【《手推式滚刀剪草机设计》6800字】

手推式滚刀剪草机设计摘要随着我国经济的增长，农业化生产也从原有的人力化转变为现在的机械化，为了满足当下农业生产的需要，本文设计了一款简约节能的手推式滚刀剪草机，本文的设计从实际需求出发，设计的剪草机既能够满足割草的需求，同时也能减少劳动的繁重性。割草机的设计能够在一定的时候起到减少劳动力得到作用，对农业以及城市的发展起到一定的促进作用。关键词：手推式；割草机；机械设计目录TOC\o"1-3"\h\u2728引言 1275621剪草机的发展现状 1112071.1国外剪草机械 1250111.2国内剪草机械 1158942割草机设计 2193712.1割草机的主要结构 289912.2果园小型割草机的工作原理 289252.3皮带轮的设计 3156832.4发电机固定架的结构设计 4239023其他结构设计 7150013.1割刀前悬固定架的结构设计 720363.2割草电机固定架的结构设计 8224463.3仿形底托和挺柱结构的设计 9195413.4分禾器的设计 10249123.5割草机电路传动设计 11118344创新设计 12137864.1具有多挡位调节功能 12240834.2采用万向节传动 1418828总结 1513926参考文献 16引言剪草机又称除草机、割草机和草坪修剪机等。剪草机是一种用于修剪草坪、植被等的机械工具，它是由刀盘、发动机、行走轮、行走机构、刀片、扶手以及控制部分组成。常规的剪草机一般只能匀速的进行剪草操作，不能让使用者根据草木生产的情况选用不同的剪草速度，如在草木茂盛地区剪草机优选为慢速度剪草方式，而在草木稀疏的地区，剪草机优选为快速度的剪草方式。单一的剪草方式降低了工作效率，在草木茂盛地区还容易出现剪切不完全的问题，影响剪草效果。1剪草机的发展现状1.1国外剪草机械欧美国家自古以来有种植草坪的传统，以往草坪维护都是使用镰刀来割草和放牧牛羊来维护草地的平整。第1台滚刀式剪草机是由英国人EdwinBudding发明的，本发明是一种采用旋转式切削技术，利用旋转式切削工具对草坪进行修剪的方法，这种方法在英国得到了很大的推广，并在美国推广开来。1868年，美国工程师对此产品进行了几次改良，生产出美国第一台割草机，并获得了专利。在接下来的数年里，与剪草机相关的37项发明也被授予了专利权，这也标志着美国剪草机的诞生。1881年开始，就有成千上万的割草机在出售和生产。在二十世纪初期，在蒸汽机的广泛使用和内燃机的小型机器，在这过程期间有很多人都试用汽油带动发动机形式的剪草机。在1908年，国外某科学家就已经获得了汽油机械剪草机器的专利。第二次世界大战结束时，全球的经济都受到了严重的影响，同时各个国家都参与了经济提升政策。美国为了带动经济的发展，优先考虑到军人住房问题，做出相应对策军人可以进行贷款低价来买房，地产开发商建设很多房屋因此绿化也是尤为重要的一点，这也给草坪修建机械同样也带动了起来，生产量飞速上升，在1947年的36万台一直升到1974年的七百万余台、现在每年都会持续在五六百万台的的销量。1.2国内剪草机械国内剪草机的生产起步比较晚，生产单位普遍偏小，产品种类单一，品种不多，远远达不到市场的需求，质量也远远落后于世界先进水平。因此，长期以来，国内的割草机都是从国外进口的，主要从日本，美国，意大利，瑞典等国进口。根据统计，一九九九年全国剪草机约有三万台，其中百分之八十是从国外买来的；2000年，全国各类草坪机械共计13万辆，其中剪草机进口约3,1600台；过去两年，我国草坪机械的年平均年增长率约为30%，每年全国的草坪机械销售量在1.2亿-1.3亿元之间，85%的机器是从国外进口的，15%是国产的，总共销售约有一万多辆。2割草机设计2.1割草机的主要结构行动力自走的割草机，具体组成如下图所示2.1仿形底托2.割刀3.分禾器4.直流电动机5.电动机固定架6.电缆线7.前悬架8.挺柱9.皮带轮10.皮带11.发电机12.发电机固定架图2.1割草机整体结构图2.2小型割草机的工作原理永磁恒压直流发电机，发电机固定支架，直流割草马达，割草机固定架，割草机前悬支架，三角带，仿形底架，启动按钮，电缆线，保险。其工作原理是：先使微型耕耘机的运行速度与除草时相适应，再通过微耕机的伸出端驱动滑轮，使发电机在14V以下的电压下正常工作，之后，该发电机就会成为微耕机前端的DC马达的动力。在割草机的前部割刀下面装有一个仿形的底架，当割草机进行割草时，它与地面的接触可以防止因地形的改变而被破坏。在各种地形情况下，割草机的割草机可以在前悬挂装置上左右移动，从而确保了割草机在各种地形上的应用。割刀还能进行手动上下角度任意调节，以适应各种高度的割茬。2.3皮带轮的设计参考机械设计手册第三版，吴宗泽主编1.已知的情况：P=0.7kw的永磁恒压发电机。从表8—1—24可得出：KA=1.1,Pd=KAP=1.1P=1.1×0.7=0.77千瓦。2.选择v形皮带式Pd=0.77kw，而小滑轮的旋转速度n1=1100-3300转/min。从图8-1-3中可以看出，横截面是z形的。3.变速比微耕机的输出速度在一定的范围内是可变的，在满足发电机要求的情况下，输出速度n1=1050r/分钟，而发电机滑轮的速度必须达到n2=988r/min，所以传动比（3.1）4.确定带轮的基准直径d1，d2，已知的是，发电机上的滑轮可以直接使用，不需要重新设计和生产，通过测试，发电机上的滑轮参考直径d2=64.5毫米，取=0.02，由齿轮比可知（3.2）5.带速验证普通v带的带速我们一般要求，且。计算带速的公式如（3.3）代入以上数据计算得=10.72m/s，满足普通带速的要求。6.确定中心距a和带的基准长度L按照结构传动的要求，初定传动中心距a0（3.4）取ao=150mm，确定a0后，根据以下公式计算所需带的基准长度L0（3.5）根据L0=498.76mm渣表8-1-8选取与L0相近的带长L=500mm。7.实际轴间距（3.6）8主动轮上包角a1查表8-1-22得，（3.7）9.确定带的根数z根据a1=179.1°，查表8-l-25得Ka=0.998根据L=500mm，查表8-1-27得KL=0.91根据d1=62.09mm，n1max=3300r/min，查表8-1-31得P0=0.45kw根据z型带n1max=3300r/min，i=1.06，查表8-1-32得=0，v带的根数（3.8）经过计算我们应该选择2根v型带。10.确定带的张紧力查表8-1-26，A型普通v带单位长度质量q=0.060kg/m，由式（3.9）11.计算带传动作用在轴上的载荷PQ（3.10）2.4发电机固定架的结构设计直流电机的固定框架的设计是为了使选定的农用发电机能很好的稳固装置在适当的位置，并可以利用适当的三角带轮驱动微型耕作机的输出端。图2.2发电机固定支架结构发电机的固定支架主要是用三个40x20xZmm的方形管子和一个40x40x3毫米的角铁片，3个长方形管子是135毫米长的，一个是144毫米长的方形管子。将固定架的矩形管心与微型农用机械凸出端的中心距对应于带轮的安装中心。这种固定架的设计，是基于发电机的外形和选择的微型耕作机的外形，在发电机的左右两侧都有螺孔，两个螺孔可以通过螺栓与安装支架的末端相连，在附图3.2中可以看到，在支架的上端还焊有一块角钢，角钢的两端都有凹槽，用螺栓将其固定在一起，见图3.5。图3.3显示了微型农用机械的输出。发电机固定架上的角铁头上都有一个凹槽，见图3.2，这里的开槽是为了在长期使用中，三角皮带会因为长期的弹性而松动，这时，只要松开螺丝和发电机固定架上的螺丝，将发电机的固定支架向下一拉，再将螺栓拧紧，就可以像图3.5那样，将皮带张紧。用于发电机固定架上的两个固定螺钉孔，主要是用两个M10螺母和两块厚度为3毫米的40*20毫米的钢板，使发电机的两个固定支座连接在一起，作为发电机的固定支架。发电机的固定结构见图3.5，用螺栓将发电机的固定孔与图3.5中所示的微型耕作机的固定孔相连接，在稳固的固定架上安装发电机，将三角带皮轮安装在微型耕具的输出端，然后将动力传输带安装好，将螺钉和发电机固定架上的螺栓拧松，然后将固定架向下拉动，当皮带张紧时，再将固定螺栓拧紧，如图3.5所示，此种情况就是微耕机上的发点机装置已安装完毕图，然后就可以使用微耕机带动电机进行发电工作。图3.3微耕机输出端图3.4发电机固定支架上紧固螺孔图3.5发电机固定实物结构图3其他结构设计3.1割刀前悬固定架的结构设计前悬架的设计目标是将割草机叶片的仿形底支架和固定割草马达刀架置于前悬架上。底板和刀板可以在横梁上最大的位移范围为460mm，而翻转是人工调整，可以根据地形的需要来调整。后两幅是荆一草机的总成结构图。如图3.6和图3.7所示。图3.6割草机前悬架图3.7割草机装配实物图前悬挂支架是用4个40x20x2mm的长方形管子焊接固定而成。将前悬梁的方管做成这样的构造，其目的在于使得底部支架和马达支架可以在横梁上左右运动，这样，最前面的马达割刀就可以移到苹果树冠下面，并轻松将果树下面的野草割掉。前悬臂长度被设计为360毫米，其侧长40毫米的侧面被焊接到图3.6中所示的空间构造中，其目的在于提高前悬挂件垂直方向的弯曲强度，并增加底部支撑杆与前悬挂梁的接触区域，从而提高整体割草机前悬架结构的稳定性和强度。3.2割草电机固定架的结构设计本发明之割草机固定架，其主要作用是将两台割草机有效的联结在一起并固定，以保证割草的性能安装在直杆、前悬挂机构上，同时可人工调整割草高度。下面的3.8中显示了割草马达的支架。从图3.8可以看出，割草马达固定支架一般是“工”字形为主，它主要是两根40x20x2mm长80毫米的矩形管，110毫米长的40x20x2mm矩形管、220毫米长的4OxZOxZOxZmm矩形管各一根进行焊接固定成型。两个直径80毫米，长度为4Ox20xZmm的矩形管，在管子上开了4个M10的螺孔，电机的支架用U形螺栓固定在一个凸形的底部支架上，见图3.9。40x20x2mm的长方形管子，每根管子上都有两个螺丝洞，用来固定两台除草马达。220毫米的尺寸主要是按照三齿刀的外径尺寸来确定的，这样可以确保两块刀片在同一水平位置上的间隙，这样两块刀片就不会发生碰撞。在工字形的中部，一条40x20x2mm长110毫米的长方形管子，其长度主要是为了确保它可以在切割刀的下面，防止刀身受到地形的破坏，从而达到仿形的效果。图3.8割草电动机固定架图图3.9仿形底托和挺住三维模型图3.3仿形底托和挺柱结构的设计仿形底部支撑和设计目的是为了防止割草机在果园内遇到各种地形变化也不会影响刀片的效果。挺杆是用两个直径500毫米、40x20x2mm的方形钢筒并焊接而成，其作用是加强挺杆的强度，预防过负荷的弯折，提高其弯曲强度。同时也增加了前悬架的接触性，在使用U型螺栓连接的情况下，可以增强固定结构的稳定性，焊接使用中一直采用40x20x2mm的长方形钢管是为了便于采购材料，而不需要采购不同的材质；另外一个目标是为了提高结构的稳定性，它在结构上添加了许多加劲肋，因此整体都是统一的方管，以降低造价、稳定结构、制作简便等优点。仿形底支撑和支撑的模型图见3.9。仿形底托主要是由一块厚度为3毫米、直径为320毫米的微凸片构成，在中央有一个略微凸起的圆片，使其凸出的一面与地面相接触，在使用过程中其与地面的接触面积小于平盘与地面的接触面积，从而使割草机的工作更加方便。盘片主要采用高耐磨性的钢材料制造成型。挺杆的设计是基于微型耕机械整体与地面平行时的高度来确定的，在平行状态下，微耕机的最前端和地面的距离是370毫米，而直立杆的高度是500毫米，因此不管在何种的地形下工作，都可以通过调整机器前端的高低程度来满足不同地形下的工作效率。3.4分禾器的设计在此方案中，为合理地增设割草割对，在设计时，通过对发电机与电动机的传动系统的性能进行了试验与对比，选取了两把切割器，每把切割器的尺寸定为280mm，当两把刀片并列地放在马达的支架上时，两把刀片的间距会保持10毫米，这样就不会在工作中造成两把刀片的碰撞。但这种设计会造成割草机工作时的疏忽漏割，使得草坪中央多出一条带子，因此需要设计一种分割器，把机器中间的草分到两边刀片的位置而被有效割除。见图3.10。图3.10分禾器结构图分禾机的主体部分是2毫米的钣金和40x20x2mm的长方形管子焊接固定而成，再将这种结构固定在发电机的前端，在工作时，分禾器上的三角形会在向前移动时，将从中间漏出的青草分成两股，再通过分禾器的力量将它们分开。如图3.11中所示，圆型是一根草，它是由分禾器承受的力，F是分禾器的斜面上的压力，F1是横向上的分力，也就是工作时，草杆承受着来自割刀两侧的压力，F2代表着向前的压力。为了便于分禾器将草杆均匀地分到两把割刀位置，我们要使Fl受力大，设F1与F2的之间的夹角为a（3.11）（3.12）因此，在设计割草机时，根据构造条件，尽可能地加大角度，以便于将草杆沿割刀的方向分出。图3.11草杆分离时受力分析图3.5割草机电路传动设计图3.12发电机该除草机的原理是利用微型农用柴油机驱动发电机，再将电能输入到两台直流电机中，使其能够进行正常的除草工作。所谓的“线路驱动”，就是指在发电机和除草机之间的线路，从图3.12中可以看出，这种发电机在电源的端子上，只有一根接线柱。此接线柱是正极接线，负极连接铁上面，发电机仪器上有一个四四方方的箱子，里面装有稳压器，在没有负载的时候，可以将电压控制在20V左右。将两台12V/200W电动机并联，稳压器的作用使其电压保持在16V以下，在除草机的日常工作中，发电机的电压是可以被控制的，保障不会超过除草机上直流电机的电压上限，然后经过微型耕机的动力速度来调节，将发电机的输出电压控制在12V以下，这样就可以保证割草机的工作了。图3.13是一种割草机的驱动电路图，它的电路原理是：两台电动机、一台发电机、启动机器开关以及防止电压过高的保险丝。发电机主要由微型耕机的输出部通过皮带驱动，然后向两台直流电动机供电，当线路上的电流超出电动机的最大负荷时，将启动安全系统，也就是断开保险从而保护电路。图3.13割草机传动电路原理图4创新设计4.1具有多挡位调节功能此类剪草机带有自动调整档位的装置，它可以用拉杆调整档位来控制速度，以适应各种工况。图3.14清晰的显示了它的工作原理。传动轴的转动速度由传动轴和传动轴的不同连接方式进行调整，其中，在传动轴末端的啮合齿与动力系统末端的啮合时，传动轴就与动力系统直接相连，并且在传动轴与换挡器分离的情况下，使得动力系统直接驱动传动轴旋转，由此改善与传动轴配合的刀片切削转速；在传动轴与动力系统分离的情况下，传动轴与换挡器关联配合，动力系统与传动轴配合，先以动力系统带动换挡轴转动，跟着以控档轴承来带动传输动力轴承的转动，而切换档位的轴承与动力系统的轴承之间通过第2齿轮与主齿轮啮合，切换档位轴承与传输动力轴承由第一齿轮与副齿轮啮合，经过不同齿轮与主、副齿轮的啮合方式，以此来改变动力系统传输到传动轴承的转动速度。从而调整传动轴与刀片相连的切削速度；而拨杆则是与传动轴末端的凹槽相连接，这样可以使拨杆的操纵带动传动轴运动，而拨杆则是连接着一根拉杆，一根拉杆则连接着一根手柄，这样用户就可以通过一根手柄来控制拨杆；同时，传动轴与滚轴相匹配，这样的情况下，驱动轴转动带动滚筒转动，带动滚筒两端的滚轮转动，使滚轮带动剪草机前行。传动轴2.滚轴3.副齿轮4.主齿轮5.扣齿6.换挡轴7.第2齿轮8.拨杆9.拉杆10.第1齿轮图3.14挡位调节装置结构剪草机配有多档调整功能，可灵活调整档位，让使用者可依不同情况选择适宜的剪刀速度，有效提升剪草的效率及品质。由于传动轴和动力系统之间是可拆卸的，动力轴的侧面啮合着换挡器，换挡器的第一齿轮与传动轴相连，并且与传动轴可分离地连接，而传动轴的另一端则是一种修剪用的刀叶片，在要求高速切削时，可将传动轴与所述第一齿轮啮合分离，而将所述传输动力轴承与所述动力系统轴承直接连接，从而将所述动力系统轴承的转动动力通过所述传输动力轴承直接施加于所述刀叶片。而在要求刀片进行低速切削时，使用者可以将传输动力轴承与驱动轴不直接相连，从而由换档轴连接驱动轴与传动轴进行动力的传输，并且由与换挡轴承匹配的第一齿轮来改变传动轴所能够接收的功率转速，从而能够对刀片的切割速度进行控制。使用者能够根据不同的环境选用不同的刀片切割速度，避免了所需切割的草木过多而切割不完全的问题，有效提高了用户剪草的效率与质量。4.2采用万向节传动万向联轴器结构简单，操作以及维护都特别方便，而且价格亲民，安全性较高。由于其对加工机械、精密程度的要求很高，所以过去多用于车辆生产方面，而采用万向节驱动，大大提高了本产品的可靠性和安全性，提高了产品的市场竞争力。总结本次设计基于割草机的设计，从数据计算带零部件结构的设计，主要的方向是从实用性出发，考虑到减轻割草的负担，所以设计了多档位的调节功能，这样能够满足多方面的割草要求，在设计的时候因为受环境因素的影响，割草机在设计的时候需要考虑到功率性，所以采用了永磁恒压直流发电机，这样在