關(guān)于割草機(jī)的設(shè)計(jì)與動(dòng)態(tài)特性探討

曹良軍

（祁陽縣農(nóng)業(yè)機(jī)械化管理局，湖南 永州　426100）

關(guān)于割草機(jī)的設(shè)計(jì)與動(dòng)態(tài)特性探討

曹良軍

（祁陽縣農(nóng)業(yè)機(jī)械化管理局，湖南 永州426100）

為了促進(jìn)我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的高效發(fā)展，應(yīng)當(dāng)盡快實(shí)現(xiàn)畜牧機(jī)械化發(fā)展，不斷改進(jìn)畜牧業(yè)中的存儲(chǔ)技術(shù)、收割技術(shù)、種植技術(shù)等，促進(jìn)農(nóng)業(yè)操作效率的提升。目前已有的割草機(jī)存在價(jià)格高、使用不便、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等不足，急需采取有效地設(shè)計(jì)方法提升割草機(jī)的性能，促進(jìn)割草技術(shù)的發(fā)展。因此文章主要研究割草機(jī)的設(shè)計(jì)方法，探究割草機(jī)的動(dòng)態(tài)特性。

動(dòng)態(tài)特性；設(shè)計(jì)；割草機(jī)

1　割草機(jī)的設(shè)計(jì)方法

（1）確定割草機(jī)的設(shè)計(jì)方案。在對(duì)旋轉(zhuǎn)式割草機(jī)的切割特點(diǎn)、作業(yè)要求等進(jìn)行綜合考慮之后，確定了彈簧減振仿形式旋轉(zhuǎn)割草機(jī)、支撐輪式旋轉(zhuǎn)割草機(jī)、托盤式旋轉(zhuǎn)割草機(jī)三種方案。其中彈簧減振仿形式旋轉(zhuǎn)割草機(jī)是指將一個(gè)壓簧放在其懸掛裝置的A、B節(jié)點(diǎn)中間，其作用是減振仿形，在調(diào)節(jié)割茬高度的時(shí)候借助懸掛裝置的升降臂，具有良好的割草效果。同時(shí)也能夠與無支撐切割理論要求、旋轉(zhuǎn)式割草機(jī)作業(yè)要求相適應(yīng)，這種設(shè)計(jì)方案是比較合理的；支撐輪式旋轉(zhuǎn)割草機(jī)主要是。將一個(gè)小車輪放在割草機(jī)的后側(cè)方，主要是為了發(fā)揮仿形的作用、對(duì)割草機(jī)提供支撐。其優(yōu)勢(shì)在于靈活，弊端是缺少支撐穩(wěn)定性，存在傾斜問題，而且減振的作用也無法實(shí)現(xiàn)，這種設(shè)計(jì)方案是不可行的；托盤式割草機(jī)設(shè)計(jì)方案，是將一個(gè)固定的托盤放在旋轉(zhuǎn)刀盤下面，避免在遇到高處的時(shí)候刀盤與地面直接接觸，從而有效的防止出現(xiàn)刀片切入泥土中對(duì)切割的繼續(xù)造成不利影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)刀片的保護(hù)效果。但是這種方案的不足還是存在的，如缺乏理想的仿形效果，而且當(dāng)障礙物卡住刀片下的托盤時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生傾斜的問題，對(duì)其正常工作、割草質(zhì)量等造成負(fù)面影響，因此這種方案也是不可取的。

（2）分析其功率需求。P3（行走系統(tǒng)的行走功率）、P2（輸送功率）、Prc（旋轉(zhuǎn)切割器切割功率）是割草機(jī)功率的主要內(nèi)容。在計(jì)算其功率時(shí)只要將其內(nèi)容相加即可得到旋轉(zhuǎn)割草機(jī)的功率需求，其公式為P3+P2+Prc=P；而在凹凸不平的傾斜草地上，拖拉機(jī)懸掛式旋轉(zhuǎn)切割機(jī)進(jìn)行作業(yè)時(shí)的功率主要依靠旋轉(zhuǎn)切割機(jī)的機(jī)械效率、傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比、拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸的轉(zhuǎn)速、切割器的半徑、牽引阻力系數(shù)等指標(biāo)來確定；在平坦的草地上，計(jì)算旋轉(zhuǎn)切割機(jī)的切割功率公式為：Pc=VmBL0/102（kW），其中L0表示每平方米莖干切割所需的功率，單位為Nm/m2，B表示割草機(jī)的割幅，單位為m，Vm表示機(jī)器的前進(jìn)速度，單位為m/s。在實(shí)際測(cè)量之后了解到牧草L0為200～300m之間，假設(shè)及其的割幅為0.88m，前進(jìn)速度為10km/h，那么就可以計(jì)算出其輸送功率需求為單位割幅功率與割幅的乘積，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)了解到輸送系統(tǒng)功率為0.22～0.5kW。行走輪功率相關(guān)的數(shù)據(jù)來源可以根據(jù)相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)其自重（160kg）、每頓耗用功率（1～2.3kW）、機(jī)器行走速度（4km/h）等，可以得知其行走功率為0.24kW。而在不考慮空轉(zhuǎn)功率、傳動(dòng)功率的前提下，單元盤旋轉(zhuǎn)割草機(jī)所需的功率需求最小。從而對(duì)拖拉機(jī)的動(dòng)力進(jìn)行確定。

（3）分析割刀的受力情況。切割阻力、徑向外拉力、牽引力共同組成的合力就是割刀的切割力，切割功率、切割阻力具有成比例的關(guān)系，在割草機(jī)實(shí)際工作中徑向外拉力與牽引力幾乎是不變的定值，因此在設(shè)計(jì)割草機(jī)的時(shí)候可以不考慮這兩種力的影響，其中切割阻力是經(jīng)常變化的，其影響因素主要有風(fēng)力、地面的坡度、牧草植株密度、牧草的種類等。

（4）分析割草機(jī)割刀的運(yùn)動(dòng)情況。機(jī)器前進(jìn)運(yùn)動(dòng)、刀盤的水平旋轉(zhuǎn)等構(gòu)成了圓盤式割草機(jī)的割刀運(yùn)動(dòng)，余擺線是刀片某一點(diǎn)在地面上的運(yùn)動(dòng)軌跡，余擺帶是其掃過的面積，其特點(diǎn)是具有相似的刃部長(zhǎng)度、帶寬。

（5）確定割草機(jī)割刀的轉(zhuǎn)速。切割速度決定了割草機(jī)的割刀轉(zhuǎn)速，根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)可以了解到，在切割牧草時(shí)使用無支撐切割的旋轉(zhuǎn)式切割器，應(yīng)當(dāng)保持81～83m/s刀片線速度，主要是由于刀片內(nèi)端具有最低的圓周速度，因此在確定割刀應(yīng)用的速度時(shí)選用該點(diǎn)為基準(zhǔn)。

（6）確定割草機(jī)的刀片數(shù)量。多條余擺帶形成了圓盤式切割器的切豁圖，刀片的長(zhǎng)度接近于帶寬，在相等的圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)機(jī)器的前進(jìn)距離中刀片余擺帶縱向?qū)挾戎团c割刀圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)機(jī)器的前進(jìn)距離情況下，就可以確定刀片的數(shù)量，同時(shí)還要對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)的平衡問題、制造的方便程度等進(jìn)行綜合考慮，從而確定出合理的割草機(jī)所需刀片數(shù)量。

（7）最終確定割草機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)指標(biāo)。在分析考慮各方面因素之后，最終決定選用后側(cè)懸掛，作業(yè)形式為動(dòng)力輸出軸帶動(dòng)的機(jī)器為最終設(shè)計(jì)的割草機(jī)類型，1.273m× 0.939m×1.168m為該割草機(jī)的外形尺寸，該割草機(jī)自身凈重為160kg，一個(gè)圓盤，最高12km/h拖拉機(jī)前進(jìn)速度，選用直徑為0.8m的刀盤，選擇 4片刀片，轉(zhuǎn)速為2000r/min。

2　探究割草機(jī)的動(dòng)態(tài)特性

（1）概述動(dòng)態(tài)特性。為了對(duì)割草機(jī)能夠安全可靠的作業(yè)提供保證，應(yīng)當(dāng)保證割草機(jī)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)特性的良好，所以需要分析割草機(jī)的動(dòng)態(tài)特性，與機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)特性的要求相適應(yīng)。在不斷變化的時(shí)間中，機(jī)械在接受輸入量作用所做出的系統(tǒng)響應(yīng)特性就是動(dòng)態(tài)特性，它能夠?qū)⑾到y(tǒng)的狀態(tài)信息、特有屬性展現(xiàn)出來，其特征主要是其輸出量、輸入量是時(shí)間函數(shù)，在時(shí)間變化下其量值也會(huì)隨之發(fā)生改變，不是定值。

（2）分析割草機(jī)動(dòng)態(tài)特性的意義。分析其系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性是為了對(duì)其各種形式呈現(xiàn)出的狀態(tài)信息進(jìn)行研究、提取，進(jìn)而評(píng)價(jià)、描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。而研究割草機(jī)的動(dòng)態(tài)性能，應(yīng)當(dāng)保證其動(dòng)態(tài)特性與各種特定的要求相適應(yīng)，從而評(píng)價(jià)割草機(jī)的性能是否優(yōu)良。其基本任務(wù)是進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析、做出正確的判斷決策、根據(jù)割草機(jī)的系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)測(cè)試、處理信號(hào)和信息、最后建模，或者根據(jù)系統(tǒng)知識(shí)直接建模。

（3）分析割草機(jī)動(dòng)態(tài)特性的方法。在分析割草機(jī)的動(dòng)態(tài)特性過程中主要分為建立模型、求解模式、分析計(jì)算結(jié)果、應(yīng)用分析方法和模型四個(gè)步驟。其中建立動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)模式主要是用來描述機(jī)械力、熱、磁、電等綜合作用下的運(yùn)動(dòng)情況，或者對(duì)割草機(jī)的工作性能進(jìn)行分析建模；求解主要是利用計(jì)算機(jī)設(shè)備，對(duì)微分方程組進(jìn)行求解，結(jié)合使用數(shù)值計(jì)算法進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算；分析計(jì)算結(jié)果主要是比較實(shí)際測(cè)量的動(dòng)態(tài)性能和規(guī)定的動(dòng)態(tài)性能標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)所建模型的精確度、可信度進(jìn)行驗(yàn)證；應(yīng)用分析方法和模型主要是對(duì)前面所建立的模型、分析計(jì)算結(jié)果的方法等進(jìn)行應(yīng)用。從而在割草機(jī)的維護(hù)階段、設(shè)計(jì)階段等提供割草機(jī)的影響因素、動(dòng)態(tài)特性等作為決策依據(jù)，使割草機(jī)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用可以達(dá)到最佳效果。

3　結(jié)語

綜上所述，通過對(duì)割草機(jī)的設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)特性的深入研究，從中可以了解到為了提高割草機(jī)質(zhì)量的效率，就需要在設(shè)計(jì)階段綜合考慮各方面因素，選擇適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)方案、對(duì)割草機(jī)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行確定，同時(shí)還要分析割草機(jī)的動(dòng)態(tài)特性，使其性能能夠與相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)相適應(yīng)，從而設(shè)計(jì)出可以高效的進(jìn)行割草作業(yè)的割草機(jī)設(shè)備，促進(jìn)割草效率的提高，推動(dòng)畜牧業(yè)的發(fā)展。

Discussion about the Design and Dynamic Characteristics of Lawn Mower

CAO Liang-jun
（Qiyang Agricultural Mechanization Administration，Yongzhou，Hunan 426100，China）

In order to promote the efficient development of modern agriculture in China，it should be to realize the mechanization of animal husbandry development as soon as possible，continuously improve of storage technology，harvesting，planting techniques to promote the promotion of agricultural operation efficiency in animal husbandry.There is a high price，inconvenient to use，structure complex problems existing in today's mower，it is urgent to take effectively design method to improve the mower performance，and promote the development of cutting technology.Therefore the design method of the paper mainly studied the mower，lawn mower to explore the dynamic characteristics.

dynamic characteristics；design；lawn mower

S817.111

A

2095-980X（2016）04-0080-02

2016-03-06

曹良軍（1977-），男，湖南人，大學(xué)專科，助理工程師，主要研究方向：農(nóng)機(jī)。