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苜蓿收獲機的設(shè)計
肖豆1 李傳峰1
(1. 塔里木大學(xué)機械電氣化工程學(xué)院， 阿拉爾 843300）
摘要：畜牧業(yè)的發(fā)展水平反映了一個國家的經(jīng)濟發(fā)展水平和技術(shù)的進步程度，在一些畜牧業(yè)發(fā)達國家，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)，還是一個經(jīng)濟效益很高的產(chǎn)業(yè)。但是，我國牧草收獲機械化水平低，設(shè)備陳舊不能滿足收獲需求，有時還需要人工收割，使牧草產(chǎn)量和品質(zhì)下降，缺乏牧草收獲機械，以阻礙了牧草產(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)驗以及國外同類產(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、作業(yè)工序的切割機，它的特點是采用了偏心式撥禾輪，將牧草撥入立式割臺，并及時推向壓扁輥。
本文主要是應(yīng)用機械設(shè)計方法和機械原理對割草機的全部零件進行尺寸研究設(shè)計，對主要的傳動零部件進行受力分析和強度校核計算，用Auto CAD和Solid Works設(shè)計軟件進行設(shè)計和繪圖，初步完成了整機的設(shè)計并整理出圖紙。
關(guān)鍵詞：苜蓿；割草機；往復(fù)式切割器；偏心撥禾輪
中圖分類號:TD451 文獻標(biāo)識碼：A
0引言
隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展,畜牧業(yè)早已從副業(yè)變?yōu)橹鳂I(yè),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。國內(nèi)外生產(chǎn)實踐證明，飼草生產(chǎn)要實現(xiàn)高效益可持續(xù)發(fā)展，必須滿足兩個條件：一是經(jīng)營規(guī)模足夠大；二是生產(chǎn)加工要實現(xiàn)機械化。因此大力發(fā)展我國飼草生產(chǎn)機械裝備，實現(xiàn)飼草生產(chǎn)機械化，在我國的畜牧業(yè)發(fā)展中具有特殊的地位和重要的現(xiàn)實意義。但是，牧草收獲機械化水平低，設(shè)備陳舊不能滿足收獲需求，有時還需要人工收割，使牧草產(chǎn)量和品質(zhì)下降，缺乏牧草收獲機械，已阻礙了草產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
目前，我國關(guān)于牧草收獲機械的研究正處在利用引進和自主研發(fā)階段，我國自主生產(chǎn)的割草機一般不帶壓扁輥，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)都是采用國外的機器。國外的切割壓扁機價格高，對配套條件要求高，不符合我國現(xiàn)階段的國情。
因此，考慮到我國的人工草場多為中小型的，準備設(shè)計一種能夠用中型拖拉機驅(qū)動使用的切割收獲機。
1課題研究內(nèi)容和方法
1.1研究內(nèi)容
（1） 研究不同類型的撥禾輪對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） 根據(jù)結(jié)構(gòu)和工作要求設(shè)計確定傳動方案、傳動比和總的功耗。
1.2研究方法
利用檢索方法迸行中外文獻資料收集。
國內(nèi)外部分牧草收獲機械調(diào)查研究。
利用機械設(shè)計理論進行計算。
利用計算機軟件(Auto CAD和Solid Works)進行設(shè)計，繪制圖紙。
2收獲機整體方案的確定
割草壓扁機按照切割部件的結(jié)構(gòu)分類，可分為往復(fù)式切割壓扁機和圓盤式切割壓扁機；按照行走動力驅(qū)動方式分類，可分為自走式、牽引式、懸掛式；按照壓扁方式進行分類，有橡膠輥、鋼輥和捶片式之分。根據(jù)上述牧草對切割壓扁機性能的要求，收集、分析以往使用經(jīng)驗以及國外同類產(chǎn)品最新技術(shù)資料的基礎(chǔ)上，借鑒了其它切割壓扁機的設(shè)計原理方案，確定了該割草壓扁機的設(shè)計方案和總體結(jié)構(gòu)，包括動力機構(gòu)、動力傳送系統(tǒng)、控制機構(gòu)以及刀頭裝置等。
其工作原理為：割草壓扁機結(jié)合動力時，通過減速器和傳動機構(gòu)，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撥禾輪推入壓輥，被壓扁的牧草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關(guān)鍵零件的設(shè)計
3.1撥禾輪的設(shè)計
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(yīng)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，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；反之，λ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。
3.2 往復(fù)式切割器的設(shè)計
往復(fù)式切割器由往復(fù)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(gòu)相連接，用以傳遞割刀的動力。固定部分包括護刃器梁、護刃器、鉚合在護刃器上的定刀片、壓刃器和摩擦片等。工作時割刀作往復(fù)運動，其護刃器前尖將谷物分成小束并引向割刀，割刀在運動中將禾稈推向定刀片進行剪切。
切割速度V c與進給速度V m，它們之間的關(guān)系用臨界切割速度比來描述，由運動關(guān)系可知道，要想運動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的運動軌跡重合此時的切割速度V c p與進給速度Va p的比值臨界切割速度比λ p
，，將其代入整理后得
式中：—刃間節(jié)數(shù)，即相鄰兩動刀刃間的鏈節(jié)個數(shù)取偶數(shù)；
—鏈節(jié)距，mm；
—動刀有效切割高度，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)計的要求。
3.3 壓扁機構(gòu)的設(shè)計
苜蓿葉子小、莖桿粗，葉子與莖桿的水分蒸發(fā)不一致時，會出現(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，我們設(shè)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(yīng)的作業(yè)費用、能量消耗以及縮短青貯飼料所需的時間。
由于割草壓扁機要完成撥禾、切割、壓扁等對牧草收獲復(fù)式作業(yè)，傳動系統(tǒng)的設(shè)計比較復(fù)雜，要求結(jié)構(gòu)緊湊，功率消耗低，工作運行平穩(wěn)。為此，根據(jù)割草壓扁機的撥禾輪傳動部分、切割傳動部分和壓扁傳動部分的要求完成的工作及結(jié)構(gòu)特點。
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)計緊湊消耗少，以及達到平衡等。 動力由拖拉機輸出。由撥禾輪將苜蓿撥倒，通過往復(fù)式割刀進行切割，牧草堆積到集草平面，上下壓扁輥轉(zhuǎn)動，擠壓牧草。
4總結(jié)
飼草業(yè)具有巨大的生態(tài)效益、社會效益和經(jīng)濟效益，越來越引起國家和地方的重視，但飼草量不足，質(zhì)量不高，主要原因是牧草收割機數(shù)量少，種類缺，價格比較高，收割費用遲遲降不下來，手工作業(yè)占很大比重，這制約了我國牧草業(yè)的發(fā)展。我國割草壓扁機大多模仿外國產(chǎn)品開發(fā)研制的，工作性能不穩(wěn)，和國產(chǎn)拖拉機不配套；或者從國外直接進口外國產(chǎn)品，有些功能開發(fā)不出來，浪費了能源，這些都不適宜我國國情，我們國家農(nóng)牧民急缺小而靈活的適合家用的小型牧草收獲機械，基于這一點，在現(xiàn)有機具的基礎(chǔ)上，通過對中外文獻資料的查閱和收集和對部分國內(nèi)外牧草收獲機械的調(diào)研，根據(jù)農(nóng)牧民的實際需要，運用現(xiàn)代設(shè)計方法設(shè)計了與中型拖拉機配套使用后置割草壓扁機，得出以下結(jié)論：
設(shè)計往復(fù)式割草壓扁機該機與20馬力拖拉機配套使用，幅寬1．66米，整機體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡單，可一次性完成撥禾、切割等復(fù)式作業(yè)。集合了割草機，壓扁機的功能，簡化了機器結(jié)構(gòu)，大大減少相應(yīng)的作業(yè)費用、能量消耗以及縮短青貯飼料所需的時間，對草地?zé)o任何負作用，提高收獲效率，適用于中小型牧草場。
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。
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