小型牧草收割機結(jié)構(gòu)設(shè)計說明書

目錄

摘要..........................................................I

Abstract............................................................................................................II

第1章緒論.................................................1

1.1研究的目的和意義................................................1

1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀..................................................2

1.2.1國外牧草收割機的生產(chǎn)研究概況.............................2

1.2.2國內(nèi)牧草收割機的生產(chǎn)研究概況.............................3

1.2.3國內(nèi)外牧草收割機械切割部件發(fā)展概況.......................4

第2章整體方案的確定........................................6

2.1收割機類型的選擇...............................................6

2.1.1按切割裝置分類...........................................6

2.1.2往復(fù)式割草機分類..........................................6

2.2方案確定.......................................................7

2.3本章小結(jié).......................................................8

第3章切割系統(tǒng)的設(shè)計........................................9

3.1切割器主要參數(shù)分析.............................................9

3.1.1往復(fù)式切割器影響切割質(zhì)量的因素分析........................9

3.1.2技術(shù)參數(shù)的分析和評價....................................10

3.2凸輪軸的設(shè)計....................................................10

3.2.1凸輪軸的設(shè)計............................................10

3.2.2確定凸輪軸各段的直徑和長度.............................11

3.3切割裝置的設(shè)計..................................................11

3.3.1動刀的結(jié)構(gòu)..............................................11

3.3.2刀片間隙的調(diào)整...........................................12

3.3.3偏心輪的設(shè)計.............................................13

3.3.4切割裝置附件的設(shè)計......................................13

3.4本章小結(jié)........................................................14

第4章傳動系統(tǒng)的設(shè)計???????15

4.1傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計和傳動比確定…15

4.1.1傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計.........................................15

4.1.2傳動比確定...............................................15

4.2收割機功率需求分析和傳動效率....................................16

4.2.1收割機的功率分析........................................16

4.2.2收割機的傳動效率........................................17

4.3減速器的設(shè)計..................................................28

4.3.1錐齒輪的設(shè)計............................................28

4.3.2減速箱輸入軸的設(shè)計和校核................................22

4.3.3曲柄主軸的設(shè)計和校核....................................26

4.3.4箱體及附件的設(shè)計........................................30

4.4本章小結(jié)......................................................33

第5章輸送系統(tǒng)的設(shè)計.........................................34

5.1輸送帶速度計算.................................................34

5.2輸送系統(tǒng)參數(shù)確定...............................................35

5.2.1輸送系統(tǒng)中帶傳動的設(shè)計..................................35

5.2.2撥齒高度和間距..........................................37

5.2.3輸送帶高度...............................................37

5.2.4割臺前伸量...............................................37

5.3鏈傳動的設(shè)計...................................................37

5.4輸送主軸的設(shè)計和校核...........................................39

5.4.1輸送主軸的設(shè)計..........................................39

5.4.2確定輸送主軸各段的直徑和長度............................40

5.4.3軸的受力分析............................................40

5.4.4輸送主軸的強度校核......................................41

5.5本章小結(jié).......................................................41

結(jié)論.........................................................42

參考文獻.....................................................43

致謝.........................................................45

摘要

隨著農(nóng)村現(xiàn)代化進程的加快，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)正朝著多元化的方向發(fā)展。20多年來

畜牧業(yè)發(fā)展較快，與之相應(yīng)的牧草種植面積也不斷擴大。目前牧草種植均為中小型牧

場，田塊大小不一，高低不平，大型牧草收割機械難以在這些地區(qū)作業(yè)。而中小型牧

場資金有限，而且牧草在一個生長期內(nèi)多次收割，急需適合中小型牧場的收獲機械。

根據(jù)收獲對象對收割機的各種約束條件和設(shè)計原則，本論文確定了小型牧草收割

機的最佳總體方案和適宜的切割系統(tǒng)主軸轉(zhuǎn)速、切割速比、輸送速比等設(shè)計參數(shù)。該

機主要由切割系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)三部分組成，自帶動力（2.9kW水冷柴油機）

采用立式割臺、橫向輸送。小型牧草收割機機結(jié)構(gòu)緊湊，小巧靈活，轉(zhuǎn)移方便且操作

簡捷，整機通過性能好，適應(yīng)性強。

關(guān)鍵詞：牧草；收割機；機械設(shè)計；強度計算；雙動

ABSTRACT

Withthequickeningcourseofmodernizationinthecountry,theagricultureindustrial

structureisfacingtothemultiplexdirection.Thestockbreedinghavedevelopedquicklyfor

20years,correspondinglytheareaofthepasturegrasshaveincreasinglyexpanded.At

presentthepasturegrassisthemiddleorsmallscale,andthefieldblocksizeisdifferent,

anduneven.Thereforethelarge-scalepasturegrassharvestingmachineisdifficulttowork

intheselocalareas.Howeverthefundofthemiddleandsmallscalepastureislimited,the

pasturegrasshavebeenharvestedmanytimesinonevegetalperiod.Sotheharvest

machineswhichsuitthemiddleandsmallscalepastureisneededurgently.

Accordingtoresemblingdesignprincipleandvariousrestraintconditionsforreaper,

theoptimaloverallschemeofreaperworkingonhillsideandsomesuitabledesign

parameterssuchasrotationalspeedofmainshaftincuttingsystem,cuttingspeedindex,

conveyingspeedindexhavebeendetermined.Thereaperismainlycomposedofcutting,

conveyingandTransmissionsystem.Thismachinewithself-drivenpower(the

water-coolingdieselengineof2.9kw)wasadoptedtoverticalheader,horizontalconveying.

Keywords:Herbage;Reaper;MachineDesign;StrengthEvaluation;Double-Propelled

第1章緒論

1.1研究目的與意義

我們國家改革開放以來，人民生活水平顯著提高，生活的質(zhì)量也得到了明顯的改

善，這都歸功于經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展。經(jīng)濟建設(shè)的不斷加快促進農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化機構(gòu)調(diào)整，畜

牧業(yè)隨之突顯為主體，在農(nóng)業(yè)經(jīng)濟中所占的比重越來越大。我國的牧草資源豐富，是

巨大的天然寶藏，據(jù)相關(guān)統(tǒng)計我國共有各類天然草二十多種，有33億畝草原，10億

畝草山坡地，占國土面積的41.7%,居世界第二位，同時我國的秸稈資源也是非常豐

富的，可以生產(chǎn)大量的飼草。飼草作為發(fā)展畜牧業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)，成為畜牧業(yè)發(fā)展規(guī)模

和速度的決定因素U⑵。

隨著農(nóng)村現(xiàn)代化進程的加快，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)正朝著多元化的方向發(fā)展。南方農(nóng)村

地處山丘陵區(qū)，具有適合奶牛、羊、鵝等畜禽養(yǎng)殖的良好條件，20多年來畜牧業(yè)發(fā)展

較快，與之相應(yīng)的牧草種植面積也不斷擴大。目前牧草種植均為幾公頃至幾十公頃的

中小型牧場，田塊大小不一，高低不平，大型牧草收割機械難以在這些地區(qū)作業(yè)，這

些地理位置對牧草收割機械要求的條件比較高。而大多數(shù)中小型牧場運作資金有限，

不可能花巨資購置成套的牧草收獲機具，而且成套的牧草收割機獲機械不夠靈活，運

作大型成套的牧草收割機械的費用比較高?，F(xiàn)在種植牧草的品種主要為黑麥草、紫花

苜蓿，這些品種韌性大，強度高，人工用鐮刀收割時刀口在很短時間就鈍了，農(nóng)戶常

將磨刀磚帶到田頭，經(jīng)常磨刀，工作效率低下。人員工資高，造成作業(yè)成本高，而且

牧草在一個生長期內(nèi)多次收割，急需適合中小型牧場的收獲機械。所以我們應(yīng)該盡

快找到一個合適的方法目的在于盡快解決牧草收割的難點⑶。

牧草收獲機械化技術(shù)在北美以及歐洲地區(qū)己經(jīng)有非常成熟的經(jīng)驗，牧草收獲機械

的種類也非常多，而我國的牧草收獲機械化目前仍處于起步階段，牧草收獲機械特別

是苜蓿的收獲機械主要是由國外進口。無論是對進口機械還是國產(chǎn)機械，國內(nèi)用戶在

購買時都應(yīng)該慎重，仔細分析每種機器的特點、性能以及適應(yīng)性，這樣才能更好地使

其發(fā)揮最大的作用，為我國牧草產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供強大的裝備支持⑷。

由于我國畜牧機械業(yè)起步比較晚，在生產(chǎn)工藝、機械設(shè)計、加工設(shè)備和自動化控

制水平等諸多方面與發(fā)達國家存在著一定的差距。主要的原因是我國的牧草收割機的

品種不齊全，牧草收割的質(zhì)量不能夠達標(biāo)，這樣就會影響牧草的再生長，研究牧草收

割技術(shù)的人員少，標(biāo)準不統(tǒng)一，再者農(nóng)牧民的購買欲望不夠強烈，嚴重影響了牧草收

割機的快速發(fā)展。發(fā)達國家在草原畜牧業(yè)各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)大都已機械化⑸。

我國的牧草收割技術(shù)設(shè)備與發(fā)達國家相比有很大的差距，而且大多為仿造產(chǎn)品，

品種不全，主要的工作零部件機構(gòu)參數(shù)選擇不當(dāng)，生產(chǎn)技術(shù)不成熟，設(shè)備質(zhì)量欠佳，

遠遠不能滿足日益擴大的國內(nèi)草產(chǎn)品生產(chǎn)加工設(shè)備市場的需要。提高國產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量，

開發(fā)新結(jié)構(gòu)，無疑會畜牧業(yè)發(fā)展起到革命性的作用。雖然市場上國外產(chǎn)品質(zhì)量較好，

但價格太高，不太適合國內(nèi)市場的消費水平，所以開發(fā)性能良好、自動化程度高、外

形輕巧美觀，而且價格適中的國產(chǎn)收割機將是我國牧草收割設(shè)備的關(guān)鍵機械之一，對

促進飼草產(chǎn)業(yè)化繼承會起到舉足輕重的作用向。

目前，我國牧草的種植收獲主要依靠人工完成，勞動強度大，功效低，有時得不

到及時收獲，難以適應(yīng)規(guī)?；?、商品化及市場發(fā)展的要求。小型牧草收割機普遍得到

牧草專業(yè)戶的歡迎，能減輕牧草收獲時繁重的體力勞動，同時減少工人割草的時候都

牧草的踐踏，還有工人用手工割草時對草根的傷害，使牧草生長的更旺盛，用牧草收

割機割的草長度一致，便于捆扎和運輸，給剩下的環(huán)節(jié)帶來了很大的方便。隨著牧草

產(chǎn)業(yè)的迅速崛起，給牧草機械化發(fā)展帶來了新的機遇，小型牧草收割機市場需求空間

很大，前景廣闊【久

1.2國內(nèi)外發(fā)展歷史及現(xiàn)狀

1.2.1國外牧草收割機的生產(chǎn)研究概況

國外研制和生產(chǎn)牧草收獲機械起步早，發(fā)展較快。尤其是美、德、法、意、日等

發(fā)達國家在該領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。

1805年英國工程師托馬斯?普拉克內(nèi)特獲得了第一臺割草機的發(fā)明專利，那是一臺

裝有環(huán)形刀身的笨重機器，而且運轉(zhuǎn)不很理想。在1830年由埃溫?馬丁制造的割草機

類似于今天使用的手扶滾筒割草機。早期應(yīng)用普遍的是往復(fù)式割草機，為了提高機具

的生產(chǎn)率，盡量加大割幅以及提高機具的前進速度。到了20世紀70年代各國開始研

制使用旋轉(zhuǎn)式割草機，利用高速旋轉(zhuǎn)的割刀對植株進行無支撐切割的工具，具有結(jié)構(gòu)

簡單，維護保養(yǎng)時間少，不需要磨刀、換刀等優(yōu)點。

美國約翰?迪爾公司和紐荷蘭公司目前是世界上最大的牧草機械制造商，美國約

翰?迪爾公司牧草機械有13個品種49個機型；紐荷蘭公司現(xiàn)生產(chǎn)12個品種25個

機型⑶。具有領(lǐng)先地位的產(chǎn)品有牽引式往復(fù)割草壓扁機、自走式割草壓扁機，如

NEWHOLLAND471,488、499、1465型等，其結(jié)構(gòu)特點：配有護刃器和短齒護刃器，

根據(jù)牧草作物生長情況選用，不發(fā)生堵塞現(xiàn)象；能手動或液壓調(diào)節(jié)切割器護刃器傾角，

適用于多石塊、坡地的田間作業(yè)；可靠的齒輪箱驅(qū)動壓扁輯，不需要調(diào)整任何鏈條等

優(yōu)點［3英國的Hesston往復(fù)式割草機，如1275型，具有國際領(lǐng)先水平。傳動系統(tǒng)

通過變速箱及主傳動軸將動力送到割草機輾壓輪，再經(jīng)過二級變速箱通過皮帶傳到割

刀；采用時間控制，雙動割刀，割刀速度為1800行程/分鐘，兩邊各有一個平衡飛

輪，以減少振動及幫助割刀切割；其加強型剛性刀桿提供長久維護，護刃器經(jīng)二次熱

處理，使其具有可靠的耐磨性；采用可調(diào)浮動彈簧，使割刀能完全自由浮動；方便的

護刃角調(diào)節(jié)，可適合不同地勢及作物狀況等⑸。世界著名牧草機械制造商約翰?迪爾

JohnDeer和凱斯CAS廠商不斷研制開發(fā)新型多功能聯(lián)合收獲機械，如CASE

CombineHarvesters15,整機性能優(yōu)異，可收獲40多種農(nóng)作物及牧草,操作方便,

可靠耐用，可以毫不費力的應(yīng)付潮濕倒伏密集的牧草及坡地上的作物⑹。因此，國外

牧草收獲機械研究開發(fā)從整機性能上已日益完善。

近年來，歐美等天然草場面積較大的發(fā)達國家的收割設(shè)備更成熟，結(jié)構(gòu)參數(shù)更合

理，更可靠，生產(chǎn)率也很高。國際著名的農(nóng)機生產(chǎn)商如美國紐荷蘭、約翰迪爾、凱斯

公司，英國福格森公司，韓國成元公司，德國威格公司和前進公司的收割機都已系列

產(chǎn)生，這些設(shè)備無論在機械結(jié)構(gòu)、動力配套、液壓系統(tǒng)還是控制系統(tǒng)設(shè)計方面都處理

得很成功，一些新的設(shè)計理論、最新科研成果的應(yīng)用在這些機械上都有體現(xiàn)。在一些

發(fā)達國家，如美國牧草收割機已全部實行機械化，有牽引發(fā)展成自走式，已發(fā)明出機

器人式割草機，牧草業(yè)已成為國民經(jīng)濟一大產(chǎn)業(yè)網(wǎng)。

但由于國外的收獲機械以大型為主，其機具轉(zhuǎn)彎半徑大，需要地頭長，組織水平

要求高，價格昂貴，因此考慮種植方式，作業(yè)地塊條件及農(nóng)牧民經(jīng)濟發(fā)展水平等多種

因素，國外牧草收獲機械在我省推廣應(yīng)用存在很大的局限性。

1.2.2國內(nèi)牧草收割機的生產(chǎn)研究概況

我國牧草機械產(chǎn)業(yè)化起步晚。與許多的發(fā)達國家相比有很大的差距。在50年代

末海拉爾機械廠生產(chǎn)出了新型的畜力割草機，同時還生產(chǎn)了引爆單刀割草機。60年代

內(nèi)蒙古畜牧機械研究所進行了后懸掛雙刀高速割草機的研究，雙動刀高速割草機接近

當(dāng)時國外同類產(chǎn)品先進水平，由于某種原因約十年的時間停止了這方面的研究工作。

70年代內(nèi)蒙古和新疆分別研制成單圓盤，雙圓盤和四圓盤旋轉(zhuǎn)式割草機，這些割草機

適合于高密度的人工種植和天然草場收割，具有割茬低等。我國在85年又研制出了

六盤全齒式旋轉(zhuǎn)割草機。20世紀80年代中期以來，我國對草地畜牧業(yè)投入嚴重不

足，相對支持力度減緩甚至下降，使得許多牧草機械制造企業(yè)紛紛轉(zhuǎn)產(chǎn)或停產(chǎn)，再加

上我國與歐美等發(fā)達國家存在著技術(shù)差距和制造手段、工藝等方面的差距，使得我國

與國外同類產(chǎn)品的制造能力和水平的距離進一步拉大，其產(chǎn)品類型只有圓盤式旋轉(zhuǎn)割

草機、后懸掛往復(fù)割草機、機引單刀割草機、指盤式摟草機、圓捆、方捆打捆機等，

目前，人們多熱衷于討論種植牧草的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，但對于如何實現(xiàn)上述效益，

討論研究較少。由于嚴重缺乏適合農(nóng)牧民的牧草收獲機械，造成農(nóng)牧民種草豐產(chǎn)不豐

收，或豐產(chǎn)欠收。盡管我國牧草收獲機械，在引進、消化的基礎(chǔ)上也初步形成了散草、

方捆、圓捆、壓垛、二次加壓打包作業(yè)工藝系統(tǒng)，但每種作業(yè)機械多數(shù)為單一機型，

各作業(yè)工序間機具與動力配套性差，特別是我國農(nóng)村實行草畜雙承包到戶生產(chǎn)責(zé)任制

以后，地塊變小，用戶不能根據(jù)自己的經(jīng)營規(guī)模選擇合適的機具，機具使用效益不高，

造成供需脫節(jié)。目前，我國生產(chǎn)的牧草收獲機械的主要企業(yè)有3家（海拉爾牧業(yè)機

械總廠、寶昌牧業(yè)機械廠和新疆畜牧機械廠）。海拉爾牧業(yè)機械總廠是全國牧草收獲

機械的最大生產(chǎn)廠家。該廠生產(chǎn)的天然草場和低產(chǎn)人工草場的割、摟產(chǎn)品，技術(shù)上比

較成熟，且市場占有率高、量大而面廣，但它在種植高產(chǎn)牧草的收割方面競爭力較小。

目前甘肅酒泉地區(qū)農(nóng)機推廣站研制成功新式的二圓盤旋轉(zhuǎn)牧草收割機，正式通過

技術(shù)鑒定，準予批量生產(chǎn)，可收割各類高密度的人工種植和天然牧草。

在2002年上海向明公司也自行研制出了圓盤后掛式割草機，它是利用拖拉機輸出

的動力和行走裝置進行收割牧草作業(yè)?，F(xiàn)在我們研究的方向是趨向方便和省時省力

U3］。

總體來講我國牧草收獲機械化水平還是很低，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，品種單一，且草

地單位面積擁有整套割、摟、裝、運設(shè)備數(shù)量與美國相比差距懸殊。

1.2.3國內(nèi)外牧草收割機械切割部件發(fā)展概況

切割部件是牧草收獲機械的最主要的部件，國內(nèi)外牧草收獲機械按其切割部件的

結(jié)構(gòu)分為往復(fù)式和圓盤式割草機；按其行走動力分為牽引式、半懸掛式、懸掛式、自

走式割草機;按照割草幅寬可為窄幅和寬幅式割草機。

1、往復(fù)式切割器割草機研究發(fā)展概況

往復(fù)式割草機具有最悠久的歷史。它適于收割天然牧草和種植牧草，具有割茬低

而整齊，牧草損失少，便于調(diào)整使用等優(yōu)點，其發(fā)展過程是從畜力到機引；從牽引到

懸掛。其發(fā)展趨勢是提高生產(chǎn)效率，一是提高前進速度，二是增加割幅。加大割幅將

增加金屬消耗量，因此以提高前進速度更為有利。但為保證切割質(zhì)量，必須同時提高

切割器切割速度。由于切割速度提高，引起割刀往復(fù)慣性力大為增加，會造成機器震

動和機件損壞，切割高產(chǎn)或濕潤牧草常產(chǎn)生堵刀現(xiàn)象。這種割草機雖有這些缺點，但

目前仍作為一種標(biāo)準機型被國內(nèi)外廣泛使用和大量生產(chǎn)，并且在不斷完善和改進。

2、回轉(zhuǎn)式割草機研究發(fā)展概況

近年來，西歐由于種植牧草面積大量增加，并使用大量含氮肥料使牧草高大，茂

密而趨于倒伏。因此，回轉(zhuǎn)式割草機得到迅速發(fā)展，它屬無支承切割。切割器刀片安

裝在刀盤上，并隨刀盤一起回轉(zhuǎn)進行割草，其前進速度高，有較高的生產(chǎn)率，不產(chǎn)生

堵塞現(xiàn)象，更換刀片簡易，保養(yǎng)方便。但回轉(zhuǎn)式割草機功率消耗較大，為10~6馬力

/米。（普通往復(fù)式割草機為1?2馬力/米，雙動刀割草機為4?8馬力/米）工作幅重

割區(qū)大，割茬不齊，碎草多，且對地面的平坦程度要求較高。在牧草剛度小時易使割

茬高度增加，因此較適于高產(chǎn)硬桿牧草，在西歐比較盛行。

第2章整體方案的確定

2.1收割機類型的選擇

2.1.1按切割裝置分類

割草機按其切割裝置來分可分為刀片往復(fù)運動和回轉(zhuǎn)運動兩類。根據(jù)相關(guān)的資料

介紹其兩類割草機在收割時所需的動力不一樣，往復(fù)運動的割草機所需的動力較小，

所以往復(fù)運動的割草機就成為了主流。如圖2.1所示是兩種割草機在收割時，所需動

力的對比網(wǎng)。

福

旋轉(zhuǎn)式割草機

往復(fù)式割草機

102030405060

生草重

圖2.1旋轉(zhuǎn)式和往復(fù)式割草機所需動力的比較

所以本設(shè)計選用的割草機是往復(fù)式割草機。

2.1.2往復(fù)式割草機的分類

往復(fù)式割草機主要分為以下幾類：

（1）手扶拖拉機配套；又分為前懸掛式和牽引式。

（2）乘座式拖拉機配套；又分為前懸掛式和牽引式。

（3）連桿式割草機；采用曲柄輪和連桿驅(qū)動的形式。

（4）無連桿式割草機；又稱作平衡驅(qū)動割草機，通過動刀的往復(fù)運動，在此過程

中所產(chǎn)生的不平衡又重錘吸收。

以上的割草機都是固定式定刀，只有一個動刀，單動刀的運動頻率低，容易卡滯

堵塞，難以適應(yīng)柔性莖桿牧草的切割，而且工作時平衡能力差。雙動刀割草機是兩組

刀片相反反向切割。因此驅(qū)動裝置和刀片支撐裝置的構(gòu)造比較復(fù)雜，但驅(qū)動時動態(tài)平

衡較優(yōu)越，刀片的往復(fù)次數(shù)非常高，所以作業(yè)時相對比較快。結(jié)合當(dāng)前養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展

的特點，牧草機械的研制在機型上以小型為主，在研究內(nèi)容上，重點解決勞動強度大,

用工多的牧業(yè)生產(chǎn)作業(yè)，考慮部分牧場的規(guī)模等，所以本論文主要設(shè)計一種小型輕便

的雙動刀的往復(fù)式收割機械。

2.2方案確定

通過以上的分析和比較，選用雙動往復(fù)式收割機。牧草收割機主要有動力源、切

割系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)和行走系統(tǒng)組成。

收割機的動力由柴油機提供。選擇單缸兩沖程的柴油機，它的額定功率為2.9kW,

轉(zhuǎn)速為2600r/min,外形尺寸為166x196x208o

切割系統(tǒng)，選用雙刀片往復(fù)式。因為單刀片運動時，它的速度不能達到切割牧草

所需要的速度，雙刀片割草機的速度是單刀片割草機的兩倍。將回轉(zhuǎn)運動變?yōu)橥鶑?fù)運

動采用雙曲柄機構(gòu)。

傳動系統(tǒng)中動力由柴油機發(fā)動機皮帶輪輸出后，經(jīng)三角皮帶輪和一對錐齒輪兩級

減速，并改變傳動方向后傳遞給曲柄主軸，在經(jīng)過聯(lián)軸器將動力傳遞給凸輪軸，帶動

刀片進行切割，同時，切割器曲柄主軸經(jīng)一對小鏈輪將驅(qū)動力傳遞給輸送系統(tǒng)。減速

器中采用錐齒輪傳動。

輸送系統(tǒng)采用皮帶傳輸，傳輸帶上裝有撥齒，將牧草輸送到收割機的右側(cè)。

行走系統(tǒng)，目前行走系統(tǒng)采用人工推行，暫時不考慮機動行走，這樣也是為了從

經(jīng)濟方面考慮。行走輪的直徑為250mm。

小型牧草收割機要能適應(yīng)目前主要種植的黑麥草、紫花苜蓿和三葉草等品種。這

些品種在形狀、性能上差異較大，切割強度明顯不同，故對牧草切割裝置要求較高，

對刀刃型式、切割運動速度及相關(guān)參數(shù)都要有兼容收割能力。牧草機的動力機型要小

巧，工作可靠；操作上要簡單便利，整機輕便，價格低廉。根據(jù)以上原則，并結(jié)合牧

草收割的農(nóng)藝要求，本論文所設(shè)計的小型牧草收割機的主要技術(shù)參數(shù)：

配套動力：柴油機2.9kW；

割幅：1m；

割茬高度：45mm左右；

切割形式：雙動往復(fù)式；

適用作物高度：600mm左右；

刀片刃口：平面形；

刀齒間距：39mm；

刀片運動速率：＞1800次/min；

前進方式：手扶推行式；

操縱人數(shù)：1人；

工效：334m2/h左右。

2.3本章小結(jié)

這一章主要是確定小型牧草收割機總體的設(shè)計方案。確定割草機的類型為雙動往

復(fù)式收割機。其中的切割系統(tǒng)中采用雙動刀片；傳動系統(tǒng)中減速器采用錐齒輪傳動；

輸送系統(tǒng)采用帶傳動。這一章主要是設(shè)計小型牧草收割機的大體的方案，為以后的設(shè)

計做準備。

第3章切割系統(tǒng)的設(shè)計

3.1切割器主要參數(shù)的分析

切割器是各種收割機最主要的部件，其工作效率和作業(yè)質(zhì)量直接影響整機性能。

目前割草機上普遍采用往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式切割器。因回轉(zhuǎn)式切割器切割功率消耗大，對

地面的平坦程度要求較高，不適應(yīng)于山地、丘陵、梯田等地段，因此選用普通I往復(fù)

式切割器⑵。在工作時，柴油機輸出回轉(zhuǎn)動力，經(jīng)過輸入軸將動力傳輸給曲柄主軸，再

經(jīng)曲柄機構(gòu)變?yōu)橥鶑?fù)運動。

3.1.1往復(fù)式切割器影響切割質(zhì)量的因素分析

切割速度匕與進給速度匕之間的關(guān)系，用切割速比來描述。在動刀高度〃一定時,

重割區(qū)和空白區(qū)的大小與機器前進速度匕和曲柄轉(zhuǎn)速有密切的關(guān)系，其關(guān)系用切割進

程”表示。數(shù)學(xué)式為

H=Vm-t(3.1)

式中匕——機器前進速度(m/s)；

t——割刀運動一個行程時間。

因為往復(fù)切割器割刀運動一個行程，曲柄轉(zhuǎn)動180。，其時間為，

t=——(3.2)

n

將(3.2)代入(3.1)得

H=(3.3)

n

式中n---曲柄轉(zhuǎn)速(r/min)。

因牧草稠密多汁，切割阻力大，往復(fù)式割草機切割速度應(yīng)大于2.15m/s⑶。但切割

速度太大，慣性力增加，引起機器震動，因此選擇適宜切割速度是關(guān)鍵，曲柄主軸轉(zhuǎn)

速738r/min。曲柄旋轉(zhuǎn)一周，割刀完成兩個行程，則割刀平均速度匕為

匕,個"/s)(3.4)

738x38

1.87m/s

015x1000

式中r----曲柄半徑(mm)；

n----曲柄轉(zhuǎn)速(r/min)。

V

因為切割速比人上將（3.1）（3.3）代入整理得

匕

(3.5)

H

現(xiàn)有割草機H=（1.1-1.5）h代入（3.5）式得

2r

X(3.6)

(1.1-1.5)/2

h——動刀刃高度（mm）,標(biāo)準I型切割器動刀刃高度h為54,代入（3.6）得

2x38

九=0.94-1.28

(1.1~1.5)x54

為保證切割質(zhì)量，實際切割速比應(yīng)大于理論切割速比，理論進給速度匕取機器

穩(wěn)定行駛所允許的最高速度。

3.1.2技術(shù)參數(shù)的分析和評價

當(dāng)曲柄主軸轉(zhuǎn)速為738r/min,切割器平均速度匕,=1.87m/s,收割機平均作業(yè)速

度匕=0.99m/s,切割器選標(biāo)準I型，為保證切割質(zhì)量，應(yīng)選擇恰當(dāng)?shù)那懈钏俦?。切?/p>

速比一般大于1.02⑶，本機在平均工況下丸=%/%=1.87>1.02,故本機的設(shè)計是合理

的。

3.2凸輪軸的設(shè)計

切割時為實現(xiàn)從旋轉(zhuǎn)運動到雙刀的往復(fù)直線運動，必需有一個中間傳動機構(gòu)，該

機構(gòu)就是雙曲柄機構(gòu)，采用偏心輪式結(jié)構(gòu)，由兩偏心輪和凸輪軸組成。由于本文設(shè)計

的是雙刀割草機，驅(qū)動機構(gòu)的受力情況正好相反，相互抵消，所以凸輪軸平衡能力較

好，就不需要校核計算了。

3.2.1凸輪軸的設(shè)計

凸輪軸的動力是經(jīng)曲柄主軸通過聯(lián)軸器傳動動力，故該軸的輸入功率是2.45kW,

軸的材料選用40Cr調(diào)質(zhì)，4=112-97,[r]=35-55MPa,軸的轉(zhuǎn)速n=738r/min,則計

算軸的最小軸徑：

4-A)(3.7)

取4=100,［旬=40MPa貝！J：

4）*糕=14.92mm

由于軸上開鍵槽，考慮鍵槽對軸的強度削弱，應(yīng)增大軸徑，一般有一個鍵槽時，軸徑增

大3%左右,有兩個鍵槽時應(yīng)增大7%左右,然后圓整為標(biāo)準直徑，因此

c/>(l+7%)J0=15.37

將d圓整成16mm。

軸的結(jié)構(gòu)示意圖見圖3.1。

圖3.1凸輪軸的結(jié)構(gòu)示意圖

3.2.2確定凸輪軸的各段直徑和長度

由圖可知軸段上最小直徑在凹槽處，故④段的直徑即4=16mm,4=2mm。

軸段①是和曲柄主軸聯(lián)接的聯(lián)軸器，根據(jù)聯(lián)軸器中許用的直徑，取4=20mm,

I]=52mm。

軸段②是定位軸肩，取&=28mm,L2=43mmo

軸段③是安裝偏心輪，根據(jù)偏心輪的直徑和厚度可得%=20mm,=20mm0

軸段⑤上是圓螺母，故&=20mm,4=42mm。

3.3切割裝置的設(shè)計

3.3.1動刀的結(jié)構(gòu)

切割裝置主要是由一對往復(fù)運動的動刀和固定不動的支撐部分組成，動刀和刀桿

做成一體，刀桿和傳動機構(gòu)相連，用以將動力傳遞給動刀。固定支撐部分包括刀架，

間隙調(diào)節(jié)機構(gòu)等，工作時雙刀同時作往復(fù)直線運動，對雙刀間的牧草進行收割。

動刀是切割器的主要工作零件，采用光刃結(jié)構(gòu)，光刃切割省力，割荏整齊，但易

磨鈍，工作中需經(jīng)常磨刀，主要用于牧草收割。動刀片是一種易損件，為了保證具有

較好的耐磨性和一定的沖擊韌性，刀片一般用合金鋼制成，刃部需淬火。

動刀的工作與結(jié)構(gòu)如圖3.2所示。

1000

3.3.2刀片間隙的調(diào)整

主要是動刀之間的間隙調(diào)整，雙刀都開有導(dǎo)向槽，用螺栓與壓板和機架聯(lián)系起來,

間隙靠螺母6來調(diào)整，一般不超過0.5mm間隙。見圖3.3。

1、下動刀2、上動刀3、壓板4機架5、墊片6、螺母7、螺栓8、墊片

圖3.3刀片的間隙調(diào)整

3.3.3偏心輪的設(shè)計

偏心輪是該機器的最主要的一個部件，要想實現(xiàn)從旋轉(zhuǎn)運動到雙刀的往復(fù)直線運

動，必需有一個中間傳動機構(gòu)，該機構(gòu)就是雙曲柄機構(gòu)，采用偏心輪式的結(jié)構(gòu)。

偏心輪的工作和結(jié)構(gòu)如圖3.4所示。

圖3.4偏心輪

3.3.4切割裝置附件的設(shè)計

1、壓板（見圖3.5）

]000

--------------------------------------------------

圖3.5壓板

2、機架（見圖3.6）

圖3.6機架

3.4本章小結(jié)

本章主要是分析切割器的參數(shù)，通過原理分析，根據(jù)牧草收割機的工作情況計算

出機器前進的速度和割刀切割的速度，同時進行切割裝置的設(shè)計，切割裝置是牧草收

割機的主要組成部分，其性能影響整個牧草的收割質(zhì)量。切割裝置的設(shè)計包括刀片結(jié)

構(gòu)的設(shè)計、刀片間隙的調(diào)整、偏心輪的設(shè)計和相關(guān)附件的設(shè)計。

第4章傳動系統(tǒng)的設(shè)計

傳動系統(tǒng)將柴油機的動力分別傳送給切割器和輸送系統(tǒng)。

4.1傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計和傳動比的確定

4.1.1傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)牧草收割機切割系統(tǒng)和輸送系統(tǒng)的工作原理及結(jié)構(gòu)特點，該機的傳動系統(tǒng)見

圖4.1。

1、柴油機2、聯(lián)軸器3、動力輸入皮帶輪4、輸入軸大皮帶輪5、小錐齒輪6、大錐齒輪7、輸送

主動鏈輪8、輸送從動鏈輪9、偏心輪】0、輸送帶輪I、減速箱輸入軸II、曲柄主軸Ilk凸輪軸

VII、輸送主軸

圖4.1傳動系統(tǒng)簡圖

由圖4.1可知，動力由柴油機發(fā)動機皮帶輪輸出后經(jīng)皮帶輪3、4和一對錐齒輪5、

6兩級減速，并改變傳動方向后傳遞給曲柄主軸。曲柄主軸經(jīng)聯(lián)軸器將動力傳遞給凸

輪軸帶動刀桿及動刀做往復(fù)切割運動；同時，切割器曲柄主軸經(jīng)一對小鏈輪7、8將驅(qū)

動力傳遞給輸送系統(tǒng)。

4.1.2傳動比確定

1、曲軸主軸的轉(zhuǎn)速

往復(fù)式切割器割刀平均速度常為1.6?2.0m/s,由公式(4.1)得

15V15x(1.6?2)

n=―以=-——1=631.58-789.5r/min

r38x10-3

取曲柄主軸轉(zhuǎn)速殉=738r/mirio

2、確定傳動比

在標(biāo)定工作狀況，柴油機額定轉(zhuǎn)速nm=2600r/min,功率Pm=2.9kW,動力經(jīng)皮帶輪輸

出分兩路。一路經(jīng)二級減速后，直接傳遞給曲柄主軸(nn=738r/min)。因此切割系統(tǒng)

傳動比，?為：

i=/=^=^22=3.52(4.2)

nn738

式中z；——一級皮帶輪減速比；

i,——二級圓錐齒輪減速比。

各種傳動的傳動比⑷：平帶傳動比注5；錐齒輪傳動比注5；

鏈輪傳動比注6；

根據(jù)相似設(shè)計法和結(jié)構(gòu)空間位置，?。?1.5即：

式中小皮帶輪的直徑(mm)；

D2----大皮帶輪的直徑(mm)。

由式(4.2)得

1=152=235

2

zt1.5

即

z2=&=叢=2.35

4%

式中Z|二級減速主動小錐齒數(shù)；

二級減速從動大錐齒數(shù)。

輸送系統(tǒng)傳動是通過曲柄主軸中央的小鏈輪，經(jīng)同比傳動給輸送主軸,獲得動力

帶動輸送帶橫向輸送。

4.2收割機功率需求分析和傳動效率

4.2.1收割機的功率分析

收割機功率包括立式割臺往復(fù)切割器切割功率4和輸送功率P20即:

P=P\”2(4.3)

其中

P.=(kw)(4.4)

102

式中K.——機器前進速度(m/s)；

B——機器割幅(m)；

Lo——切割每平方米面積的莖稈所需的功率(N.m/m2)。

經(jīng)測定，割草4=200?300,所以

0.99x1x200

P\---------------=1.94

102

根據(jù)經(jīng)驗輸送系統(tǒng)功率需求為

P?=PbB(4.5)

式中P?——輸送系統(tǒng)單位割幅所需功率(kW/m),一般取0.22?0.25kW,則

6=0.22x1=0.22kW

(4.5)式中未考慮傳動效率和空轉(zhuǎn)所需的功率，故立式割臺往復(fù)收割機最低所需

總功率為：

6=1.94+0.22=2.16kW

4.2.2收割機的傳動效率

切割器的往復(fù)運動工作是由柴油機的皮帶輪輸出動力，經(jīng)皮帶輪、圓錐齒輪二級

減速見圖4.2。皮帶輪傳動效率取7=0.96,圓錐齒輪傳動效率％=0.97口“，則切

割系統(tǒng)總的傳動效率

〃總=7x%=0.96x0.97=0.93

柴油機

圖4.2切割系統(tǒng)傳動圖

(1)各軸的轉(zhuǎn)速

I軸〃[=%?=生”=1733r/min

Zj1.5

II軸nn=—=I、'_738r/min

i22.35

(2)各軸的功率

I軸.=.以=2.9x0.96=2.78kW

II軸昂=牛％=2.78x0.97=2.70kW

(3)各軸的扭矩

電機軸”=9550墟?=9550x2^=10.65N-m

°nm2600

p278

I軸7；=9550^-=9550x^—=15.32N-m

1733

p270

II軸Zi=9550，=9550x-=34.94N-m

"n?738

表4.1運動和動力參數(shù)

軸名

電動機軸I軸11軸

參數(shù)

轉(zhuǎn)速〃/(r/min)26001733738

功率P/(kW)2.92.782.70

扭矩77(N-m)10.6515.3234.94

傳動比i1.52.35

效率〃0.960.97

4.3減速器的設(shè)計

4.3.1錐齒輪的設(shè)計

為了實現(xiàn)切割系統(tǒng)總傳動比3.52:1,可進行二級減速，一級通過動力皮帶輪輸出

減速，第二級因要滿足回轉(zhuǎn)運動最終轉(zhuǎn)化為割刀往復(fù)運動，故設(shè)計二級減速為一對圓

錐齒輪。

1、選擇材料兩錐齒輪用40Cr,滲碳淬火齒面硬度58-62HRC。

2、選取精度等級表面因采用淬火處理，故初選7級精度。

3、因為是閉式硬齒面齒輪傳動，故初選小齒輪齒數(shù)4=18,則22=%=42。

4、閉式硬齒面齒輪傳動，采用齒根彎曲疲勞強度設(shè)計公式，齒面接觸疲勞強度校

核公式。

5、齒根彎曲疲勞設(shè)計，公式為：

4Kz

m>J,(4.6)

（1）齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩

p278

7；=95.5X105X-!-=95.5X105X^—=O.15xlO5N.m

1

nt1733

（2）取齒寬系數(shù)或=0.3,齒寬中點的平均分度圓直徑4.和平均模數(shù)也

4“=d（R—0.5人）/7?=（1-0.5。）4,故mm=（1-0.5^）/HO

（3）由齒輪的抗彎疲勞極限圖查得大、小齒輪的抗彎疲勞強度極限

0>啊=%而2=800MPa。

（4）由抗彎疲勞強度壽命系數(shù)圖查得抗彎疲勞壽命系數(shù)%=4=1.0o

（5）應(yīng)力循環(huán)次數(shù)

N=60njLh（4.7）

式中n---軸的轉(zhuǎn)速（々=1733r/min,n2-738r/min）；

j——齒輪每轉(zhuǎn)一周時齒面嚙合次數(shù)，取J=l;

L——齒輪工作壽命，取300小時。

則

N、=60x1733x1x300=3.12x1（）7

M=60x738x1x300=1.33x107

（6）計算抗彎疲勞許用應(yīng)力，錐齒輪彎曲疲勞強度安全系數(shù)=1.25。

%。孫ix8oo

cr=--------=-------=640MPa

L片r」1.25

%2-皿1x800A.nwD

L&」Sf1.25

（7）計算載荷系數(shù)K

K=KAK、.K.KF0（4.8）

式中KA——工作情況系數(shù)，由使用系數(shù)表查得七=1.75；

Kv——動力載荷系數(shù)。

因小圓錐節(jié)圓線速度

n/vD1733x3.14x40

v=----3.81m/s

60006000

故

vz3.18x42

=1.60

100100

由動載系數(shù)圖查得Ky=1.11；

K?——嚙合齒對間載荷分配系數(shù)，取1；

Kpp——齒輪傳動載荷分布不均勻系數(shù)，由齒向載荷分布不均系數(shù)

圖查得K==1.36。

即

K=（以及//尸=1.75x1.11xlx1.36=2.64

（8）查取齒形系數(shù)，由齒形系數(shù)及應(yīng)力修正系數(shù)查得4=2.97,丫5.=2.40。

（9）查取應(yīng)力校正系數(shù)，由齒形系數(shù)及應(yīng)力修正系數(shù)查得區(qū)廣1.53,%2=L67。

（10）計算大、小齒輪的沁并加以比較

%降_2.97x1.53

0.0071

MJ640

幾2%/2

小齒輪的數(shù)值大。

（11）設(shè)計計算

4x2.64x0.15xW5

x0.0071=1.844mm

2

182X0.3X(1-0.5X0.3)，2.35?+1

就近圓整為標(biāo)準值陽=2mm。

6、幾何尺寸計算

(1)計算分度圓直徑

4=z1m=18x2=36mm

d2=z2m=42x2=84mm

(2)錐角

4=arctan(4/z2)=23°20,

&=90。一4=66。40'

(3)根高(其中h(l*=1c*=0.25)

ha=h0*m=2mm

（4）齒根角

hf-（hu*+c*）m=1.25m=2.5mm

（5）頂圓直徑

dai=&+2hacos.-39.68mm

da2=d2+2hucosJ2=85.56mm

（6）齒根圓直徑

dn=&-2〃cos在=31.58mm

df2=d2-2hfcos32=82.12mm

（7）錐距R

R-m[z：+z]/2=45.96mm

（8）齒根角es

tandf=hJR=0.0525

故分=3.0052。

（9）分度圓齒厚

s=；r，"/2=3.14mm

7、齒輪強度校核

按齒面接觸疲勞強度校核

%二Z“Z§-GJ

(4.9)

（1-。.5勿）4u

式中ZR——節(jié)點區(qū)域系數(shù)，對于標(biāo)準直齒輪Z”=2.5；

Zg——彈性系數(shù)，由彈性系數(shù)表查得Z"=189.8屈嬴7；

[crH]——接觸疲勞許用應(yīng)力（MPa）；

[引==一(4.10)

式中為lim——齒輪材料的接觸疲勞極限（為皿=/Hm2=WOOMPa）；

ZN——接觸疲勞強度壽命系數(shù)，由接觸疲勞強度壽命系數(shù)圖查得

ZN1=ZN2=L1；

SH——接觸疲勞強度最小安全系數(shù)，取SH=1；

1S1540