苜蓿收获机的设计
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前 言
畜牧业的发展水平反映了一个国家的经济发展水平和技术的进步程度，在一些畜牧业发达国家，畜牧业产值在农业总产值中占有很高的比例，在畜牧业产值中，60%以上是由牧草转化来的，所以牧草生产是畜牧业中最基础的产业，还是一个经济效益很高的产业。但是，我国牧草收获机械化水平低，设备陈旧不能满足收获需求，有时还需要人工收割，使牧草产量和品质下降，缺乏牧草收获机械，以阻碍了牧草产业的发展。
本课题的确定是在收集、分析以往使用经验以及国外同类产品最新技术资料的基础上确定的。研制了一种可以一次完成切割、压扁、作业工序的切割机，它的特点是采用了偏心式拨禾轮，将牧草拨入立式割台，并及时推向压扁辊。
本文主要是应用机械设计方法和机械原理对割草机的全部零件进行尺寸研究设计，对主要的传动零部件进行受力分析和强度校核计算，用Auto CAD和Solid Works设计软件进行设计和绘图，初步完成了整机的设计并整理出图纸。
关键词：苜蓿；割草机；往复式切割器；偏心拨禾轮
目 录
1 引言 1
1.1 本课题研究的背景、目的 1
1.2 牧草机械的研究现状 2
1.3 课题研究内容和方法 2
2 收获机整体方案的确定 3
2.1 收获对象的特点及其对割草压扁机机械性能的要求 3
2.2 方案的确定 3
3 立式割台的设计 4
4 割草压扁机拨禾装置的设计研究 4
4.1 拨禾轮的类型 4
4.2 拨禾轮的工作原理和参数确定 4
5 割草压扁机切割系统的分析研究 6
5.1 切割器的选择 6
5.2 切割压扁机压扁系统的设计研究 8
6 割草压扁机传动系统的分析研究 8
6.1 传动系统方案设计及主轴转速确定 8
6.2 传动比及参数的确定 9
6.3 功率需求和传动效率的确定 10
6.4 传动设计计算 11
7 轴的设计计算 13
总 结 18
致 谢 19
参考文献 20
1 引言
1.1 本课题研究的背景、目的
1.1.1 研究背景
随着我国经济的发展,畜牧业早已从副业变为主业,作为畜牧业基础的草业在生产中的地位随之提升,成为种植业产业结构调整的重要组成部分；经济的发展，也带来了农业生态环境的恶化,植被覆盖的重要性引起重视,牧草的的生态功能也逐渐被人们接受和利用。国内外生产实践证明，饲草生产要实现高效益可持续发展，必须满足两个条件：一是经营规模足够大；二是生产加工要实现机械化。因此大力发展我国饲草生产机械装备，实现饲草生产机械化，在我国的畜牧业发展中具有特殊的地位和重要的现实意义。但是，牧草收获机械化水平低，设备陈旧不能满足收获需求，有时还需要人工收割，使牧草产量和品质下降，缺乏牧草收获机械，已阻碍了草产业的发展。
目前，我国关于牧草收获机械的研究正处在利用引进和自主研发阶段，我国自主生产的割草机一般不带压扁辊，仿形能力也比较差，像红三叶、苜蓿等豆科饲草的收获，大多数都是采用国外的机器。国外的切割压扁机价格高，对配套条件要求高，不符合我国现阶段的国情。
因此，考虑到我国的人工草场多为中小型的，准备设计一种能够用中型拖拉机驱动使用的切割收获机。
1.1.2 研究目的
苜蓿是豆科牧草，含有较多的胶体物质和较少的碳水化合物而不易青贮，刈割的苜蓿必须及时干燥，否则就会发霉变质甚至腐烂，致使动物无法食用。青干草是草产品流通的主要形式，同时也是发展绿色畜牧业的重要的蛋白质资源。目前，已开发的牧草产品有草粉、草颗粒、草块、草饼、草捆、叶块、叶粒和浓缩叶蛋白等。牧草产品在国际、国内均具有非常广阔的市场，亚洲已成为世界上最大的苜蓿产品进口市场，年总需求量240—255万吨，其中，紫花苜蓿是生产量和销售量最大的牧草产品。
优质青干草获得的条件之一牧草调制。饲草收割后，不经过调制处理，田间自然干燥，在阳光的直射下和体内酶的共同作用下，所含的胡萝卜素、维生素、叶绿素等大部分被分解掉，总物质损失在20%～30％，维生素损失在50%以上，还有如果不经调制处理，加长了在田间的干燥时间，影响后续作业，加大了牧草被雨淋的概率，雨淋后饲草营养损失更大。
经过压扁的牧草的干燥时间明显缩短。为使苜蓿草能适时刈割，提高苜蓿在田间晾晒时的干燥速度，又要保证苜蓿茎和叶的干燥速度达到基本同步，必须研制割草压扁机
1.1.3 研究的意义
畜牧业发展程度是一个国家技术发展水平的重要标志之一。畜牧业发达国家采用先进技术机械装备进行种植、生产，因而能保证种植和收获质量，保护草原生态环境，提高了种植和生产的效率，大幅度地增加居民收入。据不完全统计，我国天然牧草品种超过二十种，草原面积多达33亿亩，草山坡地超过10亿亩，约占国土总面积的41.7%，我国的草原和坡地上的牧草难以收割，大部分只能用放牧的形式进行利用，利用效率很低。随着人工种植牧草规模不断增加，畜牧业的快速增长，畜牧业的产业结构正不断调整。高速发展的畜牧业具有保持生态环境、促进经济增长以及绿化美化环境等特点，因而牧草种植业正在逐步成为农业及农村经济新的增长点和突破点，其己具备发展成为一个新兴产业的潜质。
1.2 牧草机械的研究现状
1.2.1 国外研究现状
国外对牧草压扁技术的研究已有80多年的历史，牧草切割压扁技术在北美以及欧洲地区已经有非常成熟的经验，割草压扁机的种类也非常多。目前，国外的牧草收获机械都采用压扁技术来缩短牧草的干燥时间，从而获得优质青干草。国外20世纪30年代，就已经开始发展牧草的压扁技术，压扁机开始出现并且逐渐应用于生产实践，这种压扁机工作原理是将割草机割下的牧草捡拾起来，同时给压扁铺放。对于牧草，一般切割后立即压扁效果最好，失水的牧草不易被压扁且易缠绕，另外压扁机是单向作业的，压扁机收获牧草增了收获机型。
进入20世纪60年代，能够同时完成切割、压扁、集拢铺条的切割压扁机开始生产应用，经过研究和发展，切割压扁机技术日渐成熟，大多数牧草收获机械都使用切割压扁机，其中代表性的是美国和加拿大生产的往复式的切割压扁机、欧洲各国生产的旋转式的切割压扁机。
进入20世纪90年代以来，畜牧业发达的国家，开始把高新技术运用到牧草收获机械中，大大的提高了切割压扁机的高效、复合作业，机器的生产率、通用性、适应性显著提高，随着电子和液压等先进技术大量采用，对操作的舒适性、割茬高度的一致性等等方面大大改进。国外先进的切割压扁机的种类非常多，如约翰?迪尔公司、纽荷兰公司、克拉斯公司生产的切割压扁机。
1.2.2 国内研究现状
我国草业机械化事业起步较晚、发展缓慢，牧草机械化生产水平低。20世纪40～50年代，只是生产一些仿制的机械化和半机械化牧草收获机具。
20世纪60～80年代，国家开始重视畜牧业生产，畜牧业生产机械化方向开始注意引进、消化、吸收国外先进的技术，牧草生产机械化从单向作业到注重成套作业发展。
20世纪80～90年代自主发展阶段，国家一系列政策的实施，农牧民的生产积极性空前高涨，开始大量购买牧草收获机械，极大促进了牧草机械的生产研究，这一时期国内生产的割草机一般都不带压扁机并且仿形效果也不好，进口的切割压扁机占据着大部分市场。
21世纪以来，国家加大了对畜牧业的支持力度，一些国内的畜牧机械生产商，开始投入资金和科研，开始生产切割压扁机，达到了国外90年代的水平。代表机型有机械研究院生产的牵引式和自走式割草压扁机，上海世达尔现代农机公司生产的割草压扁机等。
1.3 课题研究内容和方法
1.3.1 研究内容
（1）研究不同类型的拨禾轮对牧草收获的影响因素，研究确定拨禾轮系统的参数和结构尺寸。
（2）研究不同类型切割器对牧草切割质量的影响因素，研究确定切割器的类型和切割器参数。
（3）研究不同类型压扁辊对牧草压扁效果的影响规律，研究确定压扁类型和结构尺寸。
（4）根据结构和工作要求设计确定传动方案、传动比和总的功耗。
1.3.2 研究方法
利用检索方法迸行中外文献资料收集。
国内外部分牧草收获机械调查研究。
利用机械设计理论进行计算。
利用计算机软件(Auto CAD和Solid Works)进行设计，绘制图纸。
2 收获机整体方案的确定
2.1 收获对象的特点及其对割草压扁机机械性能的要求
2.1.1 收获对象的特点
收获对象为紫花苜蓿，紫花苜蓿是世界上栽培最早、面积最广，最重要的饲草原料之一，它属于豆科牧草，不仅产草量高，草质优良，而且富含蛋白质、多种维生素和矿物质，其干物质中粗蛋白含量为15%～25%，相当于豆饼的一半，比玉米高1～1.5倍，有“牧草之王”的美称。紫花苜蓿是多年生豆科牧草，每年可多次收割且适口性好，收获量大，具有很好的饲用价值，可做精饲料作用品。苜蓿这类含有较多的胶体性物质和较少的碳水化合物，不适合青贮，收割后如果不采取任何措施而自然干燥，容易受到微生物的作用而腐败变质，使动物的适口性变差，因此，苜蓿收获需采用割草压扁机来进行收获。
2.1.2 收获对象对割草压扁机机械性能的要求
为满足紫花苜蓿的收获要求，所设计的割草压扁机应满足以下技术要求：
适时收获。由于紫花苜蓿的最佳收割时间为孕蕾期，这个时间只有10～15天，收获过早会降低牧草的产量，收获过迟，苜蓿中的蛋白质和胡萝卜素大量流失而降低苜蓿的营养成分，降低适口性，降低产品质量，同时还会影响苜蓿的次年生长。
提高牧草收获量，割茬高度适当。在不影响下一阶段或者第二年生长的情况下，应尽量降低割茬的高度，因此，切割器应紧贴地面，并能够很好的适应地形的起伏变化。
由于牧草稠密多汁需要低割，因此，切割器的切割速度要比收割谷物时要快。往复式割草机割刀运动的平均速度为1.6～2.0m/s，紫花苜蓿的最低切割速度要大于1.6m/s。
压扁辊的压力要适中。对苜蓿来说，最佳情况是90％的茎杆被轻微压扁，而叶片不破损。压辊压力过大，除增大功率消耗和加快零件的磨损外还会导致叶子干燥过快，当茎杆晾干时叶子会从杆上脱落，从而造成苜蓿营养损失。
在天然牧场工作时，割草压扁机的工作条件比较恶劣，刃口应具有自磨性能（采用齿纹刃），刀具应具有保护装置。
割下来的牧草能均匀铺放在地面上，且厚度应适当，易于干燥。
结构简单，使用维修方便，技术经济指标先进。
总 结
饲草业具有巨大的生态效益、社会效益和经济效益，越来越引起国家和地方的重视，但饲草量不足，质量不高，主要原因是牧草收割机数量少，种类缺，价格比较高，收割费用迟迟降不下来，手工作业占很大比重，这制约了我国牧草业的发展。我国割草压扁机大多模仿外国产品开发研制的，工作性能不稳，和国产拖拉机不配套；或者从国外直接进口外国产品，有些功能开发不出来，浪费了能源，这些都不适宜我国国情，我们国家农牧民急缺小而灵活的适合家用的小型牧草收获机械，基于这一点，在现有机具的基础上，通过对中外文献资料的查阅和收集和对部分国内外牧草收获机械的调研，根据农牧民的实际需要，运用现代设计方法设计了与中型拖拉机配套使用后置割草压扁机，得出以下结论：
设计往复式割草压扁机该机与20马力拖拉机配套使用，幅宽1．66米，整机体积小，重量轻，结构紧凑，操作简单，可一次性完成拨禾、切割等复式作业。集合了割草机，压扁机的功能，简化了机器结构，大大减少相应的作业费用、能量消耗以及缩短青贮饲料所需的时间，对草地无任何负作用，提高收获效率，适用于中小型牧草场。
采用偏心拨禾轮，将牧草垂直拨入割台，并及时推向压扁辊，减少了牧草损失。
致 谢
大学四年学习时光已经接近尾声，在李传峰老师的细心指导下完成了我的毕业设计。李老师在设计的整体方案和设计重点等各个方面都给予了我大量的指导和帮助，在他的精心指导下，不断对我得到的结论进行总结，并提出新的问题，使得我的毕业设计课题能够深入地进行下去，也使我接触到了许多理论和实际上的新问题，使我做了许多有益的思考。在此表示诚挚的感谢和由衷的敬意。同时也要感谢学院每一位老师们给予了精心培养和指导，也给我提供了充足完备的条件和宝贵的学习交流机会，而且在生活方面还给予我极大的关怀，在此表示衷心的感谢！
感谢我的母校塔里木大学给了我在大学的本科四年深造机会，让我能继续学习和提高。四年珍贵的学习期间，让我的知识体系更加完善，思想观念更加成熟，整体素质得到了极大的锻炼。在此我谨向我的指导老师以及在毕业设计过程中给予我很大帮助的老师、同学们致以最诚挚的谢意。
最后，向所有支持、关心、帮助我的人表示感谢！
参考文献
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