關于割草機的設計與動態特性探討

曹良軍

（祁陽縣農業機械化管理局，湖南 永州　426100）

關于割草機的設計與動態特性探討

曹良軍

（祁陽縣農業機械化管理局，湖南 永州426100）

為了促進我國現代農業的高效發展，應當盡快實現畜牧機械化發展，不斷改進畜牧業中的存儲技術、收割技術、種植技術等，促進農業操作效率的提升。目前已有的割草機存在價格高、使用不便、結構復雜等不足，急需采取有效地設計方法提升割草機的性能，促進割草技術的發展。因此文章主要研究割草機的設計方法，探究割草機的動態特性。

動態特性；設計；割草機

1　割草機的設計方法

（1）確定割草機的設計方案。在對旋轉式割草機的切割特點、作業要求等進行綜合考慮之后，確定了彈簧減振仿形式旋轉割草機、支撐輪式旋轉割草機、托盤式旋轉割草機三種方案。其中彈簧減振仿形式旋轉割草機是指將一個壓簧放在其懸掛裝置的A、B節點中間，其作用是減振仿形，在調節割茬高度的時候借助懸掛裝置的升降臂，具有良好的割草效果。同時也能夠與無支撐切割理論要求、旋轉式割草機作業要求相適應，這種設計方案是比較合理的；支撐輪式旋轉割草機主要是。將一個小車輪放在割草機的后側方，主要是為了發揮仿形的作用、對割草機提供支撐。其優勢在于靈活，弊端是缺少支撐穩定性，存在傾斜問題，而且減振的作用也無法實現，這種設計方案是不可行的；托盤式割草機設計方案，是將一個固定的托盤放在旋轉刀盤下面，避免在遇到高處的時候刀盤與地面直接接觸，從而有效的防止出現刀片切入泥土中對切割的繼續造成不利影響，實現對刀片的保護效果。但是這種方案的不足還是存在的，如缺乏理想的仿形效果，而且當障礙物卡住刀片下的托盤時，就會產生傾斜的問題，對其正常工作、割草質量等造成負面影響，因此這種方案也是不可取的。

（2）分析其功率需求。P3（行走系統的行走功率）、P2（輸送功率）、Prc（旋轉切割器切割功率）是割草機功率的主要內容。在計算其功率時只要將其內容相加即可得到旋轉割草機的功率需求，其公式為P3+P2+Prc=P；而在凹凸不平的傾斜草地上，拖拉機懸掛式旋轉切割機進行作業時的功率主要依靠旋轉切割機的機械效率、傳動系統的總傳動比、拖拉機動力輸出軸的轉速、切割器的半徑、牽引阻力系數等指標來確定；在平坦的草地上，計算旋轉切割機的切割功率公式為：Pc=VmBL0/102（kW），其中L0表示每平方米莖干切割所需的功率，單位為Nm/m2，B表示割草機的割幅，單位為m，Vm表示機器的前進速度，單位為m/s。在實際測量之后了解到牧草L0為200～300m之間，假設及其的割幅為0.88m，前進速度為10km/h，那么就可以計算出其輸送功率需求為單位割幅功率與割幅的乘積，根據以往的經驗了解到輸送系統功率為0.22～0.5kW。行走輪功率相關的數據來源可以根據相關的經驗數據，根據其自重（160kg）、每頓耗用功率（1～2.3kW）、機器行走速度（4km/h）等，可以得知其行走功率為0.24kW。而在不考慮空轉功率、傳動功率的前提下，單元盤旋轉割草機所需的功率需求最小。從而對拖拉機的動力進行確定。

（3）分析割刀的受力情況。切割阻力、徑向外拉力、牽引力共同組成的合力就是割刀的切割力，切割功率、切割阻力具有成比例的關系，在割草機實際工作中徑向外拉力與牽引力幾乎是不變的定值，因此在設計割草機的時候可以不考慮這兩種力的影響，其中切割阻力是經常變化的，其影響因素主要有風力、地面的坡度、牧草植株密度、牧草的種類等。

（4）分析割草機割刀的運動情況。機器前進運動、刀盤的水平旋轉等構成了圓盤式割草機的割刀運動，余擺線是刀片某一點在地面上的運動軌跡，余擺帶是其掃過的面積，其特點是具有相似的刃部長度、帶寬。

（5）確定割草機割刀的轉速。切割速度決定了割草機的割刀轉速，根據相關試驗可以了解到，在切割牧草時使用無支撐切割的旋轉式切割器，應當保持81～83m/s刀片線速度，主要是由于刀片內端具有最低的圓周速度，因此在確定割刀應用的速度時選用該點為基準。

（6）確定割草機的刀片數量。多條余擺帶形成了圓盤式切割器的切豁圖，刀片的長度接近于帶寬，在相等的圓盤轉動一周時機器的前進距離中刀片余擺帶縱向寬度之和與割刀圓盤轉動一周時機器的前進距離情況下，就可以確定刀片的數量，同時還要對運轉的平衡問題、制造的方便程度等進行綜合考慮，從而確定出合理的割草機所需刀片數量。

（7）最終確定割草機的相關數據指標。在分析考慮各方面因素之后，最終決定選用后側懸掛，作業形式為動力輸出軸帶動的機器為最終設計的割草機類型，1.273m× 0.939m×1.168m為該割草機的外形尺寸，該割草機自身凈重為160kg，一個圓盤，最高12km/h拖拉機前進速度，選用直徑為0.8m的刀盤，選擇 4片刀片，轉速為2000r/min。

2　探究割草機的動態特性

（1）概述動態特性。為了對割草機能夠安全可靠的作業提供保證，應當保證割草機結構系統的動態特性和靜態特性的良好，所以需要分析割草機的動態特性，與機械結構動態特性和靜態特性的要求相適應。在不斷變化的時間中，機械在接受輸入量作用所做出的系統響應特性就是動態特性，它能夠將系統的狀態信息、特有屬性展現出來，其特征主要是其輸出量、輸入量是時間函數，在時間變化下其量值也會隨之發生改變，不是定值。

（2）分析割草機動態特性的意義。分析其系統動態特性是為了對其各種形式呈現出的狀態信息進行研究、提取，進而評價、描述系統的動態特性。而研究割草機的動態性能，應當保證其動態特性與各種特定的要求相適應，從而評價割草機的性能是否優良。其基本任務是進行動態分析、做出正確的判斷決策、根據割草機的系統進行信號測試、處理信號和信息、最后建模，或者根據系統知識直接建模。

（3）分析割草機動態特性的方法。在分析割草機的動態特性過程中主要分為建立模型、求解模式、分析計算結果、應用分析方法和模型四個步驟。其中建立動態數據模式主要是用來描述機械力、熱、磁、電等綜合作用下的運動情況，或者對割草機的工作性能進行分析建模；求解主要是利用計算機設備，對微分方程組進行求解，結合使用數值計算法進行數據計算；分析計算結果主要是比較實際測量的動態性能和規定的動態性能標準，并對所建模型的精確度、可信度進行驗證；應用分析方法和模型主要是對前面所建立的模型、分析計算結果的方法等進行應用。從而在割草機的維護階段、設計階段等提供割草機的影響因素、動態特性等作為決策依據，使割草機的設計和應用可以達到最佳效果。

3　結語

綜上所述，通過對割草機的設計和動態特性的深入研究，從中可以了解到為了提高割草機質量的效率，就需要在設計階段綜合考慮各方面因素，選擇適當的設計方案、對割草機的各項數據指標進行確定，同時還要分析割草機的動態特性，使其性能能夠與相應的標準相適應，從而設計出可以高效的進行割草作業的割草機設備，促進割草效率的提高，推動畜牧業的發展。

Discussion about the Design and Dynamic Characteristics of Lawn Mower

CAO Liang-jun
（Qiyang Agricultural Mechanization Administration，Yongzhou，Hunan 426100，China）

In order to promote the efficient development of modern agriculture in China，it should be to realize the mechanization of animal husbandry development as soon as possible，continuously improve of storage technology，harvesting，planting techniques to promote the promotion of agricultural operation efficiency in animal husbandry.There is a high price，inconvenient to use，structure complex problems existing in today's mower，it is urgent to take effectively design method to improve the mower performance，and promote the development of cutting technology.Therefore the design method of the paper mainly studied the mower，lawn mower to explore the dynamic characteristics.

dynamic characteristics；design；lawn mower

S817.111

A

2095-980X（2016）04-0080-02

2016-03-06

曹良軍（1977-），男，湖南人，大學專科，助理工程師，主要研究方向：農機。