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手推式草坪電動(dòng)割草機(jī)的設(shè)計(jì)
Design of lawn mower
摘 要
割草機(jī)是城市園林用具的重要機(jī)械裝置之一，在目前大氣污染和水土流失嚴(yán)重的情況下，發(fā)展草坪和地被植物是維護(hù)生態(tài)平衡的重要措施之一，特別是針對(duì)我國北方的沙塵暴天氣。同時(shí)城市植物對(duì)減輕揚(yáng)塵和噪音污染也有很好的作用。而維持草坪美觀就要對(duì)其進(jìn)行定期的修剪，修剪過程就要靠割草機(jī)來完成。
本次設(shè)計(jì)的割草機(jī)主要是由動(dòng)力裝置、傳動(dòng)裝置、割刀裝置等裝置組成的，對(duì)傳動(dòng)裝置中的軸的選擇做了詳細(xì)的介紹，對(duì)刀片和內(nèi)置調(diào)高件也做分析和計(jì)算。本文所設(shè)計(jì)的割草機(jī)適合于城市綠化帶及中小型草地使用，在進(jìn)行修剪工作時(shí)保證了噪聲小、污染小等特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：割草機(jī) 驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 強(qiáng)度計(jì)算
Abstract
Lawn mower is one of the important mechanical devices of city garden appliances.in the present situation of serious air pollution and soil erosion, the development of turf and ground cover plants is one of the important measures to maintain ecological balance, especially for the sandstorm weather in the north of China. At the same time, urban plants also play a very good role in reducing dust and noise pollution. To keep the lawns beautiful, it is necessary to prune them regularly. The process of mowing depends on the lawn mower.
In this paper,the lawn mower driving device ,transmission device,cutting device,such as the specific device is made in detail,and the key derive system of the calculate and determine the basic size of gear and shaft,the selection of various standard pasts,non-standard parts and do the corresponding calculations.The mower designed in this paper is suitable for use in urban green belts and small and medium-sized grassland.When the lawn is pruned, it saves raw materials, pollute little, and meets environmental requirements.
Keywords:The glass cutting machine Drive design Transmission device design Strength calculation
目 錄
摘要……………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract…………………………………………………………………………Ⅱ
1 引言…………………………………………………………………………………1
1.1 草坪割草機(jī)的分類……………………………………………………………1
1.2 草坪割草機(jī)的使用方法………………………………………………………1
1.3 使用割草機(jī)的安全事項(xiàng)及汽油的處理方法…………………………………1
1.4 割草機(jī)的維護(hù)及故障處理……………………………………………………1
2 割草機(jī)的概述…………………………………………………………………… 3
2.1 我國割草機(jī)的發(fā)展………………………………………………………… 4
2.1.1 發(fā)展?fàn)顩r…………………………………………………………………4
2.1.2 發(fā)展存在的問題……………………………………………………… 5
2.2 割草機(jī)的分類……………………………………………………………… 6
2.3 割草機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其工作原理………………………………………… 6
3 割草機(jī)的參數(shù)設(shè)計(jì)…………………………………………………………………9
3.1 驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)………………………………………………………………9
3.2 割刀軸的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………9
3.2.1 軸的計(jì)算設(shè)計(jì)………………………………………………………… 9
3.2.2 軸的材料選擇…………………………………………………………10
3.2.3 軸的計(jì)算………………………………………………………………10
3.3 刀片的設(shè)計(jì)及計(jì)算…………………………………………………………13
3.4 調(diào)高機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)……………………………………………………………14
3.4.1調(diào)高機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………………………15
3.5 鉸鏈的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………17
3.5.1 鉸鏈強(qiáng)度校核…………………………………………………………18
4 結(jié)論………………………………………………………………………………19
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………20
致謝…………………………………………………………………………………21
V
1 引言
在城市綠化工具中，割草機(jī)的使用是非常廣泛的，也是應(yīng)用最多的。下面將概述草坪割草機(jī)的類型以及使用方法。
1.1草坪割草機(jī)的分類
按割草機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置的類型分類可分為以汽油機(jī)式，電動(dòng)式和人力手推；以割草機(jī)割刀的數(shù)量分類可將割草機(jī)分為雙刀片式、復(fù)合刀片式和單刀片式；按刀片運(yùn)行的方式可分為滾刀式和旋刀式；按排出草的方式可分為集草袋式和側(cè)排式?，F(xiàn)在市面上使用的割草機(jī)大多為發(fā)動(dòng)機(jī)式、自走式等機(jī)型。
1.2草坪割草機(jī)的使用方法
要檢查發(fā)動(dòng)機(jī)的汽油的數(shù)量、螺絲的松緊程度、刀片的緊密和鋒利程度。在割草機(jī)冷機(jī)的時(shí)候，要先將風(fēng)門關(guān)閉,并重壓潤(rùn)滑器不少于3次，將油門開到最大。當(dāng)割草機(jī)啟動(dòng)后在適當(dāng)?shù)恼{(diào)整風(fēng)門。在割草機(jī)工作的過程中，如果草太高，可以分階段的進(jìn)行工作，最好的工作高度是每次剪草的1/3，這樣可以避免草地在作業(yè)后出現(xiàn)草黃的現(xiàn)象。如果割草機(jī)割草區(qū)域的坡度很陡，必須順著高處向下割草，當(dāng)坡度大于30度時(shí)，就不適合割草機(jī)工作盡量采用人工。割草機(jī)割草區(qū)域面積很大時(shí)，割草機(jī)工作時(shí)間應(yīng)該小于4個(gè)小時(shí)。在割草機(jī)工作之前，必須先將操作范圍內(nèi)的雜物整理干凈，以免影響操作。
1.3使用割草機(jī)的安全事項(xiàng)及汽油處理方法
在啟動(dòng)割草機(jī)時(shí)，不要讓啟動(dòng)拉繩突然彈起；割草機(jī)工作時(shí)操作人員應(yīng)該注視前方1-1.2米處的地方；當(dāng)割草機(jī)在斜坡上工作時(shí)，機(jī)器必須橫穿斜坡工作；在城市綠化帶工作時(shí)，需要穿過馬路時(shí)割草機(jī)必須關(guān)閉；除非割草機(jī)火花塞連線斷開，否則割草機(jī)一定不能離開視野內(nèi)；切勿使割草機(jī)傾斜，必須保證割草機(jī)的輪子始終著地；切勿將割草機(jī)向自身所在的方向運(yùn)行；切勿將正在工作或威脅引擎的割草機(jī)抬起；當(dāng)割草機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)過熱時(shí)請(qǐng)不要靠近。
請(qǐng)不要在房屋或密閉環(huán)境內(nèi)存放汽油；在給割草機(jī)添加汽油時(shí)，如果汽油濺溢出來要立即清理，以免發(fā)生意外；添加的汽油不要超過油箱體積的3/4，且火花塞接線必須斷開。
1.4割草機(jī)的維護(hù)及故障處理
在割草機(jī)完成工作之后，要及時(shí)進(jìn)行清理，并對(duì)連接部進(jìn)行檢查，看看是否發(fā)生松動(dòng)，再查看油箱油面是否符合標(biāo)準(zhǔn)，刀片是否完好有無磨損，最后根據(jù)設(shè)備相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)檢查容易損壞的部位，并定期檢查維護(hù)。
當(dāng)割草機(jī)無法啟動(dòng)時(shí)，可能的原因有很多。火花塞的放電不好，是用來劣質(zhì)或變質(zhì)的機(jī)油，正矢齒輪及磁電機(jī)引起的點(diǎn)火正矢不準(zhǔn)確等，都會(huì)造成割草機(jī)無法啟動(dòng)，要解決這些問題也比較簡(jiǎn)單。經(jīng)常清洗空濾器，讓割草機(jī)用好的汽油，經(jīng)常維護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)等。
當(dāng)割草機(jī)啟動(dòng)時(shí)拉繩出現(xiàn)反彈，則可能是點(diǎn)火過早造成的，另外有可能是刀片在割草過程中撞擊到硬物后，剪切了飛輪鍵的原因。
當(dāng)割草機(jī)工作時(shí)出現(xiàn)修剪的草坪依然參差不齊，則可能是刀片遲鈍了，割草機(jī)刀片應(yīng)在使用了十天時(shí)進(jìn)行打磨。割草過程中，如果割草機(jī)出現(xiàn)劇烈震動(dòng)，則可能是刀片出現(xiàn)磨損或變形，此時(shí)應(yīng)該立刻停止作業(yè)更換刀片，作業(yè)前應(yīng)該清除作業(yè)區(qū)域的雜物防止出現(xiàn)類似情況。
當(dāng)割草機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)打消聲器出現(xiàn)冒煙時(shí)，則可能是進(jìn)氣燃料的混合比重過大造成的。這時(shí)應(yīng)該先清洗或者更換新的空濾器，如果故障任然存在，則需要清洗調(diào)整割草機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)化油器。當(dāng)故障還沒有排除時(shí)，則需要找維修人員對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行修理。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后不能熄火時(shí)可能是油門線裝置方位不恰當(dāng)；油門活動(dòng)不靈敏等。這時(shí)可以重新安裝油門線或替換一個(gè)新的油門線，在油門的活動(dòng)方位處滴上幾滴機(jī)油。
2 割草機(jī)的概述
割草機(jī)顧名思義割草時(shí)需要運(yùn)用的裝置。早在200多年前，割草機(jī)還沒有誕生時(shí)，人類對(duì)草坪的修剪主要依靠鐮刀或者牛羊放牧。后來隨著足球、棒球等運(yùn)動(dòng)的興起，人們對(duì)草坪的平整美觀有了更高地要求，于是在1805年英國人普拉克內(nèi)特發(fā)明了第一臺(tái)收割谷物并且能夠割除雜草的機(jī)器，這臺(tái)割草機(jī)還是靠人力推動(dòng)的，通過齒輪帶動(dòng)旋刀割草。到了1830年時(shí)，比爾·布丁取得了專利后，滾筒式割草機(jī)開始由蘭賽姆斯公司生產(chǎn)。后來一直到1902年英國人倫敦恩斯制造出以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的滾筒式割草機(jī)。在西方發(fā)達(dá)國家，20世紀(jì)初期，割草機(jī)就取得了快速的發(fā)展。
隨著當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)生活環(huán)境的要求也越來越高，城市內(nèi)環(huán)境的保護(hù)得到越來越多的重視。我國的草坪業(yè)也得到了飛速的發(fā)展。發(fā)展草坪有凈化環(huán)境，堅(jiān)固土壤，凈化空氣等多種作用，而這些作用也得到了人們的認(rèn)識(shí)。
第一臺(tái)割草機(jī)從誕生以來，到現(xiàn)在割草機(jī)已經(jīng)通過一百年的發(fā)展了，而且割草機(jī)的也從以前的只用于牧場(chǎng)割草，而發(fā)展到數(shù)十個(gè)種類，工作的場(chǎng)所也有各式各樣的了。因?yàn)槲覈鴩鴥?nèi)對(duì)割草機(jī)的研究起步較晚，相應(yīng)的機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)的規(guī)模也很小，而且它們生產(chǎn)出的割草機(jī)的用途很少，大多數(shù)企業(yè)沒有形成相應(yīng)的規(guī)模進(jìn)行的批量，所以在長(zhǎng)時(shí)間來，我國的割草機(jī)大多數(shù)是依賴進(jìn)口。我國割草機(jī)進(jìn)口主要依·靠歐美日等發(fā)達(dá)國家，進(jìn)口價(jià)格在0.5萬元到5.8萬元。
我國從改革開放以來，草坪業(yè)得到了充分的發(fā)展，在這短短十幾年的時(shí)間里，草坪機(jī)械業(yè)迎來了生機(jī)。先是使用的割草機(jī)械上得到了質(zhì)的飛升，使用的大多數(shù)設(shè)備是進(jìn)口外國的產(chǎn)品，后是在草坪的維護(hù)及保養(yǎng)生產(chǎn)有一套完整的機(jī)械，最后就是我國國內(nèi)擁有的割草機(jī)種類繁多、配套程度較高。割草機(jī)作為我國發(fā)展最快的農(nóng)牧業(yè)機(jī)械，在這幾十年的時(shí)間里我國所使用的割草機(jī)已經(jīng)有了幾十種型號(hào)含括美日等發(fā)達(dá)國家的各種機(jī)械，而且國內(nèi)自主研發(fā)的割草機(jī)也開始進(jìn)行生產(chǎn)?，F(xiàn)在市面上所使用的割草機(jī)五花八門，它們的分類方式也有很多。
我國生產(chǎn)的割草機(jī)以刀具類型可分為滾刀式和旋刀式兩大類。滾刀式割草機(jī)的結(jié)構(gòu)主要是通過帶刀片的滾筒與床刀組成，滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)而帶動(dòng)刀片轉(zhuǎn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)割草的目的。滾動(dòng)式割草機(jī)相比于旋刀式割草機(jī)割草的品質(zhì)更好效率更高，是足球場(chǎng)，高爾夫球場(chǎng)等高品質(zhì)草坪最常用的機(jī)型。適用于草高3-80毫米的草坪，其問題主要是價(jià)格貴，維修保養(yǎng)要求嚴(yán)格。旋刀式割草機(jī)主要是由橫向軸連接割刀裝置，由驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)而高速旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)割草，旋刀式割草機(jī)主要用于30-85毫米范圍的草坪。由于其價(jià)格低廉，保養(yǎng)、維修方便、使用靈活，只要將刀片磨快，剪草效果還是可以的。因此，一般要求的草坪都選用它，成為目前國內(nèi)外最流行的割草機(jī)。
2.1我國割草機(jī)的發(fā)展
2.1.1發(fā)展?fàn)顩r
我國生產(chǎn)割草機(jī)的廠家大約有50家左右。一般都是城市園藝公司，也有部分生產(chǎn)割草機(jī)的工廠。市場(chǎng)上草坪割草機(jī)的品牌也很多，也有從外國進(jìn)口的產(chǎn)品，也有國內(nèi)制造和中外合資的，從功率2.6-1.2千瓦，剪幅從43.2-127厘米。
我國制造割草機(jī)的廠家主要是與外國合資泛亞園林機(jī)械有限公司，其生產(chǎn)的主要產(chǎn)品是立特牌-NEAT草坪割草機(jī)，該割草機(jī)運(yùn)用美國的先進(jìn)技術(shù)性能優(yōu)異，公司一年生產(chǎn)該產(chǎn)品達(dá)6000臺(tái)左右?，F(xiàn)在該公司正進(jìn)行技術(shù)升級(jí)，目的是提升割草機(jī)的年產(chǎn)量，使該產(chǎn)品性能更好，目前該產(chǎn)品的驅(qū)動(dòng)裝置是選擇了日本本田公司的發(fā)動(dòng)機(jī)。
南通機(jī)床廠為轉(zhuǎn)產(chǎn)生產(chǎn)割草機(jī)的廠家。其產(chǎn)品為地草王系列產(chǎn)品；這家工廠生產(chǎn)的割草機(jī)主要是自走式割草機(jī)，隨進(jìn)式割草機(jī)，電動(dòng)割草機(jī)，騎乘式割草機(jī)，這些割草機(jī)割幅大不相同，功率也有大有小。這家轉(zhuǎn)產(chǎn)的割草機(jī)廠不光生產(chǎn)割草機(jī)還生產(chǎn)其配套零件，且它們的割草機(jī)多是美國的發(fā)動(dòng)機(jī)，到1999年時(shí)該廠已經(jīng)將產(chǎn)品遠(yuǎn)銷國外。
山東省萊州市仲院宇峰鍘草機(jī)廠研制出了全新微型電動(dòng)割草機(jī)，該機(jī)以0.75-1.1kW單相照明電為動(dòng)力，無電地區(qū)或停電時(shí)用165、175、180等型號(hào)柴油機(jī)為動(dòng)力，適宜鍘切玉米秸、麥秸、稻草及青貯飼料，每小時(shí)鍘草量300-400kg，切草長(zhǎng)度為1.5-2cm。整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，全機(jī)重僅32kg，移動(dòng)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)。
我國雖在割草機(jī)研究部分落后于發(fā)達(dá)國家，但隨著改革開放的進(jìn)行，我國在農(nóng)牧業(yè)機(jī)械方面有了較大的成果，即研發(fā)出了草坪割草機(jī)的試驗(yàn)臺(tái)。城市的綠化依靠著割草機(jī)，但目前國內(nèi)生產(chǎn)的割草機(jī)雖在市面上有些銷售，但種類繁多，性能也是參差不齊，所以大多都是購買的外國發(fā)達(dá)國家的產(chǎn)品，這對(duì)國內(nèi)自主研發(fā)的產(chǎn)品有一定的打擊。不光在性能上，在相應(yīng)的配到設(shè)備上以及在割草機(jī)的檢測(cè)設(shè)備上也落后于發(fā)達(dá)國家。但現(xiàn)在北京農(nóng)機(jī)站成功研究出了草坪割草機(jī)的試驗(yàn)臺(tái)，以前出現(xiàn)的問題也得到了一定的解決。這次北京科研站研發(fā)的這臺(tái)試驗(yàn)臺(tái)采用了氣動(dòng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化，可以多市面上的各種類型的割草機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，能夠?qū)Ω畈輽C(jī)的刀片護(hù)罩以及撞擊能力進(jìn)行試驗(yàn)，增加了國內(nèi)割草機(jī)的可靠程度。就試驗(yàn)結(jié)果而言，這臺(tái)草坪割草機(jī)試驗(yàn)臺(tái)，擁有不亞于發(fā)達(dá)國家的技術(shù)，其安全可靠程度相當(dāng)高。
2.1.2發(fā)展存在的問題
目前我國國內(nèi)的割草機(jī)市場(chǎng)發(fā)展的緩慢，割草機(jī)銷量遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家，在通過各項(xiàng)檢測(cè)之后，我國自制的割草機(jī)確實(shí)存在技術(shù)的問題。下面來介紹，我國在畜牧業(yè)機(jī)械存在的問題。
其一主要是國家對(duì)草坪業(yè)的資金投入遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家，對(duì)畜牧業(yè)機(jī)械的支持也明顯下降，由于技術(shù)和資金的問題許多廠家都紛紛轉(zhuǎn)產(chǎn)或停產(chǎn)，有些廠家寧愿轉(zhuǎn)銷發(fā)達(dá)國家的產(chǎn)品也不使用自制的產(chǎn)品，這使得我國畜牧機(jī)械業(yè)雪上加霜，不過我國在機(jī)械方面確實(shí)存在技術(shù)的不足，生產(chǎn)的工藝也比較落后，制造能力也存在差距。我國目前自主生產(chǎn)的割草機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量低、故障多，遠(yuǎn)不及國外發(fā)達(dá)國家的產(chǎn)品可靠。例如往復(fù)式割草機(jī)工作半天即需刃磨，使用可靠性不到80％。歐美等國家生產(chǎn)的割草機(jī)可以工作500公頃，出現(xiàn)問題的概率只有5％，然而我國自己生產(chǎn)的割草機(jī)工作500公頃發(fā)生故障的概率有30％左右。而相同時(shí)間下國外的割草機(jī)工作量是我國的2倍以上。這些問題都說明了我國割草機(jī)的技術(shù)沒有發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)，成熟。
產(chǎn)品品種不全，成套性差。美國約翰迪爾公司的割草機(jī)械有13個(gè)品種49個(gè)機(jī)型；而同樣美國的紐荷蘭公司也已經(jīng)擁有數(shù)十種割草機(jī)的機(jī)型，這些公司的產(chǎn)品都已配套，可供用戶隨意選擇。而我國的割草機(jī)沒有形成配套設(shè)配，用戶也沒法選擇它們。
產(chǎn)品技術(shù)水平低。由于研究落后于發(fā)達(dá)國家的原因，我國生產(chǎn)的機(jī)械技術(shù)水平遠(yuǎn)低于國外同行的標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)榧夹g(shù)的落后，國家對(duì)該行業(yè)的資金投入也嚴(yán)重不足，相對(duì)的創(chuàng)新能力、研究進(jìn)度也有所減緩。目前國內(nèi)生產(chǎn)的割草機(jī)大多數(shù)是歐美國家以前的技術(shù)，幾十年來在這方面沒有進(jìn)行大的改進(jìn)，跟不用說自主創(chuàng)新新的技術(shù)了。在銷售方面也缺少應(yīng)有的售后服務(wù)體系。通過這些問題知道，割草機(jī)械目前技術(shù)水平低、質(zhì)量不高的原因，還是因?yàn)橘Y金投入的不足和技術(shù)型人才的缺少造成的。不過在改革開放后，國家對(duì)機(jī)械行業(yè)越來越重視，相對(duì)的資金也有了大的投入，我國在這方面的研究也取得了較大的成果，相信在不久的將來割草機(jī)技術(shù)能和國外平分秋色。
2.2割草機(jī)的分類
維護(hù)和保養(yǎng)草坪的基本工作就是修剪，而這一過程就要靠割草機(jī)來完成。對(duì)不同的草坪選擇正確的割草機(jī)就顯得非常重要。高質(zhì)量的草坪如足球場(chǎng)等運(yùn)動(dòng)場(chǎng)的草坪選擇滾刀式割草機(jī)最合適；有斜坡的草坪選擇懸浮式割草機(jī)；林間或雜物較多的草坪選擇割灌割草機(jī)最合適。
往復(fù)式割草機(jī)在割草時(shí)低而整齊，能夠減少對(duì)草坪的損失。這樣往復(fù)式割草機(jī)就適合于高質(zhì)量的草坪，又因?yàn)槠湎鄬?duì)功耗低，所以成本也相對(duì)少一些。使用往復(fù)式割草機(jī)時(shí)的工作速度在7—9km/h之間。國外通過技術(shù)的改進(jìn)來提高穩(wěn)定性和刀片的來回次數(shù)，使其速度能夠提升到10-12KM/h。在對(duì)垂直生長(zhǎng)且生長(zhǎng)密度不高的草坪切割時(shí)應(yīng)選用往復(fù)式割草機(jī)。
旋轉(zhuǎn)式割草機(jī)因?yàn)槠涔ぷ鲿r(shí)平穩(wěn)，便于操作且可用于多種草坪而受歡迎。不過其通常運(yùn)用于農(nóng)場(chǎng)牧草地收割。旋轉(zhuǎn)式割草機(jī)在工作時(shí)速度一般在9—15km/h，工作效率高。但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高，單位割幅功率消耗大。
割草機(jī)在分類時(shí)通常以驅(qū)動(dòng)的方式、作業(yè)的方式和牽引的方式分類。以驅(qū)動(dòng)的方式可分為人畜力驅(qū)動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力和電能驅(qū)動(dòng)三種割草機(jī)。其中，使用最多的是用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的割草機(jī)。太陽能割草機(jī)雖然已有生產(chǎn)，但應(yīng)用很少。
以作業(yè)方式分類可以分為。手推式、坐騎式和拖拉機(jī)懸掛式割草機(jī)。
以動(dòng)牽引方式分類可分為前置式、側(cè)置式、后置式、中置式割草機(jī)。目前，絕大多數(shù)是采用懸掛式，大型的割草機(jī)一般是混合動(dòng)力牽引方式。
2.3割草機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理
本次設(shè)計(jì)的手推式割草機(jī)是由電機(jī)、機(jī)架、割刀、調(diào)高機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)、行走輪等部分組成如圖2.3-1,2.3-2所示。
圖2.3-1 三維結(jié)構(gòu)圖
圖1 整體結(jié)構(gòu)圖
Fig1 The overall structure diagram
圖2.3-2 整體結(jié)構(gòu)圖
割草機(jī)的機(jī)架由割草機(jī)箱體、前后軸支撐架構(gòu)成，主要用來支撐和安裝其他部件。如圖2.3-3 所示
圖2.3-3機(jī)架示意圖
割草機(jī)構(gòu)由電機(jī)、傳動(dòng)軸、割刀架和刀片組成。割草機(jī)電機(jī)安裝在機(jī)架上，通過傳動(dòng)軸與割刀架連接，電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)傳動(dòng)軸和割刀架一起轉(zhuǎn)動(dòng)起到旋轉(zhuǎn)切割的作用。刀片一般使用合金工具鋼，讓刀片的鋒刃度和耐磨強(qiáng)度能達(dá)到要求。如圖2.3-4所示
圖2.3-4 割草裝置示意圖
調(diào)高機(jī)構(gòu)由車輪搖臂，連桿，助力彈簧，調(diào)高手柄，調(diào)高檔位座，后軸，前軸組成。行走裝置由行走輪，軸承等組成入圖2.3-5所示。
圖2.3-5 輪子
本次設(shè)計(jì)割草機(jī)以普通的小型旋轉(zhuǎn)式割草機(jī)為主，通過鉸鏈的方式將割草裝置連接在一起來實(shí)現(xiàn)角度的變換。本割草機(jī)主要通過人用手推來行進(jìn)，電動(dòng)機(jī)來帶動(dòng)刀片轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)割草工作。
3.割草機(jī)的參數(shù)設(shè)計(jì)
3.1驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)
該割草機(jī)使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
割草機(jī)工作時(shí)所消耗的功率為，割草時(shí)的功率。即
其中
式中
——割草機(jī)行進(jìn)速度（米/秒），本機(jī)為1米/秒
——割幅（米），本機(jī)為0.8米
——切割單位面積的作物所消耗的功率（N·m/㎡）,取200-300N·m/㎡
空轉(zhuǎn)功率的大小和割草機(jī)切割器的安裝調(diào)增技術(shù)有關(guān)，每行進(jìn)1米所要空轉(zhuǎn)功率為0.6-1.1kw。
取=0.92kw
故輸出功率η
η是工作部位的總效率，取η為0.92，故選擇的割草機(jī)電機(jī)為1600r/min。
3.2 割刀軸的設(shè)計(jì)
3.2.1 軸的設(shè)計(jì)
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。在選擇軸的結(jié)構(gòu)和尺寸時(shí)要對(duì)軸上的零件做出計(jì)算。如果軸設(shè)計(jì)的不符合要求，那與軸相關(guān)聯(lián)的零件也會(huì)受到影響，軸本身的工作能力也會(huì)出現(xiàn)問題。因此，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是軸設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容。
通過對(duì)軸的剛度、強(qiáng)度的計(jì)算來決定軸的工作能力。很多情況下，軸的工作能力主要決定于軸的強(qiáng)度。
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是對(duì)軸的外形以及尺寸進(jìn)行全面的分析和計(jì)算。軸的結(jié)構(gòu)是通過載荷性質(zhì)、大小、方向及分布情況；軸的加工工藝等決定的。
本次設(shè)計(jì)的軸用于連接割刀架和電機(jī)，以及車輪的連接如圖3.2-1。
圖3.2-1車后軸
3.2.2 軸的材料選擇
軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用扎制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。
因?yàn)楹辖痄摫忍间摰拇慊鹦阅芨摺９试趥鲃?dòng)時(shí)擁更大的動(dòng)力，且其尺寸與質(zhì)量也比較高，所以通常使用合金鋼。
3.2.3 軸的計(jì)算
（1）初步確定軸的最小直徑
先初步估算軸的最小直徑。本次設(shè)計(jì)的軸的材料選擇的是45鋼，在進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理后,擁有更高的承受能力、強(qiáng)烈磨損。取A0=112，于是得
(1)
又因?yàn)?
因此選擇直徑d1=20mm（刀片連接器） d2=22mm（與軸承配合處）d3=24mm（限制軸承處）d4=20（與電機(jī)連接）
（2）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
選用7206c型角接觸球軸承。
內(nèi)徑為30mm.
寬度為16mm.
II段長(zhǎng)：
L2=（2+20+16+55）=93mm （2)
III段直徑d3=35mm
L3=L1-L=50-2=48mm (3)
Ⅳ段直徑d4=45mm
由手冊(cè)得：c=1.5 h=2c=2×1.5=3mm
d4=d3+2h=35+2×3=41mm (4)
長(zhǎng)度與右面的套筒相同，即L4=20mm
該段直徑應(yīng)?。海?0+3×2）=36mm
因此將Ⅳ段設(shè)計(jì)成階梯形，左段直徑為36mm
Ⅴ段直徑d5=30mm. 長(zhǎng)度L5=19mm
由上述軸各段長(zhǎng)度可算得軸支承跨距L=100mm
(3)按彎矩復(fù)合強(qiáng)度計(jì)算
①求分度圓直徑：已知d1=50mm
②求轉(zhuǎn)矩：已知T2=50021.8N·mm
③求圓周力：Ft
由式得：
(5)
④求徑向力Fr
根據(jù)課本P127（6-35）式得
Fr=Ft·tanα=1000.436×tan200=364.1N (6)
⑤因?yàn)樵撦S兩軸承對(duì)稱，所以：LA=LB=50mm
(1)繪制軸受力簡(jiǎn)圖（如圖a）
（2）繪制垂直面彎矩圖（如圖b）
軸承支反力：
FAY=FBY=Fr/2=182.05N
FAZ=FBZ=Ft/2=500.2N
由兩邊對(duì)稱，知截面C的彎矩也對(duì)稱。截面C在垂直面彎矩為
MC1=FAyL/2=182.05×50=9.1N·m (7)
(3)繪制水平面彎矩圖（如圖c）
圖3.2-2 彎矩圖
截面C在水平面上彎矩為：
MC2=FAZL/2=500.2×50=25N·m (8)
(4)繪制合彎矩圖（如圖d）
MC=(MC12+MC22)1/2=(9.12+252)1/2=26.6N·m (9)
(5)繪制扭矩圖（如圖e）
轉(zhuǎn) 矩： T=9.55×（P2/n2）×106=48N·m (10)
(6)繪制當(dāng)量彎矩圖
取α=1，截面C處的當(dāng)量彎矩：
Mec=[MC2+(αT)2]1/2
=[26.62+(1×48)2]1/2=54.88N·m (11)
(7)校核危險(xiǎn)截面C的強(qiáng)度
由式（11）
σe=Mec/0.1d33=99.6/0.1×413
=14.5MPa< [σ-1]b=60MPa
所以該軸強(qiáng)度足夠。
3.3刀片的設(shè)計(jì)及計(jì)算
本次設(shè)計(jì)的刀片運(yùn)用于割草，故刀片選則優(yōu)質(zhì)合金鋼，其最低硬度為HRC45，脆性要求應(yīng)符合彎曲試驗(yàn)。如圖3.3-1所示為本次設(shè)計(jì)的割刀裝置
圖3.3-1 割刀架及刀片
如圖示，通過圓沖頭，沖壓刀片，將刀片彎成ａ角度。刀片的厚度對(duì)應(yīng)的彎曲角度見表1。
厚度 s/mm
角度a/(°)
s3.5
3.5s<4.5
s4.5
75
45
30
表一 刀片厚度對(duì)應(yīng)的彎曲角度
距離L,由下式計(jì)算：
L=(32+3s)±s/2 (12)
其中
M=0.024d3
式中：M——刀片不平衡量,kg·m;
d——刀尖圓直徑，m。
刀片在整機(jī)上性能要求
刀尖最大線速度應(yīng)小于96.5m/s。
機(jī)構(gòu)之時(shí)到停止轉(zhuǎn)動(dòng)之時(shí)所經(jīng)過的時(shí)間。對(duì)于割草寬度在600mm 以內(nèi)的旋刀式
草坪割草機(jī)，當(dāng)操作者脫開操作機(jī)構(gòu)時(shí)，刀片應(yīng)在3S 內(nèi)停止；
1.沖頭 2.刀片 3.支承 4.彎曲區(qū)
圖 3.3-2 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?
制動(dòng)距離按下式計(jì)算：
S=0.015V (13)
式中：S——制動(dòng)距離，m；
V——行走速度，km/h。
3.4 調(diào)高機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
割草機(jī)內(nèi)置調(diào)高機(jī)構(gòu)即把調(diào)高機(jī)構(gòu)放置在割草機(jī)殼體內(nèi)部, 外部只有操作手柄。如圖3.4-1
圖3.4-1 1.助力彈簧 2.前搖臂 3.車輪搖臂 4.連桿
5.后搖臂 6.調(diào)高手柄 7.檔位調(diào)高座
在割草機(jī)底部裝上傳動(dòng)連桿和搖臂就是調(diào)高機(jī)構(gòu)。通過拉簧、壓簧或扭簧來實(shí)現(xiàn)助力調(diào)整。調(diào)高機(jī)構(gòu)的重點(diǎn)是連桿、搖臂和助力彈簧。
3.4.1 調(diào)高機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算
（1）連桿及搖臂
由于連桿和搖臂都是放置在割草機(jī)的內(nèi)部, 受到殼體和其他因素的限制, 所以內(nèi)置的連桿及搖臂不可能像外置機(jī)構(gòu)那樣可以設(shè)計(jì)成簡(jiǎn)單的平行四連桿機(jī)構(gòu), 而是需要改變搖臂安裝角度及其臂長(zhǎng), 還往往會(huì)出現(xiàn)前后搖臂初始安裝角和臂長(zhǎng)均不相等的情況。圖5所示為簡(jiǎn)化了的計(jì)算模型, 根據(jù)實(shí)際殼體空間在保證搖臂轉(zhuǎn)角相等的情況下( 保證割草機(jī)四輪高度一致) ,可適當(dāng)調(diào)整確定前后搖臂的安裝角度、臂長(zhǎng)和連桿的長(zhǎng)度。其可以通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì), 也可以用做圖法設(shè)計(jì)確定。
L.軸距 .前后搖臂轉(zhuǎn)角； 1.前搖臂初始安裝角；
2.后搖臂初始安裝角；r1.前搖臂臂長(zhǎng); r2.后搖臂臂長(zhǎng)
圖3.4-2連桿及搖臂計(jì)算模型
連桿長(zhǎng)度l 按下式計(jì)算:
l= (14)
設(shè)計(jì)零件時(shí)在空間允許的情況下應(yīng)保證前后搖臂最長(zhǎng), 這樣可以最大限度地保證調(diào)高精度。凡運(yùn)動(dòng)的零件均應(yīng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)校核, 連桿及搖臂與殼體的最小間隙應(yīng)控制在5～10mm, 連桿與旋刀的間隙應(yīng)大于20mm。
（2） 回位助力彈簧
本次選用的彈簧是扭簧。將扭簧串彎折在前軸上, 一端通過掛鉤掛在前軸搖臂上, 另一端作為固定。如圖3.4-3所示
圖3.4-3 扭簧
k=cos/φ1 (15)
式中: k 為扭簧剛度( N·mm/°) ; G 為割草機(jī)重量( N) ; R 為車輪搖臂長(zhǎng)度( mm) ; 為中檔時(shí)車輪搖臂水平夾角( °) ;φ1 為中檔時(shí)扭簧變形角( 安裝變形角)( °) 。
試制機(jī)型的彈簧參數(shù)如下:
變形角φ=66°; 彈簧自由角φ0=120°; 安裝變形角
φ1=96°( 由于有間隙, 實(shí)際安裝角度達(dá)不到) ; 工作變形
角φ2=162°。材料選用碳素彈簧鋼絲C 級(jí)( 因?yàn)檎{(diào)高機(jī)構(gòu)不頻
繁使用, 滿足要求即可) :切變模量G=79000( ) ; 彈性模量E=206000() ; 抗拉強(qiáng)度=1520( ) ; 許用彎曲應(yīng)力 =1216( ) ; 鋼絲直徑d=4.0( mm) ; 彈簧中徑D=22( mm) ;旋繞比C=5.50; 曲度系數(shù)K1=1; 有效圈數(shù)n=8; 實(shí)際剛度k=78.11 ( N·mm/°) ; 安裝拉桿受力( 最高割草) =166.4N; 工作拉桿受力( 最低割草) =310.8N。
（3）其他零件的設(shè)計(jì)
調(diào)高手柄由手柄、桿和彈性元件組成。調(diào)高檔位座一般選用的是塑料或者鋼材。手柄的檔位一般有10個(gè)左右, 各檔可調(diào)節(jié)10mm左右的割草高度。如圖3.4-4所示檔位調(diào)高部
圖3.4-4 檔位調(diào)高座與調(diào)高手柄
1.彈簧片 2.手柄桿 3.手柄 4.檔位調(diào)高座
3.5 鉸鏈的設(shè)計(jì)
鉸鏈與車身采用螺釘連接如圖3.5-1所示
圖3.5-1 鉸鏈連接示意圖
3.5.1 鉸鏈強(qiáng)度校核
為了能夠?qū)崿F(xiàn)鉸鏈的斜坡地作業(yè)，必須對(duì)鉸鏈進(jìn)行強(qiáng)度校核。鉸鏈的材料為HT200，鉸鏈上有四個(gè)螺釘。在通過鉚釘組截面形心的力F作用下，每個(gè)鉚釘上所受的力相等，即
F1=F2=F3=F4=F5=nmg/5
且r1=r2=r3=r4
可得F''1=F''2=F''3=F''4
由合力矩定理得
2F''1r1+2F''2r2=Me
可解得F''1=nmg/(4r1)
r1=
則1=2=3=4=nmg/(2×）
可得鉚釘受到的最大切應(yīng)力為：
τ=1/A1=nmg/(4××π×）
τ＜[τ]故該鉸鏈強(qiáng)度滿足條件
4 結(jié)論
通過本次設(shè)計(jì)，對(duì)割草機(jī)的割刀裝置、傳動(dòng)裝置、調(diào)高機(jī)構(gòu)、輪子以及鉸鏈進(jìn)行了計(jì)算，理論上實(shí)現(xiàn)了手推式割草機(jī)的基本要求。
在經(jīng)歷過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我明白了光是進(jìn)性理論知識(shí)學(xué)習(xí)，不足以滿足實(shí)際設(shè)計(jì)的要求。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我學(xué)到了許多課本上沒有的知識(shí)，提高了我專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)水平，以及解決問題的能力。同時(shí)也提高我查閱資料的能力，也將電腦繪圖軟件AutoCAD2010、creo2.0的熟練度提升了一個(gè)檔次。通過對(duì)設(shè)計(jì)整體的掌控，以及對(duì)細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉。使我的意志力以及耐心都得到了不同程度的提高。在具體的設(shè)計(jì)計(jì)算中，我察覺到大學(xué)四年學(xué)習(xí)的知識(shí)并沒有帶下好的基礎(chǔ)，通過這次設(shè)計(jì)我一定戒驕戒躁，在以后的工作當(dāng)中做到更好。
從這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中學(xué)到了許多知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)?；仡櫞髮W(xué)四年，再回首畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程，我深刻地感受到做事要從一點(diǎn)一滴慢慢做起，通過不斷的改善不斷地優(yōu)化，才能將事情做好。通過反復(fù)的實(shí)踐才能不斷的完善自己。
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致謝
本設(shè)計(jì)是在老師的悉心指導(dǎo)和熱情關(guān)懷下完成的。在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段當(dāng)中，從查閱資料到設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，裝配草圖等整個(gè)過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)，并很認(rèn)真的幫助我解決設(shè)計(jì)過程中碰到的難題，對(duì)零部件的設(shè)計(jì)上也給了我很多好的建議，使設(shè)計(jì)的更加合理。通過老師詳細(xì)的教導(dǎo)，我繪制出本次設(shè)計(jì)的圖紙，老師仔細(xì)檢查了我的圖紙，并指出了圖紙上錯(cuò)誤，讓我能及時(shí)的改正，這些都讓我獲益匪淺。同時(shí)我還要感謝這四年對(duì)我進(jìn)行教育的各位老師，正是這四年的學(xué)習(xí)，才為我這次順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。沒有他們的培養(yǎng)教育，我也不可能順利的完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。在此，對(duì)馬麗教授以及四年當(dāng)中對(duì)我進(jìn)行教育的各位老師表示我最真誠的尊敬和最真摯的感謝。
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