割草机的设计与动态特性研究.pdf

《割草机的设计与动态特性研究.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《割草机的设计与动态特性研究.pdf（56页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、东北林业大学 硕士学位论文 割草机的设计与动态特性研究 姓名：马晓春 申请学位级别：硕士 专业：机械设计及理论 指导教师：于建国 20050601 摘要 摘要 大力发展畜牧机械化是我国现代农业发展的必要条件，只有使畜牧业实现机械化， 才能真正提高农业收入，人民的生活水平才得以改善。在畜牧业中牧草的种植、收割、 存储等技术都需要改进，农牧民急需适用性能可靠的、价格适中的机械设备，代替手工 操作，提高效益，增加收入。 在牧草切割机技术方面，割草机的种类少，构造复杂，维修使用不方便，价格高， 基于此本文进行了后悬挂旋转式单圆盘牧草收割机的设计及动念特性分析。 本文首先讨论了割草机切割理论的研究和进展

2、，阐述了国外割草机的发展历程，列 举了近几年国内的研究情况以及新型割草机的性能特点，并且提出我困割草机技术的不 足与发展趋势。 其次经过讨论筛选确定了收割机的基本结构，旋转式单圆盘割草机，山国产小型拖 拉机后侧悬挂带动行进并输出动力，经过万向轴与两级传动，带动刀盘旋转切割，弹簧 仿形，刀片固定在圆盘上。通过研究割草机的切割作业过程，对割刀进行受力与运动分 析，经过计算确定出收割机的技术参数，为收割机设计提供理论依据。 接着进行了所有零件的设计、计算和校核，画出图纸，确定了各个零件的尺寸、材 料，然后对收割机的使用又作了效益分析。 经过对动态特性及机械系统动态的认t l ，建立收割机动力学数学模

3、型，进行收割机 的运动分析，建立运动方程。之后对收割机分解机构，进行各个机构的受力分析，建立 矩阵方程。又进行收割机的振动过程分析，建立振动方程，代入参数，得出数据，画出 波形图。用M A T L A B 软件对收割机进行振动状态模拟，提高没计的质量和速度，具有重 要的理论价值。 关键词牧草；割草机；旋转式；单圆盘；动态分析 A b s t r a c t D e v o t em a j o re f f o r t st od e v e l o p i n gm e c h a n i z a t i o no ft h el i v e s t o c kf a r m i n gi

4、se s s e n t i a l c o n d i t i o na b o u tt h em o d e ma g r i c u l t u r eo fo u rc o u n t r y O n l yw h e nt h el i v e s t o c kf a r m i n g a c c o m p l i s hm e c h a n i z a t i o n ，t h er e c e i p t so fa g r i c u l t u r ec a nb er a i s e d ，a n dt h el i v i n gs t a n d a r do

5、 f t h ep e o p l ec a nb ei m p r o v e d T h et e c h n o l o g i e sa b o u th a yp l a n t i n g 、h a yr e a p i n ga n dh a ys t o r i n g n e e di m p r o v ei nt h el i v e s t o c kf a r m i n g T h ef a r m e r sn e e dm e c h a n i s m so ft h er e l i a b l eq u a l i t y a n dt h es u i

6、t a b l ep r i c e S ot h i sc a nr e p l a c et ob ed o n eb yh a n d ，a n dc a ni a i s eb e n e f i t T h et y p eo fm o w e r si sl a c k ，a n dt h es t r u c t u r eo fm o w e r si sc o m p l e x ，t h es e r v i c i n ga n dt h e e m p l o yo fm o w e r sa r en o tc o n v e n i e n tf o rt h ep

7、 e o p l e S ow ew a n tt od e s i g nt h eh a ym o w e ro f t h es i n g l ed i s cr e a rm o u n t e d r o t a r ya n da n a l y s i st h eq u a l i t i e so fd y n a m i c T h er e s e a r c ha n dp r o g r e s so fh a yr e a p i n gt h e o r yh a sf i r s t l yb e e nd i s c u s s e di nt h i sp

8、 a p e r , t h e ni n t r o d u c et h ed e v e l o p i n ga b o u tf o r e i g nc o u n t r y , a n dc i t e dt h er e s e a r c hs i t u a t i o ni nt h e y e a r s ，a n ds a i dt h ec h a r a c t e r i s t i co fq u a l i t yi nt h en e wm o w e r , a n dr a i s e dt h ed e v e l o p i n g t e n

9、d e n c i e sa b o u to u rm o w e r S e c o n d l yt h eb a s i cs t r u c t u r eo ft h em o w e rh a sb e e nd e f i n e da f t e rw ed i s c u s s e da n d s c r e e n e d ，r e a rm o u n t e dr o t a r ya n ds i n g l ed i s c T h et r a c t o rC a no u t p u tp o w e rt om o w e r T h i sh a y

10、 m o w e rh a sp o w e rt r a n s p o r ta n dc u s h i o n i n gs p r i n g T h e nt h i sp a p e rh a ss t u d i e dt h er e a p i n g p r a c t i c e ，a n da n a l y s i so ff o r c ea n dm o v e m e n to ft h eb l a d ea n dd e f i n e dt h en u m e r i c a lv a l u e T h e na l lp a n sa r ed e

11、 s i g n e d 、c a l c u l a t e da n di n t e n d e de f f e c t I na d d i t i o n ，t h i sp a p e rh a s c a r r i e do nt h eb e n e f i c i a la n a l y s i so ft h eh a ym o w e ro nt h eb a s i so ft h ed e s i g n e dm o w e r , t o o T h i sp a p e rh a sd o n em o d e l i n gt oa n a l y s

12、i sf o r c ea n dm o v e m e n to ft h ee v e r yp a r t ，a n d e x t r a c t e dr o o t s T h ep a p e rh a ss t u d i e dv i b r a t i o nO rt h em o w e r , a n dM A T L A Bd y n a m i c s i m u l a t i o n ，a n dr a i s e dt h e q u a l i t ya n ds p e e do fd e s i g n ，a n dp o s s e s s e di

13、m p o r t a n tt h e o r yv a l u e K e y w o r d sh a y ；m o w e r ；r e a rm o u n t e dr o t a r ym o w e r ；s i n g l ed i s c ；d y n a m i ca n a l y s i s 1 1 1 绪论 1 1 问题的提出 1 绪论 我们国家改革开放以来，国民生活水平显著提高，生活质量得到改善，这都归功于经 济建设的发展。经济建设的不断加快促使农业产业化结构调整，草原畜牧业随之突显为主 体，在农业经济中所占的比重越来越大。我国牧草资源丰富，是巨大的天然宝藏，据统

14、 计，我国共有各类天然草二十多种，有3 3 亿亩草原，1 0 亿亩草山坡地，占国土面积的 4 1 7 ，仅次于澳大利亚，居世界第二位，同时也是秸杆资源最为丰富的国家之一，可生 产大量的饲草。饲草作为发展畜牧业的物质基础，成为畜牧业发展规模和速度的决定因 素f 1 1 1 2 1 。 但是，近几年来，随着畜牧业迅速发展，草原畜牧业中过度放牧和草原过载现象十 分严重，形成了草场退化、沙化和碱化，导致草场生态环境恶化，使饲草需求与饲草供 给的矛盾更加突出，严重制约了畜牧业的健康发展。另一方面我国草业发展带有比较突 出的地域性特点，牧草种植基地大多位于黄河流域及华北、西北，而牧草销售市场多位 于华东、

15、华南的奶牛、肉牛饲养密集区。由于草场分布不均，部分地区因季节性牧草过 剩得不到合适的处置而被废弃，浪费了资源，也污染了环境。目前，我国每年贮草量仅 能满足抗灾保畜需要的1 5 一2 5 ，由于饲草不足造成的牲畜死亡率为5 一6 ，有的甚 至高达1 0 。因此，大力发展牧草生产机械化技术，对恢复草场植被，改善草原生态环 境，迅速恢复和提高草原生产力，发展畜牧业至关重要。国家“十五”计划纲要强训畜牧 业的结构调整应该发展食草畜牧业，一些地方已把退耕还草和牲畜养殖作为一种产业。 在“十五”初期全国将建成4 0 多个草场牧业示范项目，1 6 0 个牧区开发示范项目，建立高 质量的草地围栏8 6 7 万

16、公顷，草地保留面积0 2 亿公顷，并逐年加大资金投入。草多 了，农牧民的工作繁重了，急需加快我国畜牧机械的产业化进程。不仅如此，中国加入 W T O 后，周边的许多国家，像韩国、日本都是饲料资源短缺的国家，国际市场对牧 草、秸杆等饲料的需求会大幅增加。加入W T O ，我国资源成本相对较高的种植业面积 可能会适当减少，种植业效益比较下降将促使土地资源和农业生产结构向畜牧业、革业 等方面调整，牧草生产和加工产业将面临新的机遇，因此，加快我国的牧草、秸杆的产 业化进程，能为我国增加出口创汇，成为国民经济大产业，这在发达国家如美困、加拿 大及欧洲的一些国家已得到证实D I l 4 I 。 大力发展牧

17、业机械化才能适应新形势的要求。牧业生产机械化的重点主要包括牧草 种植、收获和加工环节的机械化技术。饲草收获机械化技术是利用机器将饲草切割、收 集、制成各种形式的干草的作业过程。饲草在饲草收获中牧草收割机所起的作用是显著 的，如一台旋转收割机能提高工效8 0 倍，年可节省劳动力2 3 7 0 工曰，降低牧草营养损 失6 0 8 0 ，割草机的应用给农民带来商的经济效益，减轻了农牧民的劳动强度，保 证收割质量，确保草的再生。 东北林业大学硕士学位论文 1 2 国内外研究的现状及发展趋 1 2 1 割草机的类型 割草机根据动力可划分为畜力割草机和动力割草机。畜力割革机是我国现在使用较 广的割草机。有

18、内蒙古制造的G C l 4 型畜力割草机，割幅1 3 7 0 m m ，当前进速度为 5 5 k m h 时，割草0 5 h m 2 h 。每机1 人操作，由2 匹马或2 头牛牵引，平均割茬高度为 5 3 c m 。该机适应性强，不论高草、矮草，草层稀或密，或地面起伏，都能顺利收割。 一般每天可割草4 5 h m 2 。 动力割草又可分为牵引式、悬挂式和自走式三种。根据收割器又可分为以下多种割 革机，如往复式、旋转式、护刃器割草机、双动力刀割草机、上动刀割草机、下动刀割 草机、护舌护刃器、无护舌护刃器、高割型割草机、中割型割草机、低割型割草机、水 平旋转割草机、垂直旋转割草机、转镰式割草机、圆

19、盘式割草机、卧式滚筒割草机、甩 刀式割草机、上传动圆盘割草机、下传动圆盘割草机。 常用的悬挂式割草机类型有往复式和旋转式两大类。长型往复剪刀式，可直接贴近 地面进行割草。其主要构造分车轮、传动机构、剪草刀杆及分草器等部分，另有调节杆 可调节高低及规避障碍物。有些机具可加装集草耙，将草料收集成行。而旋转式割草机 是利用高速旋转的割刀对植株进行无支撑切割的机具。它与往复式相比，具有结构简 单、维护保养时间少、不需要磨刀、换刀简捷、收割高秆及倒伏作物无堵塞、单位收获 面积的能量消耗较低等优点。此类型机械有各种尺寸，尖端速率每秒约为8 0 c m ，也可以 多组圆盘，以每小时1 0 1 6 公里的速率

20、| i i 进操作。其构成包括机架、安装在机架上的动 力源、圆盘切割刀以及设置在动力源与圆盘切割刀之间的传动机构等部分【“。 图l l 走式往复式割草机 图1 - 2 走式旋转式荆革机 1 2 2 旋转式割草机的研究概况 旋转式割草机自七十年代末至八十年代处，各国生产了不少新的机型，它们在工 作原理上与以往的机型大同小异，但部件结构和总体布置上均有较大的改进。六、七十 年代生产的下传动式圆盘割草机那种轴锥齿轮式刀粱以被强度和可靠性更加的全_ 【i i 柱 齿轮油浴盒式刀梁所取代，刀盘数也增至6 8 盘。刀片旋转直径一般为4 8 0 毫米左右，刀 盘转速达3 0 0 0 转分，线速度高达7 8

21、米，秒，能以1 5 2 0 公里小时的速度作业。由于刀盘 1 绪论 和低位刀粱可紧贴地面，仿形性好，最低割茬高度为2 5 5 0 毫米，适合于切割密集缠绕 和倒伏严重的作物。 七十年代以来，出现了两种发展趋势，一种是采用由滚筒式和圆盘式相结合的 上、下盒式刀梁组成的框式刚性结构，即中间1 4 个为下传动圆盘式，两侧为上传动滚 筒式。这种布置形成一种刚性匣式结构，有利于消除割台的挠曲并能减少盒式刀梁内齿 轮的磨损。另一种发展趋势是在保持双滚筒式特点的基础上增大滚筒刀盘的工作直径， 已由一般的6 8 0 - 9 2 0 毫米扩大为1 2 2 0 毫米，甚至到1 5 1 0 毫米，使双滚筒的割幅由

22、1 3 5 1 8 5 米增加到2 4 米，甚至3 米，滚筒切割线速度高达8 5 9 0 米秒，使切割动作干 脆利落，最低割茬为2 0 一3 0 毫米。由于滚筒直径增大，切割装置的重量也增加，所以这 种刀盘直径为1 2 2 1 5 1 米的双滚筒式割草机，大多是高拱牵引式。此外，还出现了一种 新型的上传动锥形圆盘式割草机，如新西兰工业公司生产U F O 型悬挂式双圆盘割草机。 刀盘有动力输出轴通过一级皮带直接驱动，U F O 型综合了圆盘式和滚筒式的主要特点。 刀盘直径有1 和1 5 米两种，刀盘为圆锥形，可以将割下的牧草向后上方挑起并抛掷成蓬 松快干的草条。它有一个罩式前挡板，使作物在切割前

23、堆拢成一排宽而低的草束，便于 切割，可节省2 5 的切割力，其割茬高度靠滑掌调节，整机结构简单。 英国农业工程公司生产的蚱蜢型( G r a s s h o p p e r ) 3 米割幅的牵引式双滚筒割草机， 采用的是轴一齿轮一齿形同步带传动，每个刀盘直径达1 5 1 米，有6 个刀片；为了改善仿 形性能，两个滚筒与机架单独悬挂，独立仿形；它的末级传动采用高强度聚氨脂同步齿 形皮带来传动滚筒，这种齿形皮带噪音低，吸震性好，耐油，并可保证两滚筒问刀片互 有重叠而互不影响。 七十年代生产的滚筒式割草机，大部分通过更换滑盘来改变刀片至地面的距离， 达到所需的割茬，较为麻烦。目前几种新型割草机的割茬

24、高度调节既方便又简单，如新 西兰施维格斯公司的D M l 8 5 型和c M l 8 5 型，割茬高度通过刀梁齿轮箱顶部的调整螺栓进 行无级调节，最低割茬仅为3 2 毫米；另一种德国尼梅世公司R 0 2 1 2 型割草机，通过一个 套筒扳手和丝杆来升降旋转滚筒，改变它和仿形滑盘间的距离，割茬高度可在2 0 8 0 毫 米范围内进行无级调节。 大型旋转式割草机的发展趋势是采用轴一齿轮传动，如荷兰施维格斯公司、德国 尼梅世公司、比利时恩必利嘶荷兰公司等生产的新机型，它们都采用带有安全过载离合 器和超越离合器的万向节传动轴和锥齿轮箱。这种传动方式可靠、耐用、传动效率高， 调整维护简单，可避免因缠草和

25、皮带损坏等因素带来的故障。 在整机布置上，采用了下列结构： ( 1 ) 后侧悬挂双滚筒式割草机，其悬挂机架通过浮动转臂与滚筒刀梁的中央枢轴平 衡式铰接。这不仅可使双滚筒仿形滑盘上的接地压力相等，又能随地形起伏而绕中央枢 轴摆动，改善了仿形性能，可在+ 2 3 。- 4 0 。的倾斜状态下运转。它可通过机架上的浮 动弹簧及转臂将刀梁部分重量转移到悬挂机架上，使托盘接地压力控制在3 0 公斤左右， 以提高仿形能力并改善在松软地上的泥土。 ( 2 ) 前置挂滚筒割草机，在一些附设有前悬挂装置和前置动力输出轴的拖拉机上， 可同时在拖拉机前方和后侧悬挂两台割草机，可增加割幅。 ( 3 1 可按需要加装牧

26、草调制附件，便于产品系列化及变型。 东北林业人学硕士学位论文 ( 4 ) 广泛采用带有超越离合器、安全摩擦离合器及弹性安全脱钩器等安全机构O l 6 1 。 1 2 3 国外收割机的发展概况 1 8 0 5 年英国工程师托马斯普拉克内特获得了第一台割草机的发明专利，那是一台 装有环形刀身的笨重机器，而且运转不很理想。在1 8 3 0 年由埃温马丁制造的割草机类 似于今天使用的手扶滚筒割草机。早期应用普遍的是往复式割草机，为了提高机具的生 产率，尽量加大割I 嚆及提高机具的前进速度。到了2 0 世纪7 0 年代各国开始研制使用旋 转式割草机，利用高速旋转的割刀对植株进行无支撑切割的刀具，具有结构

27、简单，维护 保养时间少，不需要磨刀、换刀等优点。近年来，欧美等天然草场面积较大的发达国家 的收割设备更成熟，结构参数更合理，可靠性、生产率提高很快。国际著名的农机生产 商如美国纽荷兰( N e wH o l l a n d ) 、约翰迪尔( J o h nD e e r e ) 、凯斯公司，英国福格森公 司，韩国成元公司，德国威格公司和前进公司的收割机都已系列生产，这些设备无论在 机械结构、动力配套、液压系统还是控制系统设计方面都处理的很成功，一些新的设计 理论、最新科研成果的应用在这些机械上都有体现，例如在控制系统方面，单片机、可 编程控制器( P L C ) 、工业控制机控制( I P C

28、 ) 等的自动控制手段都得到应用。在一些发 达国家，如美国等，牧草收获已全部实行机械化，由牵引式发展成自走式，已经发明出 机器人式割草机，牧草业已成为国民经济一大产业。 目前国外大多使用滚筒式、圆盘式或水平旋转式割草机，这些割草机坚固耐用，工 作速度快。这些机具一次通过就能完成刈割、压扁、成条三道工序。如美国纽荷兰生产 的八个圆盘旋转式割草机八个圆盘不仅能高效率地割草，还利用成对配置的胶辊，以恒 定压力立即将牧草压扁，在地上铺放成草条，使其在自然条件下快速干燥，以便打捆或 存储。再比如美国纽荷兰公司生产的6 1 6 和6 1 7 型圆盘割草机多为拖拉机牵引，并转有 起保护作用的脱钩安全器，为使

29、割刀接近地面进行作业，所有机器上装有可调节的浮动 系统，从而使割刀与地形相近，降低割茬高度。 J F ，北欧领先的牧草收割机制造商。J F 圆盘收割机，以其操作简单、维修方便、独 特的防碰撞装置、先进的挂钩装置和合理高效的压扁装置，减少机械对牧草留茬的压 力，使牧草更快、更健康再生，收割效率业界领先，以尽可能低的成本产生尽可能高的 效益【6 】【7 】。 1 2 4 近年来我国自行研制的成果 我国在5 0 年代生产了马拉割草机和三刀割草机，1 9 5 3 年辽宁金县农具厂首先生产了 1 4 型蓄力割草机，1 9 5 8 年辽宁金县农具厂生产了2 1 型机引割草机，这两部足仿苏4 0 年代产 品

30、。 1 9 5 8 年海拉尔牧业机械厂生产了9 G 1 4 型蓄力割革机，同时还生产9 G J 2 1 型机引爆 单刀割草机。 农机部鄂温克畜牧机械试验站从1 9 6 4 年开始对3 8 种国外样机进行了性能和适应性试 验，同年浙江宁波农机所设计出第一代旋转式割草机一紫云英收割机。 1 9 6 5 年内蒙古畜牧机械研究所进行了后悬挂双动刀高速割草机和双适杆蓄力割草机 1 绪论 的研究，双动刀高速割草机接近当时国外同类产品先进水平，以后约有1 0 年时间停止了 科研工作。 1 9 7 6 年以后内蒙古、新疆分别研制成单圆盘、双圆盘和四圆盘旋转式割革机，其中 9 G Z X 一1 7 型四圆盘(

31、1 9 7 6 年新疆农科院农机化研究所研制，新疆牧业机械厂生产) 和 9 X G - 1 6 5 型双圆盘旋转割草机( 1 9 8 0 年内蒙古呼和浩特农机厂试制，后由内蒙古动力机 械厂生产) ，适用于高密度的人工种植和天然草场收割，具有割茬低，铺条整齐，仿形 好和更换刀片方便等特点，在高密度草场获得推广。 1 9 7 9 年白城牧机厂试制成9 G S 4 0 型自走式割草压扁机，同年呼和浩特畜牧机械研 究所和佳木斯联合收割厂研制成9 G S Q 4 0 型牵引式割草压扁机。 1 9 8 2 年由呼和浩特牧机所和大同农牧机械厂共同研制了由摆环驱动的9 G Y - 3 0 型牵 引式切割压扁机

32、，达到国际7 0 年代末水平。 1 9 8 5 年新疆农科院农机化所研制成功9 G Z X - 2 4 型六圆盘全齿式旋转割草机。 目前甘肃酒泉地区农机推广站研制成功的9 G Z X 0 9 二圆盘旋转牧草收割机，正式通 过技术坚定，准予批量生产，可收割各类高密度的人工种植和天然牧草。 镇江市农业机械技术站研制成功的9 G S 0 6 型牧草收割机，完成收割、整理、放置 等作业操作。 F C 2 5 0 G 型锤片式牧草收割机可将割下的牧草茎秆打碎、折弯，从而可以缩短茎秆 与叶片在干燥时间上的差距，达到减少落叶率的目的。 上海世达尔现代农机有限公司生产的M D M l 3 0 0 型圆盘割草机

33、主要用于对各类牧草 的收割，如紫花苜蓿、黑麦草、燕麦草等牧草的收割，工作效率较高，更适合于切割较 高大的作物。刀杆因装有螺旋手柄，容易升降，采用双弹簧悬挂，能适应地面的凸凹情 况，不损伤草地。本机装有起保护作用的安全装置，作业中，碰上障碍物或遇异常力 时，割草盘往后移动，使本机免受损伤。 2 0 0 2 年上海向明公司自行研制出9 G X ( Y ) 1 6 型圆盘割草机，悬挂于拖拉机后侧，利 用拖拉机输出的动力和行走装置进行收割牧草作业。工作时，两个设有切割刀片的圆盘 以2 5 0 0 转分相对高速旋转，把牧草切割并拢在一起，便于捆草机配套作业。结构简 单、操作方便，维护保养工作量小，对拖拉

34、机行走速度无要求。 甘肃酒泉的9 G Z X - 2 5 六型圆盘旋转牧草收割机，马力大，割幅大，生产率高，结构 简单等优点，可适用于玉米、棉花等多类作物秸杆的收割。 9 G X 0 8 4 型单圆盘割草机适宜收割密度较高的天然和种植牧草，还特别适用于农、 林、牧区小面积草场、山区丘陵草场和城市园林草坪割草作业。在牧草湿度大、密集和 倒伏较严重的情况下也可以正常作业。9 G X - 0 8 4 型单圆盘割草机的旋转圆盘，采用特殊 的外形设计使草在被割倒后能轻易滑过割草机成松散整齐的草列，旋转的圆盘上装有三 个活动刀片，刀片靠离心力甩出连续工作，当遇到障碍时刀片自动弹回，可避免刀片的 损坏。刀片

35、采用优质的6 5 锰弹簧钢，经特殊处理无需磨刀，并可以两面替换使用，更换 刀片快速简捷蝉J 。 东北林业大学硕二J ：学位论文 1 2 5 发展趋势 目前，国内通过引进和吸收国外先进技术，并进行创新，力求在以下几方面有所突 破。 ( 1 ) 根据草场的面积、地势和各种草的特性，开发研制新型的牧草收割机，提高 收割效率和收割质量。大型的天然草场，植株高大、地面凸凹不平，要求采用大型的自 动化程度高马力大的多刀片的旋转式收割机：人工种植的草场，地势平缓，多以苜蓿 草、黑麦草、燕麦草为主，不管是山坡还是平原，往复式和旋转式都可使用。 ( 2 ) 牧草切割机的设计采用优化方式，结构合理、紧凑，功能齐全

36、，收割、压 扃、搂草一体机，能节能、降耗、提高生产效率，延长使用寿命。国家投入大量资金， 研究开发新项目，黑龙江省在“十五”规划中重点提出攻关牧草收割机械设备，有些成果 已出见成效，将极大地推动牧草种植业的发展，提高饲草的质量。 ( 3 ) 牧草切割机力求操作简单、维修方便，应该具有独特的防碰撞装置、先进的 挂钩装置和合理的压扁装置，使牧草更快、更健康的再生。收割机的价格适中，让农牧 民购买得起，有利于牧草切割机的推广和使用。 综合当前国内与国外牧草收割生产技术的实际情况，我国应立足开发中小型的灵活 的使用方便，维修到位的割草机1 9 1 1 0 1 。 1 3 国内割草机存在的不足 我国现有

37、的割草机跟国外先进设备相比还存在着许多问题。一些发达国家的收割机 自动化程度很高，美国J o h nD e e r e1 2 0 9 型割草机的自动控制、自动检测技术很先进，从 提供给用户的故障分析及维修材料看，其技术很完善，性能很好。荷兰的H E R D E R 公 司、英国的R o l b e 公司相继开发出水中割草机，其液压系统、u 型切割器和驱动系统都很 新颖。而我国由于研究人员较少，投入的资金短缺，一直以来较落后于发达国家。近几 年来，国家开始大量投入人力、物力研究此技术，虽然取得很大进步，但仍然存在很多 问题： ( 1 ) 现有的割草机类型不适合收割各种草种，不适应各种地面的要求。

38、 ( 2 ) 割茬高度较高，牧草损失较大。 ( 3 ) 刀片耐磨度低，换刀次数频繁。 ( 4 ) 刀具变形次数多，受力分析不够精确。 ( 5 ) 割草质量还不够理想，割长草时常有漏割现象。 ( 6 ) 结构设计不够准确，受力不均衡。 ( 7 ) 选用适合的材料，降低机架的结构重量。 ( 8 ) 机器的仿形能力差，运动不平稳【1 0 1 1 “1 1 ”I 。 1 4 研究的目的和意义 由于我国畜牧机械业起步较晚，在生产工艺、机械设计、加工设备和自动化控制水 1 绪论 平等诸多方面与发达国家存在着一定的差距。主要的原因是牧草收割机的品种不齐 全，牧草收割质量不达标，影响着草的再生长，而且研究牧草

39、收割技术的人员少，农 牧民的购买程度不够强烈，制约了牧草收割机的快速发展。发达国家在草原畜牧业各 生产环节大都已机械化。美国每6 0 h m 2 草地就有一套割、搂、捆、垛、运设备。我国平 均5 5 0 0 h m 2 可利用草原才有一台割萆机，并严重缺少与之配套的机具，牧草收获机械作 业量尚不到5 。 还由于我国的牧草收割技术设备与发达国家相比有很大差距，而且多为仿造产 品，品种不齐全，主要的工作零部件结构参数选择不当，生产技术不成熟，设备质量 欠佳，远不能满足日益扩大的国内草产品生产加工设备市场需要。提高国产收割机的 质量，开发新结构，无疑会对畜牧业发展起到革命性作用。虽然市场上国外产品质

40、量 较好，但价格太高，每台牧草收割机售价在1 0 万元至几十万元以上，不适合国内消费 水平，所以开发性能良好、自动化程度高、外型轻巧美观而且价格适中的国产收割机 将是我国牧草收割设备的关键机械之一，对促进饲草产业化进程会起到举足轻重的作 用。 目前，与小型拖拉机配套使用的割草机多数是往复式割草机，出于它的切割性能 较好，功率消耗低，价格便宜，使用调整方便等特点，在生产上得到普遍应用。但是 随着人工种植牧草数量的增加，天然草场的改良和治理，单位产草量稳步提高，往复 式割草机已难以满足生产上的要求，反映出堵刀、切不断粗茎杆牧草、生产率低等问 题。为此参照国外先进技术开发研制旋转式割草机，方便农牧民

41、的使用。旋转式剖革 机发展较快，它利用装在回转滚筒或圆盘上的刀片进行割草。滚筒或圆盘成相反方 向，旋转速度为1 8 0 0 - 3 0 0 0 f r a i n ，工作速度每小时可达2 5 8 k m ，工作幅宽1 5 1 8 m 。圜 产旋转条放割草机割幅为3 m ，割草高度可控制在2 1 2 c m ，割后自动集成条堆，条堆幅 宽6 0 7 0 c m ，省去了搂草工作。若前进速度为9 k m h ，割草2 7 h m Z h 。在风力为6 0 级时 仍能割草 3 1 1 4 1 8 1 1 9 1 。 1 5 研究的内容和方法 1 5 1 研究的内容 本文主要研究单圆盘旋转式割草机的结

42、构特点、应用特性以及作业操作过程。割草 机的应用普遍被看好，因为饲草业的发展会带动畜牧业的机械化，割草机的作用显而意 见。现在旋转式割草机多以多圆盘形式居多，多功能的联合收割机也较多，这些类型结 构复杂，价格昂贵，维修不便，都不太适合我国现代畜牧业家庭承包制。基于这些，囡 家投资研制新型割草机，以便农牧民的使用，机器代替手工操作，提高生产效率，增加 收入。研究的内容有： ( 1 ) 以现有的旋转式割草机的切割作业过程为理论基础，确定出单圆盘割草机的 切割理论依据。 ( 2 ) 通过了解现有割草机的各种类型的结构特点，确定本款割草机的设计结构方 案，计算设计参数，绘制技术图纸。 变! ! 楚些盔

43、兰堡主兰丝鎏苎 ( 3 ) 使用动态分析方法研究割草机的运动与受力情况，验证设计参数。 1 5 2 研究的方法 为了是研究结果建立在科学、严谨的基础上，研究方法的选择与运用至关重要。本 文在研究过程中主要采用了如下方法： ( 1 ) 通过调查、上网以及文献检索等多种有效方法，系统采集国内外旋转割草机 的研究成果和相关信息。 ( 2 ) 采用优化方法与实际结构相结合。确定设计结构方案，通过对割草机的受力 分析和运动分析来确定设计数据，确保结构简单，快速灵活，适宜操作，价格便宜。 ( 3 ) 定性、定量相结合。本文在定性分析的同时，也进行了定量分析，主要采取 用动态分析方法，建立数学模型，采用图、

44、表等方式。定量分析可以提高准确性、科学 性，定性分析可以使从理论角度评价设计的合理性。 2 单圆盘割草机的设计 2 单圆盘割草机的设计 2 1 割草机切割理论的研究 2 1 1 割草机作业情况的研究 根据牧草品种，选择最佳收获期，适时收割。一般应在牧草的乳熟期及时进行，避 免对草质和产量产生影响。禾本科收割期为抽穗期，豆科作物在开花初期收割为宜。地 块中牧草应不倒伏，作业时风速应不大于4 m s ；不论牧草的性状软硬粗细或株叶的厚 薄，均能割取；必须能调节收割的高度，避免触及地面的石块或残株等物，割茬高度在 不影响牧草次年生长的情况下尽量降低，一般不低于4 c m ，天然饲草为4 5 厘米，人

45、工饲 草5 6 厘米，晚秋收割牧草6 7 厘米，头茬时苜蓿不超过5 c m ：收割牧草时，应尽量减少 草的散失和机器对牧草的打击和揉搓，防止泥土和赃物混入牧草所收割的草料必须在收 割后容易整理，或整齐留置与地面上，及时翻晒以利于干燥。作业过程中要尽量减少牧 草花叶损失，确保收割质量，超茬损失率不超过3 、漏割损失率不超过1 、碎草率不 超过3 。 割草机的技术状态要求就是机具装备完整，运转平稳，无异常响声；连接牢固，紧 固件无松动，无漏油现象；割草机工作时，切割器应能适应地面起伏，其升降范围满足 使用要求。割草机的各运转部件及外露动力传动轴应有防护装嚣；割草机应设有过载保 护装置及安全可靠的起

46、落机构；割草机应设有与拖拉机挂接和运输状态时保持切割部分 稳定的锁定装置；安装在旋转轴上的刀盘等旋转件，必须有可靠的锁紧装置，并锁紧牢 固。割草机运转时，严禁人员靠近割刀；作业过程中，割草机前方禁止人员靠近；干1 - _ q k 之前检查地块，排除较大石块和其他硬质物体，避免割刀损伤；作业中遇故障，必须停 车，切断动力后，方可进行排除；作业前还应仔细检查割草机刀片、刀片锁紧螺母以及 切割器部件有无磨损和损坏；割草机与拖拉机挂按时，拖拉机必须处于空档状态f 1 3 1 1 1 4 I 。 2 。1 2 旋转式割草机的切割理论 旋转式割革机是利用高速旋转的割刀对植株进行无支撑切割的机具。它的工作部

47、分 有一个或几个圆盘和用螺栓连接在刀盘上的几把刀片组成的。垂直轴由拖拉机动力输出 轴经增速齿轮带动，使切刀以相当于拖拉机行驶速度1 0 0 倍圆周速度旋转。在惯性力的 作用下，切刀能够很容易地将数厘米高的牧草切断。 旋转式割草机一般都是利用三点悬挂装置挂在拖拉机后方。切割机上装有用于明节 割茬高度的支架，工作时利用油压装置根据地形的起伏升降切割机，切割机用牵引秆连 在拖拉机后方，但也有悬挂在拖拉机前方的I l “。 东北林业人学硕士学位论文 2 2 单圆盘割草机的设计 2 - 2 _ 1 设计方案的确定 根据旋转式割革机的作业要求及切割特点，初步确定三种方案即托盘式、支撑轮式 和弹簧减振仿形式

48、旋转割草机。 第一种方式即托盘式，就是在旋转刀盘下面放上一个固定托盘，以免刀盘遇到高处 直接接触地面，刀嵌入泥土里，无法继续切割，易损坏刀片。但是，这种结构仿形效果 不理想，下面的托盘一旦被障碍物卡住，切割机就会倾斜，不能正常工作，会影响切割 革的质量，也影响割茬高度，同时不灵活，此结构不可取。 第二种方式即支撑轮式，就是在割草机的后侧方放置一个小车轮，目的是支撑削草 机以及起到仿形的作用。这种结构切割比较灵活，仿形作用也可以，支撑不稳，容易倾 斜，没有减振作用，此结构也不可取。 第三种方式就是最后确定下来的弹簧减振仿形式，在三点悬挂装置A 与B 的节点 之间放上一个压簧，起到减振仿形的作用，

49、靠悬挂装置升降臂来调节割茬高度，效果比 较理想，也满足了旋转式割草机的作业要求，也符合无支撑切割的理论要求，此结构基 本可取。 2 2 2 割草机的功率需求分析 割草机的功率P 包括旋转切割器切割功率P 。输送功率P 2 和行走系统的行走功率 P 3 。 即：P = P r 。+ P 2 + P 3 ( 2 1 ) 拖拉机悬挂式旋转切割机( 机械驱动式) 在凸凹不平的倾斜草地上作业时的切削功 率巴用下式计算。 。：W,(f,cosa+sina)+W,(fcosa+sina)V,_ r c 7 5 叩( 1 一s ) 【1 6 J ( 2 。2 ) 堑：墨：! ：坐 7 5 6 0 f 5 + i r 叩5 仉 式中，一旋转切割机的牵引阻力系数； w 一旋转切割机的重量，k g ； F 一切刀的切割阻力，k 酽； r 一切割器的半径，m ； 一拖拉机动力输出轴的转速，r p m ； 卜一传动系统的总传动比； 2 单阿盘割草机的设计 叩一旋转切割机的机