小型手推式城市綠地割草機設(shè)計含11張CAD圖
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城市綠地割草機設(shè)計
摘 要
本課題設(shè)計了一種由小型汽油機帶動刀片旋轉(zhuǎn)運動，人工推動機具前進完成作業(yè)的割草機。
設(shè)計的割草機組成部分主要有：旋刀，集草袋，傳動機構(gòu)，發(fā)動機和機殼支撐座等。擬采用發(fā)動機XY168F，這款發(fā)動機的最大功率為：5.5HP/3600rpm。
工作裝置則是運用割草刀裝在發(fā)動機輸出軸上，通過高速旋轉(zhuǎn)切割草莖。 將割草刀的非刃口做成風機葉片，割草作業(yè)時將草吹成直立狀態(tài)，便于切割并與罩殼形成渦流將碎草送入集草裝置--集草袋。護罩為渦流形狀的草坪修剪機的支架也是沖壓件，用于保護操作者和行人安全，并給切下物導(dǎo)向。
行走裝置則是由割草機調(diào)高裝置和行走輪組成。通過手柄另行走輪相對割草機的護罩進行調(diào)節(jié)，輪子降低時，割草刀下降，則割草高度上升；反之亦然。
關(guān)鍵詞：割草機；刀具；罩殼；傳動軸
Design of lawn mower in urban green space
Abstract
This paper designs a kind of lawn mower which is driven by a small gasoline engine to drive the blade.
The design of the lawn mower components mainly include: rotary knife, collecting straw bag, transmission mechanism, engine and chassis support. The engine XY168F is to be used, the maximum power of this engine is: 5.5HP/3600rpm.
The working device USES a mowing knife to be mounted on the engine's output shaft, cutting the stalk through high speed. The blade of the blade is made into a fan blade, and the grass is blown into an upright position when mowing the grass, which is convenient for cutting and forming a vortex with the cover shell to send the grass into the collecting plant -- collecting straw bag. The bracket for the eddy-shaped lawn trimmer is also a stamping part to protect the operator and pedestrian safety and to guide the cutting.
The walking device is composed of a lawn mower and a walking wheel. When the wheel is reduced, the cutting blade is lowered, and the grass height is increased. And vice versa.
Key words: grass cutter；reamer；transmission shaft；mantle；design of structure
protection
目 錄
摘 要 III
Abstract IV
1 緒 論 1
1.1 割草機研究背景 1
1.2 我國割草機的發(fā)展 2
1.3 手推式割草機的使用 4
2 總體方案設(shè)計 5
2.1 割草機的分類 5
2.2 割草機的基本要求 5
2.3 總體設(shè)計 6
3 結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 8
3.1 發(fā)動機的選擇 8
3.2 旋刀設(shè)計 8
3.3外殼設(shè)計 11
3.4傳動軸結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 11
3.5離合器的設(shè)計 14
3.6調(diào)高裝置設(shè)計 14
3.7 車輪及把手選擇 15
3.8 消音減噪設(shè)計? 15
4 結(jié)論 16
參考文獻 17
III
1 緒 論
1.1 割草機研究背景
在割草機出現(xiàn)之前,鐮刀是修剪草地的主要工具,保證牧草質(zhì)量的主要用途是放牧牛羊。隨著網(wǎng)球、高爾夫和足球的興起,人們越來越渴望擁有美麗平整的運動場地。1805,來自英國的英國人Pollak Nate發(fā)明了第一種除草和并能收獲谷物的機器，由人們驅(qū)動機器。驅(qū)動旋刀修剪草莖的方法是通過齒輪進行機械傳動,而旋刀割草機的基礎(chǔ)也來自于它。1830年,英國工程師比爾.鮑丁獲得了滾輪割草機。1832,蘭薩機械公司首先進行大規(guī)模生產(chǎn)滾輪割草機,1902英國人在倫敦制造了由內(nèi)燃機驅(qū)動的滾筒割草機，該原理目前仍在使用中。在西方發(fā)達國家,割草機早在二十世紀初期就得到了迅速發(fā)展。[1]
圖1.1 鐮刀割草
自第一臺滾刀割草機問世已有100多年的歷史了。主要用于牧場的機械已發(fā)展成幾十個品種,適合不同場合使用。在中國割草機的生產(chǎn)起步較晚,生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模普遍偏小,產(chǎn)品的使用是比較簡單的,并且沒有大規(guī)模批量生產(chǎn),所以長期時間段以來,主要是進口的割草機。據(jù)統(tǒng)計,到1999年底,有10萬種在中國園林機械。1999,割草機的銷售量約為3萬臺,此中2.4萬是進口的。中國的割草機進口主要來自日本、美國、意大利、瑞典等國家,從3800元到5萬8000元的進口價格。
人們對居住環(huán)境的需求隨著社會進步以及經(jīng)濟發(fā)展變得越來越高。城市環(huán)境的保護越來越受到人們的關(guān)注。中國的草坪建設(shè)也迅速發(fā)展起來。草坪有美化環(huán)境,鞏固土壤,保護坡面,凈化空氣等功能，這些功能已成為大家的共識。
經(jīng)濟和生存環(huán)境共同發(fā)展依然是我國可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略，而草坪業(yè)的發(fā)展在這中間也有著舉足輕重的作用。因為各種各樣認為和自然的因素，我國大多的草地已然瀕臨或者說已經(jīng)逐漸退化。我國近幾年已經(jīng)將改善生態(tài)環(huán)境、調(diào)整、整改農(nóng)業(yè)機構(gòu)，大力發(fā)展退耕還林還草。隨著措施的改善與進步預(yù)計對政策的落實，草坪業(yè)已然呈現(xiàn)出日新月著的勢態(tài)，種植面積不斷擴展，效果收獲頗豐。但是草坪收割中依然有很多的不足，比如收割大多以人工為主，作業(yè)所需勞動強度高但效率緩不濟急且成本高等許多缺點。因而需要當代大學生開拓思維改變這種局面，設(shè)計市場所需要的多功能割草機。
1.2 我國割草機的發(fā)展
1.2.1 發(fā)展歷程及現(xiàn)狀
（1）發(fā)展概述
園林機械產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今已逾百年的歷史。世界上第一臺割草機在1830年制造出來，標志著這一產(chǎn)業(yè)揭開了發(fā)展的帷幕，在這之后許多不同類型的用以園林養(yǎng)護的機械裝備相繼出現(xiàn)。隨著人們生活質(zhì)量的不斷提升，小型園林機械也開始進入歐美等相對發(fā)達的國家和部分區(qū)域的家庭，逐漸變?yōu)槊考颐繎舻某Ｓ闷餍担?20 世紀末，各個國家主要城市的綠化作業(yè)和維護基本實現(xiàn)了機械化。進入 21 世紀以后，隨著世界經(jīng)濟不斷增加，同時，隨著機械制造技術(shù)的持續(xù)改進，行業(yè)進入了高速發(fā)展時期。從市場布局來看，目前歐美等發(fā)達地區(qū)是割草機產(chǎn)品的主要消費市場。而對于大部分發(fā)展中國家而言，園林機械行業(yè)正處于持續(xù)發(fā)展階段。
圖1.2園林的保護和養(yǎng)護
（2）行業(yè)發(fā)展特征和趨勢
由于人力資源、運營資源持續(xù)增長，歐美國家部分區(qū)域割草機生產(chǎn)廠商紛紛將產(chǎn)能向具有資源優(yōu)勢的發(fā)展中國家和部分區(qū)域轉(zhuǎn)移，在當?shù)亟◤S，采辦由當?shù)仄髽I(yè)制造的零件產(chǎn)物進行裝配或者與當?shù)氐纳a(chǎn)企業(yè)進行包含OEM、ODM 等內(nèi)容的各種形式的協(xié)作[2]。國際產(chǎn)能的轉(zhuǎn)移為發(fā)展中國家和部分區(qū)域的割草機械企業(yè)帶來了大量管理經(jīng)驗與先進技術(shù)，締造了優(yōu)良的發(fā)展機會，同時也帶來了許多的的商業(yè)機遇。在與中外合資生產(chǎn)廠商洽談合作時，國內(nèi)整機生產(chǎn)商或者零部件生產(chǎn)商會根據(jù)對方的需求進行產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)管和生產(chǎn)， 而中外合資生產(chǎn)廠商會按期或不按期對產(chǎn)品質(zhì)量以及生產(chǎn)經(jīng)營過程進行測驗。通過與中外合資生產(chǎn)廠商的合作，發(fā)展中國家和部分區(qū)域的割草機械生產(chǎn)企業(yè)可以向國際先進水準深造,大范圍升高自身生產(chǎn)經(jīng)營水準和技術(shù)開發(fā)能力，為產(chǎn)品能在國際市場占有一席之地打下堅實的基礎(chǔ)。
1.2.2 市場供求狀況及變動趨勢
（1）國際市場
伴隨經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，人們越來越需要綠色健康的生活和優(yōu)質(zhì)的生活環(huán)境，園藝活動已成了日常生活的重要組成部分。歐美等發(fā)達國家和地區(qū)的園林機械市場相對成熟，其消費需求占全球市場份額的絕大部分。此外，其他國家和對綠色環(huán)保的重視也逐步提升，增加了在公路綠化、庭院綠化市政園林建設(shè)市政園林的投資，園林機械產(chǎn)品的需求穩(wěn)步增加，逐漸成為國際市場中不可或缺的組成部分。將來世界園藝設(shè)備行業(yè)將保持4.2%的年復(fù)合增長率，2017 年市場規(guī)模將達到217億美元，而作為園藝裝備中的重要組成部分，也將迎來需求的不斷增加。
①歐洲 增加了在公路綠化、庭院綠化市政園林建設(shè)市政園林的投資
歐洲各國有較好的自然環(huán)境保護、較早的城市化進程起步，它們是園林機械的起源地，也是主要的消費市場。歐洲發(fā)達國家的別墅、私家花園有較高的普及率，大約有70%的居民有打理花園的愛好。德國是歐洲最大的割草機市場。據(jù)統(tǒng)計， 2006年德國共有 3,900 萬戶家庭，其中約有43%的家庭擁有自己的花園，逾 60%的德國住戶在余暇時間或多或少參加了園藝活動，70%的德國家庭擁有的割草機器不少于8件。
② 亞洲 增加了在公路綠化、庭院綠化市政園林建設(shè)市政園林的投資
日本的城市化進程始于1920年，當下城市化率已超過90%。日本政府高度重視城市化進程中的綠化建設(shè)，并出臺了大量的鼓勵政策。得益于政府的大力支持和推動，目前日本的綠化覆蓋率已經(jīng)達到國土面積的70%左右，綠化覆蓋區(qū)的養(yǎng)護對園林機械產(chǎn)品有大量的需求。除此之外，日本有2,600多個高爾夫俱樂部和逾 900萬活躍的高爾夫球手。 高爾夫球場草坪養(yǎng)護設(shè)備也將成為園林機械產(chǎn)品銷售的重點增長目標。除日本外，亞洲其他大多數(shù)國家仍屬于發(fā)展中國家，收入水準相對較低，在園林機械方面的投資相對較少。然而，整個亞洲地區(qū)的綠地、人口和 GDP絕對數(shù)量較大，近年來伴隨經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展，人均收入水平持續(xù)提升，人們改善居住環(huán)境、增加綠地面積的需求也在不斷上升，亞洲正逐步變成園林機械行業(yè)的新興市場。增加了在公路綠化、庭院綠化市政園林建設(shè)市政園林的投資
（2）國內(nèi)市場 增加了在公路綠化、庭院綠化市政園林建設(shè)市政園林的投資
隨著中國GDP總量的持續(xù)增加，人均收入水平不斷升高，并持續(xù)增加的面積的綠地，在中國割草機行業(yè)取得了持續(xù)、健康發(fā)展，2007年市場容量為十五億九千萬，2015年將達到八十七億四千萬億元，年復(fù)合增長率為23.74%。根據(jù)我國市場調(diào)查，在割草機市場園林機械產(chǎn)品的比例是最高的，達到55%。按這樣的比重計算，2015年國內(nèi)園藝設(shè)備產(chǎn)品占據(jù)市場容量將達到四十八億七百萬。盡管市場容量相對于歐美發(fā)達國家和地區(qū)仍有略大的差別， 但隨著經(jīng)濟的持續(xù)提高、居民生活水準的持續(xù)增長、綠色環(huán)保意識深入人心，政府和普通消費者均會不斷增大在園藝活動、環(huán)境保護、綠化建設(shè)等領(lǐng)域的投資，從而帶動割草機市場的持續(xù)快速增長。各國有較好的自然環(huán)境保護、較早的城市化進程起步
1.3 手推式割草機的使用
目前，綠地設(shè)計是城市建設(shè)中一個重要環(huán)節(jié)，草坪是綠化的一種重要表現(xiàn)形式。當下城市綠地修整草坪主要使用身背柴油機作動力，或者使用電動/汽油機的割草機，這些割草機噪音大，體積龐大，使用起來及其不方便，易擾民，且容易出現(xiàn)故障，不太適合城市綠化需求。隨著人民生活水平的不斷提高，全面建成富強民主文明和諧美麗的社會主義現(xiàn)代化強國的迫切要求，人們對周圍生活環(huán)境綠化要求標準逐步增高，城市綠化問題變得及為重要，因此開發(fā)一種便捷的適合城市綠地使用、可調(diào)整高度的、無噪音的手推式割草機成為當務(wù)之急，本次設(shè)計就是專為城市綠地設(shè)計的。[3]
在割草機出現(xiàn)之前,鐮刀是修剪草地的主要工具,保證牧草質(zhì)量的主要用途是放牧牛羊。隨著網(wǎng)球、高爾夫和足球的興起,人們越來越渴望擁有美麗平整的運動場地。1805,來自英國的英國人Pollak Nate發(fā)明了第一種除草和并能收獲谷物的機器，由人們驅(qū)動機器。驅(qū)動旋刀修剪草莖的方法是通過齒輪進行機械傳動,而旋刀割草機的基礎(chǔ)也來自于它。1830年,英國工程師比爾.鮑丁獲得了滾輪割草機。1832,蘭薩機械公司首先進行大規(guī)模生產(chǎn)滾輪割草機,1902英國人在倫敦制造了由內(nèi)燃機驅(qū)動的滾筒割草機，該原理目前仍在使用中。在西方發(fā)達國家,割草機早在二十世紀初期就得到了迅速發(fā)展。
自第一臺滾刀割草機問世已有100多年的歷史了。主要用于牧場的機械已發(fā)展成幾十個品種,適合不同場合使用。在中國割草機的生產(chǎn)起步較晚,生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模普遍偏小,產(chǎn)品的使用是比較簡單的,并且沒有大規(guī)模批量生產(chǎn),所以長期時間段以來,主要是進口的割草機。據(jù)統(tǒng)計,到1999年底,有10萬種在中國園林機械。1999,割草機的銷售量約為3萬臺,此中2.4萬是進口的。中國的割草機進口主要來自日本、美國、意大利、瑞典等國家,從3800元到5萬8000元的進口價格。
人們對居住環(huán)境的需求隨著社會進步以及經(jīng)濟發(fā)展變得越來越高。城市環(huán)境的保護越來越受到人們的關(guān)注。中國的草坪建設(shè)也迅速發(fā)展起來。草坪有美化環(huán)境,鞏固土壤,保護坡面,凈化空氣等功能，這些功能已成為大家的共識。
經(jīng)濟和生存環(huán)境共同發(fā)展依然是我國可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略，而草坪業(yè)的發(fā)展在這中間也有著舉足輕重的作用。因為各種各樣認為和自然的因素，我國大多的草地已然瀕臨或者說已經(jīng)逐漸退化。我國近幾年已經(jīng)將改善生態(tài)環(huán)境、調(diào)整、整改農(nóng)業(yè)機構(gòu)，大力發(fā)展退耕還林還草。隨著措施的改善與進步預(yù)計對政策的落實，草坪業(yè)已然呈現(xiàn)出日新月著的勢態(tài)，種植面積不斷擴展，效果收獲頗豐。但是草坪收割中依然有很多的不足，比如收割大多以人工為主，作業(yè)所需勞動強度高但效率緩不濟急且成本高等許多缺點。因而需要當代大學生開拓思維改變這種局面，設(shè)計市場所需要的多功能割草機。
園林機械產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今已逾百年的歷史。世界上第一臺割草機在1830年制造出來，標志著這一產(chǎn)業(yè)揭開了發(fā)展的帷幕，在這之后許多不同類型的用以園林養(yǎng)護的機械裝備相繼出現(xiàn)。隨著人們生活質(zhì)量的不斷提升，小型園林機械也開始進入歐美等相對發(fā)達的國家和部分區(qū)域的家庭，逐漸變?yōu)槊考颐繎舻某Ｓ闷餍担?20 世紀末，各個國家主要城市的綠化作業(yè)和維護基本實現(xiàn)了機械化。進入 21 世紀以后，隨著世界經(jīng)濟不斷增加，同時，隨著機械制造技術(shù)的持續(xù)改進，行業(yè)進入了高速發(fā)展時期。從市場布局來看，目前歐美等發(fā)達地區(qū)是割草機產(chǎn)品的主要消費市場。而對于大部分發(fā)展中國家而言，園林機械行業(yè)正處于持續(xù)發(fā)展階段。
由于人力資源、運營資源持續(xù)增長，歐美國家部分區(qū)域割草機生產(chǎn)廠商紛紛將產(chǎn)能向具有資源優(yōu)勢的發(fā)展中國家和部分區(qū)域轉(zhuǎn)移，在當?shù)亟◤S，采辦由當?shù)仄髽I(yè)制造的零件產(chǎn)物進行裝配或者與當?shù)氐纳a(chǎn)企業(yè)進行包含OEM、ODM 等內(nèi)容的各種形式的協(xié)作。國際產(chǎn)能的轉(zhuǎn)移為發(fā)展中國家和部分區(qū)域的割草機械企業(yè)帶來了大量管理經(jīng)驗與先進技術(shù)，締造了優(yōu)良的發(fā)展機會，同時也帶來了許多的的商業(yè)機遇。在與中外合資生產(chǎn)廠商洽談合作時，國內(nèi)整機生產(chǎn)商或者零部件生產(chǎn)商會根據(jù)對方的需求進行產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)管和生產(chǎn)， 而中外合資生產(chǎn)廠商會按期或不按期對產(chǎn)品質(zhì)量以及生產(chǎn)經(jīng)營過程進行測驗。通過與中外合資生產(chǎn)廠商的合作，發(fā)展中國家和部分區(qū)域的割草機械生產(chǎn)企業(yè)可以向國際先進水準深造,大范圍升高自身生產(chǎn)經(jīng)營水準和技術(shù)開發(fā)能力，為產(chǎn)品能在國際市場占有一席之地打下堅實的基礎(chǔ)。
1）國際市場
伴隨經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，人們越來越需要綠色健康的生活和優(yōu)質(zhì)的生活環(huán)境，園藝活動已成了日常生活的重要組成部分。歐美等發(fā)達國家和地區(qū)的園林機械市場相對成熟，其消費需求占全球市場份額的絕大部分。此外，其他國家和對綠色環(huán)保的重視也逐步提升，增加了在公路綠化、庭院綠化市政園林建設(shè)市政園林的投資，園林機械產(chǎn)品的需求穩(wěn)步增加，逐漸成為國際市場中不可或缺的組成部分。將來世界園藝設(shè)備行業(yè)將保持4.2%的年復(fù)合增長率，2017 年市場規(guī)模將達到217億美元，而作為園藝裝備中的重要組成部分，也將迎來需求的不斷增加。
①歐洲 增加了在公路綠化、庭院綠化市政園林建設(shè)市政園林的投資
歐洲各國有較好的自然環(huán)境保護、較早的城市化進程起步，它們是園林機械的起源地，也是主要的消費市場。歐洲發(fā)達國家的別墅、私家花園有較高的普及率，大約有70%的居民有打理花園的愛好。德國是歐洲最大的割草機市場。據(jù)統(tǒng)計， 2006年德國共有 3,900 萬戶家庭，其中約有43%的家庭擁有自己的花園，逾 60%的德國住戶在余暇時間或多或少參加了園藝活動，70%的德國家庭擁有的割草機器不少于8件。
② 亞洲 增加了在公路綠化、庭院綠化市政園林建設(shè)市政園林的投資
日本的城市化進程始于1920年，當下城市化率已超過90%。日本政府高度重視城市化進程中的綠化建設(shè)，并出臺了大量的鼓勵政策。得益于政府的大力支持和推動，目前日本的綠化覆蓋率已經(jīng)達到國土面積的70%左右，綠化覆蓋區(qū)的養(yǎng)護對園林機械產(chǎn)品有大量的需求。除此之外，日本有2,600多個高爾夫俱樂部和逾 900萬活躍的高爾夫球手。 高爾夫球場草坪養(yǎng)護設(shè)備也將成為園林機械產(chǎn)品銷售的重點增長目標。除日本外，亞洲其他大多數(shù)國家仍屬于發(fā)展中國家，收入水準相對較低，在園林機械方面的投資相對較少。然而，整個亞洲地區(qū)的綠地、人口和 GDP絕對數(shù)量較大，近年來伴隨經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展，人均收入水平持續(xù)提升，人們改善居住環(huán)境、增加綠地面積的需求也在不斷上升，亞洲正逐步變成園林機械行業(yè)的新興市場。增加了在公路綠化、庭院綠化市政園林建設(shè)市政園林的投資
（2）國內(nèi)市場 增加了在公路綠化、庭院綠化市政園林建設(shè)市政園林的投資
隨著中國GDP總量的持續(xù)增加，人均收入水平不斷升高，并持續(xù)增加的面積的綠地，在中國割草機行業(yè)取得了持續(xù)、健康發(fā)展，2007年市場容量為十五億九千萬，2015年將達到八十七億四千萬億元，年復(fù)合增長率為23.74%。根據(jù)我國市場調(diào)查，在割草機市場園林機械產(chǎn)品的比例是最高的，達到55%。按這樣的比重計算，2015年國內(nèi)園藝設(shè)備產(chǎn)品占據(jù)市場容量將達到四十八億七百萬。盡管市場容量相對于歐美發(fā)達國家和地區(qū)仍有略大的差別， 但隨著經(jīng)濟的持續(xù)提高、居民生活水準的持續(xù)增長、綠色環(huán)保意識深入人心，政府和普通消費者均會不斷增大在園藝活動、環(huán)境保護、綠化建設(shè)等領(lǐng)域的投資，從而帶動割草機市場的持續(xù)快速增長。各國有較好的自然環(huán)境保護、較早的城市化進程起步
1.3 手推式割草機的使用
目前，綠地設(shè)計是城市建設(shè)中一個重要環(huán)節(jié)，草坪是綠化的一種重要表現(xiàn)形式。當下城市綠地修整草坪主要使用身背柴油機作動力，或者使用電動/汽油機的割草機，這些割草機噪音大，體積龐大，使用起來及其不方便，易擾民，且容易出現(xiàn)故障，不太適合城市綠化需求。隨著人民生活水平的不斷提高，全面建成富強民主文明和諧美麗的社會主義現(xiàn)代化強國的迫切要求，人們對周圍生活環(huán)境綠化要求標準逐步增高，城市綠化問題變得及為重要，因此開發(fā)一種便捷的適合城市綠地使用、可調(diào)整高度的、無噪音的手推式割草機成為當務(wù)之急，本次設(shè)計就是專為城市綠地設(shè)計的。
2 總體方案設(shè)計
2.1 割草機的分類
根據(jù)刀具類型,可分為旋刀式、往復(fù)式、滾刀式、甩刀式和甩繩式。它們應(yīng)用大多是滾刀割草機和往復(fù)式割草機。
往復(fù)式割草機割茬整齊且割茬低,草坪損失少,金屬耗量低,單位寬度功耗低,成本低。其操作速度一般為6--8kM/h。增加刀的往復(fù)次數(shù),解決切刀的全平衡問題,可將操作速度提高到10--12kM/h。往復(fù)式割草機適用于切割高生長密度的直立草坪。
旋轉(zhuǎn)式割草機工作平穩(wěn),對草坪適應(yīng)性強。它特別適用于密集、倒伏和纏繞的牧場。工作速度可達8--16kM/h,生產(chǎn)效率高。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,價格高,單位功耗大。
根據(jù)配套動力和操作方式,可分為手推式、手扶式、步行式、自走式、騎行式和拖拉機式草坪割草機。
根據(jù)動力驅(qū)動模式,主要分為三種類型的割草機,即畜力驅(qū)動、發(fā)動機驅(qū)動和電動驅(qū)動。其中,發(fā)動機驅(qū)動割草機最大,而發(fā)動機大多是單缸汽油機。雖然太陽能割草機已經(jīng)生產(chǎn),但它的應(yīng)用很少。
動力牽引式割草機可按牽引或懸掛方式分為前、側(cè)、后、中割草機。目前,也有旋耕刀和手動割草機,其中大部分采用中間懸掛,而滾齒刀則采用前置式割草機,大割草機采用混合牽引。
2.2 割草機的基本要求
無論是哪種割草機,草坪修剪的基本要求都是一樣的。
(1)可根據(jù)要求調(diào)整割草高度,適用于寬范圍的高度調(diào)節(jié)。
(2)割草整齊整齊,刈割高度在同一行程前后一致。這兩個操作環(huán)節(jié)是光滑的和不間斷的。
(3)地形適應(yīng)性強,模仿能力強。
(4)割草機較輕,對草坪的危害較小。
(5)草被清理干凈,或部分切割細膩。
(6)割草機質(zhì)量好,故障少,節(jié)省燃料,效率高。
(7)操作方便、便攜、靈活、易于維護和調(diào)試,具有良好的通用性和互換性。
(8)正確把握修剪草坪的時間,制定科學修剪高度和修剪頻率。
16
2 總體方案設(shè)計
2.1 割草機的分類
根據(jù)刀具類型,可分為旋刀式、往復(fù)式、滾刀式、甩刀式和甩繩式。它們應(yīng)用大多是滾刀割草機和往復(fù)式割草機。
往復(fù)式割草機割茬整齊且割茬低,草坪損失少,金屬耗量低,單位寬度功耗低,成本低。其操作速度一般為6--8kM/h。增加刀的往復(fù)次數(shù),解決切刀的全平衡問題,可將操作速度提高到10--12kM/h。往復(fù)式割草機適用于切割高生長密度的直立草坪。
旋轉(zhuǎn)式割草機工作平穩(wěn),對草坪適應(yīng)性強。它特別適用于密集、倒伏和纏繞的牧場。工作速度可達8--16kM/h,生產(chǎn)效率高。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,價格高,單位功耗大。
根據(jù)配套動力和操作方式,可分為手推式、手扶式、步行式、自走式、騎行式和拖拉機式草坪割草機。
根據(jù)動力驅(qū)動模式,主要分為三種類型的割草機,即畜力驅(qū)動、發(fā)動機驅(qū)動和電動驅(qū)動。其中,發(fā)動機驅(qū)動割草機最大,而發(fā)動機大多是單缸汽油機。雖然太陽能割草機已經(jīng)生產(chǎn),但它的應(yīng)用很少。
動力牽引式割草機可按牽引或懸掛方式分為前、側(cè)、后、中割草機。目前,也有旋耕刀和手動割草機,其中大部分采用中間懸掛,而滾齒刀則采用前置式割草機,大割草機采用混合牽引。
2.2 割草機的基本要求
無論是哪種割草機,草坪修剪的基本要求都是一樣的。
(1)可根據(jù)要求調(diào)整割草高度,適用于寬范圍的高度調(diào)節(jié)。
(2)割草整齊整齊,刈割高度在同一行程前后一致。這兩個操作環(huán)節(jié)是光滑的和不間斷的。
(3)地形適應(yīng)性強,模仿能力強。
(4)割草機較輕,對草坪的危害較小。
(5)草被清理干凈,或部分切割細膩。
(6)割草機質(zhì)量好,故障少,節(jié)省燃料,效率高。
(7)操作方便、便攜、靈活、易于維護和調(diào)試,具有良好的通用性和互換性。
(8)正確把握修剪草坪的時間,制定科學修剪高度和修剪頻率。
2.3 總體設(shè)計
此次設(shè)計的割草機的主要組成部分有：傳遞動力的傳動機構(gòu)，提供動力的發(fā)動機，給予支撐力的支承輪，收集草屑的集草袋，切割草莖的旋刀和配合調(diào)高機殼等。如圖2.1所示。
1.扶手桿2.收集箱3.割草高度調(diào)節(jié)桿4.箱蓋5.電動機6.離合器7.輪子
圖2.1割草機結(jié)構(gòu)示意圖
傳動機構(gòu)的主要組成部分有：離合器，傳動軸等。傳動軸固定在機殼箱體的方法則是利用兩個軸承支撐，如圖2.2所示。利用輸出軸控制旋刀。當汽油機運轉(zhuǎn)速度到某一數(shù)值時，離合器在離心力作用下拋出離合塊，與離合碟接合，汽油機將動力通過輸出軸傳遞給旋刀，使旋刀完成旋轉(zhuǎn)，進行剪草作業(yè)。
圖2.2傳動機構(gòu)
旋刀刀柄的組成部分主要有刀片，刀體，止動墊片，螺母和螺栓等，如圖所示。刀體需要強力的的剛度和強度才能固定支撐兩個刀片，所以采用45號鋼來制作刀體。而刀片需要一定的韌度和硬度配合才能更好的完成作業(yè)，所以選用65Mn鋼制作刀片。[4]制作刀片前端翼片時，將其運用合適的形狀和角度做成能形成渦流的風葉狀，這是為了在剪草的時候形成縱向和軸向氣流，這時與機殼下表面蝸殼狀腔室配合即可將碎草引入集草裝置。旋刀及旋刀體之間則利用螺栓緊固，且配有止動墊片用來防松。這時的刀片需要固定在發(fā)動機的傳動軸上此時則運用緊鎖螺母緊固。
圖2.3刀柄
需要在機殼上固定的機構(gòu)有：汽油機，割草機的輪子，割草機手推把手以及集草裝置。因此制作機殼的材料需要選用優(yōu)質(zhì)的厚鋼板，制作時將其沖壓成型后運用焊接技術(shù)將其合成，這樣制作的鋼板強度高，且安全性高，可以預(yù)防割草作業(yè)時發(fā)生意外。割草機的輪子運用螺栓緊固在論軸上，輪子與輪軸通過焊接的方式體現(xiàn)在支撐板上，輪子和支承板相對機殼運動的方式則是通過其組合繞著支承軸來運作。
3 結(jié)構(gòu)設(shè)計計算
3.1 發(fā)動機的選擇
由于草的韌性等因素，要選擇質(zhì)量小速度大的發(fā)動機，發(fā)動機輸出功率選用5kw，轉(zhuǎn)速要求只要達到可切割草的速度即可，所以選發(fā)動機 YX168F，具體參數(shù)如下：
發(fā)動機：YX168F，單缸，四沖程
旋轉(zhuǎn)速度：3600轉(zhuǎn)每分鐘，
缸徑X行程：68mmX45mm
最大輸出功率：5.5HP/3600rpm
最大輸出扭矩：1.1kg。M/2500rpm
發(fā)動機尺寸（長*寬*高）：312mm*362mm*335mm
重量：15公斤。
3.2 旋刀設(shè)計
，震蕩幅度較小，割刀的機械結(jié)構(gòu)也比較簡單，，因此本次割草機設(shè)計也采用旋。[5]
3.2.1刃口設(shè)計
。草旋刀，如圖3-1所示，，分析，其中aa0 和bb0為刀片刃口，，并沿X軸以速。各國有較好的自然環(huán)境保護、較早的城市化進程起步。
，刃口aa0 。，而bb0的運動軌跡為，，如圖所示。，畫有交叉線，其。
圖3.1 旋刀式切割器切割圖
分析得，點a的位移方程式為
(3-1)
式中是刀片半徑。
點的位移方程式為
(3-2)
要使漏割區(qū)消除，必須使：
其中為刀片刃口高度。
從上面圖中可以看到，刃口 上的點轉(zhuǎn)到X軸時，其轉(zhuǎn)角為，即經(jīng)過后，刀片轉(zhuǎn)了0.25周，即有
當刃口上的點旋轉(zhuǎn)到X軸上時，其轉(zhuǎn)角為，即經(jīng)過了后，刀片轉(zhuǎn)了0.75周，即有
將和代入式，得到
故有
或
式表示割草機刀具旋轉(zhuǎn)速度與機器前進速度之間的函數(shù)關(guān)系，其比值越高，割草機前進速度越高，刀片的轉(zhuǎn)速就越快；根據(jù)公式可以在確定了刃口高度和刀片轉(zhuǎn)速的情況下，計算出機器的前進速度。從以上式子可以看出，適當?shù)脑龃笕锌诟叨然蜣D(zhuǎn)速，可以適當提高機器前進的速度，從而提高工作效率。
由發(fā)動機轉(zhuǎn)速可得刀具最大轉(zhuǎn)速，取刀刃刃口高度為50mm，可計算出割草機行走速度，符合正常成年人的行走速度，所以本方案合適。
3.2.2 刀具的固定
如圖3.2所示，割草刀一個刀柄與兩片刀片通過四個螺栓連接，采用止動墊片以及防松螺母緊固。刀具與傳動軸通過中間方孔進行扭矩的傳動，使刀具旋轉(zhuǎn)切割草株，并因此能使鎖緊螺母及止動墊片緊固連接，防止工作時松動甩出造成機械的損傷，更能避免其對人的傷害。
圖3.2刀柄
3.3外殼設(shè)計
罩殼用3mm，，的。，。排草口設(shè)在后部，。
3.4傳動軸結(jié)構(gòu)設(shè)計計算
3.4.1 初步確定軸的最小直徑
（1）首先要求出輸出軸上的功率P，轉(zhuǎn)速N和轉(zhuǎn)矩T
假設(shè)為理想狀態(tài)，輸出沒有任何損耗，那么發(fā)動機功率即為輸出軸上的最大功率，即
又有
于是可得
（2）初步確定傳動軸的最小尺寸
按公式可以初步估算出軸的最小直徑。軸的材料為選取45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)機械設(shè)計基礎(chǔ)參考材料，取A0=112，于是可以得到
由傳動軸的結(jié)構(gòu)可以看出，軸的最小直徑很明顯是安裝離合器離合碟處的直徑。因為此處需要通過鍵進行連接，需要留有鍵槽，軸徑增大5%-7%,故取最小徑為=15mm。
3.4.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
進行傳動設(shè)計，首先要擬定傳動軸上零件的裝配方案。傳動軸結(jié)構(gòu)如下圖所示：
圖3.3 傳動軸結(jié)構(gòu)
（1） 用I、II、III、IV……將上述傳動軸分成七段，通過軸向定位的要求來確定軸的各段直徑和要求：
①為了能夠滿足離合器的軸向定位需要，Ⅰ—Ⅱ軸段需設(shè)計出一軸肩，因此?、颉蠖蔚闹睆絛Ⅱ-Ⅲ=20mm；上端采用軸端擋圈定位，根據(jù)軸端直徑取得擋圈直徑D=22mm，由結(jié)構(gòu)需要?、瘛蜉S段的長度LⅠ—Ⅱ=16mm。
②滾動軸承初步選用
因軸承同時承受徑向力和軸向力作用，所以本次設(shè)計選用單列圓錐滾子軸承。
參照工作要求并根據(jù)dⅡ-Ⅲ=20mm，根據(jù)軸承產(chǎn)品目錄，初步選取單列圓錐滾子軸承30304，軸承尺寸為d×D×T=20mm×52mm×16.25mm,故第二軸段dⅡ-Ⅲ=20mm，LⅡ—Ⅲ=15mm。
參照工作要求以及結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，另一個軸承選用30205單列圓錐滾子軸承，其尺寸大小為d×D×T=25mm×52mm×16.25mm,故dⅣ—Ⅴ=22mm，lⅣ—Ⅴ=12mm。
③根據(jù)兩軸承間結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，軸段III-IV直徑dⅢ—Ⅳ=22mm，長度lⅢ—Ⅳ=15mm。
④由軸承定位要求，Ⅳ—Ⅴ軸段左側(cè)應(yīng)該設(shè)有一個軸肩，故取VI-VII段dⅥ—Ⅶ=30mm，選取此段長度lⅥ—Ⅶ=25mm。
⑤Ⅶ—Ⅷ軸段與刀具通過方孔配合，這里?、鳌S段為截面為16mm×16mm的方形的柱體，根據(jù)刀具的厚度，取此段長度lⅦ—Ⅷ=9mm。
⑥Ⅷ—Ⅸ軸段的作用僅為固定刀具，不需要受扭矩作用，所以取M10螺柱，長度根據(jù)鎖緊螺母裝配要求取lⅧ—Ⅸ=10mm。
至此，各割草機傳動軸的各段直徑和長度已初步確定了。
(2)軸上零件的周向定位
離合器的離合碟與傳動軸之間采用平鍵連接。按dⅠ—Ⅱ=15mm由手冊查得平鍵截面b×h=5mm×8mm（GB1096-1990）。通過度配合來保證滾動軸承的周向定位，此處選軸的直徑尺寸公差為k6。
(3)確定軸上圓角和倒角尺寸
根據(jù)參考資料和軸的直徑，取軸端倒角為C1，各軸肩處的圓角半徑可見傳動軸圖紙G530-06 。
3.4.3軸的校核
（1）進行軸的校核時，通常只需要校核軸上承受最大彎矩和最大扭矩的截面處的強度即可，顯然Ⅱ截面是危險截面，由于該傳動軸只受扭矩作用，故只需將扭矩T帶入以下公式：
取α=0.6
軸的計算應(yīng)力為
前面選擇軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，通過查表可以查得[]=60MPa。因此，所以該軸是安全的。
(2）校核軸的疲勞強度
1）判斷危險截面
軸上只受扭矩作用，且各處扭矩等大，又因軸段Ⅰ—Ⅱ直徑最小，且設(shè)計了鍵槽，截面Ⅱ處設(shè)有軸肩，應(yīng)力最集中，故只要校核截面Ⅱ右側(cè)截面即可。
2) 截面Ⅱ右側(cè)校核
抗扭截面系數(shù)為
截面Ⅱ上的扭矩T為
T=1094.27Nmm
扭矩切應(yīng)力
軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。查表可得
截面上由于軸肩形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)按參考資料查取。因
經(jīng)查值后可查得
軸的材料的敏感性系數(shù)為
效應(yīng)力集中系數(shù)為
扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)
軸按磨削加工，表面質(zhì)量系數(shù)取
軸未經(jīng)表面強化處理，即，則得綜合系數(shù)為
又由參考文獻得碳鋼的特性系數(shù)
，取
于是，計算安全系數(shù)為
故該傳動軸是安全的。
3.5離合器的設(shè)計
，其特點是可直接與發(fā)動機連接，，改善發(fā)熱，，因打滑產(chǎn)生摩擦熱，，且輸出功率與轉(zhuǎn)速有關(guān)，故不宜用于變速傳動的軸系。[6]
離心課題的要求，且式結(jié)構(gòu)簡單，啟動過程較平穩(wěn)，過載時能打滑，有作用，故采用此結(jié)構(gòu)。
發(fā)動機與離合器通過平鍵連接。離合器與軸間采用連接后，共同放入箱體內(nèi)，構(gòu)成傳動機構(gòu)。
離心離合器具體結(jié)構(gòu)如下圖3.4所示：
1.從動輪 2.橡膠墊 3.閘塊 4.主動套筒
圖3.4 離心離合器
3.6調(diào)高裝置設(shè)計
割草機調(diào)高機構(gòu)可以用來調(diào)整割草的高度，控制草茬的深度，在城市綠地草坪的修剪有著很重要的作用,通常設(shè)計在機體內(nèi)或者輪軸上，外部只有操作手柄。本設(shè)計將調(diào)高手柄與割草機前后輪軸支撐板焊接在一起，在手柄上制造出一個凸臺，凸臺與機架罩殼上的五個方孔進行配合，通過調(diào)節(jié)凸臺與方孔的位置改變手柄與罩殼的相對位置，形成一定的轉(zhuǎn)角，從而使割草機車輪相對罩殼升高或降低，即刀具與地面之間的高度也跟隨著改變，因此來改變草地留茬深度。為了可以同時調(diào)節(jié)高度，本設(shè)計通過連接在支撐板上的連接桿把前后行走車輪連接在一起。這樣的調(diào)高設(shè)計調(diào)整占用空間最小, 且成本最低、結(jié)構(gòu)最簡單實用,既不影響出草又能順利進行調(diào)高操作，非常適合于大規(guī)模生產(chǎn)。
3.7 車輪及把手選擇
為了方便機器車輪更換，車輪選用標準車輪，型號為13B-200×50GB/T，該車輪內(nèi)部帶有滾動軸承，可以直接安裝在輪軸上。
割草機把手由無縫鋼管制成，根據(jù)人體高度設(shè)計出合適的長度，使其垂直地面在800mm-900mm間可調(diào)。
3.8 消音減噪設(shè)計?
帶翼片的刀片在刀殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)相當于軸流風機，旋刀裝置的噪聲主要是由于帶翼片的刀片在刀殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而引起震動導(dǎo)致的。旋刀產(chǎn)生的噪聲主要為空氣動力噪聲，主要是因為氣體流動的不穩(wěn)定，也就是氣體的干擾所產(chǎn)生的噪聲。[7]
本設(shè)計通過在傳統(tǒng)旋刀裝置的基礎(chǔ)上改進刀片的翹曲度，降低旋刀裝置的噪聲。傳統(tǒng)裝置的旋刀裝置的翼片與旋轉(zhuǎn)綜軸線的角度（形成角）是零，我們將改進裝置的形成角設(shè)計在20-30°之間，以此來減小氣體對刀具的干擾，經(jīng)過試驗觀察，改進刀片的翹曲度還是相當必要的，不僅降低噪聲，也能延長旋刀的裝置的壽命。?
另外我們在割草機上安裝消聲器，可以在一定程度上減低噪聲。通過調(diào)查和研究，對旋刀裝置的結(jié)構(gòu)進行了多方面的研究，對割草機配套的內(nèi)燃機的減噪裝置進行了研究和改進，例如，美國的JOHN DEERE48和德國的SOLO的割草機將大容積的消聲器安裝在旋轉(zhuǎn)式刀殼內(nèi)，在很大程度上降低了噪聲污染，均達到好的消聲效果。
4 結(jié)論
該設(shè)計是一種小型汽油機帶動刀片運動切割草莖，人工推動機具進行完成作業(yè)的草坪修剪機，這種機具結(jié)構(gòu)簡單，適合城市綠地草坪的修剪。在沒有認為畢業(yè)設(shè)計只是對大學幾年年來，然而因為這次做畢業(yè)設(shè)計發(fā)覺我的觀點有些片面。畢業(yè)設(shè)計不止是對驗證，并且也是對自我綜合素養(yǎng)的一種提升。，我終于意識到學習是一個厚積薄發(fā)的過程，在以后的都該持續(xù)的進修，努力提升自我綜合素養(yǎng)。我們研究制作畢業(yè)論文的目的就是運用已有的專業(yè)，解析并處理關(guān)于理論問題和實際問題的過程，把知。畢業(yè)設(shè)計是，是對，培養(yǎng)處理問題的能力，為以后。
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