【正文】 牧草作業(yè)。 現(xiàn)在我們研究的方向是趨向方便和省時(shí)省力?？傮w來(lái)講我國(guó)牧草收獲機(jī)械化水平還是很低，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，品種單一，且草地單位面積擁有整套割、摟、裝、運(yùn)設(shè)備數(shù)量與美國(guó)相比差距懸殊。 國(guó)內(nèi)外電動(dòng)割草機(jī)械切割部件發(fā)展概況切割部件是電動(dòng)割草機(jī)械的最主要的部件，國(guó)內(nèi)外電動(dòng)割草機(jī)械按其切割部件的結(jié)構(gòu)分為往復(fù)式和圓盤(pán)式割草機(jī)；按其行走動(dòng)力分為牽引式、半懸掛式、懸掛式、自走式割草機(jī)。按照割草幅寬可為窄幅和寬幅式割草機(jī)。 （1）往復(fù)式切割器割草機(jī)研究發(fā)展概況往復(fù)式割草機(jī)具有最悠久的歷史。它適于收割天然牧草和種植牧草，具有割茬低而整齊，牧草損失少，便于調(diào)整使用等優(yōu)點(diǎn)，其發(fā)展過(guò)程是從畜力到機(jī)引；從牽引到懸掛。其發(fā)展趨勢(shì)是提高生產(chǎn)效率，一是提高前進(jìn)速度，二是增加割幅。加大割幅將增加金屬消耗量，因此以提高前進(jìn)速度更為有利。但為保證切割質(zhì)量，必須同時(shí)提高切割器切割速度。由于切割速度提高，引起割刀往復(fù)慣性力大為增加，會(huì)造成機(jī)器震動(dòng)和機(jī)件損壞，切割高產(chǎn)或濕潤(rùn)牧草常產(chǎn)生堵刀現(xiàn)象。這種割草機(jī)雖有這些缺點(diǎn)，但目前仍作為一種標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型被國(guó)內(nèi)外廣泛使用和大量生產(chǎn)，并且在不斷完善和改進(jìn)。（2）回轉(zhuǎn)式割草機(jī)研究發(fā)展概況近年來(lái)，西歐由于種植牧草面積大量增加，并使用大量含氮肥料使牧草高大，茂密而趨于倒伏。因此，回轉(zhuǎn)式割草機(jī)得到迅速發(fā)展，它屬無(wú)支承切割。切割器刀片安裝在刀盤(pán)上，并隨刀盤(pán)一起回轉(zhuǎn)進(jìn)行割草，其前進(jìn)速度高，有較高的生產(chǎn)率，不產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象，更換刀片簡(jiǎn)易，保養(yǎng)方便。但回轉(zhuǎn)式割草機(jī)功率消耗較大，為 10～6 馬力/米。（普通往復(fù)式割草機(jī)為 1～2 馬力/米，雙動(dòng)刀割草機(jī)為 4～8 馬力/米）工作幅重割區(qū)大，割茬不齊，碎草多，且對(duì)地面的平坦程度要求較高。在牧草剛度小時(shí)易使割茬高度增加，因此較適于高產(chǎn)硬桿牧草，在西歐比較盛行。第2章 整體方案的確定 割草機(jī)類(lèi)型的選擇 按切割裝置分類(lèi)割草機(jī)按其切割裝置來(lái)分可分為刀片往復(fù)運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)兩類(lèi)。根據(jù)相關(guān)的資料介紹其兩類(lèi)割草機(jī)在收割時(shí)所需的動(dòng)力不一樣，往復(fù)運(yùn)動(dòng)的割草機(jī)所需的動(dòng)力較小，所以往復(fù)運(yùn)動(dòng)的割草機(jī)就成為了主流。如圖21所示是兩種割草機(jī)在收割時(shí)，所需動(dòng)力的對(duì)比[8]。圖21旋轉(zhuǎn)式和往復(fù)式割草機(jī)所需動(dòng)力的比較所以本設(shè)計(jì)選用的割草機(jī)是往復(fù)式割草機(jī)。 往復(fù)式割草機(jī)的分類(lèi)往復(fù)式割草機(jī)主要分為以下幾類(lèi)：（1）手扶拖拉機(jī)配套；又分為前懸掛式和牽引式:；（2）乘座式拖拉機(jī)配套；又分為前懸掛式和牽引式；（3）連桿式割草機(jī)；采用曲柄輪和連桿驅(qū)動(dòng)的形式；（4）無(wú)連桿式割草機(jī)；又稱(chēng)作平衡驅(qū)動(dòng)割草機(jī)，通過(guò)動(dòng)刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在此過(guò)程中所產(chǎn)生的不平衡又重錘吸收。以上的割草機(jī)都是固定式定刀，只有一個(gè)動(dòng)刀，單動(dòng)刀的運(yùn)動(dòng)頻率低，容易卡滯堵塞，難以適應(yīng)柔性莖桿牧草的切割，而且工作時(shí)平衡能力差。雙動(dòng)刀割草機(jī)是兩組刀片相反反向切割。因此驅(qū)動(dòng)裝置和刀片支撐裝置的構(gòu)造比較復(fù)雜，但驅(qū)動(dòng)時(shí)動(dòng)態(tài)平衡較優(yōu)越，刀片的往復(fù)次數(shù)非常高，所以作業(yè)時(shí)相對(duì)比較快。結(jié)合當(dāng)前養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展的特點(diǎn)，牧草機(jī)械的研制在機(jī)型上以小型為主，在研究?jī)?nèi)容上，重點(diǎn)解決勞動(dòng)強(qiáng)度大，用工多的牧業(yè)生產(chǎn)作業(yè)，考慮部分牧場(chǎng)的規(guī)模等，所以本論文主要設(shè)計(jì)一種小型輕便的雙動(dòng)刀的往復(fù)式割草機(jī)械。 方案確定通過(guò)以上的分析和比較，選用雙動(dòng)往復(fù)式割草機(jī)。電動(dòng)割草機(jī)主要有動(dòng)力源、切割系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)和行走系統(tǒng)組成。割草機(jī)的動(dòng)力由柴油機(jī)提供。選擇單缸兩沖程的柴油機(jī)，,轉(zhuǎn)速為2600r/min,外形尺寸為166196208。切割系統(tǒng)，選用雙刀片往復(fù)式。因?yàn)閱蔚镀\(yùn)動(dòng)時(shí)，它的速度不能達(dá)到切割牧草所需要的速度，雙刀片割草機(jī)的速度是單刀片割草機(jī)的兩倍。將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橥鶑?fù)運(yùn)動(dòng)采用雙曲柄機(jī)構(gòu)。傳動(dòng)系統(tǒng)中動(dòng)力由柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)皮帶輪輸出后，經(jīng)三角皮帶輪和一對(duì)錐齒輪兩級(jí)減速，并改變傳動(dòng)方向后傳遞給曲柄主軸，在經(jīng)過(guò)聯(lián)軸器將動(dòng)力傳遞給凸輪軸，帶動(dòng)刀片進(jìn)行切割，同時(shí)，切割器曲柄主軸經(jīng)一對(duì)小鏈輪將驅(qū)動(dòng)力傳遞給輸送系統(tǒng)。減速器中采用錐齒輪傳動(dòng)。輸送系統(tǒng)采用皮帶傳輸，傳輸帶上裝有撥齒，將牧草輸送到收割機(jī)的右側(cè)。行走系統(tǒng)，目前行走系統(tǒng)采用人工推行，暫時(shí)不考慮機(jī)動(dòng)行走，這樣也是為了從經(jīng)濟(jì)方面考慮。行走輪的直徑為250mm。小型電動(dòng)割草機(jī)要能適應(yīng)目前主要種植的黑麥草、紫花苜蓿和三葉草等品種。這些品種在形狀、性能上差異較大，切割強(qiáng)度明顯不同，故對(duì)牧草切割裝置要求較高，對(duì)刀刃型式、切割運(yùn)動(dòng)速度及相關(guān)參數(shù)都要有兼容收割能力。牧草機(jī)的動(dòng)力機(jī)型要小巧，工作可靠；操作上要簡(jiǎn)單便利，整機(jī)輕便，價(jià)格低廉。根據(jù)以上原則，并結(jié)合牧草收割的農(nóng)藝要求，本論文所設(shè)計(jì)的小型電動(dòng)割草機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)：配套動(dòng)力：；割幅： 1 m；割茬高度：45mm左右；切割形式：雙動(dòng)往復(fù)式；適用作物高度：600mm左右；刀片刃口：平面形；刀齒間距：39mm；刀片運(yùn)動(dòng)速率：1800次/min；前進(jìn)方式：手扶推行式；操縱人數(shù)：1人；工效：334m2/h左右。 本章小結(jié)這一章主要是確定小型電動(dòng)割草機(jī)總體的設(shè)計(jì)方案。確定割草機(jī)的類(lèi)型為雙動(dòng)往復(fù)式收割機(jī)。其中的切割系統(tǒng)中采用雙動(dòng)刀片；傳動(dòng)系統(tǒng)中減速器采用錐齒輪傳動(dòng)；輸送系統(tǒng)采用帶傳動(dòng)。這一章主要是設(shè)計(jì)小型電動(dòng)割草機(jī)的大體的方案，為以后的設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。第3章 切割系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 切割器主要參數(shù)的分析 切割器是各種割草機(jī)最主要的部件，其工作效率和作業(yè)質(zhì)量直接影響整機(jī)性能。目前割草機(jī)上普遍采用往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式切割器。因回轉(zhuǎn)式切割器切割功率消耗大，對(duì)地面的平坦程度要求較高，不適應(yīng)于山地、丘陵、梯田等地段，因此選用普通Ⅰ往復(fù)式切割器[2]。在工作時(shí)，柴油機(jī)輸出回轉(zhuǎn)動(dòng)力，經(jīng)過(guò)輸入軸將動(dòng)力傳輸給曲柄主軸,再經(jīng)曲柄機(jī)構(gòu)變?yōu)橥鶑?fù)運(yùn)動(dòng)。 往復(fù)式切割器影響切割質(zhì)量的因素分析切割速度與進(jìn)給速度之間的關(guān)系，用切割速比來(lái)描述。在動(dòng)刀高度一定時(shí)，重割區(qū)和空白區(qū)的大小與機(jī)器前進(jìn)速度和曲柄轉(zhuǎn)速有密切的關(guān)系，其關(guān)系用切割進(jìn)程表示。數(shù)學(xué)式為 （31）式中 ——機(jī)器前進(jìn)速度（m/s）；——割刀運(yùn)動(dòng)一個(gè)行程時(shí)間。因?yàn)橥鶑?fù)切割器割刀運(yùn)動(dòng)一個(gè)行程，曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)180176。，其時(shí)間為 = （32）將（2）代入（1）得 = （33）式中 ——曲柄轉(zhuǎn)速（r/min）。因牧草稠密多汁，切割阻力大，往復(fù)式割草機(jī)切割速度應(yīng)大于 [3]。但切割速度太大，慣性力增加，引起機(jī)器震動(dòng)，因此選擇適宜切割速度是關(guān)鍵，曲柄主軸轉(zhuǎn)速 738 r/min。曲柄旋轉(zhuǎn)一周，割刀完成兩個(gè)行程，則割刀平均速度為 =（m/s） （34）= = m/s式中 ——曲柄半徑（mm）；——曲柄轉(zhuǎn)速（r/min）；因?yàn)榍懈钏俦圈? 將（31）、（33）代入整理得 λ= （35）現(xiàn)有割草機(jī) =（～） 代入（35）式得 λ= （36）——?jiǎng)拥度懈叨龋╩m），標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ型切割器動(dòng)刀刃高度為 54，代入（36）得λ= = ～為保證切割質(zhì)量，實(shí)際切割速比應(yīng)大于理論切割速比，理論進(jìn)給速度 取機(jī)器穩(wěn)定行駛所允許的最高速度。 技術(shù)參數(shù)的分析和評(píng)價(jià)當(dāng)曲柄主軸轉(zhuǎn)速為 738 r/min，切割器平均速度 =，收割機(jī)平均作業(yè)速度=，切割器選標(biāo)準(zhǔn) I 型，為保證切割質(zhì)量，應(yīng)選擇恰當(dāng)?shù)那懈钏俦?。[3]，本機(jī)在平均工況下 =，故本機(jī)的設(shè)計(jì)是合理的。 凸輪軸的設(shè)計(jì)切割時(shí)為實(shí)現(xiàn)從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)到雙刀的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，必需有一個(gè)中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)就是雙曲柄機(jī)構(gòu)，采用偏心輪式結(jié)構(gòu)，由兩偏心輪和凸輪軸組成。由于本文設(shè)計(jì)的是雙刀割草機(jī)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的受力情況正好相反，相互抵消，所以凸輪軸平衡能力較好，就不需要校核計(jì)算了。 凸輪軸的設(shè)計(jì)凸輪軸的動(dòng)力是經(jīng)曲柄主軸通過(guò)聯(lián)軸器傳動(dòng)動(dòng)力，軸的材料選用40Cr調(diào)質(zhì)，=112～97，=35～55MPa，軸的轉(zhuǎn)速n=738r/min，則計(jì)算軸的最小軸徑： （37）取，MPa 則：mm由于軸上開(kāi)鍵槽,考慮鍵槽對(duì)軸的強(qiáng)度削弱,應(yīng)增大軸徑,一般有一個(gè)鍵槽時(shí),軸徑增大3%左右,有兩個(gè)鍵槽時(shí)應(yīng)增大7%左右,然后圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑,因此將圓整成16mm。 軸的結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖31所示。圖31 凸輪軸的結(jié)構(gòu)示意圖 確定凸輪軸的各段直徑和長(zhǎng)度由圖可知軸段上最小直徑在凹槽處，故④段的直徑即mm， mm。軸段①是和曲柄主軸聯(lián)接的聯(lián)軸器，根據(jù)聯(lián)軸器中許用的直徑，取mm， mm。軸段②是定位軸肩，取mm，mm。軸段③是安裝偏心輪，根據(jù)偏心輪的直徑和厚度可得mm， mm。軸段⑤上是圓螺母，故mm，mm。 切割裝置的設(shè)計(jì) 動(dòng)刀的結(jié)構(gòu)切割裝置主要是由一對(duì)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)刀和固定不動(dòng)的支撐部分組成，動(dòng)刀和刀桿做成一體，刀桿和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相連，用以將動(dòng)力傳遞給動(dòng)刀。固定支撐部分包括刀架，間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等，工作時(shí)雙刀同時(shí)作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，對(duì)雙刀間的牧草進(jìn)行收割。動(dòng)刀是切割器的主要工作零件，采用光刃結(jié)構(gòu)，光刃切割省力，割荏整齊，但易磨鈍，工作中需經(jīng)常磨刀，主要用于牧草收割。動(dòng)刀片是一種易損件，為了保證具有較好的耐磨性和一定的沖擊韌性，刀片一般用合金鋼制成，刃部需淬火。動(dòng)刀的結(jié)構(gòu)如圖32所示。圖32動(dòng)刀的結(jié)構(gòu) 下動(dòng)刀 上動(dòng)刀 壓板 4 機(jī)架 墊片 螺母 螺栓 墊片圖33刀片的間隙調(diào)整 偏心輪的設(shè)計(jì)偏心輪是該機(jī)器的最主要的一個(gè)部件，要想實(shí)現(xiàn)從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)到雙刀的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，必需有一個(gè)中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)就是雙曲柄機(jī)構(gòu)，采用偏心輪式的結(jié)構(gòu)。偏心輪的結(jié)構(gòu)如圖34所示：圖34偏心輪 切割裝置附件的設(shè)計(jì)壓板 （見(jiàn)圖35）圖35 壓板機(jī)架 （見(jiàn)圖 36）圖36 機(jī)架 本章小結(jié)本章主要是分析切割器的參數(shù)，通過(guò)原理分析，根據(jù)電動(dòng)割草機(jī)的工作情況計(jì)算出機(jī)器前進(jìn)的速度和割刀