毕业设计（论文）-株间除草机设计

1、毕业设计说明书中文摘要株间除草机设计摘 要我国是一个传统的农业大国，占地广阔，物产丰富。然而，伴随着越来越多的人进入城市生活，我国的人均耕地面积变得十分有限。目前，随着现代化进程的发展愈来愈快，粮食产量也越来越多，随之而来的问题便是杂草数量也迅速上升。因此，为了更好解决这一问题，增加农作物的产量，设计一种在株间能够有效除草的智能机械化除草机就显得尤为重要。本课题设计的是适用于大多数农作物的株间除草机，如玉米等，主要用于除去植株以及粮食作物之间的杂草。设计内容包括株间除草机的整机结构设计(行走机构方案、除草机构方案、驱动机构)、各技术参数的设计(传动比、蜗轮蜗杆、蜗轮轴)、主要零部件的设计(除草

2、刀片、联轴器)以及计算校核。目的是为了减少除草时间，提高除草效率，做到精确、有效地除草。关键词： 机械除草；株间除草；杂草；除草机毕业设计说明书英文摘要Design of inter plant weeding machineAbstractChina is a traditional agricultural country, covering a vast area and rich in products. However, with more and more people entering urban life, the per capita cultivated land area

3、 in China has become very limited. At present, with the rapid development of modernization, the yield of grain is also increasing. The problem is that the number of weeds is also rising rapidly. Therefore, in order to better solve this problem and increase the yield of crops, it is particularly impo

4、rtant to design an intelligent mechanical weeder which can effectively weed among plants.This topic is designed to be suitable for most crops inter plant weeding machine, such as corn, mainly used to remove weeds between plants and food crops. The design content includes the whole machine structure

5、design (walking mechanism scheme, weeding mechanism scheme, driving mechanism), the design of technical parameters (transmission ratio, worm gear, worm gear shaft), the design of main parts (weeding blade, coupling) and calculation and verification. The purpose is to reduce weeding time, improve wee

6、ding efficiency, and achieve accurate and effective weeding.Key words: Mechanical weeding; Weeding among plants; Weeds; Eradicator目 录1 引言11.1 课题研究的目的与意义.11.2 国内外发展现状.11.2.1 国外发展现状.21.2.2 国内发展现状.32 株间除草机整机结构72.1 行走机构方案.72.2 除草机构方案.103 驱动机构主要部件的设计.113.1 传动比的确定.113.2 蜗轮蜗杆的设计.123.2.1 蜗轮蜗杆的材料选择123.2.2 关于

7、蜗杆头数和蜗轮齿数的确定133.2.3 计算蜗轮的速度143.2.4 减速机构传动中心距的计算143.3 蜗轮轴的设计.163.3.1 轴的材料选择163.3.2 轴径的初步计算163.3.3 联轴器的种类及选择173.4 滚动轴承的校核.184 主要零部件的设计.204.1 刀片的设计及计算.204.1.1 刀片的选择204.1.2 刀片的设计及计算214.2 键联接的强度校核.234.3 蜗杆轴输入端联轴器的选择.245 结论.25参考文献.26致谢.28株间除草机设计1 引言1.1课题研究的目的与意义作为一个传统的农业大国，中国除了拥有世界上最多的人口外，也拥有世界上相当可观的耕地面积，

8、但是，我们的人均耕地面积却并不名列前茅，并且呈下降的趋势1。目前，制约我国粮食生产的主要因素是农业生态环境，而杂草是农业生态环境的一个重要组成部分，它的多与少会直接影响农业的发展以及粮食作物的产量。杂草与粮食作物会通过争夺土壤的养分和水分，导致粮食作物的产量下降，尤其是对水资源短缺的地区会更加明显。因此我们需要采取必要的措施来控制田间杂草，以减少损失程度2。随着人类的进步，人们的意识也在发生变化。不再仅仅关注传统化学除草所带来的短期便利，如何有效地实施环境保护的长期发展模式，是近年来人们环境保护和健康生活的追求。针对我国目前的机械除草的现状，结合国内外先进的除草理念和技术，设计了一种能有效地一

9、次性除草的农业化机械除草机3。随着科学技术的发展，越来越多的先进技术被开发并应用到农业机械上，推动了机械除草的智能化、自动化趋势发展4。未来农业的发展方向将是精准农业，实现粗放型农业向精细农业的转变5。发展智能农业化机械不仅有利于有效提高农业生产效率，而且有利于促进智能农机的发展，同时也是推动现代农业机械化发展的关键。它解决了农业生产效率低、劳动力短缺的问题，减少了化学除草对环境的污染。一些智能化除草机不仅可以除去行间杂草，而且可以准确无误地识别植株和杂草，在除去株间杂草的同时保护了植株免遭伤害，提高了作业效率。发展现代智能农业装备是我国农业转型的重要组成部分3。因此，株间除草机的设计对我国农

10、业的发展具有重要意义。1.2 国内外发展现状目前，世界上主要的田间除草方法有人工除草和化学除草。人工除草是一种利用人力进行拔草的、有效的除草方法，也是最原始、最简单的除草方法。人工除草耗费大量的人力、物力和时间，且劳动强度大，除草效率低。因此，在众多除草方式中，化学除草以高效省力的特点逐渐取代传统的人工除草。化学除草，就是指使用各种有机、无机物质抑制、毒杀杂草的方法。然而，在植株小苗密度较大，杂草密度远远小于植株密度的情况下，化学除草的经济效益与除草效率不会超过人工除草。化学除草虽然在一定程度上解决了杂草问题，但长时间的使用会引起土壤和环境污染，造成一定的危害6，降低土壤的质量。目前正在试验和

11、开发利用生物试剂、病毒、病原微生物或昆虫来控制杂草。1.2.1 国外发展现状在上世纪八十、九十年代，美国、荷兰、丹麦、德国等国已经开始研究机械除草了。并经过多年的研究，已经取得了一些成熟的研究成果。德国的Cavalier等人与Amazon Worked公司合作研发了一种机械除草系统，专门用于玉米田的行株间除草(图1)。其中除草刀为鹅脚型刀片，由四个刀片组成，围成一个圆周，并固定在旋转轴上，每个刀片都可以通过电路控制来进行株间除草和防草，同时还可以调节刀片的运行速度7。图1 德国奥斯纳布吕克大学研制的除草机器人7在荷兰，Kowenhoven等人已经开始研究用垄锄在行间和植株间进行除草，并在甜菜地

12、发芽后，对机械除草、化学药剂除草、垄盖除草等不同除草方法进行了对比试验，试验结果表明：除草机除草效果并不好，并未能除去甜菜地的株间杂草。同时进一步研究表明，机械除草对土壤进行积压，从而导致产量下降8。丹麦的Norremark等人研制了一种基于实时动态GPS导航的自动避障除草机9。它利用实时动态GPS导航和自动控制系统，精确控制除草机前方和除草机上机器的横向和纵向位移，以保证除草时使用的S形齿在遇到作物时能够避免误伤作物，除草是在植物之间进行的，以确保植物的生存，同时清除杂草。随后，Norremark等人又对这个株间除草机的除草效果进行了定量评价。结果表明：当拖拉机的前进速度达到0.52m/s时

13、，耕地面积占全部面积的30%49%；当拖拉机前进速度达到0.31m/s时，耕地面积所占的比例显著、大幅增加。这表明，当拖拉机的速度较低时，除草更有效10 (图2)。图2 一种基于实时动态GPS导航自动避障株间除草机10西班牙的Perez-Ruiz、美国的Slaughter等人也通过研究，发明了一种把GPS定位系统用于株间除草工作中的除草机器人控制系统11。在此基础上，他们又开发了基于精密测距传感器的机器人协同控制系统。这个系统在人工辅助的帮助下，以达到避开植株而除去株间杂草的目的。它的特点是结构简单，操作方便，价格便宜12。1.2.2 国内发展现状相比国外，我国对机械除草的研究起步较晚，但是随

14、着国家对“三农”的大力支持和扶持，极大地促进了农业生产和转型，我们的农业装备的发展研究也取得了一些令人震惊的研究成果。我国目前的株间除草作业除了使用化学除草药剂以外，其他基本还是需要靠劳动力来完成，即人工除草。尽管我们国家已经对株间除草机械有了较多的相关研究，但大多数都还只是处在试验的研究当中，尚未得到大范围的推广和使用。东北农业大学的韩豹等人一起发明了3ZCF-7700型多功能中耕除草机，它的株间松土除草部件构成如图3所示。这属于纯机械系统，可同时进行行间除草和株间除草13，解决了机械除草作业过程中难以铲除植株根部附近杂草、伤苗严重、除草效率低等的问题，并进行了田间试验。试验结果表明：在不受

15、外界干扰、田间土地质量好的情况下，提高作业速度有利于使株间和行间杂草得到清除，且对伤苗率的影响并不明显。在玉米定苗前、除草机行进速度为22.4m/s的范围内时，平均的株间除草率约为76%，伤苗率约为4.4%，极大地提高了除草效率。图3 株间松土除草部件构成12江苏大学的张鹏举等人研究出了一种八爪式株间机械除草装置14 (图4)，他们利用Pro/E和ADAMS软件对所设计的八爪式株间除草装置进行三维建模，并用仿真软件对其进行运动仿真。试验结果表明：所设计的八爪除草装置在最佳转速比为0.754时，能更有效地提高株间的工作效率，更有效地完成植物间的除草。之后他们又设计了一种基于LabVIEW的除草控

16、制系统，对八爪除草装置的控制进行了测试和验证。数据分析表明：八爪株间除草装置能准确识别植物，避开栽培植物，对杂草进行精准防治。若作物的平均株距大于30cm，该装置可把苗木受害率控制在10%以下；同时，株间的间隙覆盖率可达到50%以上15。此外，进一步降低伤苗率的方法，有待更进一步的研究才可实现。图4 八爪式机械除草装置的结构示意图14安徽农业大学的李兵等人自主研制了一种小型自走式茶园除草机(图5)，该除草机主要由电机、传动机构、行走机构、除草部件、限深装置、操作系统以及机架等组成16。其中，除草部件是针对南方山区小茶园的工作环境所设计的，它的刀片以螺旋的方式安装在除草轮油缸上，相邻的除草刀片依

17、次埋入土壤，左右两侧的除草轮对称安装。并通过正交实验，得出如下结论：当除草轮的转速为350r/min、除草机前进速度为0.8m/s、除草深度为30mm、除草刀的个数为6个时，该机器的除草效果最优秀，而此时的除草率为80.7%12。图5 小型自走式茶园除草机结构图122 株间除草机整机结构2.1 行走机构方案本株间除草机要求行走速度810m/min，机器设备重量以及负载按照200Kg计算，关于传动方案的确定尤为重要，合理的传动方案能够在满足使用要求的同时更节约成本。确定合理的传动方案之后再进行电机的选型、蜗轮蜗杆的设计、键槽和联轴器的校核等主要部分尺寸的确定等详细设计。该除草机的行走机构如下图6

18、所示。1.电机 2.输入端联轴器 3.蜗轮蜗杆减速机 4.输出端联轴器 5.轮子支撑架 6.轮子图6 行走机构示意图行走机构主要由驱动系统、轮子、支架、减速器等主要部分构成。减速机选用蜗轮蜗杆一级减速机，蜗轮蜗杆能够实现自锁。行走到位置后电机停止转动，蜗轮蜗杆减速机输出轴通过联轴器连接轮子，轮子即停止转动实现自锁17。在机械设计中电机的选型有5个要点：（1）所驱动的负载类型。电机可以简单地划分为直流电机和交流电机，而交流电机又可分为同步电机和异步电机。直流电机可以通过改变电压来调节转速，并可以提供较大的转矩，另外还有一个优点是便宜。而缺点在于结构复杂，任何设备只要结构复杂，就必然会导致故障率和

19、失败率增加。异步电机的优点在于结构简单，性能稳定，操作方便，价格便宜，其在制造工艺上也是最简单的，因此在工业中得到了最广泛的应用。同步电机的优点除了有过励状态可以补偿无功功率外，还可以精确地控制转速、稳定性、过载能力和效率，其过载能力比异步电动机强，特别是低速同步电动机。（2）额定功率。 电动机的额定功率是指输出功率，即轴功率，又称电容，是电动机进行选型的一个标志性参数。正确选择电动机容量的原则是在满足生产机械负荷要求的前提下，以最经济合理的方式确定电机功率。若电机功率选得过大，则会增加设备投资，造成不必要的浪费，且电动机经常带负荷运行，交流电动机的效率和功率因数会较低；相反，若电动机功率过低

20、，电机将过载，导致电动机过早损坏，致使电动机无法正常工作。（3）额定电压。 电动机的额定电压是指电动机在额定工作模式下的线电压，通俗的讲，就是电动机正常运行时的最佳电压。只有在最佳的工作条件下，电动机的性能才能比较稳定，电动机的寿命也会得以延长。而一般工业上电动机的额定电压主要取决于电力系统的供电电压和电动机的容量。一般来说，交流电动机的电压水平主要由使用场所的供电电压水平来决定。（4）额定转速。 电动机的额定转速是指电动机在额定条件下工作所运行的速度。额定条件主要是指额定电压、额定电流和额定频率。电动机及其驱动机器都有各自的额定转速。在选择电机的转速时，要注意转速不易选得过低，因为电机的额定

21、转速越低，级数就越大，体积和成交量越大，价格也越高；同时，电动机的转速也不宜选得过高，因为这会使传动机构过于复杂，而且难以维护。此外，当功率一定时，电机的转矩与转速成反比。（5）其他条件。 一般来说，如果知道所驱动的负载类型、电动机的额定功率、额定电压和额定转速，便可以将电机选型大致确定下来。但如果要最优化地满足负载要求、更好地提高工作效率，这些基本参数就远远不够了。还需要提供：频率、过载要求、绝缘等级、防护等级、环境、温度、海拔高度、安装方式、户外要求、转动惯量等参数，应根据具体情况具体分析。 由轮子的提升力和其旋转行走速度v，得 Pw=Fv1000 (1)其中： F=G=mgN M为设备质

22、量，单位kg；g为重力加速度，单位N/kg； F=2009.8=1960N (2) v=1060=0.167m/s (3)代入数据得： Pw=19600.1671000=0.327kw (4)Pw=Pw1.25=0.3271.25=0.41kw (5)各传动机构和轴承的效率为：法兰效率：1=0.98；单级蜗轮蜗杆传动的效率：2=0.7；双滚动轴承效率：3=0.98；台阶键槽固定联轴器传动效率：4=0.98；驱动电机经过联轴器-减速机-联轴器-轮子的总传动效率为 将以上查询数值代入得：=12324=0.980.70.9820.98=0.646 (6)驱动马达的功率为Pd因为各种机构导致功率损耗，

23、所以驱动马达的实际功率计算公式为：Pd=Pw (7)则代入数据得：Pd=Pw=0.410.646=0.63kw (8)选用的电动机的转速首先要满足的条件是在以上的计算范围内，同时还需要考虑在整个设计中电动机的尺寸需要满足便于安装，需要考虑电动机的价格以及是否方便采购，是否方便维修和保养，通过综合比较最终决定选择的电动机P0=1.5kw；满载转速：=940。 电机的功率、转速、启动转矩和最大扭矩都能满足设计要求，并在加了安全系数的条件下也能很好的满足使用要求，电机做为减速机的主要驱动装置，在设备中尤为重要，电机的选型必须满足设计需求。2.2 除草机构方案除草机构由电动机、传动轴、割刀架和刀片组成

24、，具体如图7所示。割草电机安装在机架上，通过传动轴与割刀盘连接，电机启动时，带动传动轴和割刀盘一起转动，起到旋转除草的作用。用来除草的刀片一般使用合金工具钢，可以让刀片的锋刃度和耐磨强度能达到要求。图7 除草装置示意图3 驱动机构主要部件的设计3.1 传动比的确定传动比的计算公式是：i=n1n2=zK (9)其中： n1蜗杆的转速； n2蜗轮的转速； K蜗杆头数； z蜗轮的齿数。因此，传动比与蜗轮齿数，蜗杆头数，模数等都有很大的关联。传动比的公式表明：当z=1，即蜗杆为单数时，传动比比较大。一般来说，在动力传动中，我们通常取传动比i=1080；而在分度机构中，传动比i可以达到1000，这样高的

25、传动比，如果是齿轮传动，则需要采取多级传动。当蜗杆头数增多，效率就会增大，但加工难度也会增大。当蜗杆头数减少时，传动比增大，但传动效率就会降低。所以，蜗杆头数一般会取z=1，2，4，6。如实际中，若蜗轮蜗杆头数为1时，传动比为3：1，就不太适合蜗轮传动了。因为传动比太低，传动效率低。即蜗杆旋转3圈，蜗轮才转1圈。如果希望蜗轮的速度快，可从z=2，4，6中选择。本次设计所采用的蜗杆头数选择一个头的，蜗轮可以初步选用50个齿的，一般减速机减速比为4060时性能较为稳定，强度较好。选定转速比为：i=50/1 (10)所以轮子转速： n=940/50=18.8r/min (11)从而，轮子直径：D=1

26、000vn=10001018.8=169.4mm (12) 圆整为：D=170mm (13)各轴功率计算：P1=P01=1.50.98=1.47kw (14) P2=P1232=1.470.7(0.98)2=0.97kw (15) 各轴转速的计算： n1=940r/min (16)n2=n滚筒=940/50=18.8r/min (17) 各轴输入扭矩的计算： T1=9550P1n1=95501.47940=14.93Nm (18) T2=9550P2n2=95500.9718.8=492.74Nm (19)表1 蜗轮蜗杆减速机各轴参数计算汇总名称功率(kw)转速(r/min)扭矩(Nm)蜗杆轴

27、1.4794014.93蜗轮轴0.9718.8492.743.2 蜗轮蜗杆的设计3.2.1 蜗轮蜗杆的材料选择蜗轮蜗杆机构通常用于在两个交错轴之间传递运动和动力。蜗轮与蜗杆在其中间平面上就相当于齿轮与齿条，而蜗杆的形状又与螺杆相近似。如果想获得较大的齿轮减速比，就必须使用蜗轮蜗杆。其减速比通常为20：1，有时甚至可以达到500：1或更大。蜗杆的常用材料主要有碳钢或合金钢，具有高强度、高韧性、耐磨、耐腐蚀、耐低温、耐高温等特点。按热处理18的性质可分为：（1）渗碳钢。表面淬硬在5662HRC(硬度再高易出现裂纹)，如16CrMn、20Cr、20CrMn等。含镍的渗碳钢还具有高的低温韧性，适合寒带

28、地区使用。（2）表面或整体淬火钢。经火焰或感应淬火4550HRC，如45、40Cr等。（3）调质钢。表面硬度3035HRC，如40Cr、40CrNi等。对于一般的传动，也可以用45调质钢。（4）氮化钢。表面硬度HV850，如38CrMoAL、31CrMoV9，气体氮化。蜗轮的常用材料主要有铸锡青铜和铝铁青铜；对于一些低速转动或一些不重要的传动可采用铸铁材料。其优劣特点如下：（1）铸铁青铜：摩性好，抗胶合性好，但价格偏贵，强度稍低。（2）铸铝铁青铜：减摩性、抗胶合性稍差，但强度高，价格便宜。（3）铸铁：灰；石墨。要进行时效处理，防止变形。本次设计所采用的蜗轮蜗杆材料选择40Cr钢。蜗轮材料的许用

29、接触应力：H =190N/mm (20)蜗轮弯曲应力：F=44N/mm (21)3.2.2 关于蜗杆头数和蜗轮齿数的确定蜗轮齿数主要是根据传动比来确定。蜗杆头数一般为z1=14，常取z1=12。在选择蜗杆时，我们不仅要考虑传动比，还要考虑效率、自锁性和可加工性等因素。如果从提高效率的角度看，蜗轮蜗杆的头数越多，效率越高。而从制造的角度来看，蜗轮蜗杆减速机的蜗杆头的数量越多，制造难度就越大。因此，在选择蜗轮蜗杆头的数量时，必须对上述因素进行详细的分析。一般来说，在动力传动中，当主要问题是提高效率时，通常采用多头蜗杆减速机；当主要矛盾是提高精度和要求良好的自锁时，通常采用单头的蜗轮蜗杆减速机。蜗轮

30、齿数一般为z2=2780。当齿数小于27时，会产生齿根切口；过了80，蜗轮的直径和体积都会增大，蜗杆的长度也会增加，且容易变形。另外，蜗轮齿数的选择，不仅要考虑传动比的要求，还要对小齿数的限制有所考虑。这与齿轮的加工方法有关，如果齿数不小于17齿，应避免使用滚齿刀切割齿根。在一般设计中，我们通常取z小=1820。在这里我们选取 z1=1 (22)则z2=z1i=150=50 (23) 故取z2=50 (24)3.2.3 计算蜗轮的速度实际传动比： i=50/1 (25)工作机轮子转速： n滚筒=940/50=18.8 (26)钢丝绳的行走速度： v1=3.14Dn21000=3.1417018

31、.81000=10.04m/s (27)速度误差： v-v1v%=10-10.0410%=0.4%5% (28)合格3.2.4 减速机构传动中心距的计算蜗轮蜗杆减速机中心距的计算方式如下：(蜗杆分度圆直径+蜗轮分度圆直径)/2减速机的作用主要有：（1）增加输出扭矩，同时降低转速。扭矩输出比为电机输出 减速比，但不要超过减速器的额定扭矩。（2）减速度的同时减小了负载的惯量，惯量的减少为减速比的平方。关于蜗杆的功率Pc1的详细计算公式如下： PC1=P1KA（KFKMP） (29)式中： K关于应用场合参数，由于该除草机构属于小型，故K=0.7；K加工等级参数，蜗杆的加工精度等级为IT7，所以K=

32、0.9；K速度参数，机构运行速度为10米/分钟，K=0.85。以上参数代入公式得： PC1=P1KA（KFKMP）kw (30)对蜗轮蜗杆的传动几何参数进行汇总(表2)，并经计算得出图8。表2 蜗轮蜗杆几何尺寸汇总表序号名称代号或公式数值1中心距a100mm2齿数比u=z2/z1503蜗轮齿数z2504蜗杆头数z115蜗杆齿顶圆直径da145mm6蜗杆齿宽b153mm7蜗杆螺纹部分长度L59mm8蜗杆齿顶圆弧半径Ra182mm9蜗杆齿顶圆最大直径de153.8mm10蜗轮端面模数mt=2a-da1z2-2ha*3.18mm11径向间隙C=0.16mt0.51mm12齿顶高ha=0.75mt2.

33、23mm13齿根高hf=ha+C2.74mm14全齿高h=ha+hf4.97mm15蜗杆分度圆直径d1=(0.624+2.02i)a0.87540.53mm16蜗轮分度圆直径d2=2a+d1159.47mm17蜗轮齿根圆直径df2=d2-2hf153.98mm18蜗杆齿根圆直径df1=d1-2hf35.05mm19蜗轮齿根圆弧半径Rf1=a-0.5df182.48mm20分度圆压力角=arcsin(d1d2)2421蜗杆分度圆齿厚S1=P2-S2-j4.298mm22蜗杆分度圆法向齿厚Sn1=S1cosrm4.29mm23蜗轮分度圆法向齿厚Sn2=S1cosrm5.49mm图8 蜗轮加工图3.

34、3 蜗轮轴的设计3.3.1 轴的材料选择材料选用20Cr，通过调质处理硬度需要达到285HBS，加工等级均IT7级精度。材料强度b=650N/。3.3.2 轴径的初步计算 轴径的计算公式为： dmin=A03P2n2 (31)其中： n2转速，单位r/minP2传递功率，单位kwdmin危险截面直径，单位mm dmin=A03P2n2=11230.9718.8=41.7mm (32)3.3.3 联轴器的种类及选择由于制造及安装误差、加载后的变形以及温度变化等因素的影响，联轴器所联接的两轴往往不能保证严格的对中，但却存在着某种程度上的相对位移。这就要求在设计联轴器时，必须要采取各种结构措施上，使

35、之具有适应一定范围相对位移的性能19。根据联轴器对各种相对位移有无补偿能力(即能否在发生相对位移的条件下保持连接的功能)，可分为刚性联轴器(无补偿能力)和挠性联轴器(有补偿能力)两大类。挠性联轴器又可按是否具有弹性元件分为无弹性元件的挠性联轴器和无弹性元件的挠性联轴器两个类别。(一)刚性联轴器：这类联轴器有套筒式、夹壳式、凸缘式等。较为常用的是凸缘联轴器。凸缘联轴器的材料可用铸铁或碳钢，重载时或圆周速度大于30m/s时应用铸钢或锻钢。由于凸缘联轴器的两轴要求为中性，当两轴相对位移时，就可能给工件带来附加载荷，恶化工作条件，这是其主要缺点。由于其成本低、传递转矩能力强，常用于低速、无冲击的场合，

36、轴的刚性大和相对中性时常被采用19。(二)挠性联轴器：（1）无弹性元件的挠性联轴器这类联轴器因具有挠性，故可以补偿两轴的相对位移。但因无弹性元件，故不能缓冲减振。常用的有十字滑块联轴器，滑块联轴器，十字轴式万向联轴器，齿式联轴器，滚子链联轴器等。（2）有弹性元件的挠性联轴器这类联轴器因装有弹性元件，不仅可以补偿两轴间的相对位移，而且具有缓冲减振的能力。常用的有弹性套柱销联轴器，弹性柱销联轴器，梅花形弹性联轴器，轮胎式联轴器，膜片联轴器等。选择一种合适的联轴器类型应考虑以下几点19：（1）所需传递的转矩大小和性质以及对缓冲减震功能的要求。（2）联轴器的工作转速高低和引起的离心力大小。（3）两轴相

37、对位移的大小和方向。（4）联轴器的可靠性和工作环境。（5）联轴器的制造、安装、维护和成本。蜗轮轴固定联轴器处的直径是d1-2，公式Tca=KAT2，转距变化很小，故取Ka=1.3 (33)则：Tca=1.3492.74=640.56Nm (34)根据图9故选用YL11型凸缘联轴器。图9 蜗轮轴图3.4 滚动轴承的校核本次设计初选圆锥滚子轴承7306E。圆锥滚子轴承是分离式轴承。轴承的内圈和外圈具有锥形轴承轨道。这种轴承按安装的滚子排数分为单列圆锥滚子轴承，两列和四列圆锥滚子轴承。单列圆锥滚子轴承能承受径向载荷和单向轴向载荷。大多数圆锥滚子轴承是单列圆锥滚子轴承。小型双列圆锥滚子轴承常用于汽车前

38、轮轮毂，四列圆锥滚子轴承主要用于冷轧、热轧等大型重型机械。圆锥滚子轴承能承受径向载荷以及轴向载荷。安装时，可分离外圈，调整轴承间隙。通常是成对使用19。查得圆锥滚子轴承7306E：C=52.5kN C0=60.5KN e=0.83 Y=0.7FaFr=1.62833e=0.83 (35)考虑到载荷系数f=1.2所以P=fp(XR+YA)=1.2（0.42655.5367+0.75952.4）=6274.673616 (36)轴承寿命： Lh=10660n(CP)=10660910(525006274.673616)103=21778.8311h (37)该除草机大概平均每天使用半小时，故所选轴

39、承寿命为Lh=120.9935y (38)所选轴承合适。4 主要零部件的设计4.1 刀片的设计及计算4.1.1 刀片的选择除草机刀片的材料越硬，其耐磨性就越好。刀片的硬度越高，冲击韧性就越低，材料也越脆。硬度和韧性是一对矛盾，也是刀具材料所应克服的一个关键。因此，我们在选材上需要选择硬度好，耐磨性高的材料。而除草机的刀片种类主要有：（1）绳子刀片：针对的是比较嫩的、好切断的草。（2）方形刀片：主要是针对比较硬、脆的草，类似芦苇等。（3）菱形刀片：针对的是藤本植物、小细灌木，比较韧的草。（4）打草头：安装尼龙打草绳，主要是用于割灌机刀片不能到达的条块、坡地等地形、修剪嫩草和中密度草地。（5）两齿

40、刀片：又称一字刀片，切割、修剪人工培育过长的草地以及荒草。需要额外注意不能使用二齿刀片来切割灌木。（6）三齿刀片：用于切割处理荒草、半木质草以及荒疏灌木群，切割直径不宜超过1cm。需要额外注意不能使用三齿刀片切割灌木。（7）40齿刀片：又称锯片，包括40齿、60齿、80齿等，主要用于收割水稻、大小麦、豆类、油菜、玉米等多数农作物。（8）40合金刀片：又称合金锯片，包括40齿、60齿等，主要用来切割灌木群，还可用来开辟荒山，切割直径不宜超过6cm。 刀片的选择非常重要。不同的除草刀片可用于不同的地区、农作物和环境。不同类型的除草刀片在不同的草地上可以达到不同的除草效果。最后，根据环境、温度等因素

41、，选择高、中、低翼的刀片，以达到不同的除草效果和除草质量。如需碎草，可选用功率大的多齿原子割草机刀片。这种割草机的刀片可以将草叶和树叶磨成非常细小的碎片，不会影响外观，更适合园艺。另外，刀片的工作原理是采用高速旋转来进行割草。理论上，齿轮刀片更加安全。而长条形的刀片则比较锋利，覆盖面积更广。无论刀片的形状如何，刀片的耐久性都只与刀片的材质有关。4.1.2 刀片的设计及计算本次设计的刀片因运用于农作物除草，故刀片选择优质合金钢，其最低硬度为HRC45，脆性要求应符合弯曲试验。刀片如图10所示。图10 刀片弯曲试验：如图11所示，通过16mm的圆冲头，以最小20m/s的冲压速度冲压刀片，将刀片弯成

42、a角度。冲头和支架的宽度应大于或等于试验刀片的厚度S。刀片的厚度对应的弯曲角度见表3。表3 刀片厚度对应的弯曲角度厚度s/mm角度a/()s3.5753.5s4.545S4.530非平刀片应在最不利的位置试验，弯曲中心与刀片的整体长度中心一致。支承距离L由下式计算： L=(32+3s)s/2 (39) 试验期间，支承距离保持不变，每个支承的半径为10mm，轴承转动无回弹。弯曲试验后刀片无明显裂纹。当旋刀式除草机刀片上不平衡量达M时，除草机运行1h不应有任何的故障和部件的损坏。其中：M=0.024d (40)式中：M刀片不平衡量，kgm; d刀尖圆直径，m。1. 圆冲头 2.刀片 3.支承 4.

43、弯曲区图11 试验模型刀片的性能要求：（1）刀尖最大线速度应小于96.5m/s。（2）刀片制动时间：当刀片以最高运行速度运行时，对于除草宽度小于600mm的旋刀式割草机，当操作者离开操作机构时，刀片从开始旋转到停止旋转的时间应在3S以内。（3）当最大行驶速度小于等于13km/h时，制动距离为0.19m/1km/h；当行驶速度大于13km/h时，制动距离按下列公式计算： S=0.015v (41) 式中：S制动距离，m； v行走速度，km/h。割刀装置如图12所示：图12 割刀装置图4.2 键联接的强度校核蜗杆轴上安装联轴器处的键联接选用普通平键66、键的工作长度l=28。键的工作高度： k=h

44、2=62=3 (42)查得键联接的许用比压： p=5060N/ (43) p=2Tdkl=2779220328=9.276 N/mm2 p (44) 式中：T传递的转矩，单位为Nmm； k键与轮毂键槽的接触高度，k=0.5h，为键的高度，单位为mm； l键的工作长度，单位为mm；d 轴的直径，单位为mm；P键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，单位为MPa。通过计算，所选平键合格。4.3 蜗杆轴输入端联轴器的选择选用凸缘联轴器，查得：K=1.3 (45)又因为Tc=KT1，故：Tc=1.311428.5165=14857.07145Nmm (46)因此选用YL3型联轴器。 5 结论本文在对

45、株间除草机的研究意义和发展现状进行分析之后，设计了一个可以适用于大多数农作物株间，尤其是玉米株间的智能机械化除草机。设计的产品达到预期的要求与目的，能够从理论上减少除草时间、提高除草效率。整个机器的特点是结构简单，体积较小，转向灵活，容易控制，并且操作方便，适应性较强，能够满足我国农村的田地作业要求。主要得到以下结论：（1）本除草机采用自走式车辆本体的行走机构方案，通过电机驱动进行株间除草作业。并通过蜗轮蜗杆以及联轴器使轮子停止转动。 （2）刀片与螺栓连接在一起，方便更换已损坏的除草刀具，也可根据不同的农作物的生长环境和行株间距选择不同尺寸大小的除草刀具。 （3）通过安装双刀片，使除草效果更好

46、，提高除草效率。参 考 文 献1 赵永，刘旭华，孙腾达. 基于空间自回归模型的中国耕地面积变化预测J. 干旱区资源与环境，2013，(08)：1-5.2 李江国，刘占良，张晋国，等. 国内外田间机械除草技术研究现状J. 农机化研究，2006(10): 14-15.3 刘亚超. 株见除草机设计_仿真与实验研究D. 河南农业大学，2019.4 刑占强. 智能化除草机器人技术发展现状与趋势展望J. 农业科技与装备， 2015(05):37-38.5 裘正军. 基于GPS、GIS及虚拟仪器的精细农业信息采集与处理技术的研究D. 浙江: 浙江大学， 2003.6 张跃进，黄辉. 我国农田化除草历史回顾和发展对策A. 面向21世纪中国农田杂草可持续治理第六次全国杂草科学学术研讨会论文集C，1999.7 Griepentrog H W，Gulhom-Hansen T. Nielsen J First field result from intra-row rotor weeding. Proceedings of 7th european weed research societ