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2007年IEEE的程序
機器人與仿生學國際會議
2007年12月15日-18，三亞，中國
割草機器人多傳感器融合與導航技術(shù)的研究
從明和房波
大連理工大學機械工程學院
大連，116024，中國
congm@dlut.edu.cn
引言——本文提出了一種多傳感器系統(tǒng)從超聲波傳感器和導航相結(jié)合的測量機器人割草機。利用傳感系統(tǒng)使機器人割草機來映射未知的環(huán)境。對于自動割草機器人能在未知的環(huán)境中進行定位和導航執(zhí)行割草任務(wù)是很重要的。由于環(huán)境的復(fù)雜性，簡單的一種傳感器是不足夠割草機器人來完成這些任務(wù)。我們開發(fā)了一個配有DSPTMS320F2812作為CPU割草機器人。感測系統(tǒng)集成由超聲波傳感器，紅外傳感器，碰撞傳感器，編碼器，一個溫度傳感器和電子羅盤組成。超聲波測距技術(shù)變換是基于小波變換的精度高來表示的，以提高超聲波傳感器測量精度。仿真研究表明，所提出的多傳感器信息融合的方法是非常有效的對于導航割草機器人。實驗結(jié)果表明，該傳感系統(tǒng)基于相關(guān)的規(guī)定障礙檢測和定位顯示出巨大的潛力，為在動態(tài)工作條件下的割草機器人提供一個強大的高性價比的解決方案。
關(guān)鍵詞——多傳感器融合，超聲波傳感器，割草機機器人，定位，導航。
1.緒論
草坪修剪被許多人認為是一個最枯燥，累人的日常任務(wù)。首先迫切需要執(zhí)行的任務(wù)是能適應(yīng)環(huán)境的機器人。一些預(yù)測表明，割草機器人將是一個最有前途的個人機器人應(yīng)用，并有重大的市場在世界上。因此，智能化的概念割草機器人（IRM）在1997年度會議的OPEI（ 戶外電力會議設(shè)備研究所）上第一次提出[ 1 ]。該機器人主要面對一般家庭幫助忙碌的人們和乏力的老人們節(jié)省支付雇傭勞動力的報酬，同時消除人們來自噪聲中，花粉和割草刀片的危害。割草機器人是服務(wù)于家庭護理的室外移動機器人，是那種真正的智能機電一體化的環(huán)境清理設(shè)備[ 2 ] [ 3 ]。最重要的是割草機器人為代表的一些地區(qū)覆蓋的環(huán)保機器人不僅用于室內(nèi)地面清潔，如[ 4 ]也在危險的環(huán)境中，例如去地雷，清理輻射點，勘探資源等。與室內(nèi)移動機器人不同，割草機器人得到很大的挑戰(zhàn)。
在整個工作區(qū)域內(nèi)，割草機器人使用傳感器來感知環(huán)境以及識別他們的實時狀態(tài)下的環(huán)境障礙，地圖構(gòu)建，定位和導航。由于環(huán)境的復(fù)雜性，一種簡單的傳感器是不足以讓割草機器人來完成這些任務(wù)的。因此有必要結(jié)合來自不同的傳感器上觀察到的傳感器數(shù)據(jù)減少機器人在任何工作環(huán)境工作的不確定性。為來自各種傳感器的信息能合并，傳感器魯棒性和實時性的融合是必需的[ 5 ]。在傳感器出現(xiàn)誤差或失敗的情況下，多融合傳感器融合也可以減少不確定信息，并提高其可靠性。
低成本的傳感系統(tǒng)，說明其低功耗，高性能。超聲波傳感器檢測范圍是0.3m~ 5m，他們提供良好的范圍信息。然而，環(huán)境引起的鏡面漫反射是超聲波傳感器的不確定因素，讓他們不具吸引力。紅外傳感器的檢測范圍是0.02m~ 1m，他們可以檢測在超聲波傳感器的盲區(qū)的障礙。
為了滿足割草機器人低成本和高精度的測距技術(shù)的需求，在研究超聲波測距技術(shù)基于高精度的小波分析變換（WT）的數(shù)據(jù)報道，提高超聲波傳感器的測量精度。測量數(shù)據(jù)從傳感系統(tǒng)集成，實現(xiàn)規(guī)劃最佳的，可靠地，完全覆蓋整個工作計劃的地區(qū)，使割草機器人避免未知的障礙。
最后，通過仿真研究和實驗結(jié)果表明該傳感系統(tǒng)的導航效果，障礙物檢測和割草機器人定位。
2.信息資源管理系統(tǒng)的硬件
IRM采用DSP TMS320F2812作為其CPU，包括四個單元：車輛系統(tǒng)，切割系統(tǒng)，傳感系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。傳感系統(tǒng)是用來收集外部動態(tài)信息的工作環(huán)境
避障，地圖構(gòu)建，導航與定位。它也可以用來檢測車輛系統(tǒng)的運動參數(shù)和切削機構(gòu)的工作狀況。該控制器將獲得的信息與數(shù)據(jù)庫進行比較，然后發(fā)出修正后精確的命令讓機器人完成任務(wù)。信息資源管理的硬件，如圖1所示。
IMR硬件概要圖1
機器人必須身體強壯，計算速度快，行動準確和安全。它應(yīng)該有能力
，而在全部或大部分的割草期間無需人的干預(yù)。IRM由于模塊化設(shè)計，各單元的管理是相對獨立的。模塊化設(shè)計使維護更容易。IRM任何損壞單元都可以直接取代而不影響其它單元的功能。
3.傳感系統(tǒng)
A：超聲波傳感器單元
超聲波傳感器可以提供良好的范圍是基于飛行時間（TOF）信息原理，主要是由于其簡單性和成本相對較低，他們已廣泛應(yīng)用于移動機器人的障礙物回避，地圖構(gòu)建等。這種類型的外部傳感器能很好測量的障礙物的距離。靈敏度函數(shù)的主瓣內(nèi)包含一個20度角，如圖2所示的【6】。大量的試驗結(jié)果表明，傳感器的精度范圍為±2cm。
圖2為超聲波傳感器的典型的強度分布
對于IRM，我們建立了一個傳感器陣列由12超聲波傳感器間隔30度的間隔。超聲波信號可以覆蓋所有的空間，可以要求哪些機器人檢測整個空間的環(huán)境信號。用基于TOF的測量的超聲換能器的經(jīng)典技術(shù)，計算出的距離最近的反射器利用聲音在空氣中的速度從發(fā)射脈沖到回波到達時間。距離D為反映對象的計算
D =（C×T）/ 2 （1）
其中C是聲音的速度，T是飛行時間。該TOF法產(chǎn)生一系列的值時，回波幅度首次超過臨界值后發(fā)送，忽略第二回波從進一步的反射。
超聲波傳感器單元包括一個觸發(fā)脈沖生成單元，一個多通道選擇單元和回聲接收單元。傳感器接口電路設(shè)計發(fā)送和接收超聲波脈沖，捕獲的總是第一個返回的回聲。一個對象相關(guān)的數(shù)據(jù)的范圍要考慮到即使是位于在錐軸離軸。
超聲波頻率通常在40和180千赫之間，而在該系統(tǒng)中超聲波傳感器的頻率使用的是40千赫。光束角度是20度。40千赫PWM脈沖是由通用DSP的定時器單元產(chǎn)生的。驅(qū)動發(fā)射機有效而不帶來大的振動，40千赫的超聲波一次突發(fā)的時間是8周期。當超聲波脈沖發(fā)射時，傳感器將經(jīng)歷“振鈴”。振鈴引起的由所發(fā)送的脈沖可以使接收器檢測到一個錯誤回聲。這個不能夠捕獲解決DSP中斷問題，直到延遲間隔已過。這意味著在延遲的時間間隔那測距儀不能檢測物體距離該傳感器是少于一半的聲音傳播的距離。這是該超聲波傳感器的盲區(qū)，如圖3所示。
圖3超聲波發(fā)射和接收示意圖
B.：.紅外傳感器裝置和其他傳感器
針對超聲波傳感器的盲區(qū)，增加了紅外傳感器。紅外傳感器可以檢測在20cm內(nèi)的障礙，這彌補了超聲波傳感器由于失明問題所造成的區(qū)域的問題。
這個單元有16個紅外傳感器。每個紅外搜索器范圍有6度，是靈敏度函數(shù)主要的圓錐曲線的視圖。該傳感器具有一個高精度測量范圍，有效測量范圍是一個目標到一米左右。一些測試表明，該傳感器的測距精度在±1cm左右。
為了節(jié)省DSP的資源，16個紅外傳感器采用DSP TMS320F2812的數(shù)據(jù)接口代替IO接口。這種結(jié)構(gòu)也可以同時讀取傳感器的狀態(tài)，以確保該系統(tǒng)的時間性能。傳感器接口電路用于發(fā)送和接收紅外脈沖并總是捕獲第一個回波來處理其振幅。
割草機器人在室外環(huán)境中工作時，其溫度變化迅速。溫度的變化會影響聲音的速度。因此，溫度傳感器用于保證超聲波傳感器的精度。碰撞傳感器是一組敏感的樣本，采用它是為了防止意外的碰撞造成的損害。由于潮濕的環(huán)境會危害IRM電路，濕度傳感器被引入用于檢測濕度環(huán)境。雖然這些傳感器不完全是
一個自主割草機器人機必要的，但他們可以提供有益的功能，讓工作更具有效性和安全性。
4.導航技術(shù)
A. 映射
正如圖4所示，基準方向的X定義和機器人的坐標為，。關(guān)于內(nèi)置電子羅盤對于機器人的幫助，角，這是從第一個傳感器得來的角度，可容易衡量。實際上，如果只在角（標題的機器人角）的測量，從其他傳感器的角度可以發(fā)現(xiàn)
角是我們的世界坐標中心。該超聲波傳感器組的最大環(huán)數(shù)為n，半徑為R（在我們的系統(tǒng)中，n = 12和R = 0.25m）。該環(huán)的原點到中心之間的距離是r，并且該向中心的基準角度是Ω。根據(jù)參考位置機器人的中心是（，）。這個距離是從原點到通過兩個傳感器數(shù)據(jù)檢測的二維平面稱之為。
現(xiàn)在讓我們用DMI測量值來分別表示從超聲波和紅外傳感器得到的數(shù)據(jù)，用于精確距離。這些值之間會有一個誤差
在這項工作中，我們自然假設(shè)是一個均勻隨機變量在（W，W）范圍內(nèi)。在這里，W表示最大距離測量誤差。這里的問題是，給定的，，r ，，，，，和，，，，，估計占用的坐標細胞和（或等價的）以最有效的方法。涉及檢測對象的方程可以寫為
圖4所示機器人在X-Y段的位置
由于對象涉及機器人的方程被寫為
如果我們定義的位置為：=，，，，，然后我們有
將插入到中，
在這里我們有N個這樣的方程。我們把它們矩陣形式
如果我們引入新的矩陣
，然后（10），
可以寫為
在這里，如果我們進行最小二乘法估計，我們得到
因此，我們用最小二乘法估計找到最好的位置。
B. 仿真研究
基于傳感器導航系統(tǒng)已經(jīng)進行了測試在顯示該傳感器融合方法的有效性的兩種環(huán)境分別如圖5和圖6所示。割草機是一個結(jié)構(gòu)化的實驗室初步測試如圖5所示。開始在（0.3m，0.5m，0°），一個虛擬的機器人在虛擬廣場走廊一次。墻在人工環(huán)境中是由真正的地圖表示的。
全車是獨立的。它有一個最大的運行速度是0.4米/秒。實驗室面積調(diào)查出在10cm精度優(yōu)于1cm為佳。提取映射，提出了一開始的目標。機器人位置和方向是由電子羅盤成立[ 8 ]。
圖5數(shù)據(jù)采集與導航在結(jié)構(gòu)化環(huán)境中的結(jié)果
圖5中的結(jié)果顯示的映射質(zhì)量和該傳感器融合方法的有效性。在測試中，我們發(fā)現(xiàn)，在估計的位置的平均誤差（ε）在環(huán)境中的障礙是在[ 0.2 ，0.2]米范圍內(nèi)。
在模擬中，我們看到，在（11）中，實際上應(yīng)該得到的是不滿足
。在可以為位置更好的估計的情況下可以表示為
在這種情況下，估計角不會改變但估計距離是縮放到它的最佳估計。
因此，對于位置，距離估計是和以前一樣，而最小二乘估計的作品只對角
。仿真結(jié)果表明，這種方法產(chǎn)生更精確的結(jié)果。
圖6仿真結(jié)果的墻下行為
墻后，被選定為初值問題域是因為它建立一個相當簡單的問題評價[ 9 ]。它這也奠定了更為復(fù)雜的基礎(chǔ)的問題領(lǐng)域，如迷宮的穿越，映射和用于草坪修剪和吸塵全覆蓋路徑規(guī)劃。墻上的仿真結(jié)果—圖6所示的行為后和實驗結(jié)果在圖6表明，該IRM有能力在非結(jié)構(gòu)化的環(huán)境中執(zhí)行它的割草任務(wù)。
在圖5中傳感器的程序?qū)Ш椒抡嫒缦隆?
5 . 超聲波測距技術(shù)基于小波變換
遺憾的是，由于環(huán)境的復(fù)雜性和噪聲的影響，實際接收到的多回波具有隨時間變化的特性，并且是一個典型的非平穩(wěn)信號。此外，在超聲波脈沖回聲混合噪聲是非高斯白噪聲，但噪聲，和與目標回波相關(guān)。TOF法不能在這樣的條件下直接使用。引用廣義相關(guān)方法估計時間延遲的[ 10 ]，我們把提出了廣義自相關(guān)方法基于小波變換的時延估計[ 11 ]出現(xiàn)在圖7。
圖7基于小波變換的廣義自相關(guān)延遲估計
其中（t）是母小波和（t）是女兒小波。該系數(shù)α是規(guī)模（或縮放
因素）和（τ）是時間位移。小波變換的信號x（t）是y（t）。實際上這是一個過濾過程使用大量的帶通濾波器的超聲回波等于的Q值，這相當于的白化濾波器對廣義相關(guān)方法的時間延遲的估計，為了消除輸入噪聲的影響做以下處理?？梢哉业?，作為
由于傅里葉變換關(guān)系自相關(guān)函數(shù)之間和他的力譜：
我們獲得的廣義自相關(guān)函數(shù)是：
最后，檢測到的峰值來完成TOF的估計和計算實際的超聲波速度。
圖8嘈雜的超聲回波
圖9基于小波去噪的回聲
圖10自相關(guān)函數(shù)
圖11峰值檢測
嘈雜的超聲回波信號如圖8所示，和利用小波變換去噪后的超聲回波顯示
圖9。很明顯，該噪聲混入的超聲波回波經(jīng)WT操作后得到有效地消除作。自動去除噪聲的超聲波回波的相關(guān)運算如圖10所示。圖11顯示了包絡(luò)線，通過希爾伯特變換。正如我們可以看到，如果每一個峰的橫坐標點確定，TOF估計可計算?？紤]的超聲回波衰減和高精度的要求在實踐中的需求，只有前4回波被用來估計TOF。在TOF估計的值是，，，，，，這是對稱于X軸。使用這種方法，估計超聲波速度可以計算出來。
到目前為止，障礙檢測和定位系統(tǒng)成功實現(xiàn)。運用該方法，障礙物檢測和定位系統(tǒng)已成功實施。
基于廣義自相關(guān)法小波變換，提出了實現(xiàn)實時超聲波速度測量，該方法可以消除溫度，濕度和風力的影響，超聲波速度測量可以在機器人工作的動態(tài)條件下完成。在這種傳感系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，廣義自相關(guān)方法顯示出巨大潛力提供用于割草機器人一個強大的解決方案在動態(tài)的工作條件下。
6. 實驗結(jié)果
我們利用超聲波傳感器測量機器人和平面之間的距離。測量結(jié)果和實際距離如表一所示：
表一
超聲波傳感器的實驗數(shù)據(jù)（單位：厘米）
從表一中，我們可以看到，超聲波傳感器測量誤差在3%。
然后，基于廣義自相關(guān)法小波變換，提出了實現(xiàn)實時超聲波速度測量。
通過上述方法，我們再次測量機器人和平面對象距離的。測量結(jié)果與實際距離顯示在表二中。
表二
超聲波傳感器的基于小波變換的數(shù)據(jù)（單位：厘米）
基于小波變換的實驗結(jié)果表明，使用上述的測量誤差技術(shù)是小于1% 為5m范圍區(qū)域內(nèi)，這種傳感系統(tǒng)的障礙物檢測和定位擁有巨大的潛力，能作為—個強大的解決方案用提高于割草機器人性價比在動態(tài)工作條件下。
7. 結(jié)論
在本文中，我們提出了一個多傳感器系統(tǒng)結(jié)合超聲波傳感器測量用于割草機器人導航。該傳感系統(tǒng)具有低成本，低功耗，高性能，使割草機器人機能映射未知環(huán)境。其有效性是通過仿真研究和實驗結(jié)果得到的。
使用不同種類的傳感器集成在傳感系統(tǒng)可以克服超聲波傳感器的盲區(qū)和多傳感器融合的鏡面反射的缺陷。
一種高精度超聲波測距技術(shù)的方法基于小波變換已被引入到改善更多的超聲波傳感器的測量精度準確的感官信息。該系統(tǒng)應(yīng)用于割草機器人，證明了實驗的可靠性和實時性。
今后的工作將著眼于應(yīng)用所提出的跟蹤技術(shù)的多傳感器融合方案應(yīng)用于在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中的機器人割草機控制全覆蓋路徑規(guī)劃[ 12 ]。
參考文獻
SY-025-BY-2
畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
學生姓名
施小艷
系部
機電工程系
專業(yè)、班級
材料成型及控制工程B03-65班
指導教師姓名
劉穎
職稱
講師
從事
專業(yè)
機械工程
是否外聘
□是□否
題目名稱
小型牧草收割機結(jié)構(gòu)設(shè)計
一、設(shè)計（論文）目的、意義
由于我國畜牧機械業(yè)起步比較晚，在生產(chǎn)工藝機械設(shè)計加工設(shè)備和自動化控制水平等諸多方面與發(fā)達國家存在一定的差距。主要原因是我國的牧草收割機的品種不齊全，生產(chǎn)技術(shù)不成熟，設(shè)備質(zhì)量欠佳，遠遠不能滿足日益擴大的國內(nèi)草產(chǎn)品生產(chǎn)加工設(shè)備市場的需求。提高國產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量，開發(fā)新結(jié)構(gòu)，無疑會給畜牧業(yè)發(fā)展起到革命性的作用。雖然市場上國外產(chǎn)品質(zhì)量較好，但價格太高，不太適合國內(nèi)市場的消費水平，所以開發(fā)性能良好、自動化程度高、外形輕巧美觀，而且價格適中的國產(chǎn)收割機將是我國牧草收割設(shè)備的關(guān)鍵機械之一，對促進飼草產(chǎn)業(yè)化會起到舉足輕重的作用。
目前，我國牧草的種植收獲主要依靠人工完成，勞動強度大，工作效率低，作業(yè)成本高，有時得不到及時收獲，難以適應(yīng)規(guī)?；⑸唐坊笆袌霭l(fā)展的要求。小型牧草收割機因價格合理，作業(yè)效率高得到牧草專業(yè)戶的普遍歡迎。隨著牧草產(chǎn)業(yè)的迅速崛起，給牧草機械化發(fā)展帶來了新的機遇，小型牧草收割機市場需求空間很大，前景廣闊。
二、設(shè)計（論文）內(nèi)容、技術(shù)要求（研究方法）
近年來牧草收獲機械發(fā)展迅速，但機械化水平還是很低。尤其是在小型的農(nóng)場，主要還是手工收獲為主，刀具磨損非常厲害，農(nóng)民勞動強度非常大。當前應(yīng)首先研制一些機型小、質(zhì)量好、價格低的牧草收獲機械，以適應(yīng)專業(yè)戶的發(fā)展需要。
基本內(nèi)容包括：整體方案的確定、切割系統(tǒng)的設(shè)計、傳動系統(tǒng)的設(shè)計、輸送系統(tǒng)的設(shè)計。
本設(shè)計需完成對小型牧草收割機的工作原理分析和總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計，繪制機構(gòu)的裝配圖，同時對各個組成部分進行運動設(shè)計和動力設(shè)計，并進行零部件的設(shè)計計算。要求結(jié)構(gòu)合理，運動可靠。計算準確，設(shè)計說明書格式規(guī)范，條理清晰，圖表清楚。
研究方法：
1.利用檢索方法進行中外文獻資料的收集；
2.利用所學知識進行設(shè)計、計算和校核；
3.在計算機上用AutoCAD軟件繪制圖紙。
三、設(shè)計（論文）完成后應(yīng)提交的成果
1.文字部分包括設(shè)計說明書一份，要求說明書的字數(shù)不少于2萬字；
2.完成裝配圖2張（0號），零件或部件圖折合2張0號圖。圖紙要求繪制準確，尺寸與設(shè)計尺寸相符，位置正確，能夠清晰地表示出結(jié)構(gòu)組成；
3.含圖紙與說明書內(nèi)容的光盤一張。
四、設(shè)計（論文）進度安排
2-3周 進行實踐調(diào)查，初步確定設(shè)計方案。提交設(shè)計方案。討論并最后確定方案。
4-6周 初步進行總體設(shè)計，能實現(xiàn)的功能，工作方式，操作形式等方面的設(shè)計，同時進行零部件的初步設(shè)計，簡單的強度計算。繪制裝配草圖，并提交初步設(shè)計成果。
7 -11周 對提交的初步設(shè)計進行研究、修改、完善。在初步設(shè)計的成果基礎(chǔ)上，進行完整、細致的設(shè)計，包括結(jié)構(gòu)、尺寸以及強度的詳細計算，同時進行裝配圖的繪制，零件圖的繪制。說明書的編寫。
12-14周 完成零件圖的繪制。計算機輸入設(shè)計說明書，并打印初稿。
15-16周 最后修改設(shè)計說明書，打印正式的設(shè)計說明書及圖紙。整理所設(shè)計的各項材料，裝訂成冊，準備答辯。
五、主要參考資料
1.王定國等.機械原理和機械零件[M].高等教育出版社,1994.
2.陳秀寧等.機械設(shè)計課程設(shè)計[M].浙江大學出版社,2000.
3.農(nóng)業(yè)機械學會編.農(nóng)業(yè)機械手冊[M].機械工業(yè)出版社,1991.
4.楊麗敏.牧草生產(chǎn)機械化西部農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展新的增長點[J].中國農(nóng)機化,2000（4）.
5.杜健明.水草收獲機械切割輸送裝置的設(shè)計分析[J]農(nóng)村牧區(qū)機械化,1995（2）.
6.孫守田等.黑龍江省畜牧機械化現(xiàn)狀及今后發(fā)展趨勢[J]黑龍江畜牧科技,1994（1）.
7.成大先.機械設(shè)計手冊[M].機械工業(yè)出版社，2000.
六、備注
指導教師簽字：
年 月 日
教研室主任簽字：
年 月 日
畢業(yè)設(shè)計（論文）過程管理材料
題 目
小型牧草收割機結(jié)構(gòu)設(shè)計
學生姓名
施小艷
系部名稱
機電工程系
專業(yè)班級
材料成型及控制工程B03-65
指導教師
劉穎
職 稱
講師
教研室
力學教研室
起止時間
2007.3.12-2007.6.22
教 務(wù) 處 制
本科學生畢業(yè)設(shè)計
小型牧草收割機結(jié)構(gòu)設(shè)計
系部名稱： 機電工程系
專業(yè)班級： 材料成型及控制工程 B03-65班
學生姓名： 施小艷
指導教師： 劉穎
職 稱： 講師
黑 龍 江 工 程 學 院
二○○七年六月
The Graduation Design for Bachelor's Degree
Construction Design of Mini-type Herbage Harvester
Candidate：Shi Xiaoyan
Specialty：Material Processing and Control Engineering
Class：B03-65
Supervisor：Lecturer Liu Ying
Heilongjiang Institute of Technology
2007-06·Harbin
SY-025-BY-3
畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
學生姓名
施小艷
系部
機電工程系
專業(yè)、班級
材料成型及控制工程B03-65班
指導教師姓名
劉穎
職稱
講師
從事
專業(yè)
機械工程
是否外聘
□是□否
題目名稱
小型牧草收割機結(jié)構(gòu)設(shè)計
一、課題研究現(xiàn)狀,選題的目的、依據(jù)和意義
國外牧草機械已有100多年的歷史，經(jīng)歷了從使用畜力到拖拉機動力配套、從單項作業(yè)機具到聯(lián)合作業(yè)機具等發(fā)展過程。20世紀60年代是歐美各國牧草發(fā)展的高峰期，完成了畜力機械、割、摟草機具，各種聯(lián)合作業(yè)機具及成型機具的研制并廣泛推廣。20世紀70年代以來，各公司致力于新產(chǎn)品的開發(fā)，改進原有產(chǎn)品的性能，保持競爭力。
我國牧草機械工業(yè)是農(nóng)業(yè)工業(yè)起步較晚，發(fā)展緩慢的行業(yè)之一。50～70年代中期，只生產(chǎn)一些仿蘇40～50年代畜力及機引的收獲機械。70年代后期至90年代末，開始仿制國外先進的具有70～80年代水平的收割機械。但近幾年來牧草收獲機械發(fā)展迅速。
由于我國畜牧機械業(yè)起步比較晚，在生產(chǎn)工藝機械設(shè)計加工設(shè)備和自動化控制水平等諸多方面與發(fā)達國家存在一定的差距。主要原因是我國的牧草收割機的品種不齊全，生產(chǎn)技術(shù)不成熟，設(shè)備質(zhì)量欠佳，遠遠不能滿足日益擴大的國內(nèi)草產(chǎn)品生產(chǎn)加工設(shè)備市場的需求。提高國產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量，開發(fā)新結(jié)構(gòu)，無疑會給畜牧業(yè)發(fā)展起到革命性的作用。雖然市場上國外產(chǎn)品質(zhì)量較好，但價格太高，不太適合國內(nèi)市場的消費水平，所以開發(fā)性能良好、自動化程度高、外形輕巧美觀，而且價格適中的國產(chǎn)收割機將是我國牧草收割設(shè)備的關(guān)鍵機械之一，對促進飼草產(chǎn)業(yè)化會起到舉足輕重的作用。
目前，我國牧草的種植收獲主要依靠人工完成，勞動強度大，工作效率低，作業(yè)成本高，有時得不到及時收獲，難以適應(yīng)規(guī)?；?、商品化及市場發(fā)展的要求。小型牧草收割機因價格合理，作業(yè)效率高得到牧草專業(yè)戶的普遍歡迎。隨著牧草產(chǎn)業(yè)的迅速崛起，給牧草機械化發(fā)展帶來了新的機遇，小型牧草收割機市場需求空間很大，前景廣闊。
二、設(shè)計（論文）的基本內(nèi)容,擬解決的主要問題
根據(jù)我省牧草種植的規(guī)模，在機型上應(yīng)以小型為主，以適合小型地塊的種植，在研究內(nèi)容上主要解決勞動強度大，工作效率低的問題，要做到適合當前主要種植的黑麥草等柔性牧草的收割；并且牧草收割機的動力要可靠，操作上要簡捷便利，整機輕便，機架靈巧，價格低廉，傳動機構(gòu)要緊湊，切割器要可靠耐用。
基本內(nèi)容包括：整體方案的確定、切割系統(tǒng)的設(shè)計、傳動系統(tǒng)的設(shè)計、輸送系統(tǒng)的設(shè)計。
在這次設(shè)計中主要解決的問題是選擇合適的切割器及相關(guān)的設(shè)計和計算；傳動系統(tǒng)的設(shè)計與計算；輸送系統(tǒng)的設(shè)計和計算。
三、技術(shù)路線（研究方法）
1． 利用檢索方法進行中外文獻資料的收集；
2． 利用機械原理進行計算；
3． 在計算機上用AutoCAD軟件繪制圖紙；
四、進度安排
2-3周 進行實踐調(diào)查，初步確定設(shè)計方案。提交設(shè)計方案。討論并最后確定方案。
4-6周 初步進行總體設(shè)計，能實現(xiàn)的功能，工作方式，操作形式等方面的設(shè)計，同時進行零部件的初步設(shè)計，簡單的強度計算。繪制裝配草圖，并提交初步設(shè)計成果。
7 -11周 對提交的初步設(shè)計進行研究、修改、完善。在初步設(shè)計的成果基礎(chǔ)上，進行完整、細致的設(shè)計，包括結(jié)構(gòu)、尺寸以及強度的詳細計算，同時進行裝配圖的繪制，零件圖的繪制。說明書的編寫。
12-14周 完成零件圖的繪制。計算機輸入設(shè)計說明書，并打印說明書初稿。
15-16周 最后修改設(shè)計說明書，打印正式的設(shè)計說明書及圖紙。整理所設(shè)計的各項材料，裝訂成冊，準備答辯。
五、參考文獻
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六、備注
指導教師意見：
簽字： 年 月 日
黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計
摘 要
隨著農(nóng)村現(xiàn)代化進程的加快，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)正朝著多元化的方向發(fā)展。20多年來畜牧業(yè)發(fā)展較快，與之相應(yīng)的牧草種植面積也不斷擴大。目前牧草種植均為中小型牧場，田塊大小不一，高低不平，大型牧草收割機械難以在這些地區(qū)作業(yè)。而中小型牧場資金有限，而且牧草在一個生長期內(nèi)多次收割，急需適合中小型牧場的收獲機械。
根據(jù)收獲對象對收割機的各種約束條件和設(shè)計原則，本論文確定了小型牧草收割機的最佳總體方案和適宜的切割系統(tǒng)主軸轉(zhuǎn)速、切割速比、輸送速比等設(shè)計參數(shù)。該機主要由切割系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)三部分組成，自帶動力（2.9kW水冷柴油機）采用立式割臺、橫向輸送。小型牧草收割機機結(jié)構(gòu)緊湊，小巧靈活，轉(zhuǎn)移方便且操作簡捷，整機通過性能好，適應(yīng)性強。
關(guān)鍵詞： 牧草；收割機；機械設(shè)計；強度計算；雙動
ABSTRACT
With the quickening course of modernization in the country, the agriculture industrial structure is facing to the multiplex direction. The stock breeding have developed quickly for 20 years, correspondingly the area of the pasture grass have increasingly expanded. At present the pasture grass is the middle or small scale, and the field block size is different, and uneven. Therefore the large-scale pasture grass harvesting machine is difficult to work in these local areas. However the fund of the middle and small scale pasture is limited, the pasture grass have been harvested many times in one vegetal period. So the harvest machines which suit the middle and small scale pasture is needed urgently.
According to resembling design principle and various restraint conditions for reaper, the optimal overall scheme of reaper working on hillside and some suitable design parameters such as rotational speed of main shaft in cutting system, cutting speed index, conveying speed index have been determined. The reaper is mainly composed of cutting, conveying and Transmission system. This machine with self-driven power (the water-cooling diesel engine of 2.9kw) was adopted to vertical header, horizontal conveying .
Keywords: Herbage; Reaper; Machine Design; Strength Evaluation; Double-Propelled
II
文 獻 綜 述
題 目： 小型牧草收割機的設(shè)計
學生姓名： 施小艷
專業(yè)班級： 材料成型及控制工程B03-65班
系部名稱： 機電系
指導教師： 劉穎
職 稱： 講師
黑 龍 江 工 程 學 院
二○○七年四月
9
小型牧草收割機的設(shè)計
摘要：隨著農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整,養(yǎng)殖業(yè)比例的不斷增加,與之相應(yīng)的牧草種植不斷擴大. ?僅黑龍江省現(xiàn)有自然牧草地33.70萬公頃，另外還有可墾荒地56.23萬公頃，其中37%可改良為牧草地。但我省的牧草收割多以人工為主,工作效率低,作業(yè)成本高,而且一年要割四至五茬,勞動強度非常大,新興的牧草種植業(yè)急需經(jīng)濟實用的小型牧草收割機。
通過文獻資料對國內(nèi)外牧草機械的現(xiàn)狀及發(fā)展有一定的了解；同時介紹了目前國內(nèi)外常使用的牧草收割機及各自的特點及還需解決的問題和牧草收獲機械的發(fā)展前景；切割器是各種牧草收割機上最重要的工作部件，下面也簡要介紹了幾種常用切割器的特點。
關(guān)鍵詞： 牧草收割機；切割器；傳動裝置
Design of Construction Mini-type Herbage Harvester
Abstract: As a result of the adjustment of the infrastructure of agriculture production ,the portion of livestock production in agriculture is ever increasing , and the corresponding farming area for herbage is constantly expanded. Only in Heilongjiang Province, it exists natural pastures 337,000 hectares,and also has reclaiming wasteland 562,300 hectares, 37% of which can be improved to the pastures. But our province’ herbage harvesting many by the man-power primarily , Herbage harvesting is generally performed manually 4 to 5 times each year ,having low productivity ,high cost and labor intensity. The newly emerging herbage industry is urgently demanding economical mini-type herbage harvester.
Through literature we have a certain understanding of the current situation and development on herbage machinery at home and abroad .Meanwhile it introduces several herbage harvester which often use at home and abroad with their characteristics and the problems that need to be solved, and also introduces devlopment prospects of herbage machinery .Herbage cutting is the most important part of kinds of herbage harvesters. The following is a brief summary of several cutting requirements’ characteristics.
Key words: herbage ; cutting requirement ; Transmission device
引言： 隨著農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，全國養(yǎng)殖業(yè)的比例不斷增加，與之相應(yīng)的牧草種植面積不斷擴大，僅黑龍江省的現(xiàn)有自然牧草地33.70萬公頃，另外還有可墾荒地56.23萬公頃，其中37%可改良為牧草地，作為后備牧草資源。這些草地多數(shù)呈條狀、塊狀分布，大面積的草地為數(shù)不多，草地草原差，適口性一般。而且牧草收割多以人工為主，工作效率低，作業(yè)成本高，而且一年要割四至五茬，勞動強度大，新興的牧草種植業(yè)急需經(jīng)濟實用的小型牧草收割機。
目前國內(nèi)外現(xiàn)有的牧草收割機械，按切割器的形式主要分為往復(fù)式和旋轉(zhuǎn)式兩種,工作幅寬2-6米，工作效率5-18畝/小時，配套動力為9-50KW，這些機具主要為大型牧場使用，成本較高，不適合中小型牧場使用。
一、 牧草收割機研究的背景
我國經(jīng)過20多年的改革開放，國民經(jīng)濟已進入一個平穩(wěn)、持續(xù)、快速發(fā)展的時期。隨著綜合國力逐步增強和經(jīng)濟建設(shè)的步伐不斷加快，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)正逐步得到優(yōu)化調(diào)整，畜牧業(yè)將成為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化建設(shè)中一項重要內(nèi)容，其在農(nóng)業(yè)經(jīng)濟中的比重越來越大。加之隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，草原建設(shè)、草原改良、退耕還草、生態(tài)恢復(fù)建設(shè)蓬勃興起，由此形成的牧草產(chǎn)業(yè)，將成為集生態(tài)、經(jīng)濟和社會效益于一體的新型綜合性產(chǎn)業(yè)。但我國牧草機械化水平與國外發(fā)達國家相比有相當大的差距。我國牧草機械產(chǎn)品品種不全，成套性差。
二、牧草收獲機械的現(xiàn)狀
（一）國外牧草機械的發(fā)展現(xiàn)狀
國外牧草收割機械，自十九世紀初葉出現(xiàn)畜力割草機和摟草機以來，已有一百多年的歷史了，經(jīng)歷了從使用畜力到拖拉機配套、從單項作業(yè)機具到聯(lián)合作業(yè)機具的發(fā)展過程。20世紀70年代以來，部分服役機具趨于飽和，產(chǎn)量和保有量保持穩(wěn)定或趨于下降，各公司致力于開發(fā)新產(chǎn)品，改進原有產(chǎn)品的質(zhì)量，美國、德國、法國、意大利、日本等發(fā)達國家在該領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。20世紀90年代，這些國家的割、摟、捆裝、運等牧草收獲機械陸續(xù)進入我國牧草種植基地，國外先進的牧草收獲機械技術(shù)比較完善，機具品種多，性能可靠，但價格昂貴。
目前，歐美各國幾乎所有的農(nóng)機公司都生產(chǎn)牧草機械，產(chǎn)品品種齊全，系列完整，能滿足各種收獲；主要結(jié)構(gòu)及技術(shù)性能指標至今沒有多大變化；只是在操作舒適和計算機應(yīng)用方面有所改進。下圖顯示的是世界上最大的牧草機械制造商之一的紐荷蘭的兩種牧草收割機[14]。
圖1 紐荷蘭后置式牧草收割機 圖2 紐荷蘭前置式牧草收割機
（二）國內(nèi)牧草收割機械的發(fā)展現(xiàn)狀
我國畜牧機械工業(yè)是農(nóng)業(yè)工業(yè)中起步較晚，發(fā)展慢的行業(yè)之一。牧草收割機械是我國生產(chǎn)及使用最早的畜牧機械之一。盡管近年來牧草收割機械發(fā)展迅速，但機械化水平還是很低。尤其是在小型的牧場，主要還是手工收獲為主，刀具磨損非常厲害，農(nóng)民勞動強度非常大。根據(jù)農(nóng)村種植業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和當前經(jīng)濟體制的情況，在機型的研制上主要以中小型為主，在研究內(nèi)容上主要解決勞動強度大的問題。當前應(yīng)首先研制一些機型小、質(zhì)量好、價格低的牧草收割機械，以適應(yīng)專業(yè)戶的需求。
（三）近年來我國自行研制的成果
我國在50年代生產(chǎn)了馬拉割草機和三刀割草機，1953年遼寧金縣農(nóng)具長首先生產(chǎn)了1.4型的畜力割草機；1958年海拉爾牧業(yè)機械廠生產(chǎn)了9G-1．4型的畜力割草機，同時還生產(chǎn)9G-1．2型機引暴單刀割草機；1965年內(nèi)蒙古畜牧機械研究所進行了后懸掛雙動刀高速割草機和雙連桿畜力割草機的研究，雙動刀高速割草機接近當時國外同類產(chǎn)品先進水平，以后約有十年的時間停止了研究工作；1976年以后內(nèi)蒙古、分別研制成單圓盤、雙圓盤和四圓盤旋轉(zhuǎn)式割草機；1979年白城牧機廠試制成功 圖3 牧草收獲機
9S-4.0型自走式割草壓扁機；1985年農(nóng)科院農(nóng)機化所研制成功9GZX-2.4型六盤全齒式旋轉(zhuǎn)式割草機；2002年上海向明公司自行研制出9GX（Y）-1.6型圓盤割草機。
三、牧草機械的發(fā)展前景
國內(nèi)外大量事實證明，對天然草場進行改良，建立人工草場，實施退牧還草工程，實施圍欄禁牧封育，是提高草場生產(chǎn)能力，解決草畜矛盾，使畜牧業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定、高速、優(yōu)質(zhì)發(fā)展的一項關(guān)鍵措施。此外，退耕還草，保護和建設(shè)生態(tài)環(huán)境，都與草場改良和建立人工草場相關(guān)。據(jù)有關(guān)報道，僅內(nèi)蒙古自治區(qū)草原建設(shè)總規(guī)模每年要保持在3000 萬畝。國家計劃到2010年治理“三化”草原5億畝，新增人工種草，改良草地7.5億畝。
據(jù)測算僅草原改良、建設(shè)，對不同生產(chǎn)能力的牧草種子加工成套設(shè)備近期需求量為150—200套/年。另外，如果全國每年以建設(shè)240萬公頃人工草地計算，每公頃平均播草籽8公斤，則年需10000臺牧草播種機和草原松土補播機，80000臺草籽收獲機或草籽采集機。在每個割草季節(jié)按一臺割草機的生產(chǎn)能力為500公頃計算，則每年需新增割草機4800臺。相應(yīng)配套的摟草機2000臺。每臺捆草機每個作業(yè)季節(jié)平均捆草3000噸（300kg/捆×300捆/天×35天），平均每公頃產(chǎn)干草5.25噸，則需圓捆機4200臺。以上分析不包括天然草場和農(nóng)區(qū)對牧草機械的需求，如以每年5%的更新計算，則每年需新增1750臺割草機（現(xiàn)保有量約3.5萬臺），如果未來天然草場割草機擁有量達到萬畝1臺的水平，那將是33萬臺的巨大市場（按可利用草場33億畝計），其他牧草機械如摟、捆、運等也將出現(xiàn)相應(yīng)需求。
四、牧草收割機概述
（一）割草機的類型
國內(nèi)外牧草收獲機械按其切割部件的結(jié)構(gòu)分為往復(fù)式（如圖4）和圓盤式割草機（如圖5）[15]；按其行走動力分為牽引式、半懸掛式、懸掛式、自走式割草機；按照割草幅寬可為窄幅和寬幅式割草機[11]。
1、往復(fù)式切割器割草機研究發(fā)展概況
往復(fù)式割草機具有最悠久的歷史。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，其發(fā)展趨勢是提高生產(chǎn)效率，一是提高前進速度，二是增加割幅。加大割幅將增加金屬消耗量，因此以提高前進速度更為有利。但為保證切割質(zhì)量，必須同時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，會造成機器震動和機件損壞，切割高產(chǎn)或濕潤牧草常產(chǎn)生堵刀現(xiàn)象。這種割草機雖有這些缺點，但目前仍作為一種標準機型被國內(nèi)外廣泛使用和大量生產(chǎn)，并且在不斷完善和改進。
2、回轉(zhuǎn)式割草機研究發(fā)展概況
近年來，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)式割草機得到迅速發(fā)展，它屬無支承切割。切割器刀片安裝在刀盤上，并隨刀盤一起回轉(zhuǎn)進行割草，其前進速度高，有較高的生產(chǎn)率，不產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象，更換刀片簡易，保養(yǎng)方便。但回轉(zhuǎn)式割草機功率消耗較大，為10～16馬力/米。（普通往復(fù)式割草機為1～2 馬力/米，雙動刀割草機為4～8馬力/米）工作幅重割區(qū)大，割茬不齊，碎草多，且對地面的平坦程度要求較高。在牧草剛度小時易使割茬高度增加，因此較適于高產(chǎn)硬桿牧草，在西歐比較盛行。
圖 4自走式往復(fù)式收割機 圖5自走式旋轉(zhuǎn)式收割機
（二）牧草收割機械的各組成部分
牧草收割機械主要由切割裝置、傳動裝置、輸送裝置、行走輪及結(jié)構(gòu)部件等組成。
1、切割器
切割器是收獲機械的重要部件之一，它的功用是將田間的作物切斷。目前，已廣泛使用和報道的切割器有：往復(fù)式、回轉(zhuǎn)式、甩刀式、帶式等。下面來簡要介紹幾種常見切割器的特點
（1）往復(fù)式切割器。往復(fù)式切割是目前國內(nèi)外稻麥收割機上應(yīng)用最廣的一種切割器，現(xiàn)基本標準化。其切割速度一般為1.5～2m/s，作業(yè)速度低，一般不超過9km/h。它由往復(fù)運動的割刀和固定不動的支承部分組成。割刀由刀桿、動刀片和刀桿頭等鉚合而成。刀桿頭與傳動機構(gòu)相連接，用以傳遞割刀的動力。工作時，割刀作直線往復(fù)運動，其護刃器前尖將谷物分成小束引向割刀，割刀在運動中將禾桿推向定刀進行切割。這種切割器平均切割速度較低，切割性能好，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，廣泛用于谷物收割機上。它的缺點是往復(fù)慣性力大，割臺振動和噪聲大，存在重割和漏割，割茬不整齊。
（2）回轉(zhuǎn)式切割器?；剞D(zhuǎn)式切割器主要用于收獲牧草、青飼料等粗莖稈作物， 少數(shù)谷物收獲機上也使用這種切割器?；剞D(zhuǎn)式切割器切割速度高，一般為25～50m/s,可適應(yīng) 10～25km/h 的高速作業(yè)，慣性力易平衡，震動較小，結(jié)構(gòu)簡單,但回轉(zhuǎn)半徑小，不宜寬幅切割，割刀的壽命較短，維修費用高。在牧草收割機上多采用雙盤或多組雙盤式，每個刀盤由刀盤架、刀片、錐形送草盤和撥草鼓等組成。孫永海、常振臣等[12]以試驗設(shè)計、計算機模擬和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)為手段,對圓盤式切割器進行了試驗研究,探討了切割速度、切削角和刀齒高度3個因素對切割損失和切割阻力的影響,得到了切割速度、切削角和刀齒高度的最佳參數(shù)組合。楊家軍、劉鋒等[13]應(yīng)用結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計原理和隨機激勵下的動態(tài)設(shè)計方法，研究了切割器在隨即激勵下的響應(yīng),得到了切割器結(jié)構(gòu)的動態(tài)設(shè)計的結(jié)果。
（3）甩刀式切割器。甩刀式切割器多用于玉米青貯飼料收割機上。目前國內(nèi)外收割機上多采用甩刀式切割器。它由水平橫軸、刀盤體、刀片和護罩等組成。這種切割器轉(zhuǎn)速高，圓周速度達50—70m/s，但割幅較窄，一般為0.8—2m。在割幅較大的機器上，多采用多組并聯(lián)結(jié)構(gòu)，目前國內(nèi)外最大的割幅為6m。孟海波、于文星等設(shè)計了玉米莖稈甩刀式切拋器，該甩刀式切拋器由殼體、甩刀、刀軸及定刀等部分組成。甩刀的結(jié)構(gòu)及工作原理與常規(guī)的甩刀形式不同,采用了“直角直刃”組合式鏟形甩刀。
（4）回轉(zhuǎn)帶式切割器。這種切割器將薄鋼帶加工成角鋼狀，一邊為帶體，連接兩端構(gòu)成傳動帶，一邊為刀體，刀體間有一定距離，刀體端開有刀齒，刀齒為梯形。在田間試驗條件下，可實現(xiàn)高速作業(yè)、高速切割及無支承切割，切割速度可高于17m/s，作業(yè)速度可高于15km/h，無往復(fù)慣性力，割刀工作平穩(wěn), 割臺振動小，工作平穩(wěn)，割茬整齊，無撕裂、漏割和堵刀現(xiàn)象，適于收割小麥、水稻等細莖稈作物和牧草。但這種切割器對鋼帶的材質(zhì)要求較高，加工難度較大，其壽命和可靠性還有待進一步研究。
2、傳動裝置
(1) 在楊天興[2]的齒形鏈式牧草收割機的研究和設(shè)計中，他的傳動系統(tǒng)是動力由發(fā)動機飛輪輸出，經(jīng)過皮帶把動力傳給減速箱前面的輸入皮帶輪，動力輸入到減速箱內(nèi)第一級圓柱減速齒
圖6 齒形鏈式牧草收割機傳動系統(tǒng)示意圖
1-一級減速圓柱小齒輪 2-一級減速圓柱大齒輪 3-二級減速圓柱小齒輪 4-二級減速圓柱小齒輪 5、8- 輸送主動帶輪 6、7- 輸送帶 9-切割器
10-輸送從動皮帶輪 11-傳動軸 12-輸入皮帶輪13-張緊輪總成 14- 柴油機飛輪
輪對 1、2 和第二級圓錐減速齒輪對 3、4 后，經(jīng)過減速及改變傳動方向后，直接輸入到傳動軸， 帶動鏈輪和輸送帶輪同向轉(zhuǎn)動工作。鏈輪驅(qū)動鏈條上的動刀片在壓刃器等零件的配合下進行切割。
其特點是中心距大割幅不受限制，傳動功率大、平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單，安裝調(diào)整方便。同時傳動路線簡單，采用零件少，制造和安裝方便，成本低，能夠?qū)崿F(xiàn)各機構(gòu)的功能要求。
(2) 在趙春花[5]的手扶式山地牧草收割機研制論文中，傳動系統(tǒng)（如圖2）將其柴油機的動力分別傳送給行走輪、切割器和輸送系統(tǒng)。切割器的驅(qū)動機構(gòu)將傳動軸的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為割刀的往復(fù)運動?，F(xiàn)有的三種傳動系統(tǒng)方案即直接式、間接式和綜合式。綜合式傳動系統(tǒng)的動力由柴油機發(fā)動機皮帶輪輸出后，分為兩路：一路經(jīng)三角皮帶輪5、8和一對錐齒輪 6,7 兩級減速，并改變傳動方向后直接傳遞給曲柄主軸。曲柄主軸驅(qū)動滑塊（軸承）帶動刀桿及動刀做往復(fù)切割運動，切割器曲柄主軸經(jīng)一對小鏈輪9、10 將驅(qū)動力傳遞給輸送系統(tǒng)。另一路經(jīng)三角皮帶輪1、圖7手扶式山地牧草收割機傳動系統(tǒng)示意圖
1-動力輸出行走皮帶輪 2-二級減速皮帶輪 3-二級減速小鏈輪 4- 二級減速大鏈輪5-動力輸出切割系統(tǒng)皮帶輪 6-大錐齒輪7-小錐齒輪 8-輸入主軸大皮帶輪 9-輸送從動鏈輪10-輸送主動鏈輪
11-柴油機12-行走輪 13-大雙排鏈輪 14-小雙排鏈輪
2，鏈輪3、4 二級減速后，又經(jīng)牙嵌式離合器控制工作狀態(tài)再經(jīng)一對雙聯(lián)鏈輪13、14減速，最后傳遞到一對走輪行上，完成機具邊行走、邊切割，邊輸送鋪放一整套工作過程。
3、輸送裝置
牧草收割機的輸送鋪放系統(tǒng)直接影響著牧草鋪放質(zhì)量和牧草的收獲質(zhì)量。立式割臺輸送系統(tǒng)不僅應(yīng)及時將切割下的牧草輸送到一側(cè)，還應(yīng)鋪放均勻整齊，形成一定的形狀和厚度，利于干燥，利于后續(xù)的工作。其主要參數(shù)為：撥齒的高度和形狀參數(shù)、輸送帶尺寸、撥齒間距、輔助星輪參數(shù)和位置、輸送速度、割刀前伸量等。
4、行走輪
割草機行走輪的大小和能調(diào)節(jié)的高度取決于割荏和行走操縱的方便性及田間的平整度。割草機的割荏應(yīng)低于谷物收割機的割荏，北方地區(qū)的大型天然草場割荏為4～5cm,而一般的種植牧草為5～6cm，晚秋收獲牧草在6～7cm。因此，要求切割器貼近地面，且能交換的適應(yīng)地形起伏?！?
五、有待解決的問題
（一）當前收獲機上使用的切割器以往復(fù)式最多，而且制造技術(shù)趨于完善，只是局部有所改進，但其慣性力不平衡和振動；
（二） 回轉(zhuǎn)式切割器的慣性力很小，可以高速作業(yè)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易實現(xiàn)寬幅作業(yè)；
（三）我國現(xiàn)有的割草機類型不適合收割各種草種，不適應(yīng)各種地面的要求；
（四）割草機的割茬高度較高，牧草損失較大；刀片耐磨度低，換刀次數(shù)頻繁；結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，受力不均衡；
（五）新型切割器的發(fā)展方向主要是如何實現(xiàn)高速作業(yè)和減少落粒損失及減少損失。
結(jié)論：從上我們可以看出，隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和西部大開發(fā)，我國的牧草種植面積也在不斷擴大，相應(yīng)的也增加了牧草機械的需求，但根據(jù)我省的具體情況，我省的草地多數(shù)呈條狀、塊狀分布，大面積的草地為數(shù)不多，不太適合用拖拉機帶動它前進，而采用手扶式的，既簡單方便，又降低了成本。在切割器的選擇上，要結(jié)合收割對像的特點，主要是解決黑麥草的收割，多年生黑麥草是禾本科黑麥草屬的多年生草坪植物，該草致密、叢生，是生長速度最快的牧草之一，剪割后再生性均較強，但不耐低剪，則要求切割速度要快，且要高速作業(yè)，而往復(fù)式的割速很低，一般平均割速為1．5m/s～2．0m/s，只能低速作業(yè)，且往復(fù)的慣性力很大，導致割臺振動及噪音大，影響割臺的壽命。回轉(zhuǎn)式切割器割刀切割速度高，一般為10m/s～20m/s，切割能力強，但傳動復(fù)雜，造價高，不太適合中小型牧場。
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