1、内蒙古农业大学机电工程学院毕业生毕业设计11 引言1.1目前国内畜牧业现状近几年来，随着畜牧业迅速发展，草原畜牧业中过度放牧和草原过载现象十分严重，形成了草场退化、沙化和碱化，导致草场生态环境恶化，使饲草需求与饲草供给的矛盾更加突出，严重制约了畜牧业的健康发展。另一方面我国草业发展带有比较突出的地域性特点，牧草种植基地大多位于黄河流域及华北、西北，而牧草销售市场多位于华东、华南的奶牛、肉牛饲养密集区。由于草场分布不均，部分地区因季节性牧草过剩得不到合适的处置而被废弃，浪费了资源，也污染了环境。目前，我国每年贮草量仅能满足抗灾保畜需要的 15%一25%，由于饲草不足造成的牲畜死亡率为 5%一 6
2、%，有的甚至高达 10%。因此，大力发展牧草生产机械化技术，对恢复草场植被，改善草原生态环境，迅速恢复和提高草原生产力，发展畜牧业至关重要。1.2牧草机械的发展现状及发展趋势国家“十五”计划纲要强调畜牧业的结构调整应该发展食草畜牧业，一些地方已把退耕还草和牲畜养殖作为一种产业。在“十五”初期全国将建成 40 多个草场牧业示范项目，160 个牧区开发示范项目，建立高质量的草地围栏 867万公顷，草地保留面积.02 亿公顷，并逐年加大资金投入。草多了，农牧民的工作繁重了，急需加快我国畜牧机械的产业化进程。不仅如此，中国加入 WTO后，周边的许多国家，像韩国、日本都是饲料资源短缺的国家，国际市场对牧
3、草、秸杆等饲料的需求会大幅增加。加入 WTO，我国资源成本相对较高的种植业面积可能会适当减少，种植业效益比较下降将促使土地资源和农业生产结构向畜牧业、草业等方面调整，牧草生产和加工产业将面临新的机遇. “十二五”期间，内蒙古将通过加大草原保护与建设力度，建设全国最大的天然草原保护与治理示范区。通过建立基本草原保护制度，继续实施退牧还草、风沙源治理等生态工程，并采取休牧、轮牧、禁牧等措施，力争到“十二五”末将草原植被盖度提高到。因此，加快我国我区的牧草秸杆的产业化进程，能为我国我区增加出口创汇，成为国民经济大产业，这在发达国家如美国、加拿大及欧洲的一些国家已得到证实。 1805 年英国工程师托马
4、斯普拉克内特获得了第一台割草机的发明专利，那是一台装有环形刀身的笨重机器，而且运转不很理想。在 1830 年由埃温马丁制造的割草机类似于今天使用的手扶滚筒割草机。国际著名的农机生产商如美国纽荷兰(NweHollnad)、约翰迪尔内蒙古农业大学机电工程学院毕业生毕业设计2(JohnDeer。)、凯斯公司，英国福格森公司，韩国成元公司，德国威格公司和前进公司的收割机都己系列生产，这些设备无论在机械结构、动力配套、液压系统还是控制系统设计方面都处理的很成功，一些新的设计理论、最新科研成果的应用在这些机械上都有体现，例如在控制系统方面，单片机、可编程控制器 P(LC)、工业控制机控制(PIC)等的自动
5、控制手段都得到应用。如美国纽荷兰生产的八个圆盘旋转式割草机八个圆盘不仅能高效率地割草，还利用成对配置的胶辊，以恒定压力立即将牧草压扁，在地上铺放成草条，使其在自然条件下快速干燥，以便打捆或存储。再比如美国纽荷兰公司生产的 616 和 617 型圆盘割草机多为拖拉机牵引，并转有起保护作用的脱钩安全器，为使割刀接近地面进行作业，所有机器上装有可调节的浮动系统，从而使割刀与地形相近，降低割茬高度。JF，北欧领先的牧草收割机制造商。JF 圆盘收割机，以其操作简单、维修方便、独特的防碰撞装置、先进的挂钩装置和合理高效的压扁装置，减少机械对牧草留茬的压力，使牧草更快、更健康再生，收割效率业界领先，以尽可能
6、低的成本产生尽可能高的效益。1.3 国内割草机械存在的不足由于我国的牧草收割技术设备与发达国家相比有很大差距，而且多为仿造产品，品种不齐全，主要的工作零部件结构参数选择不当，生产技术不成熟，设备质量欠佳，远不能满足日益扩大的国内草产品生产加工设备市场需要。 提高国产收割机的质量，开发新结构，无疑会对畜牧业发展起到革命性作用。虽然市场上国外产品质量较好，但价格太高，每台牧草收割机售价在 10 万元至几十万元以上，不适合国内消费水平，所以开发性能良好、自动化程度高、外型轻巧美观而且价格适中的国产收割机将是我国牧草收割设备的关键机械之一，对促进饲草产业化进程会起到举足轻重的作用。我国现有的割草机跟国
7、外先进设备相比还存在着许多问题。一些发达国家的收割机自动化程度很高，美国John Deeer 1209型割草机的自动控制、自动检测技术很先进，从提供给用户的故障分析及维修材料看，其技术很完善，性能很好。荷兰的HERDER公司、英国的Rolbe公司相继开.发出水中割草机，其液压系统、U型切割器和驱动系统都很新颖。而我国由于研究人员较少，投入的资金短缺，一直以来较落后于发达国家。近几年来，国家开始大量投入人力、物力研究此技术，虽然取得很大进步，但仍然存在很多问题:(1)现有的割草机类型不适合收割各种草种，不适应各种地面的要求。(2)割茬高度较高，牧草损失较大。(3)刀片耐磨度低，换刀次数频繁。内蒙
8、古农业大学机电工程学院毕业生毕业设计3(4)刀具变形次数多，受力分析不够精确。(5)割草质量还不够理想，割长草时常有漏割现象。(6)结构设计不够准确，受力不均衡。(7)选用适合的材料，降低机架的结构重量。(8)机器的仿形能力差，运动不平稳。1.4 设计的目的我国由于研究人员较少，投入的资金短缺，一直以来较落后于发达国家。近几年来，国家开始大量投入人力、物力研究此技术，虽然取得很大进步。但我国的牧草收割技术设备与发达国家相比还有很大差距。目前，使用的割草机多数是往复式割草机，由于它的切割性能较好，功率消耗低，价格便宜，使用调整方便等特点，在生产上得到普遍应用，往复式切割器式割草机适用于收割天然牧
9、草和种植牧草，具有割茬低而整齐、牧草损失少、便于调整使用等优点。但当作业速度大时，震动较大，零件容易损失或损坏。切割高产或湿润牧草时，常产生堵刀现象。基于以上缺点，我们确定往复式切割器试验台的设计研究项目，考虑到往复式切割器切割过程中的一些不足，故通过往复式切割器试验台的设计来测试往复式割草机切割器的工作性能。1.5设计的内容本文主要研究往复式切割器试验台设计的切割器调整机架部分部分，因为往复式切割器式割草机作业速度大时，震动较大，零件容易损失或损坏。切割高产或湿润牧草时，常产生堵刀现象等一些缺点和不足主要集中在切割器部分,故此为核心设计部分，通过设计往复式切割器随试验台的整体移动和配合关系,
10、来检测往复式切割器在不同切割速度和行走速度时在土槽试验台上的工作性能，以及加传感器测试割刀的振动，以及受力情况。其主要设计内容如下：（1） 以现有的往复式切割器式割草机的切割作业过程为理论基础，确定出往复式切割器的工作性能。（2） 通过了解现有往复式切割器的各种类型的结构特点，确定所要研究的切割器的设计结构方案，设计参数，绘制技术图纸。（3） 参照其他农用机械土槽试验台的设计确定出往复式切割器试验台的主体结构和设计参数（4） 通过设计计算确定动力输出方案、传动装置、切割器驱动机构和切割器调整机架的升降装置，切割器倾斜调整机构。（5） 以满足实验效果设计焊接试验台机架内蒙古农业大学机电工程学院毕
11、业生毕业设计42 方案的确定2.1 割刀驱动电动机的选择关于 YCT 系列电磁调速电动机的说明：YCT 系列电磁调速电动机是一种简单可靠、价廉交流无级调速装置。它由 Y系列三相电动机、电磁转差离合器和控制器组成，电磁调速电动机广泛应用于恒转矩载场合，特别适宜在递减转矩负载中使用（例如离心式风机和水泵），有较明显节电效果。它能在规定的告诉范围内均匀地无级调速、并能输出额定转矩。电机在运行中，当负载转矩变动时，可通过控制器的速度负反馈系统自动调节离合器的励磁电流，使输出转速基本上保持不变。基本原理:YCT 系列电磁调速异步电动机的无级调速是由电磁铁转差离合器来完成的，它有两个旋转部分，圆筒形电枢和
12、爪形磁极，两者没有机械联接，电枢由拖动电机带动并与同步旋转，当激磁线圈通入直流电后，工作气隙中产生磁场，电枢切割磁力线产生感应电势并形成涡流，由涡流产生的磁场与磁极磁场相互作用，产生电磁力，使爪形磁极和电枢作同一方向旋转（但始终保持一定的转速差） ，从而输出转矩，输出轴转向与拖动电机方向一致，改变激磁电流的大小，可以方便地调节输出转速。特点：1、交流无级调速，具有速度反馈的自动调节系统，速度变化率低于百分之三。2、结构简单、使用维护方便、价格低廉。3、无失控区、调速范围广，最大可达十比一。4、控制功率小，便于自控、群控、遥控。5、起动性能好，起动力矩大，起动平滑。产品规格及技术数据内蒙古农业大
13、学机电工程学院毕业生毕业设计5图 1安装尺寸mm 外形尺寸mm 型号拖动电动机功率kw 额定转矩N.m 调速范围r/min 转速变化率% A A/2 WB WC D E F G H K AB AC AD HD L重量Kg -4A 0.55 3.6 50YCT112-4B 0.75 4.9190 95 210 40 19 40 6 15.5 112 12 240 260 150 280 52053-4A 1.1 7.1 570 75YCT132-4B 1.5 9.71230-125216 108 241 40 24 50 8 20 132 12 285 310 165 330585 77-4A
14、2.2 14.1 112YCT160-4B 3 19.2254 127 267 45 28 60 8 24 160 15 330 350 185 385 665117YCT180 -4A 4 25.2 279 139.5 305 45 28 60 8 24 180 15 365 385 195 430 700 157-4A 5.5 36.1 820 224YCT200-4B 7.5 47.7318 159 356 50 38 80 10 33 200 19 410 430 235 485860 244-4A 11 69 980 390YCT225-4B 15 941250-125356 178
15、 406 56 42 110 12 37 225 19 465 485 270 5451025 420-4A 18.5 110 1130 460YCT250-4B 22 137406 203 457 63 48 110 14 42.5 250 24 520 540 295 5951170 502YCT280 -4A 30 189 457 228 508 70 55 110 16 49 280 24 575 595 320 665 1280 632-4A 37 232 1400 830YCT315-4B 45 2821320-132508 254 560 89 60 140 18 53 315
16、28 645 670 345 7701425 858YCT355 -4A 55 344 1340-4402.5610 305 630 108 65 140 18 58 355 28 755 780 390 890 1550 1440内蒙古农业大学机电工程学院毕业生毕业设计6-4B 75 469 1630 1570-4C 90 564 1340-60075 20 67.5 4201680 1640-4A 110 690 1980 2050-4B 132 827 2150YCT400-4C 160 10001350-650 630 315 710 108 80 170 22 71 400 32 8
17、00 820 500 82020302210电磁调速电动机控制器用于电磁调速电动机的控制器是一种带有速度负反馈的可控硅调压装置，供给电磁转差离合器励磁线圈激磁功率。反馈量的大小可以在控制面板上进行调整，以适合不同机械特性硬度要求。本控制器只作单台电机的手动操作调整。型号 JD1A-11 JD1-40 JD1A-90电源电压、频率 -220V 10% 50-60Hz 最大输出定额（直流） 90V 3.15A 90V 5A 90V 8A 可控电机功率 0.55-11KW 15-40KW 45-160KW图 2根据设计所需我们选择 JD1A-11 电磁调速电动机控制器满足要求。由于往复式切割器的割幅
18、功率消耗为 1.5kw/m,所选切割器的割幅为 2.1 米，故所要消耗的功率为 p=1.5 2.1=3.15 kw,为了满足调速的目的，选择 YCT系列电磁调速电动机，考虑到带传动装置、轴承装置、曲柄滑块机构的功率损耗带传动的效率 d=0.95，轴承效率 c=0.92，总效率 =0.920.95=0.874 ，p 0=p/=3.15/0.874=3.604kw ,由此电动机所需的功率至少为 3.604kw 才能内蒙古农业大学机电工程学院毕业生毕业设计7满足切割要求。从上面的 YCT 电磁调速电动机中我们选择型号 YCT1804A，拖动电动机功率 4kw，调速范围为 1251250r/min，额
19、定转矩 25.2Nm，实际上由于带传动带速要求的限制，电动机的调速范围仅限于 955 r/min 至 1259 r/min。由带的传动的传动比为 1.3，可得曲柄的调速范围为 735 r/min 至 961 r/min。由切割器割刀的平均速度计算公式 Vp=rn15 由此可得 Vp 的调节范围为 1.87ms 至 2.44ms.曲柄连杆机构驱动的割刀，其割刀平均速度为1.6ms 至 2.0ms。高速割草机的割刀平均速度达 2.0ms 以上。2.2 小架升降机构的选择丝杆升降机，SWL 系列蜗轮四杆升降机是一种基础起重部件，符合 JB/T88091998（原 JB/ZQ439186）标准。承载能
20、力 2.5120T。具有结构紧凑、体积小、重量轻、动力源广泛、噪音小、安装方便、使用灵活、功能多、配套形式多、可靠性高、使用寿命长等优点。用途该产品可广泛用于机械、冶金、建筑、化工、医疗、文化卫生等各个行业。能按一定程序准确地控制调整提升或推进的高度，可以用电动机或其它动力直接带动，也可以手动。最高输入转速 1500r/min，最大提升速度2.7m/min。有不同的结构型式和装配方式，提升高度按用户的要求制造。该装置可以自锁根据小架升降的要求选择 SWL2.5 型丝杆升降机作为小架的升降机构，同时满足了切割器的升降以改变割茬高度内蒙古农业大学机电工程学院毕业生毕业设计8内蒙古农业大学机电工程学
21、院毕业生毕业设计9图 42.3 切割器驱动机构往复式切割器的驱动装置使割刀实现往复运动，常采用曲柄连杆机构、摆环机构、曲柄摆环机构或液压马达。曲柄连杆机构曲柄转速一般为 750 至1000r/min,由它驱动的切割器割幅可以达到 2m 以上。曲柄滑块机构由曲柄，连杆和割刀组成。曲柄回转时通过连杆带动割刀作往复运动。连杆有木制和金属制两种，通常采用木制连杆，当割刀阻塞时连杆可能折断，保护其他零件不受损伤。又由于曲柄滑块机构机构具有结构简单、制造容易、造价低廉等，基于以上的原因选择曲柄滑块机构为切割器驱动机构。示意图:图 5oAB t xxy内蒙古农业大学机电工程学院毕业生毕业设计102.4 倾斜
22、调整机构当地形状态不同时，用来调节切割器仰俯。一般在平地工作时，切割器可水平或下俯，以利于低割。地面不平时，切割器应上仰，避免护刃器插入土中。调节范围：上仰角为 15，下俯角 510。结构示意图如下：图 62.5 传动装置的设计这里我们选择了带传动，带传动不仅满足传动比的要求，而且因电机速度较高，带传动还有缓冲吸震，过载保护的作用。V 带传动允许的传动比大，结构紧凑，大多数 V 带均已标准化。V 带轮因基准直径较小，选择实心式，材料为HT150。采用的带传动的张紧是定期改变中心距的方法来调节带的初拉力，使带重新张紧。2.6 测试部分为了达到试验台设计的目的，需要对一些参量进行测量，这里需要测量的量有轴上的转矩，连杆的受力，动刀片的线速度和振动以及受力状况。安装传感器进行测量。测试轴上转矩，运用磁电式传感器，简称感应式传感器。它把被测物理量的变化转变为感应电动势。动刀片的振动，使用的事电涡流传感器，该传感器的工作原理是电涡流效应。
