本科论文小型电动割草机的设计

本科论文小型电动割草机的设计内容摘要：

文） 6 第 2 章 整体方案的确定 割草机类型的选择 按切割装置分类 割草机按其切割装置来分可分为刀片往复运动和回转运动两类。 根据相关的资料介绍其两类割草机在收割时所需的动力不一样，往复运动的割草机所需的动力较小，所以往复运动的割草机就成为了主流。 如图 21 所示是两种割草机在收割时，所需动力的对比 [8]。 图 21 旋转式 和往复式割草机所需动力的比较 所以本设计选用的割草机是往复式割草机。 往复式割草机的分类 往复式割草机主要分为以下几类： （ 1）手扶拖拉机配套；又分为前悬挂式和牵引式 :； （ 2）乘座式拖拉机配套；又分为前悬挂式和牵引式 ； （ 3）连杆式割草机；采用曲柄轮和连杆驱动的形式 ； （ 4）无连杆式割草机；又称作平衡驱动割草机，通过动刀的往复运动，在此过程中所产生的不平衡又重锤吸收。 以上的割草机都是固定式定刀，只有一个动刀，单动刀的运动频率低，容易卡滞堵塞，难以适应柔性茎杆牧草的切割，而且工作时平衡能力差。 双动刀割草机是两组刀片相反反向切割。 因此驱动装置和刀片支撑装置的构造比较复杂，但驱动时动态平衡较优越，刀片的往复次数非常高，所以作业时相对比较快。 结合当前养殖业的发展的特点，牧草机械的研制在机型上以小型为主，在10203010 20 30 40 50 60力动的需所割收生草重往复式割草机旋转式割草机沈阳工业大学本科生毕业设计（论文） 7 研究内容上，重点解决劳动强度大，用工多的牧业生产作业，考虑部分牧场的规模等，所以本论文主要设计一种小型轻便的双动刀的往复式 割草 机械。 方案确定 通过以上的分析和比较，选用双动往复式 割草 机。 电动割草 机主要有动力源、切割系统、传动系统、输送系统和行走系统组成。 割草 机的动力由柴油机提供。 选择单缸两 冲程的柴油机，它的额定功率为,转速为 2600r/min,外形尺寸为 166196208。 切割系统， 选用双刀片往复式。 因为单刀片运动时，它的速度不能达到切割牧草所需要的速度，双刀片割草机的速度是单刀片割草机的两倍。 将回转运动变为往复运动采用双曲柄机构。 传动系统中动力由柴油机发动机皮带轮输出后，经三角皮带轮和一对锥齿轮两级减速，并改变传动方向后传递给曲柄主轴，在经过联轴器将动力传递给凸轮轴，带动刀片进行切割，同时，切割器曲柄主轴经一对小链轮将驱动力传递给输送系统。 减速器中采用锥齿轮传动。 输送系 统采用皮带传输，传输带上装有拨齿，将牧草输送到收割机的右侧。 行走系统，目前行走系统采用人工推行，暂时不考虑机动行走，这样也是为了从经济方面考虑。 行走轮的直径为 250mm。 小型 电动割草 机要能适应目前主要种植的黑麦草、紫花苜蓿和三叶草等品种。 这些品种在形状、性能上差异较大，切割强度明显不同，故对牧草切割装置要求较高，对刀刃型式、切割运动速度及相关参数都要有兼容收割能力。 牧草机的动力机型要小巧，工作可靠；操作上要简单便利，整机轻便，价格低廉。 根据以上原则，并结合牧草收割的农艺要求，本论文所设计的小型 电动割草 机的主要技术参数： 配套动力：柴油机 ； 割幅： 1 m； 割茬高度： 45mm左右 ； 切割形式：双动往复式 ； 适用作物高度： 600mm左右 ； 刀片刃口：平面形 ； 刀齿间距： 39mm； 刀片运动速率： 1800 次 /min； 前进方式：手扶推行式 ； 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文） 8 操纵人数： 1 人 ； 工效： 334m2/h 左右。 本章小结 这一章主要是确定小型 电动割草 机总体的设计方案。 确定割草机的类型为双动往复式收割机。 其中的切割系统中采用双动刀片；传动系统中减速器采用锥齿轮传动；输送系统采用带传动。 这一章主要是设计小型 电动割 草 机的大体的方案，为以后的设计做准备。 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文） 9 第 3 章 切割系统的设计 切割器主要参数的分析 切割器是各种 割草 机最主要的部件，其工作效率和作业质量直接影响整机性能。 目前割草机上普遍采用往复式和回转式切割器。 因回转式切割器切割功率消耗大，对地面的平坦程度要求较高，不适应于山地、丘陵、梯田等地段，因此选用普通 Ⅰ 往复式切割器 [2]。 在工作时，柴油机输出回转动力，经过输入轴将动力传输给曲柄主轴 ,再经曲柄机构变为往复运动。 往复式切割器影响切割质量的因素分析 切割速度 pV 与进给速度 mV 之间的关系，用切割速比来描述。 在动刀高度 h一定时，重割区和空白区的大小与机器前进速度 mV 和曲柄转速有密切的关系，其关系用切割进程 H 表示。 数学式为 mH V t （ 31） 式中 mV —— 机器前进速度（ m/s） ； t —— 割刀运动一个行程时间。 因为往复切割器割刀运动一个行程，曲柄转动 180176。 ，其时间为 t t=30n （ 32） 将（ 2）代入 （ 1） 得 H =30mVn （ 33） 式中 n —— 曲柄转速（ r/min）。 因牧草稠密多汁，切割阻力大，往复式割草机切割速度应大于 [3]。 但切割速度太大，惯性力增加，引 起机器震动，因此选择适宜切割速度是关键，曲柄主轴转速 738 r/min。 曲柄旋转一周，割刀完成两个行程，则割刀平均速度pV 为 pV =15rn（ m/s） （ 34） pV = 738 3815 1000 = m/s 式中 r —— 曲柄半径（ mm） ； 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文） 10 n —— 曲柄转速（ r/min） ； 因为切割速比 λ= pmVV 将（ 31）、（ 33）代入整理得 λ= 2rH （ 35） 现有割草机 H =（ ～ ） h 代入（ 35）式得 λ= 2( )r h～ （ 36） h —— 动刀刃高度（ mm） ， 标准 Ⅰ 型切割器动刀刃高度 h 为 54，代入（ 36）得 λ= 2 38( ) 54 ～= ～ 为保证切割质量，实际切割速比应大于理论切割速比，理论进给速度 mV 取机器稳定行驶所允许的最高速度。 技术参数的分析和评价 当曲柄主轴转速为 738 r/min，切割器平均速度 pV =， 收割机平均作业速度 mV =， 切割器选标准 I 型，为保证切割质量，应 选择恰当的切割速比。 切割速比一般大于 [3]， 本机在平均工况下 /PmVV =，故本机的设计是合理的。 凸轮轴的设计 切割时为实现从旋转运动到双刀的往复直线运动，必需有一个中间传动机构，该机构就是双曲柄机构，采用偏心轮式结构，由两偏心轮和凸轮轴组成。 由于本文设计的是双刀割草机，驱动机构的受力情况正好相反，相互抵消，所以凸轮轴平衡能力较好，就不需要校核计算了。 凸轮轴的设计 凸轮轴的动力是经曲柄主轴通过联轴器传动动力，故该轴 的输入功率是，轴的材料选用 40Cr 调质， 0A =112～ 97，  =35～ 55MPa， 轴的转速n=738r/min，则计算轴的最小轴径： 300PdAn （ 37） 取 0 100A ， [ ] 40  MPa 则 ： 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文） 11 30 2 .4 51 0 0 1 4 .9 2738d mm 由于轴上开键槽 ,考虑键槽对轴的强度削弱 ,应增大轴径 ,一般有一个键槽时 ,轴径增大 3%左右 ,有两个键槽时应增大 7%左右 ,然后圆整为标准直径 ,因此 0(1 7 % ) 1 5 .3 7dd   将 d 圆整成 16mm。 轴的结构示意图见图 31 所示。 图 31 凸轮轴的结构示意图 确定凸轮轴的各段直径和长度 由图可知轴段上最小直径在凹槽处，故 ④ 段 的直径即 4 16d mm， 4 2L mm。 轴段 ① 是和曲柄主轴联接的联轴器，根据联轴器中许用的直径，取1 20d mm， 152L mm。 轴段 ② 是定位轴肩，取 2 28d mm， 2 43L mm。 轴段 ③ 是安装偏心轮，根据偏心轮的直径和厚度可得 3 20d mm， 3 20L mm。 轴段 ⑤ 上是圆螺母，故 5 20d mm， 5 42L mm。 切割装置的设计 动刀的结构 切割装置主要是由一对往复运动的动刀和固定不动的支撑部分组成，动刀和刀杆做成一体，刀杆和传动机构相连，用以将动力传递给动刀。 固定支撑部分包括刀架，间隙调节机构等，工作时双刀同时作往复直线运动，对双刀间的牧草进 行收割。 动刀是切割器的主要工作零件，采用光刃结构，光刃切割省力，割荏整齐，但易磨钝，工作中需经常磨刀，主要用于牧草收割。 动刀片是一种易损件，为了保证具有较好的耐磨性和一定的冲击韧性，刀片一般用合金钢制成，刃部需淬火。 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文） 12 动刀的结构如图 32 所示。 图 32 动刀的结构 下动刀 上动刀 压板 4 机架 垫片 螺母 螺栓 垫片 图 33 刀片的间隙调整 偏心轮的设计 偏心轮是该机器的最主要的一个部件，要想实现从旋转运动到双刀的往复直线运动，必需有一个中间传动机构 ，该机构就是双曲柄机构，采用偏心轮式的结构。 偏心轮的结构如图 34 所示 ： 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文） 13 图 34 偏心轮 切割装置附件的设计 压板 （见图 35） 图 35 压板 机架 （见图 36） 图 36 机架 本章小结 本章主要是分析切割器的参数，通过原理分析，根据 电动割草 机的工作情况计算出机器前进的速度和割刀切割的速度，同时进行切割装置的设计，切割装置是牧草收割机的主要组成部分，其性能影响整个牧草的收割质量。 切割装沈阳工业大学本科生毕业设计（论文） 14 置的设计包括刀片结构的设计、刀片间隙的调整、偏心轮的设计和相关附件的设 计。 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文） 15 第 4 章 传动系统的设计 传动系统将柴油机的动力分别传送给切割器和输送系统。 传动系统的结构设计和传动比的确定 传动系统结构设计 根据电动割草 机切割系统和输送系统的工作原理及结构特点 ， 该 机的 传动系统见图 41。 柴油机 联轴器 动力输入皮带轮 输入轴大皮带轮 小锥齿轮 大锥齿轮 输送主动链轮 输送从动链轮 偏心轮 输送带轮 Ⅰ 、减速箱输入轴 Ⅱ 、曲柄主轴 Ⅲ 、凸轮轴 Ⅶ 、 输送主轴 图 41 传动系统简图 由图 8 可知，动力由柴油机发动机皮带轮输出后经皮带轮 4 和一对锥齿轮 6 两级减速，并改变传动方向后传递给曲柄主轴。 曲柄主轴经联轴器将动力传递给凸轮轴带动刀杆及动刀做往复切割运动；同时，切割器曲柄主轴经一对小链轮 8 将驱动力传递给输送系统。 传动比确定 曲轴主轴的转速 pV = 260rn = 30rn m/s （ 41） 往复式切割器割刀平均速度常为 ～ m/s， 由 公式 （ 8）得 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文） 16 n = 330 30 ( ~ 2)38 10PVr   = ～ r/min 取曲柄主轴转速 nⅡ =738 r/min。 确定传动比 在标定工作状况，柴油机额定转速 mn =2600r/min,功率 mP =,动力经皮带轮输出分两路。 一路经二级减速后，直接传递给曲柄主轴（ nⅡ =738r/min）。 因此切割系统传动比 i 为： i = 1i 2i = mnnⅡ= 2600738= （ 42） 式中 1i —— 一级皮带轮减速比 ； 2i。