《机械创新设计》课件-智能割草机 中

智能割草机介绍6.1智能割草机介绍6.2智能割草机结构分析、功能分析、实用性分析6.3智能割草机三维建模与装配、关键执行机构的模型设计、整体模型装配6.4智能割草机机构运动仿真与分析、设定运动关节运动副、整体结构运动仿真6.5智能割草机机构结构创新改进与分析、整机功能性创新分析、整机关键机械结构创新分析目录01.项目来源02.市场调研03.功能特点01项目来源PARTONE一、项目来源2024年，中国65岁及以上人口占比达15.6%，四川老龄化率（18.5%）高于全国平均水平。四川丘陵地区以小规模分散耕地为主，单块田地面积多在2-3亩以下，且与林地、草地交错分布，农业劳动强度大。农村老年劳动力（65岁及以上）占比近20%，成为务农主力，但其健康状况差、机械操作能力弱，导致部分偏远丘陵耕地被迫撂荒。例如，达州、巴中等地撂荒率已超15%，且呈上升趋势。在自贡、泸州等丘陵市，年轻劳动力非农转移率超60%，留守老人因体力不支，被迫放弃坡度＞15°的梯田，转而集中耕作平坝地，加剧耕地细碎化。对于部分高收益的经济作物而言（以柑橘树举例）。现行主要采用人工割草的方式进行日常维护，割草的效率依赖劳作者的体力与熟练程度，随着劳作时间的增加，效率随体力下降显著。一、项目来源通过对乐山眉山等地的大型柑橘现代农业园进行调研，当前大部分农场亟需现代化机械进行日常的种植维护。所以智能割草机的设计不仅是技术迭代的产物，更是应对传统割草方式痛点、满足现代农业与产业需求升级的必然选择。其必要性体现在效率提升、成本优化、安全保障、生态保护及市场趋势等多个维度。02市场调研PARTTWO二、市场调研（一）动力系统整车驱动方式：以四轮差速转向为主流设计，通过控制两侧驱动轮的速度差实现原地转向和复杂地形适应（如坡度、碎石路）。例如，某型号割草机采用四轮独立悬架，可攀爬45°陡坡，轮胎使用防刺橡胶以适应碎石路面。二、市场调研（一）动力系统能源管理：磷酸铁锂电池成为主流动力源，能量密度高、循环寿命长，支持4-6小时续航，快充技术将充电时间缩短至1小时内。部分高端机型（如EcoFlowBlade）集成太阳能充电模块，实现“零人工干预”的能源补给。二、市场调研（二）割草主轴机械结构旋刀式当前主流的结构设计分为2种：结构：长条形合金钢刀片，刃口开30°刃角，直接安装于发动机输出轴或通过带传动连接。运动特性：水平面内高速旋转（转速通常≥3000r/min），切割速度需达临界值（如60-90m/s）以防止草株弯曲而非切断。优势：结构简单、成本低，适用于普通草坪；但切割质量略逊于滚刀式。二、市场调研（二）割草主轴机械结构滚刀式结构：由圆柱形滚刀和固定底刀组成，滚刀表面分布螺旋刀片，与底刀形成剪切作用。运动特性：滚刀旋转速度与设备行进速度匹配，实现“剪切式”切割，切割质量高。优势：适用于高尔夫球场等对草坪质量要求高的场景；但结构复杂、成本较高。当前主流的结构设计分为2种：二、市场调研（三）割草装置动力传递带传动结构通过V带或同步带连接电机与刀片轴，传动比通常为1：1（单刀切割装置）或增速设计（多刀切割装置）。优势结构简单、成本低，可缓冲冲击载荷；但传动效率略低于齿轮传动（约90-95%）。二、市场调研（三）割草装置动力传递齿轮传动结构采用直齿或斜齿圆柱齿轮箱，实现动力分流或多级增速。优势传动效率高（可达98%）、精度高，适用于需要精确控制转速的场景（如滚刀式割草机）。二、市场调研（三）割草装置动力传递液压传动结构通过液压泵、马达和油缸实现割刀往复运动和切割器提升，常见于全液压驱动的往复式割草机。优势无级调速、过载保护能力强；但结构复杂、成本较高。当前市场上以带传动作为动力传递的方式为主流设计方案。二、市场调研（四）环境适用性分析当前市场上较为成熟的机器在平地的实用性较好，但对于斜坡与起伏地形（山地、果园）使用上较少。在结构上大部分上采用履带式设计通过增大接地面积（如山地光伏割草机器人接地比压降低40%）和强扭矩输出（175N·m），实现35°坡度稳定作业。其双模控制系统（手动+自动）支持500米超距遥控，适应复杂边界区域。03功能特点PARTTHREE三、功能特点（一）履带式底盘：强化地形通过性结合当前市场上割草机的应用情况进行分析，特别是在丘陵地区，智能割草机的设计需围绕地形适应性、动力稳定性、作业效率与安全性展开，其核心设计特点可归纳为以下方面：仿生学设计借鉴坦克履带结构，通过增大与地面的接触面积分散压力，降低接地比压（如四川凉山梯田实测接地压力仅18kPa），避免陷入泥泞或松软土壤。部分机型采用前窄后宽履带布局，接触面积提升40%，配合高强度钢制底盘（如2.0mm加厚钢材），整机重量控制在150kg以内，实现30°陡坡稳定作业。三、功能特点（二）动力系统：高扭矩与低能耗的平衡混合动力配置针对丘陵地区长距离作业需求，采用油电混动系统（如宁德时代固态电池+汽油发动机组合），纯电模式续航30分钟，混合动力支持全天候作业。本田GXV160四冲程发动机3600rpm）匹配无级变速装置，实测满载作业连续作业4小时。四轮差速转向设计通过独立电机控制两侧驱动轮速度，实现原地转向，在坡度≤45°的复杂地形中灵活调整行进方向。部分机型配备双模控制系统（手动+自动），支持500米超距遥控，适应狭窄区域作业。独立驱动控制三、功能特点（三）切割机构：抗冲击与精准调节刀盘前倾15°设计，切割高度30-120mm可调，配合60°倾角切割刃，实测重割率≤5%。高锰钢甩刀抗冲击强度达1200MPa，在撞击3cm石块时未断裂，刀片磨损量较传统机型降低一半。浮动式刀盘系统针对不同植被密度，支持快速更换刀盘类型（如旋刀式、滚刀式）。例如，玄鸟R智能割草机采用分布式刀盘布局（割幅79cm），通过多刀片并行作业提升效率，切割效率较传统机型提升37%。模块化刀盘设计（选