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1、完整版（2022年）圆盘式割草机的设计摘要牧草收割是草产业生产中的一个重要环节，提高牧草收割机械化水平和生产率，对于确保草产业丰收极为重要。切割器是各种牧草收割机械的重要工作部件，目前，各种牧草收割机械普遍采用的切割器有往复式和回转式两种。回转式切割机属无支承切割，不产生堵塞现象，更换刀片简易。本次设计的双圆盘式割草机，选用回转式切割器，对牧草的适应性强，特别适应于稠密、倒伏和缠连的牧草，工作平稳，生产率高。设计的双圆盘割草机有以下几个特点：一、该机具由小四轮拖拉机前悬挂作业，主要有挂接、升降、传动、切割等机构组成，设计简单，结构紧凑；二、本机具的升降由拖拉机液压手柄操纵，通过升臂、钢丝绳、滑
2、轮等机构提升拉杆，完成机具的水平升降三、动力由拖拉机飞轮传递，机具皮带轮布置在两个齿轮箱中间，两个皮带轮处在同一个平面内，结构更紧凑；四、机具前端设置了防护栏和防护罩，刀盘制作成碟形，使刀片旋转时与地面成一定角度，且脱落或飞出时不致伤人，安全可靠。本次设计主要完成了圆盘式割草机的总体方案的选型，切割器的总体设计，传动系统的设计，主要零部件的设计与校核。关键词：圆盘切割器；牧草；收割机Designofdouble-diskcutterwithrotarycutterAbstractGrazingharvestingisanimportantPartoftheProductionofgrassin
3、dustry,improvingforageharvestingmechanizationlevelandProductivityisvitaltoensurethegrassindustryabundantharvest.ThecutterisimportantworkingPartofvariousharvestingmachinery.AtPresent,variousforageharvestingmachinerycommonlyusetwokindsofcutterbar-reciprocatingandrotary.Therotarycuttingmachinewithoutsu
4、pportcuttingandthereisnoPluggingPhenomenonandreplacingbladeeasily.Thistopicresearchesanddesignsdoublediskcutterwithrotarycutter,theadaptabilityofforage,particularlyadaptedtothedense,lodgingandevenwrappedaroundthegrass,workingstably,Outputhighly.Inthispaper,researchesandanalysesforeignforagegrassesha
5、rvester,usingtheprincipleandmethodofmachinedesign,theoptimaldesignofmachine,thedevelopmentofthedouble-diskgrasscutterhasinnovationspotsasfollowing:1 .Themachinewithasmallfour-wheeltractorhangingbeforeit.Mainlyincludingtheofhoist、articulate、movementtransmission、cuttingandotheragencieswithsimpledesign
6、、compactstructure、strongadaptabilityandlowcost.2 .Liftofthemachineiscontrolledbyhydraulichandleofthetractor,throughthelifting-arm,steelrope,Pulleyandsoonachievingtheliftinghorizontally.3 .Powertransmissiondependsontheflywheelofthetractor.TheretwostrapPulleysbetweenthetwogear-boxes,andthetwostrapsPul
7、leysarePlacedonthesamePlanewithmorecompactstructure.4 .TherearefencingandProtectivemaskattheforesideofthemachine,andthebladewasmadeintotheshapeasdishsothatthebladerotatingatacertainangleontheground,andflysafelyandreliablyoffwithoutwounding.InthisPaperanalysis,sandteststheforceofthePrincipaltransmiss
8、ionParts.BydoingExperiments,weknowthemachinehasthecharacteristicsofstrongapplicability、reasonablestructure、excellentcapability、highProductivityandsoon.Keywords:Doublediskcutter:grazing;harvester目录圆盘式割草机的设计1摘要11割草机相关背景71.1 研究背景71.2 我国割草机的研究现状71.2.1 割草机的组成71.2.2 割草机的分类81.3 割草机的发展方向121.4 本设计的目的、要求和意义13
9、2双圆盘割草机总体设计152.1 本设计需要解决的技术问题152.2 收获对象对机械性能的要求152.3 总体设计原则152.4 要求达到的技术参数162.5 总体参数的确定162.6 总体方案的确定173旋转式切割器的设计213.1 割刀运动分析213.2 割刀转速的确定233.3 刀片数的确定243.4 刀片伸出高度h243.5 切割器主体部分设计254主要工作部件的方案选择及相关参数的确定194.1 传动系统总体方案的确定194.2 动力参数设计194.2.1 传动比分配194.2.2功率消耗204.2.3v带传动设计314.3四连杆挂接机构设计22总结24参考文献25致谢261割草机相
10、关背景扣扣1269408632全套CAD图纸共二十多张1.1 研究背景生存环境和经济发展是我国可持续发展的重要战略，而草业的发展在其中起着至关重要的作用。由于种种自然和人为因素，我国大部分的草地已经濒临或已经退化。国家把调整农业结构、大力发展退耕还林还草、改善生态环境作为国家的重要方略。近些年，随着政策的落实和措施的改进，草产业已呈现出高速发展的态势，种植面积不断扩大，收获效果甚丰。但是牧草收割中仍然存在着许多问题，如牧草收割以人工为主，工作效率低下，劳动强度大，作业成本高等诸多问题。而牧草收割类机械发展相对国外先进水平来说略显低下，一些高端作业机械方面仍然是一片空白。因此，为了适应草产业发展
11、的需要，急需一种成本低效率高的机械收割机，高科技割草机应运而生。1.2 我国割草机的研究现状1.2.1 割草机的组成传统的割草机主要由机架、传动机构、动力机构、防护栏、切割装置等部分组成。其中传动机构有液压式和齿轮式。动力机构分为液压、气压和电磁几种。1.2.2 割草机的分类割草机在国内外发展多样化，按其切割装置的不同大致分为圆盘式和往复式；按其行走方式不同分为牵引式、半悬挂式、自走式割草机；按割幅可分为窄幅和宽幅割草机。往复式割草机往复式割草机发展历史悠久，对天然牧草和种植牧草的适应性强，具有便于调整使用、牧草损失少、割茬干净整齐等特点，因此存在广泛的使用价值。但同时也存在着作业成本高、切割
12、速度提高加快机器振动和机械损坏、容易堵刀等缺点。旋转式割草机近年来由于牧草种植面积的进一步增加，肥料的使用量加大，牧草长势旺盛，具有高大易倒伏的特点。因此旋转式割草机得到迅速发展。旋转式割草机将刀片安装在刀盘上，属于无支撑切割看，并随刀盘一起旋转进行割草，前进速度高，有较高的生产率，不产生堵塞现象，更换刀片简易，保养方便。但旋转式割草机功率消耗较大工作幅重割区大，割茬不齐，碎草多，且对地面的平整程度要求较高。在牧草刚度小时易使割茬高度增加，因此适于高硬杆牧草收获。下面为几种常见的割草机(1)MDMl70圆盘式割草机系列上海世达尔农机有限公司生产的MDMl70。0型圆盘式割草机主要圆盘式割草机具
13、有较高的工作效率，比往复式割草机更适合于切割较高大的作物。其配套动力为35-80马力拖拉机，割幅为1.65m,配有4个圆盘数，每个圆盘有2刀片，作业速度为410kmh;见图1-1图I-IMDMI70(机(2)9GP45型坡地9GP 45型口高密市益丰机械有限公司研发生产，该机轻巧、 ,能在30度坡地上任一方向正常作业，适合所有山区、丘陵、树离下和狭小地带作业。拆下切割器部分装上相应农机具可实现一机多用。标配为单圆盘，结构质量为135kg,配套动力为4.4KW,割幅为1.45m见图1-2图1-29GP45型坡地割草机9YG130型双圆盘割草机该机由内蒙古农业大学机械厂生产。与8.8-14.7kW
14、小四轮拖拉机配套使用，主要适用于牧草的切割与铺条作业，是牧场和牧草专业户的理想机型。配套动力为1114.7KW,割幅为1.3m,发动机转速为2000rmin,割茬高度为0.040.06m,作业速度为510kmh见图图1-39YG130型双圆盘割草机(4)MDM-130(EI盘式割草机该机是由上海世达尔现代农机有限公司引进日本先进技术研发的新产品，以通过上海市经委的新产品成果鉴定，鉴定结论为产品的圆盘式割草机的设计功能和性能指标以达到国际同类产品的水平，属于国内领先，目前已获上海市农机推广许可证。见图14该机具有以下特点：1、工作效率高。正常作业速变为6-12km/h,作业效率为6-12kmho
15、2、传动系统可靠。刀杆采用齿轮驱动方式及油润滑，可靠性高，耐久性强。刀盘为日本原装正品，性能优良，经久耐用。3、割刀经久耐用。刀片采用特殊形状的螺纹刀刃，经过特殊的热处理，割取性能优良，使用寿命长。4、保护装置可靠。用润滑脂润滑的安全装置，遇到障碍物时就能动作，保持机器不受损害。5、配套动力广泛。可与18.4-36.8kw 的三点后悬挂拖拉机配套作业。并备作业3片)，圆盘转速为2200rmin。图1-4MDMI30(EI盘式割草机1.3 割草机的发展方向20多年来随着我国改革开放和西部大开发的实施，使我国经济发展到了一个新的水平，国家政策和经济形势为牧草生产机械带来了新的发展机遇，农业产业结构
16、调整为牧草生产机械化提供了广阔的空间。牧草生产机械化已成为农业发展的一个新的增长点。牧草收割机械呈现着多元化发展的态势。）高效化实施牧草机械化，大大提高牧草收割的生产效率和收获、打捆、贮存作业化标准。通用性好、适应性强、工作可靠，有些高科技机械产品甚至能够实现从收割到存放的一体化作业。0）多元化20世界90年代我国牧草机械市场出现转机，与国际间的沟通逐步增加。一下高新技术产品被同时引入到国内。同时各大公司也致力于开发新产品，改进原有产品的机械性能，以满足草产业高速发展的需要。目前，国外的的先进牧草收割机械技术相对比较完善，机具品种多，产品种类齐全，系列完善，几乎能满足各种收获需要，主要结构技术
17、性能至今没有发生大的变化，只能在操作舒适和电子计算机应用方向有所改变。）匮乏化虽然农牧业近些年来发展很快，但是一下政策的实施和资金的落实还有待进一步提高。而且农民方面也缺乏相关认识。1.4 本设计的目的、要求和意义本次设计目的是完成圆盘割草机主要工作机构的初步设计，要求完成总体方案的选择，确定机具的传动方案，机具与拖拉机挂接机构的设计，对切割器进行初步的设计。通过本次设计利用四年所学成果独立设计一个圆盘式割草机，提高自己在机械方面的独立设计的能力，培养遇到问题，解决问题的能力，达到学以致用的目的。2双圆盘割草机总体设计2.1 本设计需要解决的技术问题。）选择与设计机具结构类型0）确定机具的传动
18、方案。）选择并确定刀片切割速度）选择并设计拖拉机与机具的挂接机构）确定动力参数和分配合适的传动比2.2 收获对象对机械性能的要求）牧草的稠密程度和含水量要相比于谷物要高，因此相应切割刀片的切割速度要适当大一些，回转式割草机的切割速度为70-100ms0）由于作业环境相对恶略，遇到障碍物时，切割器能够迅速提升，所以应具有灵活的起落机构。）为了减少牧草的收获损失，增加经济效益，应对机器进行严格的限制，减少机械队牧草的翻动和滚压，所以割下来的牧草应厚度适宜，且保证切割下来后能够均匀的铺放在地面上）刃口应具有很好的耐磨特性，刀具要具有保护装置6）结构简单，使用维护方便，指标先进技术经济2.3 总体设计
19、原则。）牧草收割作业季节性强，作业时间有限，故应采用工作机与动力机分离式。动力由小四轮拖拉机皮带输出。本机采用前悬挂式连接方式，由小四轮拖拉机液压油缸作为提升动力。切割器用旋转式上传动圆盘切割器；0）本机选用旋转式（回转式）切割器，对牧草的适应性强，特别适应于稠密、倒伏和缠的牧草，工作平稳，能以8-12kmh的作业速度工作，生产率高；0）旋转式切割器转速较高，设计中应考虑到运动件和切割器的安全防护问题；）左、右两个切割器采用通过机架刚性连接，作业时两个刀盘上的刀片转向相反，以保证牧草集垄和铺放整齐；）降低整机生产成本，以提高经济性。2.4 要求达到的技术参数）作业幅宽：140Omm0）作业速度
20、：8-12kmh0）割茬高度：20-5Omm）刀片切割速度：70-100ms6）生产率：6-8亩/小时6）使用可靠性：96%0）机具使用质量：250kg2.5总体参数的确定1 .配套动力:20kw以上功率的小四轮拖拉机。2 .作业幅宽：旋转式割草机的作业幅宽决定于配套拖拉机的功率。根据拖拉轮距，牧草种类等结合因素，初步选择作业幅宽为1400mm3 .280小四轮拖拉机参数(约翰迪尔中国)(1)后轮轮距:1570mm液压后壁提升力：5.29KN(3)标定功率：20.6KW(4)飞轮上的皮带轮外径:150mm4 .上传动式圆盘切割器(1)刀盘数:2个(2)刀片:2X3片(3)刀盘直径:500mm刀
21、盘转速：1833r/min5.1作业速度:8-12km/h.样机质量控制在25Okg以内。2.6总体方案的确定方案1该旋转圆盘式割草机由自由盘、驱动盘、割刀、传动装置、悬挂装置、弹性缓冲器等部组成，其传动结构见图2-1工作原理该机采用15马力以上拖拉机后悬挂方式。上下两根调整弹簧，一根大弹簧上端连在悬挂架上，下端连接在切割器上端合适位置；另一根较小的弹簧上端也连在悬挂架上。下端连在主梁的合适位置。工作时，自由盘与地面凸起处接触，弹性缓冲装置起到仿形作用，使左右侧对地压力均衡，对保证割茬高度一致是很有好处的。该机动力由拖拉机侧输出轴输出.经传动装置带动驱动盘对牧草进行收割。该割草机的特点该旋转圆
22、盘式割草机，经生产考核，生产效率高，动力消耗低，能够适应各种复杂地况的草场。生产率可达到0.330.4hm2h。割草高度控制0.030.04m,条铺整齐不杂乱。因此，该机型在转速，刀盘直径等参数的选择、匹配上是科学合理的，不仅各项性能指标均超过以图21转盘式割草机示意图1.自由盘2.割刀3.驱动盘4.传动装置5.悬挂装置6.弹性缓冲器方案2根据作业约束条件和设计原则，机具采用前悬挂式作业方式，主要有平行四连杆升降机构、机架、圆盘式切割装置、传动机构、甩草筒、防护栏等几部分组成。设计方案和结构如图2-2图2-2双圆盘割草机示意图1拖拉机飞轮皮带轮2四连杆升降机构3机架4甩草桶5切割器滑底6上刀盘
23、7刀片8防护栏9齿轮机构工作原理：机具通过平行四连杆机构和辅助挂接件悬挂于拖拉机前方，动力由拖拉机飞轮皮带轮传入，机具的升降由拖拉机液压提升，同时接合动力切割器开始旋转，刀片销链在刀盘上，通过高速旋转割下牧草。两圆盘式割草机的设计个刀盘反向旋转，牧草割下后倒向机具中间，通过甩草筒甩集成垄，完成切割作业。方案的比较与选择：经过比较和对比，方案2具有灵活，维修方便，且使牧草排放整齐等等特点。故选择方案23旋转式切割器的设计3.1割刀运动分析圆盘式割草机切割器的割刀运动是刀盘的水平旋转与机器前进运动所合成的。刀片某一点对地面的轨迹为畲摆线（如图所受刀片刃线对地面所扫过的面积为余摆线，其带宽与刃部长度
24、梯图31刀片运动轨迹刀片任意一点的位移可用方程式表示。设刀盘中心为坐标原点O,水平向右为X轴，垂直向上(机器前进方向)为Y轴。令刀盘逆时针转(I)动，角速度为，则相临刀片各内、外端点的位移方程如下：第片犍瞅制方程YaFsin(t0)=t+r(1)r刀片内端半径V一刀片内外点对盘的连线夹角刀盘回转角速度xbCOSUtK芯;R蒯时间户卿解F外端b的位移方程XC对COS(t+f-)Yc*Vmt+rsin(t-a)Xd=rcos(t-)Yd=vmt=rsint圆盘式割草机的设计第2刀片的内、外端点的位移方程。式中卜卿褥3.2割刀转速的确定割刀转速是根据切割速度要求而确定的。试验得出，无支承切割的旋转式
25、切割器在切割牧草时，其刀片线速度应为70-100mSo因刀片内端圆周速度最低，故应以该点为基准确定割刀应有的速度。综前所述，割刀任一点速度均为刀片圆周速度与机器前进速度的合成，故a点速度为Va=7“+2三cos(t)+V由上式可见，当tP=2b(k=0,1)2n)Vm卧即=r-V11Ve=Vanun=(Vd+V1)rnjo(ys-ya)=833rminm式中n刀盘转速Vd刀片应用的切割速度Vrn机器前进速度r刀片内端半径3.3刀片数的确定圆盘式切割器的切割图是由多条余摆带所形成的，其带宽近似为刀片长度h,刀片数是根据割刀进距H(圆盘转一周时机器前进距离)与在一个进距中各刀片余摆带的纵向宽度之和
26、与h相等而定。由于H=mhH=6Kmn则60VmhnVm-机器前进速度，Vm=6Kmhh余摆线纵宽(刀片工作刃线长度:0.04m)n一割刀转速，n=1833rminm=(60X6)(0.03X1833)=2.7由于考虑到制造的方便和运转的平衡问题，刀片数量确定为3片。切割刀片用GB69988(优质碳素结构钢规定的65Mn钢制造，刀刃部分热处理，硬度HRC5-HRC55如图图3-2刀片3.4 刀片伸出高度h割草机漏割、重割现象与刀盘大小、刀片数、前进速度、刀片伸出高度h有关。一般情况下，刀盘直径越大，前进速度越快，刀片伸出高度也愈大。刀片伸出的最小高度，应等于机具在刀片转过相邻两个刀片夹角的时间
27、内通过的距离，即h=vt计算公式为11=2InymVg式中r=0.52mv=2.22msvg=70ms2rv(2X3.14X0.52X2.22)=；=0.035mmv.(3X70)由此可知：刀片伸出最小高度为35mr故设计伸出高度为40mm3.5 切割器主体部分设计本机切割器为旋转式切割器。切割器安装在主轴的下方，主要由刀盘、导草罩、刀片、滑低和和滑底座等组成。刀盘为截顶圆锥筒，刀片销链在刀盘锥面上，与地面成15。倾角，刀盘和导草罩随刀盘轴一起旋转时，刀片甩出割草。如刀片被打碎或飞出刀盘时，可在直径1米之内插入土中以避免事故。导草罩用来分草和向后输送牧草，滑底和滑底座用于支持切割器在地面上滑行
28、，并可以上下移动以调节割茬高度。图3.3切割器主体部分4主要工作部件的方案选择及相关参数的确定4.1 传动系统总体方案的确定图4-1双圆盘割草机传动示意图动力由拖拉机皮带轮输出，经皮带轮传至2轴。2、4轴由万向节连接，皮带轮将动力传到锥齿轮，由锥齿轮传至主轴3,由主轴带圆盘式割草机的设计动上刀盘旋转，上刀盘带动刀片转动，完成切割任务。4.2 动力参数设计4.2.1 传动比分配由于柴油机转速为1440rmin,根据传动方案，本机具为二级传动。第一级的传动为皮带传动：第二级传动为锥齿轮传动。己知拖拉机皮带轮基准直径为D1=140m根据设计要求，初步选取皮带轮基准直径为D2=110mmD1=140m
29、mD2=110mm1=1440rmin则皮带轮的转速为：2=(D1D2)Xn1=1833rmi两个锥齿轮大小相同，传动比为1,则转轴速度为1833rmin0上刀盘与转轴无相对运动，可知上刀盘的转速与转轴相同且为1833rmin,则刀片转速也为1833rmino4.2.2 功率消耗旋转式割草机功率消耗受切割速度、机器前进速度以及作物条件等因素的影响而变化。切割速度过低会产生撕裂作用而增加切割阻力圆盘式割草机的设计切割速度过高，则加大了空气阻力和抛撒牧草的阻力从而增加切割阻力。不同切割速度和前进速度下，切割所需的功率不同。当切割速度为v=70ms时，功率与速度的关系如图。图42割草机切割功率消耗正
30、常作业时，本机基本参数为：Vg=70ms,Vj=8kmh在切割速度Vg=70ms,Vj=8kmh的条件下，割埴所需功率为nI6.2*2.52=15.6kw切割茂密牧草时所需功率为切割一般情况下牧草的两倍。圆盘式割草机的设计I轴(输入到割草机)功率为P1=15.6kw1=1440rminT1=(9550P1)n1=(9550*15.6)/1440=103.4NmIl轴(右轴)：从V带效率查表得知=0.95P2=P1111=15.60.95=14.8kw2=(n1d1)d2=(1440140)/110=1883rminT2=9550P2n2=955(14.8/1883=75N*mIII轴（主轴）：
31、滚动轴承效率取2=0.99（4）万向联轴器：电=0.98（一个）p3=p222223=14.8X0.99X0.99X0.99X0.99X0.98=13.9kwn21883r%=T=丁883(商)T1=9SS0/=(13.9X9550)1883=70.4N*m各轴动力和运动参数如下表1轴序号功率p(kw)转速n(rmin)传动比T(n*m)I15.614400.785103.4II14.81883751动力和运动参数4.2.3v带传动设计由传动方案可知，V带为第一级传动，主动轮Dl为小四轮拖拉机的飞轮，从动轮为割草机动力输入皮带轮D2,其基准直径为D2=110mr又知D1=140mrn1=144
32、0rmin,皮带轮传动功率为P1=i12=D2D1=110/140=0.79选取窄V带根据普通V带选型图，确定选用SPB型窄V带(1)验算带速n3.14X140X1440V=D1X=10.5m/s1 601100060000因VV25ms,故带速合适。(3)V带尺寸选取根据拖拉机和割草机的结构，初步选取中心距a0=950mm根据公式计算所需基准长度：2即+康+伪-DJX(%-DJ/4a。=(2950+3.14)/2(140+110)+(140-110)24950=2293mm由表差值选取带的基准长度为Ld=2280mm公称长度Li=2240mmao +(Ld-Mlz计算实际中心距a：2=950
33、+(22932280)2=943.5mm选取中心距为a=944mm4.3四连杆挂接机构设计机具通过平行四连杆机构与小四轮拖拉机前端悬挂起来，同时，圆盘式割草机的设计通过液压提升四连杆的运动，来实现切割器的起落，根据机具结构和拖拉机结构尺寸，其结构如下图所示图48机具挂接机构示意图原理说明：图中所示的机构为平行四边形机构。这种机构的特点之一是相对圆盘式割草机的设计杆始终保持平行，且两连杆的角位移、角速度和角加速度也始终相等,一段固定在拖拉机上，因此在运动过程中始终保持竖直方向两连杆处于平行位置，从而机具的竖直方向的移动，来实现切割器的起落。总结本文是围绕农用机械产品圆盘式割草机的设计，通过对国内
34、外割草机研究现状的分析，根据设计的要求，主要完成了传动方案的确定，总体方案的确定，切割器的设计、分析和计算，以及升降机构的设计，实现了圆盘式割草机的初步设计，并对圆盘式割草机械的发展现状以及发展前景做出了简明的概括和分析。本次设计是对我的四年的大学生活做出的总结，同时为将来工作进行了一次适应性训练，从中锻炼自己提出问题、分析问题、解决问题的能力，为今后自己的研究生生活打下一个良好的基础。圆盘式割草机的设计参考文献1盛国成.9GQX-137型前悬挂割草压扁机的研制【J】.山东农机:2004,8:14-162东北农学院主编.畜牧业机械化【M】.北京农业出版社:1980.1:110【3】盛克柱.纽荷
35、兰几种牧草收获机械的特点【J】新疆农机化:2001,4:404张文静.牧草收获机械的现状、机遇及发展【Jl.农村牧区机械化:2001,1:18-195金光农业网.我国牧草机械发展落后原因分析J.2003,7:16中国农业机械化科学研究院.农业机械设计手册【IVfl.北京机械工业出版社.19907杨明韶.我国牧草压编基础研究工作进展与探索J.农机化研究.2002(2)8徐秀英.小型牧草收获节些的设计【D.南京农业大学:2004:69中国机械信息网.我国草业畜牧业机械市场前景广阔（3）J.2002,7:710杨敏丽牧草生产机械化西部农业机械化发展新的增长点J.中国农机化.2000,4:8-1011
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