1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 往复式牧草切割机的 设计 所在学院 专业班级 机械设计制造及自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘 要 大力发展畜牧业机械化是我国现代农业发展的必要条件之一，只有使畜牧业实现机械化，才能真正提高农业收入，对于北方农业尤其重要，使人 民的生活水平得以改善。在畜牧业中牧草的种植，收割，存储等技术都需要改进和完善，农牧民急需性能可靠，价格适中的机械设备，来代替手工操作，从而提高效益，增加收入。 在牧草切割机技术方面，割草机的种类少，构造复杂，维修使用不方便，价格高，基于此本论文对往复式牧草切割机进行了设计和分析。 本论文首先讨论
2、了割草机的理论研究和进展，阐述了国内外割草机的发展历程，例举了近几年国内对割草机的研究状况和当今产品的性能特点，并提出了我国目前割草机技术的不足和发展趋势。 其次经过刷选确定了收割机的基本结构，往复式牧草切割机的主要 构件（切割机行走轮，凸轮， V 带，带轮，齿轮，轴）及切割器的设计，并计算切割机各个构件的主要技术参数，再对设计进行校核，用 CAD 和 ProE 等相关软件对主要的结构进行图纸设计。在对切割器的设计过程中，着重对其割刀的运动轨迹分析，并对其结构进行详细的设计，确定构件尺寸。最后选用牧草切割机的离合器，并对切割器的安全使用和保养做了简单的说明。 关键词： 牧草；切割机；往复式；切
3、割器 II Abstract We should vigorously develop animal husbandry mechanization developing modern agriculture in our country is one of the necessary conditions, only to realize mechanization of animal husbandry, can really increase agricultural income, the north is especially important for agriculture, m
4、ake peoples standard of living can be improved. In the animal husbandry forage planting in, harvest, storage technology needs to improve and perfect, agriculture herdsman need reliable performance, price moderate mechanical equipment, instead of manual operation, so as to improve the efficiency, inc
5、rease income. In the grass cutting machine technology, the lawn mower less species, complex structure, convenient maintenance use, the price is high, based on this the papers on the grass cutter reciprocating design and analysis. This paper first discusses the theory research and progress of the law
6、n mower, this paper expounds the development of domestic and foreign lawn mower, enumerated in recent years to the research status of domestic lawn mower and the products performance characteristics, and put forward the lawn mower technology in our country at present shortage and development trend.
7、Second after brush choose determined the basic structure of the combine harvester, reciprocating forage the main component cutting (cutter wheel, CAM, V belt, pulleys, gear, the axis) and cutter, the design and calculation cutting machine components of the main technical parameters, the design was a
8、gain, check the use CAD and related software to ProE the main structure design. In the design process of cutter, and focuses on the air the trajectory analyzed, and the structure of the detailed design, make sure component size. Finally choose the clutch of grass cutting machine, and the safety of t
9、he cutter using and maintenance do simple explanation. Keywords: Grass; Cutting machine; Reciprocating; cutter III 目录 第一章 绪 论 . 1 1.1 研究课题的背景和意义 . 1 1.2 牧草切割机国内外的发展现状 . 1 1.3 割草机的概述 . 2 1.3.1 割草机的分类 . 2 1.3.2 往复式牧草切割 机的结构特点 . 3 第二章 往复式牧草切割机总体方案的设计 . 5 第三章 切割机各主要机构的设计 . 7 3.1 切割机行走轮的设计 . 7 3.2 凸轮的设计
10、. 8 3.3 切割机 V带及带轮的设计 . 9 3.4 切割机齿轮的设计 . 12 3.5 切割机轴的设计 . 14 3.6 切割机键的设计 . 15 3.7 切割机平行四杆机构的设计 . 15 第四章 切割器的设计 . 16 4.1 切割器的介绍 . 16 4.2 切割器的材料 . 16 4.3 切割器的选用 . 16 4.4 割刀剪切分析 . 17 4.5 切割器的结构 . 19 4.6 曲柄半径 r的设计 . 21 第五章 如何安全操作往复式牧草切割机 . 22 第六章 牧草切割机的保养 . 23 结 论 . 24 总 结 . 25 致 谢 . 26 【参考文献】 . 27 1 第一章
11、 绪 论 1.1 研究课题的背景和意义 地球上草原的面积约占地球陆地表面积的 1/10，而牧草不管是对于动物还是人类，在生存 法则中都占有极其重要的地位。在切割机问世之前，切割牧草的主要工具是镰刀，如在大草原上，则牛羊的野外放牧则是另一种利用牧草的方法。随着人类社会的高速发展，人们对牧草的需求量越来越大，如何高效快速收集牧草的方法和发展牧草切割的机械设备则变得越来越迫切 1。 1.2 牧草切割机国内外的发展现状 国外牧草机械已有 200 多年的发展历史， 1805 年英国人普拉克内特发明了第一台收割谷物并能切割杂草的机器，由人推动机器，通过齿轮传动带动旋刀割草，这就是旋刀割草机的雏形。 183
12、0 年，英国纺织工程师比尔 .布丁取得了滚筒割草机的专利， 1832 年兰赛姆斯农机公司开始批量生产滚筒剪草机， 1902 年 英国人伦敦恩斯制造了内燃机做动力的滚筒式剪草机，其原理至今还在使用。 20 世纪 70 年代，德国克拉斯公司发明自走式牧草压捆机，法国库恩公司发明旋转割草机等等 2。在西方发达国家，从 20 世纪初 期，牧草切割机就得到了快速的发展，从单项作业机具到成套机具，从分段作业机具到联合作业机具。而目前，国外大部分有畜牧业产业的国家（尤其是欧美各发达国家）几乎所有的农机公司都能生产牧草机械，产品品种齐全，样式多样，系列丰富。在大型牧草收割机械的发明与生产上，更是在市场 上占有
13、了极大的比例，其主要原因是技术性能优越，操作舒适可靠，在与电子计算机的应用上更是发挥的淋漓尽致 2。 国内牧草机械虽然也有所发展，从 20 世纪 50 年代，我国就开始引进国外的牧草收获技术及一部分的牧草收割机械设备 3。但由于国内畜牧机械工业在农业工业中起步比较晚，牧草收获机械存在机械设备简单陈旧，指标落后，成本高却质量低等诸多因素。从 70 年代后期，我国开始仿制一些国外先进的牧草收获机械，才填补了许多空白，使我国改变了过去只沿用唯一的割、搂、集、垛、运的收获工艺，初步形成了散草、捆草等多种收获工艺系统， 并开始研发自己的切割机实验平台。然而 目前 对牧场的 投入始终严重不足，相对支持力度
14、减缓甚至下降，使得许多 牧草切割 机械制造企业纷纷转产或停产，再加上我国与欧美等发达国家存在着技术、制造手段、工艺等方面的差距，制造能力和水平进一步拉大了距离。如现有 牧草切割 机械生产制造企业的产品质量低，使用故障多、可靠性差。往复式割草机工作半天即需要 磨 刀刃 ，使用可靠性不到 80 。国外 割草机 工作 400 公顷， 故障 率仅为 4 左右，而我国的产品在同样的作业量其 故障 率为 25 左右 5。在相同作业情况下，我国 的割草机 完成的工作量比国外同类机型 相差一半。 再者 产品品种不全，成套性差。美国约翰 迪 尔公司 生产的牧草切割机 有 15 个品种 55 个机型；荷兰 有一家
15、 公司现 能 生产 13 个品种 27 个机型，可供各种经营规模的用户选择。我国 的 用户不能根据自己的经营规模选择合适的机具，机具使用效益不高。 在大型企业的需求中也存在着同样的问题，即第三 产品技术水平低 。很长 时间内，由于资金投入严重不足，技术创新的原动力、研发能力、技术模仿步伐放缓甚至停顿。我国已定型的大部分 牧草切割 机械 依然还停顿在 国外上世纪的技术水平， 几十 年来基本没有什么大2 的改进与创新。 而却还 缺乏应有的售后服务体系。 有关人士 分析认为，造成 牧草切割 机械产品质量水平低的原因有多方面，但缺乏资金投入和人才短缺是造成研发能力和生产制造工艺水平低的关键所在 6。
16、1.3 割草机的概述 1.3.1 割草机的分类 牧草切割机按作业方式可分为手推式，手扶随式，手扶自行式，坐行式和拖拉机等机械悬挂式。对于小型牧场，手推式任然是主要的牧草切割作业方式，而对于大型及超大型的牧草或草原，牧草的切割主要运用机械式。 按动力驱动方式主要分为人畜力驱动，发动机驱动和电气驱动 3 种方式。其中以发动机驱动的运用方式最多，大多数的机械牧草切割机，都会安装发动机驱动，此类发 动机又可分为柴油式和汽油式，单缸和多缸。太阳能式驱动也已研制成功，但由于造价成本高，维护不方便，所以应用很少，少数应用也在国外，我国基本上还没开始试验。 牧草切割机按牵引方式或悬挂方式可分为前置式，中置式和
17、后置式。目前，大部分采用中置式悬挂，而少数采用前置式，对于大型牧草切割机则采用混合牵引方式。 按切割器的类型可以分为往复式，旋刀式，滚刀式，甩刀式和甩绳式。其中，牧草切割机上面应用最多的是往复式和滚刀式 7。本设计要研究的就是往复式牧草切割机。 按割草机特点分类主要有如下几种： 1.割草压扁机 （ 主要介绍 往复式割草压扁机与圆盘式割草压扁机的主要特点 ） 往复式割草压扁机 ： 所需拖拉机配套动力相对较小，例如纽荷兰 488型割草压扁机所需的最小拖拉机动力输出轴功率仅为 26千瓦。采用剪切方式进行切割，切割牧草的茬口整齐。幅宽可选择范围大，为 2.2 5.6 米。最高作业速度为 12 13 千
18、米 /h。机械造价相对较低，投资较小，运行成本比圆盘式高。 圆盘式割草压扁机 ： 圆盘式割草机使用高速旋转圆盘上的刀片冲击切断茎秆，特别适于切割高而较粗茎秆的作物。切割茬口不整齐，一般不易产生堵塞。作业速度较快，可达 14 15 千米 /h，割草效 率高。作业幅宽为 34.8 米。需要配套拖拉机的功率较大，拖拉机的动力输出轴功率至少应在 58.8 千瓦以上。机械造价相对较高，投资较高，运行成本比往复式低。 2.搂草机 指盘式搂草机 ： 利用高速旋转的轮齿进行搂草，作业效率高，投资成本相对较低。如用于苜蓿作业，将打击叶片，叶片损失大。由于搂草轮本身也是驱动地轮，容易将土块或石块混入草中，使牧草质
19、量下降。 栅栏式搂草机 ： 搂草筐的弹齿将作物轻柔的进行横向翻转或集拢完成搂草作业。弹齿的运动由专门地轮或液压马达驱动，弹齿在接近地面而不接触地面的条件下进行仿形作业，避免混 进石块或杂物，可获得高质量的干草。特别适合苜蓿草的搂集与翻晒作业。投资比指盘式搂草机高。 3.打捆机 小型方捆打捆机 ： 由于草捆较小，可在牧草水分相对较高时进行打捆作业，牧草的收获质量较高，喂饲方便，造价相对较低，投资较小；适于长途运输，需要拖拉机的动力输出轴功率较小，最小动力输出功率为 25.7 千瓦；草捆可采用人工装卸，不不足之处是打捆作业及草捆搬运作业需要较多的劳力 。 中、大型方捆打捆机 ： 作业效率较高，运输
20、方便，可直接打包，制作青贮饲料；打捆机的造价相对较高，投资较高，需要拖拉机发动机功率较大，中型打捆 机需要 73.5 千瓦以上的拖拉机进行配套，而大型打捆机则需要 147千瓦的拖拉机进行配套；草捆必须采用机械化装卸与搬运。 圆捆打捆机 ： 作业效率比小型方捆打捆机高，可在打捆后进行打包，直接制作青贮饲料；配套拖拉机功率高于小型方捆打3 捆机，低于大型方捆打捆机；草捆必须采用机械化装卸与搬运，不适于长途运输。 4.草捆搬运与堆垛机 牵引式小型方捆检拾与堆垛车 ： 由拖拉机进行牵引作业，用于小方捆检拾与堆垛，投资相对较低。 自走式小型方捆检拾与堆垛车 ： 自走式，无需其他机械牵引，用于小方捆的检拾
21、与堆垛，作业效率较高，例如纽荷兰 1095 型自走式检拾车可检拾截面为 41 厘米46 厘米和 38/4156 厘米的 3 种草捆，一次性可检拾 63 160 个草捆，质量 2 6.5t，但该机投资较大 。 多功能装载堆垛机 ： 用于大方捆或圆捆的装卸与堆垛，升降臂伸缩范围大，可完成多种作业项目，操纵灵活方便，投资较大 810。 1.3.2 往复式牧草切割机的结构特点 往复式割草机在 19 世纪 50 年代用于生产，起初由畜力牵引，地轮驱动割刀。 20 世纪后发展由拖拉机牵引的割草机， 30 年代出现拖拉机悬挂往复式割草机。依靠切割器上动刀和定刀的相对剪切运动切割牧草，其特点是割茬整齐 ，所需
22、功率较小，但对牧草的适应性差，易堵塞，适用于平坦天然草场和人工草场作业。 70 年代中期开始生产并使用旋转式割草机。依靠高速旋转刀盘上的刀片冲击切割牧草。其特点是工作平稳，对牧草的适应性强，适用于高产草场；但切割不够整齐，重割较多，所需功率较大。 而如今，就国内而言，随着农村产业结构的调整，全国养殖业的比例不断增加，与之相应的牧草种植面积不断扩大，对牧草切割机的需求量也越来越大。较我省而言，大多数是处于低海拔的山地丘陵，牧草种植均为几十公顷以下的中小型牧草场，均以人工收割为主，新兴的牧草种植业急需经济适用的 小型牧草收割机，所以在切割器类型的选用上，往复式牧草切割机相对其他类型的牧草切割机具有
23、更加优越的使用条件，选择性也更加优越 11。 往复式割草机因为割草稠密汁多，所以割草机切割器的切割速度应该高于谷物收割机。对于往复式割草机割刀的选用要求，其割刀平均速度应为 1.6 2.0m/s 或者更高，最低的切割速度应大于 2.15m/s。旋转式割草机的切割速度为 60 90m/s，能以 8 16km/h 的作业速度工作，生产率高，工作平稳，对草坪的适应性强，特别适用于稠密、倒伏、缠连的牧草，但是结构复杂，价格高，单位割幅功率消 耗大。所以较旋转式割草机，往复式割草机更加适用于切割直立而生长密度不过分高的牧草 12。 往复式割草机割茬低而整齐，牧草损失少，单位割幅的金属用量和功率消耗低，因
24、而成本较低。它的作业速度一般为 6 8km/h。要是提高割刀的往复次数并解决割刀的全平衡问题后，作业速度可以提高到 10 12km/h。 大多数割草机采用标准型切割器 GB1209 1213 86。护刀器为单体式，其尖部上翘，刀片向下倾斜 6 度 30 分，与护刀器梁装成一体，采用沉头螺栓安装。动刀片有齿刀刃（下刻齿）和光刀刃两种，定刀片为齿刃。动刀片为光刀 刃时割茬整齐，功率消耗少，但需经常磨刀刃。动刀片为齿刀刃时，制造较复杂，功率消耗大，但不需要磨刃。标准型切割器的割刀行程与护刀器节距相等。由于牧草生长稠密，含水量较大，要求的割茬较低，采用的切割速度大，而进距较小，一般割刀为 1.6m/s
25、 以上，进距为 59 74mm。 综上所述，本设计选用的是往复式 I 型切割器。 本设计的往复式牧草切割机主要由操纵机构、行走机构、切割器、护罩等几大部分组成。 1. 往复式牧草割草机的基本原理。 本设计的为小型往复式牧草切割机，以手推式作业。故行走动力来自人给推力，割4 刀的动力来自地轮， 地轮的内侧焊接着凸轮，相当于滚子的轴承与地轮内部的凸轮啮和，当地轮在推力的作用下向前滚动时，滚子在凸轮上的运动形成了一个往复的运动形式，带动平行四杆机构以及三角架机构来构成往复式切割器的往复式切割运动。 2. 本设计方案的特点是： 1）用人力作为动力，具有节省能源、无污染。 2）其传动部分结构简单，维护方
26、便。 3）体积小、重量轻、结构简单、操作方便、保养方便、成本低廉。 5 第二章 往复式牧草切割机总体方案的设计 因为该牧草切割机设计为小型的手推式切割机，考虑到要推动割草机进行切割，选取人的步行速度为 57 米 /分，即 0.95 米 /秒。动力来源于人的行走以及人的推力，所以应该考虑到其结构尺寸方面的因素，因而外轮直径不宜过大。如果轮子直径过大，则推行起来比较容易，比较省力，但是达不到往复式切割的速度要求，其速度要求要大于 0.8m/s，如果小于这个速度，那么草将被撕裂和扯断，而不是被切割了；如果轮子直径过小，则推行比较费力，不能达到设计要求，要满足人的推力在 200N 左右都能推动这部割草
27、机才行 13。故对该切割机的总体方案先做如下设计： 初步选取外轮直径 D=450mm，由公式 n=v/D 3.14得： 外轮的转速 n=57 103/450 3.14 39r/min 内圈（内径）周长： L = 3.14 300 = 942 mm 分布凸轮的个数： n = 942/44 = 22 (个 ) 人的持续推力为 15 20 Kg 取 F = 20 10 = 200 N 则 P = F V = 200 0.95 = 0.19 Kw 初步设定割草机的整体宽度： 712mm 割草机的割幅： L= 750 mm 因此按照此方法装配合适。 割草机的行走速度： 0.95 m/s ； 割草机的切割
28、速度：保证在大于或者等于 0.8 m/s，因为当速度在 0.3 0.6 之间的时候，牧草是被撕裂和扯断的。 为实现割草机能在需要暂停时，能使后轮能脱离传动轴，从而实现行停自如，结合传动系统的要求，本设计选用膜片弹簧离合器，以满足设计要求。 膜片弹簧离合器与其他形式离合器相比，具有一系列优点： 1、膜片弹簧离合器具有较理想的非线性弹性特性； 2、膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，结构简单、紧凑，轴向尺寸小，零件数目少，质量小； 3、高速旋转时，弹簧压紧力降低很少，性能较稳定； 4、膜片弹簧以整个圆周与压盘接触，使压力分布均匀，摩擦片接触良好，磨损均匀； 5、易于实现良好的通风散热，使用寿命长
29、。 对于往复式牧草切割机汽油机的选择，本论文做如下设计： 由于切割器工作消耗的功率 P，包括 :切割茎秆的功率 Pg 和空转功率 Px 两部分。 pxpgpw ， （ 2-1） 1000Vm BLopg （ kw） （ 2-2） Vm 机器前进的速度 B 机器的割幅，本机设计为 0.75 m Lo 切割每平方米面积的作物茎秆所需功率 （ Nm mm） ，一般每平米所需的空转功率是 0.61.1 kw。 6 75.0602 SnVm m s （ 2-3） 13.0pg kw 8.0px kw 93.0 pxpgpw kw 汽油机所需要的功率是 p ， pwp （ 2-4） 为汽油机 工作的总效率，一般传动 =0.95，减速器的传动效率是 *=0.93 1.195.095.093.0 p kw 所以可以选择 1.5 kw 的汽油机，转速在 30006000。可以选择转速 n=5000r s。 下图所示割草机的总体结构简图： 图 2.1 割草机的总体结构简图 1 刀片 2 曲轴 3 主动带轮 4 汽油机 5 离合器 6 从动带轮 7 离合器手柄 8 减速箱 9 车轮
