小型手推式割草機(jī)的設(shè)計(jì)

朱立宗　陳廣升　張名煥　溫科　郭朝勇

摘 要：介紹了一種小型手推式割草機(jī)。其特點(diǎn)采用手推式設(shè)計(jì)，由汽油發(fā)動(dòng)機(jī)提供驅(qū)動(dòng)力；采用兩組刀片彼此反向切割，可以增加動(dòng)刀片切削的往復(fù)速度，運(yùn)行速度迅速增加，能夠提高工作效率；而體積小、重量輕的小型手推式割草機(jī)還具有動(dòng)性能靈活、操作簡單、維修方便等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：小型手推式割草機(jī)；設(shè)計(jì)；方案

引言

目前我國割草在實(shí)際條件和客觀因素的約束下，往往會(huì)選擇往復(fù)式割草機(jī)和旋轉(zhuǎn)割草機(jī)，人們?cè)谇懈钸^程中，發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)式割草機(jī)需要較強(qiáng)的動(dòng)力，耗能較多，相較而言往復(fù)式割草機(jī)綜合表現(xiàn)更好，在所需動(dòng)力相同的情況下耗能較少，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。但也存在一些難以回避的問題，具體表現(xiàn)為在實(shí)際切割過程中速度較慢、平衡性也不能得到良好保障，在切割作業(yè)過程中會(huì)表現(xiàn)出對(duì)柔性莖稈牧草的不適應(yīng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)堵塞情況，無法正常工作。由于以上兩種割草機(jī)存在的弊端，下文將重點(diǎn)介紹一款高效率的雙刀割草機(jī)，雙刀割草機(jī)相比前兩中割草機(jī)整個(gè)構(gòu)造相對(duì)精密，在切割作業(yè)過程中能保持較快的速度，同時(shí)也能保證良好的平衡性，保障整個(gè)作業(yè)過程的穩(wěn)定性，提升工作效率。小型手推式割草機(jī)在切割過程中針對(duì)不同的品種的牧草作業(yè)環(huán)境表現(xiàn)出更好的適應(yīng)性[1-3]。

1 小型手推式割草機(jī)方案設(shè)計(jì)

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

此小型手推式割草機(jī)由主機(jī)架、控制把手、傳動(dòng)軸、剪刀頭、調(diào)節(jié)塊、發(fā)動(dòng)機(jī)、行進(jìn)輪、皮帶安全罩等組成。發(fā)動(dòng)機(jī)170F6.5馬力風(fēng)冷汽油機(jī)AJ001型發(fā)動(dòng)機(jī)，固定于主機(jī)架正上方。控制把手連接在主機(jī)架后方，右把手上附有油門調(diào)節(jié)器、右把手上附有前進(jìn)離合、左把手上附有后退離合。傳動(dòng)軸一端與切割裝置傳動(dòng)連接，另一端固定在主機(jī)架和變速箱上，與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子相連，經(jīng)過皮帶將動(dòng)力傳遞給變速箱的皮帶輪。行進(jìn)輪安裝在主機(jī)架下方起到支撐和行進(jìn)的作用。小型手推式割草機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 工作原理

由于皮帶輪固定在變速箱輸入端，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力通過齒形皮帶傳動(dòng)，將發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳遞給變速箱皮帶輪，變速箱由蝸輪蝸桿變速等組成。傳動(dòng)軸帶動(dòng)兩組刀片相互作，在切割刀的雙重作用下將牧草進(jìn)行切削，從而達(dá)到割草的動(dòng)作。汽油發(fā)動(dòng)機(jī)通過動(dòng)力帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)整個(gè)機(jī)器，實(shí)現(xiàn)機(jī)器自走功能。

2 割草機(jī)的傳動(dòng)方式

使用齒形皮帶傳動(dòng)：

皮帶傳動(dòng)是利用張緊力在帶輪上的柔性帶進(jìn)行運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力傳遞的一種機(jī)械傳動(dòng)。采用齒形皮帶傳動(dòng)，動(dòng)力傳遞更大，比較適合自走功能的實(shí)現(xiàn)。齒形皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)平穩(wěn)，能夠緩和機(jī)器由停止到行走的瞬間加速度；造價(jià)較低廉、不需要潤滑、維護(hù)較容易。

3 雙動(dòng)切割結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

3.1 雙動(dòng)切割裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本小型割草機(jī)選用了汽油發(fā)動(dòng)機(jī)通過皮帶傳遞帶動(dòng)變速箱皮帶輪，通過蝸輪蝸桿將動(dòng)力傳遞給傳動(dòng)軸輸出，來變換成割刀往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。作為整個(gè)割草機(jī)核心部分的切割裝置，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，主要由支撐部分和動(dòng)刀兩部分組成，支撐部分和動(dòng)刀緊密的結(jié)合保證整個(gè)切割裝置的平衡性和穩(wěn)定性，切割裝置內(nèi)動(dòng)刀與定刀均采用鋸齒形刀片，動(dòng)刀片和刀桿兩者緊密咬合，最后和刀桿頭組合在一起形成一套完整的割刀[4-5]。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)保證動(dòng)力的有效轉(zhuǎn)換，使得一體化的刀桿和動(dòng)刀在作業(yè)過程中能夠獲得持續(xù)不斷地動(dòng)力。雙刀在作業(yè)過程中沿著同一個(gè)方向不斷來往運(yùn)動(dòng)，動(dòng)刀和定刀像一把大剪刀一樣不斷咬合來有效清理草茬。切割裝置中的刀片采用特殊材料（優(yōu)質(zhì)鋼板）經(jīng)過熱處理后成型，保證刀片具有足夠的強(qiáng)度、硬度和耐磨損性；在切割裝置的安裝過程中，以有效保證良好的平衡性為主要原則，最大程度上減少不良振動(dòng)，保證機(jī)器的使用壽命；支撐部分和動(dòng)刀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該符合工程學(xué)的要求，減少作業(yè)過程中的摩擦和阻力，降低能耗，提高單位時(shí)間內(nèi)工作效率。切割機(jī)表可采用噴漆，避免機(jī)器生銹，具有良好耐腐蝕性的同時(shí)也擁有精美的外觀。雙動(dòng)切割剪刀主體部分結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.2 雙動(dòng)切割剪刀功能

本裝置為能夠更好地適應(yīng)不同面域的牧草收割工作，設(shè)計(jì)了雙動(dòng)割刀的不同尺寸。收割作業(yè)前，可通過根據(jù)收割不同地形、面積大小手動(dòng)更換適合的剪刀頭。將中間的螺栓固定，即實(shí)現(xiàn)動(dòng)刀片收割范圍最大化，此狀態(tài)下動(dòng)刀片理想收割直徑為1200mm，可提高割草效率，適用于較為平坦寬闊的牧草。將尺寸小的剪刀頭更換上去，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)刀片范圍最小化，最小理想收割范圍直徑為800mm，可收割狹窄空間或死角處的雜草。正常工作時(shí)，割草高速往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)將與其接觸的待剪物切斷，運(yùn)行平穩(wěn)且效率較高[6]。雙動(dòng)切割刀實(shí)物如圖3所示。

4 扶手設(shè)計(jì)

4.1 扶手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

扶手的支架類似“梯形”形狀，但扶手頭開口大慢慢彎曲縮小，連接安裝放置于割草機(jī)機(jī)身后方，通過兩側(cè)側(cè)板固定在割草機(jī)安裝扶手座上。扶手座通過螺栓緊固在支撐架上，考慮到操作者身高不同、習(xí)慣不同，扶手的高度應(yīng)當(dāng)能方便地進(jìn)行調(diào)整[7]。通過操作者調(diào)整好的適合高度，并將連接螺栓擰緊即可，可以隨時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，操作較方便簡單。結(jié)構(gòu)如下圖4所示。

4.2 右扶手油門調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)

為保證割草機(jī)進(jìn)行正常運(yùn)行收割牧草工作，需對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力源提供可調(diào)節(jié)的速度，對(duì)較復(fù)雜的地形、密集的牧草提供更大的機(jī)動(dòng)功率。操控者方便在遠(yuǎn)程控制可通過油門調(diào)節(jié)改變發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出的轉(zhuǎn)動(dòng)功率，從而可以改變剪刀收割牧草的速度效率。

4.3 右扶手前進(jìn)離合設(shè)計(jì)、左扶手后退離合設(shè)計(jì)

右扶手前進(jìn)離合、左扶手后退離合是通過螺栓連接固定在把手上，可通過拉索遠(yuǎn)程控制連接，主離合器是通過皮帶張緊式進(jìn)行調(diào)節(jié)前進(jìn)離合、后退離合的工作過程，市場價(jià)格低且外觀精美。皮帶傳動(dòng)是一種典型的機(jī)械傳動(dòng)，它的工作原理為依靠摩擦力來產(chǎn)生和傳遞動(dòng)力。它的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在皮帶有良好的彈性，在工作中能緩和沖擊和振動(dòng)，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)無噪音；而造價(jià)低廉、不需要使用潤滑來潤滑皮帶、維護(hù)較容易[8]。結(jié)構(gòu)如下圖4所示。

5 結(jié)束語

利用皮帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)平穩(wěn)，能緩和機(jī)器由停止到行走的瞬間加速度。該割草機(jī)的動(dòng)刀與定刀均采用梯形刀片，設(shè)計(jì)采用雙動(dòng)刀切削結(jié)構(gòu)的小型手推式割草機(jī)。雙動(dòng)切削與單動(dòng)切削相比，在裝置結(jié)構(gòu)相比更為復(fù)雜些，但是驅(qū)動(dòng)動(dòng)態(tài)時(shí)機(jī)動(dòng)性能靈活，可以增加動(dòng)刀片切削的往復(fù)速度，運(yùn)行速度增加，所以作業(yè)速度很快，工作效率較高。但是手推式割草機(jī)需要人員行走，工作量大容易產(chǎn)生勞累，還有待于進(jìn)一步改進(jìn)為車座式，減少人員行走。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：朱立宗（1980-），廣西貴港人，廣西科技大學(xué)職業(yè)技術(shù)教育學(xué)院，講師，主要從事載運(yùn)工具運(yùn)用工程、CAE、職業(yè)教育研究。

陳廣升（1993-），廣西平南人，廣西科技大學(xué)職業(yè)技術(shù)教育學(xué)院，學(xué)生，現(xiàn)主要從事車輛工程研究。