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黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）成績(jī)?cè)u(píng)定表
學(xué) 院
工程學(xué)院
系（部）
機(jī)械系
專 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名
袁峰
學(xué)號(hào)
20104024210
班 級(jí)
10設(shè)計(jì)（2）班
指導(dǎo)教師
李玉清
職稱
教授
起止日期
2013.12-2014.4
論文（設(shè)計(jì)）題目
牧草割草壓扁收獲機(jī)設(shè)計(jì)
項(xiàng)目
評(píng)價(jià)依據(jù)
參考
分值
得分
優(yōu)秀
良好
中等
及格
不及格
指
導(dǎo)
教
師
評(píng)
價(jià)
40分
對(duì)學(xué)生知識(shí)掌握水平的評(píng)價(jià)
8
綜合分析、獨(dú)立工作能力的評(píng)價(jià)
7
論文撰寫水平及規(guī)范化程度
5
應(yīng)用文獻(xiàn)能力
5
外文應(yīng)用能力
5
工作態(tài)度及工作情況
10
成績(jī)：
指導(dǎo)教師簽字 年 月 日
評(píng)
閱
人
評(píng)
價(jià)
20分
畢業(yè)設(shè)計(jì)工作量的評(píng)價(jià)
5
計(jì)算、分析、實(shí)驗(yàn)情況的評(píng)價(jià)
5
是否有自己的見解的評(píng)價(jià)
5
論文撰寫水平及規(guī)范化程度
5
成績(jī)：
評(píng)閱人簽字 年 月 日
答辯小組評(píng)價(jià)
40分
方案合理性的評(píng)價(jià)
10
論文（設(shè)計(jì)）規(guī)范性的評(píng)價(jià)
5
語(yǔ)言表達(dá)能力的評(píng)價(jià)
7
答辯正確性的評(píng)價(jià)
10
創(chuàng)新性的評(píng)價(jià)
8
成績(jī)：
答辯小組負(fù)責(zé)人簽名 年 月 日
最終成績(jī)
總分： 評(píng)定等級(jí)： 優(yōu)□ 良□ 中□ 差□ 不及格□
系主任簽字 年 月 日
主管教學(xué)院長(zhǎng)簽字 年 月 日
備注：本成績(jī)單一式二份，一份裝訂在畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中，一份入學(xué)院備案。
摘 要
畜牧業(yè)的發(fā)展水平反映了一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和技術(shù)的進(jìn)步程度，在一些畜牧業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，畜牧業(yè)產(chǎn)值在農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值中占有很高的比例，在畜牧業(yè)產(chǎn)值中，60%以上是由牧草轉(zhuǎn)化來的，所以牧草生產(chǎn)是畜牧業(yè)中最基礎(chǔ)的產(chǎn)業(yè)，還是一個(gè)經(jīng)濟(jì)效益很高的產(chǎn)業(yè)。但是，我國(guó)牧草收獲機(jī)械化水平低，設(shè)備陳舊不能滿足收獲需求，有時(shí)還需要人工收割，使牧草產(chǎn)量和品質(zhì)下降，缺乏牧草收獲機(jī)械，以阻礙了草產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
本課題的確定是在收集、分析以往使用經(jīng)驗(yàn)以及國(guó)外同類產(chǎn)品最新技術(shù)資料的基礎(chǔ)上確定的。研制了一種可以一次完成切割、壓扁、集攏鋪條三種作業(yè)工序的切割壓扁機(jī)，它的特點(diǎn)是采用了偏心式撥禾輪，將牧草撥入立式割臺(tái)，并及時(shí)推向壓扁輥；采用了一對(duì)對(duì)稱反向螺旋凸紋寬幅的橡膠壓扁輥和鋼制壓扁輥，且其縱向有一定的安裝角度，提高了壓扁效果。
本文主要是應(yīng)用機(jī)械設(shè)計(jì)方法和機(jī)械原理對(duì)割草壓扁機(jī)的全部零件進(jìn)行尺寸研究設(shè)計(jì)，對(duì)主要的傳動(dòng)零部件進(jìn)行受力分析和強(qiáng)度校核計(jì)算，用CAXA電子圖板及CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)和繪圖，初步完成了整機(jī)的設(shè)計(jì)并整理出圖紙。
關(guān)鍵詞：苜蓿；割草壓扁機(jī)；往復(fù)式切割器；偏心撥禾輪
Abstract
The development level of animal husbandry, reflect a nation’s economic development level and technical progress, in some animal husbandry development countries, proportion of output value animal husbandry is high in the total agricultural output rates, in the animal husbandry production value, so in animal husbandry forage production is the foundation industry. However, our country forage harvest mechanization level is low and old equipment can not satisfy the demand harvest, sometimes people need to harvest, these make forage output and quality decline, lack of forage harvest machinery has hindered the development of forage industry.
This topic is in the determination of widely collection, analysis ever uses the same products abroad experience and the latest technologies are determined on the basis of data. Developed a kind of can once completed cutting, were rounded up shop three assignment of article process cutting flattening machine, its characteristic is that the eccentric reel stir the clover to the stand and push to the compression roller in time; using a pair of symmetrical cam wide rubber reverse spiral crushed roller and steel crushed roller, and the longitudinal have certain installation angle which can raise the compression result.
The paper fully applied method of machine design and machine principles to design individual parts on the front-mounted haybine, and perform load analyzing and strength evaluation on the mainly shafts and the wheel gears. Then the software of CAXA were used to complete the whole series drawings for the machine.
Key words: medicago; haybine; reciprocating cutter bar; eccentric winder
1.緒論 2
1.1本課題研究的背景、目的和意義 2
1.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀分析 2
1.3苜蓿壓扁收獲機(jī)性能的要求 3
2.苜蓿壓扁收獲機(jī)設(shè)計(jì)方案的選擇 3
2.1牧草收獲機(jī)械的性能的要求 3
2.2立式收割臺(tái)設(shè)計(jì) 4
2.3苜蓿壓扁收獲機(jī)撥禾裝置的設(shè)計(jì) 4
2.4撥禾輪的工作原理和參數(shù)的確定 5
2.5往復(fù)式式切割器的設(shè)計(jì) 6
2.6 往復(fù)式切割器的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化 7
2.7壓扁機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 9
3.傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析 9
3.1傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理 10
3.2切割器的轉(zhuǎn)速確定 10
3.3傳動(dòng)比的確定 10
3.4 傳動(dòng)皮帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 12
4.軸的校核計(jì)算 14
4.1軸的設(shè)計(jì) 14
4.2軸承的選擇 16
結(jié) 論 18
致 謝 19
參考文獻(xiàn) 20
1 引言
1.1 本課題研究的背景、目的
1,1,1 研究背景
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,畜牧業(yè)早已從副業(yè)變?yōu)橹鳂I(yè),其占大農(nóng)業(yè)的產(chǎn)值逐步要超過50%(國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家已超過50%),作為畜牧業(yè)基礎(chǔ)的草業(yè)在生產(chǎn)中的地位隨之提升,成為種植業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要組成部分；經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，也帶來了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的惡化,植被覆蓋的重要性引起重視,牧草的的生態(tài)功能也逐漸被人們接受和利用。牧草業(yè)已成為推進(jìn)種植業(yè)三元結(jié)構(gòu)和生態(tài)農(nóng)業(yè),畜牧業(yè)發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)。隨著智力退化草原、退復(fù)草原植被、改善和恢復(fù)草原生態(tài)、提高草原生產(chǎn)能力和大力發(fā)展人工草場(chǎng)等國(guó)家西部開發(fā)和保護(hù)政策的實(shí)施，國(guó)家對(duì)畜牧業(yè)越來越重視，我國(guó)的畜牧業(yè)已進(jìn)入了發(fā)展的快車道，開始朝著規(guī)?；C(jī)械化和高技術(shù)模式發(fā)展，伴隨著國(guó)家對(duì)三農(nóng)的補(bǔ)貼和人工成本的上升，引發(fā)了農(nóng)牧民對(duì)畜牧業(yè)機(jī)械的強(qiáng)烈需求。飼草生產(chǎn)是畜牧業(yè)中最基礎(chǔ)的產(chǎn)業(yè)，還是一個(gè)經(jīng)濟(jì)效益較高的產(chǎn)業(yè)。國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)實(shí)踐證明，飼草生產(chǎn)要實(shí)現(xiàn)高效益可持續(xù)發(fā)展，必須滿足兩個(gè)條件：一是經(jīng)營(yíng)規(guī)模足夠大；二是生產(chǎn)加工要實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。這是發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展飼草生產(chǎn)的共同經(jīng)驗(yàn)。因此大力發(fā)展我國(guó)飼草生產(chǎn)機(jī)械裝備，實(shí)現(xiàn)飼草生產(chǎn)機(jī)械化，在我國(guó)的畜牧業(yè)發(fā)展中具有特殊的地位和重要的現(xiàn)實(shí)意義。黑龍江省冬季氣候寒冷,最低溫度達(dá)-45℃,從國(guó)外和國(guó)內(nèi)其他地區(qū)引進(jìn)的優(yōu)良牧草品種很難在黑龍江省越冬。目前在黑龍江省推廣種植的品種主要有肇東苜蓿、龍牧801紫花苜蓿、龍牧803紫花苜蓿、龍牧806紫花苜蓿和東北羊草、早熟沙打旺、早熟苦荬菜等幾個(gè)當(dāng)家品種，黑龍江省苜蓿草保有面積為30萬(wàn)畝(1畝≈667m2),年產(chǎn)干草在15萬(wàn)噸左右。但是，牧草收獲機(jī)械化水平低，設(shè)備陳舊不能滿足收獲需求，有時(shí)還需要人工收割，使牧草產(chǎn)量和品質(zhì)下降，缺乏牧草收獲機(jī)械，已阻礙了草產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
目前，我國(guó)關(guān)于牧草收獲機(jī)械的研究正處在利用引進(jìn)和自主研發(fā)階段，我國(guó)自主生產(chǎn)的割草機(jī)一般不帶壓扁輥，仿形能力也比較差，像紅三葉、苜蓿等豆科飼草的收獲，大多數(shù)都是采用國(guó)外的機(jī)器。國(guó)外的切割壓扁機(jī)價(jià)格高，對(duì)配套條件要求高，不符合我國(guó)現(xiàn)階段的國(guó)情。
因此，確立了研究設(shè)計(jì)切割壓扁機(jī)的項(xiàng)目，考慮到我國(guó)的人工草場(chǎng)多為中小型的，準(zhǔn)備設(shè)計(jì)一種能夠用中型拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)使用的切割壓扁機(jī)。
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(shí)干燥，否則就會(huì)發(fā)霉變質(zhì)甚至腐爛，致使動(dòng)物無(wú)法食用。青干草是草產(chǎn)品流通的主要形式，同時(shí)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(guó)際、國(guó)內(nèi)均具有非常廣闊的市場(chǎng)，亞洲已成為世界上最大的苜蓿產(chǎn)品進(jìn)口市場(chǎng)，年總需求量240—255萬(wàn)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(guó)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(guó)農(nóng)業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)。
優(yōu)質(zhì)青干草獲得的條件之二牧草調(diào)制。飼草收割后，不經(jīng)過調(diào)制處理，田間自然干燥，在陽(yáng)光的直射下和體內(nèi)酶的共同作用下，所含的胡蘿卜素、維生素、葉綠素等大部分被分解掉，總物質(zhì)損失在20%～30％，維生素?fù)p失在50%以上，還有如果不經(jīng)調(diào)制處理，加長(zhǎng)了在田間的干燥時(shí)間，影響后續(xù)作業(yè)，加大了牧草被雨淋的概率，雨淋后飼草營(yíng)養(yǎng)損失更大，下表1-1是割草調(diào)制和牧草的干燥圖。
表1-1 割草調(diào)制和牧草干燥速度圖
從表中可已看出，經(jīng)過壓扁的牧草的干燥時(shí)間明顯縮短。為使苜蓿草能適時(shí)刈割，提高苜蓿在田間晾曬時(shí)的干燥速度，又要保證苜蓿莖和葉的干燥速度達(dá)到基本同步，必須研制割草壓扁機(jī)。
1.2 牧草機(jī)械的研究現(xiàn)狀
切割壓扁機(jī)是一種將不同種類的牧草切割調(diào)制的收獲機(jī)械。主要用于豆科類牧草的收割、調(diào)制、放鋪晾曬作業(yè)。它能將田間的牧草作物切割，通過撥禾輪輸送喂入、折彎碾壓、集攏鋪條等作業(yè)工序，將牧草作物整齊規(guī)則的鋪放成條，以備后續(xù)作業(yè)。
1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀
國(guó)外對(duì)牧草壓扁技術(shù)的研究已有80多年的歷史，牧草切割壓扁技術(shù)在北美以及歐洲地區(qū)已經(jīng)有非常成熟的經(jīng)驗(yàn)，割草壓扁機(jī)的種類也非常多。目前，國(guó)外的牧草收獲機(jī)械都采用壓扁技術(shù)來縮短牧草的干燥時(shí)間，從而獲得優(yōu)質(zhì)青干草。國(guó)外20世紀(jì)30年代，就已經(jīng)開始發(fā)展牧草的壓扁技術(shù)，壓扁機(jī)開始出現(xiàn)并且逐漸應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，這種壓扁機(jī)工作原理是將割草機(jī)割下的牧草撿拾起來，同時(shí)給壓扁鋪放。
對(duì)于牧草，一般切割后立即壓扁效果最好，失水的牧草不易被壓扁且易纏繞，另外壓扁機(jī)是單向作業(yè)的，壓扁機(jī)收獲牧草增了收獲機(jī)型]。
進(jìn)入20世紀(jì)60年代，能夠同時(shí)完成切割、壓扁、集攏鋪條的切割壓扁機(jī)開始生產(chǎn)應(yīng)用，經(jīng)過研究和發(fā)展，切割壓扁機(jī)技術(shù)日漸成熟，大多數(shù)牧草收獲機(jī)械都使用切割壓扁機(jī)，其中代表性的是美國(guó)和加拿大生產(chǎn)的往復(fù)式的切割壓扁機(jī)、歐洲各國(guó)生產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)式的切割壓扁機(jī)。
進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來，畜牧業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家，開始把高新技術(shù)運(yùn)用到牧草收獲機(jī)械中，大大的提高了切割壓扁機(jī)的高效、復(fù)合作業(yè)，機(jī)器的生產(chǎn)率、通用性、適應(yīng)性顯著提高，隨著電子和液壓等先進(jìn)技術(shù)大量采用，對(duì)操作的舒適性、割茬高度的一致性等等方面大大改進(jìn)。國(guó)外先進(jìn)的切割壓扁機(jī)的種類非常多，如約翰?迪爾公司、紐荷蘭公司、克拉斯公司生產(chǎn)的切割壓扁機(jī)。
1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
我國(guó)草業(yè)機(jī)械化事業(yè)起步較晚、發(fā)展緩慢，牧草機(jī)械化生產(chǎn)水平低。20世紀(jì)40～50年代，只是生產(chǎn)一些仿制的機(jī)械化和半機(jī)械化牧草收獲機(jī)具。
20世紀(jì)60～80年代，國(guó)家開始重視畜牧業(yè)生產(chǎn)，畜牧業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化方向開始注意引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)，牧草生產(chǎn)機(jī)械化從單向作業(yè)到注重成套作業(yè)發(fā)展。
20世紀(jì)80～90年代自主發(fā)展階段，國(guó)家一系列政策的實(shí)施，農(nóng)牧民的生產(chǎn)積極性空前高漲，開始大量購(gòu)買牧草收獲機(jī)械，極大促進(jìn)了牧草機(jī)械的生產(chǎn)研究，這一時(shí)期國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的割草機(jī)一般都不帶壓扁機(jī)并且仿形效果也不好，進(jìn)口的切割壓扁機(jī)占據(jù)著大部分市場(chǎng)。
21世紀(jì)以來，國(guó)家加大了對(duì)畜牧業(yè)的支持力度，一些國(guó)內(nèi)的畜牧機(jī)械生產(chǎn)商，開始投入資金和科研，開始生產(chǎn)切割壓扁機(jī)，達(dá)到了國(guó)外90年代的水平。代表機(jī)型有機(jī)械研究院生產(chǎn)的牽引式和自走式割草壓扁機(jī)，上海世達(dá)爾現(xiàn)代農(nóng)機(jī)公司生產(chǎn)的割草壓扁機(jī)等。
1.3 課題研究?jī)?nèi)容和方法
1.3.1 研究?jī)?nèi)容
（1）研究不同類型的撥禾輪對(duì)牧草收獲的影響因素，研究確定撥禾輪系統(tǒng)的參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸。
（2）研究不同類型切割器對(duì)牧草切割質(zhì)量的影響因素，研究確定切割器的類型和切割器參數(shù)。
（3）研究不同類型壓扁輥對(duì)牧草壓扁效果的影響規(guī)律，研究確定壓扁類型和結(jié)構(gòu)尺寸。
（4）研究不同類型仿形機(jī)構(gòu)和地形對(duì)割臺(tái)仿形效果的影響規(guī)律，研究確定仿形裝置類型和結(jié)構(gòu)尺寸。
（5）根據(jù)結(jié)構(gòu)和工作要求設(shè)計(jì)確定傳動(dòng)方案、傳動(dòng)比和總的功耗。
1.3.2 研究方法
（1）利用檢索方法迸行中外文獻(xiàn)資料收集。
（2）國(guó)內(nèi)外部分牧草收獲機(jī)械調(diào)查研究。
（3）利用機(jī)械設(shè)計(jì)理論進(jìn)行計(jì)算。
（4）利用計(jì)算機(jī)軟件(AutoCAD和CAXA實(shí)體設(shè)計(jì))進(jìn)行設(shè)計(jì)，繪制圖紙。
1.4 本課題機(jī)器設(shè)計(jì)參數(shù)
該課題所研制的牧草收割機(jī)將達(dá)到下列技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：
（1）割刀往返次數(shù)1700次/min；
（2）切割器的切割速度≥1.6m/s；
（3）機(jī)器作業(yè)速度≥11.5km/h；
（4）牧草收獲總損失率≤1.5％；
（5）收割牧草的平均割茬高度≤10cm；
（6）純工作時(shí)間生產(chǎn)率為26畝/h；
（7）割幅≤166cm；
（8）使用可靠性系數(shù)≥O.92；
（9）動(dòng)力消耗≤30kW/m；
（10）牧草品種為紫花苜蓿。
2 割草壓扁機(jī)整體方案的確定
2.1 收獲對(duì)象的特點(diǎn)及其對(duì)割草壓扁機(jī)機(jī)械性能的要求
2.1.1 收獲對(duì)象的特點(diǎn)
收獲對(duì)象為紫花苜蓿，紫花苜蓿是世界上栽培最早、面積最廣，最重要的飼草原料之一，它屬于豆科牧草，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)中粗蛋白含量為15%～25%，相當(dāng)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，具有很好的飼用價(jià)值，可做精飼料作用品。苜蓿這類含有較多的膠體性物質(zhì)和較少的碳水化合物，不適合青貯，收割后如果不采取任何措施而自然干燥，容易受到微生物的作用而腐敗變質(zhì)，使動(dòng)物的適口性變差，因此，苜蓿收獲需采用割草壓扁機(jī)來進(jìn)行收獲。
2.1.2 收獲對(duì)象對(duì)割草壓扁機(jī)機(jī)械性能的要求
為滿足紫花苜蓿的收獲要求，所設(shè)計(jì)的割草壓扁機(jī)應(yīng)滿足以下技術(shù)要求：
（1）適時(shí)收獲。由于紫花苜蓿的最佳收割時(shí)間為孕蕾期，這個(gè)時(shí)間只有10～15天，收獲過早會(huì)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(yíng)養(yǎng)成分，降低適口性，降低產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)還會(huì)影響苜蓿的次年生長(zhǎng)。
（2）為提高牧草收獲量，割茬高度適當(dāng)。在不影響下一階段或者第二年生長(zhǎng)的情況下，應(yīng)盡量降低割茬的高度，因此，切割器應(yīng)緊貼地面，并能夠很好的適應(yīng)地形的起伏變化。
（3）由于牧草稠密多汁需要低割，因此，切割器的切割速度要比收割谷物時(shí)要快。往復(fù)式割草機(jī)割刀運(yùn)動(dòng)的平均速度為1.6～2.0m/s，紫花苜蓿的最低切割速度要大于1.6m/s。
（4）壓扁輥的壓力要適中。對(duì)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(huì)導(dǎo)致葉子干燥過快，當(dāng)莖桿晾干時(shí)葉子會(huì)從桿上脫落，從而造成苜蓿營(yíng)養(yǎng)損失。
（5）在天然牧場(chǎng)工作時(shí)，割草壓扁機(jī)的工作條件比較惡劣，刃口應(yīng)具有自磨性能（采用齒紋刃），刀具應(yīng)具有保護(hù)裝置。
（6）割下來的牧草能均勻鋪放在地面上，且厚度應(yīng)適當(dāng)，易于干燥。
（7）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維修方便，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)先進(jìn)。
2.2 方案的確定
割草壓扁機(jī)按照切割部件的結(jié)構(gòu)分類，可分為往復(fù)式切割壓扁機(jī)和圓盤式切割壓扁機(jī)；按照行走動(dòng)力驅(qū)動(dòng)方式分類，可分為自走式、牽引式、懸掛式；按照壓扁方式進(jìn)行分類，有橡膠輥、鋼輥和捶片式之分。根據(jù)上述牧草對(duì)切割壓扁機(jī)性能的要求，收集、分析以往使用經(jīng)驗(yàn)以及國(guó)外同類產(chǎn)品最新技術(shù)資料的基礎(chǔ)上，借鑒了其它切割壓扁機(jī)的設(shè)計(jì)原理方案，確定了該割草壓扁機(jī)的設(shè)計(jì)方案和總體結(jié)構(gòu)，包括動(dòng)力機(jī)構(gòu)、動(dòng)力傳送系統(tǒng)、控制機(jī)構(gòu)以及刀頭裝置等。
其工作原理為：割草壓扁機(jī)結(jié)合動(dòng)力時(shí)，通過減速器和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)撥禾輪、切割器以及壓扁輥轉(zhuǎn)動(dòng)。隨著拖拉機(jī)的前進(jìn)，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(tái)，同時(shí)將切割器割下的牧草通過導(dǎo)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四輪車的車輪中間，完成收獲的全過程。
3 立式割臺(tái)的設(shè)計(jì)
割臺(tái)是苜蓿壓扁收獲機(jī)的重要組成部分，是機(jī)器的核心部件之一。本割臺(tái)采用立式，具有以下功能：苜蓿切斷、輸送，壓扁，給輸送裝置輸入動(dòng)力，給輸送裝置、壓扁裝置提供安裝平臺(tái)。
立式割臺(tái)主要部件包括切割器、分禾撥禾器、壓扁輥，輸送器，提升裝置。
4 割草壓扁機(jī)撥禾裝置的設(shè)計(jì)研究
損失率是衡量牧草收獲質(zhì)量的最主要的一項(xiàng)指標(biāo)。損失率是評(píng)價(jià)收獲質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。撥禾輪位于割臺(tái)前方，它功能是及時(shí)的把要切割的飼草莖稈向切割器方向引導(dǎo)，在收獲倒伏作物時(shí)，要在引導(dǎo)過程中將其扶正；在切割器切割作物時(shí)，扶持禾桿、防止傾倒，以順利完成切割，最后由撥禾輪上的彈齒和撥禾板把割斷的牧草及時(shí)推向壓扁輥，以免牧草堆積在切割器上，防止堵刀影響下階段的切割。因此，撥禾輪系統(tǒng)能降低牧草損失率、提高工作質(zhì)量和效率。
4.1 撥禾輪的類型
撥禾輪按結(jié)構(gòu)的不同可分為普通式和偏心式。
（1）普通式撥禾輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量相對(duì)較輕，制造成本較低，大多數(shù)應(yīng)用于割曬機(jī)及中小型聯(lián)合收割機(jī)上，但其對(duì)倒伏作物的適應(yīng)能力較差，對(duì)收獲作物的打擊嚴(yán)重。它由撥板、輻條、拉筋、軸和軸承、支臂及支桿等組成。工作時(shí)，撥禾輪相對(duì)機(jī)器作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，撥板則起到撥禾、扶禾切割和撥送禾稈的作用。
圖4-1 普通式撥禾輪 圖4-2 偏心式撥禾輪
（2）偏心撥禾輪它由帶彈齒的管軸、主輻條（左、右兩組）、輻盤、副輻條、偏心盤、偏心吊桿、支承滾輪和調(diào)節(jié)桿等組成。
有關(guān)試驗(yàn)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％。該割草壓扁機(jī)采用偏心式撥禾輪。
圖4-3 偏心撥禾輪工作原理圖
1.軸管 2.副輻條 3.偏心輻盤 4.輻盤 5.主輻條
偏心撥禾輪結(jié)構(gòu)及工作原理
a．偏心撥禾輪的組成：1.管軸2.劇輻條3．偏心輻盤4.輻盤5．主輻條有軸孔。
b．撥禾輪工作原理是，彈齒隨機(jī)器前進(jìn)直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)又繞撥禾輪軸座回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此撥禾輪彈齒相對(duì)地面生長(zhǎng)的作物是兩種暈的的合成。為了使彈齒進(jìn)入禾從后面對(duì)作物有后撥的作用，運(yùn)動(dòng)絕對(duì)速度應(yīng)該向后，即撥禾輪彈齒的圓周速度大于機(jī)器前進(jìn)的速度，運(yùn)動(dòng)軌跡應(yīng)為余擺線。撥禾輪回轉(zhuǎn)的圓周速度與機(jī)器前進(jìn)速度的比值為。當(dāng)機(jī)器作業(yè)時(shí)，即能保持平移的彈齒插入作物，扶持適量的莖干，同時(shí)切斷莖干以避免對(duì)作物的打擊和回帶作用。
同時(shí),撥齒的方向始終是垂直插入草中，水平將草撥向后方，通過旋轉(zhuǎn)將牧草撥入切割器割斷，并將已割苜蓿推向壓扁輥。
4.2 撥禾輪的工作原理和參數(shù)確定
4.2.1 撥禾板的運(yùn)動(dòng)分析
撥禾板是撥禾輪的主要工作部件，撥禾輪工作時(shí)，撥板隨機(jī)器前進(jìn)直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)又繞撥禾軸作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此撥禾輪撥板相對(duì)地面生長(zhǎng)的作物是這兩種運(yùn)動(dòng)的合成。為了使撥板進(jìn)入禾叢后對(duì)谷物有向后撥送作用，運(yùn)動(dòng)絕對(duì)速度應(yīng)向后，即撥禾輪撥齒的圓周線速度大于機(jī)器的前進(jìn)速度，其運(yùn)動(dòng)軌跡為余擺線。撥禾輪回轉(zhuǎn)的圓周速度與機(jī)器前進(jìn)速度之比為撥禾速比，用λ表示。其線環(huán)寬度因A值大小而改變：λ值越大，撥板引導(dǎo)和扶持作物的功能越強(qiáng)，割臺(tái)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(shí)打擊作物力量過；反之，
圖4-4 偏心撥禾輪撥齒運(yùn)動(dòng)軌跡 圖4-5 撥齒的運(yùn)動(dòng)分析
λ值越小則線環(huán)越小，撥禾能力越弱，增加了收割臺(tái)的損失。若λ=1時(shí)，則線環(huán)寬度為零，這時(shí)撥禾板不能起撥禾作用。撥禾板軌跡可用方程表示，設(shè)以撥禾輪軸心0I對(duì)地面的投影點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)0，以地面線沿前進(jìn)方向?yàn)閤軸，以過原點(diǎn)向上垂線為Y軸建立直角坐標(biāo)系。并令撥板由水平位置開始逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，則壓板端點(diǎn)的坐標(biāo)方程為：
式中 —撥禾輪半徑，305mm；
—機(jī)器前進(jìn)速度，2.15～4.16m/s；
—撥禾輪角速度，14.95rad/s；
—撥板由水平轉(zhuǎn)過的時(shí)間；
—撥禾輪安裝高度，564mm；
—割茬高度，80mm。
故，將各個(gè)數(shù)值代入公式得：
取上式對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，得到撥板水平分速度及豎直分速度隨撥板水平轉(zhuǎn)過的時(shí)間的方程式：
4.2.2 撥禾輪對(duì)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(duì)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(shí)，
其絕對(duì)速度垂直向下，也就是說撥齒進(jìn)入禾
叢時(shí)其水平分速度應(yīng)為零()，即：
移項(xiàng)得 圖4-6 撥禾輪高度分析
滿足此條件的撥禾輪安裝高度可由下式導(dǎo)出
而為牧草的自然高度，則上式可寫成
式中 —撥禾輪半徑，305mm
—作物高度(500—600mm)
—割茬高度，80mm。
則撥禾輪的安裝高度為564—664mm，可通過改變調(diào)節(jié)桿的在撥禾輪架上的位置來進(jìn)行調(diào)整。
撥禾輪高度除滿足上述條件(撥齒入禾叢時(shí)水平分速度為零)外，還應(yīng)使撥板轉(zhuǎn)豎直狀態(tài)時(shí)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(shí)際工作中，由于作物條件多變，往往上述兩項(xiàng)要求難以同時(shí)都得到滿足，則需要根據(jù)當(dāng)時(shí)作物狀況確定主、次要求進(jìn)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4-7所示。撥齒由vx=0之點(diǎn)進(jìn)入禾叢，隨后將禾桿撥入切割器，當(dāng)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(tái)，撥齒對(duì)禾桿的運(yùn)動(dòng)為圓弧軌跡)將禾桿推向割臺(tái)。由此分析可知，撥齒的作用范圍硝是線環(huán)寬度的一半，即：
（為線環(huán)寬度）
撥禾輪前后位置對(duì)收獲倒伏作物和向割臺(tái)推
送己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(duì)倒伏
作物的扶起作用較大，但對(duì)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(shí)要根據(jù)情況靈活掌握。
一般來說．收獲直立作物時(shí)，撥禾輪軸應(yīng)位
于割刀正上方附近，收獲順向倒伏作物時(shí)，
應(yīng)將撥禾輪前移并適當(dāng)降低高度，收獲逆向 圖4-7 偏心撥禾輪撥禾范圍分析
倒伏作物時(shí)，應(yīng)將撥禾輪稍許后移，防止撥
禾板將倒伏作物推壓到割臺(tái)下面。撥禾輪的前后位置調(diào)整，可通過移動(dòng)撥禾輪在支架上的安裝位置來實(shí)現(xiàn)。
4.2.3 撥禾輪直徑的確定
撥禾輪直徑，系根據(jù)撥板進(jìn)入禾叢時(shí)其
水平分速度為零及支持切割時(shí)撥板作用在禾桿重
心稍上方的兩個(gè)條件而確定。從圖4-8可以看出
下列關(guān)系式：
式中 —撥禾輪半徑
—作物高度（500～600mm）
—割茬高度（80mm） 圖4-8 撥禾輪直徑的確定
因此
式中：—撥禾輪直徑
—撥禾速比，
將最大值600mm代入上式得撥禾輪的最大直徑，因偏心撥禾輪的撥齒較長(zhǎng)(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(jì)算值為小，故取撥禾輪直徑為610mm。
5 割草壓扁機(jī)切割系統(tǒng)的分析研究
5.1 切割器的選擇
切割器的性能應(yīng)滿足如下要求，即切割順利、割茬整齊、無(wú)漏割、不堵刀、震動(dòng)小、功率消耗小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和適應(yīng)性廣。根據(jù)切割器結(jié)構(gòu)及工作原理的不同可分為：往復(fù)式、圓盤式、甩刀式等。
（1）往復(fù)式切割器。其割刀作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，適應(yīng)性較廣是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外收獲機(jī)械上應(yīng)用最廣泛的一類切割器，基本上已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。它能適應(yīng)一般或較高作業(yè)速度（6～10km/h）的要求，工作質(zhì)量較好，通常切割速度為1.6～2m/s，對(duì)于高速作業(yè)的割草機(jī)切割速度可以達(dá)到2m/s以上。
（2）圓盤式切割器。圓盤式切割器的割刀在水平面（或有少許傾斜）內(nèi)作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因而運(yùn)轉(zhuǎn)較平穩(wěn)，振動(dòng)較小。圓盤式切割器的割刀圓周速度較高為25～50m/s, 可適應(yīng)10～25km/h的高速作業(yè)，最低割茬可達(dá)3～5cm，工作可靠性較強(qiáng)，慣性力易平衡，震動(dòng)較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但其功率消耗較大、回轉(zhuǎn)半徑較小、不適合寬幅切割。近年來在牧草收割機(jī)上多采用雙盤或多組圓盤式切割器，因此圓盤式切割器在割草機(jī)上應(yīng)用的越來越多。
（3）甩刀式切割器。該切割器的刀片鉸鏈在水平橫軸的刀盤上，在垂直平面（與前進(jìn)方向平行）內(nèi)回轉(zhuǎn)。利用刀片的線速度以無(wú)支撐切割原理切割植株，割刀線速度達(dá)50～90m/s，切割能力較強(qiáng)，適用于高速作業(yè)，割茬也較低。多用于青飼收獲和草坪割草，目前在飼草收獲中應(yīng)用范圍較小。
往復(fù)式切割器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、適應(yīng)能力強(qiáng)、作業(yè)幅寬大、縱向尺寸小。往復(fù)式割草壓扁機(jī)所需拖拉機(jī)配套動(dòng)力相對(duì)較小，幅寬可選擇范圍大，機(jī)械造價(jià)相對(duì)較低，投資較小，所以割草壓扁機(jī)選用往復(fù)式切割器。
5.1.1往復(fù)式切割器的構(gòu)造
往復(fù)式切割器由往復(fù)運(yùn)動(dòng)的割刀和固定不動(dòng)的支承部分組成。割刀由刀桿、動(dòng)少J片和刀桿頭等鉚合而成。刀桿頭與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相連接，用以傳遞割刀的動(dòng)力。固定部分包括護(hù)刃器梁、護(hù)刃器、鉚合在護(hù)刃器上的定刀片、壓刃器和摩擦片等。工作時(shí)割刀作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其護(hù)刃器前尖將谷物分成小束并引向割刀，割刀在運(yùn)動(dòng)中將禾稈推向定刀片進(jìn)行剪切。
（1）動(dòng)刀片:它是主要切割件,兩側(cè)為刀刃。刀刃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，工作中需經(jīng)常磨刀。齒紋刃刀片則不需磨刀，雖切割阻力較大，但使用較方便。在谷物收割機(jī)和聯(lián)合收獲機(jī)上多采用齒紋刃。而牧草收割機(jī)由于牧草密、濕，切割阻力較大，多采用光刃刀片。刀刃的刃角i對(duì)切割阻力和使用壽命影響大，當(dāng)刃角i由增至度時(shí)，切割阻力增加15%。刃角太小時(shí)，刀刃磨損快，而且容易崩裂，工作不可靠。一般取刃角為。齒紋刃刀片的刃角i=。光刃刀片為使其磨刀后刃部高度不變，刀片前端頂寬b，一般b=14-16mm，齒紋刃刀片其b值較小些。刀片一般用工具鋼 (T8.T9)制成，刃部經(jīng)熱處理，熱處理寬度為10-15mm,淬火帶硬度為HRC50-60，非淬火區(qū)不得超過HRC35。刀片厚度為2-3mm。每厘米刀刃長(zhǎng)度上有6-7個(gè)齒，刀刃厚度不超過0.15mm。
（2）定刀片:定刀片為支承件，一般為光刃，但當(dāng)動(dòng)刀片采用光刃時(shí)，為防止莖稈向前滑出也可采用齒刃。國(guó)外部分機(jī)器護(hù)刃器上沒有定刀片，由鍛鋼護(hù)刃器支持面起支承切割的作用。
（3）護(hù)刃器:護(hù)刃器的作用是保持定刀片的正確位置、保護(hù)割刀、對(duì)禾稈進(jìn)行分束和利用護(hù)刃器上舌與定刀片構(gòu)成兩點(diǎn)支承的切割條件等。其前端呈流線形并少許向上或向下彎曲，后部有刀桿滑動(dòng)的導(dǎo)槽。護(hù)刃器一般為可鍛鑄鐵或鍛鋼、鑄鋼等制成，可鑄成單齒一體，或雙齒一體或三齒一體。單齒一體損壞后易于更換，但安裝和調(diào)節(jié)較麻煩，現(xiàn)多采雙齒護(hù)刃器。
（4）壓刃器:為了防止割刀在運(yùn)動(dòng)中向上抬起和保持動(dòng)刀片與定刀片正確的剪切間隙(前端不超過0-0.5mm，后端不大于1一1.5mm)，在護(hù)刃器梁上每隔30-50厘米裝有壓刃器(在割草機(jī)上每間隔20-30厘米)。它為一沖壓鋼板或韌鐵件，能彎曲變形以調(diào)節(jié)它與割刀的間隙。
（5）摩擦片:部分切割器在壓刃器下方裝有摩擦片，用以支承割刀的后部使之具有垂直和水平方向的兩個(gè)支承面，以代替護(hù)刃器導(dǎo)槽對(duì)刀桿的支承作用。當(dāng)摩擦片磨損時(shí)，可增加熱片使摩擦片抬高或?qū)⑵湎蚯耙苿?dòng)。裝有摩擦片的切割器，其割刀間隙調(diào)節(jié)較方便。
（6）護(hù)刃器間距：護(hù)刃器起著保護(hù)刀片和引力莖稈的作用，往復(fù)式切割器切割莖稈分兩個(gè)過程，首先是被動(dòng)力刀片推至護(hù)刃器間隔中間產(chǎn)生橫向彎曲；其次是隨機(jī)器前進(jìn)產(chǎn)生縱向彎曲，這都會(huì)使切割力增加，而莖稈切割最大彎曲取決于護(hù)刃器間隔，間隔以大于68.3mm為宜，故取72mm。
（7）動(dòng)刀片間隔 動(dòng)刀片間隔取決于刀片尺寸和切割速度。英雌優(yōu)化設(shè)計(jì)了刀片結(jié)構(gòu)尺寸。達(dá)到了增加切割速度以減少切割阻力的目的。
5.1.2割刀傳動(dòng)系統(tǒng)
傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖5-1所示，該機(jī)構(gòu)屬于曲柄搖桿一搖桿滑塊機(jī)構(gòu)，ABC是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，DEF為搖桿滑塊機(jī)構(gòu)。當(dāng)曲柄均勻回轉(zhuǎn)時(shí)，割刀動(dòng)刀片作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成切割任務(wù)。在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中已獲應(yīng)用擺塊軸承座連接為球頭鉸鏈或球面軸承。
曲柄應(yīng)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，正常工作轉(zhuǎn)速是500r/min。該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在搖桿擺動(dòng)的兩極限位置的連線應(yīng)通過曲柄的回轉(zhuǎn)中心，這樣的傳動(dòng)布置能使割刀在往返行程的平均速度相等，對(duì)割刀傳動(dòng)有利。搖桿擺動(dòng)角度的大小，對(duì)割刀的加速度顯然有較大的影響，當(dāng)其他的參數(shù)一定時(shí)，搖桿擺角越大，割刀加速度越大，會(huì)引起割臺(tái)較大的振動(dòng)，應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)。
圖5-1 割刀的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)原理圖
5.1.3 往復(fù)式切割器參數(shù)分析
往復(fù)式切割器必須要有一定的切割速度才能對(duì)飼草順利切割。切割速度太低，切割沖擊力不夠，會(huì)導(dǎo)致割茬不齊或割不斷莖稈而堵刀；反之，雖然切割阻力變小，但割刀慣性力增大，會(huì)引起機(jī)組劇烈震動(dòng)。故切割速度要適宜。
往復(fù)式切割器基本上已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，切割器分為三種型式:
（1）Ⅰ型切割器：其，動(dòng)刀片為光刃，刀片水平傾角為，護(hù)刃器為單齒，設(shè)有摩擦片。用于割草機(jī)。
（2）Ⅱ型切割器：其，動(dòng)刀片為紋齒刃，護(hù)刃器為雙齒，設(shè)有摩擦片。用于玉米聯(lián)合收割機(jī)。
（3）Ⅲ型切割器：其，動(dòng)刀片為齒紋刃，護(hù)刃器為雙齒，無(wú)摩擦片。用于玉米聯(lián)合收割機(jī)。
所以苜蓿壓扁收獲機(jī)，選用往復(fù)式Ⅰ型切割器。
5.1.4 影響往復(fù)式切割器工作的因素
割刀進(jìn)距會(huì)影響切割圖中重割區(qū)及漏割區(qū)的面積，當(dāng)進(jìn)距增大時(shí)，切割圖變長(zhǎng)，漏割區(qū)增加，而重割區(qū)減少;反之，則相反。此外，動(dòng)刀片的刃部高度也影響到切割圖的形狀。刃部高度增大時(shí)，漏割區(qū)減小，而重割區(qū)增加;反之，則相反。由于現(xiàn)在使用于聯(lián)合收割機(jī)上的切割器都己標(biāo)準(zhǔn)化，所以本文主要討論割刀進(jìn)距 (即機(jī)器前進(jìn)速度和割刀曲柄轉(zhuǎn)速)對(duì)往復(fù)式切割器的工作性能影響。
5.1.5 切割器的參數(shù)分析與選取
切割速度Vc與進(jìn)給速度Vm，它們之間的關(guān)系用臨界切割速度比來描述，由運(yùn)動(dòng)關(guān)系可知道，要想運(yùn)動(dòng)的兩道之間即不重割，也不漏割則要使前刀尖A和后刀尖B的運(yùn)動(dòng)軌跡重合此時(shí)的切割速度Vcp與進(jìn)給速度Vap的比值臨界切割速度比λp
而，，將其代入整理后得
式中：—刃間節(jié)數(shù)，即相鄰兩動(dòng)刀刃間的鏈節(jié)個(gè)數(shù)取偶數(shù)；
—鏈節(jié)距，mm；
—?jiǎng)拥队行懈罡叨?，mm；
—滑切角，大約30°。
這些參數(shù)均為切割器的基本參數(shù)，符合設(shè)計(jì)的要求。
圖5-2 割刀示意圖
5.2 切割壓扁機(jī)壓扁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究
5.2.1 壓扁機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
苜蓿葉子小、莖桿粗，葉子與莖桿的水分蒸發(fā)不一致時(shí)，會(huì)出現(xiàn)葉子風(fēng)干現(xiàn)象，使葉子從莖桿上脫落，造成草質(zhì)量損失。為了解決這一問題，我們?cè)O(shè)計(jì)了壓扁系統(tǒng)，把割下的苜蓿的莖桿及時(shí)壓扁或壓裂，使充滿汁液的植物細(xì)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(yīng)的作業(yè)費(fèi)用、能量消耗以及縮短青貯飼料所需的時(shí)間。
5.2.2 壓扁機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定
壓扁輸送機(jī)構(gòu)裝在收割臺(tái)的中下方，壓扁輥的
結(jié)構(gòu)如圖5-3所示。其工作部件是由兩個(gè)水平的、
彼此作相對(duì)方向轉(zhuǎn)動(dòng)的人字型橡膠擠壓輥及擺動(dòng)梁
組成。上壓草輥(直徑為Φ180mm)安裝于擺動(dòng)粱上，
擺動(dòng)梁一端用鉸鏈固定于機(jī)架立柱上，另一端用彈
簧拉緊，彈簧拉力在300～350N，將擺動(dòng)梁拉壓于焊 圖5-3 壓輥結(jié)構(gòu)
在立柱上的定位檔塊上。下壓草輥(直徑為Φ200mm)采用可調(diào)滑塊機(jī)構(gòu)，使滑塊在導(dǎo)軌內(nèi)上、下滑動(dòng)，根據(jù)進(jìn)草量自動(dòng)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 (可調(diào))，當(dāng)牧草通過
此處時(shí)，草稈被碾壓而向后順利輸送。
5.2.3 壓扁輥技術(shù)性能分析
紫花苜蓿莖稈長(zhǎng)(500mm～600mm)，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(huì)被捋掉或纏繞。針對(duì)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(zhǎng)度不大于輥周長(zhǎng)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(guān)。所以，牧草長(zhǎng)度小于壓扁輸送輥周長(zhǎng)不易發(fā)生纏繞。
5.3 束草裝置的設(shè)計(jì)
經(jīng)過壓扁輸送輥壓扁的牧草即將鋪放于機(jī)具的后
面，鋪放寬度如不規(guī)范，拖拉機(jī)的輪胎將會(huì)碾壓在草
上，造成部分牧草粘土，由此會(huì)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(shè)計(jì)束草
裝置如圖5-4所示。束草裝置由束草架和束草板兩部分
構(gòu)成，并安裝于割草壓扁機(jī)機(jī)架上。為達(dá)到束草效果， 圖5-4 束草裝置
束草板傾斜一定角度焊接在束草架上，使得兩側(cè)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(jī)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(800mm)不大于拖拉機(jī)輪距內(nèi)側(cè)距離，以便利牧草的收集。
6 割草壓扁機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的分析研究
6.1 傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及主軸轉(zhuǎn)速確定
6.1.1 傳動(dòng)系統(tǒng)的方案的設(shè)計(jì)
由于割草壓扁機(jī)要完成撥禾、切割、壓扁等對(duì)牧草收獲復(fù)式作業(yè)，傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，要求結(jié)構(gòu)緊湊，功率消耗低，工作運(yùn)行平穩(wěn)。為此，根據(jù)割草壓扁機(jī)的撥禾輪傳動(dòng)部分、切割傳動(dòng)部分和壓扁傳動(dòng)部分的要求完成的工作及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并參照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選定如圖的傳動(dòng)系統(tǒng)。
傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理
圖6-1 傳動(dòng)工作原理圖
在苜蓿壓扁收獲中，一系列的要完成：撥禾，切割，壓扁，鋪成條狀。所以要求設(shè)計(jì)緊湊消耗少，以及達(dá)到平衡等。 動(dòng)力由拖拉機(jī)輸出。由撥禾輪4將苜蓿撥倒，通過往復(fù)式割刀進(jìn)行切割，牧草堆積到集草平面，上下壓扁輥轉(zhuǎn)動(dòng)，擠壓牧草，最后鋪放成條。
6.1.2 切割器的轉(zhuǎn)速確定
苜蓿植株較矮，莖干水分較多，所以收割時(shí)要求低割且需要的載荷較大，所以收割機(jī)要求割刀轉(zhuǎn)速快，割茬低，一邊切割速度要到7～20m/s，切割器轉(zhuǎn)速n=580r/min。
6.2 傳動(dòng)比及參數(shù)的確定
收割機(jī)在工作狀態(tài)下，要完成撥禾、切割、壓扁和鋪放成條這一系列的工作，為了滿足割草壓扁機(jī)的工作要求，撥禾速度、切割速度和壓扁速度，則要求合理的傳動(dòng)比。
6.2.1 切割系統(tǒng)的傳動(dòng)比的確定
20馬力拖拉機(jī)柴油機(jī)輸出皮帶輪的轉(zhuǎn)速=2200r/min，功率是15kw，帶動(dòng)割草壓扁機(jī)上的皮帶輪傳動(dòng)，傳動(dòng)比為：
其中--割草壓扁機(jī)上皮帶輪的直徑
--柴油機(jī)輸出皮帶輪的直徑
動(dòng)力通過轉(zhuǎn)速箱后，傳遞給切割器的主動(dòng)軸，到達(dá)減速箱轉(zhuǎn)速
所以傳動(dòng)比i為：
式中，根據(jù)相似設(shè)計(jì)法和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，?。?
式中：—小斜齒輪的齒數(shù)
—大斜齒輪的齒數(shù)
—小錐齒輪的齒數(shù)
—大錐齒輪的齒數(shù)
取，，，.可得中間齒軸上的轉(zhuǎn)速，切割器主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到要求。
由于軸的選材為Q235號(hào)鋼，所以查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知Q235的許用扭切應(yīng)力為，，。經(jīng)校核設(shè)計(jì)的軸符合要求，可發(fā)以正常工作。
6.2.2 壓扁系統(tǒng)傳動(dòng)比的確定
為了解決牧草的壓扁的干燥，從而設(shè)計(jì)壓扁輸送機(jī)構(gòu)。切割器的切割速度較高，避免切割牧草的堆積，所以壓扁速度應(yīng)該較高些。壓扁輥主軸的轉(zhuǎn)速應(yīng)該是機(jī)器前進(jìn)速度的三倍以上，
式中：—上壓輥齒輪輪齒數(shù)
—輸入軸齒輪的齒數(shù)
—上壓扁輥轉(zhuǎn)速
由上式可求得上壓扁輥轉(zhuǎn)速。由于上、下壓扁輥的圓周速度相同，即：
上壓輥 = 下壓輥 =
由公式得下壓輥鏈輪的轉(zhuǎn)速為：
下壓輥鏈輪的傳動(dòng)比：
式中：—下壓輥鏈輪齒數(shù)
—下壓輥轉(zhuǎn)速
由上式可以得出下壓輥鏈輪齒數(shù)
6.2.3 撥禾輪傳動(dòng)比的確定
苜蓿被撥入割臺(tái)后，則需要及時(shí)的到達(dá)壓扁輥，一般撥禾的轉(zhuǎn)速不超過150r/min，鏈輪的傳動(dòng)比不能大于7。
式中：。，由此可以得出撥禾帶的轉(zhuǎn)速
6.3 功率需求和傳動(dòng)效率的確定
苜蓿壓扁收獲機(jī)的功率包括切割器的切割功率，撥禾功率，壓扁系統(tǒng)的壓扁功率。
6.3.1 切割系統(tǒng)的功率消耗
使刀片能最大限度的切割，取割副大約1.6m。所以鏈輪的圓周力為：
所以，切割需要的功率為：
動(dòng)力由皮帶過帶輪傳遞給切割系統(tǒng)，取皮帶的傳動(dòng)效率，斜齒圓柱齒輪的傳動(dòng)效率，錐齒圓柱齒輪的傳動(dòng)效率為，帶輪的傳動(dòng)效率?？傻每傂蕿椋?
所以切割系統(tǒng)的功率
6.3.2 壓扁系統(tǒng)功耗及傳動(dòng)效率
由于牧草莖、葉干燥速度不一樣，所以設(shè)計(jì)人字型壓扁輥將切割的牧草及時(shí)均勻壓扁。壓輥的壓力根據(jù)經(jīng)驗(yàn)為0.39N/mm。
所以功率：
式中：—壓輥長(zhǎng)度（1200mm）
—壓輥壓力（0.39N/mm）
—上下壓輥接觸點(diǎn)（8.12m/s）
由于壓扁系統(tǒng)是由減速箱輸入軸上的鏈輪帶動(dòng)的，所以壓扁系統(tǒng)傳動(dòng)效率為：
所以，壓扁系統(tǒng)的功率為
6.3.3 撥禾系統(tǒng)功率及傳動(dòng)效率
撥禾系統(tǒng)所需要的功率較小，其計(jì)算公式是：
式中：—撥禾輪的單位寬度切向力，經(jīng)驗(yàn)為40
—撥禾輪的寬度，約為1.55
—撥禾輪的圓周速度，4.56
所以可以得出
撥禾系統(tǒng)是由減速箱輸出軸上的帶輪帶動(dòng)，總傳遞效率取皮帶傳動(dòng)效率，直齒圓柱齒輪的傳動(dòng)效率，錐齒圓柱齒輪的傳動(dòng)效率，所以傳遞給撥禾輪的總效率：
則撥禾系統(tǒng)的功率為
6.3.4 切割壓扁機(jī)所需的總功率
切割壓扁機(jī)所需的總功率
即：
6.4 傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算
6.4.1 主動(dòng)軸傳出的皮帶輪組
小帶輪轉(zhuǎn)速2400r/min，大帶輪轉(zhuǎn)速2100r/min,。
（1）V帶型號(hào)的選擇：V帶型號(hào)應(yīng)根據(jù)計(jì)算功率和小帶輪轉(zhuǎn)速來選取，。計(jì)算功率是根據(jù)傳遞的功率，并考慮載荷的性質(zhì)以及每天運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的長(zhǎng)短等因素來確定的。
（1）
式中：—計(jì)算功率，；
—傳遞的額定功率，；
—工作情況系數(shù)。
其中： =，，則計(jì)算出=。
（2）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑、：初選主動(dòng)帶輪的基準(zhǔn)直徑。根據(jù)V帶型號(hào)，選取1為B型140mm，則根據(jù)傳動(dòng)比算出=160mm。
（3）確定中心距和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度：根據(jù)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)需要初定中心距。
（2）
則最小=210mm。
確定后，由帶傳動(dòng)幾何關(guān)系，按下式計(jì)算所需帶的基準(zhǔn)帶長(zhǎng)：
（3）
得出=891.48。根據(jù)選取和最相近的V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度，則=900mm。再根據(jù)來計(jì)算實(shí)際中心距。由于V帶傳動(dòng)的中心距是可以調(diào)整的，故可采用下式做近似計(jì)算：
（4）
計(jì)算得最小中心距=214mm。
（4）驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角：
（5）
計(jì)算得=，符合要求。
（5）確定帶的根數(shù)
（6）
式中：——包角系數(shù)，考慮包角不同時(shí)的影響系數(shù)；
——長(zhǎng)度系數(shù)，考慮帶的長(zhǎng)度不同時(shí)的影響系數(shù)；
——單根V帶所能傳遞的功率，；
——單根V帶時(shí)的功率增量，。
計(jì)算得=2根。
6.4.2 減速軸到壓扁輸送輥的皮帶輪組
小帶輪轉(zhuǎn)速558.5r/min，傳動(dòng)比2.5，則大帶輪轉(zhuǎn)速為233r/min。
（1）=2，根據(jù)公式（1）可得 。
（2）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑、：初選主動(dòng)帶輪的基準(zhǔn)直徑。根據(jù)V帶型號(hào)，選取為A型112mm，則根據(jù)傳動(dòng)比算出=280mm。
（3）確定中心距和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度：根據(jù)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)需要初定中心距。
據(jù)式（2）計(jì)算可得=275mm。
確定后，由帶傳動(dòng)幾何關(guān)系，按下式計(jì)算所需帶的基準(zhǔn)帶長(zhǎng)：
根據(jù)式（3）得=1191mm，根據(jù)選取和最相近的V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度，則=1250mm。再根據(jù)來計(jì)算實(shí)際中心距。由于V帶傳動(dòng)的中心距是可以調(diào)整的，根據(jù)式（4）得最小中心距=305mm。
（4）驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角：根據(jù)式（5）得：，符合要求。
（5）確定帶的根數(shù)：根據(jù)式（6）計(jì)算得：=根。
6.4.3 動(dòng)軸到撥禾輪的帶輪組
小帶輪轉(zhuǎn)速533r/min，則大帶輪轉(zhuǎn)速為192r/min，則傳動(dòng)比為2.5。
（1）=1.6，根據(jù)公式（1）可得 =2.08。
（2）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑、：初選主動(dòng)帶輪的基準(zhǔn)直徑。根據(jù)V帶型號(hào)，選取為A型100mm，則根據(jù)傳動(dòng)比算出=278mm，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)帶輪直徑，選擇=280mm。
（3）確定中心距和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度：根據(jù)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)需要初定中心距。
根據(jù)式（2）計(jì)算可得=266mm。
確定后，由帶傳動(dòng)幾何關(guān)系，按下式計(jì)算所需帶的基準(zhǔn)帶長(zhǎng)：
根據(jù)式（3）得=1159mm，根據(jù)選取和最相近的V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度，則=1250mm。再根據(jù)來計(jì)算實(shí)際中心距。由于V帶傳動(dòng)的中心距是可以調(diào)整的，根據(jù)式（4）得最小中心距=312mm。
（4）驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角：根據(jù)式（5）得：，符合要求。
（5）確定帶的根數(shù)：根據(jù)式（6）計(jì)算得：=2根。
6.4.4 錐齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
㈠ 選精度等級(jí)、材料及齒數(shù)
（1）選用直齒圓錐齒輪
（2）精度等級(jí)選7級(jí)精度
（3）材料選擇：由表10-1選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS；
（4）選小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)
㈡按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由設(shè)計(jì)公式
①確定公式各值
（1）試選載荷系數(shù)
（2）小齒輪轉(zhuǎn)矩
（3）齒寬系數(shù)
（4）由表10-6查材料的彈性影響系數(shù)
（5）由圖10-21d，按齒面硬度查小齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限
（6）由式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
（7）由圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)，
（8）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為，安全系數(shù),由式10-12得：
②計(jì)算
（1）試算小齒輪分度圓直徑，代入中取較小值
（2）計(jì)算圓周速度
（3）計(jì)算齒寬
（4）計(jì)算齒寬與齒高之比
模數(shù)
齒高
所以
（5）計(jì)算載荷系數(shù)
①由圖10-8查動(dòng)載荷系數(shù);
②直齒輪;
③由表10-2查使用系數(shù);
④;
⑤。
（6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式（10-10a）得：
（7）計(jì)算模數(shù)
取
㈢ 按齒根彎曲強(qiáng)度校核
①;
②，，;
③查表10-5，,;
④；
⑤
，，,,,,因此：
,
因?yàn)?，所以，符合要求?
㈣ 幾何尺寸計(jì)算
①計(jì)算分度圓直徑
②計(jì)算齒輪寬
取
6.4.5 斜齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
㈠ 選精度等級(jí)、材料及齒數(shù)
（1）精度等級(jí)選7級(jí)精度；
（2）材料選擇：由表10-1選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS；
（3）選小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)；
（4）選取螺旋角、初選螺旋角。
㈡ 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由設(shè)計(jì)公式
①確定公式各值
（1）試選載荷系數(shù)
（2）由圖10-30選取區(qū)域系數(shù)
（3）由圖10-26查得，，則
（4）由表10-7，
（5）由表10-6查材料的彈性影響系數(shù)
（6）由圖10-21d，按齒面硬度查小齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限
（7）由式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
（8）由圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)，
（9）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為，安全系數(shù),由式10-12得：
②計(jì)算
（1）試算小齒輪分度圓直徑，代入中取較小值
（2）計(jì)算圓周速度
（3）計(jì)算齒寬
（4）計(jì)算齒寬與齒高之比
模數(shù)
齒高
所以
（5）計(jì)算縱向重合度
（6）計(jì)算載荷系數(shù)
①使用系數(shù);
②根據(jù)，7級(jí)精度，由圖10-8查動(dòng)載系數(shù);
③
④;
⑤。
（6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式（10-10a）得：
（7）計(jì)算模數(shù)
取
㈢ 按齒根彎曲強(qiáng)度校核
①;
②；
③查表10-5，,，由圖10-28查；
④；
⑤， ，，,,,,因此：
,
因?yàn)?，所以，符合要求?
㈣ 幾何尺寸計(jì)算
①計(jì)算中心距
將中心距圓整為154mm
②按圓整后的中心距修正螺旋角
因值改變不多，故參數(shù)、、等不必修正。
③計(jì)算分度圓直徑
④計(jì)算齒輪寬
取，
7 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
苜蓿壓扁收獲機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)中共有三個(gè)軸，分別：動(dòng)力輸入軸，中間軸，動(dòng)力輸出軸。
7.1 動(dòng)力輸入軸的設(shè)計(jì)
（1）求軸的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩
,，
（2）初步確定軸的最小直徑
先按式（15-2）初步估算軸的最小直徑，選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，根據(jù)表15-3，取,則：
取
（3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
①Ⅰ-Ⅱ軸段右端需制出一軸肩，故取，取
②初步選滾動(dòng)軸承
選單列圓錐滾子軸承，由工作要求和，初步選取0基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)單列圓錐滾子軸承30305，其尺寸為，故，，，，
③小錐齒輪內(nèi)孔，所以，小錐齒輪， ，
④擋油板，寬度，由，所以，
（4）軸上零件周向定位
軸的周向定位均采用平鍵連接，按，由表6-1查得平鍵截面，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為36mm；小錐齒輪與軸連接，選用平鍵為，為保證齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選齒輪輪轂與軸的配合為，滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。
7.2 中間軸的設(shè)計(jì)
（1）求軸的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩
,，
（2）初步確定軸的最小直徑
先按式（15-2）初步估算軸的最小直徑，選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，根據(jù)表15-3，取,則：
（3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
①取大錐齒輪內(nèi)孔，故，取小斜齒圓柱齒輪內(nèi)孔，故
②初步選滾動(dòng)軸承
選單列圓錐滾子軸承，由工作要求和，初步選取0基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)單列圓錐滾子軸承30305，其尺寸為，
③大錐齒輪，所以
④小斜齒圓柱齒輪，，
⑤擋油板，寬度，所以
⑥擋油板，寬度，所以
（4）軸上零件周向定位
由，選用平鍵，為保證齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選齒輪輪轂與軸的配合為；由，選用平鍵，為保證齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選齒輪輪轂與軸的配合為；滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。
7.3 輸出軸的設(shè)計(jì)
（1）求軸的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩
,，
（2）初步確定軸的最小直徑
先按式（15-2）初步估算軸的最小直徑，選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，根據(jù)表15-3，取,則：
（3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
①取，
②大斜齒圓柱齒輪,
③初步選滾動(dòng)軸承
選單列圓錐滾子軸承，由工作要求和，初步選取0基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)單列圓錐滾子軸承30208，其尺寸為，
④
⑤
⑥
⑦擋油板，寬度，所以
⑧取，，，
（4）軸上零件周向定位
由，選用平鍵，為保證齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選齒輪輪轂與軸的配合為；由，選用平鍵，為保證齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選齒輪輪轂與軸的配合為；滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。
（5）求作用在齒輪上的力
大斜齒輪分度圓直徑， ，則：
（6）求軸上的載荷
①首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖
②根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖
從軸的結(jié)構(gòu)圖