【正文】 （ 15） 式中 AK —— 工作情況系數(shù) ， 由使用系數(shù)表 [7]查得 ? ； vK —— 動(dòng)力載荷系數(shù) 。 （ 5）應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 60 hN njL? （ 14） 式中 n —— 軸的轉(zhuǎn)速（ 1 1733n ? r/min ， 2 738n ? r/min ） ； j —— 齒輪每轉(zhuǎn)一周時(shí)齒面嚙合次數(shù)，取 j =1； L—— 齒輪工作壽命，取 300 小時(shí) 。 [11] （ 3 ）由齒輪的抗彎疲勞極限圖查得大、小齒輪的抗彎疲勞強(qiáng)度極限 12lim lim 800FF????MPa。 齒根彎曲疲勞設(shè)計(jì)，公式為： ? ? ? ?13 2221 41 0 . 5 1 F a S aFRR YYKTm zu ??? ??? ???? ?? （ 13） （ 1）齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩 5 5 51112 . 7 89 5 . 5 1 0 9 5 . 5 1 0 0 . 1 5 1 01733PT n? ? ? ? ? ? ? ?N 因?yàn)槭情]式硬齒面齒輪傳動(dòng) ， 故初選小齒輪齒數(shù) 1 2 11 8 , 4 2z z iz? ? ?則 。 選擇材料 兩錐齒輪用 40Cr,滲碳淬火齒面硬度 5862HRC。m 表 1 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) Table1 Kinematic and dynamic parameters 軸名 參數(shù) 電動(dòng)機(jī)軸 Ⅰ 軸 Ⅱ 軸 轉(zhuǎn)速 n /（ r/min） 2600 1733 738 功率 P /（ kW） 扭矩 T /（ Nm Ⅰ 軸 2 . 7 89 5 5 0 9 5 5 0 1 5 . 3 21733PT n? ? ? ?ⅠⅠ ⅠN 經(jīng)測定，割草 0L = 200～ 300， [5]所以 1P = 1 202020?? = 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)輸送系 統(tǒng)功率需求為 2 bP PB? （ 12） 式中 bP —— 輸送系統(tǒng)單位割幅所需功率（ kW/m） ， 一般取 ～ kW[11]，則 2P =1 = kW （ 12）式中未考慮傳動(dòng)效率和空轉(zhuǎn)所需的功率，故立式割臺往復(fù)收割機(jī) 最低所需總功率為： 12 1. 94 0. 22 2. 16P P P? ? ? ? ?kW 割草機(jī)的傳動(dòng)效率 切割器的往復(fù)運(yùn)動(dòng)工作是由柴油機(jī)的皮帶輪輸出動(dòng)力，經(jīng)皮帶輪、圓錐齒輪二級減速 見圖 9。 即： 12P P P?? （ 10） 其中 1P = 0102mVBL （ kW） [5] （ 11） 式中 mV —— 機(jī)器前進(jìn)速度（ m/s） ； B —— 機(jī)器割幅（ m） ； 0L —— 切割每平方米面積的莖稈所需的功率（ N 輸送系統(tǒng)傳動(dòng)是通過曲柄主軸中央的小鏈輪，經(jīng)同比傳動(dòng)給輸送主軸，獲得動(dòng)力帶動(dòng)輸送帶橫向輸送。 各種傳動(dòng)的傳動(dòng)比 [4]： 平帶傳動(dòng)比 i ≤ 5 ；錐齒輪傳動(dòng)比 i ≤ 5； 鏈輪傳動(dòng)比 i ≤ 6 ； 根據(jù)相似設(shè)計(jì)法和結(jié)構(gòu)空間位置，取 1i = 即： 1i = 21DD 式中 1D —— 小皮帶輪的直徑（ mm） ； 2D —— 大皮帶輪的直徑（ mm） 。因此切割系統(tǒng)傳動(dòng)比 i 為： i= 1i 確定傳動(dòng)比 在標(biāo)定工作狀況，柴油機(jī)額定轉(zhuǎn)速 mn =2600r/min,功率 mP =,動(dòng)力經(jīng)皮帶輪輸出分兩路。曲柄主軸經(jīng)聯(lián)軸器將動(dòng)力傳遞給凸輪軸帶動(dòng)刀桿及動(dòng)刀做往復(fù)切割運(yùn)動(dòng)；同時(shí)，切割器曲柄主軸經(jīng)一對小鏈 輪 8 將驅(qū)動(dòng)力傳遞給輸送系統(tǒng)。 傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和傳動(dòng)比的確定 傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)電動(dòng)割草 機(jī)切割系統(tǒng)和輸送系統(tǒng)的工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ， 該 機(jī)的 傳動(dòng)系統(tǒng)見圖 8。切割裝置的設(shè)計(jì)包括刀片結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、刀片間隙的調(diào)整、偏心輪的設(shè)計(jì)和相關(guān)附件的設(shè)計(jì)。 圖 3動(dòng)刀的結(jié)構(gòu) Fig3 The knife structure 下動(dòng)刀 上動(dòng)刀 壓板 4 機(jī)架 墊片 螺母 螺栓 墊片 圖 4刀片的間隙調(diào)整 Fig4 The blade gap adjustment 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)。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。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)，對雙刀間的牧草進(jìn)行收割。 凸輪軸的設(shè)計(jì) 凸 此處省略 NNNNNNNNNNNN 字。 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。 技術(shù)參數(shù)的分析和評價(jià) 當(dāng)曲柄主軸轉(zhuǎn)速為 738 r/min，切割 器平均速度 pV =， 收割機(jī)平均作業(yè)速度 mV =， 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?。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。其時(shí)間為 t t=30n （ 2） 將（ 2）代入 （ 1） 得 H = 30mVn （ 3） 式中 n —— 曲柄轉(zhuǎn)速（ r/min）。數(shù)學(xué)式為 mH V t?? （ 1） 式中 mV —— 機(jī)器前進(jìn)速度（ m/s） ； t —— 割刀運(yùn)動(dòng)一個(gè)行程時(shí)間 。 往復(fù)式切割器影響切割質(zhì)量的因素分析 切割速度 pV 與進(jìn)給速度 mV 之間的關(guān)系，用切割速比來描述。因回轉(zhuǎn)式切割器切割功率消耗大，對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]。 3 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。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)。 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。牧草機(jī)的動(dòng)力機(jī)型要小 巧，工作可靠；操作上要簡單便利，整機(jī)輕便，價(jià)格低廉。 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。 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。減速器中采用錐齒輪傳動(dòng)。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)。 切割系統(tǒng)， 選用雙刀片往復(fù)式。 割草 機(jī)的動(dòng)力由柴油機(jī)提供。 方案 確 定 通過以上的分析和比較，選用雙動(dòng)往復(fù)式 割草 機(jī)。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)相對比較快。 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。 圖 1旋轉(zhuǎn)式和往復(fù)式割草機(jī)所需動(dòng)力的比較 Fig1 Comparison of rotating and reciprocating mower required power 所以本設(shè)計(jì)選用的割草機(jī)是往復(fù)式割草機(jī)。根據(jù)相關(guān)的資料介紹其兩類割草機(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。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。但回轉(zhuǎn)式割草機(jī)功率消耗較大，為 10～ 6 馬力/米 。因此，回轉(zhuǎn)式割草機(jī)得到迅速發(fā)展，它屬無支承切割。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)型被國內(nèi)外廣泛使用和大量生產(chǎn)，并且在不斷完善和改進(jìn)。但為保證切割質(zhì)量，必須同時(shí)提高 切割器切割速度。其發(fā)展趨勢是提高生產(chǎn)效率，一是提高前進(jìn)速度，二是增加割幅。 （ 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。 國內(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) 。 現(xiàn)在我們研究的方向是趨向方便和省時(shí)省力 。 目前甘肅酒泉 地區(qū)農(nóng)機(jī)推廣站研制成功新式的二圓盤旋轉(zhuǎn)牧草收割機(jī)，正式通過技術(shù)鑒定，準(zhǔn)予批量生產(chǎn)，可收割各類高密度的人工種植和天然牧草。海拉爾牧業(yè)機(jī)械總廠是全國牧草收獲機(jī)械的最大生產(chǎn)廠家。盡管我國牧草收獲機(jī)械，在引進(jìn)、消化的基礎(chǔ)上也初步形成了散草、方捆、圓捆、壓垛、二次加 壓打包作業(yè)工藝系統(tǒng)，但每種作業(yè)機(jī)械多數(shù)為單一機(jī)型，各作業(yè)工序間機(jī)具與動(dòng)力配套性差，特別是我國農(nóng)村實(shí)行草畜雙承包到戶生產(chǎn)責(zé)任制以后，地塊變小，用戶不能根據(jù)自己的經(jīng)營規(guī)模選擇合適的機(jī)具，機(jī)具使用效益不高，造成供需脫節(jié)。 20 世紀(jì) 80 年代中期以來，我國對草地畜牧業(yè)投入嚴(yán)重不足，相對支持力度減緩甚至下降，使得 許多牧草機(jī)械制造企業(yè)紛紛轉(zhuǎn)產(chǎn)或停產(chǎn)，再加上我國與歐美等發(fā)達(dá)國家存在著技術(shù)差距和制造手段、工藝等方面的差距，使得我國與國外同類產(chǎn)品的制造能力和水平的距離進(jìn)一步拉大，其產(chǎn)品類型只有圓盤式旋轉(zhuǎn)割草機(jī)、后懸掛往復(fù)割草機(jī)、機(jī)引單刀割草機(jī)、指盤式摟草機(jī)、圓捆、方捆打捆機(jī)等，目前，人們多熱衷于討論種植牧草的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，但對于如何實(shí)現(xiàn)上述效益，討論研究較少。 70年代內(nèi)蒙古和新疆分別研制成單圓盤，雙圓盤和四圓盤旋轉(zhuǎn)式割草機(jī)，這些割草機(jī)適 合于高密度的人工種植和天然草場收割，具有割茬低等。在 50 年代末海拉爾機(jī)械廠生產(chǎn)出了新型的畜力割草機(jī)，同時(shí)還生產(chǎn)了引爆單刀割草機(jī)。 國內(nèi)電動(dòng)割草機(jī)機(jī)的生產(chǎn)研究概況 我國牧草機(jī)械產(chǎn)業(yè)化起步晚。在一些發(fā)達(dá)國家，如美國牧草收割機(jī)已全部實(shí)行機(jī)械化， 由 牽引發(fā)展成自走式，已發(fā)明出機(jī)器人式割草機(jī)，牧草業(yè)已成為國民經(jīng)濟(jì)一大產(chǎn)業(yè) [8]。 近年來，歐美等天然草場面積較大的發(fā)達(dá)國家的收割設(shè)備更成熟，結(jié)構(gòu)參數(shù)更合理，更可靠，生產(chǎn)率也很高。迪爾 John Deer 和凱斯 CAS 廠商不斷研制開發(fā)新型多功能聯(lián)合收獲 機(jī)械，如 CASE Combine Harvester515，整機(jī)性能優(yōu)異，可收獲 40 多種農(nóng)作物及牧草，操作方便，可靠耐用，可以毫不費(fèi)力 地 應(yīng)付潮濕倒伏密集的牧草及坡地上的作物 [6]。傳動(dòng)系統(tǒng)通過變速箱及主傳動(dòng)軸將動(dòng)力送到割草機(jī)輾壓輪，再經(jīng)過二級變速箱通過皮帶傳到割刀；采用時(shí)間控制，雙動(dòng)割刀，割刀速度為 1800 行程 /分鐘，兩邊各有一個(gè)平衡飛輪，以減少振動(dòng)及幫助割刀切割；其加強(qiáng)型剛性刀桿提供長久維護(hù)，護(hù)刃器經(jīng)二次熱處理，使其具有可靠的耐磨性；采用可調(diào)浮動(dòng)彈簧，使割刀能完全自由浮動(dòng)；方便的護(hù)刃角調(diào)節(jié)，可適合不同地勢及作物狀況等 [5]。具有領(lǐng)先地位的產(chǎn)品有牽引式往復(fù)割草壓扁機(jī)、自走式割草壓扁機(jī)，如 NEWHOLLAND47 48 49 1465 型等，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：配有護(hù)刃器和短齒護(hù)刃器，根據(jù)牧草作物生長情況選用，不發(fā)生堵塞現(xiàn)象；能手動(dòng)或液壓調(diào)節(jié)切割器護(hù)刃器傾角，適用于多石塊、坡地的田間作業(yè)；可靠的齒輪箱驅(qū)動(dòng)壓扁輥，不需要調(diào)整任何鏈條等優(yōu)點(diǎn) [4]。迪爾公司和紐荷蘭公司目前是世界上最大的牧草機(jī)械制造商，美國約 翰 到了 20 世紀(jì) 70 年代各國開始研制使用旋轉(zhuǎn)式割草機(jī)，利用高速旋轉(zhuǎn)的割刀對植株進(jìn)行無支撐切割的工具，具有結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)保養(yǎng)時(shí)間少，不需要磨刀、換刀等優(yōu)點(diǎn)。馬丁制造的割草機(jī)類似于今天使用的手扶滾筒割草機(jī)。普拉克內(nèi)特獲得了第一臺割草機(jī)的發(fā)明專利，那是一臺裝有環(huán)形刀身的笨重機(jī)器，而且運(yùn)轉(zhuǎn)不很理想。尤其是美、德、法、意、日等發(fā)達(dá)國家在該領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。隨著牧草產(chǎn)業(yè)的迅速崛起，給牧草機(jī)械化發(fā)展帶來了新的機(jī)遇，小型 電動(dòng)割草 機(jī)市場需求空間很大，前景廣闊 [7]。 目前，我國牧草的種植收獲主要依靠人工完成， 勞動(dòng)強(qiáng)度大，功效低，有時(shí)得不到及時(shí)收獲，難以適應(yīng)規(guī)?；⑸唐坊笆袌霭l(fā)展的要求。提高國產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量，開發(fā)新結(jié)構(gòu)