旋刀式割草機的改進設計【旋刀式割草機的設計】【說明書+CAD+SOLIDWORKS+仿真】
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旋刀式割草機的改進設計
一、課題研究的意義
割草機是隨著草坪的出現(xiàn)而被發(fā)明的,而草坪周圍人口比較稠密,流動性大,對割草機的噪音、廢氣排放等指標技術(shù)指標要求較高。但是現(xiàn)在的割草機多使用汽油機作動力,排氣污染量相對于汽車的較小,但噪聲卻很嚴重。而且現(xiàn)在割草機的基本型式可分為旋刀式和滾刀式兩種。而旋刀式草坪割草機是以小型汽油機為動力帶動刀片旋轉(zhuǎn)的一種割草機械,主要用于公園、街心花園、球場、住宅小區(qū)庭院等綠地修剪、整理等工作,是園林機械中使用量較大的一種機械[1][3]。但它存在的主要問題是噪音較高和刀片磨損較快。為此,本文著重對旋刀式割草機的減噪和增加刀片的耐磨性加以改進。在保證良好的加工工藝性能和使用性能的前提下,提高刀片的使用壽命,降低其生產(chǎn)成本。
二、現(xiàn)狀及分析
1國內(nèi)外旋刀式割草機的發(fā)展狀況及存在的問題
1.1國外旋刀式割草機械的發(fā)展狀況
1805年英國工程師托馬斯·普拉克獲得了第一臺割草機的發(fā)明專利,當時的割草機是裝有環(huán)形刀,機體笨重且運轉(zhuǎn)不很理想。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。早期應用普遍的是往復式割草機,通過加大割幅及提高機具的前進速度來提高機具的生產(chǎn)率。20世紀70年代各國開始研制旋刀式割草機,利用高速旋轉(zhuǎn)的割刀對植株進行無支撐切割,此類機具具有結(jié)構(gòu)簡單,維護保養(yǎng)時間少,不需磨刀、換刀等優(yōu)點。近年來,歐美發(fā)達國家的割草機設備更加成熟,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公司等。他們生產(chǎn)的設備無論在機械結(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,一些最新的科學理論、最新的科研成果和最新的科學技術(shù)都在這些機械設備上有體現(xiàn)。例如在控制系統(tǒng)方面,單片機、可編程控制器PLC、工業(yè)控制機控制IPC等得自動化控制手段都得到充分的應用。一些發(fā)達國家如美國已經(jīng)發(fā)明機器人割草機,實現(xiàn)了自動化作業(yè)[9]。
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,這些割草機堅固耐用,工作速度快。這些機具一次通過就能完成割草、壓扁、成條三道工序[3]。
1.2國內(nèi)旋刀式割草機械的發(fā)展現(xiàn)狀
我國生產(chǎn)割草機起步較晚,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,割草機均以進口為主。據(jù)統(tǒng)計,到1999年底我國各種園林機械保有量達10萬臺,1999年的割草機銷售量在3萬臺左右,其中80%為進口。
國內(nèi)目前生產(chǎn)的割草機一道具類型可分為滾刀式和旋刀式兩大類。旋刀式割草機是有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25-80 mm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作業(yè),使得旋刀式割草機稱為國內(nèi)外最流行的割草機。
國內(nèi)生產(chǎn)割草機的廠家約有50多家。多為園藝系統(tǒng)的公司以及轉(zhuǎn)產(chǎn)割草機的機械廠。國內(nèi)市場上割草機的品牌很多,有進口產(chǎn)品,也有國內(nèi)制造的和中外合資的。
中美合資江蘇淮陰泛亞園林機械有限公司,生產(chǎn)力特牌—NEAT草坪割草機,占國內(nèi)市場50%的市場份額,現(xiàn)年產(chǎn)量達5000臺。目前正這首進行年產(chǎn)5萬臺的割草機技術(shù)改造,氣動力選用日本本田發(fā)動機。
南通機床為轉(zhuǎn)產(chǎn)生產(chǎn)割草機的廠家。其產(chǎn)品為草地王系列產(chǎn)品:56 cm自走式草坪割草機(4.5 kW);84cm隨進式割草機(7.8 kW);84 cm電啟動式割草機(7.8 kW);122 cm坐騎式剪草機(13.4 kW)。該廠生產(chǎn)除發(fā)動機以外的零部件,發(fā)動機多選用美國產(chǎn)品,1999年已有產(chǎn)品出口美國。
安徽飛彩車輛股份有限公司“十五”期間進行了技術(shù)改造,改造后計劃年產(chǎn)6萬臺割草機。其中代表產(chǎn)品之一是手扶式寬幅割草機系列,年產(chǎn)5萬臺,以22161型為例,發(fā)動機為4沖程,4.8 kW,割草寬度53 cm,自走式;代表產(chǎn)品之二是駕乘式割草機系列,年產(chǎn)1萬臺,以16-38HXL型為例,為4沖程,11.7 kW,97 cm循環(huán)割草,帶驅(qū)動[10]。
1.3國內(nèi)外旋刀式割草機械存在的問題
雖然旋刀式割草機的理論和制造技術(shù)已經(jīng)相當成熟,但是結(jié)構(gòu)簡單,操作方便、低噪音、高性能的割草機并不多。
旋刀式割草機的配套動力有電動機(有電纜或蓄電池供電)和汽油機兩種。機遇方面和安全的原因由電纜供電的割草機只能在小面積上使用,而蓄電池供電的個采集,因機器重量較大,且蓄電池需經(jīng)常充電(一般完成700平方米后需進行充電)。所以,在小型割草機上(2.2 kW以下)常采用電動機作為配套動力機。而在2.2 kW以上的割草機多采用汽油機作為配套動力機。以汽油機作為動力的旋刀式割草機,其噪聲污染比較嚴重,它的噪聲源為汽油機和旋刀裝置[3]。
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HRC40-45,以保證一定的強度和韌性。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。有時遇到土質(zhì)不好,有鐵絲石頭等硬物時,還經(jīng)常發(fā)生刀片斷裂[9]。
1.4研究的內(nèi)容和方法
根據(jù)我國割草機的發(fā)展現(xiàn)狀和存在的問題以及人們草坪割草機的更高要求,對現(xiàn)有的割草機進行改進。在旋刀式割草機的基礎上,通過對其做減噪處理和刀片的優(yōu)化處理,利用現(xiàn)代設計方法,設計出一款結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、低噪音、高效率的旋刀式草坪割草機。
設計旋刀式草坪割草機的整體結(jié)構(gòu),主要由汽油發(fā)動機、減速器、傳動裝置、汽油機消音器、手把、行走膠輪、旋刀刀片組成。汽油發(fā)動機提供動力,通過聯(lián)軸器與減速器連接,為旋刀裝置提供動力。
討論確定了旋刀式割草機的基礎參數(shù),參考已有旋刀式割草機的參數(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候用壽命。根據(jù)選定的有關參數(shù),由經(jīng)驗公式計算出旋刀式割草機所需的功率,根據(jù)該功率選擇適合的汽油發(fā)動機型號。
該課題應用的研究方法:理論設計、繪制模擬樣機并進行仿真模擬。既要保證割草機的使用要求,又要盡量減小噪音污染,并提到刀片的使用壽命。
1.
5預期目標
(1)整機結(jié)構(gòu)簡單,機動靈活,噪音小,刀片使用壽命長。
(2)汽油機為動力源,在汽油機上加裝消音器,噪音低、可靠性高、使用簡便。
(3)適于草坪割草作業(yè),有利于減輕噪音污染,提高刀片使用壽命,對提高割草機的經(jīng)濟適用性與環(huán)保舒適性有一定的價值。
三、重點研究的關鍵問題及解決思路
該機動力源為汽油機,通過聯(lián)軸器,減速器,減速器連接傳動機構(gòu)和刀片工作,割草機按設計要求切實降低了工作噪音,達到預期目標。
(1)選擇動力,設計傳動裝置、汽油機消聲器和刀片。
(2)運用AutoCAD軟件,繪制二維零件圖和裝配圖。
(3)運用三維設計軟件完成整機各零部件的三維建模并進行運動仿真。
四、工作條件及解決方法
塔里木大學位于南疆中心位置,校內(nèi)環(huán)境優(yōu)美,草坪面積極廣,為項目開展提供了便利的原材料基地。這是本項目順利實施應具備的良好外部科研環(huán)境。塔里木大學機械電氣化工程學院擁有先進的實驗室和加工設備,校內(nèi)擁有優(yōu)良的硬件環(huán)境和雄厚的師資力量,這些都為課題的實施提供了保障。
五、工作方案及進度
第1~2周 查閱相關文獻,撰寫開題報告。
第3~4周 根據(jù)現(xiàn)有的小型草坪修剪機和現(xiàn)有割草機確定旋刀式割草機的總體設計方案,繪制總體結(jié)構(gòu)簡圖。
第5~6周 根據(jù)工作要求,計算并查閱相關手冊,選擇和設計各零部件。
第7~9周 運用AutoCAD軟件,繪制二維零件圖和裝配圖。
第10~11周 運用三維設計軟件完成整機各零部件的三維建模并進行運動仿真。
第12周 從工藝性能,經(jīng)濟性能,實用性能等方面對產(chǎn)品進行綜合評價、校核、修正。
第13周 完成設計說明書。
第14周 整理材料,準備答辯。
參考文獻
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