圓盤式割草機的設計圓盤式割草機的設計摘要牧草收割是草產業生產中的一個重要環節，提高牧草收割機械化水平和生產率，對于確保草產業豐收極為重要。切割器是各種牧草收割機械的重要工作部件，目前，各種牧草收割機械普遍采用的切割器有往復式和回轉式兩種。回轉式切割機屬無支承切割，不產生堵塞現象，更換刀片簡易。本次設計的雙圓盤式割草機，選用回轉式切割器，對牧草的適應性強，特別適應于稠密、倒伏和纏連的牧草，工作平穩，生產率高。設計的雙圓盤割草機有以下幾個特點:一、該機具由小四輪拖拉機前懸掛作業，主要有掛接、升降、傳動、切割等機構組成，設計簡單，結構緊湊;二、本機具的升降由拖拉機液壓手柄操縱，通過升臂、鋼絲繩、滑輪等機構提升拉桿，完成機具的水平升降;三、動力由拖拉機飛輪傳遞，機具皮帶輪布置在兩個齒輪箱中間，兩個皮帶輪處在同一個平面內，結構更緊湊;四、機具前端設置了防護欄和防護罩，刀盤制作成碟形，使刀片旋轉時與地面成一定角度，且脫落或飛出時不致傷人，安全可靠。本次設計主要完成了圓盤式割草機的總體方案的選型，切割器的總體設計，傳動系統的設計，主要零部件的設計與校核。關鍵詞:圓盤切割器；牧草；收割機Designofdouble—diskcutterwithrotarycutterAbstractGrazingharvestingisanimportantPartoftheProductionofgrassindustry,improvingforageharvestingmechanizationlevelandProductivityisvitaltoensurethegrassindustryabundantharvest.ThecutterisimportantworkingPartofvariousharvestingmachinery.AtPresent，variousforageharvestingmachinerycommonlyusetwokindsofcutterbarreciprocatingandrotary.TherotarycuttingmachinewithoutsupportcuttingandthereisnoPluggingPhenomenonandreplacingbladeeasily.Thistopicresearchesanddesignsdouble—diskcutterwithrotarycutter,theadaptabilityofforage,particularlyadaptedtothedense,lodgingandevenwrappedaroundthegrass，workingstably,outputhighly.Inthispaper,researchesandanalysesforeignforagegrassesharvester,usingtheprincipleandmethodofmachinedesign,theoptimaldesignofmachine，thedevelopmentofthedoublediskgrasscutterhasinnovationspotsasfollowing:1.Themachinewithasmallfour-wheeltractorhangingbeforeit.Mainlyincludingtheofhoist、articulate、movement、transmission、cuttingandotheragencieswithsimpledesign、compactstructure、strongadaptabilityandlowcost.2.Liftofthemachineiscontrolledbyhydraulichandleofthetractor,throughtheliftingarm，steelrope,Pulleyandsoonachievingtheliftinghorizontally.3.Powertransmissiondependsontheflywheelofthetractor.TheretwostrapPulleysbetweenthetwogear-boxes,andthetwostrapsPulleysarePlacedonthesamePlanewithmorecompactstructure.4.TherearefencingandProtectivemaskattheforesideofthemachine,andthebladewasmadeintotheshapeasdishsothatthebladerotatingatacertainangleontheground,andflysafelyandreliablyoffwithoutwounding.InthisPaperanalysis’sandteststheforceofthePrincipaltransmissionParts.BydoingExperiments,weknowthemachinehasthecharacteristicsofstrongapplicability、reasonablestructure、excellentcapability、highProductivityandsoon.Keywords:Double—diskcutter:grazing;harvester目錄圓盤式割草機的設計 1摘要 11割草機相關背景 51.1研究背景 51.2我國割草機的研究現狀 51.2.1割草機的組成 51.2.2割草機的分類 51.3割草機的發展方向 81.4本設計的目的、要求和意義 92雙圓盤割草機總體設計 102.1本設計需要解決的技術問題 102.2收獲對象對機械性能的要求 102.3總體設計原則 102.4要求達到的技術參數 102.5總體參數的確定 112.6總體方案的確定 113旋轉式切割器的設計 143.1割刀運動分析 143.2割刀轉速的確定 153.3刀片數的確定 153.4刀片伸出高度h 163.5切割器主體部分設計 164主要工作部件的方案選擇及相關參數的確定 194.1傳動系統總體方案的確定 194.2動力參數設計 194.2.1傳動比分配 194.2.2功率消耗 204.2.3v帶傳動設計 214.3四連桿掛接機構設計 22總結 24參考文獻 25致謝 26

1割草機相關背景扣扣1269408632全套CAD圖紙共二十多張1.1研究背景生存環境和經濟發展是我國可持續發展的重要戰略，而草業的發展在其中起著至關重要的作用。由于種種自然和人為因素，我國大部分的草地已經瀕臨或已經退化。國家把調整農業結構、大力發展退耕還林還草、改善生態環境作為國家的重要方略。近些年，隨著政策的落實和措施的改進，草產業已呈現出高速發展的態勢，種植面積不斷擴大，收獲效果甚豐。但是牧草收割中仍然存在著許多問題，如牧草收割以人工為主，工作效率低下，勞動強度大，作業成本高等諸多問題。而牧草收割類機械發展相對國外先進水平來說略顯低下，一些高端作業機械方面仍然是一片空白。因此，為了適應草產業發展的需要，急需一種成本低效率高的機械收割機，高科技割草機應運而生。1.2我國割草機的研究現狀1.2.1割草機的組成傳統的割草機主要由機架、傳動機構、動力機構、防護欄、切割裝置等部分組成。其中傳動機構有液壓式和齒輪式。動力機構分為液壓、氣壓和電磁幾種。1.2.2割草機的分類割草機在國內外發展多樣化，按其切割裝置的不同大致分為圓盤式和往復式；按其行走方式不同分為牽引式、半懸掛式、自走式割草機；按割幅可分為窄幅和寬幅割草機。往復式割草機往復式割草機發展歷史悠久，對天然牧草和種植牧草的適應性強，具有便于調整使用、牧草損失少、割茬干凈整齊等特點，因此存在廣泛的使用價值。但同時也存在著作業成本高、切割速度提高加快機器振動和機械損壞、容易堵刀等缺點。旋轉式割草機近年來由于牧草種植面積的進一步增加，肥料的使用量加大，牧草長勢旺盛，具有高大易倒伏的特點。因此旋轉式割草機得到迅速發展。旋轉式割草機將刀片安裝在刀盤上，屬于無支撐切割看，并隨刀盤一起旋轉進行割草，前進速度高，有較高的生產率，不產生堵塞現象，更換刀片簡易，保養方便。但旋轉式割草機功率消耗較大工作幅重割區大，割茬不齊，碎草多，且對地面的平整程度要求較高。在牧草剛度小時易使割茬高度增加，因此適于高硬桿牧草收獲。下面為幾種常見的割草機（1）MDM1700圓盤式割草機系列上海世達爾農機有限公司生產的MDM1700。型圓盤式割草機主要用于對各類牧草的收割，如紫花苜蓿、黑麥草、燕麥草等牧草的收割，圓盤式割草機具有較高的工作效率，比往復式割草機更適合于切割較高大的作物。其配套動力為35-80馬力拖拉機，割幅為1.65m，配有4個圓盤數，每個圓盤有2刀片，作業速度為4—10km／h；見圖1-1圖1-1MDM1700圓盤式割草機（2）9GP——45型坡地割草機9GP_45型坡地自走式割草機是由高密市益豐機械有限公司研發生產，該機輕巧、靈活方便、重心低,能在30度坡地上任一方向正常作業，適合所有山區、丘陵、樹離下和狹小地帶作業。拆下切割器部分裝上相應農機具可實現一機多用。。標配為單圓盤，結構質量為135kg，配套動力為4.4KW，割幅為1.45m見圖1-2圖1-29GP——45型坡地割草機

9YG一130型雙圓盤割草機該機由內蒙古農業大學機械廠生產。與8.8-14.7kW小四輪拖拉機配套使用，主要適用于牧草的切割與鋪條作業，是牧場和牧草專業戶的理想機型。配套動力為11～14.7KW,割幅為1.3m，發動機轉速為2000r/min，割茬高度為0.04-0.06m，作業速度為5～10km/h。見圖1-3圖1-39YG——130型雙圓盤割草機（4）MDM-1300圓盤式割草機該機是由上海世達爾現代農機有限公司引進日本先進技術研發的新產品，以通過上海市經委的新產品成果鑒定，鑒定結論為產品的功能和性能指標以達到國際同類產品的水平，屬于國內領先，目前已獲上海市農機推廣許可證。見圖1-4該機具有以下特點：1、工作效率高。正常作業速變為6-12km／h，作業效率為6-12km/h。2、傳動系統可靠。刀桿采用齒輪驅動方式及油潤滑，可靠性高，耐久性強。刀盤為日本原裝正品，性能優良，經久耐用。3、割刀經久耐用。刀片采用特殊形狀的螺紋刀刃，經過特殊的熱處理，割取性能優良，使用壽命長。4、保護裝置可靠。用潤滑脂潤滑的安全裝置，遇到障礙物時就能動作，保持機器不受損害。5、配套動力廣泛。可與18.4-36.8kw的三點后懸掛拖拉機配套作業。并備用6鍵槽和8鍵槽的聯軸器和拖拉機連接，供用戶選用。作業幅為1250mm，標配2個圓盤數，標配刀片數為6片（每個圓盤3片），圓盤轉速為2200r/min。圖1-4MDM1300圓盤式割草機1.3割草機的發展方向20多年來隨著我國改革開放和西部大開發的實施，使我國經濟發展到了一個新的水平，國家政策和經濟形勢為牧草生產機械帶來了新的發展機遇，農業產業結構調整為牧草生產機械化提供了廣闊的空間。牧草生產機械化已成為農業發展的一個新的增長點。牧草收割機械呈現著多元化發展的態勢。（1）高效化實施牧草機械化，大大提高牧草收割的生產效率和收獲、打捆、貯存作業化標準。通用性好、適應性強、工作可靠，有些高科技機械產品甚至能夠實現從收割到存放的一體化作業。（2）多元化20世界90年代我國牧草機械市場出現轉機，與國際間的溝通逐步增加。一下高新技術產品被同時引入到國內。同時各大公司也致力于開發新產品，改進原有產品的機械性能，以滿足草產業高速發展的需要。目前，國外的的先進牧草收割機械技術相對比較完善，機具品種多，產品種類齊全，系列完善，幾乎能滿足各種收獲需要，主要結構技術性能至今沒有發生大的變化，只能在操作舒適和電子計算機應用方向有所改變。（3）匱乏化雖然農牧業近些年來發展很快，但是一下政策的實施和資金的落實還有待進一步提高。而且農民方面也缺乏相關認識。1.4本設計的目的、要求和意義本次設計目的是完成圓盤割草機主要工作機構的初步設計，要求完成總體方案的選擇，確定機具的傳動方案，機具與拖拉機掛接機構的設計，對切割器進行初步的設計。通過本次設計利用四年所學成果獨立設計一個圓盤式割草機，提高自己在機械方面的獨立設計的能力，培養遇到問題，解決問題的能力，達到學以致用的目的。

2雙圓盤割草機總體設計2.1本設計需要解決的技術問題（1）選擇與設計機具結構類型（2）確定機具的傳動方案（3）選擇并確定刀片切割速度（4）選擇并設計拖拉機與機具的掛接機構（5）確定動力參數和分配合適的傳動比2.2收獲對象對機械性能的要求（1）牧草的稠密程度和含水量要相比于谷物要高，因此相應切割刀片的切割速度要適當大一些，回轉式割草機的切割速度為70-100m/s（2）由于作業環境相對惡略，遇到障礙物時，切割器能夠迅速提升，所以應具有靈活的起落機構（3）為了減少牧草的收獲損失，增加經濟效益，應對機器進行嚴格的限制，減少機械隊牧草的翻動和滾壓，所以割下來的牧草應厚度適宜，且保證切割下來后能夠均勻的鋪放在地面上（4）刃口應具有很好的耐磨特性，刀具要具有保護裝置（5）結構簡單，使用維護方便，指標先進技術經濟2.3總體設計原則（1）牧草收割作業季節性強，作業時間有限，故應采用工作機與動力機分離式。動力由小四輪拖拉機皮帶輸出。本機采用前懸掛式連接方式，由小四輪拖拉機液壓油缸作為提升動力。切割器用旋轉式上傳動圓盤切割器;（2）本機選用旋轉式(回轉式)切割器，對牧草的適應性強，特別適應于稠密、倒伏和纏的牧草，工作平穩，能以8-12km/h的作業速度工作，生產率高;（3）旋轉式切割器轉速較高，設計中應考慮到運動件和切割器的安全防護問題;（4）左、右兩個切割器采用通過機架剛性連接，作業時兩個刀盤上的刀片轉向相反，以保證牧草集壟和鋪放整齊;（5）降低整機生產成本，以提高經濟性。2.4要求達到的技術參數（1）作業幅寬：1400mm（2）作業速度：8-12km/h（3）割茬高度：20-50mm（4）刀片切割速度：70-100m/s（5）生產率：6-8畝/小時（6）使用可靠性：≥96%（7）機具使用質量：≤250kg2.5總體參數的確定1.配套動力:20kw以上功率的小四輪拖拉機。2.作業幅寬:旋轉式割草機的作業幅寬決定于配套拖拉機的功率。根據拖拉輪距，牧草種類等結合因素，初步選擇作業幅寬為1400mm。3．280小四輪拖拉機參數(約翰迪爾中國)(1)后輪輪距:1570mm(2)液壓后壁提升力:≥5.29KN(3)標定功率：20.6KW(4)飛輪上的皮帶輪外徑:150mm4.上傳動式圓盤切割器(1)刀盤數:2個(2)刀片:2X3片(3)刀盤直徑:500mm(4)刀盤轉速:1833r/min5.1作業速度:8-12km/h.樣機質量控制在250kg以內。2.6總體方案的確定方案1該旋轉圓盤式割草機由自由盤、驅動盤、割刀、傳動裝置、懸掛裝置、彈性緩沖器等部組成，其傳動結構見圖2-1工作原理該機采用15馬力以上拖拉機后懸掛方式。上下兩根調整彈簧，一根大彈簧上端連在懸掛架上，下端連接在切割器上端合適位置；另一根較小的彈簧上端也連在懸掛架上。下端連在主梁的合適位置。工作時，自由盤與地面凸起處接觸，彈性緩沖裝置起到仿形作用，使左右側對地壓力均衡，對保證割茬高度一致是很有好處的。該機動力由拖拉機側輸出軸輸出．經傳動裝置帶動驅動盤對牧草進行收割。該割草機的特點該旋轉圓盤式割草機，經生產考核，生產效率高，動力消耗低，能夠適應各種復雜地況的草場。生產率可達到0.33-0.4hm2/h。割草高度控制0.03-0.04m，條鋪整齊不雜亂。因此，該機型在轉速，刀盤直徑等參數的選擇、匹配上是科學合理的，不僅各項性能指標均超過以往各種機型，而且移動靈活，操作維修方便。圖2-1轉盤式割草機示意圖1．自由盤2．割刀3．驅動盤4．傳動裝置5．懸掛裝置6．彈性緩沖器方案2根據作業約束條件和設計原則，機具采用前懸掛式作業方式，主要有平行四連桿升降機構、機架、圓盤式切割裝置、傳動機構、甩草筒、防護欄等幾部分組成。設計方案和結構如圖2-2圖2-2雙圓盤割草機示意圖1拖拉機飛輪皮帶輪2四連桿升降機構3機架4甩草桶5切割器滑底6上刀盤7刀片8防護欄9齒輪機構工作原理：機具通過平行四連桿機構和輔助掛接件懸掛于拖拉機前方，動力由拖拉機飛輪皮帶輪傳入，機具的升降由拖拉機液壓提升，同時接合動力切割器開始旋轉，刀片銷鏈在刀盤上，通過高速旋轉割下牧草。兩個刀盤反向旋轉，牧草割下后倒向機具中間，通過甩草筒甩集成壟，完成切割作業。方案的比較與選擇：經過比較和對比，方案2具有靈活，維修方便，且使牧草排放整齊等等特點。故選擇方案2

3旋轉式切割器的設計3.1割刀運動分析圓盤式割草機切割器的割刀運動是刀盤的水平旋轉與機器前進運動所合成的。刀片某一點對地面的軌跡為余擺線(如圖所示)，刀片刃線對地面所掃過的面積為余擺線，其帶寬與刃部長度相近似。圖3-1刀片運動軌跡刀片任意一點的位移可用方程式表示。設刀盤中心為坐標原點O，水平向右為X軸，垂直向上(機器前進方向)為Y軸。令刀盤逆時針轉動，角速度為QUOTE，則相臨刀片各內、外端點的位移方程如下:第1刀片內端a的位移方程QUOTE=rQUOTEQUOTE=QUOTEt+rQUOTEr——刀片內端半徑QUOTE——刀片內外點對盤的連線夾角QUOTE——刀盤回轉角速度t——刀盤轉過時間QUOTE——機器前進速度外端b的位移方程QUOTE=RQUOTEQUOTE=QUOTEQUOTE第2刀片的內、外端點的位移方程。式中QUOTE3.2割刀轉速的確定割刀轉速是根據切割速度要求而確定的。試驗得出，無支承切割的旋轉式切割器在切割牧草時，其刀片線速度應為70-100m/s。因刀片內端圓周速度最低，故應以該點為基準確定割刀應有的速度。綜前所述，割刀任一點速度均為刀片圓周速度與機器前進速度的合成，故a點速度為QUOTE由上式可見，當QUOTE。即n=QUOTE/min式中n——刀盤轉速Vd——刀片應用的切割速度Vm——機器前進速度r——刀片內端半徑3.3刀片數的確定圓盤式切割器的切割圖是由多條余擺帶所形成的，其帶寬近似為刀片長度h，刀片數是根據割刀進距H(圓盤轉一周時機器前進距離)與在一個進距中各刀片余擺帶的縱向寬度之和與h相等而定。由于H=mh，H=6Km/n則60Vm/hnVm——機器前進速度，Vm=6Km/hh——余擺線縱寬(刀片工作刃線長度:0.04m)n一割刀轉速，n=1833r/minm=(60X6)/(0.03X1833)=2.7由于考慮到制造的方便和運轉的平衡問題，刀片數量確定為3片。切割刀片用GB699一88((優質碳素結構鋼》規定的65Mn鋼制造，刀刃部分熱處理，硬度HRC50—HRC55。如圖圖3-2刀片3.4刀片伸出高度h割草機漏割、重割現象與刀盤大小、刀片數、前進速度、刀片伸出高度h有關。一般情況下，刀盤直徑越大，前進速度越快，刀片伸出高度也愈大。刀片伸出的最小高度，應等于機具在刀片轉過相鄰兩個刀片夾角的時間內通過的距離，即h=vt計算公式為QUOTE式中r=0.52mv=2.22m/svg=70m/s由此可知：刀片伸出最小高度為35mm，故設計伸出高度為40mm。3.5切割器主體部分設計本機切割器為旋轉式切割器。切割器安裝在主軸的下方，主要由刀盤、導草罩、刀片、滑低和和滑底座等組成。刀盤為截頂圓錐筒，刀片銷鏈在刀盤錐面上，與地面成15。傾角，刀盤和導草罩隨刀盤軸一起旋轉時，刀片甩出割草。如刀片被打碎或飛出刀盤時，可在直徑1米之內插入土中以避免事故。導草罩用來分草和向后輸送牧草，滑底和滑底座用于支持切割器在地面上滑行，并可以上下移動以調節割茬高度。圖3.3切割器主體部分

4主要工作部件的方案選擇及相關參數的確定4.1傳動系統總體方案的確定圖4-1雙圓盤割草機傳動示意圖動力由拖拉機皮帶輪輸出，經皮帶輪傳至2軸。2、4軸由萬向節連接，皮帶輪將動力傳到錐齒輪，由錐齒輪傳至主軸3，由主軸帶動上刀盤旋轉，上刀盤帶動刀片轉動，完成切割任務。4.2動力參數設計4.2.1傳動比分配由于柴油機轉速為144Or/min，根據傳動方案，本機具為二級傳動。第一級的傳動為皮帶傳動:第二級傳動為錐齒輪傳動。己知拖拉機皮帶輪基準直徑為D1=140mm根據設計要求，初步選取皮帶輪基準直徑為D2=110mmD1=140mmD2=110mmn1=1440r/min則皮帶輪的轉速為：n2=（D1/D2）Xn1=1833r/min兩個錐齒輪大小相同，傳動比為1,則轉軸速度為1833r/min。上刀盤與轉軸無相對運動，可知上刀盤的轉速與轉軸相同且為1833r/min，則刀片轉速也為1833r/min。4.2.2功率消耗旋轉式割草機功率消耗受切割速度、機器前進速度以及作物條件等因素的影響而變化。切割速度過低會產生撕裂作用而增加切割阻力;切割速度過高，則加大了空氣阻力和拋撒牧草的阻力從而增加切割阻力。不同切割速度和前進速度下，切割所需的功率不同。當切割速度為v=70m/s時，功率與速度的關系如圖。圖4-2割草機切割功率消耗正常作業時，本機基本參數為:Vg=70m/s,Vj=8km/h在切割速度Vg=70m/s，Vj=8km/h的條件下，割草所需功率為6.2*2.52=15.6kw切割茂密牧草時所需功率為切割一般情況下牧草的兩倍。Ⅰ軸（輸入到割草機）功率為P1=15.6kwn1=1440r/minT1=(9550P1)/n1=（9550*15.6）/1440=103.4NQUOTEmⅡ軸（右軸）：從V帶效率查表得知QUOTE=0.95P2=P1n1=15.6QUOTE0.95=14.8kwn2=（n1QUOTEd1）/d2=（1440QUOTE140）/110=1883r/minT2=9550P2/n2=9550QUOTE14.8/1883=75N*mⅢ軸（主軸）：滾動軸承效率取QUOTE萬向聯軸器：QUOTE=0.98（一個）QUOTE13.9kwQUOTE/QUOTE=（13.9QUOTE9550）/1883=70.4N*m各軸動力和運動參數如下表1軸序號功率p（kw）轉速n（r/min）傳動比T（n*m）Ⅰ15.614400.785103.4Ⅱ14.81883751動力和運動參數4.2.3v帶傳動設計由傳動方案可知，v帶為第一級傳動，主動輪D1為小四輪拖拉機的飛輪，從動輪為割草機動力輸入皮帶輪D2，其基準直徑為D2=110mm，又知D1=140mm，n1=1440r/min，皮帶輪傳動功率為P1=i12=D2/D1=110/140=0.79選取窄V帶根據普通v帶選型圖，確定選用SPB型窄V帶驗算帶速因V＜25m/s,故帶速合適。（3）V帶尺寸選取根據拖拉機和割草機的結構，初步選取中心距QUOTE=950mm根據公式計算所需基準長度：QUOTE/4a0=(2QUOTE950+3.14)/2(140+110)+QUOTE950=2293mm由表差值選取帶的基準長度為Ld=2280mm，公稱長度Li=2240mm計算實際中心距a：a=QUOTE/2=[950+(2293一2280)]/2=943.5mm選取中心距為a=944mm4.3四連桿掛接機構設計機具通過平行四連桿機構與小四輪拖拉機前端懸掛起來，同時，通過液壓提升四連桿的運動，來實現切割器的起落，根據機具結構和拖拉機結構尺寸，其結構如下圖所示圖4-8機具掛接機構示意圖原理說明：圖中所示的機構為平行四邊形機構。這種機構的特點之一是相對桿始終保持平行，且兩連桿的角位移、角速度和角加速度也始終相等，一段固定在拖拉機上，因此在運動過程中始終保持豎直方向兩連桿處于平行位置，從而機具的豎直方向的移動，來實現切割器的起落。