一種新型傳動(dòng)系在步進(jìn)式割草機(jī)上的應(yīng)用

李 軍，朱海燕

（1淮安中綠園林機(jī)械制造有限公司，江蘇 淮安 223300；2江蘇清拖農(nóng)業(yè)裝備有限公司，江蘇 淮安 223001）

草坪割草機(jī)的發(fā)展，從最初的人力、手推直至今日已有一百多年歷史。由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、園林事業(yè)的需要，割草機(jī)的生產(chǎn)和技術(shù)更新也越來越得到各國(guó)的重視。我國(guó)割草機(jī)的生產(chǎn)和使用也從無到有、從小到大開始起步并走向發(fā)展。

1 傳動(dòng)系的工作原理以及目前采用的傳動(dòng)方式

傳動(dòng)系的功能就是將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過減速、改變扭矩傳給驅(qū)動(dòng)輪，使機(jī)器行駛。利用傳動(dòng)系的減速、改變扭矩的作用，來適應(yīng)自行式草坪機(jī)機(jī)械在各種不同情況下克服外界阻力的需要。此外傳動(dòng)系還可保證機(jī)器平穩(wěn)的起步、停車、改變其運(yùn)動(dòng)速度和行駛方向，從而便于車輛的操縱，也增加了機(jī)器的機(jī)動(dòng)性。

目前手扶自行步進(jìn)式割草機(jī)傳動(dòng)系采用三級(jí)減速方式，第一級(jí)采用V形皮帶傳動(dòng)，第二級(jí)采用螺旋齒輪傳動(dòng)，第三極采用驅(qū)動(dòng)輪嚙合齒輪傳動(dòng)方式。此“三級(jí)減速方式”存在很多不利因素：①減速器至于刀殼后端，刀殼變長(zhǎng)，生產(chǎn)用料多，能源消耗多，成本加大；②排草通道加長(zhǎng)，排草性能差；③減速器長(zhǎng)時(shí)間工作，由于其位于刀殼底部散熱效果差，易出現(xiàn)損壞現(xiàn)象；④扶手支點(diǎn)后移，操作力度大，人機(jī)工程度低；⑤減速器外殼長(zhǎng)期與地面接觸，磨損嚴(yán)重等。對(duì)上述情況，我們決定在“三級(jí)減速方式”基礎(chǔ)上僅保留第一、三級(jí)傳動(dòng)方式，采用新型傳動(dòng)系“四級(jí)減速系統(tǒng)”。

2 新型傳動(dòng)“四級(jí)減速傳動(dòng)系統(tǒng)”設(shè)計(jì)過程

基本參數(shù)：①汽油機(jī)轉(zhuǎn)速定為：3000RPM②驅(qū)動(dòng)輪直徑：20cm；③傳動(dòng)速度：1.4～1.5m/s.

（1）結(jié)構(gòu)形式。結(jié)構(gòu)形式見圖1。第一級(jí)，V形皮帶傳動(dòng)，即發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸帶輪與減速器輸入端帶輪之間傳動(dòng)；第二級(jí)，渦輪蝸桿傳動(dòng)，即存在于減速器內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)減速傳動(dòng)；第三極，鏈條傳動(dòng)，即減速器輸出軸與后驅(qū)動(dòng)軸之間減速傳動(dòng)；第四級(jí)，驅(qū)動(dòng)輪嚙合齒輪傳動(dòng)，即后驅(qū)動(dòng)軸端齒輪與驅(qū)動(dòng)輪內(nèi)齒嚙合，實(shí)現(xiàn)減速傳動(dòng)；

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（2）傳動(dòng)比分配。經(jīng)過反復(fù)分析研究后，每一級(jí)傳動(dòng)比分配如下：第一級(jí)，i1=69/76=0.91；第二級(jí)，i2=1/6=0.17；第三級(jí)，i3=15/12=1.25；第四級(jí)，i4=14/57=0.25；總傳動(dòng)比i=i1*i2*i3*i4=69/76*1/6*15/12*14/57=0.0465；傳動(dòng)速 V=3000/60*i**200/1000=50*0.0465*3.14*1/5=1.46m/s， 因1.4<1.46m/s<1.5,在設(shè)計(jì)制定數(shù)值范圍內(nèi)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（3）各級(jí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。第一級(jí)采用V帶傳動(dòng)考慮到帶輪直徑及輪中心距都較小，加上傳遞扭矩不大，我們采用窄V帶（SPZ）來傳遞動(dòng)力，窄V帶具有柔軟性好，傳遞扭矩適中等優(yōu)點(diǎn)。第二級(jí)采用渦輪蝸桿傳動(dòng)。因是渦輪蝸桿至于箱體內(nèi)，周圍布滿潤(rùn)滑劑，我們簡(jiǎn)稱變速箱。螺釘此變速箱不同于普通的產(chǎn)品，變速箱內(nèi)部沒有嚙合裝置。變速器的損壞通常在嚙合部位，所以無嚙合裝置的變速箱壽命比普通的要長(zhǎng)好多倍。第三級(jí)采用鏈條傳動(dòng)。通常在手扶自行旋刀式草坪割草機(jī)上是不用鏈條傳動(dòng)，因鏈條只能在垂直方向上進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。但她傳遞扭矩大、穩(wěn)定是V帶無法替代的。在新型傳動(dòng)系中，我們決定啟用鏈條傳動(dòng)，鏈條兩端各有一個(gè)齒輪來支撐。第四級(jí)采用驅(qū)動(dòng)輪嚙合齒輪傳動(dòng)。我們使用特殊材質(zhì)的主齒輪以及改性PP材質(zhì)的驅(qū)動(dòng)輪來傳遞動(dòng)力。

經(jīng)過上述的四個(gè)等級(jí)的動(dòng)力傳遞，實(shí)現(xiàn)了割草機(jī)自走驅(qū)動(dòng)。動(dòng)力傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)了，那動(dòng)力如何接合或切斷呢？我們是在第二級(jí)和第三級(jí)之間增加一摩擦式離合器，見圖2。該離合器主要由主動(dòng)部分、被動(dòng)部分和分離機(jī)構(gòu)三部分組成。主動(dòng)部分包括飛輪、離合器蓋和壓盤。被動(dòng)部分為離合器片和齒輪。分離機(jī)構(gòu)有分離軸承、分離杠桿等。

離合器的主副摩擦片接觸面積達(dá)到66cm2，能夠充分地保證扭矩的傳遞，實(shí)現(xiàn)靠摩擦表面的摩擦力作用來傳遞扭矩。該離合器在工作時(shí)分離迅速、徹底，結(jié)合平順、柔和，傳遞扭矩可靠，熱量易于散發(fā)，且操縱輕便。

圖2 摩擦式高合器

3 “四級(jí)減速傳動(dòng)系統(tǒng)”優(yōu)點(diǎn)

有了理論知識(shí)的支持，我們堅(jiān)信：新型“四級(jí)減速傳動(dòng)系統(tǒng)”的出現(xiàn)，手扶自行旋刀式草坪割草機(jī)將會(huì)有更好、更高、出色的表現(xiàn)。具有以下優(yōu)點(diǎn)：①性能上：穩(wěn)定性好，排草通暢；②安全上：強(qiáng)度高，安全有保障；③結(jié)構(gòu)上：易于布置，造型獨(dú)特，美觀大方。

4 “四級(jí)減速傳動(dòng)系統(tǒng)”在步進(jìn)式割草機(jī)上的應(yīng)用

依據(jù)“四級(jí)減速傳動(dòng)系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)方案，我們制造出樣品，同時(shí)配套在步進(jìn)式割草機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，通過整機(jī)參數(shù)、性能檢測(cè)，滿足設(shè)計(jì)要求；在對(duì)其性能測(cè)試中，經(jīng)過草坪作業(yè)試驗(yàn)，從各方面的檢驗(yàn)結(jié)果可以得出，“四級(jí)減速傳動(dòng)系統(tǒng)”達(dá)到設(shè)計(jì)要求，同時(shí)以新型款式出現(xiàn)園林設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)它的價(jià)值。