曹良軍

（祁陽縣農(nóng)業(yè)機械化管理局，湖南 永州　426100）

關(guān)于割草機的設(shè)計與動態(tài)特性探討

曹良軍

（祁陽縣農(nóng)業(yè)機械化管理局，湖南 永州426100）

為了促進我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的高效發(fā)展，應(yīng)當(dāng)盡快實現(xiàn)畜牧機械化發(fā)展，不斷改進畜牧業(yè)中的存儲技術(shù)、收割技術(shù)、種植技術(shù)等，促進農(nóng)業(yè)操作效率的提升。目前已有的割草機存在價格高、使用不便、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等不足，急需采取有效地設(shè)計方法提升割草機的性能，促進割草技術(shù)的發(fā)展。因此文章主要研究割草機的設(shè)計方法，探究割草機的動態(tài)特性。

動態(tài)特性；設(shè)計；割草機

1　割草機的設(shè)計方法

（1）確定割草機的設(shè)計方案。在對旋轉(zhuǎn)式割草機的切割特點、作業(yè)要求等進行綜合考慮之后，確定了彈簧減振仿形式旋轉(zhuǎn)割草機、支撐輪式旋轉(zhuǎn)割草機、托盤式旋轉(zhuǎn)割草機三種方案。其中彈簧減振仿形式旋轉(zhuǎn)割草機是指將一個壓簧放在其懸掛裝置的A、B節(jié)點中間，其作用是減振仿形，在調(diào)節(jié)割茬高度的時候借助懸掛裝置的升降臂，具有良好的割草效果。同時也能夠與無支撐切割理論要求、旋轉(zhuǎn)式割草機作業(yè)要求相適應(yīng)，這種設(shè)計方案是比較合理的；支撐輪式旋轉(zhuǎn)割草機主要是。將一個小車輪放在割草機的后側(cè)方，主要是為了發(fā)揮仿形的作用、對割草機提供支撐。其優(yōu)勢在于靈活，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現(xiàn)，這種設(shè)計方案是不可行的；托盤式割草機設(shè)計方案，是將一個固定的托盤放在旋轉(zhuǎn)刀盤下面，避免在遇到高處的時候刀盤與地面直接接觸，從而有效的防止出現(xiàn)刀片切入泥土中對切割的繼續(xù)造成不利影響，實現(xiàn)對刀片的保護效果。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，就會產(chǎn)生傾斜的問題，對其正常工作、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）是割草機功率的主要內(nèi)容。在計算其功率時只要將其內(nèi)容相加即可得到旋轉(zhuǎn)割草機的功率需求，其公式為P3+P2+Prc=P；而在凹凸不平的傾斜草地上，拖拉機懸掛式旋轉(zhuǎn)切割機進行作業(yè)時的功率主要依靠旋轉(zhuǎn)切割機的機械效率、傳動系統(tǒng)的總傳動比、拖拉機動力輸出軸的轉(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，計算旋轉(zhuǎn)切割機的切割功率公式為：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表示割草機的割幅，單位為m，Vm表示機器的前進速度，單位為m/s。在實際測量之后了解到牧草L0為200～300m之間，假設(shè)及其的割幅為0.88m，前進速度為10km/h，那么就可以計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)驗數(shù)據(jù)，根據(jù)其自重（160kg）、每頓耗用功率（1～2.3kW）、機器行走速度（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、傳動功率的前提下，單元盤旋轉(zhuǎn)割草機所需的功率需求最小。從而對拖拉機的動力進行確定。

（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，在割草機實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)計割草機的時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）分析割草機割刀的運動情況。機器前進運動、刀盤的水平旋轉(zhuǎn)等構(gòu)成了圓盤式割草機的割刀運動，余擺線是刀片某一點在地面上的運動軌跡，余擺帶是其掃過的面積，其特點是具有相似的刃部長度、帶寬。

（5）確定割草機割刀的轉(zhuǎn)速。切割速度決定了割草機的割刀轉(zhuǎn)速，根據(jù)相關(guān)試驗可以了解到，在切割牧草時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)用的速度時選用該點為基準(zhǔn)。

（6）確定割草機的刀片數(shù)量。多條余擺帶形成了圓盤式切割器的切豁圖，刀片的長度接近于帶寬，在相等的圓盤轉(zhuǎn)動一周時機器的前進距離中刀片余擺帶縱向?qū)挾戎团c割刀圓盤轉(zhuǎn)動一周時機器的前進距離情況下，就可以確定刀片的數(shù)量，同時還要對運轉(zhuǎn)的平衡問題、制造的方便程度等進行綜合考慮，從而確定出合理的割草機所需刀片數(shù)量。

（7）最終確定割草機的相關(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)形式為動力輸出軸帶動的機器為最終設(shè)計的割草機類型，1.273m× 0.939m×1.168m為該割草機的外形尺寸，該割草機自身凈重為160kg，一個圓盤，最高12km/h拖拉機前進速度，選用直徑為0.8m的刀盤，選擇 4片刀片，轉(zhuǎn)速為2000r/min。

2　探究割草機的動態(tài)特性

（1）概述動態(tài)特性。為了對割草機能夠安全可靠的作業(yè)提供保證，應(yīng)當(dāng)保證割草機結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動態(tài)特性和靜態(tài)特性的良好，所以需要分析割草機的動態(tài)特性，與機械結(jié)構(gòu)動態(tài)特性和靜態(tài)特性的要求相適應(yīng)。在不斷變化的時間中，機械在接受輸入量作用所做出的系統(tǒng)響應(yīng)特性就是動態(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、輸入量是時間函數(shù)，在時間變化下其量值也會隨之發(fā)生改變，不是定值。

（2）分析割草機動態(tài)特性的意義。分析其系統(tǒng)動態(tài)特性是為了對其各種形式呈現(xiàn)出的狀態(tài)信息進行研究、提取，進而評價、描述系統(tǒng)的動態(tài)特性。而研究割草機的動態(tài)性能，應(yīng)當(dāng)保證其動態(tài)特性與各種特定的要求相適應(yīng)，從而評價割草機的性能是否優(yōu)良。其基本任務(wù)是進行動態(tài)分析、做出正確的判斷決策、根據(jù)割草機的系統(tǒng)進行信號測試、處理信號和信息、最后建模，或者根據(jù)系統(tǒng)知識直接建模。

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

3　結(jié)語

綜上所述，通過對割草機的設(shè)計和動態(tài)特性的深入研究，從中可以了解到為了提高割草機質(zhì)量的效率，就需要在設(shè)計階段綜合考慮各方面因素，選擇適當(dāng)?shù)脑O(shè)計方案、對割草機的各項數(shù)據(jù)指標(biāo)進行確定，同時還要分析割草機的動態(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)計出可以高效的進行割草作業(yè)的割草機設(shè)備，促進割草效率的提高，推動畜牧業(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)?？?，助理工程師，主要研究方向：農(nóng)機。