割草壓扁機的設計【2張CAD圖紙+PDF圖】

喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學 院 工程學院 姓 名 徐少華 指導教師 李玉清 論文（設計） 題 目 牧草壓扁機的設計 畢業(yè)論文（設計）前期工作小結 前期我主要完成了與課題相關的分析工作，通過對相關的文獻資料進行細統(tǒng)的搜集、分析，選出了與設計有關的資料備用，分析了一些牧草壓扁機的結構與構造的情況，以及查閱牧草壓扁機技術相關文章及機構，了解國內(nèi)外相關機械的應用。擬定了設計對象，對整體進行了系統(tǒng)分析，尋找最佳設計方案，按時完成了前期的工作計劃，并開始為下一階段的設計做準備 畢業(yè)論文（設計）前期工作小結 經(jīng)過前期大量的資料收集后選擇了牧草壓扁機為本次設計的對象，結合以前所學的知識，查閱牧草壓扁機技術相關文章及機構，對牧草壓扁機的各個組成部分分別進行研究，對其組成部分有了進一步的了解，弄懂了牧草壓扁機的工作原理，并進行了前期草圖的繪制。在此過程中所遇到的問題通過與老師溝通，大部分已經(jīng)得到解決，并開始著手最后階段的設計工作 指導教師意見 指導教師簽名： 2009 屆本科生畢業(yè)論文（設計）中期匯報表 填表日期： 黑龍江八一農(nóng)墾大學 畢業(yè)設計(論文)開題報告 學生姓名： 徐少華 學 號： 20054024125 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化（1） 設計(論文)題目： 割草壓扁機的設計 指導教師： 李玉清 2009 年 3 月 18 日 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 文 獻 綜 述 1、本課題的目的及意義 苜蓿是豆科牧草，含有較多的膠體物質(zhì)和較少的碳水化合物而不易青貯，刈割的苜蓿必須及時干燥，否則就會發(fā)霉變質(zhì)甚至腐爛，致使動物無法食用。青干草是草產(chǎn)品流通的主要形式，同時也是發(fā)展綠色畜牧業(yè)的重要的蛋白質(zhì)資源。目前，已開發(fā)的牧草產(chǎn)品有草粉、草顆粒、草塊、草餅、草捆、葉塊、葉粒和濃縮葉蛋白等。牧草產(chǎn)品在國際、國內(nèi)均具有非常廣闊的市場，亞洲已成為世界上最大的苜蓿產(chǎn)品進口市場，年總需求量240-255萬噸，其中，紫花苜蓿是生產(chǎn)量和銷售量最大的牧草產(chǎn)品，在美國已成為僅次于小麥、玉米和水稻的第四大農(nóng)作物，成為美國農(nóng)業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)。由于苜蓿草產(chǎn)品品質(zhì)高低的決定因素之一是適宜收獲期——始花期，而這個時期只有15天。據(jù)恩斯明格（1980）報道，無論禾本科、豆科或是混播牧草，在始花期以后，每推遲一天，牧草的消化率和采食量均降低0.5%以上，總營養(yǎng)價值下降1%以上。因此必須根據(jù)不同牧草及飼料作物的產(chǎn)量及營養(yǎng)物質(zhì)含量，適時刈割。使之既不影響牧草的生長發(fā)育，又能獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的青干草。苜蓿草產(chǎn)品品質(zhì)高低的決定因素之二是干草的調(diào)制。處于收割期的苜蓿不僅有80%的含水量，同時也含有占物質(zhì)質(zhì)量20%～25%處于活性狀態(tài)的蛋白質(zhì)和維生素，營養(yǎng)非常豐富。但苜蓿在被刈割后，當干燥72h時，蛋白質(zhì)保存率只有70%左右。隨著干燥時間的加長，蛋白質(zhì)的保存率逐漸降低，不能保證苜蓿產(chǎn)品的質(zhì)量，尤其在陰雨天損失更大。此外，苜蓿葉片與莖的干燥速度不同，當葉片已經(jīng)脫水達到安全水分（14%～15%）時，莖的含水量還很高，在此后的進一步脫水過程中，葉與莖的連接力很小，只要輕微的抖動或搬運都可能造成嚴重的落葉損失，使苜蓿的蛋白質(zhì)含量急劇減少，從而失去應有的商品價值和飼喂價值。經(jīng)過壓扁的牧草的干燥時間明顯縮短。為使苜蓿草能適時刈割，提高苜蓿在田間的晾曬時的干燥速度，又要保證苜蓿莖和葉的干燥速度達到基本同步，必須研制割草壓扁機。 割草壓扁機是專門用于收獲優(yōu)質(zhì)飼草的一種機具。目前，牧草收獲機械特別是苜蓿收獲機械主要是由外國進口，國產(chǎn)機械處于起步階段。它的最大優(yōu)點是促進飼草快進干燥，有效保存飼草養(yǎng)分。近年來由于國家西部大開發(fā)，開展大規(guī)模生態(tài)建設和“三化”草原生態(tài)治理，人工種植草場面積不斷擴大，尤其是近年來不同方式下牧草的干燥過程Fig 1.1 The dry process of the herbage under different way(1)是用割草機割下未壓扁的（2）是經(jīng)過壓扁的牧草的干燥過程城市郊區(qū)興起的大面積種植苜蓿熱，對切割壓扁機的需求呼聲高叫。該機主要用于苜蓿類飼草的收獲作業(yè)，可一次性完成收割、調(diào)質(zhì)壓扁和鋪條作業(yè)。中央要求到2010年完成8300萬hm2人工草地和“三化”草地的治理。若其中五分之一采用機具收獲，按33 hm2草場配置一臺割草壓扁機計算，則需要五萬臺以上，因此，割草壓扁機前景廣闊。目前國內(nèi)已有企業(yè)生產(chǎn)割草壓扁機，由于結構和材料方面的原因，易將枝條壓折、枝條壓掉。國外較具有代表性的機型是美國約翰迪爾的往復式割草壓扁機，其獨特的設計不僅能夠成分保持牧草的營養(yǎng)成分，減少對土壤的壓實，加快下一茬作物的生長，而且具有效率高，可靠性好，割茬高度、切割角度調(diào)整方便等一系列特點，值得我們?nèi)⒖冀梃b。21世紀要實現(xiàn)農(nóng)牧業(yè)經(jīng)濟的騰飛，根本出路在于農(nóng)林牧綜合發(fā)展，而突破口在于種草，種草是發(fā)展畜牧業(yè)的物質(zhì)基礎。牧草生產(chǎn)的特點是規(guī)模大，勞動強度大，生產(chǎn)條件變化多。我國平均每5500hm2才有一套割摟草機，配套機具嚴重缺少，而在美國每60hm2就有一套較完備的配套機械收獲設備。由于機具缺少，不配套，每年收割的干草僅占可割草量的9.8％，因此，必須發(fā)展與之相適應的機械的支撐。 2、牧草壓扁機的發(fā)展現(xiàn)狀 國內(nèi)外牧草收獲機械按其切割部件的結構分為往復式和圓盤式；按其行走動力分為牽引式、半懸掛式、懸掛式、自走式割草機；按照割草幅寬可為窄幅和寬幅式割草機。割草壓扁機作為牧草機具的一種，其主要功能是對牧草進行切割與壓扁，并在地面上形成一定形狀和厚度的草鋪。按照切割部件的結構分類，可分為往復式割草壓扁機和圓盤式割草壓扁機；按照行走動力驅(qū)動方式分類，可分為自走式與牽引式，而對于牽引式又有側牽引架式與中樞軸牽引架式之分；按照壓扁方式進行分類，有橡膠輥、鋼輥和捶片式之分。各種不同的割草壓扁機有不同的作業(yè)使用條件。往復式切割器牧草機具的研究發(fā)展概況往復式切割器牧草機具歷史悠久，適于收割天然牧草和種植牧草，具有割茬低而整齊，牧草損失少，所需拖拉機配套動力相對較小，機械造價相對較低，投資較小，運行成本比圓盤式高，便于調(diào)整使用等優(yōu)點。其發(fā)展趨勢是提高生產(chǎn)效率：一是提高前進速度，二是增加割幅。加大割幅將增加金屬消耗量，因此以提高前進速度更為有利。但為保證切割質(zhì)量，必須同時提高切割器切割速度。但隨著切割速度的提高，割刀往復慣性力增加，從而加劇了機器振動和機件損壞，導致切割高產(chǎn)或濕潤牧草時堵刀。這種割草壓扁機雖有這些缺點，但目前仍作為一種標準機型被國內(nèi)外廣泛使用和大量生產(chǎn)，并且在不斷完善和改進。 我國畜牧機械工業(yè)是農(nóng)業(yè)工業(yè)中起步較晚、發(fā)展緩慢的行業(yè)之一。牧草收獲機械是我國生產(chǎn)及使用最早的畜牧機械之一，其發(fā)展分兩個階段:第一階段為50～70年代中期，只生產(chǎn)一些仿蘇40～50年代畜力及機引的往復割草機、橫向樓草機和畜力捆草機，這些機具機型陳舊、指標落后、質(zhì)量低、成本高。第二階段為70年代后期至90年代末，開始仿制一些國外先進的具有70～80年代水平的牧草收獲機械，填補了許多空白，使我國改變了過去只沿用唯一的割、摟、集、垛、運的收獲工藝，初步形成了散草、方捆、圓捆等多種收獲工藝系統(tǒng)。盡管如此，我國直到1979年白城牧機廠才試制成9GS-4.0型自走式割草壓扁機，同年呼和浩特畜牧研究所和佳木斯聯(lián)合收割機廠研制成9GSQ-4.0型牽引式割草壓扁機，1982年由呼和浩特牧機所和大同農(nóng)牧機械廠共同研制了電擺環(huán)驅(qū)動的9GY-3.0型牽引式切割壓扁機，填補了牧草收獲機械的一項空白。雖然近年來牧草收獲機械發(fā)展迅速，但機械化水平還是很低。尤其是在小型的農(nóng)場，主要還是手工收獲為主，刀具磨損非常厲害，農(nóng)民勞動強度非常大。根據(jù)農(nóng)村種植業(yè)結構調(diào)整和當前經(jīng)濟體制的情況，畜牧機械的研制，在機型上應以中小型為主；在研究內(nèi)容上，要重點解決勞動強度大、用工多的牧業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)；在研究方向上，應本著先易后難的原則進行。當前應首先研制一些機型小、質(zhì)量好、價格低的牧草收獲機械；以適應專業(yè)戶發(fā)展的需要。我國的草場面積與美國大體相同，但是牧草機械的保有量卻很少。如割、摟草機保有量僅為美國的1%；20世紀80年代，日本方捆機的保有量為2.3萬臺，而我國20世紀90年代初的保有量僅為美國的0.07%、日本的0.2%.20世紀70年代中期，美國圓捆機保有量為10萬臺，而我國目前的保有量僅為美國的0.1%.我國牧草機械化水平與國外發(fā)達國家相比還有相當大的差距。 參考資料 [1 ] 楊炳南，唐金秋等.淺析國內(nèi)外畜牧機械的發(fā)展（上）［Ｊ］．農(nóng)業(yè)機械，2004，1：34. 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[20] 徐笑非.小型全喂入聯(lián)合收割機撥禾輪工作機理及調(diào)整[J].福建農(nóng)機，2004，2：30. 　 　 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑） 1、 研究內(nèi)容 （1）采用旋轉(zhuǎn)式割草機得到迅速發(fā)展，它屬無支承切割。切割器刀片安裝在刀盤上，并隨刀盤一起旋轉(zhuǎn)進行割草，其前進速度高（可達14~15km/h），有較高的生產(chǎn)率，不產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象，更換刀片簡易，工作平穩(wěn)性好，保養(yǎng)方便。但旋轉(zhuǎn)式割草機功率消耗較大，工作幅重割區(qū)大，割茬不齊，碎草多，機械造價相對較高，投資較高，且對地面的平坦程度要求較高。因此適應于平原地區(qū)的牧草切割。 （2）采用牽引式割草壓扁機。 （3）采用偏心撥禾輪，將牧草垂直撥入割臺，并及時推向壓扁輥，減少了牧草損失。 （4）拖拉機動力經(jīng)傳動軸傳至割草壓扁機變速器內(nèi)，驅(qū)動壓輥鏈輪轉(zhuǎn)動；帶動撥禾輪轉(zhuǎn)動和往復式割刀往復切割。 （5）采用人字型橡膠壓扁輥，既可將牧草柔和壓扁，又具有將牧草鉗入的功能。 2、本課題計劃設計指標 該課題所研制的牧草收割機將達到下列技術經(jīng)濟指標： (1)切割速度：1.67-2.78m/s。 (2)人字形橡膠壓扁輥。 (3)平均割茬高度≤100cm。 (4)機器類型：牽引式。 (5)割幅≤2.8m。 (6)使用可靠性系數(shù)≥0.92。 (7)牧草品種為苜蓿。 (8)拖拉機動力要求 40馬力。 3、 研究方法 (1)利用檢索方法進行中外文獻資料收集。 (2)國內(nèi)外部分牧草收獲機械調(diào)查研究。 (3)對本課題進行總體分析和制定方案。 (4)利用機械設計理論進行計算并驗算所得結果。 (5)最后利用計算機軟件進行總裝配圖的繪制和重要部件的繪制。 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 指導教師意見： 1．對“文獻綜述”的評語： 2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結果的預測： 指導教師： 年 月 日 所在專業(yè)審查意見： 負責人： 年 月 日 8 附件4 黑龍江八一農(nóng)墾大學 本科生畢業(yè)論文（設計）任務書 論文題目 割草壓扁機的設計 學院名稱 工程學院 姓名 徐少華 專業(yè)班級 05設計（1）班 指導教師 李玉清 課題類型 畢業(yè)論文 畢業(yè)論文（設計）的內(nèi)容摘要 設計割草壓扁機，牽引式，要求牽引的拖拉機馬力為40馬力。該機器將到達如下指標： 作業(yè)生產(chǎn)率：8-15畝/小時，作業(yè)速度0.7m/s—1.34m/s、切割速度為1.67—2.78m/s、作業(yè)割幅為2.8米、割茬高度小于等于100mm、采用人字壓扁輥。 畢業(yè)論文（設計）基本要求及工作量要求 1、論文基本要求：畢業(yè)論文（設計）按照工程學院基本要求的要求進行撰寫，論文字數(shù)2萬字以上。注意圖紙設計的美化和完整性。 2、工作量要求：總體裝配圖一張 0號圖紙 部件圖一張 1號圖紙 畢業(yè)論文（設計）的主要階段計劃（分前期、中期、后期） 前期：2009年3月10日至4月10日根據(jù)論文的基本條件進行資料查閱。 中期：2009年4月11日至5月20日確定方案，初步計算編輯和設計。 后期：2009年5月21日至6月2日論文撰寫與修改，準備答辯。 任務下發(fā)日期 2009-3-10 完成日期 2009-6-2 系主任 主管教學院長審批（簽字）： 黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設計論文 割草壓扁機的設計 摘要：為了能及時對收割的牧草進行壓扁。確立研制一種既可高速收獲，又能即時壓扁，且配套動力普遍，經(jīng)濟實用的中型割草壓扁機，以滿足中小規(guī)模苜蓿生產(chǎn)的需要。其主要特點是：割草壓扁機采用牽引式置于中型輪式拖拉機的后方；采用了偏心式撥禾輪，將牧草撥入割臺，并及時推向壓扁輥；采用了往復式切割器，結構簡單，適應性較強，多用于牧草收獲機上；采用了‘人字形’橡膠壓扁輥既可將牧草壓扁又具有將牧草鉗入的功能，提高壓扁效果。 本文主要是應用機械設計方法和機械原理對割草壓扁機的進行研究設計，用Auto CAD設計軟件進行繪圖，初步完成了整機的設計并整理出圖紙。 關鍵詞：苜蓿；割草壓扁機；往復式切割器；偏心撥禾輪；人字形壓扁輥 Design cutting squash Abstract：A timely manner in order to harvest the grass for squash. Base on this,a research program was established which a medium haybine which can not only cut grass in high-speed,withwidespread kit motive but also flatten in time and adapt the demand for medium small scale clover produce. It’s main characteristics are:the haybine was placed right on the medium tractor;the eccentric reelstir the clover to the stand and push to the compression roller in time; Reciprocating cutter was adopted which has many strong points,such as configuration compact,motivate transmission simple;it adopted the cheveron compression rollerwhich can flatten clover and have the function of the grab which can raisethe compression result. This paper is the application of mechanical design and mechanical principle of the mowing machine squash research design, use Auto CAD design software for mapping, completed the preliminary design of machine and come up with drawings. Key words: Medicago；Haybine；Toothed chain-cutter；Eccentric winder；Cheveron compression roller 摘要 I ABSTRACT II 1緒論 - 1 - 1.1本課題研究的背景、目的和意義 - 1 - 1.1.1研究背景 - 1 - 1.1.2研究目的 - 1 - 1.1.3研究意義 - 2 - 1.2牧草機械的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 - 3 - 1.1.2國外牧草機械的發(fā)展現(xiàn)狀 - 4 - 1.1.3我國牧草機械發(fā)展趨勢 - 4 - 2割草壓扁機整體方案的確定 - 6 - 2.1收獲對象的特點及其對收獲機械性能的要求 - 6 - 2.1.1收獲對象的特點 - 6 - 2.1.2收獲對象對收獲機械性能的要求 - 6 - 2.2方案的確定 - 7 - 3割草壓扁機撥禾輪裝置的設計研究 - 8 - 3.1撥禾輪的結構 - 8 - 3.2撥禾輪的工作原理和參數(shù)確定 - 8 - 3.2.1撥禾板的運動分析 - 8 - 3.2.2撥禾輪對牧草的作用 - 9 - 3.2.3撥禾輪直徑的確定 - 11 - 4割草壓扁機切割系統(tǒng)的分析研究 - 12 - 4.1切割器的選擇 - 12 - 4.2往復式切割器參數(shù)的分析 - 14 - 4.2.1 I型切割器的切割速度圖 - 14 - 4.2.2切割平均速度 - 14 - 4.3往復式切割器普通I型的結構尺寸和行程的關系 - 15 - 4.4往復式切割器的構造及其動刀片的結構參數(shù) - 16 - 4.4.1.往復式切割器的構造 - 16 - 4.4.2切割器動刀片結構參數(shù) - 17 - 5割草壓扁機壓扁系統(tǒng)的設計研究 - 18 - 5.1壓扁機構的設計 - 18 - 5.1.1壓扁機構參數(shù)的確定 - 18 - 5.1.2壓扁輥技術性能分析 - 18 - 5.2束草裝置的設計 - 19 - 6傳動系統(tǒng)的分析研究割草壓扁機 - 20 - 6.1傳動系統(tǒng)方案設計及主軸轉(zhuǎn)速確定 - 20 - 6.1.1傳動系統(tǒng)的方案設計 - 20 - 6.1.2切割主軸轉(zhuǎn)速確定 - 21 - 6.2傳動比及參數(shù)確定 - 21 - 6.2.1切割系統(tǒng)傳動比分析和參數(shù)確定 - 21 - 6.2.2壓扁系統(tǒng)傳動比分析和參數(shù)確定 - 21 - 6.2.3撥禾輪系統(tǒng)傳動比分析和參數(shù)確定 - 22 - 6.3功率需求和傳動效率 - 22 - 6.3.1切割系統(tǒng)功耗和傳動效率 - 22 - 6.3.2壓扁系統(tǒng)功耗及傳動效率 - 23 - 6.3.3撥禾輪系統(tǒng)功耗及傳動效率 - 23 - 6.3.4割草壓扁機所需的總功率 - 24 - 4、結論 - 25 - 參考文獻： - 26 - 致謝 - 27 - - 27 - 1緒論 1.1本課題研究的背景、目的和意義 1.1.1研究背景 隨著西部大開發(fā)政策的實施，草原建設，草原改良，退耕還草，生態(tài)恢復建設已大規(guī)模展開。我國農(nóng)業(yè)發(fā)展已進入“高產(chǎn)，高效，優(yōu)質(zhì)，安全”新階段，畜牧業(yè)在農(nóng)業(yè)中所占比例和所處地位不斷上升，從而引發(fā)了對畜牧機械的強烈要求。黑龍江省的牧區(qū)面積也有所增加，但是牧草生產(chǎn)發(fā)展相對落后，大多是進口機器，偷人成本十分昂貴，維修費用也十分昂貴，因此牧草收獲機具的缺少，已成為我省草產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“瓶頸”。 目前，國外現(xiàn)有的割草壓扁機，按切割器形式分主要分為往復切割器式割草壓扁機和旋轉(zhuǎn)切割器式割草壓扁機兩種。工作幅寬2～6米，配套動力30～150KW。這些機具主要為大型牧場所使用，配套條件要求較高，與我國國情不符。我國的牧草收獲機械化事業(yè)還處于發(fā)展階段，市場上現(xiàn)有的割草機都不帶壓扁設備，對于像紫花苜蓿、紅三葉等豆科作物收獲一般都是使用國外進口機械。近年來，僅有新疆機械研究院和呼和浩特畜牧機械研究所開始研制割草壓扁機。但與中型拖拉機配套的割草壓扁機具仍是我國牧草機械發(fā)展的一項空白。 為此，我們確立牧草收獲機械研究項目，考慮非產(chǎn)業(yè)化牧草生產(chǎn)的需求，擬設計一種與中型拖拉機配套的割草壓扁機。 1.1.2研究目的 苜蓿是豆科牧草，含有較多的膠體物質(zhì)和較少的碳水化合物而不易青貯，刈割的苜蓿必須及時干燥，否則就會發(fā)霉變質(zhì)甚至腐爛，致使動物無法食用。青干草是草產(chǎn)品流通的主要形式，同時也是發(fā)展綠色畜牧業(yè)的重要的蛋白質(zhì)資源。目前，已開發(fā)的牧草產(chǎn)品有草粉、草顆粒、草塊、草餅、草捆、葉塊、葉粒和濃縮葉蛋白等。牧草產(chǎn)品在國際、國內(nèi)均具有非常廣闊的市場，亞洲已成為世界上最大的苜蓿產(chǎn)品進口市場，年總需求量240-255萬噸，其中，紫花苜蓿是生產(chǎn)量和銷售量最大的牧草產(chǎn)品，在美國已成為僅次于小麥、玉米和水稻的第四大農(nóng)作物，成為美國農(nóng)業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)。 由于苜蓿草產(chǎn)品品質(zhì)高低的決定因素之一是適宜收獲期——始花期，而這個時期只有15天。據(jù)恩斯明格（1980）報道，無論禾本科、豆科或是混播牧草，在始花期以后，每推遲一天，牧草的消化率和采食量均降低0.5%以上，總營養(yǎng)價值下降1%以上。因此必須根據(jù)不同牧草及飼料作物的產(chǎn)量及營養(yǎng)物質(zhì)含量，適時刈割。使之既不影響牧草的生長發(fā)育，又能獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的青干草。 苜蓿草產(chǎn)品品質(zhì)高低的決定因素之二是干草的調(diào)制。處于收割期的苜蓿不僅有80%的含水量，同時也含有占物質(zhì)質(zhì)量20%～25%處于活性狀態(tài)的蛋白質(zhì)和維生素，營養(yǎng)非常豐富。但苜蓿在被刈割后，當干燥72h時，蛋白質(zhì)保存率只有70%左右。隨著干燥時間的加長，蛋白質(zhì)的保存率逐漸降低，不能保證苜蓿產(chǎn)品的質(zhì)量，尤其在陰雨天損失更大。此外，苜蓿葉片與莖的干燥速度不同，當葉片已經(jīng)脫水達到安全水分（14%～15%）時，莖的含水量還很高，在此后的進一步脫水過程中，葉與莖的連接力很小，只要輕微的抖動或搬運都可能造成嚴重的落葉損失，使苜蓿的蛋白質(zhì)含量急劇減少，從而失去應有的商品價值和飼喂價值。 圖1.1不同方式下牧草的干燥過程 1.是用割草機割下未壓扁的2.是經(jīng)過壓扁的牧草的干燥過程 圖1.1所示為割草機割下未壓扁的和經(jīng)過壓扁的牧草的干燥過程。從表中可以 看出，經(jīng)過壓扁的牧草的干燥時間明顯縮短。為使苜蓿草能適時刈割，提高苜蓿在田間的晾曬時的干燥速度，又要保證苜蓿莖和葉的干燥速度達到基本同步，必須研制割草壓扁機。 1.1.3研究意義 割草壓扁機是專門用于收獲優(yōu)質(zhì)飼草的一種機具。目前，牧草收獲機械特別是苜蓿收獲機械主要是由外國進口，國產(chǎn)機械處于起步階段。它的最大優(yōu)點是促進飼草快進干燥，有效保存飼草養(yǎng)分。近年來由于國家西部大開發(fā)，開展大規(guī)模生態(tài)建設和“三化”草原生態(tài)治理，人工種植草場面積不斷擴大，尤其是近年來城市郊區(qū)興起的大面積種植苜蓿熱，對切割壓扁機的需求呼聲高叫。該機主要用于苜蓿類飼草的收獲作業(yè)，可一次性完成收割、調(diào)質(zhì)壓扁和鋪條作業(yè)。中央要求到2010年完成8300萬hm2人工草地和“三化”草地的治理。若其中五分之一采用機具收獲，按33 hm2草場配置一臺割草壓扁機計算，則需要五萬臺以上，因此，割草壓扁機前景廣闊。 目前國內(nèi)已有企業(yè)生產(chǎn)割草壓扁機，由于結構和材料方面的原因，易將枝條壓折、枝條壓掉。國外較具有代表性的機型是美國約翰迪爾的往復式割草壓扁機，其獨特的設計不僅能夠成分保持牧草的營養(yǎng)成分，減少對土壤的壓實，加快下一茬作物的生長，而且具有效率高，可靠性好，割茬高度、切割角度調(diào)整方便等一系列特點，值得我們?nèi)⒖冀梃b。 21世紀要實現(xiàn)農(nóng)牧業(yè)經(jīng)濟的騰飛，根本出路在于農(nóng)林牧綜合發(fā)展，而突破口在于種草，種草是發(fā)展畜牧業(yè)的物質(zhì)基礎。牧草生產(chǎn)的特點是規(guī)模大，勞動強度大，生產(chǎn)條件變化多。我國平均每5500hm2才有一套割摟草機，配套機具嚴重缺少，而在美國每60hm2就有一套較完備的配套機械收獲設備。由于機具缺少，不配套，每年收割的干草僅占可割草量的9.8％，因此，必須發(fā)展與之相適應的機械的支撐。 1.2牧草機械的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 國內(nèi)外牧草收獲機械按其切割部件的結構分為往復式和圓盤式；按其行走動力分為牽引式、半懸掛式、懸掛式、自走式割草機；按照割草幅寬可為窄幅和寬幅式割草機。割草壓扁機作為牧草機具的一種，其主要功能是對牧草進行切割與壓扁，并在地面上形成一定形狀和厚度的草鋪。按照切割部件的結構分類，可分為往復式割草壓扁機和圓盤式割草壓扁機；按照行走動力驅(qū)動方式分類，可分為自走式與牽引式，而對于牽引式又有側牽引架式與中樞軸牽引架式之分；按照壓扁方式進行分類，有橡膠輥、鋼輥和捶片式之分。各種不同的割草壓扁機有不同的作業(yè)使用條件。 (1)往復式切割器牧草機具的研究發(fā)展概況 往復式切割器牧草機具歷史悠久，適于收割天然牧草和種植牧草，具有割茬低而整齊，牧草損失少，所需拖拉機配套動力相對較小，機械造價相對較低，投資較小，運行成本比圓盤式高，便于調(diào)整使用等優(yōu)點。其發(fā)展過程是從畜力到機 引；從牽引到懸掛。其發(fā)展趨勢是提高生產(chǎn)效率：一是提高前進速度，二是增加割幅。加大割幅將增加金屬消耗量，因此以提高前進速度更為有利。但為保證切割質(zhì)量，必須同時提高切割器切割速度。但隨著切割速度的提高，割刀往復慣性力增加，從而加劇了機器振動和機件損壞，導致切割高產(chǎn)或濕潤牧草時堵刀。這種割草壓扁機雖有這些缺點，但目前仍作為一種標準機型被國內(nèi)外廣泛使用和大量生產(chǎn)，并且在不斷完善和改進。 (2)旋轉(zhuǎn)式切割器牧草機具的研究發(fā)展概況 近年來，西歐由于種植牧草面積大量增加，并使用大量含氮肥料使牧草高大茂密而趨于倒伏。由于圓盤式割草機比往復式割草機更適合于切割較高而較粗的作物，因此，旋轉(zhuǎn)式割草機得到迅速發(fā)展，它屬無支承切割。切割器刀片安裝在刀盤上，并隨刀盤一起旋轉(zhuǎn)進行割草，其前進速度高（可達14~15km/h），有較高的生產(chǎn)率，不產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象，更換刀片簡易，工作平穩(wěn)性好，保養(yǎng)方便。但旋轉(zhuǎn)式割草機功率消耗較大，工作幅重割區(qū)大，割茬不齊，碎草多，機械造價相對較高，投資較高，且對地面的平坦程度要求較高。在牧草剛度小時易使割茬高度增加，因此較適于高產(chǎn)硬桿牧草，在西歐比較盛行。 1.1.2國外牧草機械的發(fā)展現(xiàn)狀 國外牧草機械已有100多年的發(fā)展歷史，經(jīng)歷了從使用畜力到拖拉機動力配套、從單項作業(yè)機具到聯(lián)合作業(yè)機具等發(fā)展過程。20世紀60年代是歐美各國牧草機械發(fā)展的高峰時期，這一期間完成了由畜力機械、割、摟草機具、各種聯(lián)合作業(yè)機具及成型機具相繼研制成功并迅速推廣。機具的保有量迅速上升的美國，牧草撿拾壓捆機保有量達70萬臺。20世紀70年代以來，部分服役機具趨于飽和，產(chǎn)量和保有量保持穩(wěn)定或略有下降，各公司致力于開發(fā)新產(chǎn)品，改進原有產(chǎn)品的性能，以保持競爭能力。美國、德國、法國、意大利、日本等發(fā)達國家在該領域處于領先地位。如德國斯通公司的割曬設備，法國庫恩公司的旋轉(zhuǎn)割草壓扁機以及美國的凱斯和紐荷蘭割草壓扁機等。20世紀90年代，這些國家的割、摟、捆裝、運等牧草收獲機械陸續(xù)地進入我國牧草種植基地，國外先進的牧草收獲機械技術比較完善，機具品種多，性能可靠，但價格昂貴。 目前，歐美各國幾乎所有的農(nóng)機公司都生產(chǎn)牧草機械，產(chǎn)品品種齊全，系列完整，能滿足各種收獲；主要結構、技術性能指標至今沒有大的變化；只是在操作舒適和電子計算機應用方面有所改進。 1.1.3我國牧草機械發(fā)展趨勢 我國畜牧機械工業(yè)是農(nóng)業(yè)工業(yè)中起步較晚、發(fā)展緩慢的行業(yè)之一。牧草收獲機械是我國生產(chǎn)及使用最早的畜牧機械之一，其發(fā)展分兩個階段:第一階段為50～70年代中期，只生產(chǎn)一些仿蘇40～50年代畜力及機引的往復割草機、橫向樓草機和畜力捆草機，這些機具機型陳舊、指標落后、質(zhì)量低、成本高。第二階段為70年代后期至90年代末，開始仿制一些國外先進的具有70～80年代水平的牧草收獲機械，填補了許多空白，使我國改變了過去只沿用唯一的割、摟、集、垛、運的收獲工藝，初步形成了散草、方捆、圓捆等多種收獲工藝系統(tǒng)。盡管如此，我國直到1979年白城牧機廠才試制成9GS-4.0型自走式割草壓扁機，同年呼和浩特畜牧研究所和佳木斯聯(lián)合收割機廠研制成9GSQ-4.0型牽引式割草壓扁機，1982年由呼和浩特牧機所和大同農(nóng)牧機械廠共同研制了電擺環(huán)驅(qū)動的9GY-3.0型牽引式切割壓扁機，才達到了國際70年代末的水平，填補了牧草收獲機械的一項空白。雖然近年來牧草收獲機械發(fā)展迅速，但機械化水平還是很低。尤其是在小型的農(nóng)場，主要還是手工收獲為主，刀具磨損非常厲害，農(nóng)民勞動強度非常大。根據(jù)農(nóng)村種植業(yè)結構調(diào)整和當前經(jīng)濟體制的情況，畜牧機械的研制，在機型上應以中小型為主；在研究內(nèi)容上，要重點解決勞動強度大、用工多的牧業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)；在研究方向上，應本著先易后難的原則進行。當前應首先研制一些機型小、質(zhì)量好、價格低的牧草收獲機械；以適應專業(yè)戶發(fā)展的需要。 我國的草場面積與美國大體相同，但是牧草機械的保有量卻很少。如割、摟草機保有量僅為美國的1%；20世紀80年代，日本方捆機的保有量為2.3萬臺，而我國20世紀90年代初的保有量僅為美國的0.07%、日本的0.2%.20世紀70年代中期，美國圓捆機保有量為10萬臺，而我國目前的保有量僅為美國的0.1%.我國牧草機械化水平與國外發(fā)達國家相比還有相當大的差距。除了我國整體國民經(jīng)濟落后于發(fā)達國家外，還有以下原因: (1)由于在相當長的一段時期內(nèi)，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要任務是解決溫飽問題，重點放在糧食作物的種植與生產(chǎn)上，忽視了畜牧業(yè)生產(chǎn)，在一定程度上影響了牧草機械的發(fā)展，機械的科技含量低，創(chuàng)新力度不夠。 (2)20世紀80年代中期以來，國家對草地畜牧業(yè)投入不足，相對支持力度減緩甚至下降，使得許多牧草機械制造企業(yè)紛紛轉(zhuǎn)產(chǎn)，有的甚至破產(chǎn)關閉，牧草收獲機械生產(chǎn)遇到前所未有的長期休眠期。使得我國與國外同類產(chǎn)品的制造能力和水平進一步拉大距離。 (3)現(xiàn)有牧草機械生產(chǎn)制造企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量低，使用故障多，可靠性差。往復式割草機工作半天即需磨刃，使用可靠性不到80%；國外摟草彈齒工作6000畝，斷齒率為4%～5%；我國的產(chǎn)品同樣作業(yè)量斷齒率為20%～30%。在相同作業(yè)條件下，我國的牧草撿拾壓垛機完成的工作量與國外同類機型相差一半。 (4)牧草機械產(chǎn)品品種不全，成套性差，美國的約翰迪爾公司牧草機械有13個品種44個機型；紐荷蘭公司有12個品種25個機型；牧草揀拾裝載車多達21個機型，可供各種經(jīng)營規(guī)模的用戶選擇。我國牧草收獲機械初步形成了散草、方捆、圓捆、壓垛作業(yè)工藝系統(tǒng)，但每種作業(yè)機械多為單一機型。各種作業(yè)工序間機具與動力配套性差，用戶不能根據(jù)自己的經(jīng)營規(guī)模選擇合適的機具，因此機具的使用效率不高。 (5)牧草機械產(chǎn)品技術水平低。牧草機械產(chǎn)品水平的高低是衡量該行業(yè)整體科學技術水平的重要標志之一。我國已定型的牧草機械大部分屬國外20世紀80年代以前的技術水平，30多年來基本沒什么改進。其原因是多方面的，但生產(chǎn)制造工藝水平低是關鍵因素?，F(xiàn)在牧草機械企業(yè)工藝技術裝備落后、老化，生產(chǎn)設備大多是20世紀80年代以前的設備；科研投入不足，開發(fā)能力差，使得產(chǎn)品更新?lián)Q代緩慢，也是造成牧草機械技術水平低的重要因素。20世紀90年代，我國牧草機械市場出現(xiàn)轉(zhuǎn)機，1999年銷售2.56萬臺，比上年增長17.3%。牧草機械產(chǎn)品出現(xiàn)暢銷勢頭的主要原因:一是國內(nèi)草原生態(tài)建設和退耕還草發(fā)展加快；二是國家和地方大力發(fā)展草業(yè)畜牧業(yè)和節(jié)糧型畜牧業(yè)投資加大。 2割草壓扁機整體方案的確定 2.1收獲對象的特點及其對收獲機械性能的要求 2.1.1收獲對象的特點 收獲對象為豆科牧草、禾本科牧草，以豆科牧草（紫花苜蓿）為主。苜蓿是世界上栽培最早、面積最廣、最重要的飼草原料之一，不僅產(chǎn)草量高，草質(zhì)優(yōu)良，而且富含蛋白質(zhì)、多種維生素和礦物質(zhì)，其干物質(zhì)中粗蛋白質(zhì)含量為15%～25%,相當于豆餅的一半，比玉米高1～1.5倍，有“牧草之王”的美稱。紫花苜蓿是多年生豆科牧草，每年可多次收割且適口性好、收獲量大、具有很好飼用價值，可做精飼料代用品。但是其品質(zhì)隨生長量的增加而下降，收割的越晚，造成的損失越大。紫花苜蓿最佳收割時間為孕蕾期——初花期，過了這個時間，蛋白質(zhì)含量會降低，影響產(chǎn)品質(zhì)量。而這個時間一般只有10～15天，僅靠人工難以完成整個收獲工作。傳統(tǒng)的苜蓿收獲是采用不帶壓扁裝置的圓盤式或往復式割草機，雖然能夠完成收獲作業(yè)，但在收獲時期牧草含水量在70%～85%之間，而安全貯存標準需將其水分降到14%以下，其自然脫水干燥時間過長，蛋白質(zhì)的損失很大，因此，苜蓿的收獲應該采用割草壓扁機完成。 2.1.2收獲對象對收獲機械性能的要求 為滿足紫花苜蓿的收獲要求，所設計的割草壓扁機應滿足以下技術要求： (1)適時收獲。由于紫花苜蓿的最佳收割時間為孕蕾期，這個時間只有10～15天，收獲過早會降低牧草的產(chǎn)量，收獲過遲，苜蓿中的蛋白質(zhì)和胡蘿卜素大量流失而降低苜蓿的營養(yǎng)成分，降低適口性，降低產(chǎn)品質(zhì)量，同時還會影響苜蓿的次年生長。 (2)為提高牧草收獲量，割茬高度適當。在不影響下茬或次年生長的情況下，要求盡量降低割茬高度，因此，切割器應接近地面，并能很好適應地形。 (3)由于牧草稠密多汁需要低割，因此，切割速度比收割谷物要快。往復式割草機的割刀平均速度為1.6～2.0m/s，牧草最低切割速度應大于2.15m/s。回轉(zhuǎn)式割草機的切割速度為60～90m/s。 (4)壓輥壓力適中。對苜蓿來說，最佳情況是90％的莖桿被輕微壓扁，而葉片不破損。壓輥壓力過大，除增大功率消耗和加快零件的磨損外還會導致葉子干燥過快，當莖桿晾干時葉子會從桿上脫落，從而造成苜蓿營養(yǎng)損失。(5)牧草收獲機械工作條件惡劣，刃口應具有自磨性能（采用齒紋刃），刀具應具有保護裝置（護刃器）。同時，還應具有靈活的起落機構，以便遇到障礙物時，能在1～2秒內(nèi)將切割器升起。 (6)割下來的牧草能均勻鋪放于地面，且厚度應適當，易于干燥。盡可能減少機器對牧草的打擊和揉搓，盡量減少泥土和臟物混入牧草內(nèi)，以降低牧草的收獲損失和質(zhì)量。 (7)結構簡單，使用維修方便，技術經(jīng)濟指標先進。 2.2方案的確定 根據(jù)上述牧草的生長特點及其對牧草收獲機械的性能的要求，吸收國內(nèi)外對牧草收獲機械的研究成果，我所設計的牽引式的收割機的工作原理是：當割草壓扁機結合動力時，通過傳動機構，驅(qū)動撥禾輪、切割器以及壓扁輥轉(zhuǎn)動。隨著拖拉機的前進，分禾器先將收割與不割的牧草分開，然后撥禾輪將要割的牧草撥入割臺，同時將切割器割下的牧草通過導草板推入壓輥，被壓扁的牧草在束草裝置的束縛下形成一定形狀的草條鋪放于已割完牧草的割茬上，完成收獲的全過程。 研究目標為割茬低，能將牧草90%壓扁，鋪放質(zhì)量好，消耗功率低，結構簡單，體積小，工作平穩(wěn)，操作簡便，靈活、作業(yè)速度快，易于調(diào)整維修；能適用于中小型牧草場，能即時收獲，經(jīng)濟、實用，整機生產(chǎn)效率高。 3割草壓扁機撥禾輪裝置的設計研究 衡量牧草收獲質(zhì)量好壞的一個最主要指標是損失率。由于收獲流程的前后順序所致，割臺損失率首當其沖。撥禾輪位于割草壓扁機最前端，收獲牧草時，它扶待或扶起(倒伏)牧草，撥向切割器；在切割器切割作物時，由前方扶持禾桿以防向前傾倒；最后把切斷的牧草及時推向壓扁輥；同時清理切割器，以利于割刀繼續(xù)切割。 3.1撥禾輪的結構 撥禾輪的結構簡單、可靠，多用于大中型收割機上和聯(lián)合收獲機上。按結構的不同，有普通式和偏心式。試驗證明：采用偏心撥禾輪收獲作物較普通撥禾輪可提高生產(chǎn)率20~30%，減少損失40~50%。割草壓扁機采用偏心式撥禾輪。偏心撥禾輪結構如上圖所示，由撥禾輪軸、輻盤、撥齒軸（4根）、撥板（4根）、撥齒等組成。 3.2撥禾輪的工作原理和參數(shù)確定 3.2.1撥禾板的運動分析 圖3.1 偏心撥禾輪撥齒運動軌跡 圖3.2 撥齒的運動分析 撥禾板是撥禾輪的主要工作部件，撥禾輪工作時，撥板隨機器前進直線運動，同時又繞撥禾軸作回轉(zhuǎn)運動，因此撥禾輪撥板相對地面生長的作物是這兩種運動的合成。為了使撥板進入禾叢后對谷物有向后撥送作用，運動絕對速度應向后，即撥禾輪撥齒的圓周線速度大于機器的前進速度，其運動軌跡為余擺線。撥禾輪回轉(zhuǎn)的圓周速度與機器前進速度之比為撥禾速比，用λ表示。其線環(huán)寬度因λ值大小而改變：λ值越大，撥板引導和扶持作物的功能越強，割臺切割作物量越大，其線環(huán)越寬，但λ值太大，則撥齒和撥板撥禾時打擊作物力量過大；反之，入值越小則線環(huán)越小，撥禾能力越弱，增加了收割臺的損失。若λ=1時，則線環(huán)寬度為零，這時撥禾板不能起撥禾作用。撥禾板軌跡可用方程表示（圖3.3），設以撥禾輪軸心O1對地面的投影點為坐標原點O，以地面線沿前進方向為X軸，以過原點向上垂線為Y軸建立直角坐標系。并令撥板由水平位置開始逆時針方向旋轉(zhuǎn)，則壓板端點的坐標方程為 { （1） 式中 R—— 撥禾輪半徑，400mm； ——機器的前進速度，0.7—1.5m/s —— 撥禾輪的角速度，3.75rad/s t ——撥板由水平轉(zhuǎn)過的時間 H ——撥禾輪安裝高度，827mm h——割茬高度，100mm 故，帶入（1）式得壓板端點隨的運動方程如下： { 3.2.2撥禾輪對牧草的作用 （1）撥齒的入禾角和撥禾輪高度分析 為了減少撥齒對牧草的碰擊，以減少擊落損失，要求撥禾輪撥齒開始接觸作物時，其絕對速度垂直向下，也就是說撥齒進入禾叢時其水平分速度應為零（），即 圖3.3禾輪高度分析 移項得 滿足此條件的撥禾輪安裝高度可由下式導出 而為牧草的自然高度L，則上式可寫成 式中 R—撥禾輪半徑，400mm L—作物高度（500-740mm） h —— 割茬高度，100mm 則撥禾輪的安裝高度為727—827mm，可通過改變調(diào)節(jié)機構位置來進行調(diào)節(jié)。 撥禾輪高度除滿足上述條件（撥齒入禾叢時水平分速度為零）外，還應使撥板轉(zhuǎn)豎直狀態(tài)時撥齒作用在被割取禾桿的重心稍上方，以利于撥齒推禾和防止挑起禾桿。但在實際工作中，由于作物條件多變，往往上述兩項要求難以同時都得到滿足，則需要根據(jù)當時作物狀況確定主、次要求進行調(diào)整。 （2）撥齒作用范圍和撥禾輪水平位置分析 撥齒的工作過程如圖3.4。撥齒由vx=0之點進入禾叢，隨后將禾桿撥入切割器，當撥齒轉(zhuǎn)至豎直狀態(tài)，切割器將禾桿割斷后，撥齒沿圓弧軌跡（因禾桿已上臺，撥齒對禾桿的運動為圓弧軌跡）將禾桿推向割臺。由此分析可知，撥齒的作用范圍X是線環(huán)寬度的一半，即 =b/2 (b為線環(huán)寬度) 撥禾輪前后位置對收獲倒伏作物和向割臺推送已切割作物有較大影響，若將撥禾輪軸心前移，則可增加撥齒的作用范圍，但對倒伏作物的扶起作用較大，但對已切割作物的推送作用較小，反之則扶起作用較小而推送作用較大。因此調(diào)整時要根據(jù)情況靈活掌握。一般來說.收獲直立作物時，撥禾輪軸應位于割刀正上方附近，收獲順向倒伏作物時，應將撥禾輪前移并適當降低高度，收獲逆向倒伏作物時，應將撥禾輪稍許后移，防止撥禾板將倒物推壓到割臺 圖3.4撥禾輪高度分析 下面。撥禾輪的前后位置調(diào)整，可通過移動 撥禾 輪在支架上的安裝位置來實現(xiàn)。 3.2.3撥禾輪直徑的確定 撥禾輪直徑，是根據(jù)撥板進入禾叢時其水平分速度為零及支持切割時撥板作用在禾桿重心稍上方的兩個條件而確定。從圖3.5以看出下列關系式 式中 R—撥禾輪半徑 L—作物高度（500—740mm） h—割茬高度（100mm） 因此 式中 D——撥禾輪直徑 —— 速度比 1.5/0.7=2.14 圖3.5禾輪直徑的確定 將L的最大值740mm帶入上式得撥禾輪的最大直徑D=850mm 因偏心撥禾輪的撥齒較長(一般為200mm)，起到了加大撥禾輪直徑的作用。因此在直徑選擇上，一般較計算值為小，故取撥禾輪直徑為800mm。 4割草壓扁機切割系統(tǒng)的分析研究 4.1切割器的選擇 切割器是收獲機械的重要部件之一，它的功用是將田間的作物切斷。目前，已廣泛使用和報道的切割器有：往復式、回轉(zhuǎn)式、甩刀式、帶式等。這方面的研究國內(nèi)外均有報道?；厩闆r是： (1)回轉(zhuǎn)式切割器?；剞D(zhuǎn)式切割器主要用于收獲牧草、青飼料等粗莖稈作物，少數(shù)谷物收獲機上也使用這種切割器?；剞D(zhuǎn)式切割器切割速度高，一般為25～50m/s,可適應10～25km/h的高速作業(yè)，慣性力易平衡，震動較小，結構簡單，但回轉(zhuǎn)半徑小，不宜寬幅切割，割刀的壽命較短，維修費用高。在牧草收割機上多采用雙盤或多組雙盤式，每個刀盤由刀盤架、刀片、錐形送草盤和撥草鼓等組成。在甘蔗收割機上多采用具有梯形或矩形固定刀片的單盤和雙盤式。在小型水稻收割機上，常采用單盤和多盤集束式。針對缺口或大波紋式雙圓盤切割器工作時沖擊性大,在收獲含水率低的莖稈時,割茬不齊，易撕皮,生產(chǎn)率低等問題,范國昌、馬大敏等借鑒德國門格勒公司的Mengle—30型青飼機,設計了適宜我國北方地區(qū)青飼料收獲機使用的鋸齒式雙圓盤切割器。這種切割器,結構簡單,鉗住莖稈能力強,割質(zhì)量好、效率高，減少了沖擊力及因扭矩交替變化而導致機架振動，無重切、漏割及撕皮現(xiàn)象,既可實現(xiàn)含水率高的玉米帶穗青貯作業(yè),也可以實現(xiàn)摘穗后玉米秸稈含水率低、秸稈疲軟情況下的青黃貯作業(yè)。孫永海、常振臣等以試驗設計、計算機模擬和神經(jīng)網(wǎng)絡優(yōu)化技術為手段,對圓盤式切割器進行了試驗研究,探討了切割速度、切削角和刀齒高度3個因素對切割損失和切割阻力的影響,得到了切割速度、切削角和刀齒高度的最佳參數(shù)組合。楊家軍、劉鋒等應用結構動態(tài)設計原理和隨機激勵下的動態(tài)設計方法，研究了切割器在隨即激勵下的響應,得到了切割器結構的動態(tài)設計的結果：隨著設計參數(shù)的改進,隨機響應幅值的均方值相應減小、結構可靠性相對增大；在保證使用性能的前提下,應盡量減小刀桿長度參數(shù),可增大結構的抗振動能力；刀桿軸與切割刀盤的聯(lián)接剛度對刀盤單元的固有特性最為敏感,應增大其結合部的剛度。 (2)甩刀式切割器。甩刀式切割器多用于玉米青貯飼料收割機上，目前國內(nèi)外收割機上多采用甩刀式切割器。它由水平橫軸、刀盤體、刀片和護罩等組成。刀片鉸接在水平橫軸的刀盤上，在垂直平面（與前進方向平行）內(nèi)回轉(zhuǎn)。這種切割器轉(zhuǎn)速高，圓周速度達 50—70m/s，但割幅較窄，一般為0.8—2m。在割幅較大的機器上，多采用多組并聯(lián)結構，目前國內(nèi)外最大的割幅為6m。孟海波、于文星等設計了玉米莖稈甩刀式切拋器，該甩刀式切拋器由殼體、甩刀、刀軸及定刀等部分組成。甩刀的結構及工作原理與常規(guī)的甩刀形式不同,采用了“直角直刃”組合式鏟形甩刀。甩刀刀片雙向有刃口,用防松螺栓垂直緊固于拋送葉片上,刀片磨損后只更換刃部即可,甩刀即是切碎器,又可拋送葉片。由于刀片在回轉(zhuǎn)軸向有一定的長度,所以刀片與定刀的間隙對秸稈有一定的揉搓和撕裂作用,實現(xiàn)了對玉米秸稈的切斷、撕裂和揉碎的工作原理。用這種新的切碎玉米秸稈的方式,切出的飼料既能滿足各種喂養(yǎng)的飼料長度,又能將莖稈撕裂,揉碎成細纖維狀,尤其將玉米莖節(jié)破碎成適合于牲畜食用的柔軟飼料,極大的提高了玉米秸稈的飼養(yǎng)利用率?？梢娺@種甩刀式切拋器具有完成對秸稈的切斷、揉碎和輸送的三種功能。 (3)回轉(zhuǎn)帶式切割器。這種切割器將薄鋼帶加工成角鋼狀,一邊為帶體, 連接兩端構成傳動帶,一邊為刀體,刀體間有一定距離,刀體端開有刀齒,刀齒為梯形。工作時,在驅(qū)動帶輪的帶動下,帶體在水平面內(nèi)繞兩帶輪作回轉(zhuǎn)運動,刀齒切割作物。在田間試驗條件下,可實現(xiàn)高速作業(yè)、高速切割及無支承切割,切割速度可高于17m/s，作業(yè)速度可高于15km/h，無往復慣性力,割刀工作平穩(wěn),割臺振動小,工作平穩(wěn),割茬整齊,無撕裂、漏割和堵刀現(xiàn)象，適于收割小麥、水稻等細莖稈作物和牧草。刀齒參數(shù)對作業(yè)效率和作業(yè)質(zhì)量影響較大。刀齒高不宜超過5mm；以刀齒高度(單齒進給量)、切割速度、作業(yè)速度確定的刀齒間距,應適當減小,以防堵刀,一般不超過17mm為宜；切割角取值以無支承切割為原則,高速時取正值,以28°為宜；中低速時取負值,以-25°為宜。根據(jù)收割機所配套拖拉機適宜的作業(yè)速度，選擇回轉(zhuǎn)帶式切割器結構參數(shù)和性能參數(shù)的最優(yōu)組合,達到了高效、優(yōu)質(zhì)、低耗。但這種切割器對鋼帶的材質(zhì)要求較高，加工難度較大，其壽命和可靠性還有待進一步研究。 (4)往復式切割器。往復式切割是目前在谷物收獲機、牧草收獲機、谷物聯(lián)合收獲機和玉米收獲機上采用較多。也是國內(nèi)收割機上應用最廣的一種切割器，現(xiàn)基本標準化。它能適應一般或較高作業(yè)速度（6—10km/h）的要求。它由往復運動的割刀和固定不動的支承部分組成。割刀由刀桿、動刀片和刀桿頭等鉚合而成。刀桿頭與傳動機構相連接，用以傳遞割刀的動力。工作時，割刀作直線往復運動，其護刃器前尖將谷物分成小束引向割刀，割刀在運動中將禾桿推向定刀進行切割。這種切割器平均切割速度較低，切割性能好，結構簡單，工作可靠，廣泛用于谷物收割機上。它的缺點是往復慣性力大，割臺振動和噪聲大，存在重割和漏割，割茬不整齊。 為解決往復式切割器往復慣性力較大的問題，日本久保田稻麥收割機將刀桿分成兩段，采用兩個曲柄連桿機構雙邊驅(qū)動，兩段刀桿的運動方向相反，可抵消部分慣性力。為防止泥土卡刀，久保田收割機將刀桿加寬，在其底部挖了排土孔，割刀在運動時可將進入切割間隙的泥土及時排出。此外，這種機型還加裝了割刀自動潤滑系統(tǒng)，可將潤滑油自動滴到刀桿上，隨動刀的運動而進入摩擦間隙，以免手工加油發(fā)生危險。另外，張曉輝李其才等應用理論力學平面力系及重心理論,分析并指出現(xiàn)有割刀慣性力平衡計算公式所存在的問題,推導出往復式切割器割刀慣性力平衡的實用計算公式。 4.2往復式切割器參數(shù)的分析 試驗指出：在割刀鋒利、割刀間隙正常（動、定刀片間的間隙0—0.5mm）的條件下，切割速度在0.6—0.8m/s以上時能順利地切割莖桿；若低于此限，則割茬不整齊并有堵刀現(xiàn)象。 為了討論切割器在切割莖桿過程中的速度大小，需繪制切割器的切割速度圖?，F(xiàn)以I型切割器為例，繪制其切割速度圖并進行分析： 4.2.1 I型切割器的切割速度圖 1） 先繪出動刀片在左止點位置圖，并注出刃線符號 ab. 2） 繪出在右止點位置的定刀片圖形。 3） 以刀刃的下端點a為基標，畫出割刀速度圖。 4）刃線a點向右移動到與定刀片相遇的點（開始切割）時的切割速度 5）與定刀片相遇的（切割完了）時的速度。圓弧——是割刀在切割莖桿過程中的切割速度范圍（一般不大于1.2m/s）.從圖（4-1）中看出：普通I型切割器的割刀速度利用較好，因而切割性能較好 圖4-1普通I型切割器切割速度圖 4.2.2切割平均速度 割刀的速度為一變量，為了便于表示割刀速度的大小，常以平均值即 平均速度： 表示 n?——割刀曲軸速度 S——割刀行程 由上述的可知在割刀鋒利、割刀間隙正常（動、定刀片間的間隙0—0.5mm）的條件下，切割速度在0.6—0.8m/s以上時能順利地切割莖桿；若低于此限，則割茬不整齊并有堵刀現(xiàn)象。目前在各種收割機械上普遍采用的切割器有往復式和旋轉(zhuǎn)式兩種，以往復式應用最為廣泛，且已標準化。往復式切割器雖具有通用性廣、適應性強、工作可靠之優(yōu)點，但震動較大導致割臺振動及噪音大，影響割臺壽命。切割速度（一般平均切割速度為1.67s～2.76），寬幅收割；有利于大面積收獲。圓盤式割刀作等速圓周運動，雖工作平穩(wěn)，切割速度高（一般為10m/s～20m/s），切割能力強，但不適于在寬幅、多行的收割機械上采用。若采用多刀盤結構，傳動機構復雜化，造價提高。往復式切割器的切割速度完全適應于紫花苜蓿等牧草的收割，中型拖拉機作為動力其切割速比= / =2.0—2.3>1.02，故采用往復式切割器普通I型作為所要設計的牧草收割機的收割器是非常好的。 4.3往復式切割器普通I型的結構尺寸和行程的關系 圖4-2 普通I型切割器 尺寸關系為 S = t = = 76.2mm 式中 S——割刀行程 t——動刀片間距 ——護刃齒間距 普通I型切割器的特點是：割刀的切割速度較高，切割性能較強，對粗、細莖桿的適應性能較大，但切割時莖桿傾斜度較大、割茬較高。這種切割器在國際應用較為廣泛，多用于麥類作物和牧草收獲機械上。 在水稻收割機上有采用較標準尺寸為小的切割器，其尺寸關系為 S = t = =50、60、或70mm 其特點是;動刀片較窄長，護刃器為鋼板制成，無護舌，對立式割臺的橫向輸送較為有利。其切割能力較強，個茬低。 4.4往復式切割器的構造及其動刀片的結構參數(shù) 4.4.1.往復式切割器的構造 往復式切割器由往復運動的割刀和固定不動的支承部分組成（圖4-3）割刀由刀桿、動刀片和刀桿頭等鉚合而成。刀桿頭與傳動部分包括護刃器梁、護刃器、鉚合在護刃器上的定刀片、壓刃器和磨合片等。工作時割刀作往復運動，其護刃器前尖將谷物分成小束并引向割刀，割刀在運動中將禾桿推向定刀片進行剪切。 圖4-3往復式切割器 表1往復式割刀的基本參數(shù) 序 號 零 件 名 稱 標 準 1 護 刃 器 I型GB1210—75 2 定 刀 片 I型GB1211—75 3 動 刀 片 I型GB1211—75 4 定刀片鉚釘 5XL GB865—67 5 壓 刃 器 I型GB1212—75 6 動刀片鉚釘 5XL GB865—67 7 刀 桿 I型GB1211—75 8 摩 擦 片 I型GB1213—75 9 螺 栓 M12XL GB10—66 10 螺 母 M12XL GB10—66 11 護刃器梁 4.4.2切割器動刀片結構參數(shù) 動刀片：它主要切割件，為對稱六邊形（圖4-4），兩側為刀刃。到人的形狀有光刃和齒紋刃兩種。光刃切割較省力，割茬較整齊，但使用壽命較短，工作中需要經(jīng)常磨刀。齒紋刃刀片則不需要磨刀，但使用較方便。在谷物收獲機和聯(lián)合收獲機上多采用它。而牧草收獲機由于牧草密、濕、切割阻力較大，多采用光刃刀片。 動刀片結構參數(shù)如下: 1. 刃角i = 2. 頂寬b=14-16mm 3. 低寬t =76.2mm 圖4-4 動刀片參數(shù)示意圖 5割草壓扁機壓扁系統(tǒng)的設計研究 5.1壓扁機構的設計 苜蓿葉子小、勁桿粗，葉子與勁桿的水分蒸發(fā)不一致時，會出現(xiàn)葉子風干現(xiàn)象，使葉子從勁桿上脫落，造成草質(zhì)量損失。為了解決這一問題，我們設計了壓扁系統(tǒng)，把割下的苜蓿的莖桿及時壓扁或壓裂，使充滿汁液的植物細胞暴露出，加速了水分的蒸發(fā)過程，從而加速了苜蓿的干燥，大大減少相應的作業(yè)費用、能量消耗以及縮短青貯飼料所需的時間。 5.1.1壓扁機構參數(shù)的確定 壓扁輸送機構裝在收割臺的中下方，壓輥的結構如圖5.1所示。其工作部件是由兩個水平的、彼此作相對方向轉(zhuǎn)動的人字型橡膠擠壓輥及支承軸承組成。壓扁輥兩端分別用軸承支承并固定，上壓輥直徑為260mm，下壓輥直徑為280mm。上壓輥采用可調(diào)滑塊機構，使滑塊在導軌內(nèi)上、下滑動，根據(jù)進草量自動調(diào)節(jié)壓扁輸送輥的間隙。上、下壓草輥之間的間隙為1—1.5mm，當牧草通過此處時，草桿被碾壓而向后順利輸送。 圖5-1 壓輥結構 5.1.2壓扁輥技術性能分析 紫花苜蓿莖稈長（500mm～740mm），又易倒伏，有些倒伏的苜蓿，從地面還沒有被割斷，草稈就被送入壓扁輸送輥，葉子將會被捋掉或纏繞。針對這種狀況，分析了切割器與壓扁輸送輥的斜線距離，確定了要割的牧草前端伸過壓扁輸送輥的長度不大于輥周長的1/2，故切割器與壓扁輸送輥的斜線距離不小于400mm，而牧草纏繞壓草輥與壓扁輸送輥的摩擦系數(shù)、線速度有關。所以，牧草長度小于壓扁輸送輥周長不易發(fā)生纏繞。 5.2束草裝置的設計 經(jīng)過壓扁輸送輥壓扁的牧草即將鋪放于機具的后面，鋪放寬度如不規(guī)范，拖拉機的輪胎將會碾壓在草上，造成部分牧草粘土，由此會影響牧草質(zhì)量，也不便于牧草收集和打捆。因此，在壓輥的后方設計束草裝置如圖5.2所示。束草裝置由束草架和束草板兩部分構成，并安裝于割草壓扁機機架上。為達到束草效果，束草板傾斜一定角度焊接在束草架上，使得兩側的束草裝置形成倒喇叭口狀。經(jīng)由壓扁輸送輥輸出的牧草被拋送至倒喇叭口狀束草裝置，向機具后方流出，形成條帶狀的草條，均勻鋪放于已割完的牧草割茬上,草條寬度(1000mm)，以便利牧草的收集。 圖5-2 束草裝置 6傳動系統(tǒng)的分析研究割草壓扁機 6.1傳動系統(tǒng)方案設計及主軸轉(zhuǎn)速確定 6.1.1傳動系統(tǒng)的方案設計 由于牧草壓扁收獲要完成撥禾、切割、壓扁、束草等復式作業(yè)，傳動系統(tǒng)設計較復雜，要求設計結構緊湊，功率消耗少，主機與機具平衡等。為此，根據(jù)割草壓扁機撥禾系統(tǒng)、切割系統(tǒng)和壓扁系統(tǒng)的工作原理及結構特點，并運用技術經(jīng)濟學原理和功能分析理論選定如圖1所示傳動系統(tǒng)。由圖6.1可知，動力由拖拉機發(fā)動機輸出，經(jīng)傳動軸將其傳給軸I，軸I上的皮帶輪2將動力傳給往復式割刀的皮帶輪7進而帶動往復式割刀運動、軸I上的齒輪4將動力傳給上壓輥的齒輪5帶動上壓輥工作、同理齒輪3帶動下壓輥的齒輪運動。軸II上的齒輪12帶動齒輪14，再由軸III上的皮帶輪13將動力傳給撥禾輪的皮帶輪，中間的傳動過程起到減速作用。以上動作可以滿足收獲的全過程。 圖6-1割草壓邊機傳動結構簡圖 1.動力輸入部分 I.傳動軸 2.出入軸皮帶輪 3.輸入軸鏈輪 4.輸入軸鏈輪 5.輸出軸鏈輪 6.輸出軸鏈輪 7.輸出軸皮帶輪 8.割刀輸出軸 9.輸出軸的皮帶輪10.下壓輥 11.上壓輥 12.輸出軸鏈輪 13.輸出軸皮帶輪 II.中間軸 III.中間軸 6.1.2切割主軸轉(zhuǎn)速確定 牧草因稠密多汁，含膠體物質(zhì)多，輸送負荷大且需低割，其特點要求切割機構速度要高，割茬要低，采用往復式切割器，切割速度可達1.67m/s～2.78m/s,切割器主軸轉(zhuǎn)速為n=816r/min。 6.2傳動比及參數(shù)確定 機具在作業(yè)狀態(tài)下，要一次性完成撥禾、切割、壓扁和輸送鋪放一整套工作過程，為滿足割草壓扁機的技術指標和適宜的撥禾速度、切割速度和壓扁速度，首先要確定合理的傳動比。 6.2.1切割系統(tǒng)傳動比分析和參數(shù)確定 40馬力拖拉機柴油機輸出皮帶輪的轉(zhuǎn)速=540r/min，功率是p=29.4KW，帶動割草壓扁機上的傳動軸轉(zhuǎn)動其傳動比為： 動力經(jīng)傳動軸傳遞給切割器主動軸，達到設計轉(zhuǎn)速n =816r/min,由此得總傳動比i為： 式中：——由拖拉機輸入的轉(zhuǎn)速 ——軸I的轉(zhuǎn)速 ——割刀軸的轉(zhuǎn)速 由輸入功率和傳動比可以推算出輸出軸的皮帶輪的直徑為：、，故切割器主軸轉(zhuǎn)速n=816r/min達到設計要求。 6.2.2壓扁系統(tǒng)傳動比分析和參數(shù)確定 為了解決牧草莖、葉干燥速度不一樣，設計壓扁輸送機構。由于往復式切割器切割速度較高，為避免切割的牧草堆積，壓輥速度應較高一些。一般情況下，壓扁輥主軸的轉(zhuǎn)速應是機器前進速度的三倍以上。 式中：——輸入軸上的鏈輪齒數(shù) ——上壓輥的鏈輪齒數(shù) ——上壓輥轉(zhuǎn)速 即取 = 46 = 23 鏈節(jié)距 p=15.875 由上式可求得上壓輥轉(zhuǎn)速為270r/min。由于上、下壓輥的圓周速度相同， 即 V上壓輥=V下壓輥=3.67m/s 由公式得下壓輥鏈輪的轉(zhuǎn)速為：。 下壓輥鏈輪的傳動比： 式中：——下壓輥鏈輪齒數(shù) ——下壓輥的轉(zhuǎn)速 D——下壓輥的直徑 通過上式可得下壓輥鏈輪齒數(shù)=49. 6.2.3撥禾輪系統(tǒng)傳動比分析和參數(shù)確定 撥禾輪系統(tǒng)的傳動由鏈傳動傳遞到軸III上，再由皮帶傳動傳遞給與撥禾輪相連的皮帶輪9上，這個過程起到了減速的作用。 由輸出速=135r/min和傳動比i=2 可以求出兩個鏈輪的齒數(shù)分別為： =21 =42 鏈節(jié)距=15.875 由輸入轉(zhuǎn)速和皮帶輪的傳動比可以確定撥禾輪主軸的轉(zhuǎn)速=67.5r/min。 6.3功率需求和傳動效率 前置式齒型鏈割草機的功率包括齒型鏈式切割器的切割功率P1、撥禾功率P2和壓扁系統(tǒng)的壓扁功率P3。 6.3.1切割系統(tǒng)功耗和傳動效率 切割器功率，包括:切割功率和空轉(zhuǎn)功率兩部分。即： 其中 式中：——機器的前進速度，米/ 秒 B——機器割幅，米 ——切割每平方米面積的莖桿所需功率，經(jīng)測定：割牧草=20-30 大小與切割器的安裝及時狀態(tài)有關，一般每米割幅所需空轉(zhuǎn)功率為0.8—1.5馬力。 將數(shù)據(jù)帶入以上公式，可得到N=3.4KW。 切割系統(tǒng)是由傳動軸輸出動力（=0.95）再經(jīng)過皮帶輪（=0.95），最后通過偏心軸將動力傳給往復式切割器（=0.9） 所以傳遞給割草機的總效率為：=0.81 故切割系統(tǒng)的功率 6.3.2壓扁系統(tǒng)功耗及傳動效率 由于牧草莖、葉干燥速度不一樣，所以設計人字型壓扁輥將切割的牧草及時均勻壓扁。壓輥的壓力根據(jù)經(jīng)驗為0.39N/mm。其功率計算如下： 式中： L——壓輥長度（2600mm） f——壓輥的壓力（0.39N/mm） v—上下壓輥接觸點速度(3.67m/s) 壓扁系統(tǒng)是輸入軸由鏈輪傳給上下壓輥的，其總傳遞效取傳動軸輸出動力（=0.95） 鏈輪的傳遞效率(),故壓扁系統(tǒng)的傳遞總效率為： =0.89 則壓扁系統(tǒng)的功率為 6.3.3撥禾輪系統(tǒng)功耗及傳動效率 撥禾系統(tǒng)所需的功率較小，其計算公式是：