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1、济南大学毕业设计1 前言1.1 设计的依据割草机械至今已有一百多年的历史，而目前人们最多使用的割草机械为充电式。由于割草机械多在人口稠密的地区作业，流动性大，对机械的震动、噪音、废气排放、质量等指标要求比较高。现在的草坪机机多使用汽油机或柴油机作动力，排气污染量相比于汽车的少，但其噪声危害却很大。美国EPA(美国环境保护局)及欧盟对草坪机等用发动机的排放均有相应的法规；德国还出台了控制噪声污染的兰色天使法规；欧洲一些城市推出过引导性计划，通过税收优惠及奖励等措施鼓励“绿色经营者” 以加速环保技术的发展。随着中国经济水平的不断提高，我国公民的环境意识也不断增强，所以设计一款无污染的草坪割草机是急
2、需的。手推式草坪割草机主要利用滚动的轮子带动机械运动。手推式割草机结构简单，连接平稳，噪音极小，并且操作十分简单，既给使用人带来方便，也给周围的人带来舒适和安静的环境。1.2 产品的用途及使用范围目前市面上的割草机大多需动力引擎（如内燃机、蓄电池等），这会产生较大的噪音，并带来环境污染，在办公或学习的地方，这种用动力引擎的割草机就显得非常不受欢迎。由于动力引擎草坪割草机有动力装置，保养、维护费用较高；同时动力引擎割草机主要依靠刀片的高速旋转把草排出。因此，对整机的安全性要求较高，操作时也会给工作人员带来强烈的震动，使操作很不舒服。虽然，动力引擎草坪割草机割草效率较高，割草效果较好。但是，其价格
3、也较昂贵，就目前来说一般的用户难以接受。通过市场调研，最后决定设计一款无引擎驱动，无噪音污染，割草高度可简单调节，轻便简洁，操作方便，美观实用，适用于一般用户的草坪割草机。该产品主要用于家用，及面积不大的草坪修理。无需引擎，可谓绿色环保的割草机。对提倡环保的现代社会，是理想的割草工具。1.3 国内外研究现状随着经济水平的发展和社会的进步，人们对生活环境的要求越来越高。草坪绿化已经成为衡量一个国家、地区或城市文明程度的一个重要指标，在美化环境、故土护坡、净化空气等方面已成为人类得共识，在生态环境建设和保护方面将扮演着越来越重要的角色。我国草坪建设也得到了迅速的发展，如城市园林绿化、兴建休闲场所等
4、都需要大量的草坪，江河堤坝。高速公路、铁路等交通水利设施的护坡及屋顶花园、室内绿化也都需要优质草坪。草坪建植后需要经常的养护，以保持草坪青绿茂盛、持久不衰。高质量、高标准的草坪养护，仅手工劳动远远不能满足绿化的要求，因此与草坪养护管理配套的机械设备势必不可少的。我国园林机械发展迅速，生产经营企业有五十余家，与国外合资、合作的企业有十家左右。通过近几年的技术改造，其生产规模不断扩大，产品质量也日益提高，形成了独具特色的产品系列，基本能满足园林养护作业的需要。在欧美等发达国家和地区，现代草坪机现在主要追求低排放、低噪音、低功耗、高效率等。例如太阳能、电能等新型割草机逐渐站住了市场。相对于国外技术发
5、展，我国草坪机技术发展相对落后。随着草坪覆盖率要求越来越高，使得草坪机数量和种类越来越多。为此对草坪机设计提出了全新的更高要求，从而使得草坪机技术有了许多新的发展，主要体现在草坪机几何参数优化、低排放、高效率的草坪机以及结构紧凑的草坪机结构上面。从整体来看，我国草坪割草机的技术水平、质量状况已基本能够满足一般园林作业的需要。现有的草坪机产品包括旋刀式、往复式、滚刀式、甩刀式和甩绳式等系列产品，其中滚刀式草坪机为行业的主导产品。近年我国草坪机行业发展迅速，行业内的各重点骨干企业中，都有自己的研究所，拥有产品设计、开发队伍、设施及必要的检测手段，可以根据发动机的功率、安装尺寸等参数及工作环境等要求
6、，设计开发全新的产品，国内草坪机生产企业与国外先进技术的差距进一步缩小，目前我国生产的草坪机已经逐渐能够满足国内、国际市场需求。1.3.1 国内外发展概述l9世纪中叶，大部分的草坪还在使用镰刀来割草或放牧牛羊来保持草地的整齐性。随着高尔夫球、网球及足球等运动的兴起，保持完善的草地做运动场便成为当务之急。英国人Edwin Budding利用旋转式机械工作的原理发明了滚刀式割草机，该产品的问世在英国受到了广泛的欢迎，随后传入美国，最后遍及世界。1868年，美国第一台割草机取得专利，美国的草坪业也由此起步。不过几年，便有40多项有关割草机的发明获得专利。到1881年，总共生产和销售4万多台割草机。最
7、初的割草机均为人力驱动；1890年，在英国开始设计有动力驱动的割草机。从最初的蒸汽动力驱动发展到小型内燃机动力驱动；1909年，美国科学家Leoni取得了动力型机械式割草机专利，尽管割草机由汽油机驱动，但整个装置仍由马拉行走。在草坪修割机械发展的历史上，第二次世界大战是一个转折点。在20世纪30年代前后，每年生产的各类割草机数量约3万台左右。战后，美国经济得到复兴，允许现役军人低价买房不付现金，大批建设房屋并出售，促使草坪修割机械得到迅速发展，生产量急剧上升，1947年达36万台，1974年达700万台。20世纪70年代后期开始，割草机的市场销售量逐渐趋向饱和，但每年仍保持在500万600万台
8、的销量 。割草机在数量增加的同时，其性能也在不断改进。1950年，美国第一台无线电操纵的割草机诞生；1978年，C1arence Noke研制出了一种可进行草坪修割编程的割草机；20世纪80年代，一些新的草坪设备又投放市场，如Mulching mower，Shredder，Lawndethatcher，String trimmer等，以及清洁草坪用的Blower，Lawn vacuum，Lawn sweeper 。到了80年代后期，string trimmer被认为是一件普通的家庭用具。我国生产草坪割草机起步较晚，生产企业规模普遍较小，产品用途单一，品种数量少，远不能满足要求，而且质量与发达国
9、家的相比也有很大差距。所以长期以来，草坪割草机多以进口为主，主要来自日本、美国、意大利和瑞典等国。据统计，1999年的割草机销售量在3万台左右，其中80为进口；2000年我国各类草坪机械保有量达13余万台，割草机进口量在316万台左右；近两年，草坪机械平均年增长率达到30左右，国内每年草坪机械的销售总额大约为12亿13亿元人民币，其中从国外进口的机械占85，国内自行生产的产品占15左右，其合计销量约在1万台左右。1.3.2 常见的割草机械分类割草机械按动力划分可以分为机动和人推的两类。按动力又分为柴油机、汽油机和电动机3类驱动。其中以小型通用汽油机作为动力的较为普遍，而柴油机多用于大型的割草机
10、械，如牧场的割草机；按割草时刀片运动的方式可分为滚刀式、旋刀式和割切式3种；按切割器形状可分为旋刀式、滚刀式、往复割刀式和甩刀式等；按驾驶形式分类，可分为推动式(步行式)、自行式、坐骑式(驾乘式)；按配套动力和作业方式分为手推式、手扶推行式、手扶自行式、驾乘式、拖拉机式等。割草机的割草幅宽一般为400lO00mm，割草高度从0100mm有几个调节挡位。1.3.3 常见几种割草机械割草原理（1）滚刀式割草机：它由带有刀片的滚筒和不动的底刀组成。滚刀的形状像一个圆柱形鼠笼，切割刀呈螺旋形安装在圆柱表面，滚刀旋转带动草茎相对于底刀产生一个逐渐切割的滑动割切而将草茎割断。滚刀式割草机割草的质量取决于滚
11、刀上刀片数和滚刀的转速，滚刀上刀片数越多，单位长度行进中切割的次数就越多，切下的草也越细，滚刀的刀片数一般为312片不等；滚刀的转速越高，切下的草也越细。滚刀式割草机是高质量草坪最常用的割草机型，适用于草高380mm 的草坪，其价格贵，维修保养要求严格。（2）旋刀式割草机(又称悬刀式)：它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。其工作装置为一长条形割草刀或多把割草刀在水平刀盘上，高速旋转的刀刃与草茎碰撞而将其割断，为无支承切割。刀刃的后面是类风叶形状，在高速旋转下，对地面形成一定的真空将草茎吹成直立状态，便于切割并与罩壳相结合，形成涡流将割下的碎草送人集草装置或从罩壳出口喷出洒到
12、草坪，适于2580mm范围内割草，它的价格相对低廉，保养、维修和使用都很方便，是国内外目前最流行的割草机。（3）甩刀式割草机：其切割装置由多把垂直于地面的刀片铰接在旋转组成的旋转轴上，当高速旋转时，在离心力作用下，其刀片像垂直于轴芯的甩刀，端部刀刃不断地冲击切割草茎。由于刀片与刀轴或刀盘为铰接，当碰到坚硬冲击不断的物体时可以避让而不致损坏机器。（4）甩绳式割草机：其工作装置是由一个内装尼龙绳的打草盘、背向人的护罩组成。当打草盘高速旋转时，露在外面的尼龙绳在离心力作用下，像一束伸直的刀刃快速撞击草茎而切割断草。由于尼龙绳是柔性的，其撞击障碍物时退让，不会损坏机器本身，也不会对障碍物有较大的破坏。
13、2 方案设计2.1 主要工作原理本次设计的手推式割草机主要利用轮子旋转运动传到变速箱中的齿轮，实现刀具的往复运动的功能。手推式割草机由变速齿轮、端面齿轮、拨杆和刀片等构件组成，端面齿轮和拨杆是一对工作组合。端面齿轮通过自身的转动将旋转方向的力传动给拨杆，引起水平方向的往复运动，从而使刀具自身往复运动。由于割草机变速变矩范围不大，因此在刀具的选择上尤其注意以提高割草机自身效率为重要原则。割草机工作时由人推动机器行走，从而使割草机的后轮1传动，带动与其在同一根轴上的大齿轮2转动，通过齿轮2与齿轮3组成的增速机构使速度得以增大，并带动端面凸轮4（为了实现几何形状封闭和便于调整，采取两个端面凸轮以背靠
14、背形式装配）回转，端面凸轮4带动拨杆5运动，通过端面凸轮4与拨杆5组成的转换机构将回转运动变为直线往复运动，使固定其上的活动刀片与固定在机架上的固定刀片形成相对交错运动，完成割草动作。如图2.1所示： 图2.1 机器的运动简图2.2 主要技术指标和重要技术参数2.2.1 该手推式割草机的总体设计参数手推式草坪割草机的前进是靠走轮，即靠人的推力来驱动。查阅人机工程手册，可得人步行速度约为3046m/min,考虑到推动割草机进行割草,选取较小速度即取人步行速度为30m/min,亦即500mm/s。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 15451
15、851毫米3560周岁 15541798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，以及人体需要的可能活动空间。由人机工程手册查得，人体身高尺寸（成年男性）多在170cm左右。因此，推杆距地面高度取为1000毫米，且可在8501300毫米之间调节，符合人体
