旋刀式割草机的设计

旋刀式割草机的设计

目 录

1国内外旋刀式割草机的发展状况 ............................ 3

1.1割草机的分类 ................................................ 3

1.2割草机割草的基本要求及注意事项 .............................. 3 1.3研究的内容和方法 ............................................ 4 1.4预期目标 .................................................... 4 2 整机总体设计方案 .............................................. 4

2.1 设计原则 .................................................... 4 2.2 旋刀式割草机的设计方案 ...................................... 5 3 旋刀式割草机主要部件的设计与计算 ........................... 7

3.1割草机工作部分设计 .......................................... 8 3.2推杆的设计 ................................................. 11 3.3机架的设计 ................................................. 11 4 旋刀式割草机传动系统设计与计算 ............................. 15

4.1动力传递方案 ............................................... 15 4.2传动比的计算 ............................................... 15 5主要部件的强度分析 ........................................... 16

6总结 ............................................................ 17 致谢 .............................................................. 19 参考文献 ......................................................... 20

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摘 要

本次我设计的手推旋刀式割草机主要由框型连接成的行走轮、支架、和割草机构组成，行走轮的内圈设计有齿轮，割草机构由滚刀构成。滚刀的轴架放置于支架上，该轴的两端分别装有与行走轮的内圈齿轮相啮合形成行星轮系的小齿轮，滚刀刀片其刀刃为扭曲弧度形固定于刀架上，且在刀刃的前后设有切削角度，这样当割草机工作时，刀刃与草形成一定合适的角度，有力的提高了刀片与草之间的切削力，从而尽量的减小了滚刀片在切割草的同时撕拉草筋而损伤草根的程度，有效地提高了割草机的割草效率，对草坪的长远发展更有好处。本次设计的手推割草机适于家里庭院及私人花园等草地使用，不需要电力或柴油为动力，无噪音及杂物等污染，符合现代环保要求。人们在割草工作中，既可以锻炼身体又可以达到修整草坪的目的。 关键词：割草机；环保；割草

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Abstract

The design of hand push reel mower consists mainly of walking wheels, frame, handrail frame and cutting subassembly, walking wheels have the inner ring gears, cutting subassembly make up of the hob and fixed knife. The shaft of hob rests on the frame; at both ends of the shaft have the pinion gears that mesh with the inner ring gears. The fixed knife installs on the frame, the cutting edge of fixed knife is tangent to the ho ’s blade. Hob twisted blades fix on the tool carrier, and with the blade cutting angle on the front and rear. The bevel angles of cutting edge can enhance the cutting forces when mow the lawn, and increase work efficiency. The mower designed for home and private garden and small lawn use, without electricity or diesel-powered, no air and noise pollution, accord with the requirements of environmental protection. People walk through the grass for not only physical exercise but also realization of the purpose of trimming the lawn.

Keywords: reel mower；lawn；environmental protection

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1国内外旋刀式割草机的发展状况

1.1割草机的分类

按切割器类型可以分为旋刀式、往复式、滚刀式等。其中，应用最多的是旋刀式割草机、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，从而达到成本低的效果。它的工作速度一般为4~5km/h。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上部的叶片，它适于35~75mm范围内割草。由于其工作中低廉，维修方便，使用灵活，只要将刀磨得锋利，就能达到较为理想的割草效果。因而，市场上的草坪大都使用旋刀式割草机作业，从而使旋刀式割草机称为国内外最流行的割草机。

按配套动力和作业方式分可以分为：手推式、手扶自行式、和拖拉机悬挂式割草机。

按动力驱动方式主要分为人力驱动、电力驱动和发动机驱动三种形式。其中，以各种发动机驱动的割草机最多，发动机多使用单缸汽油机。

动力驱动的割草机按牵引方式或悬挂方式可分为前置的、侧置的、后置的、中置的割草机。当今，也存在着旋刀式手推随行式割草机，大部分采用中置式悬挂，而滚刀手推随行式割草机大多采用了前置的挂接，大型割草机则会采用混合牵引方式。 1.2割草机割草的基本要求及注意事项 1.2.1基本要求

（1）割草高度可根据实际要求来调整，适应的高度调整范围较大，当草坪要求修剪比较低能够达到要求。

（2）割草平整、整齐，同一个往返中割草高度要求一致，两次作业行程衔接较为平滑、没有接茬。

（3）对不同的地形适应能力较为强，行走能力强，随地形不同变化剪草高度较为一致。

（4）割草机对草坪碾压较为轻、伤害比较少。

（5）草屑等得收集要求干净，被切割细碎性能好，有利于洒落在草坪下及时的腐烂。

（6）割草机的整体质量较好，故障较少，节省有用燃料、效率较为高。 （7）方便于操作、灵活轻便、维修方便，零部件互换性和通用性较好。 （8）正确的掌握修剪草坪时间同时制定科学的修剪频率和修剪高度。

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1.2.2注意事项

（1）不可以将手推式割草机用于割攀藤植物、屋顶或阳台上的杂草，那样会有可能伤害到自己身体。

（2）每次在使用之前都必须仔细的进行检查，确认螺栓、螺母、工具等都没有磨损或破坏，对于磨损或破坏了的刀片应当及时的进行更换。

（3）检查一下要割草草坪表面，要及时清除干净石头等坚硬的物体，这些物品碰到刀片时有可能会飞甩出去而没办法控制。

（4）如果旁边有人，特别是儿童和妇女的时候，不应该使用这种割草机。 （5）割草时一定要穿防滑底靴子。

（6）旋转的刀片有可能会造成伤害，刀片转筒和操作人员之间的安全距离要通过导杆分隔开的，一定要保持这个安全距离。在斜坡上割草时尤其要注意这点，一定要科学的顺着斜坡的方向割草。

（7）当后退拉动割草机时要小心，有可能会有绊倒的危险。 （8）任何时候都不能将手或者脚放在运动的部件的上方或下方。

（9）如果刀具遇到障碍或者坚硬的物体时，一定要适当地全面检查割草机。 （10）只能在能见度较好，视野比较清晰的时候才能进行正常工作。 1.3研究的内容和方法

根据目前我国割草机的发展现状和存在问题和人们草坪割草机的高要求，对现在有的割草机进行不同程度地改进。在旋刀式割草机基础上，通过对它进行做减噪处理和刀片的强化处理，利用现代科学设计方法，设计出一款结构比较简单、操作狠方便、低噪音、高效率的旋刀式割草机。

在设计旋刀式草坪割草机整体结构，主要由汽油发动机、工作轴、传动轴、割草机机架、行走轮、旋刀刀片组成。

汽油发动机机为其提供动力，通过工作轴和传动轴为旋刀装置提供动力。旋刀装置主要部件为刀片。

讨论分析旋刀式割草机的基础参数，参考现有旋刀式割草机的基本参数，既要保证工作的要求，又要求尽量的减小噪音污染并提高刀片使用寿命。根据选用的有关参数，由经验的公式计算旋刀式割草机所要的功率，根据该功率选择合适的汽油发动机型号。

该课题的研究方法有：理论方面的设计、绘制模拟的样机并实现仿真模拟。既要保证割草机的使用方面的要求，又要求减小噪音污染，并提高刀片的有效使用寿命。 1.4预期目标

（1）整机结构比较简单，维护很方便，质量较轻，尺寸较小，机动性较好。

（2）汽油发动机为工作动力源，人作为行走动力，造价低、可靠性高、使用简便，具有节省能源，降低污染的特点。

（3）适于一般草坪维护，成本低廉，有利于大规模推广应用。

2 整机总体设计方案

2.1设计原则

总体设计的一个旋转刀式割草机设计遵循的原则

(1)第一个满足农艺要求和适应情节草坪区、良好的指导和操作的灵活性。

(2)吸收的设施农业机械在国内外新技术,采用新原理、新结构和新工艺,设计合理,使用可靠,优质、廉价、可广泛推广。

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(3)高度的零部件的通用化和标准化。

(4)机器结构简单、成本低、操作简单、维修方便,轻质量,良好的流动性。 2.2 旋刀式割草机的设计方案

图2-1旋刀式割草机实物图

图2-2旋刀式割草机简图

1.工业脚轮 2.工业脚轮架 3.下机架 4.上机架

5.发动机6.推杆7.工业走轮架 8.工业走轮9.工作轴 10.刀片

如图2 - 2所示,旋转刀式割草机工业脚轮,在框架下,引擎框架,推杆,工作轴,工业轮子和刀片,等。汽油发动机功率,输出轴通过花键和配备刀片轴相连,驱动旋转刀工作,使其实现割草,发动机油门控制旋钮,旋转旋钮控制发动机转速和停止,从而实现控制工作速度,实现旋转刀的控制工作。

手推割草机的权力是来自行走轮驱动,推力驱动的人。指“人机工程手册》,人们步行速度约为3 ~ 5公里/小时,48 ~ 64米/分钟,即考虑削减推割草机,选择人步行速度48米/分钟,0.8米/秒。

综合以上因素,推杆的大小机械设计支持,并根据不同性别和年龄将推杆可以调整高度和角度的设计。站在大小的工作操作,以及人体需要活动空间。

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由《人机工程手册》查得，人体身高尺寸（成年男性）多在170 cm左右。因此，推杆距地面的高度取为1000毫米,且可在840~1300毫米之间调节，符合人体作业适应度。

设计原则:工作场所的高度取决于力量,运营商的高度的操作对象的大小,以及视野。 精密加工,使用肘部的支持。(设计大小男人:105 ~ 115 mm的女性:100 ~ 100毫米) B:副固定在工作台高度:113毫米

C:轻体力劳动。(男:95 ~ 100毫米女人:90 ~ 90毫米) D:辛勤工作。(男:80 ~ 95毫米女人:75 ~ 75毫米) 这个设计属于D范围内的设计。

因为一只手推式割草机,力量来自人步行和推力。应考虑的因素、结构尺寸和行走轮直径不宜太大。旋转刀片速度需求71 ~ 97米/秒,速度范围可以选择旋转到一个合理水平的噪音,并能正常工作。

如果车轮直径太大,会使机器底盘,影响整个机器的协调,如果车轮直径太小,很难,不能满足设计要求,以满足人们的推力约为200 N可以推割草机。 初步选择外轮D = 80毫米直径,

由理查德·人机工程手册,人体身高大小在170厘米(男性)。因此,把离地面高度为100厘米,100 ~ 100厘米之间,可以调整,符合人体健康。 能耗计算

割草的功耗割草机的设计功耗,电源提供的,不包括在计算。旋转刀剪草坪割草机上平地消耗功率的计算公式, 式——机速度(米/秒); B -机械切削副(m);

——伐区的茎每平方米需要功率,通常需要= 200 ~ 300。 所需的割草机权力。 选择1.5马力的发动机。

通过上述分析的割草机的各种参数: 割草机的总体宽度:495毫米; 割草机切割长度:400毫米; 割草高度:25 ~ 50 mm; 旋转叶片宽度:B = 58毫米; 螺旋刀厚度:l = 3毫米; 底盘高度从地面:h = 350毫米; 发动机转速:n = 3600 r / min;

螺旋刀的速度:n = 3600 r / min = 75.4米/秒; 螺旋刀片速度:v = 71 ~ 71米/秒; 切削速度之间71 ~ 97毫秒,适当;

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人们继续推动15 ~ 20公斤,F = 200 n; P =阵线= 200 * 0.8 = 0.16; 设置草地类型:原位。

本田GX35汽油发动机,它的主要技术参数如表2 - 1所示:

3 旋刀式割草机主要部件的设计与计算

3.1割草机工作部分设计

图3-1刀组结构图

表2-1 本田GX35汽油机技术参数

项目 汽油机型号 汽油机型式 气缸直径（mm） 活塞直径（mm） 排量（mL） 标定转速(r/min) 最大功率（ps）

技术参数 GX35 单缸、四冲程 39.0 30.0 31 3600 4

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旋转方向 化油器型式 点火系统 火花塞编号 起动方式

外形尺寸（长×宽×高）（mm） 调速器型式 燃油箱容量（L） 净重（kg）

逆时针方向（面向输出轴） 膜片式

晶体化，无触点 GMR5H(NGK) 手拉反冲起动 198×234×240 离心重锤式 1 3.4

如图3 - 1所示:旋转刀螺纹圆柱销定位螺母固定在工作轴,通过花键轴与发动机输出轴,轴上的轴向定位打开11毫米深孔和两个螺纹圆柱销的位置。工作部件组成一组这样的机构,旋转刀可以随时改变。

图3-1旋刀

图3-2旋刀结构图

旋转叶片结构图如图3 - 2所示,材料是65 mn钢等温淬火后的硬度42 ~ 50,。 3.1.2传动轴的设计

材料是40 MNB合金结构钢、调质处理、硬度的,28日 内部花键轴端,结构如图3 - 3所示。

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图3-3传动轴图

（1）轴径的初步计算

P9550000Tn≤根据轴的扭转强度条件 τT= [?T],式中： ≈30.2dWTτT——扭转相应切力，MPa； T——轴所受的扭矩，N?mm； WT——轴的抗扭截面系数，mm3； n——轴的转速，r/min； P——轴传递的功率，kW；

d——计算截面处轴的直径，mm。

已知τT=40MPa,A0=110。其中A0?得d= 339550000，

0.2[?T]9550000P95500003PP?3?A03，

0.2[?T]n0.2[?T]nnPn(1β)4 A03对于空心轴，d`≥，式中β为空心轴的内径与外径之比，通常取

β=0.5~0.6。

已知P =1.25，n=3600 r/min，轴的材料选用 40MnB，τT=40MPa,A0=110 。

A03将其代入式中，得实心轴轴径d≥P1.25=110×3=7.73mm； n3600空心轴轴径d`≥ A03Pn(1β4)=110×31.25=7.90mm。

3600×(10.54)故输出轴的实心部分最小轴径要大于7.73mm，空心部分最小轴径要大于7.90mm， （2） 轴的结构设计

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