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山東建筑大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計開題報告
學(xué)生姓名： 劉傳濤 學(xué) 號： 2003071256
班 級： 機本035
所在學(xué)院： 機電工程學(xué)院
專 業(yè)： 機械工程及自動化
設(shè)計(論文)題目：手推式草坪修剪機設(shè)計
指導(dǎo)教師： 湯愛君 王全景
2007 年 4 月 23 日
山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文開題報告
班級：機本035 姓名：劉傳濤
論文題目
手推式草坪修剪機設(shè)計
一 選題背景和意義：
草坪是高度培育的特殊草地，隨著草坪面積的擴大，品質(zhì)的提高，草坪業(yè)逐漸由單一的人工作業(yè)向半自動化﹑機械化﹑自動化過度，草坪作業(yè)的機械化已經(jīng)成為十分重要的課題。
大部分的草坪一直到19世紀(jì)中葉還在使用鐮刀來割草或放牧牛羊以保持草地的整齊性。隨著高爾夫球﹑網(wǎng)球以及足球等運動的興起，保持完整的草地做運動場便成為當(dāng)務(wù)之急。從20世紀(jì)起出現(xiàn)以機器代替手工的趨勢，于是好的修剪機遂成為草坪管理的必需品。
草坪修剪機分滾切式﹑旋刀式﹑剪切式三類，按動力又可分為手動與機動兩類。機動有乘坐式與手推式，北京園林機修廠JUS—420型旋刀式修剪機系單缸四沖程汽油機驅(qū)動，功率2.6Kw,一把旋刀，幅寬420mm，每班可修剪2000m2,整機質(zhì)量40Kg。上海園林機械廠JCG540Ⅱ型滾切式草坪修剪機，乘坐手推兩用式，有兩個前進檔，IE50F—2汽油機功率2.3kw，5片滾刀，幅寬540mm，該機 高，但用于坡地時機組穩(wěn)定性較差。小庭院的草坪可用上海生產(chǎn)的JCG—250Ⅱ型手推草坪修剪機，人推動前進并使6個滾刀旋轉(zhuǎn)切割草坪，幅寬250mm。德國SOLO522型草坪修剪機為手推式，動力系單缸四沖程汽油機，功率為2.3kW，刀片為剪切式，幅寬800mm。該產(chǎn)品的特點是刀片耐磨，機具噪聲低，振動小，對坡地適應(yīng)性好。改換工作部件可作掃雪工具。
旋刀式剪草機適用于草高25~80mm低要求的草坪，剪幅在0.5~20.m之間。滾切式剪草機適用于草高3~80mm的高要求草坪，剪幅0.5~5.0m之間。
修剪是維持優(yōu)質(zhì)草坪的重要作業(yè)，它主要是定期除掉草坪草枝條的土表部分。在特定的草坪上，根據(jù)所需要的培育強度，修剪的目的是在特定的范圍內(nèi)保持頂端生長，控制不理想的、不耐剪的營養(yǎng)生長，維持一個觀賞和游息草坪，產(chǎn)生一個真實的擊球表面或發(fā)展草坪作物。
修剪的質(zhì)量由所使用的剪草機的類型和割時草地的狀況決定。因此，隨各種特殊功能的開發(fā)，應(yīng)重視修剪機具的發(fā)展。
我國幅原廣闊，地區(qū)差異很大。草坪的功能不同，對機具的要求也不同，加之各地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展不平衡，用戶的購買能力也有差異，因此草坪機械只有開發(fā)系列產(chǎn)品才能滿足不同市場的需要。
另外，有些草坪機具一年只用幾次，因此草坪機具在以草坪作業(yè)為主項的同時，應(yīng)配備一些附加裝置，擴大其使用功能，提高機具的利用率。
二 難點和關(guān)鍵問題：
（1） 圍繞著零件圖紙進行分析，做出綜合性的分析。
（2） 對零件進行綜合布局，畫出總設(shè)計的圖紙。
（3） 在設(shè)計中應(yīng)合理的選擇材料，減少應(yīng)力集中（如尖角、銳邊、表面；粗糙度等）.控制尺寸公差。
（4）本課題的難點是，根據(jù)電機的功率和人行走的速度換算出三級變速齒輪的傳動比，電機和人力兩種動力間的轉(zhuǎn)換。
三 文獻總述
從地球有了人類開始，我們就磨削石塊，制造工具，開始了工具革命的過程，一直延續(xù)至今,最早的剪草工具是小鐮刀和手剪。但是I803年美國專利機構(gòu)公布了剪草機的第一個專利。然而未形成商品。在大西洋披岸 ，一位名叫Edwin Budding的英國人發(fā)明了滾刀式剪草機他是一個紡織工人，監(jiān)視旋轉(zhuǎn)式機械用于修剪呢絨絨毛。他決定將這一工作原理應(yīng)用于割草 。
1855年 Budding的剪草機在英國問世并受到歡迎,Henxy將它引入美國。
1877年在 Richmond，McGuin試圖發(fā)展這種剪草機使其容易推動更加實用 1855年美國公司一年生產(chǎn)近50000臺草坪剪草機.其構(gòu)造與今天的手推式剪草機類似 。
1890年還是在英國開始設(shè)計有動力驅(qū)動的剪草機。第一個成功的動力剪草機由LeyLandMotors制造，為蒸汽動力型，然而，另一個技術(shù)革命使它不久即被淘汰。
1885年德國工程師 Gottlieb Daimler 發(fā)展了一種小型內(nèi)燃機，并首先應(yīng)用在自行車上。建立第一個摩托車。適用的動力源導(dǎo)致發(fā)展汽車，飛機甚至洗衣機，隨之應(yīng)用于動力剪草機和園藝機具，另一個英國公司1902年皇家農(nóng)業(yè)協(xié)會舉辦的展覽會上展出了6馬力的動力剪草機.
美國工程師和革新家在本世紀(jì)初的十年中,也致力于動力剪草機的研究1909年Leoni取 到了動力型機械式剪草機專利Leoni的動力型剪草機由汽油機驅(qū)動。整個裝置行走由馬拉。大約在第1次世界大戰(zhàn)前不久 ，動力型剪草機開始用于家庭。George 是一位實業(yè)家和開發(fā)者。他最早開始經(jīng)營商業(yè)，他的馬達(dá)剪草機公司曾定名為“立即成功 ”。他設(shè)計的發(fā)動機安裝在滾刀式剪草機上。一直保持到1950年。
接著又有其他廠家生產(chǎn)類似的機械。到1927年Hardware Age“年度消費者目錄”登出了近21家公司生產(chǎn)動力型草坪剪草機其中的兩家廠商一波倫 (Bolens)和蔣索波森(Jacobsen)存在至今,并成為著名廠商 。
美國克里夫蘭市的聯(lián)合鑄造供應(yīng)公司制造的草坪剪草機備有集草袋和自動離臺器當(dāng)?shù)镀龅酵饨缱枇r即與傳動裝置自動分離。
美國費拉德爾菲亞（費城）的草坪剪草機公司在廣告上登出了全系列的手動馬拉和動力驅(qū)動的剪草機，從1922年開始推出30和40英時的可乘式剪草機。
事實上，旋刀式剪草機是在戰(zhàn)前發(fā)展的，然而直到1次世界大戰(zhàn)之后才推廣。1933年 ,Bolen提出的旋刀式剪草機專利與今天使用的類似 ，有跡象表明，在 1920年之前此種旋刀式剪草機只是為私人使用。1938年出現(xiàn)的旋刀式剪草機獲得了商業(yè)上的成功Howard為 了解決大面積雜草的修剪問題 一 他立即在他的地下車間開始了研制工作。
Gravely是個花匠，為了解決他花園的耕作問題，使用手推犁刀，1920年他開始生產(chǎn)園藝用拖拉機，并 取得動力犁的專利，更早的園藝拖拉機是在1919年 GiLson Brothers制造 ，Beeman拖拉機公司銷售。1927年Hardware Age列出11個園藝拖拉機制造商。包括克里夫蘭市的Barcer～ Raulang公司，該公司推出了電動型園藝拖拉機。
1910年瑞士Konrad應(yīng)用除根的耕作機具。該裝置不是第一個轉(zhuǎn)子式中耕機 (早在1857年就有此種機型)，但是早期的機型重量大，達(dá)數(shù)噸，其動力為蒸氣機式，與現(xiàn)代機型完全不同。
1911年德國的Siemens—Sehckert～ Werk公 司 ，在它的專利基礎(chǔ)上制造了最早的電動機驅(qū)動的中耕機。但是沒有得到發(fā)展。不久被汽油機所取代 。
1930年Siemens決定將機器引入美國，他來到美國同費城的Kol sey合作。Kelsey 建立 了Rototiller公司，銷售從歐州引進的機器。1934年Kelsey的Rototiller公司生產(chǎn)了它的第一臺美國制造的中耕機 。
Rototiller公司早期競爭對手之一是 Arien公司，Arien和他的兒子成立了一個公司，聲稱為美國第一家生產(chǎn)轉(zhuǎn)子式中耕機的公司。Arien公司的第一臺轉(zhuǎn)子式中耕機重900磅，未獲得成功。隨著 1次世界大戰(zhàn)爆發(fā)，園藝機械的生產(chǎn)也隨之停頓。
應(yīng)該指出，無論是 Ariens公司或 Rototiller公司的中耕機都是后齒型一1936年 Roto--Hoe公司生產(chǎn)了前齒型中耕機 ，在戰(zhàn)爭初期，它們銷售很慢，而前齒型中韉機在戰(zhàn)爭之后作為家用設(shè)備獲得成功 。
鏈鋸的發(fā)展也要追溯到 Ⅱ次世界大戰(zhàn)爆發(fā)之前 。第一具鏈鋸是在1904年。直到戰(zhàn)爭之后才形成商業(yè)產(chǎn)品。Sfihl的鏈鋸重105 磅 ．是在1927年。由兩人操作。
動力草坪清掃機也出現(xiàn)在戰(zhàn)爭之前。創(chuàng)建者是 Parker Pattern。他的兒子 Edwin Parker于1919年進一步發(fā)展 。1931年 Edwin作為公司董事長推出公司第一臺動力草坪清掃機 。
在園林機械發(fā)展的歷 史上 。2次世界大戰(zhàn)是一個轉(zhuǎn)折點，2次世界大戰(zhàn)之后 ，整個國家得到復(fù)興，園林機械也得到重大發(fā)展。允許復(fù)役軍人低價買房不付現(xiàn)金，大批建設(shè)房屋并 出售。促使園林設(shè)備得到空前發(fā)展。
戰(zhàn)后，鏈鋸也得到改進。1944年Claude—Poulan監(jiān)視德國人—戰(zhàn)爭囚犯在東德克薩斯州砍樹。兩人操縱鏈鋸。尚需第三個人控制撬扛。戰(zhàn)后，他立即著手建立裝有發(fā)動機的鏈鋸 。生產(chǎn)鏈鋸的公司也在不斷增長。橫過大西洋，Solo(在1948年 )和 Stihl(在1950 年)是首批生產(chǎn)一人操縱鏈鋸的公司 Stihl承認(rèn)。最初的一人操縱的鏈鋸重量較重。直到1954年才生產(chǎn)了輕重量級的鏈鋸（重31 磅）。與此同時，其他廠商也發(fā)展了輕重量級的鏈鋸。例如1961年Iombard Governor 公司出售一種16英寸，27磅鏈鋸 Steve和Dave HOH試圖清除他家占地面積為240畝的莊園雜草。這促使他建立了一個大鐮刀。1949年曾形成商品。銷售灌木切割機 。
在同一時期，人們利用內(nèi)燃機為動力驅(qū)動掃雪裝置，1948年Henry Ariens發(fā)展了一種拋雪機的工作樣機。直到1960年初才進入市場。
1959年隨著園林機械工業(yè)的發(fā)展。人們意識到需要興辦一個雜志。Bill Qu Jnn．自行車 雜志的發(fā)行人開始創(chuàng)辦草坪設(shè)備期刊 ，1969年，該雜志更名為戶外動力設(shè)備 （OPE）。
在雜志創(chuàng)辦時，按照產(chǎn)品銷售的型號與今天幾乎差不多。但是隨著工業(yè)的發(fā)展，操作者 的要求在改變，必須考慮操作安全，環(huán)境污染及其他關(guān)心的問題。
1971年George Ballas為了控制自已莊園樹根周圍的雜草，他制造了多頭帶式修剪機 (繩索式割灌機)。達(dá)到了理想的效果。1977年 Weed Eater公司推出了單繩帶式修剪機 。
當(dāng)然．園林機械設(shè)備的歷史沒有結(jié)束．如同沒有明顯的起點一樣，沒有終點它將繼續(xù)擴大領(lǐng)域為人類作出新的貢獻。
四 方案論證
根據(jù)電機的功率和人行走的速度換算出三級變速齒輪的傳動比，電機和人力兩種動力間的轉(zhuǎn)換。
傳動裝置是大多數(shù)機器或機組的主要組成部分。實驗證明，傳動裝置在整臺機器的質(zhì)量和成本中占有很大比例。機器的運轉(zhuǎn)性能和運轉(zhuǎn)費用在很大程度上決定了傳動系統(tǒng)的優(yōu)劣。因此，不斷提高傳動裝置的設(shè)計和制造水平具有極其重要的作用。
（1）剪切裝置
剪切裝置由滾刀和底刀組成，滾刀和底刀結(jié)構(gòu)如下圖所示。底刀用六角螺栓固定在底刀架上，剪草時位置不動，刀刃為直線型。滾刀的刀片形狀為螺旋曲面，刀刃為螺旋線，五片刀片均勻分布固定在刀架上。剪草時，滾刀向前轉(zhuǎn)動，刀刃由一端開始與底刀刃逐點組成剪口，草隨著滾刀刀片螺旋面的旋轉(zhuǎn)被卷進剪口內(nèi)，并被剪斷。上下刀刃剪草過程始終為點接觸。
圖4.1滾刀和底刀外形圖
（2）離合器裝置
離合器裝置是為了使剪草機正向剪草反向停止旋轉(zhuǎn)而特意設(shè)置的工作裝置，它是由齒輪和其內(nèi)的彈簧和鋼球組成。剪草時，鋼球在彈簧的作用下壓緊齒輪內(nèi)壁迫使起和其他齒輪嚙合，從而帶動滾刀旋轉(zhuǎn)然后與底刀相切剪草的，當(dāng)手扶手拉動剪草機向后運動時，由于該齒輪的轉(zhuǎn)速大于與之聯(lián)結(jié)的軸的轉(zhuǎn)速，這樣在超越離合器作用下該齒輪將相對軸做超越運動，使得滾刀軸靜止不動，不與齒輪軸發(fā)生干涉。
五、進度安排
第1、2周 調(diào)查查閱 收集查閱資料
第3、4周 資料翻譯 總體方案擬定、開題
第5、6周 畢業(yè)實習(xí)
第7、8周 詳細(xì)設(shè)計
第9、10周 詳細(xì)設(shè)計
第11、12周 詳細(xì)設(shè)計
第13、14周 詳細(xì)設(shè)計
第15、16周 詳細(xì)設(shè)計
第17周 撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書
第18周 畢業(yè)答辯
六 指導(dǎo)教師意見：
簽字： 年 月 日
七 教研室（或開題審查小組）意見：
簽字： 年 月 日
注：不夠可以加附頁 教務(wù)處制