手推式除草机设计

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1、摘要随着时代的快速发展，除草机的使用广泛度大大增加，同时人们对于除草机使用要 求也提高了很多。通过对大量的方案数据进行分析，我们采用新的运动切割方式来满足 人们对除草机的使用要求。在此次设计过程中，手推式除草机的运动原理是通过轮子的 滚动去带动一系列机械的运动。相对于其他柴油除草机来说，它对操作的要求不高，对 于环境无污染，而且噪声很小，在使用过程也比较的平稳，很受使用者的欢迎。此次设计原理来源于机械设计及相关理论研究，拟定了手推式除草机的运动方案同 时比较了各自的优劣，选出最适合的方案。具体设计了齿轮、轴、刀具和端面齿轮及拨 杆（采用凸轮和推杆的方法），保证整体的合理性布局，使其在最大程度上

2、满足实际使 用环境，增强其适应性；并且根据实际情况，对其进行改良优化，能确保预期的工作完 成情况，保证除草机的运动稳定性。提高它对于中小型用户的应用性，对于果园、草坪 等柱间距适中的场地来说，效果很好，同时也可以减少人工除草劳动力的输出，推进中 国机械化发展的进程。关键词 ：机械滚动；无污染；改进优化；适应性； 手推式；第一章 绪论1.1背景在19世纪的中期，镰刀和牛羊的放牧一直是是大多数草坪用来维持草坪干净整齐 的主要方法。不过随着许多人们对于体育项目热度的增加，例如足球、高尔夫球和网球， 有一个宽广且干净整齐的草地作为活动场地无疑是非常重要的。英国人埃德温布洛特 运用机械旋转的原理设计了滚

3、刀除草设备。其先后在英国、美国受到广泛欢迎并得到发 展。在1868年，美国获得了世界上第一台除草机的专利，标志着美国在机械除草方面 将要领先全世界。仅仅几年之内，除草机的发明就取得了很大成果并且获得了 37项专 利。到1881年，生产和销售了 40000多台割草机。1890年，英国人也是率先研究制造 动力除草机。动力来源由蒸汽改为内燃机。虽然除草机是由汽油发动机驱动的，但整个 装置仍然是由马驱动的。二战是除草机史上的一个重要的转折期。战后，除草机发展非常迅速，产量大增， 产生这种现象的原因是由于美国的经济情况好转，服役军人可低价买房且不用付现金， 加速了除草行业的发展和除草机械产量的猛增。19

4、50年，美国人设计生产了世界上第一 台无线电除草机。在20世纪80年代，世界相继出现了一些各式各样的机械，如割草机、 碎纸机、割草机以及用于清洁草坪的吹风机、真空吸尘器、扫地机等。在我国，由于除草机的生产时期比较晚，除草机生产厂房也比较小，产品种类少且 量低，不满足使用需求，且质量和外国的发达国家不能相媲美。据有关资料，目前符合 农村经济水平和使用习惯、结构简单、操作方便的除草机较少错误!未找到引用源。我 国果园种植模式主要以单户家庭生产为主，与国外的果园种植模式差别很大。所以针对 于单户家庭的除草来说是很好的选择错误!未找到引用源。在美国夏威夷艾岛的一处光伏电一下, 一群羊充当“自走除草机”

5、工人们一边要维护电缆，一方面还要除掉地上的杂草，杂 草形成的硬件映在组件上会导致其输出性能下降，降低发电量，而且光伏电站的主要设 备在运行过程中会产生热量，杂草会影响设备的散热。所以羊成了最原始的除草工具， 既能除草，保持光伏发电，还能产出羊毛和羊肉，带来一笔额外的经济收入错误!未找到引用源。 长期以来，除草机主要是进口的，主要来自日本、美国、意大利、瑞典等国家。垄沟有 利于作物早期的除草错误!未找到引用源。据统计，1999除草机在我国销量大约30000台倒了 2000年， 中国各种类型的除草机达到13万多台，割草机进口额约31600台;最近几年，中国从外国进口的机械 占85%,自产产品约占1

6、5%。1.2除草机械分类除草机根据力量可以分为机动和推进两种范畴。根据动力，有柴油发动、汽油发动 和电动马达三种。其中较普遍的为汽油机，适用于大型除草机械的为柴油机错误!未找到引用源。； 按除草时刀片运动的方式可分为剪切式、旋刀式和滚刀式 3 种错误!未找到引用源。；以作业方式 和配套动力分类，有手推式、手扶自行式、拖拉机式、驾乘式等。1.3 除草机械除草原理1.3.1 滚刀式除草机此设备由床刀和滚筒构成。滚刀旋转相对于底刀滑动，来切割草茎。滚刀刀片数量 及旋转速度决定除草质量。简单来说就是刀片越多，切割的次数越多，草被切割的越平 整；滚刀刀数一般为3-12个。迄今为止此设备是人们使用最为广泛

7、的的除草机。适合切 割4-90mm的草坪。不过在维修方面要求比较高，且价格昂贵。1.3.2 旋刀式除草机此设备刀片组成，刀片悬浮在竖直轴上进行高速旋转切割草的上部，是一种无支撑 的切割错误!未找到引用源。适于25 80mm范围内除草，因为价格较低，维修和使用 很方便，是迄今为止最为广泛使用的除草设备。1.3.3 甩刀式除草机铰接在旋转轴上的多个垂直于地面的刀片组成切割设备。刀片旋转时剪切草杆的茎 杆。当收到硬物的撞击时，刀片和刀轴的铰接，可以避免对机器的损坏1.3.4 甩绳式除草机它由一个打草盘和护罩组成，当打草盘内部有尼龙绳且在高速运动时，尼龙绳被甩 在外面，迅速击中秸秆，割草。由于尼龙绳具

8、有柔韧性，在与机器碰撞时不会损坏机器 本身或障碍物。第二章 方案的比较和确定2.1 设计原理由车轮驱动，一对单级减速器传递扭矩，再由末端齿轮和拨杆的组合来改变运动的 方向，进而实现往复剪切运动错误!未找到引用源。总体方案设计如图2-1示：CO图 2-1 总体方案设计2.2 工作设计方案我们设计的设备需要的人力需要传动部件进行传递。为使使用者用正常行走速度操 作设备，增速机构应该继续传递力。由于执行除草的刀片运动方向和人行走的方向成垂 直角度，所以经过上一个加速机构传递的运动传给执行元件之前需经过一级转换机构转 换。除草机作为一种园林机械通过各种途径改善优化其配套动力和切割器等硬件配置, 使割草

9、机的性能得到提高,进一步提高了割草机的作业速度错误!未找到引用源。分析得出设备组成简图，如图2-2所示。传增转执力速换行构/机机构件构构件图22于-推式除草机组成简图2.3其他工作设计方案的比较有很多技术原理可以应用到除草中，不过各有所长，各有所短。具体（1）脚驱动这种方式，使用者需站或者坐在机器上,持续给机器增加力。可以看出此设备不单单 要完成除草作用，还要有支撑操作者体重的能力。但是因为这样的机器结构比较复杂，而 且普遍规模较大，对于小面积草坪使用不太适合（2）手驱动采用手动传动，避免了现有的脚踏传动方面的问题，机床的结构相对紧凑，灵敏度 高。（3）用割的方式草比较柔软，且一端自由，所以通

10、过切割来实现除草比较困难。（4）用打的方式用刀片或草绳把草弄碎。这种方法需要非常快的速度来割草。它可以在草被推倒之 前把草弄碎。对机器操作要求比较高。（5）剪的方式即用刀割掉草不难，两个刀片进行相对运动，对速度没有太高的要求。手推式除草机可以实现简单的旋转和往复直线运动。一个运动形式的变换函数（旋 转变直线往复运动）可以实现。直线推杆盘凸轮机构、曲柄滑块机构和齿轮齿条机构是 实现旋转变直线往复运动的机构中最简单的。2）直动推杆盘状凸轮机构1）曲柄滑块机构3）齿轮齿条机构图 2-3 机构运动简图图 2-4 蜗轮蜗杆传动的割草机2.4 方案的选择此方案能较好地传递运动。具有绿色设计、节能特点。齿轮

11、机构可以实现提速的要 求，提高运动效率;能将转动变为直线往复运动的为端凸轮机构（运动形式转换机构）。第二种方案，割草的形式为蜗轮直接驱动割草圆盘。不过草是柔软的，一端自由。 实现比较困难。第一种方案较简单，轴更易定位，框架结构的复杂性由蜗杆驱动割草机的水平轴和 垂直轴组成。增速机构由端面齿轮与拨杆实现。实际运动是凸轮推杆运动蜗轮传动割草机机构原理图如图2-2所示2.5关键问题及其解决办法2.5.1 增速机构设计选择变速机构是确保传动功率稳定和改变速度的核心机构。变速机构变化直接决定刀具 切削运动的效果。圆柱凸轮驱动机构为此次使用的机构圆盘转动时在圆盘的侧面对滑块上的拨杆进行推动，使其左右运动，

12、可以得到端面 凸轮（新型凸轮）。其工作原理如图2- 5所示:图 2-5 端面凸轮传动机构2.5.2 增速方式的比较（1）组合法使用者按照正常速度进行行走操作，增速机构传递的力也得连续传递。转速机构输 入部件旋转的前提是在固定轴上，所以在输入组件轮子和转速机构之间可以有三种选 择，即链传动、齿轮传动、带传动。齿轮传动可以使结构更加紧凑。直齿圆柱齿轮支撑 结构较简单,运行速度不高，载荷也不大，故直齿圆柱齿轮作为增速机构的最好选择。 机构组成方案如图 2-6 所示：2）带齿轮增速的直动推杆盘状凸轮机构1） 带动齿轮增速的曲柄滑块机构3） 带齿轮增速的齿轮齿条机构图 2-6 机构运动简图不同的变换方法

13、，刀具运动方向与设备的移动方向垂直。图1）和图2）所示的机构组 成方案达不到设计要求，进一步的结构设计对于机构来说很重要。方案1导轨上滑块的往复运动通过梅花凸轮和连杆机构实现。工作原理如下。图 2-7 梅花凸轮传动机构方案2凸轮轴的旋转运动变为为滑块的往复运动通过圆柱凸轮机构实现，工作原理如下。图 2-8 圆柱凸轮传动机构图 2-7 所示机构中，增加一个构件一个高副将凸轮转动转换成执行构件实现往复移 动，缺点是提高机构的复杂性，降低滑块上的力，图 2-8，图 2-5 所示的机构较简单， 可用其机构进行设备的运动转换。为能调整除草高度可在图2-8机构中增加一个移动副，使刀架垂直运动。图2 -5示

14、 的机构可以带动刀架使其按照上下方向移动。2.6 机构的功能和特点本机采用的剪切原理为活动刀片和固定刀片相交错实现剪切。无引擎驱动，使用灵 活且安全、不污染环境，维护简单；小面积草坪除草除草高度可调，范围120mm；割幅260mm；质量30kg （45钢）；外形尺寸（长x 宽x高：590 x 373 x 204mm）；机构材料为铸铝，永不变形；前轮为导向功能良好的万向轮，后轮装有能使设备容易被推动的滚珠轴承折叠式手柄，减小体积大小；使用效果理想，对于小面积草坪、果园除草成本低，为不错的选择。第三章 齿轮和轴的计算3.1 齿轮的计算部分3.1.1 机构动力计算草为纤维材料，剪断它不需要太大的载荷

15、。实际分析后，把剪断一根草的载荷设为f二5N，被剪掉草的数量最对为500根。求得F=250N；力在端面齿轮上大小数值：F 二 F 二 125N12车轮转动带动剪刀进行机械运动。将轮子的直径设为为D - 200mm ；轮子周长为C = 628.3 mm人正常行走的步数设为500mm /s车轮运动产生的扭矩假设全部用于刀具上那么Pf 1二Pf广F x vP 二 72.5Wf1轮子传递功率：P 二 / 二 149.1W轮冷2轴I传递功率:P 二(Pf 1 + Pf 2)Z 二 138.9Wi/耳轴 I 传递功率：P = Pin 二 146.1W,Z 1 2II3.1.2 齿轮设计思路及要求设备中齿轮的设计要求1）模数:现代每种设备齿轮模数取值不同。为了实际需要，模数：m二2。2）压力角:如果齿轮的节距圆相同，压力角不同，基圆也就不同。压力角大小和基圆直径、渐 开线弯曲程度、齿根的粗细程度成反比，和齿面曲率半径成正