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文 献 综 述题 目： 小型牧草收割机的设计 学生姓名：专业班级：系部名称：指导教师：职 称： 9小型牧草收割机的设计摘要：随着农村产业结构的调整,养殖业比例的不断增加,与之相应的牧草种植不断扩大. 仅黑龙江省现有自然牧草地33.70万公顷，另外还有可垦荒地56.23万公顷，其中37%可改良为牧草地。但我省的牧草收割多以人工为主,工作效率低,作业成本高,而且一年要割四至五茬,劳动强度非常大,新兴的牧草种植业急需经济实用的小型牧草收割机。通过文献资料对国内外牧草机械的现状及发展有一定的了解；同时介绍了目前国内外常使用的牧草收割机及各自的特点及还需解决的问题和牧草收获机械的发展前景；切割器是各种牧草收割机上最重要的工作部件，下面也简要介绍了几种常用切割器的特点。关键词： 牧草收割机；切割器；传动装置 Design of Construction Mini-type Herbage HarvesterAbstract: As a result of the adjustment of the infrastructure of agriculture production ,the portion of livestock production in agriculture is ever increasing , and the corresponding farming area for herbage is constantly expanded. Only in Heilongjiang Province, it exists natural pastures 337,000 hectares,and also has reclaiming wasteland 562,300 hectares, 37% of which can be improved to the pastures. But our province herbage harvesting many by the man-power primarily , Herbage harvesting is generally performed manually 4 to 5 times each year ,having low productivity ,high cost and labor intensity. The newly emerging herbage industry is urgently demanding economical mini-type herbage harvester.Through literature we have a certain understanding of the current situation and development on herbage machinery at home and abroad .Meanwhile it introduces several herbage harvester which often use at home and abroad with their characteristics and the problems that need to be solved, and also introduces devlopment prospects of herbage machinery .Herbage cutting is the most important part of kinds of herbage harvesters. The following is a brief summary of several cutting requirements characteristics. Key words: herbage ; cutting requirement ; Transmission device 引言： 随着农村产业结构的调整，全国养殖业的比例不断增加，与之相应的牧草种植面积不断扩大，仅黑龙江省的现有自然牧草地33.70万公顷，另外还有可垦荒地56.23万公顷，其中37%可改良为牧草地，作为后备牧草资源。这些草地多数呈条状、块状分布，大面积的草地为数不多，草地草原差，适口性一般。而且牧草收割多以人工为主，工作效率低，作业成本高，而且一年要割四至五茬，劳动强度大，新兴的牧草种植业急需经济实用的小型牧草收割机。目前国内外现有的牧草收割机械，按切割器的形式主要分为往复式和旋转式两种,工作幅宽2-6米，工作效率5-18亩/小时，配套动力为9-50KW，这些机具主要为大型牧场使用，成本较高，不适合中小型牧场使用。一、 牧草收割机研究的背景我国经过20多年的改革开放，国民经济已进入一个平稳、持续、快速发展的时期。随着综合国力逐步增强和经济建设的步伐不断加快，农业产业结构正逐步得到优化调整，畜牧业将成为农业产业化建设中一项重要内容，其在农业经济中的比重越来越大。加之随着西部大开发战略的实施，草原建设、草原改良、退耕还草、生态恢复建设蓬勃兴起，由此形成的牧草产业，将成为集生态、经济和社会效益于一体的新型综合性产业。但我国牧草机械化水平与国外发达国家相比有相当大的差距。我国牧草机械产品品种不全，成套性差。二、牧草收获机械的现状（一）国外牧草机械的发展现状国外牧草收割机械，自十九世纪初叶出现畜力割草机和搂草机以来，已有一百多年的历史了，经历了从使用畜力到拖拉机配套、从单项作业机具到联合作业机具的发展过程。20世纪70年代以来，部分服役机具趋于饱和，产量和保有量保持稳定或趋于下降，各公司致力于开发新产品，改进原有产品的质量，美国、德国、法国、意大利、日本等发达国家在该领域处于领先地位。20世纪90年代，这些国家的割、搂、捆装、运等牧草收获机械陆续进入我国牧草种植基地，国外先进的牧草收获机械技术比较完善，机具品种多，性能可靠，但价格昂贵。目前，欧美各国几乎所有的农机公司都生产牧草机械，产品品种齐全，系列完整，能满足各种收获；主要结构及技术性能指标至今没有多大变化；只是在操作舒适和计算机应用方面有所改进。下图显示的是世界上最大的牧草机械制造商之一的纽荷兰的两种牧草收割机14。 图1 纽荷兰后置式牧草收割机 图2 纽荷兰前置式牧草收割机（二）国内牧草收割机械的发展现状我国畜牧机械工业是农业工业中起步较晚，发展慢的行业之一。牧草收割机械是我国生产及使用最早的畜牧机械之一。尽管近年来牧草收割机械发展迅速，但机械化水平还是很低。尤其是在小型的牧场，主要还是手工收获为主，刀具磨损非常厉害，农民劳动强度非常大。根据农村种植业结构的调整和当前经济体制的情况，在机型的研制上主要以中小型为主，在研究内容上主要解决劳动强度大的问题。当前应首先研制一些机型小、质量好、价格低的牧草收割机械，以适应专业户的需求。（三）近年来我国自行研制的成果我国在50年代生产了马拉割草机和三刀割草机，1953年辽宁金县农具长首先生产了1.4型的畜力割草机；1958年海拉尔牧业机械厂生产了9G-14型的畜力割草机，同时还生产9G-12型机引暴单刀割草机；1965年内蒙古畜牧机械研究所进行了后悬挂双动刀高速割草机和双连杆畜力割草机的研究，双动刀高速割草机接近当时国外同类产品先进水平，以后约有十年的时间停止了研究工作；1976年以后内蒙古、新疆分别研制成单圆盘、双圆盘和四圆盘旋转式割草机；1979年白城牧机厂试制成功 图3 新疆牧草收获机9S-4.0型自走式割草压扁机；1985年新疆农科院农机化所研制成功9GZX-2.4型六盘全齿式旋转式割草机；2002年上海向明公司自行研制出9GX（Y）-1.6型圆盘割草机。三、牧草机械的发展前景国内外大量事实证明，对天然草场进行改良，建立人工草场，实施退牧还草工程，实施围栏禁牧封育，是提高草场生产能力，解决草畜矛盾，使畜牧业生产稳定、高速、优质发展的一项关键措施。此外，退耕还草，保护和建设生态环境，都与草场改良和建立人工草场相关。据有关报道，仅内蒙古自治区草原建设总规模每年要保持在3000 万亩。国家计划到2010年治理“三化”草原5亿亩，新增人工种草，改良草地7.5亿亩。据测算仅草原改良、建设，对不同生产能力的牧草种子加工成套设备近期需求量为150200套/年。另外，如果全国每年以建设240万公顷人工草地计算，每公顷平均播草籽8公斤，则年需10000台牧草播种机和草原松土补播机，80000台草籽收获机或草籽采集机。在每个割草季节按一台割草机的生产能力为500公顷计算，则每年需新增割草机4800台。相应配套的搂草机2000台。每台捆草机每个作业季节平均捆草3000吨（300kg/捆300捆/天35天），平均每公顷产干草5.25吨，则需圆捆机4200台。以上分析不包括天然草场和农区对牧草机械的需求，如以每年5%的更新计算，则每年需新增1750台割草机（现保有量约3.5万台），如果未来天然草场割草机拥有量达到万亩1台的水平，那将是33万台的巨大市场（按可利用草场33亿亩计），其他牧草机械如搂、捆、运等也将出现相应需求。四、牧草收割机概述（一）割草机的类型 国内外牧草收获机械按其切割部件的结构分为往复式（如图4）和圆盘式割草机（如图5）15；按其行走动力分为牵引式、半悬挂式、悬挂式、自走式割草机；按照割草幅宽可为窄幅和宽幅式割草机11。1、往复式切割器割草机研究发展概况往复式割草机具有最悠久的历史。它适于收割天然牧草和种植牧草，具有割茬低而整齐，牧草损失少，便于调整使用等优点，其发展趋势是提高生产效率，一是提高前进速度，二是增加割幅。加大割幅将增加金属消耗量，因此以提高前进速度更为有利。但为保证切割质量，必须同时提高切割器切割速度。由于切割速度提高，引起割刀往复惯性力大为增加，会造成机器震动和机件损坏，切割高产或湿润牧草常产生堵刀现象。这种割草机虽有这些缺点，但目前仍作为一种标准机型被国内外广泛使用和大量生产，并且在不断完善和改进。2、回转式割草机研究发展概况近年来，西欧由于种植牧草面积大量增加，并使用大量含氮肥料使牧草高大，茂密而趋于倒伏。因此，回转式割草机得到迅速发展，它属无支承切割。切割器刀片安装在刀盘上，并随刀盘一起回转进行割草，其前进速度高，有较高的生产率，不产生堵塞现象，更换刀片简易，保养方便。但回转式割草机功率消耗较大，为1016马力/米。（普通往复式割草机为12 马力/米，双动刀割草机为48马力/米）工作幅重割区大，割茬不齐，碎草多，且对地面的平坦程度要求较高。在牧草刚度小时易使割茬高度增加，因此较适于高产硬杆牧草，在西欧比较盛行。图 4自走式往复式收割机 图5自走式旋转式收割机（二）牧草收割机械的各组成部分牧草收割机械主要由切割装置、传动装置、输送装置、行走轮及结构部件等组成。1、切割器切割器是收获机械的重要部件之一，它的功用是将田间的作物切断。目前，已广泛使用和报道的切割器有：往复式、回转式、甩刀式、带式等。下面来简要介绍几种常见切割器的特点（1）往复式切割器。往复式切割是目前国内外稻麦收割机上应用最广的一种切割器，现基本标准化。其切割速度一般为1.52m/s，作业速度低，一般不超过9km/h。它由往复运动的割刀和固定不动的支承部分组成。割刀由刀杆、动刀片和刀杆头等铆合而成。刀杆头与传动机构相连接，用以传递割刀的动力。工作时，割刀作直线往复运动，其护刃器前尖将谷物分成小束引向割刀，割刀在运动中将禾杆推向定刀进行切割。这种切割器平均切割速度较低，切割性能好，结构简单，工作可靠，广泛用于谷物收割机上。它的缺点是往复惯性力大，割台振动和噪声大，存在重割和漏割，割茬不整齐。（2）回转式切割器。回转式切割器主要用于收获牧草、青饲料等粗茎秆作物， 少数谷物收获机上也使用这种切割器。回转式切割器切割速度高，一般为2550m/s,可适应 1025km/h 的高速作业，惯性力易平衡，震动较小，结构简单,但回转半径小，不宜宽幅切割，割刀的寿命较短，维修费用高。在牧草收割机上多采用双盘或多组双盘式，每个刀盘由刀盘架、刀片、锥形送草盘和拨草鼓等组成。孙永海、常振臣等12以试验设计、计算机模拟和神经网络优化技术为手段,对圆盘式切割器进行了试验研究,探讨了切割速度、切削角和刀齿高度3个因素对切割损失和切割阻力的影响,得到了切割速度、切削角和刀齿高度的最佳参数组合。杨家军、刘锋等13应用结构动态设计原理和随机激励下的动态设计方法，研究了切割器在随即激励下的响应,得到了切割器结构的动态设计的结果。（3）甩刀式切割器。甩刀式切割器多用于玉米青贮饲料收割机上。目前国内外收割机上多采用甩刀式切割器。它由水平横轴、刀盘体、刀片和护罩等组成。这种切割器转速高，圆周速度达5070m/s，但割幅较窄，一般为0.82m。在割幅较大的机器上，多采用多组并联结构，目前国内外最大的割幅为6m。孟海波、于文星等设计了玉米茎秆甩刀式切抛器，该甩刀式切抛器由壳体、甩刀、刀轴及定刀等部分组成。甩刀的结构及工作原理与常规的甩刀形式不同,采用了“直角直刃”组合式铲形甩刀。（4）回转带式切割器。这种切割器将薄钢带加工成角钢状，一边为带体，连接两端构成传动带，一边为刀体，刀体间有一定距离，刀体端开有刀齿，刀齿为梯形。在田间试验条件下，可实现高速作业、高速切割及无支承切割，切割速度可高于17m/s，作业速度可高于15km/h，无往复惯性力，割刀工作平稳, 割台振动小，工作平稳，割茬整齐，无撕裂、漏割和堵刀现象，适于收割小麦、水稻等细茎秆作物和牧草。但这种切割器对钢带的材质要求较高，加工难度较大，其寿命和可靠性还有待进一步研究。2、传动装置(1) 在杨天兴2的齿形链式牧草收割机的研究和设计中，他的传动系统是动力由发动机飞轮输出，经过皮带把动力传给减速箱前面的输入皮带轮，动力输入到减速箱内第一级圆柱减速齿图6 齿形链式牧草收割机传动系统示意图1-一级减速圆柱小齿轮 2-一级减速圆柱大齿轮 3-二级减速圆柱小齿轮 4-二级减速圆柱小齿轮 5、8- 输送主动带轮 6、7- 输送带 9-切割器 10-输送从动皮带轮 11-传动轴 12-输入皮带轮13-张紧轮总成 14- 柴油机飞轮轮对 1、2 和第二级圆锥减速齿轮对 3、4 后，经过减速及改变传动方向后，直接输入到传动轴， 带动链轮和输送带轮同向转动工作。链轮驱动链条上的动刀片在压刃器等零件的配合下进行切割。其特点是中心距大割幅不受限制，传动功率大、平稳，结构简单，安装调整方便。同时传动路线简单，采用零件少，制造和安装方便，成本低，能够实现各机构的功能要求。(2) 在赵春花5的手扶式山地牧草收割机研制论文中，传动系统（如图2）将其柴油机的动力分别传送给行走轮、切割器和输送系统。切割器的驱动机构将传动轴的旋转运动转化为割刀的往复运动。现有的三种传动系统方案即直接式、间接式和综合式。综合式传动系统的动力由柴油机发动机皮带轮输出后，分为两路：一路经三角皮带轮5、8和一对锥齿轮 6,7 两级减速，并改变传动方向后直接传递给曲柄主轴。曲柄主轴驱动滑块（轴承）带动刀杆及动刀做往复切割运动，切割器曲柄主轴经一对小链轮9、10 将驱动力传递给输送系统。另一路经三角皮带轮1、图7手扶式山地牧草收割机传动系统示意图1-动力输出行走皮带轮 2-二级减速皮带轮 3-二级减速小链轮 4- 二级减速大链轮5-动力输出切割系统皮带轮 6-大锥齿轮7-小锥齿轮 8-输入主轴大皮带轮 9-输送从动链轮10-输送主动链轮 11-柴油机12-行走轮 13-大双排链轮 14-小双排链轮2，链轮3、4 二级减速后，又经牙嵌式离合器控制工作状态再经一对双联链轮13、14减速，最后传递到一对走轮行上，完成机具边行走、边切割，边输送铺放一整套工作过程。 3、输送装置牧草收割机的输送铺放系统直接影响着牧草铺放质量和牧草的收获质量。立式割台输送系统不仅应及时将切割下的牧草输送到一侧，还应铺放均匀整齐，形成一定的形状和厚度，利于干燥，利于后续的工作。其主要参数为：拨齿的高度和形状参数、输送带尺寸、拨齿间距、辅助星轮参数和位置、输送速度、割刀前伸量等。4、行走轮割草机行走轮的大小和能调节的高度取决于割荏和行走操纵的方便性及田间的平整度。割草机的割荏应低于谷物收割机的割荏，北方地区的大型天然草场割荏为45cm,而一般的种植牧草为56cm，晚秋收获牧草在67cm。因此，要求切割器贴近地面，且能交换的适应地形起伏。五、有待解决的问题（一）当前收获机上使用的切割器以往复式最多，而且制造技术趋于完善，只是局部有所改进，但其惯性力不平衡和振动；（二） 回转式切割器的惯性力很小，可以高速作业，但结构复杂，不易实现宽幅作业；（三）我国现有的割草机类型不适合收割各种草种，不适应各种地面的要求；（四）割草机的割茬高度较高，牧草损失较大；刀片耐磨度低，换刀次数频繁；结构设计不合理，受力不均衡；（五）新型切割器的发展方向主要是如何实现高速作业和减少落粒损失及减少损失。结论：从上我们可以看出，随着产业结构和西部大开发，我国的牧草种植面积也在不断扩大，相应的也增加了牧草机械的需求，但根据我省的具体情况，我省的草地多数呈条状、块状分布，大面积的草地为数不多，不太适合用拖拉机带动它前进，而采用手扶式的，既简单方便，又降低了成本。在切割器的选择上，要结合收割对像的特点，主要是解决黑麦草的收割，多年生黑麦草是禾本科黑麦草属的多年生草坪植物
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