推移式割草机设计

推移式割草机

摘要：割草机是农、牧、园艺和园林等行业必备的一种常用机械,但适合面积狭小、形状不规则或地形复杂的地段且操作使用便捷、灵活的小型推移式割草机却很少见。为此,在研究我国广泛应用的一些割草机技术的基础上,设计了简单实用的推移式割草机,其特点是结构简单、轻便、工作头前伸和支架高度可调;本文介绍了,推移式割草机的总体结构、工作原理、电机选择及传动比的计算相关机构的校核。实验结果表明,该机具有操作容易、使用和携带方便、转向灵活等特点,能有效降低劳动强度。

关键词：割草机; 设计; 推移式;简单；轻便

Lawn Mower Goes on Type

(Oriental Science ＆Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)

Abstract：Mowing - machine is a type of machine in normal service agriculture. But hand-push minimowing - machine which is suited close - quarter or irregularity area or complex land form and easy application is absence. Based on technic of mowing- machine which extensive used at our country, a type of simple and utility portable hand-push mowing - machine was designed. The features are simple structure and lightweight and protrusive working parts and dajustable support element. This paper explanted gross structure of hand-push minimowing - machine and operating principle and selecting motor and calculation drive ration and design cutting knife. The result of testing indicate that hand-push minimowing - machine operated easy and transported convenience and turned quickly, decreased amount of labour.

Key words:Mowing Machine；Design；Hand-push；Simple；Lightweight

目录

摘要： (1)

关键词： (1)

1 绪论 (1)

1.1割草机的发展历史 (1)

1.2我国割草机的发展 (1)

1.2.1 发展状况 (1)

1.2.2 存在问题 (2)

1.3推移式割草机的使用 (2)

1.3.1 设计用途 (2)

1.3.2 注意事项 (2)

2 割草机概述 (3)

2.1割草机的分类 (3)

2.2割草机割草的基本要求 (3)

2.3推移式割草机的结构特点 (4)

3 割草机的总体方案设计和动力机的选择 (6)

3.1总体方案设计 (6)

3.2动力机的选择 (6)

4 割草机传动部分设计 (7)

4.1齿轮传动的类型 (7)

4.2锥齿轮的计算 (7)

4.3齿轮的设计准则 (11)

4.4齿轮的材料选择及其热处理 (11)

4.5按齿根弯曲疲劳强度进行设计 (11)

4.6割草机行走车轮设计 (12)

5 割草机割草机构的设计 (15)

5.1刀片材料的选择 (16)

5.2刀片的切割过程 (16)

6 轴的设计 (17)

6.1轴的概述 (17)

6.2割刀轴的设计 (17)

6.2.1 轴的结构设计 (17)

6.2.2 按轴的扭转强度计算 (17)

6.2.3 按弯扭合成强度条件计算 (18)

6.2.4 按弯扭合成应力校核轴的强度 (20)

6.2.5 按轴的疲劳强度条件进行精确校核 (21)

6.3长轴的校核 (23)

7 轴承的选择及校核 (23)

7.1轴承的选择 (23)

7.2轴承的校核 (23)

参考文献 (25)

致谢 (26)

1 绪论

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。

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，目前国内外所用的割草机种类繁多，其分类方法也多样化。

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动机。

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。

1.2.2 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，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平低的关键所在。

1.3 推移式割草机的使用

1.3.1 设计用途

目前，大型生态园的绿地设计已是房地产开发团中一个重要环节，草地是绿化的一种重要形式。目前，庭院里修整草地通常使用身背柴油机作动力，采用尼龙绳甩打草叶；或者是使用电动、柴油机的割草机，这种割草机体积大、噪音大，适用于空旷大草坪，易夹草出故障，遇到石块可能使刀片断裂，发生事故。随着国内人们生活水平的提高，人们对居住的绿化水平要求越来越高，尤其带花园的别墅不断增加，更需要开发一种适合小面积草地、无噪音的手推式割草机。

本次设计的手推割草机是专为家庭庭院及私人花园设计的，不适用于公共设施、公园、运动场、道路、农场和林场等场合。

1.3.2 注意事项

1）不可以将手动割草机用于割除攀藤植物、屋顶或阳台上的青草等，那样有可能伤害到身体。

2）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。

3）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。

4）旁边有人，尤其是儿童和动物的时候，不要使用该割草机。

5）割草时一定要穿用防滑底做成的结实靴子。

6）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。

7）当后退拉动割草机时要特别小心，有绊倒的危险。

8）任何时候都不要将手或脚放在运动部件的上方或下方。

9）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。

10）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6—8km/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10—12km/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，对草坪的适应性强，特别适用于稠密、倒伏、缠连的牧草，能以8—16km/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。[7]

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修剪频率。

2.3 推移式割草机的结构特点

本次设计的推移式割草机主要由汽油机、行走轮、支架、扶手架和割草机构组成，割草机构是一种割刀动力旋转工作头，它是在形似两个淋浴莲蓬头对合而成的a、b壳体内，由连接螺栓作为中心死轴，轴上装带有滚珠轴承的双面圆弧锥齿轮副；一面为齿轮副I，同轴安装在壳体a内，齿轴与小型汽油机的驱动轴花键连接，壳体端口连接支承管；另一面为齿轮副II，同轴安装在壳体b内，齿轴伸出端口外；圆盘割刀由开有花键槽的托盘和压盘夹住，套装在齿轴上，用螺母逼紧固定，头部装上割刀。（如图2-1）

图2-1 割草机内部结构示意图

Fig2-1 Lawn mower internal structure schematic drawing

2.4 推移式割草机的工作原理

割草机以移动式汽油机作为动力，由汽油机驱动传动齿轮和割草装置。行走机构采用手推车架。汽油机转动带动长轴，长轴转动传递到弧形齿轮，两个呈角度的弧形齿轮改变转动的方向，最后转动传递到割草装置，割草装置通过安装在轴上的割刀盘带动割刀旋转完成割草作业。

图 2-4 割草部件

Fig 2-4 Cutting grass parts

图 2-4-1 整体示意图

Fig 2-4-1 Overall schemes

3）本设计方案的特点是：

（1）.操作容易、使用和携带方便；

（2）.转向灵活,能有效降低劳动强度；

（3）.整机重量较低。

（4）.传动部分结构简单，维护方便。

（5）.割草动作没有撕扯，对草坪更有益。

3 割草机的总体方案设计和动力机的选择

3.1 总体方案设计

推移式割草机是由人手推动的。查阅《人机工程手册》，人步行速度约为3—5千米/时，即48—64米/分，考虑到要推动割草机进行切割，选取人的步行速度为48米/分，即0.8米/秒。

确定割草机的各项参数：

割草机的整体宽度：713mm

割草高度：30~60mm

集草类型：就地洒落

3.2 动力机的选择

选用的汽油机1E139F

参数如下

汽油机型号1E139F 汽油机型式单缸、风冷二冲程

最大功率 1.4/6500kw/r/min 噪声101dB(A)

最高稳定转速9000r/min 排量33.6cc

油箱容积1.0L 点火方式无触点

化油器型式膜片式起动方式反冲起动

传动轴型式硬轴背带型式双肩背带

净重7.7kg 汽油机包装箱尺寸（mm）330×302×300