小型手推式割草機的設(shè)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(shè)計，由汽油發(fā)動機提供驅(qū)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(fù)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(guān)鍵詞：小型手推式割草機；設(shè)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(fù)式割草機和旋轉(zhuǎn)割草機，人們在切割過程中，發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)式割草機需要較強的動力，耗能較多，相較而言往復(fù)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(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(yīng)，嚴(yán)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(gòu)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(yīng)性[1-3]。

1 小型手推式割草機方案設(shè)計

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)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(diào)節(jié)塊、發(fā)動機、行進(jìn)輪、皮帶安全罩等組成。發(fā)動機170F6.5馬力風(fēng)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(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(zhuǎn)子相連，經(jīng)過皮帶將動力傳遞給變速箱的皮帶輪。行進(jìn)輪安裝在主機架下方起到支撐和行進(jìn)的作用。小型手推式割草機結(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(jìn)行切削，從而達(dá)到割草的動作。汽油發(fā)動機通過動力帶動驅(qū)動輪驅(qū)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(jìn)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(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)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(hù)較容易。

3 雙動切割結(jié)構(gòu)的設(shè)計

3.1 雙動切割裝置結(jié)構(gòu)設(shè)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(fù)直線運動。作為整個割草機核心部分的切割裝置，其結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)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(jié)合保證整個切割裝置的平衡性和穩(wěn)定性，切割裝置內(nèi)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(gòu)的正常運轉(zhuǎn)保證動力的有效轉(zhuǎn)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(zhì)鋼板）經(jīng)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(jié)構(gòu)設(shè)計應(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，提高單位時間內(nèi)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(jié)構(gòu)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(yīng)不同面域的牧草收割工作，設(shè)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(fù)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(shè)計

4.1 扶手結(jié)構(gòu)設(shè)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(cè)側(cè)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(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

為保證割草機進(jìn)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(diào)節(jié)的速度，對較復(fù)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(yuǎn)程控制可通過油門調(diào)節(jié)改變發(fā)動機動力輸出的轉(zhuǎn)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(jìn)離合設(shè)計、左扶手后退離合設(shè)計

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(chǎn)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(hù)較容易[8]。結(jié)構(gòu)如下圖4所示。

5 結(jié)束語

利用皮帶傳動結(jié)構(gòu)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(shè)計采用雙動刀切削結(jié)構(gòu)的小型手推式割草機。雙動切削與單動切削相比，在裝置結(jié)構(gòu)相比更為復(fù)雜些，但是驅(qū)動動態(tài)時機動性能靈活，可以增加動刀片切削的往復(fù)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(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(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。