旋刀式割草機(jī)的設(shè)計(jì)-手推式除草機(jī)設(shè)計(jì)
旋刀式割草機(jī)的設(shè)計(jì)-手推式除草機(jī)設(shè)計(jì),旋刀式,割草機(jī),設(shè)計(jì),手推式,除草機(jī)
旋刀式割草機(jī)的設(shè)計(jì)旋刀式割草機(jī)的設(shè)計(jì) 姓姓 名：鐘水林名：鐘水林 班班 級：機(jī)制級：機(jī)制1004 學(xué)學(xué) 號：號：20101134 指導(dǎo)老師：林金龍指導(dǎo)老師：林金龍一、課題背景及其意義一、課題背景及其意義n 隨著社會的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對生存環(huán)境的要求也越來越高，城市環(huán)境的保護(hù)得到越來越多的重視。我國草坪建設(shè)也得到了迅速的發(fā)展。草坪美化環(huán)境，固土護(hù)坡，凈化空氣多種功能已經(jīng)成為人們的共識。割草機(jī)作為草坪養(yǎng)護(hù)的基本工具，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模的生產(chǎn)和使用。一些最新的科學(xué)理論、最新的科研成果和最新的科學(xué)技術(shù)都在這些機(jī)械設(shè)備上有體現(xiàn)?？刂葡到y(tǒng)方面，單片機(jī)、可編程控制器PLC等得自動化控制手段都得到充分的應(yīng)用。一些發(fā)達(dá)國家如美國已經(jīng)發(fā)明機(jī)器人割草機(jī)，實(shí)現(xiàn)了自動化作業(yè)。n 二、二、整機(jī)總體設(shè)計(jì)方案整機(jī)總體設(shè)計(jì)方案n 旋刀式割草機(jī)主要萬向輪、下機(jī)架、發(fā)動機(jī)、上機(jī)架、推桿、工作軸、工業(yè)走輪和刀片等組成。汽油發(fā)動機(jī)提供動力，其輸出軸和工作軸通過花鍵連接，帶動旋刀工作，使其實(shí)現(xiàn)割草動作，發(fā)動機(jī)有油門控制旋鈕，通過旋轉(zhuǎn)旋鈕控制發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速以及停止，從而實(shí)現(xiàn)控制旋刀的工作轉(zhuǎn)速，使其能夠在操作者的要求之下工作。機(jī)具的行走通過操作者推動割草機(jī)來實(shí)現(xiàn)，割草機(jī)的前輪是萬向輪，可以實(shí)現(xiàn)割草機(jī)的靈活轉(zhuǎn)向。n 在割草機(jī)工作時，行走的操作者為割草機(jī)提供行走動力，并控制使其按人的要求轉(zhuǎn)向；發(fā)動機(jī)帶動刀片旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)割草作業(yè)。翼片可將刀殼內(nèi)的空氣排出，這時刀殼內(nèi)形成負(fù)壓，當(dāng)草長的較高，割草機(jī)前進(jìn)時，刀殼前部下緣會把草按倒；翼片旋轉(zhuǎn)形成的氣流可將刀刃切下的草屑懸浮到氣流中，經(jīng)排草口排除刀殼，就地灑落。三、主要零部件設(shè)計(jì)三、主要零部件設(shè)計(jì)3.1割草割草機(jī)機(jī)架設(shè)計(jì)機(jī)機(jī)架設(shè)計(jì)3.2割草高度調(diào)節(jié)割草高度調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)n 通過調(diào)整改變花鍵的配合尺寸，從而達(dá)到調(diào)節(jié)旋刀的離地高度，從而實(shí)現(xiàn)割草高度的調(diào)節(jié)。工作軸與傳動軸由螺紋管連接，可以固定調(diào)整后的高度。花鍵連接調(diào)節(jié)原理花鍵連接調(diào)節(jié)原理3.4 刀片刀片n 刀片選材及其結(jié)構(gòu)刀片選材及其結(jié)構(gòu)n 參考旋刀式割草機(jī)刀片研究的最新進(jìn)展，刀片材料選用65Mn鋼，等溫淬火后硬度達(dá)4250HRC，可以顯著改善刀片磨損，提高片的使用壽命。n 研究指出，刀片速度為7197m/s時，刀片結(jié)構(gòu)上，翼篇形成角其2535度，翼弦高1719mm，翼弦長度為5676mm，刀厚3mm時，由旋刀引起的空氣動力噪聲相對較低。n 根據(jù)以上文獻(xiàn)資料確定刀片結(jié)構(gòu)，并作出三維實(shí)體模型。四、結(jié)論與展望四、結(jié)論與展望 n1、本文分析了目前國內(nèi)外草坪割草機(jī)械的現(xiàn)狀及存在問題，研究了普通草坪的物理狀況，為旋刀式割草機(jī)參數(shù)提供依據(jù)。n2、針對當(dāng)前國內(nèi)草坪面積不大卻形狀各異、要求割草靈活方便的問題，結(jié)合草坪修剪及方便實(shí)用和農(nóng)藝特點(diǎn)，吸收了最新型旋刀式剪草機(jī)及其它經(jīng)典機(jī)型的設(shè)計(jì)理念，提出旋刀式割草機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路。n3、在整機(jī)設(shè)計(jì)中，以汽油發(fā)動機(jī)作為動力，體積小、成本低、工作可靠。采用裝配式機(jī)架，汽油發(fā)動機(jī)輸出動力帶動旋刀工作，發(fā)動機(jī)固定在機(jī)架上方，使整機(jī)結(jié)構(gòu)簡單緊湊又可根據(jù)不同工作環(huán)境以及工作要求調(diào)整機(jī)架。行走輪與機(jī)架直接固定，通過推桿實(shí)行轉(zhuǎn)向。其他零部件經(jīng)過計(jì)算校核后，盡可能采用通用件或標(biāo)準(zhǔn)件，體現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、操作簡易、維護(hù)簡單、成本低廉的設(shè)計(jì)原則。五、五、致致 謝謝n對于這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成，首先感謝江西農(nóng)業(yè)大學(xué)的辛勤培育，感謝學(xué)校給我提供了如此難得的學(xué)習(xí)環(huán)境和機(jī)會，使我學(xué)到了許多新的知識、知道了知識的可貴與獲取知識的辛勤。n承蒙林金龍老師的耐心指導(dǎo)，我順利地完成了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。在此深深感謝四年大學(xué)學(xué)習(xí)過程中所有授予我知識的老師，感謝你們！同時感謝林金龍老師在設(shè)計(jì)中的方案確定以及設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)上的指導(dǎo)。n在我的設(shè)計(jì)過程中，還得到了眾多同學(xué)的支持和幫助，在此，我對這些同學(xué)表示我衷心的感謝和永遠(yuǎn)的祝福！肯請各位老師批評指正！肯請各位老師批評指正！
2007年IEEE的程序
機(jī)器人與仿生學(xué)國際會議
2007年12月15日-18，三亞，中國
割草機(jī)器人多傳感器融合與導(dǎo)航技術(shù)的研究
從明和房波
大連理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院
大連，116024，中國
congm@dlut.edu.cn
引言——本文提出了一種多傳感器系統(tǒng)從超聲波傳感器和導(dǎo)航相結(jié)合的測量機(jī)器人割草機(jī)。利用傳感系統(tǒng)使機(jī)器人割草機(jī)來映射未知的環(huán)境。對于自動割草機(jī)器人能在未知的環(huán)境中進(jìn)行定位和導(dǎo)航執(zhí)行割草任務(wù)是很重要的。由于環(huán)境的復(fù)雜性，簡單的一種傳感器是不足夠割草機(jī)器人來完成這些任務(wù)。我們開發(fā)了一個配有DSPTMS320F2812作為CPU割草機(jī)器人。感測系統(tǒng)集成由超聲波傳感器，紅外傳感器，碰撞傳感器，編碼器，一個溫度傳感器和電子羅盤組成。超聲波測距技術(shù)變換是基于小波變換的精度高來表示的，以提高超聲波傳感器測量精度。仿真研究表明，所提出的多傳感器信息融合的方法是非常有效的對于導(dǎo)航割草機(jī)器人。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該傳感系統(tǒng)基于相關(guān)的規(guī)定障礙檢測和定位顯示出巨大的潛力，為在動態(tài)工作條件下的割草機(jī)器人提供一個強(qiáng)大的高性價比的解決方案。
關(guān)鍵詞——多傳感器融合，超聲波傳感器，割草機(jī)機(jī)器人，定位，導(dǎo)航。
1.緒論
草坪修剪被許多人認(rèn)為是一個最枯燥，累人的日常任務(wù)。首先迫切需要執(zhí)行的任務(wù)是能適應(yīng)環(huán)境的機(jī)器人。一些預(yù)測表明，割草機(jī)器人將是一個最有前途的個人機(jī)器人應(yīng)用，并有重大的市場在世界上。因此，智能化的概念割草機(jī)器人（IRM）在1997年度會議的OPEI（ 戶外電力會議設(shè)備研究所）上第一次提出[ 1 ]。該機(jī)器人主要面對一般家庭幫助忙碌的人們和乏力的老人們節(jié)省支付雇傭勞動力的報(bào)酬，同時消除人們來自噪聲中，花粉和割草刀片的危害。割草機(jī)器人是服務(wù)于家庭護(hù)理的室外移動機(jī)器人，是那種真正的智能機(jī)電一體化的環(huán)境清理設(shè)備[ 2 ] [ 3 ]。最重要的是割草機(jī)器人為代表的一些地區(qū)覆蓋的環(huán)保機(jī)器人不僅用于室內(nèi)地面清潔，如[ 4 ]也在危險的環(huán)境中，例如去地雷，清理輻射點(diǎn)，勘探資源等。與室內(nèi)移動機(jī)器人不同，割草機(jī)器人得到很大的挑戰(zhàn)。
在整個工作區(qū)域內(nèi)，割草機(jī)器人使用傳感器來感知環(huán)境以及識別他們的實(shí)時狀態(tài)下的環(huán)境障礙，地圖構(gòu)建，定位和導(dǎo)航。由于環(huán)境的復(fù)雜性，一種簡單的傳感器是不足以讓割草機(jī)器人來完成這些任務(wù)的。因此有必要結(jié)合來自不同的傳感器上觀察到的傳感器數(shù)據(jù)減少機(jī)器人在任何工作環(huán)境工作的不確定性。為來自各種傳感器的信息能合并，傳感器魯棒性和實(shí)時性的融合是必需的[ 5 ]。在傳感器出現(xiàn)誤差或失敗的情況下，多融合傳感器融合也可以減少不確定信息，并提高其可靠性。
低成本的傳感系統(tǒng)，說明其低功耗，高性能。超聲波傳感器檢測范圍是0.3m~ 5m，他們提供良好的范圍信息。然而，環(huán)境引起的鏡面漫反射是超聲波傳感器的不確定因素，讓他們不具吸引力。紅外傳感器的檢測范圍是0.02m~ 1m，他們可以檢測在超聲波傳感器的盲區(qū)的障礙。
為了滿足割草機(jī)器人低成本和高精度的測距技術(shù)的需求，在研究超聲波測距技術(shù)基于高精度的小波分析變換（WT）的數(shù)據(jù)報(bào)道，提高超聲波傳感器的測量精度。測量數(shù)據(jù)從傳感系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃最佳的，可靠地，完全覆蓋整個工作計(jì)劃的地區(qū)，使割草機(jī)器人避免未知的障礙。
最后，通過仿真研究和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該傳感系統(tǒng)的導(dǎo)航效果，障礙物檢測和割草機(jī)器人定位。
2.信息資源管理系統(tǒng)的硬件
IRM采用DSP TMS320F2812作為其CPU，包括四個單元：車輛系統(tǒng)，切割系統(tǒng)，傳感系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。傳感系統(tǒng)是用來收集外部動態(tài)信息的工作環(huán)境
避障，地圖構(gòu)建，導(dǎo)航與定位。它也可以用來檢測車輛系統(tǒng)的運(yùn)動參數(shù)和切削機(jī)構(gòu)的工作狀況。該控制器將獲得的信息與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較，然后發(fā)出修正后精確的命令讓機(jī)器人完成任務(wù)。信息資源管理的硬件，如圖1所示。
IMR硬件概要圖1
機(jī)器人必須身體強(qiáng)壯，計(jì)算速度快，行動準(zhǔn)確和安全。它應(yīng)該有能力
，而在全部或大部分的割草期間無需人的干預(yù)。IRM由于模塊化設(shè)計(jì)，各單元的管理是相對獨(dú)立的。模塊化設(shè)計(jì)使維護(hù)更容易。IRM任何損壞單元都可以直接取代而不影響其它單元的功能。
3.傳感系統(tǒng)
A：超聲波傳感器單元
超聲波傳感器可以提供良好的范圍是基于飛行時間（TOF）信息原理，主要是由于其簡單性和成本相對較低，他們已廣泛應(yīng)用于移動機(jī)器人的障礙物回避，地圖構(gòu)建等。這種類型的外部傳感器能很好測量的障礙物的距離。靈敏度函數(shù)的主瓣內(nèi)包含一個20度角，如圖2所示的【6】。大量的試驗(yàn)結(jié)果表明，傳感器的精度范圍為±2cm。
圖2為超聲波傳感器的典型的強(qiáng)度分布
對于IRM，我們建立了一個傳感器陣列由12超聲波傳感器間隔30度的間隔。超聲波信號可以覆蓋所有的空間，可以要求哪些機(jī)器人檢測整個空間的環(huán)境信號。用基于TOF的測量的超聲換能器的經(jīng)典技術(shù)，計(jì)算出的距離最近的反射器利用聲音在空氣中的速度從發(fā)射脈沖到回波到達(dá)時間。距離D為反映對象的計(jì)算
D =（C×T）/ 2 （1）
其中C是聲音的速度，T是飛行時間。該TOF法產(chǎn)生一系列的值時，回波幅度首次超過臨界值后發(fā)送，忽略第二回波從進(jìn)一步的反射。
超聲波傳感器單元包括一個觸發(fā)脈沖生成單元，一個多通道選擇單元和回聲接收單元。傳感器接口電路設(shè)計(jì)發(fā)送和接收超聲波脈沖，捕獲的總是第一個返回的回聲。一個對象相關(guān)的數(shù)據(jù)的范圍要考慮到即使是位于在錐軸離軸。
超聲波頻率通常在40和180千赫之間，而在該系統(tǒng)中超聲波傳感器的頻率使用的是40千赫。光束角度是20度。40千赫PWM脈沖是由通用DSP的定時器單元產(chǎn)生的。驅(qū)動發(fā)射機(jī)有效而不帶來大的振動，40千赫的超聲波一次突發(fā)的時間是8周期。當(dāng)超聲波脈沖發(fā)射時，傳感器將經(jīng)歷“振鈴”。振鈴引起的由所發(fā)送的脈沖可以使接收器檢測到一個錯誤回聲。這個不能夠捕獲解決DSP中斷問題，直到延遲間隔已過。這意味著在延遲的時間間隔那測距儀不能檢測物體距離該傳感器是少于一半的聲音傳播的距離。這是該超聲波傳感器的盲區(qū)，如圖3所示。
圖3超聲波發(fā)射和接收示意圖
B.：.紅外傳感器裝置和其他傳感器
針對超聲波傳感器的盲區(qū)，增加了紅外傳感器。紅外傳感器可以檢測在20cm內(nèi)的障礙，這彌補(bǔ)了超聲波傳感器由于失明問題所造成的區(qū)域的問題。
這個單元有16個紅外傳感器。每個紅外搜索器范圍有6度，是靈敏度函數(shù)主要的圓錐曲線的視圖。該傳感器具有一個高精度測量范圍，有效測量范圍是一個目標(biāo)到一米左右。一些測試表明，該傳感器的測距精度在±1cm左右。
為了節(jié)省DSP的資源，16個紅外傳感器采用DSP TMS320F2812的數(shù)據(jù)接口代替IO接口。這種結(jié)構(gòu)也可以同時讀取傳感器的狀態(tài)，以確保該系統(tǒng)的時間性能。傳感器接口電路用于發(fā)送和接收紅外脈沖并總是捕獲第一個回波來處理其振幅。
割草機(jī)器人在室外環(huán)境中工作時，其溫度變化迅速。溫度的變化會影響聲音的速度。因此，溫度傳感器用于保證超聲波傳感器的精度。碰撞傳感器是一組敏感的樣本，采用它是為了防止意外的碰撞造成的損害。由于潮濕的環(huán)境會危害IRM電路，濕度傳感器被引入用于檢測濕度環(huán)境。雖然這些傳感器不完全是
一個自主割草機(jī)器人機(jī)必要的，但他們可以提供有益的功能，讓工作更具有效性和安全性。
4.導(dǎo)航技術(shù)
A. 映射
正如圖4所示，基準(zhǔn)方向的X定義和機(jī)器人的坐標(biāo)為，。關(guān)于內(nèi)置電子羅盤對于機(jī)器人的幫助，角，這是從第一個傳感器得來的角度，可容易衡量。實(shí)際上，如果只在角（標(biāo)題的機(jī)器人角）的測量，從其他傳感器的角度可以發(fā)現(xiàn)
角是我們的世界坐標(biāo)中心。該超聲波傳感器組的最大環(huán)數(shù)為n，半徑為R（在我們的系統(tǒng)中，n = 12和R = 0.25m）。該環(huán)的原點(diǎn)到中心之間的距離是r，并且該向中心的基準(zhǔn)角度是Ω。根據(jù)參考位置機(jī)器人的中心是（，）。這個距離是從原點(diǎn)到通過兩個傳感器數(shù)據(jù)檢測的二維平面稱之為。
現(xiàn)在讓我們用DMI測量值來分別表示從超聲波和紅外傳感器得到的數(shù)據(jù)，用于精確距離。這些值之間會有一個誤差
在這項(xiàng)工作中，我們自然假設(shè)是一個均勻隨機(jī)變量在（W，W）范圍內(nèi)。在這里，W表示最大距離測量誤差。這里的問題是，給定的，，r ，，，，，和，，，，，估計(jì)占用的坐標(biāo)細(xì)胞和（或等價的）以最有效的方法。涉及檢測對象的方程可以寫為
圖4所示機(jī)器人在X-Y段的位置
由于對象涉及機(jī)器人的方程被寫為
如果我們定義的位置為：=，，，，，然后我們有
將插入到中，
在這里我們有N個這樣的方程。我們把它們矩陣形式
如果我們引入新的矩陣
，然后（10），
可以寫為
在這里，如果我們進(jìn)行最小二乘法估計(jì)，我們得到
因此，我們用最小二乘法估計(jì)找到最好的位置。
B. 仿真研究
基于傳感器導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)行了測試在顯示該傳感器融合方法的有效性的兩種環(huán)境分別如圖5和圖6所示。割草機(jī)是一個結(jié)構(gòu)化的實(shí)驗(yàn)室初步測試如圖5所示。開始在（0.3m，0.5m，0°），一個虛擬的機(jī)器人在虛擬廣場走廊一次。墻在人工環(huán)境中是由真正的地圖表示的。
全車是獨(dú)立的。它有一個最大的運(yùn)行速度是0.4米/秒。實(shí)驗(yàn)室面積調(diào)查出在10cm精度優(yōu)于1cm為佳。提取映射，提出了一開始的目標(biāo)。機(jī)器人位置和方向是由電子羅盤成立[ 8 ]。
圖5數(shù)據(jù)采集與導(dǎo)航在結(jié)構(gòu)化環(huán)境中的結(jié)果
圖5中的結(jié)果顯示的映射質(zhì)量和該傳感器融合方法的有效性。在測試中，我們發(fā)現(xiàn)，在估計(jì)的位置的平均誤差（ε）在環(huán)境中的障礙是在[ 0.2 ，0.2]米范圍內(nèi)。
在模擬中，我們看到，在（11）中，實(shí)際上應(yīng)該得到的是不滿足
。在可以為位置更好的估計(jì)的情況下可以表示為
在這種情況下，估計(jì)角不會改變但估計(jì)距離是縮放到它的最佳估計(jì)。
因此，對于位置，距離估計(jì)是和以前一樣，而最小二乘估計(jì)的作品只對角
。仿真結(jié)果表明，這種方法產(chǎn)生更精確的結(jié)果。
圖6仿真結(jié)果的墻下行為
墻后，被選定為初值問題域是因?yàn)樗⒁粋€相當(dāng)簡單的問題評價[ 9 ]。它這也奠定了更為復(fù)雜的基礎(chǔ)的問題領(lǐng)域，如迷宮的穿越，映射和用于草坪修剪和吸塵全覆蓋路徑規(guī)劃。墻上的仿真結(jié)果—圖6所示的行為后和實(shí)驗(yàn)結(jié)果在圖6表明，該IRM有能力在非結(jié)構(gòu)化的環(huán)境中執(zhí)行它的割草任務(wù)。
在圖5中傳感器的程序?qū)Ш椒抡嫒缦隆?
5 . 超聲波測距技術(shù)基于小波變換
遺憾的是，由于環(huán)境的復(fù)雜性和噪聲的影響，實(shí)際接收到的多回波具有隨時間變化的特性，并且是一個典型的非平穩(wěn)信號。此外，在超聲波脈沖回聲混合噪聲是非高斯白噪聲，但噪聲，和與目標(biāo)回波相關(guān)。TOF法不能在這樣的條件下直接使用。引用廣義相關(guān)方法估計(jì)時間延遲的[ 10 ]，我們把提出了廣義自相關(guān)方法基于小波變換的時延估計(jì)[ 11 ]出現(xiàn)在圖7。
圖7基于小波變換的廣義自相關(guān)延遲估計(jì)
其中（t）是母小波和（t）是女兒小波。該系數(shù)α是規(guī)模（或縮放
因素）和（τ）是時間位移。小波變換的信號x（t）是y（t）。實(shí)際上這是一個過濾過程使用大量的帶通濾波器的超聲回波等于的Q值，這相當(dāng)于的白化濾波器對廣義相關(guān)方法的時間延遲的估計(jì)，為了消除輸入噪聲的影響做以下處理?？梢哉业?，作為
由于傅里葉變換關(guān)系自相關(guān)函數(shù)之間和他的力譜：
我們獲得的廣義自相關(guān)函數(shù)是：
最后，檢測到的峰值來完成TOF的估計(jì)和計(jì)算實(shí)際的超聲波速度。
圖8嘈雜的超聲回波
圖9基于小波去噪的回聲
圖10自相關(guān)函數(shù)
圖11峰值檢測
嘈雜的超聲回波信號如圖8所示，和利用小波變換去噪后的超聲回波顯示
圖9。很明顯，該噪聲混入的超聲波回波經(jīng)WT操作后得到有效地消除作。自動去除噪聲的超聲波回波的相關(guān)運(yùn)算如圖10所示。圖11顯示了包絡(luò)線，通過希爾伯特變換。正如我們可以看到，如果每一個峰的橫坐標(biāo)點(diǎn)確定，TOF估計(jì)可計(jì)算?？紤]的超聲回波衰減和高精度的要求在實(shí)踐中的需求，只有前4回波被用來估計(jì)TOF。在TOF估計(jì)的值是，，，，，，這是對稱于X軸。使用這種方法，估計(jì)超聲波速度可以計(jì)算出來。
到目前為止，障礙檢測和定位系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)。運(yùn)用該方法，障礙物檢測和定位系統(tǒng)已成功實(shí)施。
基于廣義自相關(guān)法小波變換，提出了實(shí)現(xiàn)實(shí)時超聲波速度測量，該方法可以消除溫度，濕度和風(fēng)力的影響，超聲波速度測量可以在機(jī)器人工作的動態(tài)條件下完成。在這種傳感系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，廣義自相關(guān)方法顯示出巨大潛力提供用于割草機(jī)器人一個強(qiáng)大的解決方案在動態(tài)的工作條件下。
6. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
我們利用超聲波傳感器測量機(jī)器人和平面之間的距離。測量結(jié)果和實(shí)際距離如表一所示：
表一
超聲波傳感器的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（單位：厘米）
從表一中，我們可以看到，超聲波傳感器測量誤差在3%。
然后，基于廣義自相關(guān)法小波變換，提出了實(shí)現(xiàn)實(shí)時超聲波速度測量。
通過上述方法，我們再次測量機(jī)器人和平面對象距離的。測量結(jié)果與實(shí)際距離顯示在表二中。
表二
超聲波傳感器的基于小波變換的數(shù)據(jù)（單位：厘米）
基于小波變換的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使用上述的測量誤差技術(shù)是小于1% 為5m范圍區(qū)域內(nèi)，這種傳感系統(tǒng)的障礙物檢測和定位擁有巨大的潛力，能作為—個強(qiáng)大的解決方案用提高于割草機(jī)器人性價比在動態(tài)工作條件下。
7. 結(jié)論
在本文中，我們提出了一個多傳感器系統(tǒng)結(jié)合超聲波傳感器測量用于割草機(jī)器人導(dǎo)航。該傳感系統(tǒng)具有低成本，低功耗，高性能，使割草機(jī)器人機(jī)能映射未知環(huán)境。其有效性是通過仿真研究和實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到的。
使用不同種類的傳感器集成在傳感系統(tǒng)可以克服超聲波傳感器的盲區(qū)和多傳感器融合的鏡面反射的缺陷。
一種高精度超聲波測距技術(shù)的方法基于小波變換已被引入到改善更多的超聲波傳感器的測量精度準(zhǔn)確的感官信息。該系統(tǒng)應(yīng)用于割草機(jī)器人，證明了實(shí)驗(yàn)的可靠性和實(shí)時性。
今后的工作將著眼于應(yīng)用所提出的跟蹤技術(shù)的多傳感器融合方案應(yīng)用于在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中的機(jī)器人割草機(jī)控制全覆蓋路徑規(guī)劃[ 12 ]。
參考文獻(xiàn)
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旋刀式割草機(jī)的設(shè)計(jì)
目 錄
1國內(nèi)外旋刀式割草機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r 3
1.1割草機(jī)的分類 3
1.2割草機(jī)割草的基本要求及注意事項(xiàng) 3
1.3研究的內(nèi)容和方法 4
1.4預(yù)期目標(biāo) 4
2 整機(jī)總體設(shè)計(jì)方案 4
2.1 設(shè)計(jì)原則 4
2.2 旋刀式割草機(jī)的設(shè)計(jì)方案 5
3 旋刀式割草機(jī)主要部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算 7
3.1割草機(jī)工作部分設(shè)計(jì) 8
3.2推桿的設(shè)計(jì) 11
3.3機(jī)架的設(shè)計(jì) 11
4 旋刀式割草機(jī)傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算 15
4.1動力傳遞方案 15
4.2傳動比的計(jì)算 15
5主要部件的強(qiáng)度分析 16
6總結(jié) 17
致謝 19
參考文獻(xiàn) 20
?
摘??要
本次我設(shè)計(jì)的手推旋刀式割草機(jī)主要由框型連接成的行走輪、支架、和割草機(jī)構(gòu)組成，行走輪的內(nèi)圈設(shè)計(jì)有齒輪，割草機(jī)構(gòu)由滾刀構(gòu)成。滾刀的軸架放置于支架上，該軸的兩端分別裝有與行走輪的內(nèi)圈齒輪相嚙合形成行星輪系的小齒輪，滾刀刀片其刀刃為扭曲弧度形固定于刀架上，且在刀刃的前后設(shè)有切削角度，這樣當(dāng)割草機(jī)工作時，刀刃與草形成一定合適的角度，有力的提高了刀片與草之間的切削力，從而盡量的減小了滾刀片在切割草的同時撕拉草筋而損傷草根的程度，有效地提高了割草機(jī)的割草效率，對草坪的長遠(yuǎn)發(fā)展更有好處。本次設(shè)計(jì)的手推割草機(jī)適于家里庭院及私人花園等草地使用，不需要電力或柴油為動力，無噪音及雜物等污染，符合現(xiàn)代環(huán)保要求。人們在割草工作中，既可以鍛煉身體又可以達(dá)到修整草坪的目的。??
關(guān)鍵詞：割草機(jī)；環(huán)保；割草
?
Abstract
?The?design?of?hand?push?reel?mower?consists?mainly?of?walking?wheels,?frame,?handrail?frame?and?cutting?subassembly,?walking?wheels?have?the?inner?ring?gears,?cutting?subassembly?make?up?of?the?hob?and?fixed?knife.?The?shaft?of?hob?rests?on?the?frame;?at?both?ends?of?the?shaft?have?the?pinion?gears?that?mesh?with?the?inner?ring?gears.?The?fixed?knife?installs?on?the?frame,?the?cutting?edge?of?fixed?knife is tangent?to?the?ho ’s?blade.?Hob?twisted?blades?fix?on?the?tool?carrier,?and?with?the?blade?cutting?angle?on?the?front?and?rear.?The?bevel?angles?of?cutting?edge?can?enhance?the?cutting?forces?when?mow?the?lawn,?and?increase?work?efficiency.?The?mower?designed?for?home?and?private?garden?and?small?lawn?use,?without?electricity?or?diesel-powered,?no?air?and?noise?pollution,?accord?with?the?requirements?of?environmental?protection.?People?walk?through?the?grass?for?not?only?physical?exercise?but?also?realization?of?the?purpose?of?trimming?the?lawn.??
Keywords:?reel?mower；lawn；environmental?protection?
1國內(nèi)外旋刀式割草機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r
1.1割草機(jī)的分類
按切割器類型可以分為旋刀式、往復(fù)式、滾刀式等。其中，應(yīng)用最多的是旋刀式割草機(jī)、滾刀式割草機(jī)和往復(fù)式割草機(jī)。
往復(fù)式割草機(jī)割茬低而整齊，草坪損失少，單位割幅的金屬用量和功率消耗低，從而達(dá)到成本低的效果。它的工作速度一般為4~5km/h。旋刀式割草機(jī)是由橫向懸掛在直立軸上的刀片高速旋轉(zhuǎn)打切草上部的葉片，它適于35~75mm范圍內(nèi)割草。由于其工作中低廉，維修方便，使用靈活，只要將刀磨得鋒利，就能達(dá)到較為理想的割草效果。因而，市場上的草坪大都使用旋刀式割草機(jī)作業(yè)，從而使旋刀式割草機(jī)稱為國內(nèi)外最流行的割草機(jī)。
按配套動力和作業(yè)方式分可以分為：手推式、手扶自行式、和拖拉機(jī)懸掛式割草機(jī)。
按動力驅(qū)動方式主要分為人力驅(qū)動、電力驅(qū)動和發(fā)動機(jī)驅(qū)動三種形式。其中，以各種發(fā)動機(jī)驅(qū)動的割草機(jī)最多，發(fā)動機(jī)多使用單缸汽油機(jī)。
動力驅(qū)動的割草機(jī)按牽引方式或懸掛方式可分為前置的、側(cè)置的、后置的、中置的割草機(jī)。當(dāng)今，也存在著旋刀式手推隨行式割草機(jī)，大部分采用中置式懸掛，而滾刀手推隨行式割草機(jī)大多采用了前置的掛接，大型割草機(jī)則會采用混合牽引方式。
1.2割草機(jī)割草的基本要求及注意事項(xiàng)
1.2.1基本要求
（1）割草高度可根據(jù)實(shí)際要求來調(diào)整，適應(yīng)的高度調(diào)整范圍較大，當(dāng)草坪要求修剪比較低能夠達(dá)到要求。
（2）割草平整、整齊，同一個往返中割草高度要求一致，兩次作業(yè)行程銜接較為平滑、沒有接茬。
（3）對不同的地形適應(yīng)能力較為強(qiáng)，行走能力強(qiáng)，隨地形不同變化剪草高度較為一致。
（4）割草機(jī)對草坪碾壓較為輕、傷害比較少。
（5）草屑等得收集要求干凈，被切割細(xì)碎性能好，有利于灑落在草坪下及時的腐爛。
（6）割草機(jī)的整體質(zhì)量較好，故障較少，節(jié)省有用燃料、效率較為高。
（7）方便于操作、靈活輕便、維修方便，零部件互換性和通用性較好。
（8）正確的掌握修剪草坪時間同時制定科學(xué)的修剪頻率和修剪高度。
1.2.2注意事項(xiàng)
（1）不可以將手推式割草機(jī)用于割攀藤植物、屋頂或陽臺上的雜草，那樣會有可能傷害到自己身體。
（2）每次在使用之前都必須仔細(xì)的進(jìn)行檢查，確認(rèn)螺栓、螺母、工具等都沒有磨損或破壞，對于磨損或破壞了的刀片應(yīng)當(dāng)及時的進(jìn)行更換。
（3）檢查一下要割草草坪表面，要及時清除干凈石頭等堅(jiān)硬的物體，這些物品碰到刀片時有可能會飛甩出去而沒辦法控制。
（4）如果旁邊有人，特別是兒童和婦女的時候，不應(yīng)該使用這種割草機(jī)。
（5）割草時一定要穿防滑底靴子。
（6）旋轉(zhuǎn)的刀片有可能會造成傷害，刀片轉(zhuǎn)筒和操作人員之間的安全距離要通過導(dǎo)桿分隔開的，一定要保持這個安全距離。在斜坡上割草時尤其要注意這點(diǎn)，一定要科學(xué)的順著斜坡的方向割草。
（7）當(dāng)后退拉動割草機(jī)時要小心，有可能會有絆倒的危險。
（8）任何時候都不能將手或者腳放在運(yùn)動的部件的上方或下方。
（9）如果刀具遇到障礙或者堅(jiān)硬的物體時，一定要適當(dāng)?shù)厝鏅z查割草機(jī)。
（10）只能在能見度較好，視野比較清晰的時候才能進(jìn)行正常工作。
1.3研究的內(nèi)容和方法
根據(jù)目前我國割草機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀和存在問題和人們草坪割草機(jī)的高要求，對現(xiàn)在有的割草機(jī)進(jìn)行不同程度地改進(jìn)。在旋刀式割草機(jī)基礎(chǔ)上，通過對它進(jìn)行做減噪處理和刀片的強(qiáng)化處理，利用現(xiàn)代科學(xué)設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)出一款結(jié)構(gòu)比較簡單、操作狠方便、低噪音、高效率的旋刀式割草機(jī)。
在設(shè)計(jì)旋刀式草坪割草機(jī)整體結(jié)構(gòu)，主要由汽油發(fā)動機(jī)、工作軸、傳動軸、割草機(jī)機(jī)架、行走輪、旋刀刀片組成。
汽油發(fā)動機(jī)機(jī)為其提供動力，通過工作軸和傳動軸為旋刀裝置提供動力。旋刀裝置主要部件為刀片。
討論分析旋刀式割草機(jī)的基礎(chǔ)參數(shù)，參考現(xiàn)有旋刀式割草機(jī)的基本參數(shù)，既要保證工作的要求，又要求盡量的減小噪音污染并提高刀片使用壽命。根據(jù)選用的有關(guān)參數(shù)，由經(jīng)驗(yàn)的公式計(jì)算旋刀式割草機(jī)所要的功率，根據(jù)該功率選擇合適的汽油發(fā)動機(jī)型號。
該課題的研究方法有：理論方面的設(shè)計(jì)、繪制模擬的樣機(jī)并實(shí)現(xiàn)仿真模擬。既要保證割草機(jī)的使用方面的要求，又要求減小噪音污染，并提高刀片的有效使用壽命。
1.4預(yù)期目標(biāo)
（1）整機(jī)結(jié)構(gòu)比較簡單，維護(hù)很方便，質(zhì)量較輕，尺寸較小，機(jī)動性較好。
（2）汽油發(fā)動機(jī)為工作動力源，人作為行走動力，造價低、可靠性高、使用簡便，具有節(jié)省能源，降低污染的特點(diǎn)。
（3）適于一般草坪維護(hù)，成本低廉，有利于大規(guī)模推廣應(yīng)用。
2 整機(jī)總體設(shè)計(jì)方案
2.1設(shè)計(jì)原則
總體設(shè)計(jì)的一個旋轉(zhuǎn)刀式割草機(jī)設(shè)計(jì)遵循的原則
(1)第一個滿足農(nóng)藝要求和適應(yīng)情節(jié)草坪區(qū)、良好的指導(dǎo)和操作的靈活性。
(2)吸收的設(shè)施農(nóng)業(yè)機(jī)械在國內(nèi)外新技術(shù),采用新原理、新結(jié)構(gòu)和新工藝,設(shè)計(jì)合理,使用可靠,優(yōu)質(zhì)、廉價、可廣泛推廣。
(3)高度的零部件的通用化和標(biāo)準(zhǔn)化。
(4)機(jī)器結(jié)構(gòu)簡單、成本低、操作簡單、維修方便,輕質(zhì)量,良好的流動性。
2.2 旋刀式割草機(jī)的設(shè)計(jì)方案
圖2-1旋刀式割草機(jī)實(shí)物圖
圖2-2旋刀式割草機(jī)簡圖
1.工業(yè)腳輪 2.工業(yè)腳輪架 3.下機(jī)架 4.上機(jī)架
5.發(fā)動機(jī)6.推桿7.工業(yè)走輪架 8.工業(yè)走輪9.工作軸 10.刀片
如圖2 - 2所示,旋轉(zhuǎn)刀式割草機(jī)工業(yè)腳輪,在框架下,引擎框架,推桿,工作軸,工業(yè)輪子和刀片,等。汽油發(fā)動機(jī)功率,輸出軸通過花鍵和配備刀片軸相連,驅(qū)動旋轉(zhuǎn)刀工作,使其實(shí)現(xiàn)割草,發(fā)動機(jī)油門控制旋鈕,旋轉(zhuǎn)旋鈕控制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和停止,從而實(shí)現(xiàn)控制工作速度,實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)刀的控制工作。
手推割草機(jī)的權(quán)力是來自行走輪驅(qū)動,推力驅(qū)動的人。指“人機(jī)工程手冊》,人們步行速度約為3 ~ 5公里/小時,48 ~ 64米/分鐘,即考慮削減推割草機(jī),選擇人步行速度48米/分鐘,0.8米/秒。
綜合以上因素,推桿的大小機(jī)械設(shè)計(jì)支持,并根據(jù)不同性別和年齡將推桿可以調(diào)整高度和角度的設(shè)計(jì)。站在大小的工作操作,以及人體需要活動空間。
由《人機(jī)工程手冊》查得，人體身高尺寸（成年男性）多在170 cm左右。因此，推桿距地面的高度取為1000毫米,且可在840~1300毫米之間調(diào)節(jié)，符合人體作業(yè)適應(yīng)度。
設(shè)計(jì)原則:工作場所的高度取決于力量,運(yùn)營商的高度的操作對象的大小,以及視野。
精密加工,使用肘部的支持。(設(shè)計(jì)大小男人:105 ~ 115 mm的女性:100 ~ 100毫米)
B:副固定在工作臺高度:113毫米
C:輕體力勞動。(男:95 ~ 100毫米女人:90 ~ 90毫米)
D:辛勤工作。(男:80 ~ 95毫米女人:75 ~ 75毫米)
這個設(shè)計(jì)屬于D范圍內(nèi)的設(shè)計(jì)。
因?yàn)橐恢皇滞剖礁畈輽C(jī),力量來自人步行和推力。應(yīng)考慮的因素、結(jié)構(gòu)尺寸和行走輪直徑不宜太大。旋轉(zhuǎn)刀片速度需求71 ~ 97米/秒,速度范圍可以選擇旋轉(zhuǎn)到一個合理水平的噪音,并能正常工作。
如果車輪直徑太大,會使機(jī)器底盤,影響整個機(jī)器的協(xié)調(diào),如果車輪直徑太小,很難,不能滿足設(shè)計(jì)要求,以滿足人們的推力約為200 N可以推割草機(jī)。
初步選擇外輪D = 80毫米直徑,
由理查德·人機(jī)工程手冊,人體身高大小在170厘米(男性)。因此,把離地面高度為100厘米,100 ~ 100厘米之間,可以調(diào)整,符合人體健康。
能耗計(jì)算
割草的功耗割草機(jī)的設(shè)計(jì)功耗,電源提供的,不包括在計(jì)算。旋轉(zhuǎn)刀剪草坪割草機(jī)上平地消耗功率的計(jì)算公式,
式——機(jī)速度(米/秒);
B -機(jī)械切削副(m);
——伐區(qū)的莖每平方米需要功率,通常需要= 200 ~ 300。
所需的割草機(jī)權(quán)力。
選擇1.5馬力的發(fā)動機(jī)。
通過上述分析的割草機(jī)的各種參數(shù):
割草機(jī)的總體寬度:495毫米;
割草機(jī)切割長度:400毫米;
割草高度:25 ~ 50 mm;
旋轉(zhuǎn)葉片寬度:B = 58毫米;
螺旋刀厚度:l = 3毫米;
底盤高度從地面:h = 350毫米;
發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速:n = 3600 r / min;
螺旋刀的速度:n = 3600 r / min = 75.4米/秒;
螺旋刀片速度:v = 71 ~ 71米/秒;
切削速度之間71 ~ 97毫秒,適當(dāng);
人們繼續(xù)推動15 ~ 20公斤,F = 200 n;
P =陣線= 200 * 0.8 = 0.16;
設(shè)置草地類型:原位。
本田GX35汽油發(fā)動機(jī),它的主要技術(shù)參數(shù)如表2 - 1所示:
3 旋刀式割草機(jī)主要部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算
3.1割草機(jī)工作部分設(shè)計(jì)
圖3-1刀組結(jié)構(gòu)圖
表2-1 本田GX35汽油機(jī)技術(shù)參數(shù)
項(xiàng)目
技術(shù)參數(shù)
汽油機(jī)型號
GX35
汽油機(jī)型式
單缸、四沖程
氣缸直徑（mm）
39.0
活塞直徑（mm）
30.0
排量（mL）
31
標(biāo)定轉(zhuǎn)速(r/min)
3600
最大功率（ps）
4
旋轉(zhuǎn)方向
逆時針方向（面向輸出軸）
化油器型式
膜片式
點(diǎn)火系統(tǒng)
晶體化，無觸點(diǎn)
火花塞編號
GMR5H(NGK)
起動方式
手拉反沖起動
外形尺寸（長×寬×高）（mm）
198×234×240
調(diào)速器型式
離心重錘式
燃油箱容量（L）
1
凈重（kg）
3.4
如圖3 - 1所示:旋轉(zhuǎn)刀螺紋圓柱銷定位螺母固定在工作軸,通過花鍵軸與發(fā)動機(jī)輸出軸,軸上的軸向定位打開11毫米深孔和兩個螺紋圓柱銷的位置。工作部件組成一組這樣的機(jī)構(gòu),旋轉(zhuǎn)刀可以隨時改變。
圖3-1旋刀
圖3-2旋刀結(jié)構(gòu)圖
旋轉(zhuǎn)葉片結(jié)構(gòu)圖如圖3 - 2所示,材料是65 mn鋼等溫淬火后的硬度42 ~ 50,。
3.1.2傳動軸的設(shè)計(jì)
材料是40 MNB合金結(jié)構(gòu)鋼、調(diào)質(zhì)處理、硬度的,28日
內(nèi)部花鍵軸端,結(jié)構(gòu)如圖3 - 3所示。
圖3-3傳動軸圖
（1）軸徑的初步計(jì)算
根據(jù)軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件 ,式中：
——扭轉(zhuǎn)相應(yīng)切力，；
——軸所受的扭矩，；
——軸的抗扭截面系數(shù)，；
——軸的轉(zhuǎn)速，；
——軸傳遞的功率，；
——計(jì)算截面處軸的直徑，。
已知。其中，
得，
對于空心軸，，式中為空心軸的內(nèi)徑與外徑之比，通常取=0.5~0.6。
已知P =1.25，n=3600 r/min，軸的材料選用 40MnB， 。
將其代入式中，得實(shí)心軸軸徑；
空心軸軸徑。
故輸出軸的實(shí)心部分最小軸徑要大于7.73mm，空心部分最小軸徑要大于7.90mm，
（2） 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖3-4傳動結(jié)構(gòu)軸
傳動軸的結(jié)構(gòu)簡圖如上圖3-4，一有內(nèi)花鍵，另一端直接與發(fā)動機(jī)的輸出軸相連；通過花鍵連接將動力傳導(dǎo)至工作軸。
3.1.3 工作軸的設(shè)計(jì)
材料是合金結(jié)構(gòu)鋼40MnB，調(diào)質(zhì)處理，硬度為28HRC，,
，,軸上一端為外花鍵，結(jié)構(gòu)如下圖3-5。
圖3-5工作軸
軸徑的初步計(jì)算同上，工作軸最小軸徑要大于7.90mm。
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖3-6工作軸結(jié)構(gòu)圖
工作軸的結(jié)構(gòu)簡圖如上圖3-6，一端有加工有外花鍵，與傳動軸相連，另一端連接旋刀，帶動旋刀進(jìn)行割草作業(yè)。
3.1.4傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
傳動軸和工作軸通過花鍵連接，以此調(diào)整旋刀離地的高度，實(shí)現(xiàn)對割草高度的調(diào)節(jié)。
圖3-7傳動機(jī)構(gòu)
3.2推桿的設(shè)計(jì)
材料是低合金結(jié)構(gòu)鋼Q345做成的鋼管，有推桿和推桿套兩部分組成，可伸縮滿足不同身高的人對割草機(jī)的操縱，結(jié)構(gòu)如下3-8。
圖3-8推桿結(jié)構(gòu)圖
3.3機(jī)架的設(shè)計(jì)
3.3.1萬向輪的設(shè)計(jì)
割草機(jī)的行走輪，采用工業(yè)腳輪和工業(yè)車輪的設(shè)計(jì)理念，充分考慮割草機(jī)低速行駛的特點(diǎn)，行走輪材料采用聚甲醛POM，材料選擇依據(jù)：聚甲醛耐磨性和剛性高于尼龍，尤其是彈性模量高、硬度高，這事其他塑料所不能比的；聚甲醛自潤滑性能好，耐磨性好，摩擦因數(shù)為0.15~0.35，極限值為；聚甲醛有較小的蠕變性和吸濕性，故其尺寸穩(wěn)定性好；長期使用溫度為-40～100℃；用聚四氟乙烯填充的聚甲醛，可顯著降低米擦因數(shù)，提高耐磨性極限值。因此聚甲醛聚甲醛常被用來制作相對強(qiáng)度有一定要求的一般結(jié)構(gòu)零件，適用于在輕載荷、霧潤滑或少潤滑條件下工作的各種耐磨受力傳動零件，以及制作間摩擦自潤滑零件。
走輪的大小尺寸應(yīng)與割草機(jī)的整體形狀和尺寸緊緊相連。根據(jù)機(jī)具整體設(shè)計(jì)方案并參考GB/T 14688-1993等相關(guān)國標(biāo)數(shù)據(jù)，割草機(jī)的前輪采用萬向輪，以方便割草機(jī)的轉(zhuǎn)向，以實(shí)現(xiàn)機(jī)動靈活的割草作業(yè)，后輪采用腳輪形式。
萬向輪的外徑是，其具體形狀參照《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》中工業(yè)腳輪的形狀和尺寸。結(jié)構(gòu)采用萬向輪支架裝配，萬向輪支架材料選用HT200，并將支架焊接在割草機(jī)機(jī)架上。由公式得：外輪的轉(zhuǎn)速
萬向輪結(jié)構(gòu)如圖3-9。
圖3-9萬向輪結(jié)構(gòu)圖
3.3.2 腳輪的設(shè)計(jì)
輪子材料是聚甲醛POM，支架材料為HT200，由于萬向輪和腳輪的支架結(jié)構(gòu)尺寸不相同，為了是機(jī)架在平地上保持水平，取腳輪的外徑為170mm，其具體形狀參照《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》中工業(yè)車輪的形狀和尺寸。結(jié)構(gòu)采用腳輪支架裝配，同樣焊接在割草機(jī)底部底部。結(jié)構(gòu)如圖3-10。
圖3-10腳輪結(jié)構(gòu)圖
3.3.3 機(jī)架的設(shè)計(jì)
（1）機(jī)架材料是低合金結(jié)構(gòu)鋼Q345做成的結(jié)構(gòu)用冷彎空心型鋼，由下機(jī)架和上機(jī)架兩部分組成，可通過調(diào)節(jié)銷軸實(shí)現(xiàn)對機(jī)架高度的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對旋刀離地高度的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對割草高度的調(diào)節(jié)。結(jié)構(gòu)如下3-11。
圖3-11機(jī)架結(jié)構(gòu)圖
（2）銷軸的選擇
銷主要分為用于固定零件之間相對位置的定位銷，用于連接的連接銷和用于安全裝置中的過載剪斷元件的安全銷。本設(shè)計(jì)中上機(jī)架和下機(jī)架的鉸接處用銷軸連接。銷軸材料選用35鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為28~38HRC，表面氧化。根據(jù)具體的情況要求以及方便操作的要求，選用銷軸（GB/T 882-2000），開口銷（GB/T 91-2000）?？紤]到割草機(jī)工作時對銷軸有一些沖擊，故取許用剪切應(yīng)力，許用壓應(yīng)力，抗拉強(qiáng)度。
發(fā)動機(jī)的質(zhì)量為3.4kg,燃油箱容量為1L，裝滿燃油時燃油質(zhì)量為0.725kg，上機(jī)架材料采用16Mn。其質(zhì)量為1.6kg。故作用在每個銷軸上的力為
銷軸工作面的擠壓應(yīng)力 ，
計(jì)算結(jié)果：的強(qiáng)度條件，安全。
銷軸的剪切應(yīng)力 。
計(jì)算結(jié)果：的強(qiáng)度條件，安全。
銷軸的彎曲應(yīng)力 。
計(jì)算結(jié)果：的強(qiáng)度條件，安全。
3.4.4刀殼的設(shè)計(jì)
外殼材料選用HT100，選用依據(jù)是HT100有一定的強(qiáng)度，抗壓強(qiáng)度非常高，有良好的吸振性、減振性和潤滑性，有良好的切削加工性與鑄造性，可用于制造外罩、手把等形狀簡單、對強(qiáng)度無要求的零件。
圖3-12外殼結(jié)構(gòu)圖
外殼的外形上方下圓，外殼的頂部有四個孔，可使用螺釘將其固定在機(jī)架底部。起到安全防護(hù)和收集草屑的作用。在外殼的一端有延伸的排草口。因?yàn)樾督Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，在兩端有刃口和翼片，當(dāng)旋刀旋轉(zhuǎn)割草作業(yè)時，翼片可將刀殼內(nèi)的空氣排出，這時刀殼內(nèi)形成負(fù)壓，當(dāng)草長的較高，割草機(jī)前進(jìn)時，刀殼前部下緣會把草按倒；當(dāng)草長得茂盛而發(fā)生倒伏時，刀殼外的空氣刀殼內(nèi)時，可對倒伏的草起到提升的作用。翼片旋轉(zhuǎn)形成的氣流可將刀刃切下的草屑懸浮到氣流中，經(jīng)排草口排除刀殼，就地灑落。從而避免出現(xiàn)草屑在刀殼內(nèi)堵塞的現(xiàn)象。
4 旋刀式割草機(jī)傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算
本次設(shè)計(jì)的手推旋刀式割草機(jī)的傳動部分采用花鍵連接的軸組成。當(dāng)發(fā)動機(jī)工作使得輸出軸轉(zhuǎn)動時，通過花鍵連接的工作軸旋轉(zhuǎn)，使得旋刀也一起轉(zhuǎn)動，通過旋刀的高速旋轉(zhuǎn)動作，將草坪上多余高度的草割斷。
4.1動力傳遞方案
動力傳動方案如圖4-1所示：
圖4-1動力傳動方案
4.2傳動比的計(jì)算
電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為3600r/min，用n表示，旋耕刀的轉(zhuǎn)速為 3600 r/min，用表示，則割草機(jī)的傳動比。
4.3傳動系統(tǒng)計(jì)算與工作軸設(shè)計(jì)
割草機(jī)的傳動軸和輸出軸之間用花鍵連接，花鍵連接有外花鍵和內(nèi)花鍵組成，花鍵連接具有受力均勻、可承受較大載荷、對中性好、導(dǎo)向性好等特點(diǎn)，花鍵連接的齒數(shù)尺寸、配合等均按標(biāo)準(zhǔn)選取。本設(shè)計(jì)采用定心精度越高，定心的穩(wěn)定性好的矩形花鍵，矩形花鍵的定心方式為小徑定心。
4.3.1載荷計(jì)算
輸入轉(zhuǎn)矩
名義切向力
單位載荷
4.3.2齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算
齒面壓應(yīng)力
取。
齒面許用壓應(yīng)力
。
計(jì)算結(jié)果：的強(qiáng)度條件，安全。
4.3.3齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算
齒根彎曲應(yīng)力,取,
。
齒根許用彎曲應(yīng)力
。
計(jì)算結(jié)果：的強(qiáng)度條件，安全。
4.3.4齒根剪切強(qiáng)度計(jì)算
。
應(yīng)力集中系數(shù)
剪切應(yīng)力 。
齒根最大剪切應(yīng)力 。
許用剪切應(yīng)力 。
計(jì)算結(jié)果：的強(qiáng)度條件，安全。
4.3.5齒面耐磨能力計(jì)算
齒面壓應(yīng)力
齒面磨損許用壓應(yīng)力。
計(jì)算結(jié)果：的強(qiáng)度條件，安全。
花鍵副長期工作無磨損時耐磨損能力計(jì)算
齒面壓應(yīng)力
齒面磨損許用壓應(yīng)力（查表5-3-38）。
計(jì)算結(jié)果：的強(qiáng)度條件，安全。
外花鍵的扭轉(zhuǎn)與彎曲強(qiáng)度計(jì)算
彎矩，
彎曲應(yīng)力 。
當(dāng)量應(yīng)力 。
許用壓應(yīng)力
計(jì)算結(jié)果：的強(qiáng)度條件，安全。
5主要部件的強(qiáng)度分析
軸的校核
對工作軸進(jìn)行扭轉(zhuǎn)剛度校核計(jì)算
對工作軸進(jìn)行受力分析，其受力分析圖如下：軸材料選用合金結(jié)構(gòu)鋼40MnB。,，。
圖5-1工作軸的受力圖
圖5-2工作軸扭矩圖
工作軸所受扭矩 ，
軸的扭轉(zhuǎn)變形角用每米長的扭轉(zhuǎn)角來表示，階梯軸的扭轉(zhuǎn)角的計(jì)算公式為
。
式中：——階梯軸第i段上所受的扭矩，。
——軸的材料的剪切彈性模量，，對于鋼材，。
——階梯軸第i段幾面的極慣性矩，，對于圓軸，。
——階梯軸第i段的長度，。
——階梯軸受扭矩作用的軸段數(shù)。
工作軸的扭轉(zhuǎn)角為
。
軸的扭轉(zhuǎn)剛度條件為，為軸每米長的允許扭轉(zhuǎn)角，與軸的使用場合有關(guān)。對于一般傳動軸，可??；對于精密傳動軸，可??；對于精度要求不高的軸，。在割草機(jī)工作軸的傳動中，因?yàn)槭且话銈鲃?，所以取?
計(jì)算結(jié)果：滿足強(qiáng)度條件，安全。
6總結(jié)
（1）本文分析了目前草坪割草機(jī)械的現(xiàn)狀及存在問題，研究了普通草坪的狀況，為旋刀式割草機(jī)參數(shù)提供依據(jù)。
（2）針對當(dāng)前國內(nèi)草坪面積不大卻形狀各異、要求割草靈活方便的問題，結(jié)合草坪修剪及方便實(shí)用和農(nóng)藝特點(diǎn)，吸收了JUS-420旋刀式剪草機(jī)及其它經(jīng)典機(jī)型的設(shè)計(jì)理念，提出旋刀式割草機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路。
（3）在整機(jī)設(shè)計(jì)中，以汽油發(fā)動機(jī)作為動力，體積小、成本低、工作可靠、。采用裝配式機(jī)架，汽油發(fā)動機(jī)輸出動力帶動旋刀工作，發(fā)動機(jī)固定在機(jī)架上方，使整機(jī)結(jié)構(gòu)簡單緊湊又可根據(jù)不同工作環(huán)境以及工作要求調(diào)整機(jī)架。行走輪與機(jī)架直接固定，通過操向桿實(shí)行轉(zhuǎn)向。其他零部件經(jīng)過計(jì)算校核后，盡可能采用通用件或標(biāo)準(zhǔn)件，體現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、操作簡易、維護(hù)簡單、成本低廉的設(shè)計(jì)原則。
致 謝
對于這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成，首先感謝母校江西農(nóng)業(yè)大學(xué)的辛勤培育，感謝學(xué)校給我提供了如此難得的學(xué)習(xí)環(huán)境和機(jī)會，使我學(xué)到了許多新的知識、知道知識的可貴與獲取知識的辛勤。
在我的設(shè)計(jì)過程中，還得到了眾多學(xué)生的支持和幫助，在此，我對這些同學(xué)表示我衷心的感謝和永遠(yuǎn)的祝福！
對于這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，還有許多美好的設(shè)想由于時間和自身因素?zé)o法得以實(shí)現(xiàn)，這不能不說是本次設(shè)計(jì)的遺憾之處。不過，至少它啟發(fā)了我的的思維，提高了我的動手能力，豐富了我為人處世的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步鞏固了所學(xué)知識，這為我在以后的學(xué)習(xí)過程當(dāng)中奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) 。也為以后在自己的工作崗位上發(fā)揮才能奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
最后，再一次衷心的感謝贈與我知識、給予我?guī)椭乃欣蠋?，你們傳遞的知識使我受用一生，你們的恩情我會永生難忘！雖然說謝謝二字不足以表達(dá)我的感情，但是仍然對你們說聲“謝謝你們啊”，“桃李不言，下子成溪”！
參 考 文 獻(xiàn)
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