毕业设计（论文）-小型牧草收割机设计

PAGEPAGE11前言毕业设计是大学课程教学计划最后也是最重要的阶段，即在综合前培训我们学到的所有东西。其中包括我们所学的理论课、实践课和技能课，分析解决我们在毕业设计中遇到的每一个问题和解决问题的能力并与其他环节相结合，在教学过程的延续，深化和测试中相辅相成，其实用性和综合性不能被其他教学环节所取代。此次课程设计涉及的范围有夹具的设计、加工了哪些工艺、数值的计算、CAD制图外还涉及到液压设计计算、数控编程及加工设备等多方面的知识。通过这次设计我发现了自己还有许多知识还没有掌握牢固。但通过这次毕业设计使我本身提高了很多，对自己所学到的理论知识与技能有一个更全面的理解，提高自己在设计和计算、制图、和对于说明书的编写能力，我也学习了正确使用一些画图工具、制图标准和查阅各种资料其中还包括查阅了一篇外文资料。我在这次的毕设中培养了我对画图以及说明书的独立思考能力、让自己得到更多的提高，我还掌握了加工设计的一些方法步骤和思路，为今后在学习和工作中奠定了良好的基础。同时，我也感受到了老师的良苦用心，和平时对我们的细心叮嘱，和认真工作。这个毕业设计还有许多不足。全套图纸加V信153893706或扣3346389411

2牧草收割机介绍和总体方案设计2.1牧草收割机基本介绍2.1.1牧草收割机的作用随着社会的进步与发展，各行业的发展都进入到了一个崭新阶段，农民生活水平也在这种情况下得到了进一步提升。而农民生活水平的提高，现代化机械设备在农业方面的应用是关键。伴随着农牧业的发展，牧草发展也进入到了一个崭新阶段，在该行业迅猛发展的同时，牧草种植面积也进一步扩大，由于牧草的生长较为快速，如何才可以在短时间内完成多次收割，这是牧草也业发展中急需解决的一个重要问题。而就当前割草机的实际性能情况看，其还存在很多不合理的地方，还需要对割草设备的研发以及改进给予更多关注。虽然我国机械方面在近几年发展的过程中取得了一定成绩，不过和西方发达国家相比，在一定程度上，特别是工艺设计加工以及自动化控制等方面还比较落后的状态，主要是因为工业起步比较晚。从牧草收割机方面看，其主要存在种类单一、生产技术落后、设备质量较差等问题，这种设备根本无法满足现代牧草首个方面的实际需求。因此为满足我国牧草收割实际需求，国产产品收割设备的产品质量的提升是重点，进行设备的结构改革创新，这不仅仅会为牧草收割提供一定便利，同时也会为畜牧业的发展起到进一步推动作用。即便当前国外牧草收割相关的机械设备已经较为完善，不论是在性能上，还是在质量方面都十分突出，不过其产品的价格相对较高，这种情况与国内市场的实际消费需求并不相符，因此进行与国内当前社会发展情况相符的收割机的研发十分重要，这对国内饲草产业化进程推进有着特别重大的影响。通过人工方式，主要体力劳动，是现阶段在我们国内牧草种植和收割的情况，这种劳作方式的工作强度相当大，而且工作效率较低，需要的成本也较高，还很容易导致由于收获不及时的浪费现象出现。这种情况下想要达到规模生产就存在较大难度。若是可以将小型牧草收割机在牧草种植收获方面应用，就能够更好的满足现代牧草产业发展的需求。牧草收割机，特别是比较灵活高效的小型牧草收割机在将来会有非常广阔的发展，值得在这方面投入更多关注。就目前的需求情况看，小型牧草收割机应当符合黑麦草、紫花苜蓿和三叶草的收割需求。而这几个品种形状、性能等有很大区别，切割强度也有很大差异，在进行收割的时候对机械设备的要求较高，对设备的收割参数都提出了具有兼容功能的多方面要求。功能多样，性能可靠、方便操作、轻便灵活，而且在价格方面有一定优势的设备。2.1.2牧草收割机的发展历史和发达国家相比，我国关于牧草机械还仅仅是起步阶段。最初国内关于这方面的研究，是在上世纪50年代开始的，海拉尔机械厂畜力割草机的出现，是国内首个割草机械产品。这以后虽然研究不断增加，60年代出现了后悬挂双刀高速割草机，而且在当时和国际水平相差不多，只不过这以后很长一段时间都没有变动。到了70年代，内蒙古以及新疆进行了相关研究，有新的设备出现，而且设备所适合的场景也随之增加。而且在牧草业发展中，有关割草机的研究依然在持续进行之中，并且不断有新设备出现。不过在进入到80年代中期以后，国家对草地畜牧业缺乏关注，并未对其给予一定的帮助和支持，这就导致很多牧草机械制造企业停产，加上和发达国家之间的差距，其产品种类十分单一。而就目前社会发展情况看，对牧草种植等方面的关注程度依然较高，对其经济效益以及环境效益等投入了高度重视。只不过虽然对这方面给予了关注，可就如何才可以实现这样的效益却并未给予重视。这就导致牧草收割等相关的机械设备处于一种落后状态，其无法与现代农牧民的实际种植与生产等相符，这就导致牧民种草的收入并不理想。即便是国内从国外引入了一些牧草收获机械，并对国外的相关设备技术等进行了深入研究，尤其是在农村草畜双承包到户生产责任制以后，农户所拥有的土地减少，想要选择与自身经营规模相符的机械工具较为困难，这就导致很多机械的效率无法有效发挥出来，供需彼此之间存在严重脱节的情况。就当前的情况看，国内进行牧草收获机械生产的企业数量较少，专门的企业只有3家，这想要满足国内相关机械的应用需求存在一定的难度。其中海拉尔牧业机械总厂生产的设备在市场中得到了广泛关注与认可，应用也得到了进一步推广，可高产牧草的首个还处于一个空白状态。甘肃酒泉地区农机推广站研制的牧草收割机，对于各种高密度牧草收割都适用。还有上海向明公司，也进行了相关设备的研制。可见当前国内有关牧草收割机械生产研制的企业在不断的增加，而且从整体上看，国内有关牧草收割机械的研究较多，对这方面的重视程度也较高，只不过牧草收割依然没有达到机械化的状态，相关产品质量也并不可人，与国外相比还处于一种初级状态。国外实际上1805年就有关于割草机的研究，最初的设备是英国人发明的。虽然当时这款设备十分笨重，运转也并不理想，但是在当时已经较为先进了。而随着发展，1830年有人进行了割草设备的进一步改进，当时改进的设备与现代手扶滚筒割草机十分相似。最初割草机主要是往复式的，为促使机械的生产效率得到提升，尽可能将割草幅度加大，使设备可以更快的前进。旋转式割草机在70年代的时候得到了广泛关注，很多国家都对这方面进行了研究，通过高速旋转的割刀来对植株展开无支撑切割，其结构较为简单，在养护方面可以减少很多投入，而且并不需要对刀片进行更换等，为人们应用提供了很多便利。世界上牧草机械制造的企业之中，美国约翰迪尔与纽荷兰公司是领导者，其所生产的机械种类分别有13类与12类之多[3]。这两个公司的机械产品之中，在世界范围内都处于领先地位，如牵引式往复割草压扁机、自走式割草压扁机等，而且有多种型号。这些机械均配备护刃器，还有短齿护刃器，能够结合牧草的实际生长情况来进行不同的设备选择，这样就不至于出现堵塞的情况。还可以结合实际的需求进行切割器护刃器倾斜的角度调整，以促使其可以适合不同环境应用。加上其齿轮箱驱动压扁辊，并不需要进行链条调整，这些优势使其应用范围进一步拓宽。英国生产的Hesston往复式割草机，在现代国际中都是十分优质的设备，其在传动系统方面，通过现代化的技术改进，并在两段进行平衡飞轮的探讨，以分析如何降低振动，增加割刀运动时候的稳定性。同时加强型的刚性刀杆的维护，可以利用护刃器进行二次处理，进一步提高产品的耐磨性，而且切割刀在可调浮动弹簧的影响下可以自由浮动，这使护刃角调节十分方便，促使其可以在各种不同地势以及作物情况下应用。为了满足牧草产业化发展的需求，世界著名的牧草机械设备的生产企业也在这方面投入了较多关注，持续进行设备性能的调整，能够收获的农作物以及牧草种类进一步增多，为实际应用提供了更多便利，甚至各种潮湿、倒伏以及密度较高的各种环境都可以应用。整体而言，国外在相关设备研究方面，对整机的性能完善给予了高度重视。就目前情况看，欧美拥有较大面积草场发达国家，在收割设备研究方面取得了十分突出的成绩，各项参数都在不断的改进，促使机械整体的性能都得到提升，在实践中得到了广泛应用。而且目前国际上进行牧草机械生产的公司也在不断增加，很多公司生产水平已经达到了一种先进状态，所生产的设备不管在结构上，还是在动力配套等方面，都取得了巨大成绩，将各种现代理论以及技术在机械方面应用。很多发达国家牧草收割已经全面实现了机械化，像美国就达到了这种水平，还有机器人式割草机的出现，并将牧草业发展成为了国民经济的重要组成部分。只不过国外相关设备多数是大型机械，在转弯的时候需要的半径较大，对地头要求较高，加上其在价格方面较为昂贵，应用中需要考虑的因素较多，这使此类机械在我国的应用受到了较大的影响与限制。2.2传动方案的确定2.2.1牧草收割机的设计目标牧草收割机的发展已经有较长时间的，目前种植的牧草主要有黑麦草、紫花苜蓿和三叶草等等品种，牧草收割机应该具有针对这些品类的收割能力。这几种牧草的形状有很大区别，所以对切割强度的要求就有所区别，在进行收割的时候对机械设备的要求较高，对设备的很多参数都提出了具有兼容收割能力的要求。其需要有可靠功能性能、操作便利、整机轻便，而且在价格方面有一定优势的设备。牧草收割机主要有动力源、切割系统、传动系统、输送系统和行走系统组成，如下图所示：图传动系统简图通过对牧草收割机动力源、切割系统、传动系统、输送系统和行走系统等分析，对比国内外先进设计资料，以及网络搜索相关文献，并查阅图书馆的现有书籍来研究收割机的结构和工作原理，深入了解牧草收割机的各个部件工作过程，完成参数的确定和图纸的绘制，并整理形成完整的完成设计论。2.2.2收割机方案的确定本文设计的收割机由动力部分，割草部分，传动部分，输送部分以及行走装置等组成，是一种双动往复式收割机。动力系统：收割机柴油机作为动力源，功率是2.9kW。切割系统：双曲柄摇杆。传动系统：柴油机的动力经过，皮带轮到锥齿轮两级减速器，然后到曲柄主轴。输送系统：皮带输送。行走系统：使用人力手工推动

第3章切割系统的设计3.1切割器主要参数的分析割草机中最重要的部件就是切割器，它直接影响到工作作效率和质量，以及整机的性能。往复式和旋转式刀具目前广泛应用于割草机中。由于旋耕机切削功率大，对地面平整度要求高，不适合山区、丘陵和梯田地区，故选用普通型往复式刀具。割草机工作的时候动力是由柴油机的旋转轴输出的，动力首先通过输入轴输入到曲柄机构，然后曲柄机构再把旋转动力转换为往复运动。3.1.1切割器的设计计算定义速比，即切割速率与进给速率之间的比值。机器前进速度和曲柄转速用表示。3-1式中——割草器运行速度（m/s）；——单行程中割草器的时间。每一工作循环中，曲切割刀曲柄回转180°，耗时=3-2将3-2代入3-1得=3-3——曲柄转速（r/min）。往复式割草机切割速度应大于2.15m/s。主轴转速738r/min。计算得出，割刀运动速度=（m/s）3-4==1.869m/s式中表示运动曲柄机构的半径（单位mm）；代表运动曲柄机构的转速（单位r/min）。把前面计算中的数据代入，可以计算出割草机割刀的速比λ=，代入公式3-1、3-3，有λ=3-5因为曲柄转速=（1.1～1.5）λ=3-6意为动刀刀刃的高度值，本文选用，Ⅰ型标准切割器，它的刀刃高度是54mm，代入上面的公式λ==0.941～1.2823.2轴的计算校核3.2.1凸轮轴的设计经过前面的计算割草机输入凸轮轴的功率为2.45kw，因此选用40cr材质，并调质处理，由轴的转速n=738.35r/min，根据校核公式得到轴的最小直径:（3.7）因为，MPa有：mm因为轴上需要开键槽，因此轴的直径要在计算结果上增大5%。通常，轴上有两个键槽时候，可以增加7%,所以得出如下结果把轴圆整得到16mm。轴的结构示意图见图3-1。图3-1轴的安装结构图3.2.2计算各轴段的详细结构尺寸最小处按最小轴径计算，mm，mm。第1段：为联轴器安装段，取mm，mm。第2段：第二段是轴肩，要起到定位作用，因此取mm，mm。第3段：此处安装凸轮，因此mm，mm。第5段：安装螺母，得到mm，mm。3.3切割装置的设计3.3.1切割刀的结构设计往复动刀和固定支架是切削加工的关键部件。实际上，动刀与刀杆为一体，刀杆与传动机构的接触使动刀获得相应的动力。通过刀刃结构的优化，可以使切割省里，提高切割整齐性能，因此是切割器之中最重要的零件之一。而由于动刀工作频繁，经常损坏或者磨钝，所以也要经常磨刀。为确保其性能稳定，可以符合实际应用需求，可以选择合金钢材质制造动刀，并进行淬火处理，淬火的部位是刀刃。下图图3-2示意了动刀组件的结构和运行方式。图3-2割草器刀构造图3.3.2动刀之间的结构调整主要调整的是刀片，动刀刀片之间有间隙通过调整这些间歇，就可以提高性能。动刀上配有导向结构，通过螺钉连接的刀片，压板以及机架，当松动螺栓及螺母后，就可以达到调整间隙的目的，详见图3-3。1、下部刀片2、上部刀片3、连接板4机器框架5、调整垫6、调整螺母7、调整螺栓8、垫片图3.3刀片的间隙调整3.3.3偏心轮的设计旋转动力从输入轴进入，然后转换为往复运动，就需要一个特殊的机构，这就是双曲柄机构，双曲柄机构作为中间传动装置，是机械传动的核心。而其中的偏心轮就成为机器中非常重要的零部件。下图所示的就是偏心轮的结构简图以及工作原理，如图3-4。图3-4偏心轮机构3.3.4切割装置附件的设计（1）压板图3-5压板结构示意图（2）机架图3-6机架示意图

第4章割草机的传动装置4.1确定割草机的传动方案并分配传动比4.1.1割草机传动机构分析下图是传动本文设计的机器传动简图，如图4-1所示。图4-1割草机传动机构图通过对上图的分析可以得知，动力源提供的动力，首先经过带传动机构传递给轴（1），轴（1）带动锥齿轮结构把动力传递给轴（2），同时改变传动的方向，然后传递给曲轴。曲柄轴通过联轴器把动力传给向凸轮机构，凸轮带动动刀进行割草的往复形式的运动；于此同时，曲轴另一端通过链轮装置传送动力到输送装置。4.1.2传动比确定1、计算轴的转速=m/s4-1根据经验数据，割草器切割刀的运动速度通常取1.60～2.00m/s，由4-1可知==631.581～789.52r/min由计算可以得知，主轴的转速=737.9r/min。2、分配传动比由动力机（柴油机）的额定转速2600r/min可知，需要分两次减速传递动力，第一次为皮带带轮装置，传动比i1，第二次减速为伞齿轮传动，传动比i2；则两级机构的总传动比:=·===3.52（4-2）—带传动；——伞齿轮传动通过类比设计法，初选=1.5有：=：小带轮直径（单位mm）：大带轮直径（单位mm）=有=有：小伞齿轮齿数：大伞齿轮齿数4.2验算割草机的功率参数4.2.1计算割草机的功率割草机的总功率：4-3=（kW）4-4==1.938根据下面的公式计算，输送功率4-5——每米割幅功率因数（单位：kW/m），通常为0.22-0.25kW因此=0.22×1=0.22kW故kW4.2.2割草机各个传动轴的功率和转速因为柴油机传递的动力经过带传动和伞齿轮传动减速，因此要考虑带传动的效率和齿轮传动的效率，所以切割系统的总传动效率可以按下面的公式计算：：（1）按公式计算各轴的转速Ⅰr/minⅡr/min（2）按公式计算各轴的功率ⅠkWⅡkW（3）按公式计算各轴的扭矩万向联轴器轴N·mⅠN·mⅡN·m表4.1运动和动力参数轴名参数柴油机轴ⅠⅡ计算转速/（r/min）26001733.0738.0计算功率/（kW）2.902.7812.710计算扭矩/（N·m）10.65215.32134.940设计传动比1.52.35效率0.9600.9704.3割草机传动的设计计算4.3.1圆锥齿轮的计算试算圆锥齿轮传动的参数：（1）锥齿轮材质的选择初选齿轮材质为40Cr，进行热处理。（2）割草器齿轮传动精度的选择割草机属于一般机械，因此传动齿轮初选it7。（3）初选齿数。按弯曲疲劳强度准则试算模数：4-6（1）计算齿轮转矩N·m（2）按表查的，按机械设计手册计算、，故。式中dm和mm分别表示平均分度圆直径和平均模数，此参数是在齿宽中点处统计得到的（3）查表得疲劳极限MPa。（4）查表有，。（5）查设计手册有（4.7）故有（6）按设计手册，选取安全系数。MPaMPa（7）查表得割草器传动锥齿轮的载荷系数（4.8）——工况系数，——割草机传动锥齿轮的动载系数。按公式计算节圆处的线速度m/s则有代入公式=1.11；——割草机准齿轮的载荷系数，查表得，载荷系数为1；——割草机准齿轮的载荷分布不均匀系数，取。故有（8）按表查的割草机锥齿轮的齿形系数，。（9）割草机传动锥齿轮的应力修正系数，。（10）比较割草器两齿轮的，由结果可知，满足设计要求。（11）计算齿轮模数mm按优先数选序列，选取模型=2mm。割草器齿轮的尺寸（1）割草器齿轮的分度圆：mmmm（2）割草器锥齿轮齿轮的锥角：（3）割草器齿轮的根高：（齿根高系数，）mm（4）计算割草器齿轮的齿根mm（5）割草器传动齿轮的齿顶圆：mmmm（6）割草器传动齿轮的齿根圆：mmmm（7）割草器传动齿轮的锥距：mm（8）割草器传动齿轮的齿根角：因此=3.0052°（9）计算割草器传动齿轮的齿厚，在分度圆处测的mm7、校核割草器齿轮的强度首先按着齿面接触疲劳强度准则进行计算：4-9：节点区域系数，查设计手册割草机传动锥齿轮=2.5；：弹性系数，按表查的；——接触疲劳许用应力（MPa）；4-10：接触疲劳极限：MPa：疲劳寿命系数：；：选取割草机齿轮的安全系数；MPaMPaMPa＜由上面的计算可以知，接触疲劳强度符合设计要求4.3.2计算割草机输入轴（1）输入轴的计算轴的材料使用调质的45#钢，由下面的公式计算轴的最小直径：轴功率：轴转速将上文计算的数据代入公式：得mm当轴有键槽时，通常将计算的轴径增大5%，本轴因为有两个键槽，此时轴的尺寸加大7%；计算得mm按标准轴径，圆整得mm按下图4-3的结构形式，画出轴的安装图；图4-3割草机轴的安装结构图2、确定输入轴各段的直径和长度0-1轴段用于安装齿轮以及固定齿轮的套筒因此，这段轴的直径d1=14mm1-2段装有角接触球轴承，7004AC，因此轴的直径=20mm,=10mm。2-3段轴肩，因此mm，mm。3-4段安装轴承，所以mm，mm。4-5段挡圈，因此取mm，mm。5-6段装有端盖，因此mm，mm。6-7段装有带轮，所以mm，mm。3、轴的受力分析由前文的计算可知P=2.78kW，n=1733r/min按校核公式计算转矩TN·mm（4.12）式中：分度圆直径，；：模数，。则有N：齿轮的压力角，取；：锥角，取。N图4-4割草机轴的弯矩和扭矩图N割草机的应力、、、入下表4-2所示。表4-2割草机传动轴弯矩和扭矩表载荷水平（N）（N·m）（N·m）15.322合弯矩（N·m）计算弯矩（N·m）（式中）4、计算校核输入轴的强度由上图可知，危险截面B应力最大4-13材质45#，MPa，MPa：抗弯模量4-14＜因此设计轴符合要求5、轴上平键连接的设计计算(1)连接齿轮的平键设计①根据割草机的工作状况分析，选用普通平键连接即可满足要求，选用A型平键；②=14mm,mm,尺寸bxhxl=5x5x8（单位：mm）③验算键的抗压强度=70～80MPa；mmmmMPa＜因此，选用的平键连接合乎要求。（2）带轮处的键连接①根据割草机的工作状况分析，选用普通平键连接即可满足要求，选用A型平键；②=16mm,轮毂mm,=6mm,=5mm,=22mm；③=70～80MPa；mmmmMPa＜因此，选用的平键连接合理。4.3.3曲柄主轴的设计及校核1、曲柄轴的分析计算按着前面计算的参数计算曲柄轴，由P=0.972kw，选择材质为40cr，，MPa，转速=738r/min。按着下面的公式初算轴dmin（4-15）查表的，MPamm圆整得18mm。

第5章输送系统的设计5.1割草机传输速度计算割草机工作时需要选择合适的输送速度，单位时间内输送的牧草量，应该等于切割刀割取的牧草数量。可以按如下的公式计算即5-1——割草机运行的速度；——割刀的宽有效宽度；——传松速度；——割去的牧草的厚；——牧草密度；——牧草在输送带上堆积密度。图5-1牧草收割机传输装置图设=/，=5-2取值=20，则=1.460-1.990m/s，有==1.460～1.990m/s；主轴转速=738.0r/min由前面的计算可知带轮直径D=φ90mm，则为==3.479m/s5.2计算选定输送装置的参数5.2.1割草机传输系统带传动计算（1）选平带传动；（2）计算带轮的直径mm选用标准带轮直径mm（3）计算带传动的圆周速度＜=30.0m/s（4）计算传动比，因为i1=i2，所以mm（5）确定中心距=1020mm（6）计算带的长度mm（7）计算包角＞（8）计算曲挠次数＜。（9）带的截面积5-3：工况系数查得；：额定功率kW；：包角修正系数，得；：查表得。mm2（10）带宽mm按标准值选=12mm；（11）计算轴力N