PAGEPAGE11前言畢業設計是大學課程教學計劃最后也是最重要的階段，即在綜合前培訓我們學到的所有東西。其中包括我們所學的理論課、實踐課和技能課，分析解決我們在畢業設計中遇到的每一個問題和解決問題的能力并與其他環節相結合，在教學過程的延續，深化和測試中相輔相成，其實用性和綜合性不能被其他教學環節所取代。此次課程設計涉及的范圍有夾具的設計、加工了哪些工藝、數值的計算、CAD制圖外還涉及到液壓設計計算、數控編程及加工設備等多方面的知識。通過這次設計我發現了自己還有許多知識還沒有掌握牢固。但通過這次畢業設計使我本身提高了很多，對自己所學到的理論知識與技能有一個更全面的理解，提高自己在設計和計算、制圖、和對于說明書的編寫能力，我也學習了正確使用一些畫圖工具、制圖標準和查閱各種資料其中還包括查閱了一篇外文資料。我在這次的畢設中培養了我對畫圖以及說明書的獨立思考能力、讓自己得到更多的提高，我還掌握了加工設計的一些方法步驟和思路，為今后在學習和工作中奠定了良好的基礎。同時，我也感受到了老師的良苦用心，和平時對我們的細心叮囑，和認真工作。這個畢業設計還有許多不足。全套圖紙加V信153893706或扣3346389411

2牧草收割機介紹和總體方案設計2.1牧草收割機基本介紹2.1.1牧草收割機的作用隨著社會的進步與發展，各行業的發展都進入到了一個嶄新階段，農民生活水平也在這種情況下得到了進一步提升。而農民生活水平的提高，現代化機械設備在農業方面的應用是關鍵。伴隨著農牧業的發展，牧草發展也進入到了一個嶄新階段，在該行業迅猛發展的同時，牧草種植面積也進一步擴大，由于牧草的生長較為快速，如何才可以在短時間內完成多次收割，這是牧草也業發展中急需解決的一個重要問題。而就當前割草機的實際性能情況看，其還存在很多不合理的地方，還需要對割草設備的研發以及改進給予更多關注。雖然我國機械方面在近幾年發展的過程中取得了一定成績，不過和西方發達國家相比，在一定程度上，特別是工藝設計加工以及自動化控制等方面還比較落后的狀態，主要是因為工業起步比較晚。從牧草收割機方面看，其主要存在種類單一、生產技術落后、設備質量較差等問題，這種設備根本無法滿足現代牧草首個方面的實際需求。因此為滿足我國牧草收割實際需求，國產產品收割設備的產品質量的提升是重點，進行設備的結構改革創新，這不僅僅會為牧草收割提供一定便利，同時也會為畜牧業的發展起到進一步推動作用。即便當前國外牧草收割相關的機械設備已經較為完善，不論是在性能上，還是在質量方面都十分突出，不過其產品的價格相對較高，這種情況與國內市場的實際消費需求并不相符，因此進行與國內當前社會發展情況相符的收割機的研發十分重要，這對國內飼草產業化進程推進有著特別重大的影響。通過人工方式，主要體力勞動，是現階段在我們國內牧草種植和收割的情況，這種勞作方式的工作強度相當大，而且工作效率較低，需要的成本也較高，還很容易導致由于收獲不及時的浪費現象出現。這種情況下想要達到規模生產就存在較大難度。若是可以將小型牧草收割機在牧草種植收獲方面應用，就能夠更好的滿足現代牧草產業發展的需求。牧草收割機，特別是比較靈活高效的小型牧草收割機在將來會有非常廣闊的發展，值得在這方面投入更多關注。就目前的需求情況看，小型牧草收割機應當符合黑麥草、紫花苜蓿和三葉草的收割需求。而這幾個品種形狀、性能等有很大區別，切割強度也有很大差異，在進行收割的時候對機械設備的要求較高，對設備的收割參數都提出了具有兼容功能的多方面要求。功能多樣，性能可靠、方便操作、輕便靈活，而且在價格方面有一定優勢的設備。2.1.2牧草收割機的發展歷史和發達國家相比，我國關于牧草機械還僅僅是起步階段。最初國內關于這方面的研究，是在上世紀50年代開始的，海拉爾機械廠畜力割草機的出現，是國內首個割草機械產品。這以后雖然研究不斷增加，60年代出現了后懸掛雙刀高速割草機，而且在當時和國際水平相差不多，只不過這以后很長一段時間都沒有變動。到了70年代，內蒙古以及新疆進行了相關研究，有新的設備出現，而且設備所適合的場景也隨之增加。而且在牧草業發展中，有關割草機的研究依然在持續進行之中，并且不斷有新設備出現。不過在進入到80年代中期以后，國家對草地畜牧業缺乏關注，并未對其給予一定的幫助和支持，這就導致很多牧草機械制造企業停產，加上和發達國家之間的差距，其產品種類十分單一。而就目前社會發展情況看，對牧草種植等方面的關注程度依然較高，對其經濟效益以及環境效益等投入了高度重視。只不過雖然對這方面給予了關注，可就如何才可以實現這樣的效益卻并未給予重視。這就導致牧草收割等相關的機械設備處于一種落后狀態，其無法與現代農牧民的實際種植與生產等相符，這就導致牧民種草的收入并不理想。即便是國內從國外引入了一些牧草收獲機械，并對國外的相關設備技術等進行了深入研究，尤其是在農村草畜雙承包到戶生產責任制以后，農戶所擁有的土地減少，想要選擇與自身經營規模相符的機械工具較為困難，這就導致很多機械的效率無法有效發揮出來，供需彼此之間存在嚴重脫節的情況。就當前的情況看，國內進行牧草收獲機械生產的企業數量較少，專門的企業只有3家，這想要滿足國內相關機械的應用需求存在一定的難度。其中海拉爾牧業機械總廠生產的設備在市場中得到了廣泛關注與認可，應用也得到了進一步推廣，可高產牧草的首個還處于一個空白狀態。甘肅酒泉地區農機推廣站研制的牧草收割機，對于各種高密度牧草收割都適用。還有上海向明公司，也進行了相關設備的研制。可見當前國內有關牧草收割機械生產研制的企業在不斷的增加，而且從整體上看，國內有關牧草收割機械的研究較多，對這方面的重視程度也較高，只不過牧草收割依然沒有達到機械化的狀態，相關產品質量也并不可人，與國外相比還處于一種初級狀態。國外實際上1805年就有關于割草機的研究，最初的設備是英國人發明的。雖然當時這款設備十分笨重，運轉也并不理想，但是在當時已經較為先進了。而隨著發展，1830年有人進行了割草設備的進一步改進，當時改進的設備與現代手扶滾筒割草機十分相似。最初割草機主要是往復式的，為促使機械的生產效率得到提升，盡可能將割草幅度加大，使設備可以更快的前進。旋轉式割草機在70年代的時候得到了廣泛關注，很多國家都對這方面進行了研究，通過高速旋轉的割刀來對植株展開無支撐切割，其結構較為簡單，在養護方面可以減少很多投入，而且并不需要對刀片進行更換等，為人們應用提供了很多便利。世界上牧草機械制造的企業之中，美國約翰迪爾與紐荷蘭公司是領導者，其所生產的機械種類分別有13類與12類之多[3]。這兩個公司的機械產品之中，在世界范圍內都處于領先地位，如牽引式往復割草壓扁機、自走式割草壓扁機等，而且有多種型號。這些機械均配備護刃器，還有短齒護刃器，能夠結合牧草的實際生長情況來進行不同的設備選擇，這樣就不至于出現堵塞的情況。還可以結合實際的需求進行切割器護刃器傾斜的角度調整，以促使其可以適合不同環境應用。加上其齒輪箱驅動壓扁輥，并不需要進行鏈條調整，這些優勢使其應用范圍進一步拓寬。英國生產的Hesston往復式割草機，在現代國際中都是十分優質的設備，其在傳動系統方面，通過現代化的技術改進，并在兩段進行平衡飛輪的探討，以分析如何降低振動，增加割刀運動時候的穩定性。同時加強型的剛性刀桿的維護，可以利用護刃器進行二次處理，進一步提高產品的耐磨性，而且切割刀在可調浮動彈簧的影響下可以自由浮動，這使護刃角調節十分方便，促使其可以在各種不同地勢以及作物情況下應用。為了滿足牧草產業化發展的需求，世界著名的牧草機械設備的生產企業也在這方面投入了較多關注，持續進行設備性能的調整，能夠收獲的農作物以及牧草種類進一步增多，為實際應用提供了更多便利，甚至各種潮濕、倒伏以及密度較高的各種環境都可以應用。整體而言，國外在相關設備研究方面，對整機的性能完善給予了高度重視。就目前情況看，歐美擁有較大面積草場發達國家，在收割設備研究方面取得了十分突出的成績，各項參數都在不斷的改進，促使機械整體的性能都得到提升，在實踐中得到了廣泛應用。而且目前國際上進行牧草機械生產的公司也在不斷增加，很多公司生產水平已經達到了一種先進狀態，所生產的設備不管在結構上，還是在動力配套等方面，都取得了巨大成績，將各種現代理論以及技術在機械方面應用。很多發達國家牧草收割已經全面實現了機械化，像美國就達到了這種水平，還有機器人式割草機的出現，并將牧草業發展成為了國民經濟的重要組成部分。只不過國外相關設備多數是大型機械，在轉彎的時候需要的半徑較大，對地頭要求較高，加上其在價格方面較為昂貴，應用中需要考慮的因素較多，這使此類機械在我國的應用受到了較大的影響與限制。2.2傳動方案的確定2.2.1牧草收割機的設計目標牧草收割機的發展已經有較長時間的，目前種植的牧草主要有黑麥草、紫花苜蓿和三葉草等等品種，牧草收割機應該具有針對這些品類的收割能力。這幾種牧草的形狀有很大區別，所以對切割強度的要求就有所區別，在進行收割的時候對機械設備的要求較高，對設備的很多參數都提出了具有兼容收割能力的要求。其需要有可靠功能性能、操作便利、整機輕便，而且在價格方面有一定優勢的設備。牧草收割機主要有動力源、切割系統、傳動系統、輸送系統和行走系統組成，如下圖所示：圖傳動系統簡圖通過對牧草收割機動力源、切割系統、傳動系統、輸送系統和行走系統等分析，對比國內外先進設計資料，以及網絡搜索相關文獻，并查閱圖書館的現有書籍來研究收割機的結構和工作原理，深入了解牧草收割機的各個部件工作過程，完成參數的確定和圖紙的繪制，并整理形成完整的完成設計論。2.2.2收割機方案的確定本文設計的收割機由動力部分，割草部分，傳動部分，輸送部分以及行走裝置等組成，是一種雙動往復式收割機。動力系統：收割機柴油機作為動力源，功率是2.9kW。切割系統：雙曲柄搖桿。傳動系統：柴油機的動力經過，皮帶輪到錐齒輪兩級減速器，然后到曲柄主軸。輸送系統：皮帶輸送。行走系統：使用人力手工推動

第3章切割系統的設計3.1切割器主要參數的分析割草機中最重要的部件就是切割器，它直接影響到工作作效率和質量，以及整機的性能。往復式和旋轉式刀具目前廣泛應用于割草機中。由于旋耕機切削功率大，對地面平整度要求高，不適合山區、丘陵和梯田地區，故選用普通型往復式刀具。割草機工作的時候動力是由柴油機的旋轉軸輸出的，動力首先通過輸入軸輸入到曲柄機構，然后曲柄機構再把旋轉動力轉換為往復運動。3.1.1切割器的設計計算定義速比，即切割速率與進給速率之間的比值。機器前進速度和曲柄轉速用表示。3-1式中——割草器運行速度（m/s）；——單行程中割草器的時間。每一工作循環中，曲切割刀曲柄回轉180°，耗時=3-2將3-2代入3-1得=3-3——曲柄轉速（r/min）。往復式割草機切割速度應大于2.15m/s。主軸轉速738r/min。計算得出，割刀運動速度=（m/s）3-4==1.869m/s式中表示運動曲柄機構的半徑（單位mm）；代表運動曲柄機構的轉速（單位r/min）。把前面計算中的數據代入，可以計算出割草機割刀的速比λ=，代入公式3-1、3-3，有λ=3-5因為曲柄轉速=（1.1～1.5）λ=3-6意為動刀刀刃的高度值，本文選用，Ⅰ型標準切割器，它的刀刃高度是54mm，代入上面的公式λ==0.941～1.2823.2軸的計算校核3.2.1凸輪軸的設計經過前面的計算割草機輸入凸輪軸的功率為2.45kw，因此選用40cr材質，并調質處理，由軸的轉速n=738.35r/min，根據校核公式得到軸的最小直徑:（3.7）因為，MPa有：mm因為軸上需要開鍵槽，因此軸的直徑要在計算結果上增大5%。通常，軸上有兩個鍵槽時候，可以增加7%,所以得出如下結果把軸圓整得到16mm。軸的結構示意圖見圖3-1。圖3-1軸的安裝結構圖3.2.2計算各軸段的詳細結構尺寸最小處按最小軸徑計算，mm，mm。第1段：為聯軸器安裝段，取mm，mm。第2段：第二段是軸肩，要起到定位作用，因此取mm，mm。第3段：此處安裝凸輪，因此mm，mm。第5段：安裝螺母，得到mm，mm。3.3切割裝置的設計3.3.1切割刀的結構設計往復動刀和固定支架是切削加工的關鍵部件。實際上，動刀與刀桿為一體，刀桿與傳動機構的接觸使動刀獲得相應的動力。通過刀刃結構的優化，可以使切割省里，提高切割整齊性能，因此是切割器之中最重要的零件之一。而由于動刀工作頻繁，經常損壞或者磨鈍，所以也要經常磨刀。為確保其性能穩定，可以符合實際應用需求，可以選擇合金鋼材質制造動刀，并進行淬火處理，淬火的部位是刀刃。下圖圖3-2示意了動刀組件的結構和運行方式。圖3-2割草器刀構造圖3.3.2動刀之間的結構調整主要調整的是刀片，動刀刀片之間有間隙通過調整這些間歇，就可以提高性能。動刀上配有導向結構，通過螺釘連接的刀片，壓板以及機架，當松動螺栓及螺母后，就可以達到調整間隙的目的，詳見圖3-3。1、下部刀片2、上部刀片3、連接板4機器框架5、調整墊6、調整螺母7、調整螺栓8、墊片圖3.3刀片的間隙調整3.3.3偏心輪的設計旋轉動力從輸入軸進入，然后轉換為往復運動，就需要一個特殊的機構，這就是雙曲柄機構，雙曲柄機構作為中間傳動裝置，是機械傳動的核心。而其中的偏心輪就成為機器中非常重要的零部件。下圖所示的就是偏心輪的結構簡圖以及工作原理，如圖3-4。圖3-4偏心輪機構3.3.4切割裝置附件的設計（1）壓板圖3-5壓板結構示意圖（2）機架圖3-6機架示意圖

第4章割草機的傳動裝置4.1確定割草機的傳動方案并分配傳動比4.1.1割草機傳動機構分析下圖是傳動本文設計的機器傳動簡圖，如圖4-1所示。圖4-1割草機傳動機構圖通過對上圖的分析可以得知，動力源提供的動力，首先經過帶傳動機構傳遞給軸（1），軸（1）帶動錐齒輪結構把動力傳遞給軸（2），同時改變傳動的方向，然后傳遞給曲軸。曲柄軸通過聯軸器把動力傳給向凸輪機構，凸輪帶動動刀進行割草的往復形式的運動；于此同時，曲軸另一端通過鏈輪裝置傳送動力到輸送裝置。4.1.2傳動比確定1、計算軸的轉速=m/s4-1根據經驗數據，割草器切割刀的運動速度通常取1.60～2.00m/s，由4-1可知==631.581～789.52r/min由計算可以得知，主軸的轉速=737.9r/min。2、分配傳動比由動力機（柴油機）的額定轉速2600r/min可知，需要分兩次減速傳遞動力，第一次為皮帶帶輪裝置，傳動比i1，第二次減速為傘齒輪傳動，傳動比i2；則兩級機構的總傳動比:=·===3.52（4-2）—帶傳動；——傘齒輪傳動通過類比設計法，初選=1.5有：=：小帶輪直徑（單位mm）：大帶輪直徑（單位mm）=有=有：小傘齒輪齒數：大傘齒輪齒數4.2驗算割草機的功率參數4.2.1計算割草機的功率割草機的總功率：4-3=（kW）4-4==1.938根據下面的公式計算，輸送功率4-5——每米割幅功率因數（單位：kW/m），通常為0.22-0.25kW因此=0.22×1=0.22kW故kW4.2.2割草機各個傳動軸的功率和轉速因為柴油機傳遞的動力經過帶傳動和傘齒輪傳動減速，因此要考慮帶傳動的效率和齒輪傳動的效率，所以切割系統的總傳動效率可以按下面的公式計算：：（1）按公式計算各軸的轉速Ⅰr/minⅡr/min（2）按公式計算各軸的功率ⅠkWⅡkW（3）按公式計算各軸的扭矩萬向聯軸器軸N·mⅠN·mⅡN·m表4.1運動和動力參數軸名參數柴油機軸ⅠⅡ計算轉速/（r/min）26001733.0738.0計算功率/（kW）2.902.7812.710計算扭矩/（N·m）10.65215.32134.940設計傳動比1.52.35效率0.9600.9704.3割草機傳動的設計計算4.3.1圓錐齒輪的計算試算圓錐齒輪傳動的參數：（1）錐齒輪材質的選擇初選齒輪材質為40Cr，進行熱處理。（2）割草器齒輪傳動精度的選擇割草機屬于一般機械，因此傳動齒輪初選it7。（3）初選齒數。按彎曲疲勞強度準則試算模數：4-6（1）計算齒輪轉矩N·m（2）按表查的，按機械設計手冊計算、，故。式中dm和mm分別表示平均分度圓直徑和平均模數，此參數是在齒寬中點處統計得到的（3）查表得疲勞極限MPa。（4）查表有，。（5）查設計手冊有（4.7）故有（6）按設計手冊，選取安全系數。MPaMPa（7）查表得割草器傳動錐齒輪的載荷系數（4.8）——工況系數，——割草機傳動錐齒輪的動載系數。按公式計算節圓處的線速度m/s則有代入公式=1.11；——割草機準齒輪的載荷系數，查表得，載荷系數為1；——割草機準齒輪的載荷分布不均勻系數，取。故有（8）按表查的割草機錐齒輪的齒形系數，。（9）割草機傳動錐齒輪的應力修正系數，。（10）比較割草器兩齒輪的，由結果可知，滿足設計要求。（11）計算齒輪模數mm按優先數選序列，選取模型=2mm。割草器齒輪的尺寸（1）割草器齒輪的分度圓：mmmm（2）割草器錐齒輪齒輪的錐角：（3）割草器齒輪的根高：（齒根高系數，）mm（4）計算割草器齒輪的齒根mm（5）割草器傳動齒輪的齒頂圓：mmmm（6）割草器傳動齒輪的齒根圓：mmmm（7）割草器傳動齒輪的錐距：mm（8）割草器傳動齒輪的齒根角：因此=3.0052°（9）計算割草器傳動齒輪的齒厚，在分度圓處測的mm7、校核割草器齒輪的強度首先按著齒面接觸疲勞強度準則進行計算：4-9：節點區域系數，查設計手冊割草機傳動錐齒輪=2.5；：彈性系數，按表查的；——接觸疲勞許用應力（MPa）；4-10：接觸疲勞極限：MPa：疲勞壽命系數：；：選取割草機齒輪的安全系數；MPaMPaMPa＜由上面的計算可以知，接觸疲勞強度符合設計要求4.3.2計算割草機輸入軸（1）輸入軸的計算軸的材料使用調質的45#鋼，由下面的公式計算軸的最小直徑：軸功率：軸轉速將上文計算的數據代入公式：得mm當軸有鍵槽時，通常將計算的軸徑增大5%，本軸因為有兩個鍵槽，此時軸的尺寸加大7%；計算得mm按標準軸徑，圓整得mm按下圖4-3的結構形式，畫出軸的安裝圖；圖4-3割草機軸的安裝結構圖2、確定輸入軸各段的直徑和長度0-1軸段用于安裝齒輪以及固定齒輪的套筒因此，這段軸的直徑d1=14mm1-2段裝有角接觸球軸承，7004AC，因此軸的直徑=20mm,=10mm。2-3段軸肩，因此mm，mm。3-4段安裝軸承，所以mm，mm。4-5段擋圈，因此取mm，mm。5-6段裝有端蓋，因此mm，mm。6-7段裝有帶輪，所以mm，mm。3、軸的受力分析由前文的計算可知P=2.78kW，n=1733r/min按校核公式計算轉矩TN·mm（4.12）式中：分度圓直徑，；：模數，。則有N：齒輪的壓力角，取；：錐角，取。N圖4-4割草機軸的彎矩和扭矩圖N割草機的應力、、、入下表4-2所示。表4-2割草機傳動軸彎矩和扭矩表載荷水平（N）（N·m）（N·m）15.322合彎矩（N·m）計算彎矩（N·m）（式中）4、計算校核輸入軸的強度由上圖可知，危險截面B應力最大4-13材質45#，MPa，MPa：抗彎模量4-14＜因此設計軸符合要求5、軸上平鍵連接的設計計算(1)連接齒輪的平鍵設計①根據割草機的工作狀況分析，選用普通平鍵連接即可滿足要求，選用A型平鍵；②=14mm,mm,尺寸bxhxl=5x5x8（單位：mm）③驗算鍵的抗壓強度=70～80MPa；mmmmMPa＜因此，選用的平鍵連接合乎要求。（2）帶輪處的鍵連接①根據割草機的工作狀況分析，選用普通平鍵連接即可滿足要求，選用A型平鍵；②=16mm,輪轂mm,=6mm,=5mm,=22mm；③=70～80MPa；mmmmMPa＜因此，選用的平鍵連接合理。4.3.3曲柄主軸的設計及校核1、曲柄軸的分析計算按著前面計算的參數計算曲柄軸，由P=0.972kw，選擇材質為40cr，，MPa，轉速=738r/min。按著下面的公式初算軸dmin（4-15）查表的，MPamm圓整得18mm。

第5章輸送系統的設計5.1割草機傳輸速度計算割草機工作時需要選擇合適的輸送速度，單位時間內輸送的牧草量，應該等于切割刀割取的牧草數量。可以按如下的公式計算即5-1——割草機運行的速度；——割刀的寬有效寬度；——傳松速度；——割去的牧草的厚；——牧草密度；——牧草在輸送帶上堆積密度。圖5-1牧草收割機傳輸裝置圖設=/，=5-2取值=20，則=1.460-1.990m/s，有==1.460～1.990m/s；主軸轉速=738.0r/min由前面的計算可知帶輪直徑D=φ90mm，則為==3.479m/s5.2計算選定輸送裝置的參數5.2.1割草機傳輸系統帶傳動計算（1）選平帶傳動；（2）計算帶輪的直徑mm選用標準帶輪直徑mm（3）計算帶傳動的圓周速度＜=30.0m/s（4）計算傳動比，因為i1=i2，所以mm（5）確定中心距=1020mm（6）計算帶的長度mm（7）計算包角＞（8）計算曲撓次數＜。（9）帶的截面積5-3：工況系數查得；：額定功率kW；：包角修正系數，得；：查表得。mm2（10）帶寬mm按標準值選=12mm；（11）計算軸力N