法做到很好的將收割后的水草收集起來，容易污染水質(zhì)。且我們需要在水草中工作，導(dǎo)致需要花費更多的無用功。 ( 3) 側(cè)置式 。在船體的一側(cè)邊裝配蘆葦切割器，主體在行進過程中，收割器就能很自然的將水草收割。這種裝配方式只需要一個動力源，動力不需要其他的花費，都很集中，一般適用于水草生長的很茂密的地區(qū)。缺點也很明顯，這種收割方式就只能用一邊收割，所以等待切割的水草區(qū)域邊緣必須要有沒有水草存在的地方，用來方便船的主體行進，不然的話船主體需要用來前進的動力會超過估計，多做許多無用功。收割范圍受到船體的極大影響，不利于做出適應(yīng)環(huán)境的改變。一旦切割機卡主轉(zhuǎn)堵，很容易引起船體的不平衡，甚至發(fā)生翻船，危險性較大。 根據(jù)作業(yè)形式劃分 ( 1) 割收連續(xù)式 。一般多運用在將切割器裝配在船體前端的情況下，在完成水草的收割后，已經(jīng)安裝好的收納裝置，將收割物收集起來。其優(yōu)勢是能夠在收割時同步進行水草的收集打捆等的其他工作，很大的加快了工作進度，提高人工效率，而且不會產(chǎn)生對水質(zhì)的污染。其缺陷也是很大，我們需要較高的動力輸出來同時完成收割和打包兩項工作，因此其結(jié)構(gòu)也十分復(fù)雜，較難維護和修理。 ( 2) 割收分開式 。一般運用在收割機裝配于船主體側(cè)端和后面的場合下。其優(yōu)勢是，只要用主機將收割物收割，所以結(jié)構(gòu)簡易，所需動力源不需要太大。缺陷也很顯著，由于是分開的收割方式，不能很好的連續(xù)的將水草收集起來，只能靠人力或者其他輔助機械，提高了其他成本，由于人力的加入導(dǎo)致效率降低。 根據(jù)推進器的形式劃分 ( 1) 螺旋推進器式 。最重要的部分是其螺旋槳，一般的場合，螺旋槳式的推進器都是裝配在水下的船尾處。其優(yōu)勢是動力強勁，傳輸能力高。缺點是螺旋槳式一般要求吃水深，一般不適用于內(nèi)陸淺水水草區(qū)，而且還必須配備方向舵來操控轉(zhuǎn)向工作。 ( 2) 明輪推進器式 。一般是靠安裝在船體上的明輪旋轉(zhuǎn)帶動蹼板與水相互作用推動船體。其優(yōu)勢是明輪的裝配方式十分得靈活，能夠裝在船體的前面后面甚至是中間。而且明輪的位置能夠視我們的具體的工作環(huán)境做出相應(yīng)的調(diào)整。且明輪類的運輸也是相當(dāng)?shù)姆奖?，在必要時我們可以在明輪上對應(yīng)的輔助部件即可完成船體的陸地行進。其缺陷是也十分的顯著，明輪式的所需要的動力更高，但是與之相對應(yīng)的便是其令人感到尷尬的傳輸效率。 ( 3) 空氣螺旋推進器式。此種形式以壓縮空氣來用作船主體的動力源，以借用反作用力使得船體行進。其優(yōu)勢非常突出，動力源原料為壓縮空氣，不存在缺少動力源這一概念，同時也不會對環(huán)境造成污染和傷害。缺陷即是我們用來做動力的壓縮空氣的壓縮比很大，以現(xiàn)在的技術(shù)固然能夠做到，但是大大增加了其成本。 根據(jù)船體劃分 ( 1) 單體船式 。我們可知一般的單體船的的優(yōu)勢就是其超出一般的排水量，以及相對于排水量來說較小的吃水深度。而且單體式的船艙也能夠用來當(dāng)作收集水草的倉庫，大大減少了我們對其他輔助工作船只的需求。這種單體船式適用于連續(xù)工作的情況。而伴隨著單體船式的便是其較于其他船樣式較為差的穩(wěn)定性。 ( 2) 雙體船式 。雙體船式與單體船式相比具有更高的穩(wěn)定性與更好的操作性，但是其有相對較小的排水量與更大的吃水深度。但是雙體船式不能進行連續(xù)的收割任務(wù)，而且需要其他的輔助工作船來處理收割的收尾任務(wù)，列如收集，打捆等。 根據(jù)作業(yè)對象劃分 ( 1) 近海水草式。主要收集近海水域的藻類水草。針對近海水草我們一般對收割船的要求就比較高了。這種近海水草收割機前提是必須要有較大的動力與功率，要有較大的船主體，尤其是排水量方面要求更高。但是近海水草收割機不需要強制裝載水草收納裝置或者水草放置倉。因為近海水草收割機可以將水草沉到水底?？紤]到這是近海收割，我們必須要在船上配備相應(yīng)的消防設(shè)備與救生裝備，鑒于海水腐蝕性較高，所以船體的材料還必須具有一定的耐腐蝕能力。 ( 2) 內(nèi)河水草式。內(nèi)河水草式相對近海水草式就來的更為復(fù)雜了，設(shè)計其的目的一般是針對內(nèi)陸地區(qū)較為復(fù)雜的江河、湖泊和濕地淺灘等的水域。這類水域的情況都比較復(fù)雜，而且需要將對環(huán)境的影響納入考慮之中，所以收割后對水草的收集和打撈也是個迫在眉睫的需求。因此在設(shè)計內(nèi)河水草式收割機時，我們一定要在船體上設(shè)計安裝相應(yīng)的打撈收集收納裝置，這樣一來內(nèi)河水草式的相關(guān)結(jié)構(gòu)就比較繁瑣了。 根據(jù)各工作部件的控制方式劃分 ( 1) 機械控制式。機械控制式機構(gòu)需要機構(gòu)間各個操作員相互間合作靠人工調(diào)整來保證工作過程的完成。其優(yōu)勢是船體的整體質(zhì)量降低，不需要額外的輔助機構(gòu)，因此此類型的造價較低而且便于維護修理。缺點是對操作員的個人能力要求比較高，要求其能夠熟練掌握操作技術(shù)。 ( 2) 液壓控制式 。液壓控制式中最重要的部分就是液壓泵和液壓馬達與其他相關(guān)各機構(gòu)相互聯(lián)動。液壓控制式相對機械控制式的自動化程度要高出很多，所有的工件的正常工作只需要在控制室中操作即可，對操作工的個人要求較低。但是液壓控制式中的重要部件液壓泵等的都在長期在水中工作，所以液壓元器件的耐腐蝕性和防水性能要求很高。 1.2.2水草收割機的特點 ( 1) 液壓控制。目前市場上的大多數(shù)水草類的收割機都是都是采用液壓控制的方式來實現(xiàn)對明輪的正常工作，切割機的運作和傳送帶的升降的監(jiān)控和操作的。液壓控制能夠?qū)崿F(xiàn)相關(guān)運動過程的無級變速，更加便捷有效地操控切割機和明輪的工作速度。 ( 2) 明輪驅(qū)動。目前市場上的大多數(shù)水草類收割機的驅(qū)動裝置都是選用明輪。而且與預(yù)想的不一樣，多數(shù)的水草收割機都是將明輪安裝在船體的尾部而不是中間段或者前端。而且目前只有SGY——2.5這種水草收割機充分的考慮到了工作過程中會遇到的各種情況，所以它的明輪安裝是比較柔性化的，可以依據(jù)需要調(diào)整安裝。 ( 3) 往復(fù)切割。市場上的基本上都是采用的往返式切割器，而且基本都是在船體的前部安裝，但也有極少數(shù)是安裝的回旋式的切割器，回旋式的可以避免出現(xiàn)纏繞刀具的問題。 ( 4) 輔助設(shè)備。目前一般的水草收割機械在工作時都是需要有其他相關(guān)的輔助機械的幫助才能完成整個的工作流程。一般的輔助機械都有像收納裝置、傳送帶、拖船等的。 ( 5) 單體船。當(dāng)我們將船體的排水量及其承載能力還有船體的穩(wěn)定性考慮在內(nèi)，又考慮到這些所有的收割機都屬于大型機械，所以船體的維穩(wěn)能力是可以保證的。 ( 6) 功耗大。目前市場上的大都是由多臺輔助機械相配合完成工作過程的，所以我們所需要的功率消耗十分的大（一般都是十三千瓦以上），最大的有將近一百千瓦。 ( 7) 造價高。多臺輔助機械與液壓部件協(xié)同運作，極大的提高了水草收割機的成本。 ( 8) 外型大。此船體需要的河道轉(zhuǎn)矩大約在6米上下，要有多人一起工作。 ( 9) 割深可調(diào)。一般我們使用的水草類收割機的收割深度都在一米七或者以下可以調(diào)節(jié)，普遍的割幅一般都在兩米左右。 ( 10)維修不便。單體船體型都較大不易運輸和維修。 1.3蘆葦收割機械國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 蘆葦收割機雖然在國內(nèi)也不是很常見，但是到目前為止也有一部分的企業(yè)已經(jīng)踏入這個領(lǐng)域，而且已經(jīng)取得了相當(dāng)可觀的成果。比如首都水利局與其他數(shù)家單位聯(lián)合開發(fā)的SGY-2.5蘆葦收割機，也是國內(nèi)比較出名的蘆葦收割機的典型設(shè)計了。還有比較常見的WH1800清掃河道機，GC2230型河道清掃保潔船及GC2000型小型河道割草機。 經(jīng)過了五十多年的探索研究，蘆葦收割機的發(fā)展趨勢已經(jīng)由最開始的只能進行單獨的靠岸邊收割作業(yè)到現(xiàn)在不但能進行大規(guī)模的水域收割作業(yè)而且還能進行連續(xù)收割、收集收納，打捆的流水線工作方式，現(xiàn)在的工作效率比起半個世紀前已經(jīng)大大的提高了?，F(xiàn)在的水草收割機的功能越來越人性化，而且呈更加智能化小型化發(fā)展，工作方式相信將來只會越來越便利。 水草收割機普遍由驅(qū)動器、刀具、動力源、輸送裝置、收納倉、船主體等組成。在對市場上最常見的各種水草收割機的觀察比較和較為詳細分析對比之后,依據(jù)其工作方式、主工作環(huán)境，工作狀況，主要部分的結(jié)構(gòu)特點等。我們根據(jù)現(xiàn)有的以及收集的資料決定研究設(shè)計一種能夠適應(yīng)于內(nèi)陸地區(qū)相對復(fù)雜的湖泊、河灘等的小規(guī)模潛水區(qū)域的蘆葦收割機?，F(xiàn)在市面上比較多的是大型的蘆葦收割機這種類型，能適應(yīng)小型水域的還是比較少的，希望這種小型蘆葦收割機能彌補這種空缺，并能夠有效的替代河道濕地等小規(guī)模地區(qū)的人力收割工作，降低工人勞動強度，有效地提高工作效率。 1.4蘆葦收割機械國外發(fā)展現(xiàn)狀 相對于國內(nèi)的起步較晚的水草收割機領(lǐng)域，許多發(fā)達國家對于農(nóng)用水草收割機的研究走在前列。比如像荷蘭等的農(nóng)業(yè)大國早在上個世紀五十年代中期就開始了相關(guān)方面的研發(fā)，隨后便建造了專門的工程設(shè)備來進行河道的除草清淤。后來荷蘭的赫爾德機械制造廠就研制出了現(xiàn)代水草收割機的原型——陸用收割機。一開始他們只是將切割器裝配在在農(nóng)用拖拉機上，將水溝，河灘內(nèi)的水草收割后，再由人工打撈起來后晾干。工作時，需要拖拉機靠近岸邊，極不方便，隨后能在淺水區(qū)進行水草收割的新型收割機便應(yīng)運而生了。到了60年代中期，英國的兩家機械公司分別開發(fā)了新的系列產(chǎn)品。四十多年來，這些產(chǎn)品至今還在世界各地廣泛使用。 2 方案對比及選擇 這次畢業(yè)設(shè)計主要是針對小型蘆葦收割機的切割器做一個詳細的機構(gòu)設(shè)計 2 .1總體方案 由于要在水面作業(yè)，設(shè)計整體安放在船殼內(nèi)，根據(jù)設(shè)計任務(wù)書要求外形尺寸： 1800mm × 2 600mm ×3 400mm，船可用厚度6毫米的Q235鋼板焊接成，并保證不得漏水，船的前部位切割工作部位，中間為作業(yè)和存放割好的蘆葦?shù)牡胤?，船的尾部安裝有推進系統(tǒng)，推動船的前進，并設(shè)計有操控系統(tǒng)，可以控制船的轉(zhuǎn)向，另外設(shè)置有照明系統(tǒng)，以便方便作業(yè)。船上還設(shè)計有打撈輸送機，把切割下來的蘆葦收集大撈后輸送到船艙內(nèi)，船艙裝滿后，送到固定的地點存放，船的整個動力系統(tǒng)來源于采用發(fā)電機帶動，而其余整個分系統(tǒng)工作的動力則采用電機傳動，減化聊傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，便于操作維護。船的總高2600，設(shè)計吃水深度為1200，設(shè)計時要安阻力最小考慮設(shè)計船體的形狀，同時要充分考慮安全性，兼顧人的舒適感，創(chuàng)造一個宜人的工作環(huán)境。 2 .2剪切方案對比及選擇 蘆葦切割部分可以參考修剪類的機械結(jié)構(gòu)，闡述如下： （一）修剪機械的分類 1. 依照刀頭和修剪機械本身的相對位置劃分。常見的有前置式、中置式、側(cè)置式與后置式。 2． 依循工作裝置和收割方法。常見的有分旋刀式、滾刀式、甩刀式和剪刀式等等。而旋刀與滾刀式的刀頭能夠裝配在修建機械的任何方向，但甩刀式與剪刀式刀頭普遍的運用于前置與側(cè)置式。 3． 依照人操控的部分的結(jié)構(gòu)可以分為手扶式、手推式、騎乘式與剪草式。一般我們生活中常見的是手推式與騎乘式。常見的手扶式與手推式的修剪高度大約三十到七十公分，而騎乘式與剪草拖拉機的修建高度都在七十到五百公分。 （二）修剪機的介紹 1．滾刀式收割機 這種類型的雜草收割機一般用于較為平坦，不存在明顯傾斜度的的草地。這種雜草收割機一般適用于只需要低修剪的草地。其修剪后的效果取決于刀具上的刀片數(shù)量、滾刀轉(zhuǎn)動速度。 2．旋刀式收割機 此類型沒有滾刀式對工作環(huán)境的要求那么高。常見的草地都是可以用這種雜草收割機就行修剪工作的，但是這種修剪質(zhì)量比不上滾刀式。但其對工作情況需求較低，而且造價相對來說要便宜許多，所以旋刀式現(xiàn)在在市場上還是占有一大半以上的份額的，相對比其他類型應(yīng)用廣泛的多。 3．甩刀式與剪刀式收割機 這兩種割草機都是用來修剪雜草和小型灌木類的。 4．甩繩式割草機 主要式用發(fā)動機帶動尼龍繩或者鋼絲繩高速運動形成一個高速切割帶。這種割草機多用于小型花壇的修繕，由于體型都較為小巧，所有環(huán)衛(wèi)等的多用這種割草機。 綜上所述，采用剪刀式剪草機方案如圖2—1， 圖2—1 1、割刀總成 2、固定桿 3、搖桿 4、銷軸 5、銷軸、 6、偏心輪 7、主軸 2 .3傳動方案對比及選擇 1 帶傳動：機構(gòu)簡潔，易于修繕與更換，沒有過多的動力損失，但是容易老化和磨損。 2 同步帶傳動：工作效率高，同時成本也相對較高。 3 鏈傳動：傳輸牢靠，可以調(diào)整中心，易裝配與日常維護，但占地較大。 4 齒輪傳動：能夠傳遞較高的動力，但是噪音較大。 5 蝸輪蝸桿傳動：能傳遞較高的動力，但工作效率不高，而且很容易引起工件過熱。 結(jié)合本次設(shè)計設(shè)備使用實在野外使用，工作環(huán)境較為惡略，同時考慮到三角帶傳動更換容易，成本低故本次設(shè)計采用三角帶傳動 2 .4動力系統(tǒng)方案對比及選擇 動力系統(tǒng)分為一次動力和二次動力一次動力分為內(nèi)燃機、汽輪機、水輪機多用于固定工作地點，二次動力分為電動馬達、氣動馬達、液壓馬達，本次采用二次動力，其中為了使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單成本低，采用柴油發(fā)動機帶動電動馬達作為動力。 3 參數(shù)的確定 采用皮帶傳動，傳動路線：電機皮帶輪 皮帶 軸 主要性能參數(shù)： 額定功率： 17.7（Kw） 割副：1 500mm 整機質(zhì)量：約400kg 割茬高度：60~90mm 外形尺寸： 1 800mm × 2 600mm ×3 400mm 生產(chǎn)率：0.4~0.55hm2/h 行走速度：3.36km/h=3360/3600=0.93（m/s） 最小離地距離：100mm 最小轉(zhuǎn)彎半徑：4~4.5m 3.剪刀式切割裝置 3.1 切割器的類型和構(gòu)造 往返式切割機一般可分為普通型，也常稱為單刀距行程型；雙刀距行程型和低割型。此種分類方式是按照切割器的切割行程，兩動刀片之間的距離與固定刀片間的距離來劃分的。我們常見的小麥水稻收割機就是屬于普通型的?，F(xiàn)在國家的對往返式切割機有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型三種標準GB1209~1213—75。 我們常用的就是標準Ⅱ型。一般它的組成部分有動刀片、護刃器、壓刃器、摩擦片等組成。護刃器的尖端有護舌，我們一般將定刀片鉚接在護刃器上。進入工作狀態(tài)時，護舌和定刀片一起對收割物的莖稈進行支撐。曲柄或者擺環(huán)驅(qū)動動刀片，進行往返收割，使得動刀片與定刀片形成一個相對穩(wěn)定的剪切副。 一定數(shù)量的齒刃刀片按照一定的排列和順序鉚接在刀桿上就組成了我們的動刀片，一般機械中都是將驅(qū)動連桿和刀頭板用球鉸相連接，也有情況是將彈性連桿與刀頭板直接固定相連。。標Ⅲ型切割器無摩擦片，動刀刀桿直接在護刃器導(dǎo)槽內(nèi)滑動。 小型收割器（）由動刀、護刃器、壓刃器和上下摩擦片組成。其中動刀片、定刀片和刀桿采用的Ⅲ型動刀片、Ⅱ型定刀片和Ⅰ型刀桿。動刀片鉚在刀桿下方，工作時動刀片后部貼抵在下摩擦片上，刀桿在上摩擦片和壓刃器間滑動。 3.2 切割原理 動、定兩刀片剪切莖稈的首要條件是應(yīng)能夾住或咬住莖稈，不致滑脫，以進行穩(wěn)定的剪切。對于光刃動刀片和光刃或齒刃定刀片，必須滿足下述條件： 式中 ，—動、定兩刀片的刃口斜角； —兩刃口夾住莖稈的臨界角； ，—動、定兩刀片分別對莖稈的摩擦角。 由于禾株根部受土壤支撐，切割時，隨著切割高度的不同，田間實測的各λ值也不同。對小麥，雙光刃刀片；光刃動刀片和齒刃定刀片。小麥割茬越低，值越大，割茬為時，值可達49 對于齒刃動刀片，由于齒尖首先刺入莖稈表皮和韌皮圈而將莖稈咬住，立即進行穩(wěn)定剪切。對小麥莖稈懸空時的夾住臨界角（至少也為）。 當(dāng)齒刃的齒尖切割入收割物的莖稈時，齒刃的兩側(cè)刃隨即被帶動開始切割莖稈。隨即由齒的兩側(cè)刃對莖稈進行滑切。由于齒距小于莖稈直徑很多，等于用幾支小利劍對莖稈進行刺切，因此剪切干凈利索而且省力。齒刃的滑切線比光刃線長。 無論是光刃或齒刃刀片切割器，要得到良好的切割質(zhì)量，切割省力、省功和切割器持久耐用，必須保證：1）動、定兩刀片，特別是動刀片要有較高的強度、剛度和銳利度（刃口厚度應(yīng)為20μm，必須磨刃）；2）齒刃有較好的刺切和滑切作用，以及自磨刃作用；3）動、定兩組刀片之間要有相對合適的間隙，對其的制造精度與裝配精度一定要做到符合國際標準；4）動刀有足夠的平均速度；5）動刀安裝良好，不松不緊，用手（）刀能移動。 3.3 切割器零件的選取 （1）動刀片 國標動刀片（）一般呈六邊形，一般由碳素工具鋼，鋼高頻等溫淬火制成，也可采用鋼滲硼制成。刀的兩邊刃口多用塑性變形法（滾壓、沖壓或擠壓）或洗齒法在刃頂面或底面制成齒紋。用塑性變形法制出的齒紋耐磨性較好，強度也較高。 （2）定刀片 國標Ⅱ型定刀片（）一般呈矩形，前端突出成舍形，兩邊無齒紋。采用碳素工具鋼、鋼高頻等溫淬火或號、鋼滲硼，號、鋼氣體碳氮共滲工藝制成。國外亦有采用鍛鋼護刃器代替定刀片，其護指兩邊形成刃口，經(jīng)熱處理后，硬度可達。 （3）刀桿 國標Ⅰ型刀桿（）由號冷拉扁鋼制成，斷面為。 （4）護刃器 Ⅱ型護刃器W為雙指式（），護刃器尖頂部安裝有護舌，切割時護舌與護刃器形成對莖稈的雙支撐。兩側(cè)有支翼，使相鄰兩護刃器接觸牢靠，由可鍛造鑄鐵鍛造而成。由于耐沖能力不理想，而且很難達到相應(yīng)的制造精度，國外已開始采用鍛鋼護刃器（含碳C為，含錳），以其兩側(cè)刃口代替定刀片，刃口硬度可達，具有相當(dāng)高的硬度。 （5）壓刃器（） 用號鋼、鋼或可鍛造鑄鐵制造。主要摩擦面所要求的熱處理硬度為。兩相鄰壓刃器的間隔距離大約為動刀行程的五倍，或者每隔4~5個動刀片安裝一個壓刃器。 （6）摩擦片（） 由或鋼制成，或用冷拉摩擦片專用型鋼。熱處理后，其硬度為。 （7）護刃器梁 護刃器梁不是標準件，一般依照其他相關(guān)機型的經(jīng)驗進行選取，此處選角鋼。 3.4 切割器驅(qū)動機構(gòu)的選取 切割器動刀的驅(qū)動機構(gòu)有曲柄連桿、曲柄滑塊和擺環(huán)機構(gòu)三類。其中曲柄軸又有臥軸式和立軸式兩種。曲柄連桿機構(gòu)又分為簡式和組合式等。設(shè)計時根據(jù)空間位置和傳動布置要求選用。 通過曲柄連桿機構(gòu)組建的往復(fù)式切割器，由于內(nèi)在機構(gòu)的運動會產(chǎn)生相對不均衡的力，及其他缺陷例如易造成零件的老化，易產(chǎn)生形變等。我們將這種機構(gòu)排除。 由擺環(huán)機構(gòu)組成的往復(fù)式切割器，其主軸為橫臥式，與割刀平行，其一端斜套著圓盤或偏心套，圓盤孔的軸線與主軸軸線成α角，彎端上固定著圓盤。圓盤或偏心套的外周通過滾珠套著擺環(huán)，擺環(huán)的兩銷柱上鉸接著擺叉軸的叉架。擺叉軸前端的擺臂通過短連桿（或彈性短桿）驅(qū)動割刀。主軸軸線、擺叉軸線和擺環(huán)銷軸線三者交會于一點。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，占空間小，連桿長度小，重量輕，產(chǎn)生慣性力小。 通過比較，本機器驅(qū)動機構(gòu)選取擺環(huán)機構(gòu)。 4切割電機的功率計算及選型 參考小麥收割機，切割器功率包括切割功率和空轉(zhuǎn)功率兩部分，即 （3-5） ??? 式中 ——整體行駛速度（）； ——機器割幅（）； ——切割每m2面積的莖稈所需功，經(jīng)測定：割小麥.m/m2,??； ——和收割器的安裝時使用的技術(shù)有關(guān)，通常每米割幅要轉(zhuǎn)換功率?？紤]到在水下切割阻力較大取。 查電機手冊取電機為Y?112 -6?? 功率:?2.2? KW級數(shù)：8極??????????????????? 轉(zhuǎn)速：700轉(zhuǎn)?? 電壓： 380V??????????????? 電流：5.6A??? 效率： 80.5%???????????????功率因素：0.74cos 能效等級： 3極????????????? 防護等級：IP44?? 絕緣： B極??????????????? 工作制：S1? 5.傳動系統(tǒng)相關(guān)計算及張緊裝置的設(shè)計 5.1 V帶傳動的設(shè)計 帶傳動機構(gòu)相對簡單，且傳輸能力優(yōu)秀，而且成本相對較低日常的維護修理更換都比較方便。所以市場上的水草收割機大都使用帶傳動。 摩擦型帶傳動有較大承載能力，工作噪音小，但是傳動會出現(xiàn)誤差；同步帶傳動可保證傳動同步，可是對工作承載能力有限，而且工作噪音大。 電機 轉(zhuǎn)速： 傳動比： 假設(shè)每天運轉(zhuǎn)時間： 1.確定計算功率 查表得工作情況系數(shù) = 2.選擇V帶帶型 根據(jù)、查得最適合的帶型為A型 3.確定帶輪基準直徑 從主動輪參考直徑體系中選擇，從動輪參考直徑是 驗算帶的速度 因此所選帶的速度合適。 4.確定中心距a和帶的基準長度 按照首次保證中心距，a計算出帶的參考長度： 從V帶的參考長度系中選擇參考長度： 計算實際中心距a 5.驗算主動輪上的包角 = 大于120度合格。 主動輪包角合適。 6.計算V帶的根數(shù)z 根據(jù),,查表得 ，kw，，, 代入數(shù)值，得 7. 計算單根帶的張進力=180.23N （1） 8.計算軸上壓力Q =1440.7N 5.2 V帶傳動張緊裝置 帶傳動憑借帶與帶輪間的摩擦力來傳遞運動和功率的，在安裝這兩者的時候，就必須讓它們間存在一定的壓緊力。經(jīng)較長時間的使用，由于帶長期受拉力作用，將會發(fā)生永久變形，伸長后的傳動帶，減少了與帶輪間的摩擦力，回使傳動能力降低，時常出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，為保持應(yīng)有的張緊力，減少打滑，需要用張緊裝置來調(diào)整。 常用張緊方法： 1，利用導(dǎo)軌（滑槽）來調(diào)節(jié)帶的張緊力程度， 2，利用擺動調(diào)節(jié)的座架來調(diào)節(jié)。 3，利用浮動的擺動架自動調(diào)整， 4，利用張緊輪定期調(diào)節(jié)帶的張緊力。 本次設(shè)計采用1的方法調(diào)整帶的張進，簡圖5.2.1如下 圖5.2.1 在電機調(diào)整座的底板上有兩個孔用螺栓將其固定在收割機底板上，在電機調(diào)整座的上面安放電動機，電機對應(yīng)的地腳孔下面為長槽孔，以便電動機在其上滑動，在其右端有頂絲，頂在電動機的地腳板上，當(dāng)需要移動電動機時，松開電動機固定螺栓，調(diào)整頂絲電動機移動到合適位置時，固定電機固定螺栓，三角帶被張緊。 5.3軸的設(shè)計 5.3.1軸的應(yīng)用與分類 軸是這一整個機構(gòu)中很關(guān)鍵的部分之一，我們需要其來傳動和支撐其他工件平穩(wěn)正常運行。同時，動力由擺環(huán)軸通過擺桿軸傳遞給割刀，使其在轉(zhuǎn)矩的作用下帶動割刀往復(fù)運動。 由于軸上還要裝配軸承，軸承還要軸向定位，軸承用的是農(nóng)機上專用的軸承不需要用階梯來進行軸向定位。由于此軸的傳動是往復(fù)運動，所以軸做成直軸。同時擺環(huán)與刀頭搖臂距離較遠，軸要做的很長，為了防止軸過重而造成軸的自然彎曲，我們采用空心軸，這里我們選用擺桿管軸分別和擺桿軸頭與擺叉軸頭焊合的方法制成擺桿軸。此軸要通過扭矩傳遞動力給刀頭搖臂，所以在擺桿軸頭端部還開有鍵槽。刀頭搖臂通過擺動帶動刀頭往復(fù)運動，最終帶動割刀往復(fù)運動。 5.3.2軸的材料及結(jié)構(gòu) 根據(jù)要求我們需要使用到下列這些軸：轉(zhuǎn)軸、心軸、傳動軸、花鍵軸與空心軸。 這些軸的作用都不盡相同，我們在這也就不一一贅述了。一般來說我們的軸都是使用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼最為主要材料的，用的最多的還是要屬45鋼。而相對這個機構(gòu)中沒有充當(dāng)太過重要角色的軸我們一般用Q235、Q275等普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，承受負載較大并且大小受到限制的軸，我們考慮使用合金結(jié)構(gòu)鋼。承受較大載荷的選取調(diào)質(zhì)鋼。 截面比較大且在機構(gòu)中作用很大的軸一般選取鉻鎳鋼；用耐熱鋼和不銹鋼充當(dāng)在高溫和腐蝕條件工作的軸的主要材料。在普遍的工作條件下，我們一般不選取合金結(jié)構(gòu)鋼的。 5.3.3軸的最小直徑計算 首先按下式初步估算軸的最小直徑，選取軸的材料為號鋼，調(diào)質(zhì)處理 （3） = （4） —查表取為； —輸出軸上的功率； —軸的轉(zhuǎn)速 ; 取三角帶的效率，由電動機功率 則 （5） 由上式得 dmm （6） （7） 取整取。 5.3 .4 軸強度校核 軸的材料為45號鋼，按類載荷計算，其許用彎曲應(yīng)力為:。危險截面的當(dāng)量彎矩M為： 所以： ；N 0 式中： —危險截面彎矩；N —根據(jù)扭矩性質(zhì)而定的折合系數(shù)；取 —扭矩；其中， —危險斷面到軸承支撐點的距離；; —軸的轉(zhuǎn)速； 當(dāng)電動機通過三角帶帶動安裝在主軸上的主機輪旋轉(zhuǎn)，通過兩個軸承傳遞給安裝在主軸另一端的偏心輪上，帶動偏心輪旋轉(zhuǎn)，同時偏心輪給主軸一個扭矩電動機功率，三角帶傳動效率， TN.m 由（2）得 N.m （10） M N.m （11） Pa=0.413MPa＜ （12） 根據(jù)校核結(jié)果得出結(jié)論：軸截面安全 6 軸上軸承選擇 軸承的選擇有很多種，在這里我們要考慮到多方面的因素。主要還是看軸承在整個工作系統(tǒng)中承擔(dān)什么樣的作用。 在水草收割機中，軸除了主要承受徑向力外，還承受一定的徑向力，所以選擇圓錐輥子軸承，軸的直徑為45所以選擇31309 軸承，如下圖 7 軸的加工工藝設(shè)計 7.1軸的設(shè)計 該零件為割刀往復(fù)運動傳遞動力。該零件的各部分的作用及技術(shù)要求如下： 1、最前端的一段軸上一個鍵是與刀頭搖臂固定連接，表面粗糙度3.2可以滿足要求； 2、中間安裝軸承，沒有特殊的精度要求； 3、最右端的軸頭與擺桿軸連接，為割刀提供動力； 4、工件材料為圓鋼，熱處理硬度為。 7.2 軸的工藝過程 該零件的配合表面除本身滿足精度和粗糙度要求外，對軸線的徑向圓跳動和圓柱度也有一定的要求，根據(jù)對各表面的具體要求，可采用如下加工方案： 粗車 半精車 熱處理 粗磨 精磨 軸的鍵槽，可以用鍵槽銑刀在立式銑床上銑出。 加工完成后的圖片尺寸為： 圖 7.2.1 由《機械制造工藝學(xué)》[10]查得，精磨余量為，粗磨余量為，半精車余量為，粗車余量為。 經(jīng)計算，該零件毛坯示意圖如圖7.2.2： 圖 7.2.2 小批生產(chǎn)中，其工藝過程可制定如下： 一 鑄件 1、銑端面，保證長度； 2、打中心孔。 二 粗車 粗車外圓表面使其軸肩分別為和，及焊合處的，的軸端。如圖， 三 半精車 半精車和46mm，及焊合處的，的軸端。如圖7.2.3， 圖 7.2.3 四 銑鍵槽 粗、精銑鍵槽至，槽深。，槽深 如圖7.2.4， 圖 7.2.4 五 熱處理 調(diào)質(zhì)處理，。 六 粗磨 1.粗磨至；粗磨至 2.兩端倒角。如圖7.2.5， 圖 7.2.5 七 精磨 精磨止最后要求尺寸，檢驗入庫。 8結(jié)論 本次設(shè)計對蘆葦收割機國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀進行了論述，并對設(shè)計方案進行聊對比論證，相關(guān)參數(shù)的確定，傳動系統(tǒng)相關(guān)設(shè)計計算，并運用CAD畫圖軟件對總裝和相關(guān)零件繪制了CAD圖紙，總之本次設(shè)計綜合運用了大學(xué)4年所學(xué)的知識，是一次提升和升華。 蘆葦收割機的需求現(xiàn)在越來越高，并且在可預(yù)期的的將來，我們所設(shè)計的小型蘆葦收割機的將成為這一機械的趨勢，呈現(xiàn)出更加的小型化與智能化，更加方便得進行操作運輸?shù)雀鱾€方面。 這次的設(shè)計由于知識儲備和自身的水平有限，仍然存在著許多不足，主要的研究方向是蘆葦收割機的收割結(jié)構(gòu)以及驅(qū)動部分，對整個機構(gòu)的控制系統(tǒng)及實現(xiàn)沒有進行過多的討論，需要在今后進行更加深入的研究，不斷的完善系統(tǒng)。整個的機構(gòu)的銜接部分可能會出現(xiàn)一些缺陷，如何獲得更加高效的傳動比，更高的傳輸效率，使用什么樣的燃料，使用什么樣的智能操作系統(tǒng)會更加的適用于我們所設(shè)計的小型蘆葦收割機等這些問題，可能這就需要我們以后要花費更多的時間了解其他相關(guān)資料去相應(yīng)的解決這些問題了。 致 謝 這次的畢業(yè)設(shè)計是從已有的蘆葦收割機為原型，根據(jù)我們現(xiàn)有的需求對其進行改進升級的一次實驗性的改造，這次的設(shè)計或多或少都會有些缺陷，希望老師能夠發(fā)現(xiàn)并給予指導(dǎo)修改意見。 這一學(xué)期在這次設(shè)計上，我們傾注了巨大的心血和汗水。現(xiàn)在眼看著已經(jīng)完成了，心里感到十分的滿足。在陳鳳騰老師的嚴格要求和悉心指導(dǎo)下，我們充分利用了自己所學(xué)的專業(yè)知識與專業(yè)技能，并將其很好的運用在整個設(shè)計的過程中。經(jīng)過這次的設(shè)計，我們對自己的所學(xué)有了更充分的了解，更好的掌握了大學(xué)期間的專業(yè)知識，能夠?qū)⑺\用于實踐。在校期間，陳鳳騰老師對我們的精心指導(dǎo)和無私的關(guān)懷，讓我們受益匪淺。在此，我們向陳鳳騰老師表示深深的感謝和崇高的敬意。 參 考 文 獻 [1] 秦四成編著. 工程機械設(shè)計 [M]. 北京：科學(xué)出版社，2003. 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