小型手推式割草機的設計

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。其特點采用手推式設計，由汽油發(fā)動機提供驅動力；采用兩組刀片彼此反向切割，可以增加動刀片切削的往復速度，運行速度迅速增加，能夠提高工作效率；而體積小、重量輕的小型手推式割草機還具有動性能靈活、操作簡單、維修方便等優(yōu)點。

關鍵詞：小型手推式割草機；設計；方案

引言

目前我國割草在實際條件和客觀因素的約束下，往往會選擇往復式割草機和旋轉割草機，人們在切割過程中，發(fā)現(xiàn)旋轉式割草機需要較強的動力，耗能較多，相較而言往復式割草機綜合表現(xiàn)更好，在所需動力相同的情況下耗能較少，具有良好的經濟效益。但也存在一些難以回避的問題，具體表現(xiàn)為在實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)過程中會表現(xiàn)出對柔性莖稈牧草的不適應，嚴重時會出現(xiàn)堵塞情況，無法正常工作。由于以上兩種割草機存在的弊端，下文將重點介紹一款高效率的雙刀割草機，雙刀割草機相比前兩中割草機整個構造相對精密，在切割作業(yè)過程中能保持較快的速度，同時也能保證良好的平衡性，保障整個作業(yè)過程的穩(wěn)定性，提升工作效率。小型手推式割草機在切割過程中針對不同的品種的牧草作業(yè)環(huán)境表現(xiàn)出更好的適應性[1-3]。

1 小型手推式割草機方案設計

1.1 結構設計

此小型手推式割草機由主機架、控制把手、傳動軸、剪刀頭、調節(jié)塊、發(fā)動機、行進輪、皮帶安全罩等組成。發(fā)動機170F6.5馬力風冷汽油機AJ001型發(fā)動機，固定于主機架正上方。控制把手連接在主機架后方，右把手上附有油門調節(jié)器、右把手上附有前進離合、左把手上附有后退離合。傳動軸一端與切割裝置傳動連接，另一端固定在主機架和變速箱上，與汽油發(fā)動機轉子相連，經過皮帶將動力傳遞給變速箱的皮帶輪。行進輪安裝在主機架下方起到支撐和行進的作用。小型手推式割草機結構如圖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)動機輸出動力通過齒形皮帶傳動，將發(fā)動機動力傳遞給變速箱皮帶輪，變速箱由蝸輪蝸桿變速等組成。傳動軸帶動兩組刀片相互作，在切割刀的雙重作用下將牧草進行切削，從而達到割草的動作。汽油發(fā)動機通過動力帶動驅動輪驅動整個機器，實現(xiàn)機器自走功能。

2 割草機的傳動方式

使用齒形皮帶傳動：

皮帶傳動是利用張緊力在帶輪上的柔性帶進行運動或動力傳遞的一種機械傳動。采用齒形皮帶傳動，動力傳遞更大，比較適合自走功能的實現(xiàn)。齒形皮帶轉動結構簡單、傳動平穩(wěn)，能夠緩和機器由停止到行走的瞬間加速度；造價較低廉、不需要潤滑、維護較容易。

3 雙動切割結構的設計

3.1 雙動切割裝置結構設計

本小型割草機選用了汽油發(fā)動機通過皮帶傳遞帶動變速箱皮帶輪，通過蝸輪蝸桿將動力傳遞給傳動軸輸出，來變換成割刀往復直線運動。作為整個割草機核心部分的切割裝置，其結構設計復雜，主要由支撐部分和動刀兩部分組成，支撐部分和動刀緊密的結合保證整個切割裝置的平衡性和穩(wěn)定性，切割裝置內動刀與定刀均采用鋸齒形刀片，動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]。傳動機構的正常運轉保證動力的有效轉換，使得一體化的刀桿和動刀在作業(yè)過程中能夠獲得持續(xù)不斷地動力。雙刀在作業(yè)過程中沿著同一個方向不斷來往運動，動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)質鋼板）經過熱處理后成型，保證刀片具有足夠的強度、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，保證機器的使用壽命；支撐部分和動刀的結構設計應該符合工程學的要求，減少作業(yè)過程中的摩擦和阻力，降低能耗，提高單位時間內工作效率。切割機表可采用噴漆，避免機器生銹，具有良好耐腐蝕性的同時也擁有精美的外觀。雙動切割剪刀主體部分結構如圖2所示。

3.2 雙動切割剪刀功能

本裝置為能夠更好地適應不同面域的牧草收割工作，設計了雙動割刀的不同尺寸。收割作業(yè)前，可通過根據(jù)收割不同地形、面積大小手動更換適合的剪刀頭。將中間的螺栓固定，即實現(xiàn)動刀片收割范圍最大化，此狀態(tài)下動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，可實現(xiàn)動刀片范圍最小化，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，割草高速往復直線運動將與其接觸的待剪物切斷，運行平穩(wěn)且效率較高[6]。雙動切割刀實物如圖3所示。

4 扶手設計

4.1 扶手結構設計

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機身后方，通過兩側側板固定在割草機安裝扶手座上。扶手座通過螺栓緊固在支撐架上，考慮到操作者身高不同、習慣不同，扶手的高度應當能方便地進行調整[7]。通過操作者調整好的適合高度，并將連接螺栓擰緊即可，可以隨時進行調節(jié)，操作較方便簡單。結構如下圖4所示。

4.2 右扶手油門調節(jié)設計

為保證割草機進行正常運行收割牧草工作，需對發(fā)動機的動力源提供可調節(jié)的速度，對較復雜的地形、密集的牧草提供更大的機動功率。操控者方便在遠程控制可通過油門調節(jié)改變發(fā)動機動力輸出的轉動功率，從而可以改變剪刀收割牧草的速度效率。

4.3 右扶手前進離合設計、左扶手后退離合設計

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

5 結束語

利用皮帶傳動結構簡單、傳動平穩(wěn)，能緩和機器由停止到行走的瞬間加速度。該割草機的動刀與定刀均采用梯形刀片，設計采用雙動刀切削結構的小型手推式割草機。雙動切削與單動切削相比，在裝置結構相比更為復雜些，但是驅動動態(tài)時機動性能靈活，可以增加動刀片切削的往復速度，運行速度增加，所以作業(yè)速度很快，工作效率較高。但是手推式割草機需要人員行走，工作量大容易產生勞累，還有待于進一步改進為車座式，減少人員行走。

參考文獻

[1]徐秀英，張維強，楊和梅，等.小型牧草收獲機雙動切割裝置設計與運動分析[J].農業(yè)工程學報，2011，27（7）.

[2]尚士友，李旭英，杜健民，等.柔性沉水植物切割檢拾裝置的試驗研究[J].農業(yè)工程學報，1998，14（4）.

[3]韓正晟，覃震霄，魏宏安，等.齒形鏈式切割器的試驗研究[J].農業(yè)工程學報，1998，14（2）.

[4]許虎泉，卞麗娜，郭偉.小型牧草收獲機械的研究[J].農機裝備技術，2005（4）.

[5]杜健明.水草收獲機械切割輸送裝置的設計分析[J].農村牧區(qū)機械化，1995（2）.

[6]王攀峰，尚士友，劉海亮，等.9GSCC-1.4H水草收割機切割裝置改進設計[J].農機化研究，2010（9）.

[7]王文德.淺談小型多功能手扶拖拉機的開發(fā)[J].拖拉機與農用運輸車，2004（4）.

[8]趙立水，鄭艷.小手扶的興起與發(fā)展前景[J].農業(yè)機械，1993（3）.

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

陳廣升（1993-），廣西平南人，廣西科技大學職業(yè)技術教育學院，學生，現(xiàn)主要從事車輛工程研究。