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1、目 录摘 要11 前言11.1 龙须草的经济价值22 国内外研究情况32.1 国内研究情况42.2 国外研究情况53 课题的研究意义54 总体结构及工作原理54.1 设计思路56 切割系统的设计76.1 仿人工夹持扶草轮的设计76.1.1 凸轮轮廓的设计96.2 切割器的选择设计106.2.1 往复式切割器影响切割质量的因素分析106.2.2 技术参数的分析和评价117 传动系统的结构设计和传动比的确定127.1 传动系统结构设计127.1.1 传动比确定137.2 收割机功率需求分析和传动效率147.2.1 收割机的功率分析147.2.2 收割机的传动效率157.3 减速器的设计167.3.
2、1 齿轮的设计167.3.2 轴的设计以及校核187.4 滚动轴承的选型及验算267.4.1 计算主动轴轴承267.4.2 计算从动轴轴承267.4.3 键联接的选择及校核267.4.4 联轴器的选择278 链轮传动的设计278.1 计算减速器与曲柄轴之间的链轮传动278.2 曲柄轴与拨草轮之间的链轮传动299 结论30参考文献31致 谢33龙须草收割机的设计摘 要：本文分析比较了国内外龙须草的种植方式，并且结合我国龙须草现有的种植方式和龙须草收割机械的使用现状，对龙须草的生物力学特性及仿生切割机理进行了研究，设计了一款龙须草收割机械。该收割机能减少人力的消耗，提高机械的工作效率，本论文为龙须
3、草收割机械的设计提供了一定的理论依据和技术基础，将会对龙须草的种植和收割起到一定的推动作用。关键词：切割；龙须草；仿人工；The Design of Eulaliopsis Binata Harvester Abstract: In this article ,it analyzes and compares the planting and harvesting of binata at hpme and abroad, combined with the existing planting methods and status quo of harvesting machinery of
4、binata of our country ,the biomechanical properties and biomimetic cutting mechanism of binata was studied,then the author design a kind of harvesting machinery .Therefore, manpower consumption is reduced and the efficiency of the mechanical work is improved ,this thesis provides the theoretical bas
5、is and technical basis for the design of harvesting machinery of binata,it will play a role in promoting the planting and harvesting of binata.Key words: cutting ; eulaliopsis binata; artificial imitation1 前言龙须草（Eulaliopsis binata）系多年生缩根性植物，又名蓑草、拟金菜或羊胡子草。主要分布在中国、印度、菲律宾、阿富汗、越南和缅甸等国家，在我国亚热带分布较广。龙须草富含纤
6、维素,可编织各种工艺品,也是堪与木材媲美的优良造纸原料。开发利用它对节约木材,保护森林资源,提高纸张品位,加速山区农民脱贫致富进程,具有十分重要的意义。龙须草适应范围广、耐旱、耐脊、蓄水固土能力强,因而也是良好的水土保持资源植物。在50年代初开始替代木材用于造纸，1t龙须草可抵2.5 m3木材，龙须草作为理想的草代木原料在造纸工业中发挥出重大作用；龙须草除了做造纸原料外，还大量用于纺绳、编织手工艺品等用途，远销美国、日本、德国、香港等20多个国家和地区；龙须草本身根系发达，叶片茂密，抗逆性和生命力强，具有适应范围广、耐旱、耐脊、蓄水固土能力强等特点，在土壤生态环境较差的沙土、盐碱土、砾石地上均
7、能生长良好，因此被选作南方山丘区水土保持的先锋草种。同时它还是山区群众脱贫致富的一项“短、平、快”绿色产业资源，不与农业争地，开发利用前景十分广阔。胡浩斌等2006年对龙须草里的化学成分进行提取研究发现，在龙须草石油醚提取物中有较强的抑菌作用，具有较高的药用价值和开发前景。在我国主要分布于广西北部、西部、西南部,云南大部,贵州的黔南、黔东南、黔西南及安顺、铜仁等地,四川东部、东北部、南部,湖北西北部,湖南南部、西南部,陕西汉中、安康地区及河南南阳地区。在上述各省、自治区的其它县市及江西、福建、台湾、广东、甘肃、青海、宁夏等省局部地区亦有龙须草的踪迹。其中在云南、广西、贵州、湖南四省区主要分布在
8、海拔2600m以下的山地,而在湖北、四川、陕西、河南多相对集中地分布于海拔800m以下。龙须草富含纤维素,可编织各种工艺品,也是堪与木材媲美的优良造纸原料。开发利用它对节约木材,保护森林资源,提高纸张品位,加速山区农民脱贫致富进程,具有十分重要的意义。龙须草适应范围广、耐旱、耐脊、蓄水固土能力强,因而也是良好的水土保持资源植物。1.1 龙须草的经济价值作为造纸原料：龙须草收获部分无茎无节,全草可用于造纸。从各种理化性质看,它都是堪与木材媲美的优质造纸原料,远为其它草类纤维所不及。它纤维含量高(56.78%)、灰分含量低、杂细胞少、多戊糖含量较多,因而制浆收获率高,打浆比较容易;其木素含量比木材
9、低,使制浆过程更显简单、漂白容易;其纤维细而长,长宽比高达202,有利于增加纸张的抗张强度、耐破度和耐折度;而且其纤维细胞壁的初生壁呈网状排列、次生壁中层不分层、外层较厚有8一9层,故具有厚薄不匀、层次多少不一的特征,进而在厚薄相间之处出现类似于皱纹的折纹,使之用于生产手工用纸也能产生一些“润墨”效果。故龙须草既可作为机制纸又可作为手工纸的原料。如湖北汉阳造纸厂1960年就用龙须草生产凸版印刷纸、复写原纸,近年来又在陕西洋县投资50万元以扶持洋县龙须草生产基地、帮助建厂,并每年从洋县购进6000t原料以生产高档出口纸。丹江口市是湖北省的龙须草主要产地之一,市委市政府将开发利用龙须草作为全市农村
10、脱贫、财政过亿的支柱产业来抓。四川、湖北的一些手工纸厂早就用龙须草配以麻浆抄制供书画用的传统手工纸。其它如云南大理、下关、河口,贵州凯里、贵阳、都匀、兴义、惠水、河南中牟、四川成都、重庆等造纸厂都以龙须草或部分以龙须草为原料依托,产生了很好的经济效益。龙须草叶片狭长、韧性好、是良好的编织材料且编织品具有能任意折叠、草色洁白、柔软轻便、冬暖夏凉的特点。在古代龙须草就被用来搓制草绳、编织蓑衣、草鞋、凉席等物。湖南的龙须草席在北宋就已是远近闻名的产品,现今更是在国际国内市场上享有很高的声誉。近年来广大产地山民又开发出了更多更好的编织产品,行销国内外。如草帽、提包、提篮、书包、床垫、枕套、及飞机、轿车
11、、沙发的靠垫、座垫和宾馆、饭店用的草毯等。作为人造丝、人造棉的原材料,在云南等地亦有悠久的历史,且原料转化率不低于80%。 1.3栽培技术简单,宜接经济效益可观，龙须草至今仍保持着很强的野生适应性,而且它作为一种经济资源植物具有栽培技术易学易会、投资小、见效快、效益高的特点。具体表现为(l)繁殖方式多样:既可以种子萦殖(其中还有直播、容器育苗、苗床育苗几种方式),又可以分莞族殖,且可移栽定植时间长,它可以在春、夏、秋3个季节多次移栽。(2)栽培管理简易:龙须草移栽定植不讲究特殊技术,只需在雨季抢时移栽即可,成活率很高;定植后除每年的中耕施肥及间或进行的补苗与老莞改造外,无需更多的田间管理,田间
12、除草一般只要在头3年进行,3年后龙须草形成优势种群,其它杂草难以大量蔓延,而且由于叶片纤维含量高,田间基本上无危险性病虫害。(3)收获贮运方便:在全国大部分地区只需秋季收获l次,收获过程简单,只需将龙须草齐基部割下打成捆即可出售,托运及贮藏期也无需防鼠防虫,只避雨淋即可。(4)投入低、见效快、收益高:龙须草无论是育苗移栽还是分莞移栽,第2年皆可受益,第3年进入收获高峰期,自然状态下分莞移栽的收获高峰可持续7年,育苗移栽可持续10一12年，实行科学管理则可以实现一次定植永续利用。可见种龙须草的直接投资仅为种植初始的用种与开荒、移栽用工及定植后的施肥 (一次约150一450元/ha)与管理,免去了
13、常规作物一年一度的育苗移栽、抗旱排演、杀虫治病等。龙须草野生状态下亩产量50kg左右,栽培状态下200kg左右,科学栽培可达800一IO00kg,龙须草的现行收购价一般为400一500元/t。因此对龙须草的开发和利用，在节约木材、水土保持、保护森林资源、促进三农建设提高农民收入等方面都具有十分重要的意义。2 国内外研究情况2.1 国内研究情况国内对龙须草研究与应用从80年代中期开始，大部分科研工作者主要从植物分类、造纸性能、栽培管理、形态剖析、基本生物学特性等方面进行相关研究。而对龙须草进行生物力学特性及机械化收割试验等方面的研究几乎属于空白。资料文献表明，我国科研工作者在近二十年来对作物切割
14、性能进行了大量研究：1995年倪长安等8对几种型式的圆盘切割器切割玉米茎秆进行了试验研究，分析了工作参数对切割性能的影响，为圆盘式切割器的设计提供了依据；1996年蔺公振等9对铡草机的切割器工作性能进行了试验研究，分析了结构参数和运动参数的合理性选择方法； 1998年韩正晟等10对回转带式切割器和齿形链式切割器进行了试验研究，研究表明切割器适于小麦、水稻等细茎秆作物和牧草的收割；2005年杨坚等11-13、2007年刘庆庭、向家伟等14-20 2011年黄汉东等21对甘蔗作物的切割开展了大量的试验研究、虚拟仿真和有限元分析，对茎秆切割过程进行了高速摄像分析研究，构建了甘蔗切割力学模型并分析了甘
15、蔗切割作用机理，为甘蔗收割机的研制提供了理论基础和技术指导；2007年马永康等22对柠条收割机切割器进行设计与试验，找到了适合柠条收割的复合式切割器结构型式与参数。2007年廖庆喜等23-24对芦竹收割机进行了研制，研究发现采用锯齿型切割器对芦竹进行切割是可靠的；2007年熊永森等25对小型往复式果园割草机进行了设计和试验研究，研究结果该机型适应于果园的割草作业；2009年赵春花等26对牧草茎秆的力学特性进行了试验研究，对牧草的拉伸和剪切（砍切、斜切和滑切）的最大载荷、应力、应变和弹性模量等力学指标进行了测试，研究结果为设计牧草收获机、打捆机及深加工等机具提供了理论依据。之后徐秀英等27对小型牧草收获机双动切割装置进行了改进设计，解决了小型牧草收获机单动刀工作时存在的平衡能力差、切割速度低等问题；2010年赵湛等28对超级稻茎秆进行了切割力学试验，分析了切割速度、切割位置以及切割刀具组合对茎秆切割力和功耗的影响。2010年沈培玉等29应用Fluent软件及RNG k-湍流模型对农产品物料高速切割粉碎流场进行了数值模拟与试验，对切割粉碎区内物料的压力、运动速度、剪切应变率等性能参数进行了相应分析。2011年李耀明等30对玉米茎秆往复切割力学特性进行了试验与分析研究，分析了削切角、切割速度、切割位置
