旋刀式割草机的改进设计-除草机设计【三维SW】【含CAD图纸、说明书全套】【NJ系列】
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：
编号：77458934
类型：共享资源
大小：11.29MB
格式：ZIP
上传时间：2020-05-05
上传人：好资料QQ****51605
认证信息
个人认证
孙**（实名认证）
江苏
IP属地：江苏
45
积分
- 关 键 词：
-
三维SW
含CAD图纸、说明书全套
NJ系列
旋刀式
割草机
改进
设计
除草机
三维
SW
CAD
图纸
说明书
全套
NJ
系列
- 资源描述：
-
购买设计请充值后下载，，资源目录下的文件所见即所得，都可以点开预览，，资料完整，充值下载可得到资源目录里的所有文件。。。【注】：dwg后缀为CAD图纸，doc,docx为WORD文档，原稿无水印，可编辑。。。带三维备注的都有三维源文件，由于部分三维子文件较多，店主做了压缩打包，都可以保证打开的，三维预览图都是店主用电脑打开后截图的，具体请见文件预览，有不明白之处，可咨询QQ:414951605===========题目最后备注XX系列，只是店主整理分类，与内容无关，请忽视
- 内容简介：
-
塔里木大学毕业设计前 言割草作为草坪修整的一项最基本作业，人们希望使用简单高效经济适用的割草机械来完成草坪修建作业，并轻松完成割草作业任务。同时，要考虑环境保护和可持续发展的要求，设法减轻工作中对环境的影响，尽量降低其噪音污染，不给周围环境造成负面影响。割草的主要作用是保持草坪上草的可控性正常生长，并通过割草机的修剪，保持人们预期的生长高度以及生长形态，使草坪美化环境的功能和其他功能得到充分发挥。目前，大型生态园的绿地设计已是房地产开发团中一个重要环节，草地是绿化的一种重要形式。目前，庭院里修整草地通常使用身背柴油机作动力，采用尼龙绳甩打草叶；或者是使用电动、柴油机的割草机，这种割草机体积大、噪音大，适用于空旷大草坪，易夹草出故障，遇到石块可能使刀片断裂，发生事故。随着国内人们生活水平的提高，人们对居住的绿化水平要求越来越高，尤其带花园的别墅不断增加，更需要开发一种适合小面积草地、简单灵活的手推式割草机。本设计讨论分析了旋刀式割草机机的基础参数，参考已有旋刀式割草机的参数，既要保证工作要求，又要尽量减小噪音污染并提高刀片的时候用寿命。设计出一款经济适用，成本低廉，可大范围推广的割草机械，为人们的居住环境的美化提供良好的实现工具。旋刀式割草机的改进设计,姓名：陈作喜班级：机械设计12-2学号：1061208010指导老师：范修文,一、课题背景及其意义,随着社会的进步和经济的发展，人们对生存环境的要求也越来越高，城市环境的保护得到越来越多的重视。我国草坪建设也得到了迅速的发展。草坪美化环境，固土护坡，净化空气多种功能已经成为人们的共识。割草机作为草坪养护的基本工具，已经实现了大规模的生产和使用。一些最新的科学理论、最新的科研成果和最新的科学技术都在这些机械设备上有体现。控制系统方面，单片机、可编程控制器PLC、工业控制机控制IPC等得自动化控制手段都得到充分的应用。一些发达国家如美国已经发明机器人割草机，实现了自动化作业。,二、整机总体设计方案,旋刀式割草机主要万向轮、下机架、发动机、上机架、推杆、工作轴、工业走轮和刀片等组成。汽油发动机提供动力，其输出轴和工作轴通过花键连接，带动旋刀工作，使其实现割草动作，发动机有油门控制旋钮，通过旋转旋钮控制发动机的转速以及停止，从而实现控制旋刀的工作转速，使其能够在操作者的要求之下工作。机具的行走通过操作者推动割草机来实现，割草机的前轮是万向轮，可以实现割草机的灵活转向。,在割草机工作时，行走的操作者为割草机提供行走动力，并控制使其按人的要求转向；发动机带动刀片旋转实现割草作业。翼片可将刀壳内的空气排出，这时刀壳内形成负压，当草长的较高，割草机前进时，刀壳前部下缘会把草按倒；当草长得茂盛而发生倒伏时，刀壳外的空气刀壳内时，可对倒伏的草起到提升的作用。翼片旋转形成的气流可将刀刃切下的草屑悬浮到气流中，经排草口排除刀壳，就地洒落。,三、主要零部件设计和创新点3.1割草高度调节方案一,销轴调整,可通过使在机架上的销轴插入不同高度的孔来调整旋刀的离地高度，从而实现割草高度的调整。,3.2割草高度调节方案二,通过调整改变花键的配合尺寸，从而达到调节旋刀的离地高度，从而实现割草高度的调节。工作轴与传动轴由螺纹管连接，可以固定调整后的高度。,花键连接调节原理,3.3两种方案的比较,两种方案都可以通过简单的结构实现割草高度的调节，同时简化了机具结构，使得机具的使用和维护都变得简单易行。方案一的调节更加简单可靠，在使用过程中不容易出现各种故障。方案二的调节操作更加简便，但是由于机具结构紧凑，不便于频繁操作调节割草高度。两种方案使用一种就可以达到调节割草高度的使用要求，操作时应避免两种方案同时进行。,3.4刀片,刀片选材及其结构,参考旋刀式割草机刀片研究的最新进展，刀片材料选用65Mn钢，等温淬火后硬度达4250HRC，可以显著改善刀片磨损，提高片的使用寿命。研究指出，刀片速度为7197m/s时，刀片结构上，翼篇形成角其2535度，翼弦高1719mm，翼弦长度为5676mm，刀厚3mm时，由旋刀引起的空气动力噪声相对较低。根据以上文献资料确定刀片结构，并作出三维实体模型。,四、结论与展望,1、本文分析了目前国内外草坪割草机械的现状及存在问题，研究了普通草坪的物理状况，为旋刀式割草机参数提供依据。2、针对当前国内草坪面积不大却形状各异、要求割草灵活方便的问题，结合草坪修剪及方便实用和农艺特点，吸收了JUS-420旋刀式剪草机及其它经典机型的设计理念，提出旋刀式割草机的改进设计的设计思路。,3、在整机设计中，以汽油发动机作为动力，体积小、成本低、工作可靠。采用装配式机架，汽油发动机输出动力带动旋刀工作，发动机固定在机架上方，使整机结构简单紧凑又可根据不同工作环境以及工作要求调整机架。行走轮与机架直接固定，通过推杆实行转向。其他零部件经过计算校核后，尽可能采用通用件或标准件，体现了经济、实用、操作简易、维护简单、成本低廉的设计原则。,五、致谢,对于这次毕业设计的完成，首先感谢母校塔里木大学的辛勤培育，感谢学校给我提供了如此难得的学习环境和机会，使我学到了许多新的知识、知道了知识的可贵与获取知识的辛勤。承蒙范修文老师的耐心指导，我顺利地完成了我的毕业设计。在此深深感谢四年大学学习过程中所有授予我知识的老师，感谢你们！同时感谢范修文老师在设计中的方案确定以及设计细节上的指导。在我的设计过程中，还得到了众多同学的支持和帮助，在此，我对这些同学表示我衷心的感谢和永远的祝福！,肯请各位老师批评指正！,谢谢！, 2007年IEEE的程序 机器人与仿生学国际会议 2007年12月15日-18，三亚，中国 割草机器人多传感器融合与导航技术的研究 从明和房波 大连理工大学机械工程学院 大连，116024，中国 引言本文提出了一种多传感器系统从超声波传感器和导航相结合的测量机器人割草机。利用传感系统使机器人割草机来映射未知的环境。对于自动割草机器人能在未知的环境中进行定位和导航执行割草任务是很重要的。由于环境的复杂性，简单的一种传感器是不足够割草机器人来完成这些任务。我们开发了一个配有DSPTMS320F2812作为CPU割草机器人。感测系统集成由超声波传感器，红外传感器，碰撞传感器，编码器，一个温度传感器和电子罗盘组成。超声波测距技术变换是基于小波变换的精度高来表示的，以提高超声波传感器测量精度。仿真研究表明，所提出的多传感器信息融合的方法是非常有效的对于导航割草机器人。实验结果表明，该传感系统基于相关的规定障碍检测和定位显示出巨大的潜力，为在动态工作条件下的割草机器人提供一个强大的高性价比的解决方案。 关键词多传感器融合，超声波传感器，割草机机器人，定位，导航。 1.绪论草坪修剪被许多人认为是一个最枯燥，累人的日常任务。首先迫切需要执行的任务是能适应环境的机器人。一些预测表明，割草机器人将是一个最有前途的个人机器人应用，并有重大的市场在世界上。因此，智能化的概念割草机器人（IRM）在1997年度会议的OPEI（ 户外电力会议设备研究所）上第一次提出 1 。该机器人主要面对一般家庭帮助忙碌的人们和乏力的老人们节省支付雇佣劳动力的报酬，同时消除人们来自噪声中，花粉和割草刀片的危害。割草机器人是服务于家庭护理的室外移动机器人，是那种真正的智能机电一体化的环境清理设备 2 3 。最重要的是割草机器人为代表的一些地区覆盖的环保机器人不仅用于室内地面清洁，如 4 也在危险的环境中，例如去地雷，清理辐射点，勘探资源等。与室内移动机器人不同，割草机器人得到很大的挑战。 在整个工作区域内，割草机器人使用传感器来感知环境以及识别他们的实时状态下的环境障碍，地图构建，定位和导航。由于环境的复杂性，一种简单的传感器是不足以让割草机器人来完成这些任务的。因此有必要结合来自不同的传感器上观察到的传感器数据减少机器人在任何工作环境工作的不确定性。为来自各种传感器的信息能合并，传感器鲁棒性和实时性的融合是必需的 5 。在传感器出现误差或失败的情况下，多融合传感器融合也可以减少不确定信息，并提高其可靠性。低成本的传感系统，说明其低功耗，高性能。超声波传感器检测范围是0.3m 5m，他们提供良好的范围信息。然而，环境引起的镜面漫反射是超声波传感器的不确定因素，让他们不具吸引力。红外传感器的检测范围是0.02m 1m，他们可以检测在超声波传感器的盲区的障碍。为了满足割草机器人低成本和高精度的测距技术的需求，在研究超声波测距技术基于高精度的小波分析变换（WT）的数据报道，提高超声波传感器的测量精度。测量数据从传感系统集成，实现规划最佳的，可靠地，完全覆盖整个工作计划的地区，使割草机器人避免未知的障碍。最后，通过仿真研究和实验结果表明该传感系统的导航效果，障碍物检测和割草机器人定位。 2.信息资源管理系统的硬件 IRM采用DSP TMS320F2812作为其CPU，包括四个单元：车辆系统，切割系统，传感系统和控制系统。传感系统是用来收集外部动态信息的工作环境避障，地图构建，导航与定位。它也可以用来检测车辆系统的运动参数和切削机构的工作状况。该控制器将获得的信息与数据库进行比较，然后发出修正后精确的命令让机器人完成任务。信息资源管理的硬件，如图1所示。 IMR硬件概要图1 机器人必须身体强壮，计算速度快，行动准确和安全。它应该有能力，而在全部或大部分的割草期间无需人的干预。IRM由于模块化设计，各单元的管理是相对独立的。模块化设计使维护更容易。IRM任何损坏单元都可以直接取代而不影响其它单元的功能。 3.传感系统A：超声波传感器单元 超声波传感器可以提供良好的范围是基于飞行时间（TOF）信息原理，主要是由于其简单性和成本相对较低，他们已广泛应用于移动机器人的障碍物回避，地图构建等。这种类型的外部传感器能很好测量的障碍物的距离。灵敏度函数的主瓣内包含一个20度角，如图2所示的【6】。大量的试验结果表明，传感器的精度范围为2cm。 图2为超声波传感器的典型的强度分布对于IRM，我们建立了一个传感器阵列由12超声波传感器间隔30度的间隔。超声波信号可以覆盖所有的空间，可以要求哪些机器人检测整个空间的环境信号。用基于TOF的测量的超声换能器的经典技术，计算出的距离最近的反射器利用声音在空气中的速度从发射脉冲到回波到达时间。距离D为反映对象的计算 D =（CT）/ 2 （1）其中C是声音的速度，T是飞行时间。该TOF法产生一系列的值时，回波幅度首次超过临界值后发送，忽略第二回波从进一步的反射。 超声波传感器单元包括一个触发脉冲生成单元，一个多通道选择单元和回声接收单元。传感器接口电路设计发送和接收超声波脉冲，捕获的总是第一个返回的回声。一个对象相关的数据的范围要考虑到即使是位于在锥轴离轴。 超声波频率通常在40和180千赫之间，而在该系统中超声波传感器的频率使用的是40千赫。光束角度是20度。40千赫PWM脉冲是由通用DSP的定时器单元产生的。驱动发射机有效而不带来大的振动，40千赫的超声波一次突发的时间是8周期。当超声波脉冲发射时，传感器将经历“振铃”。振铃引起的由所发送的脉冲可以使接收器检测到一个错误回声。这个不能够捕获解决DSP中断问题，直到延迟间隔已过。这意味着在延迟的时间间隔那测距仪不能检测物体距离该传感器是少于一半的声音传播的距离。这是该超声波传感器的盲区，如图3所示。 图3超声波发射和接收示意图B.：.红外传感器装置和其他传感器 针对超声波传感器的盲区，增加了红外传感器。红外传感器可以检测在20cm内的障碍，这弥补了超声波传感器由于失明问题所造成的区域的问题。 这个单元有16个红外传感器。每个红外搜索器范围有6度，是灵敏度函数主要的圆锥曲线的视图。该传感器具有一个高精度测量范围，有效测量范围是一个目标到一米左右。一些测试表明，该传感器的测距精度在1cm左右。 为了节省DSP的资源，16个红外传感器采用DSP TMS320F2812的数据接口代替IO接口。这种结构也可以同时读取传感器的状态，以确保该系统的时间性能。传感器接口电路用于发送和接收红外脉冲并总是捕获第一个回波来处理其振幅。 割草机器人在室外环境中工作时，其温度变化迅速。温度的变化会影响声音的速度。因此，温度传感器用于保证超声波传感器的精度。碰撞传感器是一组敏感的样本，采用它是为了防止意外的碰撞造成的损害。由于潮湿的环境会危害IRM电路，湿度传感器被引入用于检测湿度环境。虽然这些传感器不完全是一个自主割草机器人机必要的，但他们可以提供有益的功能，让工作更具有效性和安全性。 4.导航技术A. 映射 正如图4所示，基准方向的X定义和机器人的坐标为，。关于内置电子罗盘对于机器人的帮助，角，这是从第一个传感器得来的角度，可容易衡量。实际上，如果只在角（标题的机器人角）的测量，从其他传感器的角度可以发现 角是我们的世界坐标中心。该超声波传感器组的最大环数为n，半径为R（在我们的系统中，n = 12和R = 0.25m）。该环的原点到中心之间的距离是r，并且该向中心的基准角度是。根据参考位置机器人的中心是（，）。这个距离是从原点到通过两个传感器数据检测的二维平面称之为。现在让我们用DMI测量值来分别表示从超声波和红外传感器得到的数据，用于精确距离。这些值之间会有一个误差在这项工作中，我们自然假设是一个均匀随机变量在（W，W）范围内。在这里，W表示最大距离测量误差。这里的问题是，给定的，r ，和，估计占用的坐标细胞和（或等价的）以最有效的方法。涉及检测对象的方程可以写为 图4所示机器人在X-Y段的位置由于对象涉及机器人的方程被写为如果我们定义的位置为：=，然后我们有将插入到中，在这里我们有N个这样的方程。我们把它们矩阵形式如果我们引入新的矩阵，然后（10），可以写为在这里，如果我们进行最小二乘法估计，我们得到因此，我们用最小二乘法估计找到最好的位置。B. 仿真研究基于传感器导航系统已经进行了测试在显示该传感器融合方法的有效性的两种环境分别如图5和图6所示。割草机是一个结构化的实验室初步测试如图5所示。开始在（0.3m，0.5m，0），一个虚拟的机器人在虚拟广场走廊一次。墙在人工环境中是由真正的地图表示的。全车是独立的。它有一个最大的运行速度是0.4米/秒。实验室面积调查出在10cm精度优于1cm为佳。提取映射，提出了一开始的目标。机器人位置和方向是由电子罗盘成立 8 。 图5数据采集与导航在结构化环境中的结果图5中的结果显示的映射质量和该传感器融合方法的有效性。在测试中，我们发现，在估计的位置的平均误差（）在环境中的障碍是在 0.2 ，0.2米范围内。在模拟中，我们看到，在（11）中，实际上应该得到的是不满足。在可以为位置更好的估计的情况下可以表示为在这种情况下，估计角不会改变但估计距离是缩放到它的最佳估计。因此，对于位置，距离估计是和以前一样，而最小二乘估计的作品只对角。仿真结果表明，这种方法产生更精确的结果。 图6仿真结果的墙下行为墙后，被选定为初值问题域是因为它建立一个相当简单的问题评价 9 。它这也奠定了更为复杂的基础的问题领域，如迷宫的穿越，映射和用于草坪修剪和吸尘全覆盖路径规划。墙上的仿真结果图6所示的行为后和实验结果在图6表明，该IRM有能力在非结构化的环境中执行它的割草任务。在图5中传感器的程序导航仿真如下。 5 . 超声波测距技术基于小波变换遗憾的是，由于环境的复杂性和噪声的影响，实际接收到的多回波具有随时间变化的特性，并且是一个典型的非平稳信号。此外，在超声波脉冲回声混合噪声是非高斯白噪声，但噪声，和与目标回波相关。TOF法不能在这样的条件下直接使用。引用广义相关方法估计时间延迟的 10 ，我们把提出了广义自相关方法基于小波变换的时延估计 11 出现在图7。 图7基于小波变换的广义自相关延迟估计 其中（t）是母小波和（t）是女儿小波。该系数是规模（或缩放因素）和（）是时间位移。小波变换的信号x（t）是y（t）。实际上这是一个过滤过程使用大量的带通滤波器的超声回波等于的Q值，这相当于的白化滤波器对广义相关方法的时间延迟的估计，为了消除输入噪声的影响做以下处理。可以找到，作为由于傅里叶变换关系自相关函数之间和他的力谱：我们获得的广义自相关函数是：最后，检测到的峰值来完成TOF的估计和计算实际的超声波速度。 图8嘈杂的超声回波 图9基于小波去噪的回声 图10自相关函数 图11峰值检测 嘈杂的超声回波信号如图8所示，和利用小波变换去噪后的超声回波显示图9。很明显，该噪声混入的超声波回波经WT操作后得到有效地消除作。自动去除噪声的超声波回波的相关运算如图10所示。图11显示了包络线，通过希尔伯特变换。正如我们可以看到，如果每一个峰的横坐标点确定，TOF估计可计算。考虑的超声回波衰减和高精度的要求在实践中的需求，只有前4回波被用来估计TOF。在TOF估计的值是，这是对称于X轴。使用这种方法，估计超声波速度可以计算出来。到目前为止，障碍检测和定位系统成功实现。运用该方法，障碍物检测和定位系统已成功实施。基于广义自相关法小波变换，提出了实现实时超声波速度测量，该方法可以消除温度，湿度和风力的影响，超声波速度测量可以在机器人工作的动态条件下完成。在这种传感系统的基础上，广义自相关方法显示出巨大潜力提供用于割草机器人一个强大的解决方案在动态的工作条件下。 6. 实验结果我们利用超声波传感器测量机器人和平面之间的距离。测量结果和实际距离如表一所示： 表一 超声波传感器的实验数据（单位：厘米）从表一中，我们可以看到，超声波传感器测量误差在3%。然后，基于广义自相关法小波变换，提出了实现实时超声波速度测量。通过上述方法，我们再次测量机器人和平面对象距离的。测量结果与实际距离显示在表二中。 表二 超声波传感器的基于小波变换的数据（单位：厘米）基于小波变换的实验结果表明，使用上述的测量误差技术是小于1% 为5m范围区域内，这种传感系统的障碍物检测和定位拥有巨大的潜力，能作为个强大的解决方案用提高于割草机器人性价比在动态工作条件下。 7. 结论在本文中，我们提出了一个多传感器系统结合超声波传感器测量用于割草机器人导航。该传感系统具有低成本，低功耗，高性能，使割草机器人机能映射未知环境。其有效性是通过仿真研究和实验结果得到的。使用不同种类的传感器集成在传感系统可以克服超声波传感器的盲区和多传感器融合的镜面反射的缺陷。一种高精度超声波测距技术的方法基于小波变换已被引入到改善更多的超声波传感器的测量精度准确的感官信息。该系统应用于割草机器人，证明了实验的可靠性和实时性。今后的工作将着眼于应用所提出的跟踪技术的多传感器融合方案应用于在非结构化环境中的机器人割草机控制全覆盖路径规划 12 。 参考文献塔里木大学毕业设计 12届毕业设计旋刀式割草机的改进设计设计说明书学生姓名 陈作喜 学 号 1061208010 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 12-2 指导教师 范修文 起止时间 2012.06 塔里木大学教务处制旋刀式割草机的改进设计一、课题研究的意义割草机是随着草坪的出现而被发明的，而草坪周围人口比较稠密，流动性大，对割草机的噪音、废气排放等指标技术指标要求较高。但是现在的割草机多使用汽油机作动力，排气污染量相对于汽车的较小，但噪声却很严重。而且现在割草机的基本型式可分为旋刀式和滚刀式两种。而旋刀式草坪割草机是以小型汽油机为动力带动刀片旋转的一种割草机械，主要用于公园、街心花园、球场、住宅小区庭院等绿地修剪、整理等工作，是园林机械中使用量较大的一种机械13。但它存在的主要问题是噪音较高和刀片磨损较快。为此，本文着重对旋刀式割草机的减噪和增加刀片的耐磨性加以改进。在保证良好的加工工艺性能和使用性能的前提下，提高刀片的使用寿命，降低其生产成本。二、现状及分析1国内外旋刀式割草机的发展状况及存在的问题1.1国外旋刀式割草机械的发展状况1805年英国工程师托马斯普拉克获得了第一台割草机的发明专利，当时的割草机是装有环形刀，机体笨重且运转不很理想。到1830年，埃文马丁制造出了类似于今天试用的手扶滚筒割草机。早期应用普遍的是往复式割草机，通过加大割幅及提高机具的前进速度来提高机具的生产率。20世纪70年代各国开始研制旋刀式割草机，利用高速旋转的割刀对植株进行无支撑切割，此类机具具有结构简单，维护保养时间少，不需磨刀、换刀等优点。近年来，欧美发达国家的割草机设备更加成熟，结构参数更加合理，可靠性、生产率提高很快。生产割草机的国际著名企业有没过纽荷兰、约翰迪尔、凯斯公司，英国弗格森公司，韩国成元公司，德国威格公司和前进公司等。他们生产的设备无论在机械结构、动力配套、液压系统还是控制系统方面都处理得很成功，一些最新的科学理论、最新的科研成果和最新的科学技术都在这些机械设备上有体现。例如在控制系统方面，单片机、可编程控制器PLC、工业控制机控制IPC等得自动化控制手段都得到充分的应用。一些发达国家如美国已经发明机器人割草机，实现了自动化作业9。目前国外大多使用滚筒式、圆盘式、水平旋转式或旋刀式割草机，这些割草机坚固耐用，工作速度快。这些机具一次通过就能完成割草、压扁、成条三道工序3。1.2国内旋刀式割草机械的发展现状我国生产割草机起步较晚，生产企业规模普遍较小，产品用途较为单一，均没有形成规模批量，所以长期以来，割草机均以进口为主。据统计，到1999年底我国各种园林机械保有量达10万台，1999年的割草机销售量在3万台左右，其中80%为进口。国内目前生产的割草机一道具类型可分为滚刀式和旋刀式两大类。旋刀式割草机是有横向悬挂在直立轴上的刀片高速旋转打切草上部的叶片，它适于25-80 mm范围内割草。由于期间各低廉，保养、维修方便，使用灵活，只要将刀磨快，就能达到较为理想的割草效果。因此，一般的草坪都使用旋刀式割草机作业，使得旋刀式割草机称为国内外最流行的割草机。国内生产割草机的厂家约有50多家。多为园艺系统的公司以及转产割草机的机械厂。国内市场上割草机的品牌很多，有进口产品，也有国内制造的和中外合资的。中美合资江苏淮阴泛亚园林机械有限公司，生产力特牌NEAT草坪割草机，占国内市场50%的市场份额，现年产量达5000台。目前正这首进行年产5万台的割草机技术改造，气动力选用日本本田发动机。南通机床为转产生产割草机的厂家。其产品为草地王系列产品：56 cm自走式草坪割草机（4.5 kW）；84cm随进式割草机（7.8 kW）；84 cm电启动式割草机（7.8 kW）；122 cm坐骑式剪草机（13.4 kW）。该厂生产除发动机以外的零部件，发动机多选用美国产品，1999年已有产品出口美国。安徽飞彩车辆股份有限公司“十五”期间进行了技术改造，改造后计划年产6万台割草机。其中代表产品之一是手扶式宽幅割草机系列，年产5万台，以22161型为例，发动机为4冲程，4.8 kW，割草宽度53 cm，自走式；代表产品之二是驾乘式割草机系列，年产1万台，以16-38HXL型为例，为4冲程，11.7 kW，97 cm循环割草，带驱动10。1.3国内外旋刀式割草机械存在的问题虽然旋刀式割草机的理论和制造技术已经相当成熟，但是结构简单，操作方便、低噪音、高性能的割草机并不多。旋刀式割草机的配套动力有电动机(有电缆或蓄电池供电)和汽油机两种。机遇方面和安全的原因由电缆供电的割草机只能在小面积上使用，而蓄电池供电的个采集，因机器重量较大，且蓄电池需经常充电（一般完成700平方米后需进行充电）。所以，在小型割草机上（2.2 kW以下）常采用电动机作为配套动力机。而在2.2 kW以上的割草机多采用汽油机作为配套动力机。以汽油机作为动力的旋刀式割草机，其噪声污染比较严重，它的噪声源为汽油机和旋刀装置3。目前，国内外采用的都是合金弹簧钢，经普通淬火加中、高温回火后得回火索氏体或回火屈氏体，硬度在HRC40-45，以保证一定的强度和韧性。但生产上遇到的最大难题是合金弹簧钢如65Mn钢加工硬化率高，冷弯成型性差。此外，这样的热处理工艺并不能很好地满足刀片强韧性和耐磨性的要求，主要失效形式是磨损。如铰接式刀片往往是3天就要卸下来磨一次。有时遇到土质不好，有铁丝石头等硬物时，还经常发生刀片断裂9。1.4研究的内容和方法根据我国割草机的发展现状和存在的问题以及人们草坪割草机的更高要求，对现有的割草机进行改进。在旋刀式割草机的基础上，通过对其做减噪处理和刀片的优化处理，利用现代设计方法，设计出一款结构简单、操作方便、低噪音、高效率的旋刀式草坪割草机。设计旋刀式草坪割草机的整体结构，主要由汽油发动机、减速器、传动装置、汽油机消音器、手把、行走胶轮、旋刀刀片组成。汽油发动机提供动力，通过联轴器与减速器连接，为旋刀装置提供动力。讨论确定了旋刀式割草机的基础参数，参考已有旋刀式割草机的参数，既要保证工作要求，又要尽量减小噪音污染并提高刀片的时候用寿命。根据选定的有关参数，由经验公式计算出旋刀式割草机所需的功率，根据该功率选择适合的汽油发动机型号。该课题应用的研究方法：理论设计、绘制模拟样机并进行仿真模拟。既要保证割草机的使用要求，又要尽量减小噪音污染，并提到刀片的使用寿命。1.5预期目标（1）整机结构简单，机动灵活，噪音小，刀片使用寿命长。（2）汽油机为动力源，在汽油机上加装消音器，噪音低、可靠性高、使用简便。（3）适于草坪割草作业，有利于减轻噪音污染，提高刀片使用寿命，对提高割草机的经济适用性与环保舒适性有一定的价值。三、重点研究的关键问题及解决思路该机动力源为汽油机，通过联轴器，减速器，减速器连接传动机构和刀片工作，割草机按设计要求切实降低了工作噪音，达到预期目标。（1）选择动力,设计传动装置、汽油机消声器和刀片。（2）运用AutoCAD软件，绘制二维零件图和装配图。（3）运用三维设计软件完成整机各零部件的三维建模并进行运动仿真。 四、工作条件及解决方法塔里木大学位于南疆中心位置，校内环境优美，草坪面积极广，为项目开展提供了便利的原材料基地。这是本项目顺利实施应具备的良好外部科研环境。塔里木大学机械电气化工程学院拥有先进的实验室和加工设备，校内拥有优良的硬件环境和雄厚的师资力量，这些都为课题的实施提供了保障。五、工作方案及进度第12周 查阅相关文献，撰写开题报告。第34周 根据现有的小型草坪修剪机和现有割草机确定旋刀式割草机的总体设计方案，绘制总体结构简图。第56周 根据工作要求，计算并查阅相关手册，选择和设计各零部件。第79周 运用AutoCAD软件，绘制二维零件图和装配图。第1011周 运用三维设计软件完成整机各零部件的三维建模并进行运动仿真。第12周 从工艺性能，经济性能，实用性能等方面对产品进行综合评价、校核、修正。第13周 完成设计说明书。第14周 整理材料，准备答辩。参考文献1赵大伟,石淑英.浅析旋刀式草坪割草机产品质量状况J.林业劳动安全.2001(2):27-28.2卢希诚,尚树堂,水敬琪.旋刀式草坪割草机切割刀具的研究J.北京林业大学学报.1988(3):37-43.3卢希诚,尚树堂.旋刀式草坪割草机旋刀装置的减噪措施J.北京林业大学学报.1993(1):33-38.4周忠旺.草坪割草机的设计与割草质量J.林业机械与木工设备.2002(10):22.5马晓春.割草机的设计与动态特性研究D.黑龙江:东北林业大学.2005.6高敏.坐骑式割草机改型设计研究D.南京:南京理工大学.2006.7金立刚.自动割草机器人的研制D.辽宁:大连理工大学.2006.8林元德.JUS-420旋刀式剪草机及使用维修J.林业机械.1989(5):25.9苗少君,董金宝.旋刀式草坪和割草机刀片几种钢材的热处理工艺及性能试验J.北京林业大学学报.1994(2):69-74.10刘静.我国剪草机市场的现状和发展趋势J.拖拉机与农用运输车.2001(6):8-93旋刀式割草机的改进设计 陈作喜 范修文( 塔里木大学机械电气化工程学院， 新疆 阿拉尔 843300)摘 要：对于旋刀式割草机的改进设计方案中，设计了两种旋刀离地高度的调整方案，实现了合理的工作范围。通过对于机架的调整来实现旋刀离地高度的调整，使得这种方案原理简单且容易实现，并在工作时稳定可靠；通过调整输出轴与工作轴的配合尺寸来调整旋刀的离地高度，能够是割草高度范围能够实现连续调整，避免了第一种方案只能在几个固定高度之间的调整的不足。两种方案采用其一便能实现工作要求。同时改进了旋刀结构并采用更加合理的材料以及热处理方法，大大改善了旋刀的耐磨性使旋刀使用寿命大为提高，同时降低了工作噪音。并且整机原理简单，结构紧凑，机动灵活，成本低廉，方便了机具的使用和维护，适于大范围推广应用，能够很大程度上提高园林工作的机械化率，降低工人的工作强度。关键词：旋刀；割草；离地高度60 引 言割草作为草坪修整的一项最基本作业，人们希望使用简单高效经济适用的割草机械来完成草坪修建作业，并轻松完成割草作业任务。同时，要考虑环境保护和可持续发展的要求，设法减轻工作中对环境的影响，尽量降低其噪音污染，不给周围环境造成负面影响。割草的主要作用是保持草坪上草的可控性正常生长，并通过割草机的修剪，保持人们预期的生长高度以及生长形态，使草坪美化环境的功能和其他功能得到充分发挥。目前，大型生态园的绿地设计已是房地产开发团中一个重要环节，草地是绿化的一种重要形式。目前，庭院里修整草地通常使用身背柴油机作动力，采用尼龙绳甩打草叶；或者是使用电动、柴油机的割草机，这种割草机体积大、噪音大，适用于空旷大草坪，易夹草出故障，遇到石块可能使刀片断裂，发生事故。随着国内人们生活水平的提高，人们对居住的绿化水平要求越来越高，尤其带花园的别墅不断增加，更需要开发一种适合小面积草地、简单灵活的手推式割草机。本设计讨论分析了旋刀式割草机机的基础参数，参考已有旋刀式割草机的参数，既要保证工作要求，又要尽量减小噪音污染并提高刀片的时候用寿命。设计出一款经济适用，成本低廉，可大范围推广的割草机械，为人们的居住环境的美化提供良好的实现工具。1 设计原理及机构1.1 设计原理对于旋刀式割草机的总体设计，要遵循的设计原则（1）首先满足农艺要求并适应小区草坪的面积限制，具有良好的转向性和操作灵活性。（2）吸收国内外设施农业作业机械的新技术，采用新原理、新结构、新工艺、做到设计合理、使用可靠、优质高效、物美价廉，能广泛推广。（3）零部件的通用化、标准化程度高。（4）整机结构简单、成本低廉、操作简便、维修方便、质量轻、机动性好。1.2 旋刀式割草机的设计方案图1旋刀式割草机简图1.工业脚轮 2.工业脚轮架 3.下机架 4.上机架5.发动机6.推杆7.工业走轮架 8.工业走轮9.工作轴 10.刀片如图1 所示，旋刀式割草机主要工业脚轮、下机架、发动机、上机架、推杆、工作轴、工业走轮和刀片等组成。汽油发动机提供动力，其输出轴通过花键与装配有刀片的工作轴相连，带动旋刀工作，使其实现割草动作，发动机有油门控制旋钮，通过旋转旋钮控制发动机的转速以及停止，从而实现控制选到的工作转速，实现对旋刀的工作控制。手推式割草机的动力是来源于行走轮驱动，即靠人的推力来驱动。查阅人机工程手册，人步行速度约为35千米/时，即4864米/分，考虑到要推动割草机进行切割，选取人的步行速度为48米/分，即0.8米/秒。由人机工程手册查得，人体身高尺寸（成年男性）多在170cm左右。因此，推杆距地面的高度取为1000毫米,且可在8501300毫米之间调节，符合人体作业适应度。设计原则：工作场地的高度取决于作用力、操作者的身高、操作者操作物件的尺寸、以及视野范围。又因为该割草机是手推式的，动力来源于人的行走以及推力。应考虑到其结构尺寸方面的因素，因而行走轮直径不宜过大。其旋刀刀尖速度要求达到7197m/s，在这个速度范围能使选到旋转引起的噪声降到比较合理的水平，并能正常工作。如果轮子直径过大，将会使机具底盘抬高，影响整机的协调性，如果轮子直径过小,则推行比较费力,不能达到设计要求,要满足人的推力在200N左右都能推动这部割草机才行。初步选取外轮直径=80mm,由人机工程手册查得，人体身高尺寸（成年男性）多在170cm左右。因此，推杆距地面的高度取为100cm,且可在100140cm之间调节，符合人体作业适应度。功率消耗计算本设计割草机的功率消耗为割草作业的功率消耗，行走动力由人提供，不列入计算。旋刀式割草机在平坦地面上的割草消耗功率计算公式为，式中 机器前进速度（m/s）；B 机器割副（m）；切割每平方米面积的茎干所需的功率，一般取=200300。割草机所需功率为。则选用1.5马力的发动机。由以上分析确定割草机的各项参数：割草机的整体宽度：495mm；割草机的割幅：400mm；割草高度：2580mm；旋刀宽度：B=58mm；旋刀厚度：l=3mm；机架离地高度：h=200mm；发动机转速：n=3600r/min；旋刀的转速：n=3600r/min=75.4m/s；旋刀的刀尖速度：v=7197m/s；切割速度介于7197ms之间，合适；人的持续推力为1520kg，取F=200N；则p=Fv=2000.8=0.16；集草类型：就地洒落。选取HONDA本田GX35汽油机。2 旋刀式割草机主要部件的设计与计算2.1 割草机工作部分设计图2刀组结构图如图2所示：旋刀通过螺纹圆柱销定位用螺母固定在工作轴上，工作轴通过花键与发动机输出轴连接，轴向定位在轴上开两个11 mm深的孔用螺纹圆柱销定位。工作部件由一组这样的机构构成，旋刀可以随时更换。2.1.1 旋刀的设计图3旋刀结构图旋刀的结构图如图3，材料是65Mn钢，等温淬火后硬度为4250HRC，,。2.1.2 传动轴的设计材料是合金结构钢40MnB，调质处理，硬度为28HRC，,，,轴上一端为内花键，结构如图3-3。图3传动轴结构图传动轴的结构简图如上图3-4，一有内花键，另一端直接与发动机的输出轴相连；通过花键连接将动力传导至工作轴。轴径的初步计算根据轴的扭转强度条件 ,式中：扭转相应切力，；轴所受的扭矩，；轴的抗扭截面系数，；轴的转速，；轴传递的功率，；计算截面处轴的直径，。已知。其中，得，对于空心轴，式中为空心轴的内径与外径之比，通常取=0.50.6。已知P =1.25，n=3600 r/min，轴的材料选用 40MnB， 。将其代入式中，得实心轴轴径；空心轴轴径。故输出轴的实心部分最小轴径要大于7.73mm，空心部分最小轴径要大于7.90mm，2.1.3 工作轴的设计材料是合金结构钢40MnB，调质处理，硬度为28HRC，,，,轴上一端为外花键，结构如下图4。图4工作轴轴径的初步计算同上，工作轴最小轴径要大于7.90mm。传动轴的结构简图如上图3-6，一有加工有外花键，与传动轴相连，另一端连接旋刀，带动旋刀进行割草作业。2.2 推杆的设计材料是低合金结构钢Q345做成的钢管，有推杆和推杆套两部分组成，可伸缩满足不同身高的人对割草机的操纵，结构如下5。图5推杆结构图2.3 机架的设计（1）机架材料是低合金结构钢Q345做成的结构用冷弯空心型钢，由下机架和上机架两部分组成，可通过调节销轴实现对机架高度的调节，从而实现对旋刀离地高度的调节，实现对割草高度的调节。结构如下6。图6机架结构图（2）销轴的选择销主要分为用于固定零件之间相对位置的定位销，用于连接的连接销和用于安全装置中的过载剪断元件的安全销。本设计中上机架和下机架的铰接处用销轴连接。销轴材料选用35钢，调质处理，硬度为2838HRC，表面氧化。根据具体的情况要求以及方便操作的要求，选用销轴（GB/T 882-2000），开口销（GB/T 91-2000）。考虑到割草机工作时对销轴有一些冲击，故取许用剪切应力，许用压应力，抗拉强度。发动机的质量为3.4kg,燃油箱容量为1L，装满燃油时燃油质量为0.725kg，上机架材料采用16Mn。其质量为1.6kg。故作用在每个销轴上的力为销轴工作面的挤压应力 ，计算结果：的强度条件，安全。销轴的剪切应力 。计算结果：的强度条件，安全。销轴的弯曲应力 。计算结果：的强度条件，安全。 3 旋刀式割草机传动系统设计与计算本次设计的手推旋刀式割草机的传动部分采用花键连接的轴组成。当发动机工作使得输出轴转动时，通过花键连接的工作轴旋转，使得旋刀也一起转动，通过旋刀的高速旋转动作，将草坪上多余高度的草割断。3.1 动力传递方案动力传动方案如图7所示：图7动力传动方案3.2 传动比的计算电动机的转速为3600r/min，用n表示，旋耕刀的转速为 3600 r/min，用表示，则割草机的传动比。3.3 传动系统计算与工作轴设计割草机的传动轴和输出轴之间用花键连接，花键连接有外花键和内花键组成，花键连接具有受力均匀、可承受较大载荷、对中性好、导向性好等特点，花键连接的齿数尺寸、配合等均按标准选取。本设计采用定心精度越高，定心的稳定性好的矩形花键，矩形花键的定心方式为小径定心。3.3.1 载荷计算输入转矩 名义切向力 单位载荷 3.3.2 齿面接触强度计算齿面压应力 取。齿面许用压应力 。计算结果：的强度条件，安全。3.3.3 齿根弯曲强度计算齿根弯曲应力,取,。齿根许用弯曲应力 。计算结果：的强度条件，安全。3.3.4 齿根剪切强度计算 。 应力集中系数 。 剪切应力 。齿根最大剪切应力 。许用剪切应力 。计算结果：的强度条件，安全。3.3.5齿面耐磨能力计算齿面压应力 齿面磨损许用压应力。计算结果：的强度条件，安全。花键副长期工作无磨损时耐磨损能力计算齿面压应力 齿面磨损许用压应力（查表5-3-38）。计算结果：的强度条件，安全。外花键的扭转与弯曲强度计算弯矩，弯曲应力 。当量应力 。许用压应力 计算结果：的强度条件，安全。4 主要部件的强度分析 轴的校核对工作轴进行扭转刚度校核计算对工作轴进行受力分析，其受力分析图如下：轴材料选用合金结构钢40MnB。,，。图8工作轴的受力图图9工作轴扭矩图工作轴所受扭矩 ，轴的扭转变形角用每米长的扭转角来表示，阶梯轴的扭转角的计算公式为。式中：阶梯轴第i段上所受的扭矩，。 轴的材料的剪切弹性模量，对于钢材，。 阶梯轴第i段几面的极惯性矩，对于圆轴，。 阶梯轴第i段的长度，。 阶梯轴受扭矩作用的轴段数。工作轴的扭转角为。 。轴的扭转刚度条件为，为轴每米长的允许扭转角，与轴的使用场合有关。对于一般传动轴，可取；对于精密传动轴，可取；对于精度要求不高的轴，。在割草机工作轴的传动中，因为是一般传动，所以取。计算结果：满足强度条件，安全。5 总结（1）本文分析了目前国内外草坪割草机械的现状及存在问题，研究了普通草坪的物理状况，为旋刀式割草机参数提供依据。（2）针对当前国内草坪面积不大却形状各异、要求割草灵活方便的问题，结合草坪修剪及方便实用和农艺特点，吸收了JUS-420旋刀式剪草机及其它经典机型的设计理念，提出旋刀式割草机的改进设计的设计思路。（3）在整机设计中，以汽油发动机作为动力，体积小、成本低、工作可靠、。采用装配式机架，汽油发动机输出动力带动旋刀工作，发动机固定在机架上方，使整机结构简单紧凑又可根据不同工作环境以及工作要求调整机架。行走轮与机架直接固定，通过操向杆实行转向。其他零部件经过计算校核后，尽可能采用通用件或标准件，体现了经济、实用、操作简易、维护简单、成本低廉的设计原则。参 考 文 献1 赵大伟,石淑英.浅析旋刀式草坪割草机产品质量状况J.林业劳动安全,2001(2):27-28.2 卢希诚,尚树堂,水敬琪.旋刀式草坪割草机切割刀具的研究.J.北京林业大学学报.1988(3):37-43.3 卢希诚,尚树堂,.旋刀式草坪割草机旋刀装置的减噪措施J.北京林业大学学报.1993(1):33-38.4 周忠旺.草坪割草机的设计与割草质量J.林业机械与木工设备.200
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号