1、 无动力手推式割草机设计专 业：机械制造及自动化学 生：张磊指 导 教 师：程畅完 成 日 期：2011/4/26目 录摘要4abstract5第一章 绪论61/1选题的背景和目的61/2 无动力手推式割草机国内外的发展现状61/3 割草机的概述81/3/1割草机的分类81/3/2 手推式割草机的结构特点101/3/3 如何安全操作草坪割草机11第二章 割草机总体方案的设计12第三章 割草机零部件的设计153/1 割草机行走轮的设计153/1/1材料选择的依据173/2 凸轮的设计173/2/1 凸轮材料的选择173/3切割器的选择183/3/1 切割器材料的选择203/4轴的设计233/4/
2、1轴的概述233/4/2 轴的设计233/4/3 轴的材料选择233/5轴承的选择243/5/1轴承的载荷243/5/2 球轴承的特点243/5/3 轴承的转速243/6 键的选择253/7 平行四杆机构的设计263/8三脚架机构的设计26总结27致谢28参考文献29摘 要发展草坪和地被植物是维护生态平衡、保护环境卫生、美化城市面貌、减少大气污染、防止水土流失的有效措施之一，特别是针对我国北方的沙尘暴天气。而维持草坪的美观与整齐就要对其进行定期修剪。修剪的过程要靠剪草机来完成。割草机按切割器类型可以分为旋刀式、往复式、滚刀式、***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。按配套
3、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3种形式割草机。本次设计的手推式剪草机的主要由操纵机构、行走机构、切割器、护罩等几大部分组成。关键词： 操纵机构、行走机构、切割器、护罩abstractto develop lawn is one of the effective measures that can maintain ecological balance/ protect environmental sanitation and beauty urban appearance/ to m
4、aintain lawn beauty and neatly/ we must cut the grass in certain time/ the glass-cutting machine will realize the course pruned/according to the cutter types can be divided into the lawn mower spin knife type/ reciprocating/ hob type/ shengshi jilt knife type/ rejection/ among them/ the application
5、is the largest hob type lawn mower and reciprocating lawn mower/ by supporting power and practices can be divided into/ for hand portion push type/ escalators/ accompanying type/ walking self-traveling/ mount type and tractor suspension lawn mower/ according to the driving way are mainly divided int
6、o people work drive/ the engine drive and electric drive three forms a lawn mower/ this design hand push type lawnmowers manipulated mechanism/ mainly by the mobile mechanism/ cutter/ shield and several other major components/ keywords/ operation/ walking institutions/ cutter/ shield 第一章/绪论1/1 选题的背景
7、和目的在剪草机问世之前，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剪草机，1902年英国人伦敦恩斯制造了内燃机做动力的滚筒式剪草机，其原理至今还在使用。在西方发达国家，20世纪初期，剪草机就得到了快速的发展。我国目前生产的剪草机以***类型可分为滚刀式和旋刀式两
8、大类。滚刀式剪草机由带有刀片的滚筒和和不动的***刀组成。它较旋刀式剪草机有更好的修剪质量，是高质量草坪最常用的剪草机型。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剪草机。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
9、，而柴油机多用于大型的剪草机械，如牧场的割草机。1/2 无动力手推式割草机国内外的发展状况据调查，国内生产剪草机的厂家大约有50家左右。多数为园艺系统的公司以及转产剪草机的机械厂。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***泛亚园林机械有限公司，生产立特牌-neat草坪剪草机，占国内市场的50%，现年产5000台。目前正着手进行年产5万台剪草机的技术改造，其动力选用日本本田发动机。南通机***厂为转产生产剪草机的厂家。其产品为地草王系列产品；56厘米自走式草坪剪草机（4/5千瓦），8
10、4厘米随进式剪草机（7/8千瓦），84厘米电启动式剪草机（7/8千瓦），122厘米坐骑式剪草机（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。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，目前市场上进口的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
11、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，监测快捷，安全性高。（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
12、，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比国外同类机型相差一半。产品品种不全，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
13、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 割草机的概述1/3/1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、***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。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3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。动力驱动的剪草机按牵引方式或悬挂方式可分为前
14、置式、侧置式、后置式、中置式剪草机。目前，也有旋刀式手推随行式割草机，大部分采用中置悬挂，而滚刀手推随行式剪草机多采用前置式挂接，大型的剪草机则采用混合牵引方式。修剪是草坪养护基本的工作之一。选择合适的草坪修剪机是保证草坪修剪质量的前提，选择草坪修剪机的类型要根据草坪的功能而定，高尔夫球场的果岭、发球台选用果岭机及发球台草坪修剪机；球道及运动场草坪，如足球场、橄榄球场等，最佳选择滚刀式草坪修剪车，也可以选用旋刀式草坪修剪车；普通绿地，景观草坪等，选用旋刀式草坪修剪机；高尔夫球场斜坡选用悬浮式草坪修剪机；林间草坪或障碍物较多的草坪可选用割灌割草机。往复式割草机在19世纪50年代用于生产，起初由畜
15、力牵引，由地轮驱动割刀。20世纪后发展由拖拉机牵引的割草机，30年代出现拖拉机悬挂往复式割草机。依靠切割器上动刀和定刀的相对剪切运动切割牧草，其特点是割茬整齐，所需功率较小，但对牧草的适应性差，易堵塞，适用于平坦天然草场和人工草场作业。70年代中期开始生产并使用旋转式割草机。依靠高速旋转刀盘上的刀片冲击切割牧草。其特点是工作平稳，对牧草的适应性强，适用于高产草场；但切割不够整齐，重割较多，所需功率较大。对于往复式割草机因为割草稠密汁多，割草机切割器的切割速度应该高于谷物收割机。对于往复式割草机，割刀的平均速度应为1/62/0m/s或者更高/最低的切割速度应大于2/15m/s。旋转式割草机的切割
16、速度为6090m/s。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，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。大多数割草机采用标准型切割器gb1209121386。护刀器为单体式，其尖部上翘，刀片向下倾斜6度30分，与护刀器梁装成一体，采用沉头螺栓安装。动刀片有齿刃（下刻齿）和光
17、刃两种，定刀片为齿刃。动刀片为光刃时割茬整齐，功率消耗少，但需经常磨刃。动刀片为齿刃时，制造较复杂，功率消耗大，但不需要磨刃。标准型切割器的割刀行程与护刀器节距相等，即s = t = t=76/2mm由于草坪生长稠密，含水量较大，要求的割茬较低，采用的切割速度大，而进距较小，一般割刀为1/6m/s以上，进距为5974mm。综上所述，本设计选用的是往复式i型切割器。不论是哪一种类型的剪草机对草坪修剪的基本要求是一样的：1/剪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/剪草整齐、平整，同一行程前后剪草高度一致，两次作业行程衔接平滑、无接茬。3/对地形的适应能力强，仿
18、行能力强，随地形变化前后剪草高度一致。4/剪草机对草坪碾压轻、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/剪草机质量好，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。1/3/2手推式割草机的结构特点本次设计的手推式剪草机的主要由操纵机构、行走机构、切割器、护罩等几大部分组成。1/手推式割草机的基本原理/手推式割草机行走动力来自人给推力，割刀的动力来自地轮，地轮的内侧***着凸轮，相当于滚子的轴承与地轮内部的凸轮啮和，当地轮在推力的作用
19、下向前滚动时，滚子在凸轮上的运动形成了一个往复的运动形式，带动平行四杆机构以及三角架机构来构成往复式切割器的往复式切割运动。2/本设计方案的特点是：1）用人力作为动力，具有节省能源、无污染的特点/2）其传动部分结构简单，维护方便。3）体积小、重量轻、结构简单、操作方便、保养方便、成本低廉，且采用人的推力为动力，无废气及噪音等污染。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，
20、体积小，重量轻，全机重仅32kg，移动方便，并具有切碎均匀、出料顺畅、扬程远、噪音低等特点。割草机的切割器在运输过程中或停放时应装上防护罩，其结构形式参照图1制造。所有防护装置应固定牢靠。防护装置应便于拆装，且不妨碍机具的调整、清理及维护工作。经常拆装的防护装置，机具上应设存放位置。机具停止作业时，应能立即切断驱动切割器的动力。机具应设过载防护装置或保护机具不被破坏的安全装置。机具应设有支撑装置，保证机具卸下时停放稳定。割草机上各操纵手柄之间或手柄与相邻部件之间，根据操纵手柄受力大小应留有安全距离d。1/3/3如何安全操作草坪割草机：（1）割草时，不要赤脚或穿凉鞋，一般应穿上工作服和工作鞋。（
21、2）熟悉操作过程，仔细阅读割草机说明书，知道在紧急情况下，及时关闭发动机。（3）确保草地上没有棍子、石头、电线等杂物，以免割草机的刀片将它们抛起来伤人。（4）使用前仔细检查各个部位，确保割草机刀片与割草机连接牢固。要成套更换旧的和损坏的刀片或螺丝，以免造成机器运转不平稳。损坏的刀片和螺丝是很危险的。（5）经常检查所有螺帽、螺丝和螺钉，确保割草机处于安全运行状态。 （6）工作时应慢慢地推割草机向前走，行进速度不要过快。 （7）坡地割草时，不要时高时低。在坡地上转向时，一定要特别小心。不要在很陡的坡地上割草。 （8）正在割草时，不要抬起或搬动割草机。第二章/ 割草机总体方案的设计手推式割草机的动力
22、是来源于行走轮驱动，即靠人的推力来驱动。查阅人机工程手册，人步行速度约为35千米/时，即4864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。查阅机械设计手册得到以下数据：成年男性身高：1825周岁 15541830 毫米2635周岁 15451851 毫米3660周岁 15531798 毫米平均身高：1860周岁 15431814 毫米成年女性身高：1825周岁 14571709 毫米2635周岁 14491698 毫米3660周岁 14451683 毫米平均身高：1860周岁 14491697 毫米成年男性臂长：1825周岁 279350 毫米2635周
23、岁 280349 毫米3660周岁 278348 毫米平均臂长：1860周岁 279349 毫米成年女性臂长：1825周岁 253319 毫米2635周岁 253320 毫米3660周岁 251317 毫米平均臂长：1860周岁 252319 毫米立姿工作岗位工作高度：男性：95010501150 毫米105012001300 毫米女性：8509501050 毫米100011001200 毫米综合以上因素，设计扶手以及支架的尺寸，并且根据不同性别和不同年龄将扶手的高度和倾斜角度设计成可以调节的。站立工作时操作的有关尺寸，以及***需要的可能活动空间/由人机工程手册查得，***身高尺寸（成年男性）多
24、在170cm左右。因此，推杆距地面的高度取为1000毫米/且可在850-1300毫米之间调节，符合***作业适应度。设计原则：工作场地的高度取决于作用力、操作者的身高、操作者操作物件的尺寸、以及视野范围。a：精密工作，靠肘支撑工作。（设计尺寸针对男性：105115 毫米 针对女性：100110 毫米）b：虎钳固定在工作台上的高度：113 毫米c：轻手工工作。（男性：95100 毫米 女性：9095 毫米）d：用劲大的工作。（男性：8095 毫米 女性：7590 毫米）本设计属于d范围内的设计。又因为该割草机是手推式的，动力来源于人的行走以及推力。应考虑到其结构尺寸方面的因素，因而外轮直径不宜过大
25、。如果轮子直径过大，则推行起来比较容易，比较省力，但是达不到往复式切割的速度要求，其速度要求要大于0/8m/s/如果小于这个速度/那么草将被撕裂和扯断/而不是被切割了/如果轮子直径过小/则推行比较费力/不能达到设计要求/要满足人的推力在200n左右都能推动这部割草机才行。初步选取外轮直径=450mm/由公式n=v/d得：外轮的转速n=48103/4503/1434r/min/由人机工程手册查得，***身高尺寸（成年男性）多在170cm左右。因此，推杆距地面的高度取为100cm/且可在100-140cm之间调节，符合***作业适应度。割草机的各个动力参数：由上述已选取的参数，速度分析如图：外轮的转速
26、n=48103/4503/1434r/min/内圈（外径）周长：l = 3/14300 = 942 mm分布凸轮的个数：n = 942/44 = 22 (个)人的持续推力为 1520 kg / 外轮的转速n=48103/4503/1434r/min/取 f = 2010 = 200 np = fv = 2000/95 = 0/19 kw割草机的整体宽度：712 mm割草机的割幅：576/2 = 381/0 mm割刀的往复余隙：576/2 = 381/0 + 76/2 = 457/2 mm 0(5)反之/当滑切系数为负时/相应的滑切速度指向刀片的顶部/这时草茎在剪切时会发生弯曲/导致割漏区增加。
27、 应有/vm/va2230 公称尺寸：bh=87 公称尺寸b/8深度：轴t/4 极限偏差：+0/2 毂t/3/3极限偏差：+0/2l=(1/52)d=4560mm键的长度系列在4560之间有45，50，56三种。取长度l=45/平键选用材料为45钢，个数为2。3/7 平行四杆机构的设计平行四杆机构是一种特殊的四杆机构/理论上两个连架杆相互平行且相等/连杆与机架相互平行，当设定一个连架杆为主动件，并绕铰链中心点做整周连续的匀速回转运动时/根据机构的运动学分析/此时另一个连架杆也绕铰链中心点作整周的连续匀速回转运动/运动规律与主动连架杆的运动规律相同。 四杆机构是平行双曲柄机构/连杆做平面移动(平
28、动)/连杆上各点处的速度相等/角速度等于零(2=0) 在对平行双曲柄机构的连杆零件进行力分析时/不考虑尺寸误差对机构运动的影响/理论上只考虑连杆由于向心加速度产生的的惯性力影响/计算较为简单 由此/平行双曲柄四杆机构在工程机械中得到广泛的应用。四杆机构的主要尺寸： 宽： 410 mm 高： 390 mm 长孔直径： 18 mm 横向长孔间距： 300 mm纵向长孔间距 ： 175 mm 材料：采用6毫米的钢管3/8 三脚架机构的设计三脚架的主要尺寸：宽：400 mm 高：325 mm 材料：采用6毫米的钢管总 结历时三个月的毕业设计就要结束了，回想起来，不免感怀万千。在设计之初，觉得设计不难，
29、就是计算而已。所以在一开始，自己并没有能够抓紧时间，总是认为后面时间还很多，后面慢慢的做。先把找工作的事情放在第一位，自己还没有意识到自己错误的看法和决定。在最开始做设计，先从查找资料入手。最初找资料，查看标题大概一致，就认为是自己要找的东西了，所以几个小时下来，自己满意而归。但是当自己事后仔细阅读的时候，就发现问题了。有的文章其实和本课题一点关系都没有，有的只是沾了一点边，只有很少的一部分图片和资料可以派上用场。如果我能够再塌实一点，细心一点，可能就不会造成自己在时间和金钱上的损失，毕业设计的进度可能也会快一点的。查阅完资料，看了很多别人做的割草机，自己的心里挺激动的，说不出的一种莫名的按捺
30、不住。仿佛有一种动力、使命感、责任感。除了有很多的感动之外也有很多的想法。尤其是在网上看到有这样那样的先进的技术，以及一些专利产品，我都想把它们运用到我的设计当中来。现在看看当时的自己，还真的是抱负不小呢！于是，自己就大概立了几个方案，尽量把自己查阅的资料和书本的知识运用进去。当然这个时候还没有考虑到细节的东西，只是一个方案而已。但一到细枝末节就出现好多问题。尤其是想想要在装配图上如何表示，就是最大的困难。尽管这样我还是没有放弃的。但是在经过老师多次指导之后，我才慢慢意识到真正的困难所在，之前我不仅浪费了太多的时间，而且现在以我现在的知识水平以及经验，对于这些有点不太实际，而且想想当时自己真的是有一点夸夸其谈了。不免感觉很惭愧。看来想法要付诸于实践
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