苜蓿收獲機(jī)的設(shè)計(jì)說(shuō)明書大學(xué)畢設(shè)論文

前言畜牧業(yè)的發(fā)展水平反映了一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和技術(shù)的進(jìn)步程度，在一些畜牧業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，畜牧業(yè)產(chǎn)值在農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值中占有很高的比例，在畜牧業(yè)產(chǎn)值中，60%以上是由牧草轉(zhuǎn)化來(lái)的，所以牧草生產(chǎn)是畜牧業(yè)中最基礎(chǔ)的產(chǎn)業(yè)，還是一個(gè)經(jīng)濟(jì)效益很高的產(chǎn)業(yè)。但是，我國(guó)牧草收獲機(jī)械化水平低，設(shè)備陳舊不能滿足收獲需求，有時(shí)還需要人工收割，使牧草產(chǎn)量和品質(zhì)下降，缺乏牧草收獲機(jī)械，以阻礙了牧草產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。本課題的確定是在收集、分析以往使用經(jīng)驗(yàn)以及國(guó)外同類產(chǎn)品最新技術(shù)資料的基礎(chǔ)上確定的。研制了一種可以一次完成切割、壓扁、作業(yè)工序的切割機(jī)，它的特點(diǎn)是采用了偏心式撥禾輪，將牧草撥入立式割臺(tái)，并及時(shí)推向壓扁輥。本文主要是應(yīng)用機(jī)械設(shè)計(jì)方法和機(jī)械原理對(duì)割草機(jī)的全部零件進(jìn)行尺寸研究設(shè)計(jì)，對(duì)主要的傳動(dòng)零部件進(jìn)行受力分析和強(qiáng)度校核計(jì)算，用AutoCAD和SolidWorks設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)和繪圖，初步完成了整機(jī)的設(shè)計(jì)并整理出圖紙。關(guān)鍵詞：苜蓿；割草機(jī)；往復(fù)式切割器；偏心撥禾輪目錄TOC\o"1-2"\h\u167731引言 引言1.1本課題研究的背景、目的1.1.1研究背景隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,畜牧業(yè)早已從副業(yè)變?yōu)橹鳂I(yè),作為畜牧業(yè)基礎(chǔ)的草業(yè)在生產(chǎn)中的地位隨之提升,成為種植業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要組成部分；經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，也帶來(lái)了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的惡化,植被覆蓋的重要性引起重視,牧草的的生態(tài)功能也逐漸被人們接受和利用。國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)實(shí)踐證明，飼草生產(chǎn)要實(shí)現(xiàn)高效益可持續(xù)發(fā)展，必須滿足兩個(gè)條件：一是經(jīng)營(yíng)規(guī)模足夠大；二是生產(chǎn)加工要實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。因此大力發(fā)展我國(guó)飼草生產(chǎn)機(jī)械裝備，實(shí)現(xiàn)飼草生產(chǎn)機(jī)械化，在我國(guó)的畜牧業(yè)發(fā)展中具有特殊的地位和重要的現(xiàn)實(shí)意義。但是，牧草收獲機(jī)械化水平低，設(shè)備陳舊不能滿足收獲需求，有時(shí)還需要人工收割，使牧草產(chǎn)量和品質(zhì)下降，缺乏牧草收獲機(jī)械，已阻礙了草產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前，我國(guó)關(guān)于牧草收獲機(jī)械的研究正處在利用引進(jìn)和自主研發(fā)階段，我國(guó)自主生產(chǎn)的割草機(jī)一般不帶壓扁輥，仿形能力也比較差，像紅三葉、苜蓿等豆科飼草的收獲，大多數(shù)都是采用國(guó)外的機(jī)器。國(guó)外的切割壓扁機(jī)價(jià)格高，對(duì)配套條件要求高，不符合我國(guó)現(xiàn)階段的國(guó)情。因此，考慮到我國(guó)的人工草場(chǎng)多為中小型的，準(zhǔn)備設(shè)計(jì)一種能夠用中型拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)使用的切割收獲機(jī)。1.1.2研究目的苜蓿是豆科牧草，含有較多的膠體物質(zhì)和較少的碳水化合物而不易青貯，刈割的苜蓿必須及時(shí)干燥，否則就會(huì)發(fā)霉變質(zhì)甚至腐爛，致使動(dòng)物無(wú)法食用。青干草是草產(chǎn)品流通的主要形式，同時(shí)也是發(fā)展綠色畜牧業(yè)的重要的蛋白質(zhì)資源。目前，已開發(fā)的牧草產(chǎn)品有草粉、草顆粒、草塊、草餅、草捆、葉塊、葉粒和濃縮葉蛋白等。牧草產(chǎn)品在國(guó)際、國(guó)內(nèi)均具有非常廣闊的市場(chǎng)，亞洲已成為世界上最大的苜蓿產(chǎn)品進(jìn)口市場(chǎng)，年總需求量240—255萬(wàn)噸，其中，紫花苜蓿是生產(chǎn)量和銷售量最大的牧草產(chǎn)品。優(yōu)質(zhì)青干草獲得的條件之一牧草調(diào)制。飼草收割后，不經(jīng)過(guò)調(diào)制處理，田間自然干燥，在陽(yáng)光的直射下和體內(nèi)酶的共同作用下，所含的胡蘿卜素、維生素、葉綠素等大部分被分解掉，總物質(zhì)損失在20%～30％，維生素?fù)p失在50%以上，還有如果不經(jīng)調(diào)制處理，加長(zhǎng)了在田間的干燥時(shí)間，影響后續(xù)作業(yè)，加大了牧草被雨淋的概率，雨淋后飼草營(yíng)養(yǎng)損失更大。經(jīng)過(guò)壓扁的牧草的干燥時(shí)間明顯縮短。為使苜蓿草能適時(shí)刈割，提高苜蓿在田間晾曬時(shí)的干燥速度，又要保證苜蓿莖和葉的干燥速度達(dá)到基本同步，必須研制割草壓扁機(jī)1.1.3研究的意義畜牧業(yè)發(fā)展程度是一個(gè)國(guó)家技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。畜牧業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家采用先進(jìn)技術(shù)機(jī)械裝備進(jìn)行種植、生產(chǎn)，因而能保證種植和收獲質(zhì)量，保護(hù)草原生態(tài)環(huán)境，提高了種植和生產(chǎn)的效率，大幅度地增加居民收入。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)天然牧草品種超過(guò)二十種，草原面積多達(dá)33億畝，草山坡地超過(guò)10億畝，約占國(guó)土總面積的41.7%，我國(guó)的草原和坡地上的牧草難以收割，大部分只能用放牧的形式進(jìn)行利用，利用效率很低。隨著人工種植牧草規(guī)模不斷增加，畜牧業(yè)的快速增長(zhǎng)，畜牧業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)正不斷調(diào)整。高速發(fā)展的畜牧業(yè)具有保持生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)以及綠化美化環(huán)境等特點(diǎn)，因而牧草種植業(yè)正在逐步成為農(nóng)業(yè)及農(nóng)村經(jīng)濟(jì)新的增長(zhǎng)點(diǎn)和突破點(diǎn)，其己具備發(fā)展成為一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)的潛質(zhì)。1.2牧草機(jī)械的研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀國(guó)外對(duì)牧草壓扁技術(shù)的研究已有80多年的歷史，牧草切割壓扁技術(shù)在北美以及歐洲地區(qū)已經(jīng)有非常成熟的經(jīng)驗(yàn)，割草壓扁機(jī)的種類也非常多。目前，國(guó)外的牧草收獲機(jī)械都采用壓扁技術(shù)來(lái)縮短牧草的干燥時(shí)間，從而獲得優(yōu)質(zhì)青干草。國(guó)外20世紀(jì)30年代，就已經(jīng)開始發(fā)展牧草的壓扁技術(shù)，壓扁機(jī)開始出現(xiàn)并且逐漸應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，這種壓扁機(jī)工作原理是將割草機(jī)割下的牧草撿拾起來(lái)，同時(shí)給壓扁鋪放。對(duì)于牧草，一般切割后立即壓扁效果最好，失水的牧草不易被壓扁且易纏繞，另外壓扁機(jī)是單向作業(yè)的，壓扁機(jī)收獲牧草增了收獲機(jī)型。進(jìn)入20世紀(jì)60年代，能夠同時(shí)完成切割、壓扁、集攏鋪條的切割壓扁機(jī)開始生產(chǎn)應(yīng)用，經(jīng)過(guò)研究和發(fā)展，切割壓扁機(jī)技術(shù)日漸成熟，大多數(shù)牧草收獲機(jī)械都使用切割壓扁機(jī)，其中代表性的是美國(guó)和加拿大生產(chǎn)的往復(fù)式的切割壓扁機(jī)、歐洲各國(guó)生產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)式的切割壓扁機(jī)。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來(lái)，畜牧業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家，開始把高新技術(shù)運(yùn)用到牧草收獲機(jī)械中，大大的提高了切割壓扁機(jī)的高效、復(fù)合作業(yè)，機(jī)器的生產(chǎn)率、通用性、適應(yīng)性顯著提高，隨著電子和液壓等先進(jìn)技術(shù)大量采用，對(duì)操作的舒適性、割茬高度的一致性等等方面大大改進(jìn)。國(guó)外先進(jìn)的切割壓扁機(jī)的種類非常多，如約翰?迪爾公司、紐荷蘭公司、克拉斯公司生產(chǎn)的切割壓扁機(jī)。1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀我國(guó)草業(yè)機(jī)械化事業(yè)起步較晚、發(fā)展緩慢，牧草機(jī)械化生產(chǎn)水平低。20世紀(jì)40～50年代，只是生產(chǎn)一些仿制的機(jī)械化和半機(jī)械化牧草收獲機(jī)具。20世紀(jì)60～80年代，國(guó)家開始重視畜牧業(yè)生產(chǎn)，畜牧業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化方向開始注意引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)，牧草生產(chǎn)機(jī)械化從單向作業(yè)到注重成套作業(yè)發(fā)展。20世紀(jì)80～90年代自主發(fā)展階段，國(guó)家一系列政策的實(shí)施，農(nóng)牧民的生產(chǎn)積極性空前高漲，開始大量購(gòu)買牧草收獲機(jī)械，極大促進(jìn)了牧草機(jī)械的生產(chǎn)研究，這一時(shí)期國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的割草機(jī)一般都不帶壓扁機(jī)并且仿形效果也不好，進(jìn)口的切割壓扁機(jī)占據(jù)著大部分市場(chǎng)。21世紀(jì)以來(lái)，國(guó)家加大了對(duì)畜牧業(yè)的支持力度，一些國(guó)內(nèi)的畜牧機(jī)械生產(chǎn)商，開始投入資金和科研，開始生產(chǎn)切割壓扁機(jī)，達(dá)到了國(guó)外90年代的水平。代表機(jī)型有新疆機(jī)械研究院生產(chǎn)的牽引式和自走式割草壓扁機(jī)，上海世達(dá)爾現(xiàn)代農(nóng)機(jī)公司生產(chǎn)的割草壓扁機(jī)等。1.3課題研究?jī)?nèi)容和方法1.3.1研究?jī)?nèi)容（1）研究不同類型的撥禾輪對(duì)牧草收獲的影響因素，研究確定撥禾輪系統(tǒng)的參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸。（2）研究不同類型切割器對(duì)牧草切割質(zhì)量的影響因素，研究確定切割器的類型和切割器參數(shù)。（3）研究不同類型壓扁輥對(duì)牧草壓扁效果的影響規(guī)律，研究確定壓扁類型和結(jié)構(gòu)尺寸。（4）根據(jù)結(jié)構(gòu)和工作要求設(shè)計(jì)確定傳動(dòng)方案、傳動(dòng)比和總的功耗。 1.3.2研究方法利用檢索方法迸行中外文獻(xiàn)資料收集。國(guó)內(nèi)外部分牧草收獲機(jī)械調(diào)查研究。利用機(jī)械設(shè)計(jì)理論進(jìn)行計(jì)算。利用計(jì)算機(jī)軟件(AutoCAD和SolidWorks)進(jìn)行設(shè)計(jì)，繪制圖紙。2收獲機(jī)整體方案的確定2.1收獲對(duì)象的特點(diǎn)及其對(duì)割草壓扁機(jī)機(jī)械性能的要求2.1.1收獲對(duì)象的特點(diǎn)收獲對(duì)象為紫花苜蓿，紫花苜蓿是世界上栽培最早、面積最廣，最重要的飼草原料之一，它屬于豆科牧草，不僅產(chǎn)草量高，草質(zhì)優(yōu)良，而且富含蛋白質(zhì)、多種維生素和礦物質(zhì)，其干物質(zhì)中粗蛋白含量為15%～25%，相當(dāng)于豆餅的一半，比玉米高1～1.5倍，有“牧草之王”的美稱。紫花苜蓿是多年生豆科牧草，每年可多次收割且適口性好，收獲量大，具有很好的飼用價(jià)值，可做精飼料作用品。苜蓿這類含有較多的膠體性物質(zhì)和較少的碳水化合物，不適合青貯，收割后如果不采取任何措施而自然干燥，容易受到微生物的作用而腐敗變質(zhì)，使動(dòng)物的適口性變差，因此，苜蓿收獲需采用割草壓扁機(jī)來(lái)進(jìn)行收獲。2.1.2收獲對(duì)象對(duì)割草壓扁機(jī)機(jī)械性能的要求為滿足紫花苜蓿的收獲要求，所設(shè)計(jì)的割草壓扁機(jī)應(yīng)滿足以下技術(shù)要求：適時(shí)收獲。由于紫花苜蓿的最佳收割時(shí)間為孕蕾期，這個(gè)時(shí)間只有10～15天，收獲過(guò)早會(huì)降低牧草的產(chǎn)量，收獲過(guò)遲，苜蓿中的蛋白質(zhì)和胡蘿卜素大量流失而降低苜蓿的營(yíng)養(yǎng)成分，降低適口性，降低產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)還會(huì)影響苜蓿的次年生長(zhǎng)。提高牧草收獲量，割茬高度適當(dāng)。在不影響下一階段或者第二年生長(zhǎng)的情況下，應(yīng)盡量降低割茬的高度，因此，切割器應(yīng)緊貼地面，并能夠很好的適應(yīng)地形的起伏變化。由于牧草稠密多汁需要低割，因此，切割器的切割速度要比收割谷物時(shí)要快。往復(fù)式割草機(jī)割刀運(yùn)動(dòng)的平均速度為1.6～2.0m/s，紫花苜蓿的最低切割速度要大于1.6m/s。壓扁輥的壓力要適中。對(duì)苜蓿來(lái)說(shuō)，最佳情況是90％的莖桿被輕微壓扁，而葉片不破損。壓輥壓力過(guò)大，除增大功率消耗和加快零件的磨損外還會(huì)導(dǎo)致葉子干燥過(guò)快，當(dāng)莖桿晾干時(shí)葉子會(huì)從桿上脫落，從而造成苜蓿營(yíng)養(yǎng)損失。在天然牧場(chǎng)工作時(shí)，割草壓扁機(jī)的工作條件比較惡劣，刃口應(yīng)具有自磨性能（采用齒紋刃），刀具應(yīng)具有保護(hù)裝置。割下來(lái)的牧草能均勻鋪放在地面上，且厚度應(yīng)適當(dāng)，易于干燥。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維修方便，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)先進(jìn)。2.2方案的確定割草壓扁機(jī)按照切割部件的結(jié)構(gòu)分類，可分為往復(fù)式切割壓扁機(jī)和圓盤式切割壓扁機(jī)；按照行走動(dòng)力驅(qū)動(dòng)方式分類，可分為自走式、牽引式、懸掛式；按照壓扁方式進(jìn)行分類，有橡膠輥、鋼輥和捶片式之分。根據(jù)上述牧草對(duì)切割壓扁機(jī)性能的要求，收集、分析以往使用經(jīng)驗(yàn)以及國(guó)外同類產(chǎn)品最新技術(shù)資料的基礎(chǔ)上，借鑒了其它切割壓扁機(jī)的設(shè)計(jì)原理方案，確定了該割草壓扁機(jī)的設(shè)計(jì)方案和總體結(jié)構(gòu)，包括動(dòng)力機(jī)構(gòu)、動(dòng)力傳送系統(tǒng)、控制機(jī)構(gòu)以及刀頭裝置等。其工作原理為：割草壓扁機(jī)結(jié)合動(dòng)力時(shí)，通過(guò)減速器和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)撥禾輪、切割器以及壓扁輥轉(zhuǎn)動(dòng)。隨著拖拉機(jī)的前進(jìn)，分禾器先將收割與不割的牧草分開，然后撥禾輪將要割的牧草撥入割臺(tái)，同時(shí)將切割器割下的牧草撥禾輪推入壓輥，被壓扁的牧草形成一定形狀的草條鋪放于四輪車的車輪中間，完成收獲的全過(guò)程。3立式割臺(tái)的設(shè)計(jì)割臺(tái)是苜蓿壓扁收獲機(jī)的重要組成部分，是機(jī)器的核心部件之一。本割臺(tái)采用立式，具有以下功能：苜蓿切斷、輸送，壓扁，給輸送裝置輸入動(dòng)力，給輸送裝置、壓扁裝置提供安裝平臺(tái)。立式割臺(tái)主要部件包括切割器、分禾撥禾器、壓扁輥。4割草壓扁機(jī)撥禾裝置的設(shè)計(jì)研究4.1撥禾輪的類型撥禾輪按結(jié)構(gòu)的不同可分為普通式和偏心式。普通式撥禾輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量相對(duì)較輕，制造成本較低，大多數(shù)應(yīng)用于割曬機(jī)及中小型聯(lián)合收割機(jī)上，但其對(duì)倒伏作物的適應(yīng)能力較差，對(duì)收獲作物的打擊嚴(yán)重。它由撥板、輻條、拉筋、軸和軸承、支臂及支桿等組成。工作時(shí)，撥禾輪相對(duì)機(jī)器作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，撥板則起到撥禾、扶禾切割和撥送禾稈的作用。偏心撥禾輪它由帶彈齒的管軸、主輻條（左、右兩組）、輻盤、副輻條、偏心盤、偏心吊桿、支承滾輪和調(diào)節(jié)桿等組成。有關(guān)試驗(yàn)證明：采用偏心撥禾輪收獲作物較普通撥禾輪可提高生產(chǎn)率20～30％，減少損失40～50％。該割草壓扁機(jī)采用偏心式撥禾輪。4.2撥禾輪的工作原理和參數(shù)確定4.2.1撥禾板的運(yùn)動(dòng)分析撥禾板是撥禾輪的主要工作部件，撥禾輪工作時(shí)，撥板隨機(jī)器前進(jìn)直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)又繞撥禾軸作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此撥禾輪撥板相對(duì)地面生長(zhǎng)的作物是這兩種運(yùn)動(dòng)的合成。為了使撥板進(jìn)入禾叢后對(duì)谷物有向后撥送作用，運(yùn)動(dòng)絕對(duì)速度應(yīng)向后，即撥禾輪撥齒的圓周線速度大于機(jī)器的前進(jìn)速度，其運(yùn)動(dòng)軌跡為余擺線。撥禾輪回轉(zhuǎn)的圓周速度與機(jī)器前進(jìn)速度之比為撥禾速比，用λ表示。其線環(huán)寬度因A值大小而改變：λ值越大，撥板引導(dǎo)和扶持作物的功能越強(qiáng)，割臺(tái)切割作物量越大，其線環(huán)越寬，但λ值太大，則撥齒和撥板撥禾時(shí)打擊作物力量過(guò)；反之，λ值越小則線環(huán)越小，撥禾能力越弱，增加了收割臺(tái)的損失。若λ=1時(shí)，則線環(huán)寬度為零，這時(shí)撥禾板不能起撥禾作用。撥禾板軌跡可用方程表示，設(shè)以撥禾輪軸心0I對(duì)地面的投影點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)0，以地面線沿前進(jìn)方向?yàn)閤軸，以過(guò)原點(diǎn)向上垂線為Y軸建立直角坐標(biāo)系。并令撥板由水平位置開始逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，則壓板端點(diǎn)的坐標(biāo)方程為：(4-1)(4-2)式中—撥禾輪半徑，305mm；—機(jī)器前進(jìn)速度，2.15～4.16m/s；—撥禾輪角速度，14.95rad/s；—撥板由水平轉(zhuǎn)過(guò)的時(shí)間；—撥禾輪安裝高度，564mm；—割茬高度，80mm。故，將各個(gè)數(shù)值代入公式得：取上式對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，得到撥板水平分速度及豎直分速度隨撥板水平轉(zhuǎn)過(guò)的時(shí)間的方程式：4.2.2撥禾輪對(duì)牧草的作用撥齒的入禾角和撥禾輪高度分析為了減少撥齒對(duì)牧草的碰擊，以減少擊落損失，要求撥禾輪撥齒開始接觸作物時(shí)，其絕對(duì)速度垂直向下，也就是說(shuō)撥齒進(jìn)入禾叢時(shí)其水平分速度應(yīng)為()，即：(4-3)移項(xiàng)得滿足此條件的撥禾輪安裝高度可由下式導(dǎo)出(4-4)而為牧草的自然高度，則上式可寫成(4-5)式中—撥禾輪半徑，305mm—作物高度(500—600mm)—割茬高度，80mm。則撥禾輪的安裝高度為564—664mm，可通過(guò)改變調(diào)節(jié)桿的在撥禾輪架上的位置來(lái)進(jìn)行調(diào)整。撥禾輪高度除滿足上述條件(撥齒入禾叢時(shí)水平分速度為零)外，還應(yīng)使撥板轉(zhuǎn)豎直狀態(tài)時(shí)撥齒作用在被割取禾桿的重心稍上方，以利于撥齒推禾和防止挑起禾桿。但在實(shí)際工作中，由于作物條件多變，往往上述兩項(xiàng)要求難以同時(shí)都得到滿足，則需要根據(jù)當(dāng)時(shí)作物狀況確定主、次要求進(jìn)行調(diào)整。4.2.3撥禾輪直徑的確定撥禾輪直徑，系根據(jù)撥板進(jìn)入禾叢時(shí)其水平分速度為零及支持切割時(shí)撥板作用在禾桿重心稍上方的兩個(gè)條件而確定。(4-6)式中：—撥禾輪半徑—作物高度（500～600mm）—割茬高度（80mm）因此(4-7)式中：—撥禾輪直徑—撥禾速比(4-8)將最大值600mm代入上式得撥禾輪的最大直徑，因偏心撥禾輪的撥齒較長(zhǎng)(一般為200mm)，起到了加大撥禾輪直徑的作用。因此在直徑選擇上，一般較計(jì)算值為小，故取撥禾輪直徑為610mm。5割草壓扁機(jī)切割系統(tǒng)的分析研究5.1切割器的選擇切割器的性能應(yīng)滿足如下要求，即切割順利、割茬整齊、無(wú)漏割、不堵刀、震動(dòng)小、功率消耗小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和適應(yīng)性廣。根據(jù)切割器結(jié)構(gòu)及工作原理的不同可分為：往復(fù)式、圓盤式、甩刀式等。往復(fù)式切割器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、適應(yīng)能力強(qiáng)、作業(yè)幅寬大、縱向尺寸小。往復(fù)式割草壓扁機(jī)所需拖拉機(jī)配套動(dòng)力相對(duì)較小，幅寬可選擇范圍大，機(jī)械造價(jià)相對(duì)較低，投資較小，所以割草壓扁機(jī)選用往復(fù)式切割器。5.1.1往復(fù)式切割器的構(gòu)造往復(fù)式切割器由往復(fù)運(yùn)動(dòng)的割刀和固定不動(dòng)的支承部分組成。割刀由刀桿、動(dòng)刀片和刀桿頭等鉚合而成。刀桿頭與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相連接，用以傳遞割刀的動(dòng)力。固定部分包括護(hù)刃器梁、護(hù)刃器、鉚合在護(hù)刃器上的定刀片、壓刃器和摩擦片等。工作時(shí)割刀作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其護(hù)刃器前尖將谷物分成小束并引向割刀，割刀在運(yùn)動(dòng)中將禾稈推向定刀片進(jìn)行剪切。5.1.2割刀傳動(dòng)系統(tǒng)圖5-1割刀的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)原理圖5.1.3往復(fù)式切割器參數(shù)分析往復(fù)式切割器基本上已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，切割器分為三種型式:Ⅰ型切割器：其，動(dòng)刀片為光刃，刀片水平傾角為，護(hù)刃器為單齒，設(shè)有摩擦片。用于割草機(jī)。Ⅱ型切割器：其，動(dòng)刀片為紋齒刃，護(hù)刃器為雙齒，設(shè)有摩擦片。用于玉米聯(lián)合收割機(jī)。Ⅲ型切割器：其，動(dòng)刀片為齒紋刃，護(hù)刃器為雙齒，無(wú)摩擦片。用于玉米聯(lián)合收割機(jī)。所以苜蓿壓扁收獲機(jī)，選用往復(fù)式Ⅰ型切割器。5.1.4切割器的參數(shù)分析與選取切割速度Vc與進(jìn)給速度Vm，它們之間的關(guān)系用臨界切割速度比來(lái)描述，由運(yùn)動(dòng)關(guān)系可知道，要想運(yùn)動(dòng)的兩道之間即不重割，也不漏割則要使前刀尖A和后刀尖B的運(yùn)動(dòng)軌跡重合此時(shí)的切割速度Vcp與進(jìn)給速度Vap的比值臨界切割速度比λp(5-1)而，，將其代入整理后得(5-2)式中：—刃間節(jié)數(shù)，即相鄰兩動(dòng)刀刃間的鏈節(jié)個(gè)數(shù)取偶數(shù)；—鏈節(jié)距，mm；—?jiǎng)拥队行懈罡叨?，mm；—滑切角，大約30°。這些參數(shù)均為切割器的基本參數(shù)，符合設(shè)計(jì)的要求。圖5-2割刀示意圖5.2切割壓扁機(jī)壓扁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究5.2.1壓扁機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)苜蓿葉子小、莖桿粗，葉子與莖桿的水分蒸發(fā)不一致時(shí)，會(huì)出現(xiàn)葉子風(fēng)干現(xiàn)象，使葉子從莖桿上脫落，造成草質(zhì)量損失。為了解決這一問題，我們?cè)O(shè)計(jì)了壓扁系統(tǒng)，把割下的苜蓿的莖桿及時(shí)壓扁或壓裂，使充滿汁液的植物細(xì)胞暴露出，加速了水分的蒸發(fā)過(guò)程，從而加速了苜蓿的干燥，大大減少相應(yīng)的作業(yè)費(fèi)用、能量消耗以及縮短青貯飼料所需的時(shí)間。圖5-3壓輥結(jié)構(gòu)6割草壓扁機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的分析研究6.1傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及主軸轉(zhuǎn)速確定6.1.1傳動(dòng)系統(tǒng)的方案的設(shè)計(jì)由于割草壓扁機(jī)要完成撥禾、切割、壓扁等對(duì)牧草收獲復(fù)式作業(yè)，傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，要求結(jié)構(gòu)緊湊，功率消耗低，工作運(yùn)行平穩(wěn)。為此，根據(jù)割草壓扁機(jī)的撥禾輪傳動(dòng)部分、切割傳動(dòng)部分和壓扁傳動(dòng)部分的要求完成的工作及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并參照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選定傳動(dòng)系統(tǒng)。在苜蓿壓扁收獲中，一系列的要完成：撥禾，切割，壓扁，鋪成條狀。所以要求設(shè)計(jì)緊湊消耗少，以及達(dá)到平衡等。動(dòng)力由拖拉機(jī)輸出。由撥禾輪將苜蓿撥倒，通過(guò)往復(fù)式割刀進(jìn)行切割，牧草堆積到集草平面，上下壓扁輥轉(zhuǎn)動(dòng)，擠壓牧草。6.1.2切割器的轉(zhuǎn)速確定苜蓿植株較矮，莖干水分較多，所以收割時(shí)要求低割且需要的載荷較大，所以收割機(jī)要求割刀轉(zhuǎn)速快，割茬低，一般切割速度要到7～20m/s，切割器轉(zhuǎn)速n=580r/min。6.2傳動(dòng)比及參數(shù)的確定6.2.1切割系統(tǒng)的傳動(dòng)比的確定20馬力拖拉機(jī)柴油機(jī)輸出皮帶輪的轉(zhuǎn)速=2200r/min，功率是15kw，帶動(dòng)割草壓扁機(jī)上的皮帶輪傳動(dòng)，傳動(dòng)比為：(6-1)其中：—割草壓扁機(jī)上皮帶輪的直徑；—柴油機(jī)輸出皮帶輪的直徑；動(dòng)力通過(guò)轉(zhuǎn)速箱后，傳遞給切割器的主動(dòng)軸，到達(dá)減速箱轉(zhuǎn)速所以傳動(dòng)比i為：(6-2)式中，根據(jù)相似設(shè)計(jì)法和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，?。?6-3)(6-4)式中：—小斜齒輪的齒數(shù)；—大斜齒輪的齒數(shù)；—小錐齒輪的齒數(shù)；—大錐齒輪的齒數(shù)；取，，，.可得中間齒軸上的轉(zhuǎn)速，切割器主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到要求。由于軸的選材為Q235號(hào)鋼，所以查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知Q235的許用扭切應(yīng)力為，，。經(jīng)校核設(shè)計(jì)的軸符合要求，可發(fā)以正常工作。6.2.2撥禾輪傳動(dòng)比的確定苜蓿被撥入割臺(tái)后，則需要及時(shí)的到達(dá)壓扁輥，一般撥禾的轉(zhuǎn)速不超過(guò)150r/min，鏈輪的傳動(dòng)比不能大于7。(6-5)式中：；由此可以得出撥禾帶的轉(zhuǎn)速6.3功率需求和傳動(dòng)效率的確定苜蓿壓扁收獲機(jī)的功率包括切割器的切割功率，撥禾功率，壓扁系統(tǒng)的壓扁功率。6.3.1切割系統(tǒng)的功率消耗使刀片能最大限度的切割，取割副大約1.6m。所以鏈輪的圓周力為：(6-6)所以，切割需要的功率為：(6-7)動(dòng)力由皮帶過(guò)帶輪傳遞給切割系統(tǒng)，取皮帶的傳動(dòng)效率，斜齒圓柱齒輪的傳動(dòng)效率，錐齒圓柱齒輪的傳動(dòng)效率為，帶輪的傳動(dòng)效率?？傻每傂蕿椋?6-8)所以切割系統(tǒng)的功率(6-9)6.3.2壓扁系統(tǒng)功耗及傳動(dòng)效率壓扁輥將切割的牧草及時(shí)均勻壓扁。壓輥的壓力根據(jù)經(jīng)驗(yàn)為0.39N/mm。所以功率：(6-10)式中：—壓輥長(zhǎng)度（1200mm）；—壓輥壓力（0.39N/mm）；—壓輥接觸點(diǎn)（8.12m/s）；由于壓扁系統(tǒng)是由減速箱輸入軸上的鏈輪帶動(dòng)的，所以壓扁系統(tǒng)傳動(dòng)效率為：(6-11)所以，壓扁系統(tǒng)的功率為(6-12)6.3.3撥禾系統(tǒng)功率及傳動(dòng)效率撥禾系統(tǒng)所需要的功率較小，其計(jì)算公式是：(6-13)式中：—撥禾輪的單位寬度切向力，經(jīng)驗(yàn)為40；—撥禾輪的寬度，約為1.55；—撥禾輪的圓周速度，4.56；所以可以得出撥禾系統(tǒng)是由減速箱輸出軸上的帶輪帶動(dòng)，總傳遞效率取皮帶傳動(dòng)效率，直齒圓柱齒輪的傳動(dòng)效率，錐齒圓柱齒輪的傳動(dòng)效率，所以傳遞給撥禾輪的總效率：(6-14)則撥禾系統(tǒng)的功率為(6-15)6.3.4切割壓扁機(jī)所需的總功率切割壓扁機(jī)所需的總功率(6-16)6.4傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算6.4.1主動(dòng)軸傳出的皮帶輪組小帶輪轉(zhuǎn)速2400r/min，大帶輪轉(zhuǎn)速2100r/min,。（1）V帶型號(hào)的選擇：V帶型號(hào)應(yīng)根據(jù)計(jì)算功率和小帶輪轉(zhuǎn)速來(lái)選取，。計(jì)算功率是根據(jù)傳遞的功率，并考慮載荷的性質(zhì)以及每天運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的長(zhǎng)短等因素來(lái)確定的。(6-17)式中：—計(jì)算功率，；—傳遞的額定功率，；—工作情況系數(shù)；其中：=，，則計(jì)算出=。（2）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑、：初選主動(dòng)帶輪的基準(zhǔn)直徑。根據(jù)V帶型號(hào)，選取1為B型140mm，則根據(jù)傳動(dòng)比算出=160mm（3）確定中心距和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度：根據(jù)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)需要初定中心距(6-18)則最小=210mm確定后，由帶傳動(dòng)幾何關(guān)系，按下式計(jì)算所需帶的基準(zhǔn)帶長(zhǎng)：(6-19)得出=891.48。根據(jù)選取和最相近的V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度，則=900mm。再根據(jù)來(lái)計(jì)算實(shí)際中心距。由于V帶傳動(dòng)的中心距是可以調(diào)整的，故可采用下式做近似計(jì)算：(6-20)計(jì)算得最小中心距=214mm（4）驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角：(6-21)計(jì)算得=，符合要求（5）確定帶的根數(shù)(6-22)式中：—包角系數(shù)，考慮包角不同時(shí)的影響系數(shù)；—長(zhǎng)度系數(shù)，考慮帶的長(zhǎng)度不同時(shí)的影響系數(shù)；—單根V帶所能傳遞的功率，；—單根V帶時(shí)的功率增量，；計(jì)算得=2根。6.4.2減速軸到壓扁輸送輥的皮帶輪組小帶輪轉(zhuǎn)速558.5r/min，傳動(dòng)比2.5，則大帶輪轉(zhuǎn)速為233r/min。（1）=2，根據(jù)公式（6-17）可得。（2）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑、：初選主動(dòng)帶輪的基準(zhǔn)直徑。根據(jù)V帶型號(hào)，選取為A型112mm，則根據(jù)傳動(dòng)比算出=280mm。（3）確定中心距和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度：根據(jù)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)需要初定中心距。據(jù)式（6-18）計(jì)算可得=275mm。確定后，由帶傳動(dòng)幾何關(guān)系，按下式計(jì)算所需帶的基準(zhǔn)帶長(zhǎng)：根據(jù)式（6-19）得=1191mm，根據(jù)選取和最相近的V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度，則=1250mm。再根據(jù)來(lái)計(jì)算實(shí)際中心距。由于V帶傳動(dòng)的中心距是可以調(diào)整的，根據(jù)式（6-20）得最小中心距=305mm。（4）驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角：根據(jù)式（6-21）得：，符合要求。（5）確定帶的根數(shù)：根據(jù)式（6-22）計(jì)算得：=根。6.4.3動(dòng)軸到撥禾輪的帶輪組小帶輪轉(zhuǎn)速533r/min，則大帶輪轉(zhuǎn)速為192r/min，則傳動(dòng)比為2.5。（1）=1.6，根據(jù)公式（6-17）可得=2.08。（2）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑、：初選主動(dòng)帶輪的基準(zhǔn)直徑。根據(jù)V帶型號(hào)，選取為A型100mm，則根據(jù)傳動(dòng)比算出=278mm，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)帶輪直徑，選擇=280mm。（3）確定中心距和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度：根據(jù)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)需要初定中心距。根據(jù)式（6-18）計(jì)算可得=266mm。確定后，由帶傳動(dòng)幾何關(guān)系，按下式計(jì)算所需帶的基準(zhǔn)帶長(zhǎng)：根據(jù)式（6-19）得=1159mm，根據(jù)選取和最相近的V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度，則=1250mm。再根據(jù)來(lái)計(jì)算實(shí)際中心距。由于V帶傳動(dòng)的中心距是可以調(diào)整的，根據(jù)式（6-20）得最小中心距=312mm。（4）驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角：根據(jù)式（6-21）得：，符合要求。（5）確定帶的根數(shù)：根據(jù)式（6-22）計(jì)算得：=2根。7軸的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）求軸的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩,，（2）初步確定軸的最小直徑初步估算軸的最小直徑，選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，根據(jù)表15-3，取,則：(7-1)（3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)取，大斜齒圓柱齒輪,初步選滾動(dòng)軸承選單列圓錐滾子軸承，由工作要求和，初步選取標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)單列圓錐滾子軸承30208，其尺寸為，擋油板，寬度，所以取，，，（4）軸上零件周向定位由，選用平鍵，由，選用平鍵，（5）求作用在齒輪上的力大斜齒輪分度圓直徑，，則：(7-2)(7-3)(7-4)（6）求軸上的載荷軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖（7）按彎矩合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面B）的強(qiáng)度。根據(jù)上表數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取，軸的計(jì)算應(yīng)力為：(7-5)前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)制處理,由表15-1查，因此，故安全。(8)精確校核軸的疲勞強(qiáng)度判斷危險(xiǎn)截面截面C、=5\*ROMANV、D只受扭矩作用，雖然鍵槽、軸肩及過(guò)渡配合所引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強(qiáng)度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕確定的，所以C、=5\*ROMANV、=6\*ROMANVI、D均無(wú)需校核。從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響來(lái)看，截面=2\*ROMANII、=3\*ROMANIII處過(guò)盈配合引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重；從受載的情況來(lái)看，截面B上的應(yīng)力最大，截面=2\*ROMANII的應(yīng)力集中的影響和截面=3\*ROMANIII相近，但截面=2\*ROMANII不受扭矩作用，故不必做強(qiáng)度校核。截面B上雖然應(yīng)力最大，但應(yīng)力集中不大，故截面B也不必校核；截面=4\*ROMANIV顯然更不必校核；鍵槽的應(yīng)力集中系數(shù)比過(guò)盈配合的小，因而該軸只需校核截面=3\*ROMANIII左右兩側(cè)即可。截面=3\*ROMANIII左側(cè)抗彎截面系數(shù)；(7-6)抗扭截面系數(shù)；(7-7)截面=3\*ROMANIII左側(cè)的彎矩M為：；(7-8)截面=3\*ROMANIII上扭矩；(7-9)截面上的彎曲應(yīng)力；(7-10)截面上的扭矩切應(yīng)力；(7-11)軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由查表得，，；截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及查取，因，，經(jīng)插值后可查得，；又由軸的材料的敏性系數(shù)，；故有效應(yīng)力集中系數(shù)按式為：(7-12)(7-13)由尺寸系數(shù)，由扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)；軸按磨削加工，表面質(zhì)量系數(shù)為；軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即；綜合系數(shù)為：(7-14)(7-15)碳鋼的特性系數(shù)：取取于是，計(jì)算安全系數(shù)值，按式得：(7-16)(7-17)(7-18)故可知其安全。截面=3\*ROMANIII右側(cè)抗彎截面系數(shù)；(7-19)抗扭截面系數(shù)；(7-20)截面=3\*ROMANIII左側(cè)的彎矩M為：；(7-21)截面=3\*ROMANIII上扭矩；(7-22)截面上的彎曲應(yīng)力；(7-23)截面上的扭矩切應(yīng)力；(7-24)過(guò)盈配合處的，用插值法求出，并取，于是得：，(7-25)軸按磨削加工，表面質(zhì)量系數(shù)為；綜合系數(shù)為：(7-26)(7-27)所以，計(jì)算安全系數(shù)值，得：(7-28)(7-29)(7-30)故該軸在截面=3\*ROMANIII右側(cè)的強(qiáng)度也是足夠的。總結(jié)飼草業(yè)具有巨大的生態(tài)效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，越來(lái)越引起國(guó)家和地方的重視，但飼草量不足，質(zhì)量不高，主要原因是牧草收割機(jī)數(shù)量少，種類缺，價(jià)格比較高，收割費(fèi)用遲遲降不下來(lái)，手工作業(yè)占很大比重，