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1、全日制普通本科生毕业设计斜坡地割草机设计THE DESIGN OF WEEDING MACHINE FOR SLOPE AREA学生姓名： 学 号：年级专业及班级：2008级机械设计制造及其自动化指导老师及职称： 学 部：理工学部提交日期：2012年5月全日制普通本科生毕业设计诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本设计不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。同时，本设计的著作权由本人与湖南农业大学东方科技
2、学院、指导教师共同拥有。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业设计作者签名： 年 月 日目 录摘要1关键词11 前言2 1.1 割草机的发展历史2 1.2 我国割草机的发展 3 1.2.1发展状况31.2.2 存在问题 31.3 斜坡地割草机的使用 41.3.1 设计用途 41.3.2 注意事项 42 割草机的概述 52.1 割草机的分类 52.2 割草机割草的基本要求 62.3 本割草机的结构特点与工作原理 63 割草机的设计计算 83.1 电动机的选择 83.2 割刀轴的设计 83.2.1 轴的设计 83.2.2 轴的材料选择 93.2.3 轴的计算 9 3.3 刀片的设计及其计
3、算12 3.4内置调高机构的设计 143.4.1 内置调高结构的设计计算14 3.5 铰链的设计174结论18参考文献 19致谢19斜坡地割草机设计摘 要：本次设计的斜坡地割草机主要由电机、机架总成、割草装置、调高机构、控制机构、行走总成、铰链组成，机架总成由割草机箱体、前后轴支撑架，割草装置由割草电机、导流罩、传动轴、割刀盘和割刀组成。本次设计通过铰链连接的方式实现了平地与斜坡地同时作业，这样既实现了平地的割草工作又做到了斜坡地的割草工作极大的提高了割草机的工作效率。本次设计的斜坡割草机既适用于平地又适用于斜坡地的两用割草机，使用电机作为割刀工作，以人工推动驱动轮行走实现了既无废气又无噪音污
4、染。符合环保要求。 关键词：斜坡地；草坪；割草机；环保 Design of weeding machine for slope area Abstract：The design of the slope ground mower is mainly composed of a motor, a machine frame assembly, cutting device, the regulating mechanism, control mechanism, walking assembly, a hinge, a frame assembly by mowing machine box b
5、ody, front and rear axle support frame, mowing apparatus comprises a mowing motor, dome, drive shaft, cutter disk and a cutting knife. This design through the hinge connection way of plain and slope land at the same time, it can implement the ground lawn mowing jobs do inclined slope of the mowing w
6、ork greatly improves the work efficiency of the lawn mower. The design of the slope lawn mower is suitable for flat ground and suitable for sloped land two-purpose mower, using a motor as the cutter, with artificial push the drive wheel walking achieved neither exhaust gas and noise pollution. In li
7、ne with the requirements of environmental protection. Key words：Slope land; Lawn; Lawn mower; Environmental protection1 前言1.1 割草机的发展历史在割草机问世之前，草坪的修剪主要工具是镰刀，放牧牛羊也是保持草地平整的重要方法。随着高尔夫球、网球及足球等运动的兴起，人们拥有平整美观的草地做运动场地的要求越来越迫切。1805年英国人普拉克内特发明了第一台收割谷物并能切割杂草的机器，由人推动机器，通过齿轮传动带动旋刀割草，这就是旋刀割草机的雏形。1830年，英国纺织工程师比尔.布
8、丁取得了滚筒割草机的专利，1832年兰赛姆斯农机公司开始批量生产滚筒割草机，1902年英国人伦敦恩斯制造了内燃机做动力的滚筒式割草机，其原理至今还在使用。在西方发达国家，20世纪初期，割草机就得到了快速的发展1。随着社会的进步和经济的发展，人们对生存环境的要求也越来越高，城市环境的保护得到越来越多的重视。我国草坪建设也得到了迅速的发展。草坪美化环境，固土护坡，净化空气多种功能已经成为人们的共识。从第一台滚刀式割草机的问世，到现在已经过了100多年了，原来主要应用于牧场的机械已经发展成为有几十个品种，适用于不同场合的割草机。我国生产割草机起步较晚，生产企业的规模普遍较小，产品用途较为单一，均没有
9、形成规模批量，所以长期以来，割草机均以进口为主。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。改革开放以来，我国的草坪业由兴起到长足发展，只有十几年的时间，却为草坪机械业的发展带来了勃勃生机 。首先是机械先进，90%以上为进口产品，其次外从草坪建植到养护生产环节机械配套齐全，基本上实现了全程机械化，其三是产品品种多、系列化程度高。而在草坪机械中割草机发展最快，我国引进使用的割草机有美国和日本等十几个国家的几十种机型，我国也已经开始生产割草机，目
10、前国内外所用的割草机种类繁多，其分类方法也多样化2。我国目前生产的割草机以刀具类型可分为滚刀式和旋刀式两大类。滚刀式割草机由带有刀片的滚筒和和不动的床刀组成。它较旋刀式割草机有更好的修剪质量，是高质量草坪最常用的割草机型。适用于草高3-80毫米的草坪，其问题主要是价格贵，维修保养要求严格。而旋刀式割草机是由横向悬挂在直立轴上的刀片高速旋转打切草的上部叶片，它适合于在25-80毫米范围内的剪草。由于其价格低廉，保养、维修方便、使用灵活，只要将刀片磨快，剪草效果还是可以的。因此，一般要求的草坪都选用它，成为目前国内外最流行的割草机。以动力划分可以分为机动和人推两类。人推的主要是滚刀式，小巧灵活，适
11、于家庭庭院中小型草坪使用。机动的又分为柴油机、汽油机和电动机三类驱动。其中以小型汽油机作为动力的较为普遍，而柴油机多用于大型的割草机械，如牧场的割草机。1.2 我国割草机的发展1.2.1 发展状况据调查，国内生产割草机的厂家大约有50家左右。多数为园艺系统的公司以及转产割草机的机械厂。市场上草坪修剪机的品牌很多，有进口的产品，也有国内制造和中外合资的，从功率2.6-1.2千瓦，剪幅从43.2-127厘米。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，生产立特牌-NEAT草坪割草机，占国内市场的50%，现年产5000台。目前正着手进行年产5万台割草机的技术改造，其动力选用日本本田发
12、动机。南通机床厂为转产生产割草机的厂家。其产品为地草王系列产品；56厘米自走式草坪割草机（4.5千瓦），84厘米随进式割草机（7.8千瓦），84厘米电启动式割草机（7.8千瓦），122厘米坐骑式割草机（13.4千瓦）。该厂生产除发动机以外的零部件，发动机多选用美国产品，1999年已经有产品出口美国。山东省莱州市仲院宇峰铡草机厂研制出全新微型电动铡草机，该机以0.75-1.1kW单相照明电为动力，无电地区或停电时用165、175、180等型号柴油机为动力，适宜铡切玉米秸、麦秸、稻草及青贮饲料，每小时铡草量300-400kg，切草长度为1.5-2cm。整机结构紧凑，体积小，重量轻，全机重仅32kg
13、，移动方便，并具有切碎均匀、出料顺畅、扬程远、噪音低等特点。目前，我国已经研制开发出来草坪割草机试验台，草坪割草机为现代城市绿化的重要设备，目前市场上国产的机器均有一定的市场，但质量参差不齐。对于草坪割草机的安全指标，仅有检测方法，没有现成的撞击试验专用设备。为了对其进行科学的测试，北京市农机试验鉴定推广站研制成功草坪割草机专用试验台。该试验台自动化程度高，采用了气动传动技术、机电安全锁定机构及气动调速技术，可对国内各型草坪割草机进行安全性能试验，能够完成草坪机的撞击试验和刀片护罩强度试验。试验结果表明，该专用试验台达到国内先进水平，检测快捷，安全性高3。1.2.2 存在问题国内割草机械市场发
14、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，有关专家认为，当前我国畜牧机械产品质量水平低的原因有以下几个方面。目前草地草坪业投入始终严重不足，相对支持力度减缓甚至下降，使得许多割草机械制造企业纷纷转产或停产，再加上我国与欧美等发达国家存在着技术、制造手段、工艺等方面的差距，制造能力和水平进一步拉大了距离。如现有割草机械生产制造企业的产品质量低，使用故障多、可靠性差。往复式割草机工作半天即需刃磨，使用可靠性不到80。国外割草机工作400公顷，故障率仅为4左右，而我国的产品在同样的作业量其故障率为25左右。在相同作业情况下，我国的割草机完成的工作量仅是国外同类机型的一半。产
15、品品种不全，成套性差。美国约翰迪尔公司的割草机械有13个品种49个机型；纽荷兰公司现生产12个品种25个机型，可供各种经营规模的用户选择。我国的用户不能根据自己的经营规模选择合适的机具，机具使用效益不高。产品技术水平低。割草机械产品技术水平高低是衡量该行业整体科学技术水平的重要标志之一。一段时间内，由于资金投入严重不足，技术创新的原动力、研发能力、技术模仿步伐放缓甚至停顿。我国已定型的割草机械大部分属国外上世纪的技术水平，20多年来基本没有什么大的改进与创新。缺乏应有的售后服务体系。 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，但缺乏资金投入和人才短缺是造成研发能力和生产制造工艺水
16、平低的关键所在4。1.3 斜坡地割草机的使用1.3.1 设计用途中国柑橘种植面积和产量目前均为世界第一；柑橘是中国南方栽培面积最大、涉及就业人口最多的果树。近年来，随着我国劳动人口减少，老年及妇女劳动力增加，不仅增加了柑橘生产成本，同时造成劳动力缺乏。我国南方大部分桔园分布在山区和丘陵地区，柑橘树单一、条栽种植对机械提出了特殊要求，现有的田间作业机械因动力不足和自身体积较大而很难进入园中行间作业，满足要求的桔园作业机械设备严重缺乏，对效率高、体积小、自重小、传动平稳、适应坡地工作环境的机械设备需求越来越迫切。因此，开发研制适合丘陵山区桔园的斜坡地除草机具有重要的现实意义。本次设计的斜坡地割草机
17、是专为适合丘陵山区桔园设计的5。1.3.2 注意事项（1）每次使用之前都需要进行一次检查，确认所有的螺栓、螺母、工具都没有磨损或损坏，对于磨钝或损坏了的刀片应当更换。（2）再检查一下要割草的草坪表面，要清除干净石头、木块、电线等其他坚硬的物体，这些物品碰到刀具时会飞甩出去而无法控制。（3）旁边有人，尤其是儿童和动物的时候，不要使用该割草机。（4）割草时一定要穿用防滑底做成的结实靴子。（5）旋转的刀片转筒可能会造成人身伤害，刀片转筒和操作人员之间的安全距离是通过导杆隔开的，一定要一直保持这个安全距离。在堤岸或斜坡上割草时尤其要注意，一定要顺着斜坡的方向割。（6）当后退拉动割草机时要特别小心，有绊
18、倒的危险。（7）任何时候都不要将手或脚放在运动部件的上方或下方。（8）如果刀具或割草机遇到障碍或坚硬的物体时，一定要适当全面地检查割草机。（9）只有在能见度好，视野清晰的时候才可以进行工作。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往复式割草机。往复式割草机割茬低而整齐，草坪损失少，单位割幅的金属用量和功率消耗低，因而成本较低。它的作业速度一般为68km/h。提高割刀的往复次数并解决割刀的全平衡问题后，作业速度可以提高到1012km/h。往复式割草机适用于切割直立而生长密度不过分高的草坪。旋转式割草机工作平稳，
19、对草坪的适应性强，特别适用于稠密、倒伏、缠连的牧草，能以816km/h的作业速度工作，生产率高。但是结构复杂，价格高，单位割幅功率消耗大。按配套动力和作业方式分可以分为：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人畜力驱动、发动机驱动和电力驱动三种形式割草机。其中，以发动机驱动的割草机最多，发动机多为单缸汽油机。太阳能割草机虽然已有生产，但应用较少。动力驱动的割草机按牵引方式或悬挂方式可分为前置式、侧置式、后置式、中置式割草机。目前，也有旋刀式手推随行式割草机，大部分采用中置悬挂，而滚刀手推随行式割草机多采用前置式挂接，大型的割草机则采用混合牵引方式。
20、2.2 割草机割草的基本要求不论是哪一种类型的割草机对草坪修剪的基本要求是一样的：（1）割草高度可根据要求调整，适应高度调整范围大，当草坪要求修剪很低能达到要求。（2）割草整齐、平整，同一行程前后割草高度一致，两次作业行程衔接平滑、无接茬。（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。（4）割草机对草坪碾压轻、伤害少。（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）割草机质量好，故障少，节省燃料、效率高。（7）易于操作、轻便灵活、维修调试方便，零部件通用性和互换性好。（8）正确掌握修剪草坪的时间并且制定科学的修剪高度和
21、修剪频率。2.3 本割草机的结构特点与工作原理（1）设计结构特点本设计的斜坡地割草机是由电机、机架总成、割草装置、调高机构、控制机构、行走总成等部分组成如图1所示图1 整体结构图Fig1 The overall structure diagram机架总成由割草机箱体、前后轴支撑架构成，我们设计成一体，主要用来支撑和安装其他部件。如图2 所示图2 机架总成示意图Fig2 A frame assembly diagram割草装置由割草电机、导流罩、传动轴、割刀盘和割刀组成，割草电机安装在导流罩的上方，刀盘和割刀通过传动轴安装在导流罩内，割刀采用优质合金工具钢制造，以保证其具有较高的锋刃度和搞磨强度
22、。如图3 所示图3 割草装置示意图Fig3 Cutting grass device schemes调高机构由车轮摇臂，连杆，助力弹簧，调高手柄，调高档位座，后轴，前轴组成。 此处已删除Figure 10 Raise the handle and the high-grade a seat3.5 铰链的设计为了实现割草机的斜坡地工作，本设计采用铰链将两个普通割草机连接起来通过铰链实现斜坡作业。铰链与车身采用螺钉连接如图11所示图11 铰链连接示意图Figure 11 Hinge connection schemes 3.5.1 铰链强度校核 为了能够实现铰链的斜坡地作业，必须对铰链进行强度校核
23、。铰链的材料为HT200，铰链上有四个螺钉。在通过铆钉组截面形心的力F作用下，每个铆钉上所受的力相等，即F1=F2=F3=F4=F5=nmg/5在力偶距Me作用下，其所承受的力Fi与其至铆钉组截面形心的距离ri成正比，且r1=r2=r3=r4可得F1=F2=F3=F4 由合力矩定理得2F1r1+2F2r2=Me可解得F1=nmg/(4r1)r1=则F1=F2=F3=F4=nmg/(2）可得铆钉受到的最大切应力为：=F1/A1=nmg/(4）故该铰链强度满足条件4 结论 本次设计通过对割草机的割草装置、行走装置、控制机构、调高机构、行走轮以及铰链的设计及计算在理论上将有望实现斜坡地割草的设计理念
24、。通过这次毕业设计，我认识到了单纯的理论知识学习和实际设计之间的差距。通过这次毕业设计既锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际应用问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力的水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且使我的毅力，意志力以及耐力都得到了不同程度的提高。这些都是我希望得到的也是毕业设计的目的所在。虽然毕业设计内容繁多，过程繁琐，但我的收获也是非常的多。各种设计方案的适用条件，各种零部件的选用标准，我都是随着设计的不断深入而不断熟悉并学会应用的。从毕业设计中学来的这些宝贵
25、的知识和经验，必然会让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力，更强的沟通力和理解力。参考文献1 徐灏等.机械设计手册M.北京，机械工业出版社，2003:10-20.2 邱宣怀.机械设计M.第三版.北京,高等教育出版社，1989:30-50.3 濮良贵.机械设计M.第五版.北京,高等教育出版社，1989:40-60.4 吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册M.北京,高等教育出版社，1991:20-50. 5 丁玉兰.人机工程手册M.北京,化学工业出版社，2008:30-40.6 朱龙根.简明机械零件设计手册M.北京,机械工业出版社出版，2002:60-70.7 陈传强.草坪机械使用与维护手册M
26、.北京,中国农业出版社，2002.100-150.8 中国机械化科学研究委员会.农业机械设计手册M.北京,机械工业出版社，2007:30-60.9 毛谦德等.机械设计师手册M.北京,机械工业出版社，2006:50-70.10 陆元章.现代机械设备设计手册M.北京,机械工业出版社，2000:60-90.11王丰元，马明星.汽车设计课程设计指导书M.北京：中国电力出版社，2009:15-163.12刘鸿文.材料力学M.北京：高等教育出版社，2009:54-194.13全腊珍.画法几何与机械制图M.北京：中国农业出版社，北京.2007:3-254.14吕明，庞思勤.机械制造技术基础M.武汉：武汉理工
27、大学出版社，2010:32-61.15许学林.互换性与测量技术基础M.长沙：湖南大学出版社，2010:161-182.16海尔滨工业大学理论力学研究室.理论力学M.北京：高等教育出版社，2009:149-169.17中国机械化科学研究委员会.农业机械设计手册M.北京：机械工业出版社，2007:34-99.18朱龙根.简明机械零件设计手册M.北京：机械工业出版社出版，2002:23-77.19丁玉兰.人机工程手册M.北京：化学工业出版社，2008:34-69.20 吴宗泽.机械设计课程设计手册M.北京：高等教育出版社，2006:12-167.21 the mechanical design ma
28、nual editorial committee. Mechanical design manual M. Beijing: mech -anical industry press, 1988:5-98 .22 LuoSuJun, ZhuShiShun. Mechanical course design concise manual M. Beijing: chemical industry -press, 2006:65-89. 致 谢本设计是在李明教授的悉心指导和热情关怀下完成的，在本次设计中的各个阶段，从查阅资料到设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了
29、我悉心的指导，并很认真的帮助我解决设计过程中碰到的难题，对一些零部件的设计上也给了我很多好的建议，这使我的眼界更加的开阔了，也使自己的设计更加合理。我的毕业设计较为复杂烦琐，但是李教授仍能够不厌其烦的给予我详细的指导。,并仔细检查我的图纸，细心的指出了图纸上一些错误的画法和表示方法，让我能够及时的改正一些不合理的设计和制图的错误,这些都让我获益匪浅。同时我还要感谢四年当中对我进行教育的各位老师，正是通过这四年的认真学习，为我的这次顺利完成毕业设计打下了坚实的基础。没有他们的培养教育，我也不可能顺利的完成这次毕业设计。在此，对李教授以及四年当中对我进行教育的各位老师表示我最真诚的尊敬和最真挚的感谢。 附录附图1：档位调高座零件图附图2：后轴端盖零件图附图3：摇臂零件图附图4：车后轴零件图附图5：割刀架部件图附图6：铰链部件图附图7：割草机装配图
