旋刀式草坪修剪机工作装置设计 精品.docx
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旋刀式草坪修剪机工作装置设计
【摘要】本次设计的旋刀式草坪修剪机工作装置结构简单，价格比较便宜，使用保养较简便.因而，在国际上得到了广泛使用。
手推步行操作式旋刀式草坪修剪机一般由4个轮子支承着.刀壳顶部安装着刀壳上的动力机的曲轴或输出轴，轴的下端安装旋刀修剪装置.机器的前进可由动力机经传动装置驱动，也可以由人力推动。
旋刀式草坪修剪机作业时可将废除的草皮排在草地上，也可将废除的草皮收集在集草器内。
旋刀式草坪修剪机的旋刀装置通常为长方形，两端有刃口和翼片.一般工作的时候刀片割草，背后的翼片可将刀壳内部的空气排出，这时候刀壳内形成负压.当草长的较高，机器前进时，刀壳前端部会把草压倒;另外，刀壳外面的空气进入刀壳内的同时，可对倒伏的草起到提升的作用，这对于草长得很茂盛并发生倒伏的情况有很好的针对作用。
这样机器一次通过后，就可将草坪修剪得比较整齐，因此，提高了工作效率。
翼片形成的气流可将刀刃切下的草屑悬浮到气流中，经刀壳气道、排草口、排草通道排出，或收集起来.气流还可避免草屑在刀壳内形成堵塞现象.上述这种切割方式，按切割原理属无支撑切割.为了留下整齐的割茬，这就要求切割刀刃有一定的切割速度，这样茎叶才不会弯曲。
如果由于茎杆刚度较大，而且草的茎杆粗一些，切割速度可以降低一些，但是一般不得低于26m/s.这对于细茎杆的草坪草切割速度应高一些，一般切割速度达到65m/s完全可以满足要求.旋刀式草坪修剪机的配套动力有电动机和汽油机两种。
电缆供电的割草机（由电缆或蓄电池供电）只能在小面积上使用.而由蓄电他供电的割草机，因机器重量较大，且蓄电池需经常充电（一般剪完650mz后需进行充电）。
在小型割草机上（2.1kW下）常采用电动机作为配套动力机.而在2.1kW上的割草机则多采用汽油机作为配套动力机。
本次采用汽油机。
【关键词】旋转式草坪割草机手推
Rotarylawnmowerdesignofworkingdevice
Thedesignoftherotarylawnmowerworkingdevicehastheadvantagesofsimplestructure,cheapprice,useandmaintenancemoreconvenient.Therefore,widelyusedininternational.
Handwalkingoperationtyperotarylawnmowerusuallyconsistsof4wheelssupported.Acuttermountedontheshelloftheenginecrankshaftortheoutputshaftverticallydownwardthroughtheknifeshelltop,thelowerendoftheshaftmountedrotarycutterdevice.Themachineadvanceispushedbymanpower,canalsobecontrolledbythepowertransmissiondevicetodrivetheoperationofthemachine:
machinewhenthegrassinthemeadowgrass,alsocanbecollectedinthesetinthegrass.
Rotarylawnmowerrotarycutterdeviceisusuallyrectangularinshape,bothendsofacuttingedgeandfins.Operationblademowing,bladeknifecanbeshellfromtheair,thenthetoolcasingtoformthenegativepressure.Whenthegrassishigher,themachinemovesforward,theloweredgeoftheknifeshellmaymakethegrassinfrontinverted;inaddition,whenthegrasswassolongandlodging,theknifeshelloutsideairintotheknifeshellatthesametime,thelodgingofgrasstoenhancetheeffect.Thismachineoncethroughlater,canbefairlyneatlymanicuredlawns,therefore,improvetheworkefficiency.Besides,vaneairflowformedtheknifeedgecanbecutunderthegrassclippingssuspendedinastreamofairthroughtheknifeshell,airway,grassdischarge,agrassdischargechanneltodischarge,orcollected.Theairflowcanalsoavoidthegrassclippingsinthetoolcasingformedjam.Thecuttingmeans,accordingtocuttingprincipleisnosupportrequirementsofcuttingedgecutting.Hasacertaincuttingspeed,cuttinggrassstemsandleaveswillnotbend,leavinganunclutteredstubble.Ifthegrassstemswithrough,duetostemstiffness,thecuttingspeedcanbelower,thegeneralshouldnotbelessthan26m/S.ForthinstemoflawngrasscuttingspeedshouldbehighMoregenerally,thecuttingspeedisupto65m/scancompletelymeettherequirements.Foreignrotarylawnmoweraccessorypowermotor（bycableorbatterypowered）andgasolineenginetwo.Basedonconvenienceandsafetyreasonsbycablepoweredmoweronlywithinasmallarea.Byhispower.Mower,becausethemachineweightisbigger,andtheaccumulatorisfrequentlyrequiredtocharge（generallycut650mzneedtocharge）.So,inthesmalllawnmower（2.1kW）oftenusedasauxiliarypowermotor.In2.1kWlawnmowerisusedasamatchingenginegasolineengine.
【Keywords】RotarytypeLawnLawnmowerHandpush
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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目录
1绪论-1-
1.1草坪修剪机机的发展历史-1-
1.2存在问题-1-
2割草机概述-2-
2.1割草机的分类-2-
2.2旋刀式草坪修剪机工作装置的结构特点-3-
2.2.1本设计方案的特点-3-
2.2.2草坪修剪机的框架图-4-
2.2.1除草机割草的基本要求-4-
3割草机构的设计-5-
3.1刀片材料的选择-5-
3.2旋刀刀片的设计-5-
3.3割刀的受力分析-6-
3.3.1割刀的转速确定-8-
4旋刀轴的设计-9-
4.1轴的概述-9-
4.2轴的设计-9-
4.3轴的计算-10-
4.4轴承材料-13-
4.4.1轴承的材料分类-13-
4.4.2轴承的选择-13-
4.4.3圆柱滚珠轴承结构-14-
4.5润滑剂的选用-14-
5使用修剪机时的注意事项-16-
参考文献-18-
致谢-19-
1绪论
1.1草坪修剪机机的发展历史
在草坪修剪机问世之前，修剪草坪的主要工具是最原始的镰刀，当然保持草地平整的重要方法是放牧牛羊。
一个叫托马斯·普拉克内特的工程师在1805年获得了第一台割草机的发明专利。
但同时其他发明家看到普拉克内特的机器后，认为他们能够干得更好。
最成功的是埃温·巴丁。
他在1830年制造了一台割草机，而且非常类似于今天使用的那些草坪修剪机。
1830年，英国纺织工程师比尔.布丁取得了滚筒割草机的专利，此后割草机就正式登上了历史的舞台，并且得到了快速的发展。
我国生产割草机起步较晚，生产企业的规模普遍较小，均没有形成规模批量，长期以来，均以进口为主。
据统计，到1999年底我国有各种园林机械10万台，1999年的割草机销售量在3万台左右，其中80%为进口。
我国割草机进口主要来自于日本、美国、意大利、瑞典等国家，进口价格在0.38万元到5.8万元。
国内的生产厂家主要有：
中美合资江苏淮阴泛亚园林机械有限公司，南通机床厂为转产生产割草机的厂家两家大型厂家，及其他一些小型厂家。
总的来说，我国草坪修剪机市场的前景很广阔，有很大的发展舞台。
1.2存在问题
国内割草机械市场发展缓慢，我国草坪机械产品全线接受检验，应用中暴露出―些质量问题。
对此，一些专家普遍认为，以下几个方面是导致当前我国畜牧业类机械产品质量水平低的主要原因：
一、目前草地草坪业投入的资金不足，国家对其支持力度有所减缓甚至下降，使得许多割草机械制造企业纷纷转产甚至停产；再加上我国技术、制造手段、工艺等方面的想对比较落后，起步晚，在这种情况下，我国的草坪修剪机完成的工作量仅仅是其他国家同类机型的二分之一。
制造能力和水平进一步拉大了距离。
产品品种不全，成套性差。
我国的用户不能根据各自的经营规模来选择最合适自己的机具，很多是被动的选择，产品种类不齐全导致割草机效益不高。
我们割草机的生产技术水平想对比较低。
这个行业整体科学技术水平的标志就是该行业的技术水平高低。
专家分析认为，造成割草机械产品质量水平低的原因有多方面，但很多厂家缺乏比较好的售后服务系统、缺乏资金投入、人才短缺是造成研发能力和生产制造工艺水平低的关键所在。
2割草机概述
2.1割草机的分类
按切割器类型可以分为旋刀式、往复式、滚刀式、甩刀式、甩绳式。
其中，应用最多的是滚刀式割草机和旋刀式割草机。
依靠高速旋转刀盘上的刀片冲击切割牧草。
切割速度（刀片刃口根部的圆周速度）高达60～90米/秒。
工作平稳，作业前进速度可达15公里/小时以上。
其特点是对牧草的适应性强，适用于高产草场，但切割不够整齐，重割较多，单位割幅所需功率较大。
有滚刀式和旋刀式两种：
①滚刀式割草机的传动装置位于切割器的上方。
一台滚刀式割草机一般装有4个立式圆柱形或圆锥形滚筒。
而这，为了避免漏割相邻刀盘上刀片的回转轨迹有一定重叠量，每个滚筒的下方一般都装有铰接2～6个刀片的刀盘。
相邻两滚筒相对旋转，滚筒由胶带或锥齿轮传动。
割下的牧草在一对滚筒的拨送下，向后铺放成整齐的小草条。
虽然结构不够紧凑，但是能满足低割要求，这里我们暂时不采用；②旋刀式草坪修剪机的传动装置位于刀盘的底部，因而又称下传动旋刀式割草机。
在旋刀式割草机的刀背上，相邻刀盘上刀片的配置相互交错，一般并列装有4～6个刀盘，每个刀盘铰接2～6个刀片。
但是这样导致了旋刀刀片的回转轨迹有一定重叠量。
刀盘一般由齿轮传动，相邻刀盘的转向相反。
结构紧凑，传动可靠、平稳。
旋刀式割草机刀盘上铰接的刀片，当刀片高速运转时，因为在离心力作用下保持其切割状态。
但是当阻力过大或遇障时，刀片可以马上回摆，这样避免损坏。
当刀片一边的刃口磨损以后可以换边使用。
在旋刀式割草机上，装有安全装置，而且在切割器上方还加设防护罩，这样可以充分保证人身安全。
按作业方式和配套动力分可以分为：
手推式、手扶随行式、手扶自行式、坐骑式和拖拉机悬挂式割草机。
按动力驱动方式主要分为发动机驱动、人畜力驱动和电力驱动三种形式的旋刀式割草机。
其中，以发动机驱动的割草机是最多的，发动机多为单缸汽油机。
太阳能割草机虽然已有生产，但因为成本高而导致应用较少。
动力驱动的割草机按牵引方式以及悬挂方式可分为侧置式、前置式、后置式、中置式草坪修剪机。
而目前，也有旋刀式手推随行式修剪机，但是世界上大部分采用中置悬挂。
2.2旋刀式草坪修剪机工作装置的结构特点
（1）本次设计的旋刀式草坪修剪机工作装置主要由动力与传动部分、地盘、刀盘、行走部分和相关的电器系统组成。
（2）旋刀式草坪修剪机工作装置的工作原理
当推动扶手架使割草机在草地上前行时，汽油机的转动带动旋刀的转动，使得刀片也一起转动，通过刀刃与刀刃形成的剪切动作，将草坪上多余高度的草割断。
2.2.1本设计方案的特点
1）本次采用的是汽油机器为动力，使工作效率大大提高。
2）其传动部分结构简单，维护方便。
3）体积小、重量轻、结构简单、操作方便、保养方便、成本低廉。
4）割草动作没有撕扯，对草坪更有益。
下图是一个普通的草坪修剪机装置照片
这个草坪修剪机是由机架、驱动盘、割刀、悬挂架、弹簧、护罩等六大部分够成。
采用的是标准的三点悬挂装置，这是为了方便调草坪修剪的高度。
固定在收割机上支架的部分是机架，与悬挂架通过安全拉杆连接。
为了保护刀片遇到大障碍时拉杆螺栓不会被拉断。
悬挂架与机架焊接在一起，悬挂架下面有三个铰点（其中下面的两个饺点在垂直方向上重叠），为了适应地面的凸凹不平减震作用，弹簧固定在悬挂架与拖拉机悬挂三点悬挂装置上。
以防石子飞出伤人，护架上罩有帆布罩。
一侧刃口用钝后可左右互换刀片，使用另一侧新刃口。
刀片的刃口可自磨。
2.2.2草坪修剪机的框架图
又因为该割草机是手推式的，动力来源于汽油机，汽油机带动刀片转动。
其简图如下：
集草类型：
就地洒落
2.2.1除草机割草的基本要求
无论是哪一种类型的除草机对草坪修剪的要求基本是一样的：
（1）除草时的高度可根据要求进行调整，当草坪要求修剪很低能达到要求，而且适应高度应该调整范围很大。
（2）割草整齐、平整，同一行程前后割草尽量高度一致。
（3）对地形的适应能力强，仿行能力强，随地形变化前后剪草高度一致。
（这一点很重要）
（4）割草机本身重量不能过大，这样对草坪伤害少、碾压轻。
（5）草屑收集干净，或被切割部分细碎性能好（草屑撒在草坪中当肥料时），以便于洒落在草坪下及时腐烂。
（6）割草机节省燃料、效率高、质量好、故障少。
（7）除草机操作简单、轻便灵活、调试维修方便，零部件互换性和通用性好。
（8）正确掌握修剪草坪的时间并且制定科学的修剪高度和修剪频率。
3割草机构的设计
3.1刀片材料的选择
割草机刀片必须采用高强度优质钢材，否则在很多情况下都无法处理。
选用经过特殊热处理工艺的刀片，有较高的耐磨性、抗冲击韧性、强度、锋利度。
为了尽量减少运动时的空气阻力，刀架和刀片外形应该符合空气动力学的要求，以降低功率消耗。
装配、调整刀具的时候，要减少振动和噪声，就要保证两端力矩平衡。
根据经验，刀片材料均选用弹簧钢。
弹簧钢一般是专门用来制造各种弹簧和弹性元件或类似性能要求的结构零件的主要材料。
它具有优良的综合性能，如抗弹减性能（即抗弹性减退性能）、力学性能、疲劳性能、淬透性、物理化学性能（耐热、抗氧化、耐腐蚀、耐低温等）。
除此之外，弹簧钢还具有：
良好的表面质量（严格控制表面缺陷、脱碳）、优良的冶金质量（高的均匀性、纯洁度）、精确的尺寸、外形。
3.2旋刀刀片的设计
割草机刀片数为4片，刀片形状如下图所示。
且相互分布与刀架的四个方向上。
每个刀片都与刀架用栓固定，这样当某一个刀片磨钝或损坏后，可以只更换这一个刀片，维修方便，降低了费用。
旋刀刀片的刀刃为直线固定于刀架上，且在刀刃的两面都设有切削角度，这样当割草机割草时，刀刃与草形成角度，有利地提高了刀片与草之间的切削力，从而减小了当刀片在切割草的同时撕拉草筋而损伤草根的程度，有效地提高了割草机的割草效率。
该切削角度其前角与水平线构成的角度为350，其后角与水平线构成的角度为108。
这一角度为最有效的角度。
（摘自马晓春教授割草机的设计与动态特性研究一文）
螺旋式刀片的旋转角度为1000，每旋转一个角度都能与下刀口形成一个完整的剪切点，并始终保持一致，能够使刀片在割草的过程中均匀的剪切草平面。
3.3割刀的受力分析
旋刀式草坪修剪机的割刀运动是机器的前进的运动和刀盘的水平的旋转综合在一起合成的。
刀片某一点相对地面的运动所产生的轨迹是余摆线，刃线在地面经过的面积叫余摆带，其宽与刃刀刃部的长度相差不大。
下面我们用方程式来表示刀片任意一点的位移情况。
设O为坐标原点，水平向右为x轴，垂直向上（割草机的前进方向）为Y轴。
假设刀盘正常情况下逆时针转动，角速度为w。
切割速度分析图
.则相临刀片各内、外端点的位移方程如下:
（1）第1刀片内端a的位移方程。
式中r——刀片内端半径;
——刀片内外端点对盘的连线夹角;
——刀盘回转角速度;
T——刀盘转过时间;
——机器前进速度
刀片运动轨迹
（2）外端b的位移方程：
式中R——刀片外端半径
（3）第2刀片内、外端点的位移方程：
式中a——相邻刀片夹角
3.3.1割刀的转速确定
根据切割速度的要求可以确定割刀转速。
通过多次试验总结得出，在切割牧草时，其刀片线速度一般为81--83m/s，这主要应用于无支撑切割的旋刀式切割器。
如果要确定割刀的切割速度，应该以刀片内端为基准。
综上所说，割刀上面任何一点的速度是割草机前进的速度和旋刀刀片圆周速度合成的，所以a点速度为
由上式可见，当
时，Va最小。
即
令Vd=Vamin,则
式中n——刀盘旋转的转速；
Vm——草坪修剪机的前进速度，Vm=5.5KM/H=1.528M/S（一般草坪工作速度）；
Vd——刀片的切割速度；
r——刀片的内端半径，r=0.44m
根据国内外多年的研究资料表明，当杂草的茎秆在无支撑切割状态时，旋刀刀片内部刃口处的最低极限速度为30M/S，由于旋刀式草坪修剪机的刀片是用螺栓连接在刀盘上。
切割速度应大于最低极限速度，这是为了使刀片工作稳定。
根据经验表明一般为55--95m/s，但是为了使刀盘工作转速不至于过高，现取Va=90m/s。
以下是修剪机的数据采集
形式：
采用悬挂式，动力输出轴带动作业
汽油机输出轴转速：
最低2000
圆盘数：
1
刀盘直径：
800mm
刀片数：
4
刀盘转速：
2000
刀片斜度：
30度
4旋刀轴的设计
4.1轴的概述
轴是组成机器的主要零件之一。
一切做回转运动的传动零件都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。
因此，轴的主要功用是传递动和支撑回转零件。
按照承受载荷的不同，一般情况下轴可以分为转轴、心轴和传动轴三大类。
工作中有时候既能承受弯矩又能承受扭矩的称之为转轴。
只承受弯矩而不承受扭矩的轴称之为心轴。
只承受扭矩而不承受弯矩的轴称之为传动轴。
除此之外，还有很多种不同的分类方法，在此就不一一列出。
为了加高轴的抗疲劳强度，可以通过表面强化处理包括喷丸、滚压等来实现。
对轴进行热处理的各种方法包括：
高频氮化、氰化、淬火、渗碳等。
4.2轴的设计
轴的设计包括其工作能力的计算和结构设计两方面的内容。
我们需要的轴的结构形式和尺寸，是根据轴上1）零件的安装、2）定位、3）轴的制造工艺三个大的方面来确定。
工作能力以及轴他的可靠性，直接决定轴的制造成本以及轴上零件装配的困难。
轴的振动稳定性、强度、刚度三个重要方面的要求主要是指轴工作能力的计算。
在大多数情况下，轴的强度是衡量轴的工作能力的重要指标。
为了防止断裂或者塑性变形，必需对轴进行强度计算。
其他方面都可以少一点。
为了防止工作时产生过大的弹性变形，对于受力大的细长轴和刚性要求较高的轴（比如说车床主轴），还应进行刚度计算。
为了防止发生共振而破坏对高速运转的轴还要进行振动稳定性的计算。
轴的外形和全部结构尺寸是其结构设计中比较重要的部分。
轴的结构主要取决于以下四个主要因素：
1）加工工艺；2）安装零件的类型、尺寸、数量及轴联结的方法；3）轴的载荷性质、方向、大小、分布情况；4）在机器中的装配位置及形式。
轴没有标准的结构形式，这是因为影响轴的因素比较多，而且不同的情况，轴的结构形式也会不一样。
所以，设计的时候，必须使轴满足以下条件：
（1）轴和它上面工作的零件要有准确的工作位置，不能随意摆动；
（2）轴上的零件应便于装卸和调整；（3）轴应具有良好的制造工艺等。
4.3轴的计算
（1）求滚刀轴上的功率P2、转速n2和转矩T2
人的持续推力为15—20kg,
外轮的转速n1=48
103/260
3.14
58r/min，
根据传动比i12=1：
5.3，则小齿轮的转速为n2=58
5.3=307.4r/min，
取F=20
10=200N
P=F
V=200
0.8=0.16Kw
根据公式算得：
N
mm
（2）求作用在齿轮上的力
因已知滚刀轴端的齿轮的分度圆直径：
d2=Z1m=20
2mm=40mm
而Ft=
=
248.55N
Fr=Fttanα=
tan20o=90.46N
（3）初步确定轴的最小
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