斜坡地割草機(jī)的設(shè)計(jì)含開題及8張CAD圖
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XXXXX
XXXX設(shè)計(jì)
斜坡地割草機(jī)設(shè)計(jì)
THE DESIGN OF WEEDING MACHINE FOR SLOPE AREA
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XX·XX
提交日期：20X年5月
斜坡地割草機(jī)設(shè)計(jì)
摘 要：本次設(shè)計(jì)的斜坡地割草機(jī)主要由電機(jī)、機(jī)架總成、割草裝置、調(diào)高機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)、行走總成、鉸鏈組成，機(jī)架總成由割草機(jī)箱體、前后軸支撐架，割草裝置由割草電機(jī)、導(dǎo)流罩、傳動(dòng)軸、割刀盤和割刀組成。本次設(shè)計(jì)通過鉸鏈連接的方式實(shí)現(xiàn)了平地與斜坡地同時(shí)作業(yè)，這樣既實(shí)現(xiàn)了平地的割草工作又做到了斜坡地的割草工作極大的提高了割草機(jī)的工作效率。本次設(shè)計(jì)的斜坡割草機(jī)既適用于平地又適用于斜坡地的兩用割草機(jī)，使用電機(jī)作為割刀工作，以人工推動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪行走實(shí)現(xiàn)了既無廢氣又無噪音污染。符合環(huán)保要求。
關(guān)鍵詞：斜坡地；草坪；割草機(jī)；環(huán)保
Design of weeding machine for slope area
Abstract：The design of the slope ground mower is mainly composed of a motor, a machine frame assembly, cutting device, the regulating mechanism, control mechanism, walking assembly, a hinge, a frame assembly by mowing machine box body, front and rear axle support frame, mowing apparatus comprises a mowing motor, dome, drive shaft, cutter disk and a cutting knife. This design through the hinge connection way of plain and slope land at the same time, it can implement the ground lawn mowing jobs do inclined slope of the mowing work greatly improves the work efficiency of the lawn mower. The design of the slope lawn mower is suitable for flat ground and suitable for sloped land two-purpose mower, using a motor as the cutter, with artificial push the drive wheel walking achieved neither exhaust gas and noise pollution. In line with the requirements of environmental protection.
Key words：Slope land; Lawn; Lawn mower; Environmental protection
目 錄
摘要……………………………………………………………………………1
關(guān)鍵詞…………………………………………………………………………1
1 前言……………………………………………………………………………2
1.1 割草機(jī)的發(fā)展歷史…………………………………………………………………2
1.2 我國(guó)割草機(jī)的發(fā)展 …………………………………………………………………3
1.2.1發(fā)展?fàn)顩r…………………………………………………………3
1.2.2 存在問題 ……………………………………………………………3
1.3 斜坡地割草機(jī)的使用……………………………………………………………… 4
1.3.1 設(shè)計(jì)用途……………………………………………………………………… 4
1.3.2 注意事項(xiàng)……………………………………………………………………… 4
2 割草機(jī)的概述…………………………………………………………………………… 5
2.1 割草機(jī)的分類……………………………………………………………………… 5
2.2 割草機(jī)割草的基本要求 ……………………………………………………………6
2.3 本割草機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理………………………………………………… 6
3 割草機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………………………………… 8
3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇……………………………………………………………………… 8
3.2 割刀軸的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………… 8
3.2.1 軸的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………… 8
3.2.2 軸的材料選擇………………………………………………………………… 9
3.2.3 軸的計(jì)算……………………………………………………………………… 9
3.3 刀片的設(shè)計(jì)及其計(jì)算………………………………………………………………12
3.4內(nèi)置調(diào)高機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)……………………………………………………………… 14
3.4.1 內(nèi)置調(diào)高結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………………14
3.5 鉸鏈的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………17
4結(jié)論…………………………………………………………………………18
參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………19
致謝……………………………………………………………………………19
1 前言
1.1 割草機(jī)的發(fā)展歷史
在割草機(jī)問世之前，草坪的修剪主要工具是鐮刀，放牧牛羊也是保持草地平整的重要方法。隨著高爾夫球、網(wǎng)球及足球等運(yùn)動(dòng)的興起，人們擁有平整美觀的草地做運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地的要求越來越迫切。1805年英國(guó)人普拉克內(nèi)特發(fā)明了第一臺(tái)收割谷物并能切割雜草的機(jī)器，由人推動(dòng)機(jī)器，通過齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)旋刀割草，這就是旋刀割草機(jī)的雛形。1830年，英國(guó)紡織工程師比爾.布丁取得了滾筒割草機(jī)的專利，1832年蘭賽姆斯農(nóng)機(jī)公司開始批量生產(chǎn)滾筒割草機(jī)，1902年英國(guó)人倫敦恩斯制造了內(nèi)燃機(jī)做動(dòng)力的滾筒式割草機(jī)，其原理至今還在使用。在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，20世紀(jì)初期，割草機(jī)就得到了快速的發(fā)展[1]。
隨著社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)生存環(huán)境的要求也越來越高，城市環(huán)境的保護(hù)得到越來越多的重視。我國(guó)草坪建設(shè)也得到了迅速的發(fā)展。草坪美化環(huán)境，固土護(hù)坡，凈化空氣多種功能已經(jīng)成為人們的共識(shí)。
從第一臺(tái)滾刀式割草機(jī)的問世，到現(xiàn)在已經(jīng)過了100多年了，原來主要應(yīng)用于牧場(chǎng)的機(jī)械已經(jīng)發(fā)展成為有幾十個(gè)品種，適用于不同場(chǎng)合的割草機(jī)。我國(guó)生產(chǎn)割草機(jī)起步較晚，生產(chǎn)企業(yè)的規(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(zhǎng)期以來，割草機(jī)均以進(jìn)口為主。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到1999年底我國(guó)有各種園林機(jī)械10萬臺(tái)，1999年的割草機(jī)銷售量在3萬臺(tái)左右，其中80%為進(jìn)口。我國(guó)割草機(jī)進(jìn)口主要來自于日本、美國(guó)、意大利、瑞典等國(guó)家，進(jìn)口價(jià)格在0.38萬元到5.8萬元。
改革開放以來，我國(guó)的草坪業(yè)由興起到長(zhǎng)足發(fā)展，只有十幾年的時(shí)間，卻為草坪機(jī)械業(yè)的發(fā)展帶來了勃勃生機(jī) 。首先是機(jī)械先進(jìn)，90%以上為進(jìn)口產(chǎn)品，其次外從草坪建植到養(yǎng)護(hù)生產(chǎn)環(huán)節(jié)機(jī)械配套齊全，基本上實(shí)現(xiàn)了全程機(jī)械化，其三是產(chǎn)品品種多、系列化程度高。而在草坪機(jī)械中割草機(jī)發(fā)展最快，我國(guó)引進(jìn)使用的割草機(jī)有美國(guó)和日本等十幾個(gè)國(guó)家的幾十種機(jī)型，我國(guó)也已經(jīng)開始生產(chǎn)割草機(jī)，目前國(guó)內(nèi)外所用的割草機(jī)種類繁多，其分類方法也多樣化[2]。
我國(guó)目前生產(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)由帶有刀片的滾筒和和不動(dòng)的床刀組成。它較旋刀式割草機(jī)有更好的修剪質(zhì)量，是高質(zhì)量草坪最常用的割草機(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。而旋刀式割草機(jī)是由橫向懸掛在直立軸上的刀片高速旋轉(zhuǎn)打切草的上部葉片，它適合于在25-80毫米范圍內(nèi)的剪草。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(guó)內(nèi)外最流行的割草機(jī)。
以動(dòng)力劃分可以分為機(jī)動(dòng)和人推兩類。人推的主要是滾刀式，小巧靈活，適于家庭庭院中小型草坪使用。機(jī)動(dòng)的又分為柴油機(jī)、汽油機(jī)和電動(dòng)機(jī)三類驅(qū)動(dòng)。其中以小型汽油機(jī)作為動(dòng)力的較為普遍，而柴油機(jī)多用于大型的割草機(jī)械，如牧場(chǎng)的割草機(jī)。
1.2 我國(guó)割草機(jī)的發(fā)展
1.2.1 發(fā)展?fàn)顩r
據(jù)調(diào)查，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)割草機(jī)的廠家大約有50家左右。多數(shù)為園藝系統(tǒng)的公司以及轉(zhuǎn)產(chǎn)割草機(jī)的機(jī)械廠。市場(chǎng)上草坪修剪機(jī)的品牌很多，有進(jìn)口的產(chǎn)品，也有國(guó)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。
國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)廠家主要有：中美合資江蘇淮陰泛亞園林機(jī)械有限公司，生產(chǎn)立特牌-NEAT草坪割草機(jī)，占國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的50%，現(xiàn)年產(chǎn)5000臺(tái)。目前正著手進(jìn)行年產(chǎn)5萬臺(tái)割草機(jī)的技術(shù)改造，其動(dòng)力選用日本本田發(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；56厘米自走式草坪割草機(jī)（4.5千瓦），84厘米隨進(jìn)式割草機(jī)（7.8千瓦），84厘米電啟動(dòng)式割草機(jī)（7.8千瓦），122厘米坐騎式割草機(jī)（13.4千瓦）。該廠生產(chǎn)除發(fā)動(dòng)機(jī)以外的零部件，發(fā)動(dòng)機(jī)多選用美國(guó)產(chǎn)品，1999年已經(jīng)有產(chǎn)品出口美國(guó)。
山東省萊州市仲院宇峰鍘草機(jī)廠研制出全新微型電動(dòng)鍘草機(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)。
目前，我國(guó)已經(jīng)研制開發(fā)出來草坪割草機(jī)試驗(yàn)臺(tái)，草坪割草機(jī)為現(xiàn)代城市綠化的重要設(shè)備，目前市場(chǎng)上國(guó)產(chǎn)的機(jī)器均有一定的市場(chǎng)，但質(zhì)量參差不齊。對(duì)于草坪割草機(jī)的安全指標(biāo)，僅有檢測(cè)方法，沒有現(xiàn)成的撞擊試驗(yàn)專用設(shè)備。為了對(duì)其進(jìn)行科學(xué)的測(cè)試，北京市農(nóng)機(jī)試驗(yàn)鑒定推廣站研制成功草坪割草機(jī)專用試驗(yàn)臺(tái)。該試驗(yàn)臺(tái)自動(dòng)化程度高，采用了氣動(dòng)傳動(dòng)技術(shù)、機(jī)－電安全鎖定機(jī)構(gòu)及氣動(dòng)調(diào)速技術(shù)，可對(duì)國(guó)內(nèi)各型草坪割草機(jī)進(jìn)行安全性能試驗(yàn)，能夠完成草坪機(jī)的撞擊試驗(yàn)和刀片護(hù)罩強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，該專用試驗(yàn)臺(tái)達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，檢測(cè)快捷，安全性高[3]。
1.2.2 存在問題
國(guó)內(nèi)割草機(jī)械市場(chǎng)發(fā)展緩慢，我國(guó)草坪機(jī)械產(chǎn)品全線接受檢驗(yàn)，應(yīng)用中暴露出―些質(zhì)量問題。對(duì)此，有關(guān)專家認(rèn)為，當(dāng)前我國(guó)畜牧機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量水平低的原因有以下幾個(gè)方面。
目前草地草坪業(yè)投入始終嚴(yán)重不足，相對(duì)支持力度減緩甚至下降，使得許多割草機(jī)械制造企業(yè)紛紛轉(zhuǎn)產(chǎn)或停產(chǎn)，再加上我國(guó)與歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家存在著技術(shù)、制造手段、工藝等方面的差距，制造能力和水平進(jìn)一步拉大了距離。如現(xiàn)有割草機(jī)械生產(chǎn)制造企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量低，使用故障多、可靠性差。往復(fù)式割草機(jī)工作半天即需刃磨，使用可靠性不到80％。國(guó)外割草機(jī)工作400公頃，故障率僅為4％左右，而我國(guó)的產(chǎn)品在同樣的作業(yè)量其故障率為25％左右。在相同作業(yè)情況下，我國(guó)的割草機(jī)完成的工作量?jī)H是國(guó)外同類機(jī)型的一半。
產(chǎn)品品種不全，成套性差。美國(guó)約翰迪爾公司的割草機(jī)械有13個(gè)品種49個(gè)機(jī)型；紐荷蘭公司現(xiàn)生產(chǎn)12個(gè)品種25個(gè)機(jī)型，可供各種經(jīng)營(yíng)規(guī)模的用戶選擇。我國(guó)的用戶不能根據(jù)自己的經(jīng)營(yíng)規(guī)模選擇合適的機(jī)具，機(jī)具使用效益不高。
產(chǎn)品技術(shù)水平低。割草機(jī)械產(chǎn)品技術(shù)水平高低是衡量該行業(yè)整體科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。一段時(shí)間內(nèi)，由于資金投入嚴(yán)重不足，技術(shù)創(chuàng)新的原動(dòng)力、研發(fā)能力、技術(shù)模仿步伐放緩甚至停頓。我國(guó)已定型的割草機(jī)械大部分屬國(guó)外上世紀(jì)的技術(shù)水平，20多年來基本沒有什么大的改進(jìn)與創(chuàng)新。缺乏應(yīng)有的售后服務(wù)體系。 專家分析認(rèn)為，造成割草機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量水平低的原因有多方面，但缺乏資金投入和人才短缺是造成研發(fā)能力和生產(chǎn)制造工藝水平低的關(guān)鍵所在[4]。
1.3 斜坡地割草機(jī)的使用
1.3.1 設(shè)計(jì)用途
中國(guó)柑橘種植面積和產(chǎn)量目前均為世界第一；柑橘是中國(guó)南方栽培面積最大、涉及就業(yè)人口最多的果樹。近年來，隨著我國(guó)勞動(dòng)人口減少，老年及婦女勞動(dòng)力增加，不僅增加了柑橘生產(chǎn)成本，同時(shí)造成勞動(dòng)力缺乏。我國(guó)南方大部分桔園分布在山區(qū)和丘陵地區(qū)，柑橘樹單一、條栽種植對(duì)機(jī)械提出了特殊要求，現(xiàn)有的田間作業(yè)機(jī)械因動(dòng)力不足和自身體積較大而很難進(jìn)入園中行間作業(yè)，滿足要求的桔園作業(yè)機(jī)械設(shè)備嚴(yán)重缺乏，對(duì)效率高、體積小、自重小、傳動(dòng)平穩(wěn)、適應(yīng)坡地工作環(huán)境的機(jī)械設(shè)備需求越來越迫切。因此，開發(fā)研制適合丘陵山區(qū)桔園的斜坡地除草機(jī)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。。
本次設(shè)計(jì)的斜坡地割草機(jī)是專為適合丘陵山區(qū)桔園設(shè)計(jì)的[5]。
1.3.2 注意事項(xiàng)
（1）每次使用之前都需要進(jìn)行一次檢查，確認(rèn)所有的螺栓、螺母、工具都沒有磨損或損壞，對(duì)于磨鈍或損壞了的刀片應(yīng)當(dāng)更換。
（2）再檢查一下要割草的草坪表面，要清除干凈石頭、木塊、電線等其他堅(jiān)硬的物體，這些物品碰到刀具時(shí)會(huì)飛甩出去而無法控制。
（3）旁邊有人，尤其是兒童和動(dòng)物的時(shí)候，不要使用該割草機(jī)。
（4）割草時(shí)一定要穿用防滑底做成的結(jié)實(shí)靴子。
（5）旋轉(zhuǎn)的刀片轉(zhuǎn)筒可能會(huì)造成人身傷害，刀片轉(zhuǎn)筒和操作人員之間的安全距離是通過導(dǎo)桿隔開的，一定要一直保持這個(gè)安全距離。在堤岸或斜坡上割草時(shí)尤其要注意，一定要順著斜坡的方向割。
（6）當(dāng)后退拉動(dòng)割草機(jī)時(shí)要特別小心，有絆倒的危險(xiǎn)。
（7）任何時(shí)候都不要將手或腳放在運(yùn)動(dòng)部件的上方或下方。
（8）如果刀具或割草機(jī)遇到障礙或堅(jiān)硬的物體時(shí)，一定要適當(dāng)全面地檢查割草機(jī)。
（9）只有在能見度好，視野清晰的時(shí)候才可以進(jìn)行工作。
2 割草機(jī)概述
2.1 割草機(jī)的分類
按切割器類型可以分為旋刀式、往復(fù)式、滾刀式、甩刀式、甩繩式。其中，應(yīng)用最多的是滾刀式割草機(jī)和往復(fù)式割草機(jī)。
往復(fù)式割草機(jī)割茬低而整齊，草坪損失少，單位割幅的金屬用量和功率消耗低，因而成本較低。它的作業(yè)速度一般為6—8km/h。提高割刀的往復(fù)次數(shù)并解決割刀的全平衡問題后，作業(yè)速度可以提高到10—12km/h。往復(fù)式割草機(jī)適用于切割直立而生長(zhǎng)密度不過分高的草坪。
旋轉(zhuǎn)式割草機(jī)工作平穩(wěn)，對(duì)草坪的適應(yīng)性強(qiáng)，特別適用于稠密、倒伏、纏連的牧草，能以8—16km/h的作業(yè)速度工作，生產(chǎn)率高。但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高，單位割幅功率消耗大。
按配套動(dòng)力和作業(yè)方式分可以分為：為手推式、手扶隨行式、手扶自行式、坐騎式和拖拉機(jī)懸掛式割草機(jī)。
按動(dòng)力驅(qū)動(dòng)方式主要分為人畜力驅(qū)動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和電力驅(qū)動(dòng)三種形式割草機(jī)。其中，以發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的割草機(jī)最多，發(fā)動(dòng)機(jī)多為單缸汽油機(jī)。太陽能割草機(jī)雖然已有生產(chǎn)，但應(yīng)用較少。
動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的割草機(jī)按牽引方式或懸掛方式可分為前置式、側(cè)置式、后置式、中置式割草機(jī)。目前，也有旋刀式手推隨行式割草機(jī)，大部分采用中置懸掛，而滾刀手推隨行式割草機(jī)多采用前置式掛接，大型的割草機(jī)則采用混合牽引方式。
2.2 割草機(jī)割草的基本要求
不論是哪一種類型的割草機(jī)對(duì)草坪修剪的基本要求是一樣的：
（1）割草高度可根據(jù)要求調(diào)整，適應(yīng)高度調(diào)整范圍大，當(dāng)草坪要求修剪很低能達(dá)到要求。
（2）割草整齊、平整，同一行程前后割草高度一致，兩次作業(yè)行程銜接平滑、無接茬。
（3）對(duì)地形的適應(yīng)能力強(qiáng)，仿行能力強(qiáng)，隨地形變化前后剪草高度一致。
（4）割草機(jī)對(duì)草坪碾壓輕、傷害少。
（5）草屑收集干凈，或被切割部分細(xì)碎性能好（草屑撒在草坪中當(dāng)肥料時(shí)），以便于灑落在草坪下及時(shí)腐爛。
（6）割草機(jī)質(zhì)量好，故障少，節(jié)省燃料、效率高。
（7）易于操作、輕便靈活、維修調(diào)試方便，零部件通用性和互換性好。
（8）正確掌握修剪草坪的時(shí)間并且制定科學(xué)的修剪高度和修剪頻率。
2.3 本割草機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理
（1）設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
本設(shè)計(jì)的斜坡地割草機(jī)是由電機(jī)、機(jī)架總成、割草裝置、調(diào)高機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)、行走總成等部分組成如圖1所示
圖1 整體結(jié)構(gòu)圖
Fig1 The overall structure diagram
機(jī)架總成由割草機(jī)箱體、前后軸支撐架構(gòu)成，我們?cè)O(shè)計(jì)成一體，主要用來支撐和安裝其他部件。如圖2 所示
圖2 機(jī)架總成示意圖
Fig2 A frame assembly diagram
割草裝置由割草電機(jī)、導(dǎo)流罩、傳動(dòng)軸、割刀盤和割刀組成，割草電機(jī)安裝在導(dǎo)流罩的上方，刀盤和割刀通過傳動(dòng)軸安裝在導(dǎo)流罩內(nèi)，割刀采用優(yōu)質(zhì)合金工具鋼制造，以保證其具有較高的鋒刃度和搞磨強(qiáng)度。如圖3 所示
圖3 割草裝置示意圖
Fig3 Cutting grass device schemes
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。
控制機(jī)構(gòu)由控制手柄，控制按鈕，開關(guān)盒，及開關(guān)組成。如圖 4 所示
1手柄 2控制手柄 3控制按鈕 4開關(guān)盒
圖 4 扶手示意圖
Fig 4 Armrest schemes
行走裝置由行走輪，軸承等組成。如圖 5 所示。
（1）本設(shè)計(jì)斜坡地割草機(jī)原理
本設(shè)計(jì)斜坡地割草機(jī)以普通的小型旋轉(zhuǎn)式割草機(jī)為基礎(chǔ)，通過鉸鏈的方式將斜坡地割草裝置連接在一起來實(shí)現(xiàn)角度的變換，從而實(shí)現(xiàn)斜坡地的割草工作。
（2）本設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn)
本設(shè)計(jì)通過手推的方式來實(shí)現(xiàn)機(jī)器的行走，以電機(jī)來驅(qū)動(dòng)刀片的旋轉(zhuǎn)，以鉸鏈連接來實(shí)現(xiàn)斜坡工作，
圖5 輪胎示意圖
Fig 5 Tire schemes
3 割草機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇
通常需要割斷草所需的力較大且轉(zhuǎn)速較大大約在3000r/min故而選擇Y802-2其技術(shù)參數(shù)：
功率：1.1KW 轉(zhuǎn)速：2830r/min 質(zhì)量：18kg
選擇原因：轉(zhuǎn)速較大，質(zhì)量較小。
3.2 割刀軸的設(shè)計(jì)
3.2.1 軸的設(shè)計(jì)
軸的設(shè)計(jì)也和其它零件的設(shè)計(jì)相似，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作能力計(jì)算兩方面的內(nèi)容。
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，會(huì)影響軸的工作能力和軸上零件的工作可靠性，還會(huì)增加軸的制造成本和軸上零件裝配的困難等。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。
軸的工作能力計(jì)算指的是軸的強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性等方面的計(jì)算。多數(shù)情況下，軸的工作能力主要取決于軸的強(qiáng)度。這時(shí)只需要對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，以防止斷裂或塑性變形。
而對(duì)于剛性要求較高的軸（如車床主軸）和受力大的細(xì)長(zhǎng)軸，還應(yīng)進(jìn)行剛度計(jì)算，以防止工作時(shí)產(chǎn)生過大的彈性變形。對(duì)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸還應(yīng)進(jìn)行振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算，以防止發(fā)生共振而破壞。
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)又包括制定處合理的外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。
軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下因素：軸在機(jī)器中的安裝位置及形式；軸上安裝的零件的類型、尺寸、數(shù)量以及和軸聯(lián)結(jié)的方法；載荷性質(zhì)、大小、方向及分布情況；軸的加工工藝等。
而影響軸的因素較多，且其結(jié)構(gòu)形式又要隨著具體情況的不同而異，所以軸沒有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式。設(shè)計(jì)時(shí)，必須使軸滿足以下條件：軸和軸上工作的零件要有準(zhǔn)確的工作位置；軸上的零件應(yīng)便于裝卸和調(diào)整；軸應(yīng)具有良好的制造工藝等。
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。
由于碳鋼比合金鋼價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，故采用碳鋼制造軸尤為廣泛，其中最常用的是45鋼。
合金鋼比碳鋼具有更高的力學(xué)性能和更高的淬火性能。因此，在傳遞大的動(dòng)力時(shí)，并且要求減小尺寸與質(zhì)量，提高軸頸的耐磨性，以及處于高溫或者低溫條件下工作的軸，常采用合金鋼。
各種熱處理（高頻淬火、滲碳、氮化、氰化等）以及表面強(qiáng)化處理（噴丸、滾壓），對(duì)提高軸的抗疲勞強(qiáng)度都有著顯著的效果。
高強(qiáng)度鑄鐵和球墨鑄鐵容易作成復(fù)雜的形狀，且具有廉價(jià)、良好的吸振性和耐磨性，以及對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低的優(yōu)點(diǎn)，可以用于制造外形比較復(fù)雜的軸。
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。本設(shè)計(jì)選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理,適用于承受交變負(fù)荷、中等負(fù)荷，強(qiáng)烈磨損、無很大沖擊的重要零件。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)
初選用7206c型角接觸球軸承，其內(nèi)徑為30mm,
寬度為16mm.
考慮齒輪端面和箱體內(nèi)壁，軸承端面和箱體內(nèi)壁應(yīng)有一定距離。取套筒長(zhǎng)為20mm，通過密封蓋軸段長(zhǎng)應(yīng)根據(jù)密封蓋的寬度，并考慮聯(lián)軸器和箱體外壁應(yīng)有一定矩離而定，為此，取該段長(zhǎng)為55mm，安裝齒輪段長(zhǎng)度應(yīng)比輪轂寬度小2mm,故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
但此段左面的滾動(dòng)軸承的定位軸肩考慮，應(yīng)便于軸承的拆卸，應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)查取由手冊(cè)得安裝尺寸h=3.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
根據(jù)課本P127（6-34）式得
Ft=2T2/d2=50021.8/50=1000.436N (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）
6彎矩圖
Figure 6 bending moment figure
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
轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭剪文治武功力按脈動(dòng)循環(huán)變化，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 刀片設(shè)計(jì)及其計(jì)算
刀片材料要求刀片應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)鋼材制造，最低硬度為 GB/T 230.1-2004 中的
HRC45，脆性要求應(yīng)符合彎曲試驗(yàn)。
彎曲試驗(yàn)：如圖所示，用半徑 16mm 的圓沖頭，以最小20mm/S 的沖壓速度壓
在彎曲區(qū)內(nèi)，將刀片彎成ａ角度，沖頭和支承寬度應(yīng)大于或等于試驗(yàn)刀片的厚
度S。刀片的厚度對(duì)應(yīng)的彎曲角度見表1。
表 1 刀片厚度對(duì)應(yīng)的彎曲角度
Table 1 blade thickness of the corresponding bending Angle
厚度 s/mm
角度a/(°)
s3.5
3.5s<4.5
s4.5
75
45
30
非平刀片應(yīng)在最不利的位置試驗(yàn)，彎曲中心與刀片的整體長(zhǎng)度中心一致。支承
距離L,由下式計(jì)算：
L=(32+3s)±s/2 (12)
（在試驗(yàn)期間支承距離不變，每個(gè)支承的半徑為10mm，支承可以轉(zhuǎn)動(dòng)，不計(jì)回彈。
彎曲試驗(yàn)后刀片不能出現(xiàn)可見裂紋。）
當(dāng)旋刀式草坪割草機(jī)刀片上不平衡量達(dá) M 時(shí)，割草機(jī)運(yùn)行1h 不應(yīng)有任何故障和
部件損壞。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
（1）刀尖最大線速度應(yīng)小于96.5m/s。
（2）刀片制動(dòng)時(shí)間：刀片以最高工作速度運(yùn)轉(zhuǎn)，用秒表測(cè)量從操作者脫開操作
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 7 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?
Fig 7 The experiment model
（3)當(dāng)最大行走速度小于等于13km/h 時(shí)，每1km/h
制動(dòng)距離為0.19m;當(dāng)行走速度大于13km/h,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 內(nèi)置調(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。這種割草機(jī)美觀大方且有利于兩側(cè)車輪的布置, 但由于割草機(jī)內(nèi)部空間有限,如果設(shè)計(jì)不當(dāng)將影響割草效果, 增加了內(nèi)置調(diào)高機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度。
在割草機(jī)螺旋殼體低端側(cè)增加傳動(dòng)連桿和一副在前后軸上的搖臂就形成了內(nèi)部調(diào)高機(jī)構(gòu)。因?yàn)檫@一側(cè)割草機(jī)工作時(shí)氣流速度不高, 這樣既不影響出草又能順利進(jìn)行調(diào)高操作( 試驗(yàn)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求) ; 同時(shí)用拉簧、壓簧或扭簧來實(shí)現(xiàn)助力調(diào)整。其中用扭簧來實(shí)現(xiàn)助力調(diào)整占用空間最小, 且成本最低、結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單, 非常適合于大規(guī)模生產(chǎn)。內(nèi)置調(diào)高機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是連桿、搖臂和助力彈簧。其他相關(guān)零件均可以借用原有的( 如調(diào)高手柄、調(diào)高檔位座及前后軸和車輪搖臂等)如圖所示
1.助力扭簧 2.內(nèi)置前搖臂 3.車輪搖臂 4.內(nèi)置連桿
5.內(nèi)置后搖臂 6.手柄 7.調(diào)高檔位座
圖 8 內(nèi)置增高機(jī)構(gòu)
Fig 8 The built-in higher institutions
3.4.1 內(nèi)置調(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9連桿及搖臂計(jì)算模型
Fig 9 Connecting rod and rocker calculation model
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
回位助力彈簧選用扭簧, 如圖 所示。扭簧串在彎折前軸上, 不占用割草機(jī)工作空間, 扭簧的一端通過彈簧上設(shè)計(jì)的仿形掛鉤掛在前軸搖臂上, 另一端靠在擋草前弧板作為固定端。設(shè)計(jì)扭簧時(shí)其安裝扭矩與割草機(jī)的質(zhì)量有關(guān), 應(yīng)使其在割草機(jī)調(diào)高機(jī)構(gòu)的中間檔位上和割草機(jī)的質(zhì)量相當(dāng)。
k=GRcosαm/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) ; αm 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)( °) 。
圖10 助力扭簧示意圖
Figure 10 Booster twist spring schemes
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( MPa) ; 彈性模量E=206000( MPa) ; 抗拉強(qiáng)度σb=1520( MPa) ; 許用彎曲應(yīng)力σBp =1216( MPa) ; 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。要保證調(diào)高機(jī)構(gòu)可靠和操作輕便, 工作中不應(yīng)有自動(dòng)脫檔、跳檔和其他失效現(xiàn)象產(chǎn)生。調(diào)高檔位座可用鋼板或塑料制作,一般有5~10 個(gè)檔位, 通過各檔可以調(diào)整10~60mm 割草高度, 如圖所示。
1.彈簧片; 2.手柄桿; 3.手柄; 4.調(diào)高檔位座
圖 10 調(diào)高手柄和調(diào)高檔位座
Figure 10 Raise the handle and the high-grade a seat
3.5 鉸鏈的設(shè)計(jì)
為了實(shí)現(xiàn)割草機(jī)的斜坡地工作，本設(shè)計(jì)采用鉸鏈將兩個(gè)普通割草機(jī)連接起來通過鉸鏈實(shí)現(xiàn)斜坡作業(yè)。鉸鏈與車身采用螺釘連接如圖11所示
圖11 鉸鏈連接示意圖
Figure 11 Hinge connection schemes
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
在力偶距Me作用下，其所承受的力F''i與其至鉚釘組截面形心的距離ri成正比，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F''1=F''2=F''3=F''4=nmg/(2×）
可得鉚釘受到的最大切應(yīng)力為：
τ=F''1/A1=nmg/(4××π×）
τ＜[τ]故該鉸鏈強(qiáng)度滿足條件
4 結(jié)論
本次設(shè)計(jì)通過對(duì)割草機(jī)的割草裝置、行走裝置、控制機(jī)構(gòu)、調(diào)高機(jī)構(gòu)、行走輪以及鉸鏈的設(shè)計(jì)及計(jì)算在理論上將有望實(shí)現(xiàn)斜坡地割草的設(shè)計(jì)理念。
通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我認(rèn)識(shí)到了單純的理論知識(shí)學(xué)習(xí)和實(shí)際設(shè)計(jì)之間的差距。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)既鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，解決實(shí)際應(yīng)用問題的能力，同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力的水平，而且通過對(duì)整體的掌控，對(duì)局部的取舍，以及對(duì)細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富，并且使我的毅力，意志力以及耐力都得到了不同程度的提高。這些都是我希望得到的也是畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的所在。雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容繁多，過程繁瑣，但我的收獲也是非常的多。各種設(shè)計(jì)方案的適用條件，各種零部件的選用標(biāo)準(zhǔn)，我都是隨著設(shè)計(jì)的不斷深入而不斷熟悉并學(xué)會(huì)應(yīng)用的。從畢業(yè)設(shè)計(jì)中學(xué)來的這些寶貴的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，必然會(huì)讓我在未來的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力，更強(qiáng)的溝通力和理解力。
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致 謝
本設(shè)計(jì)是在李明教授的悉心指導(dǎo)和熱情關(guān)懷下完成的，在本次設(shè)計(jì)中的各個(gè)階段，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)一些零部件的設(shè)計(jì)上也給了我很多好的建議，這使我的眼界更加的開闊了，也使自己的設(shè)計(jì)更加合理。我的畢業(yè)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜煩瑣，但是李教授仍能夠不厭其煩的給予我詳細(xì)的指導(dǎo)。,并仔細(xì)檢查我的圖紙，細(xì)心的指出了圖紙上一些錯(cuò)誤的畫法和表示方法，讓我能夠及時(shí)的改正一些不合理的設(shè)計(jì)和制圖的錯(cuò)誤,這些都讓我獲益匪淺。同時(shí)我還要感謝四年當(dāng)中對(duì)我進(jìn)行教育的各位老師，正是通過這四年的認(rèn)真學(xué)習(xí)，為我的這次順利完成畢業(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)李教授以及四年當(dāng)中對(duì)我進(jìn)行教育的各位老師表示我最真誠(chéng)的尊敬和最真摯的感謝。
附錄
附圖1：檔位調(diào)高座零件圖
附圖2：后軸端蓋零件圖
附圖3：搖臂零件圖
附圖4：車后軸零件圖
附圖5：割刀架部件圖
附圖6：鉸鏈部件圖
附圖7：割草機(jī)裝配圖
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