牧草切根機傳動裝置的設計

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草業(yè)是現(xiàn)代農業(yè)的重要組成部分。它關系到種植業(yè)跟養(yǎng)殖業(yè)，也關系到我國的鄉(xiāng)村生態(tài)發(fā)展，是農業(yè)的基礎產業(yè)。但我國現(xiàn)在的牧草種植地土壤三化情況嚴重，大大影響了我國牧草業(yè)的產量和發(fā)展。據(jù)2006年國家統(tǒng)計局統(tǒng)計資料，我國草原面積4億hm2，占全國總土地面積的41.67%，占世界草地面積的12.5%，是耕地面積的3.7倍，林地面積的3.1倍。其中，可利用草地資源31333萬hm2占國土面積的32.64%。我國的草地生產力條件得天獨厚，生產潛力巨大，依靠豐富的草地資源發(fā)展畜牧業(yè)對建設小康社會、調整產業(yè)結構、保障糧食安全體系和促進經(jīng)濟發(fā)展與農民增收等諸多方面都具有重要意義。但由于不合理的利用制度和不當?shù)姆拍练椒?，我國草原出現(xiàn)大面積退化、沙化和鹽堿化情況。國內外大量事實證明，對天然草場進行改良和建立人工草場是提高草場生產能力、解決草畜矛盾并使畜牧業(yè)生產穩(wěn)定、高速、優(yōu)質發(fā)展的一項關鍵措施。退耕還草、保護和建設生態(tài)環(huán)境都與草場改良和建立人工草場相關。運用機械化技術手段改良退化草場可以兼顧生態(tài)效益與經(jīng)濟效益，具有效率高、效果好的特點。天然草場經(jīng)改良后與未經(jīng)改良的草場相比產草量提高很多。因此對退化草場進行改良既是發(fā)展畜牧業(yè)的必然要求，也符合國家保護生態(tài)環(huán)境的要求。 本課題研究內容 1.本設計滿足農藝要求,并保證了設計要求。切根刀入土較易,對表層土壤撓動小,并實現(xiàn)了切根深度、切根間距的可調。 2.通過對凸輪驅動式直切刀的速度、加速度分析以及直切刀在切根時的力學分析,確定了凸輪驅動式直切刀牧草切根的可行性,并為進一步改進刀具提供了參數(shù)依據(jù)。 3.通過對直切刀受力分析,得出牧草切根是否可行決定于凸輪半徑、轉速和凸輪半徑的變化等。 本課題研究方案 本文針對我國天然草場嚴重退化現(xiàn)狀，提出機械化切根復壯分蘗促生自我繁育工藝,研制開發(fā)適用于我國草場的切根機。該機具采用三點懸掛架連接于農業(yè)拖拉機尾部。通過鏈條連接拖拉機動力與齒輪變速箱，從而是動力傳遞到工作機具。通過齒輪變速箱改變調節(jié)工作動力。再經(jīng)凸輪機構傳達到直切刀。破土切根。采用直切方式，破土阻力小，切割快。滿足初始的設計要求。該機具可調性高，可以試用于不同的牧草生長地。直切刀之間的間隔可以通過套筒裝置調節(jié)，以適應于行寬不同的土地，進行多行同時切割。工作量適宜，減少了相應的工作時間。通過限深輪可以適應不同深度的切割。 研究的創(chuàng)新之處 該破土切根機將凸輪機構的軌跡可設計性和運動往返性應用到了田間作業(yè)機械中。以較小的驅動力得到了較大的切割力。機組工作阻力小。工作效率高此外。其切刀采用獨特的運動曲線，保證在順利切斷草根的同時不翻動土壤，不破壞土壤表皮，可有效地保護生態(tài)環(huán)境。 研究過程(含完成期限) 第5周——查閱資料，擬訂課題 第6周——查閱相關牧草切根機械的設計資料，并進行概述和文獻綜合。 第7-9周——完成牧草切根機的設計并繪制裝配圖。 第10-12周——完成牧草切根機傳動裝置的設計并繪制圖紙。 第13周——完成所有的圖紙并進一步修改。 第14-15周——在以上基礎上完成畢業(yè)設計說明書一篇。 第16周——修改設計，并定稿。 第17周——答辯，提交相關材料，結束設計。 指導教師意見 指導教師簽名： 年月日 教研室意見 教研室主任簽名： 年月日 院系意見 主管領導簽名： 年月日  山 西 農 業(yè) 大 學 畢業(yè)論文（設計）成績單 院系 山西農業(yè)大學 專業(yè) 機械設計制造及其自動化專業(yè) 入學時間 07年9月1號 學號 36 學生姓名 王超 班級 機制信071班 周數(shù) 13 起止日期 6.17 指導教師 郭玉明 職稱 教授 論文（設計）題目 牧草切根機的設計——傳動裝置 指 導 教 師 評 語 建議成績 指導教師簽名 年 月 日 評 閱 人 評 語 建議成績 評閱人簽名 年 月 日 答辯與評分 綜合成績 答辯小組 負責人簽名 年 月 日 本成績單一式二份，一份裝訂在畢業(yè)論文（設計）中，一份入學生學籍檔案。 優(yōu)秀畢業(yè)論文（設計）推薦表 論文題目 牧草切根機的設計——傳動裝置　 學生姓名 　 王超 學 號 　 36 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化　 學 院 　工學院 　指導教師 郭玉明　 審稿說明： 1.對論文內容、論文質量、學術水平（含文字、圖表、公式）的評價。 2.對論文具體說明推薦的理由。 3.推薦的論文稿件是否符合編寫規(guī)范要求。 推薦人意見： 推薦人簽字： 年 月 日 院長簽字： 年 月 日 山西農業(yè)大學 本科生畢業(yè)論文(設計) 開題報告 題目牧草切根機的設計——傳動裝置 學院名稱信息學院 專業(yè)名稱機械設計制造及其制動化 年級 2007級 學生姓名王超 學號 2007151136 指導教師郭玉明 職 稱教授 2011年3月15日 山 西 農 業(yè) 大 學 畢業(yè)論文（設計）題目 牧草切根機的設計--傳動裝置 指 導 教 師 職 稱 教授 學生具備條件 熟練做圖的能力、演算的能力，以及獨立分析問題的能力 選題完成形式 畢業(yè)設計說明書和圖紙 內 容 簡 要： 我國地域遼闊，畜牧業(yè)發(fā)達。很多地區(qū)種植著牧草，近年來由于土壤條件的變化，使得好多地區(qū)牧草生長狀況出現(xiàn)了不良效果。 分析了草場不同土壤條件對牧草生長和草場生態(tài)恢復的影響；研究了退化草場機械化破土切根技術和模式；探討了高堅實度土壤條件的草場破土機理與根莖型或根莖疏叢型牧草橫走根莖切根方式，針對典型草場板結嚴重且橫走根莖錯節(jié)致使自繁促生能力下降等問題。根據(jù)研發(fā)要求，應用力學和機械運動學等理論，設計了牧草復壯促生破土切根機具。該機采用齒輪變速箱傳達改變動力，應用凸輪機構驅動直切刀對牧草進行垂直切根，減小了切根阻力和切縫寬度，通過簡單操作可實現(xiàn)對不同間距、不同深度牧草進行切根作業(yè)，從而達到切斷亞表層下的橫走根莖、改良草地，擴繁促生的效果。經(jīng)速度、加速度和受力分析證明，該機滿足了設計要求，切割速度快，破土能力強，對土壤表皮損傷小，是比較理想的牧草切根機械。 系主任簽字： 年 月 日 院長簽字： 年 月 日 選題的依據(jù)及意義（包括課題的理論價值和實踐價值；國內外的研究概況等）： 草業(yè)是現(xiàn)代農業(yè)的重要組成部分。它關系到種植業(yè)跟養(yǎng)殖業(yè)，也關系到我國的鄉(xiāng)村生態(tài)發(fā)展，是農業(yè)的基礎產業(yè)。但我國現(xiàn)在的牧草種植地土壤三化情況嚴重，大大影響了我國牧草業(yè)的產量和發(fā)展。據(jù)2006年國家統(tǒng)計局統(tǒng)計資料，我國草原面積4億hm2，占全國總土地面積的41.67%，占世界草地面積的12.5%，是耕地面積的3.7倍，林地面積的3.1倍。其中，可利用草地資源31333萬hm2占國土面積的32.64%。我國的草地生產力條件得天獨厚，生產潛力巨大，依靠豐富的草地資源發(fā)展畜牧業(yè)對建設小康社會、調整產業(yè)結構、保障糧食安全體系和促進經(jīng)濟發(fā)展與農民增收等諸多方面都具有重要意義。但由于不合理的利用制度和不當?shù)姆拍练椒?，我國草原出現(xiàn)大面積退化、沙化和鹽堿化情況。國內外大量事實證明，對天然草場進行改良和建立人工草場是提高草場生產能力、解決草畜矛盾并使畜牧業(yè)生產穩(wěn)定、高速、優(yōu)質發(fā)展的一項關鍵措施。退耕還草、保護和建設生態(tài)環(huán)境都與草場改良和建立人工草場相關。運用機械化技術手段改良退化草場可以兼顧生態(tài)效益與經(jīng)濟效益，具有效率高、效果好的特點。天然草場經(jīng)改良后與未經(jīng)改良的草場相比產草量提高很多。因此對退化草場進行改良既是發(fā)展畜牧業(yè)的必然要求，也符合國家保護生態(tài)環(huán)境的要求。 本課題研究內容 1.本設計滿足農藝要求,并保證了設計要求。切根刀入土較易,對表層土壤撓動小,并實現(xiàn)了切根深度、切根間距的可調。 2.通過對凸輪驅動式直切刀的速度、加速度分析以及直切刀在切根時的力學分析,確定了凸輪驅動式直切刀牧草切根的可行性,并為進一步改進刀具提供了參數(shù)依據(jù)。 3.通過對直切刀受力分析,得出牧草切根是否可行決定于凸輪半徑、轉速和凸輪半徑的變化等。 本課題研究方案 本文針對我國天然草場嚴重退化現(xiàn)狀，提出機械化切根復壯分蘗促生自我繁育工藝,研制開發(fā)適用于我國草場的切根機。該機具采用三點懸掛架連接于農業(yè)拖拉機尾部。通過鏈條連接拖拉機動力與齒輪變速箱，從而是動力傳遞到工作機具。通過齒輪變速箱改變調節(jié)工作動力。再經(jīng)凸輪機構傳達到直切刀。破土切根。采用直切方式，破土阻力小，切割快。滿足初始的設計要求。該機具可調性高，可以試用于不同的牧草生長地。直切刀之間的間隔可以通過套筒裝置調節(jié)，以適應于行寬不同的土地，進行多行同時切割。工作量適宜，減少了相應的工作時間。通過限深輪可以適應不同深度的切割。 研究的創(chuàng)新之處 該破土切根機將凸輪機構的軌跡可設計性和運動往返性應用到了田間作業(yè)機械中。以較小的驅動力得到了較大的切割力。機組工作阻力小。工作效率高此外。其切刀采用獨特的運動曲線，保證在順利切斷草根的同時不翻動土壤，不破壞土壤表皮，可有效地保護生態(tài)環(huán)境。 研究過程(含完成期限) 第5周——查閱資料，擬訂課題 第6周——查閱相關牧草切根機械的設計資料，并進行概述和文獻綜合。 第7-9周——完成牧草切根機的設計并繪制裝配圖。 第10-12周——完成牧草切根機傳動裝置的設計并繪制圖紙。 第13周——完成所有的圖紙并進一步修改。 第14-15周——在以上基礎上完成畢業(yè)設計說明書一篇。 第16周——修改設計，并定稿。 第17周——答辯，提交相關材料，結束設計。 指導教師意見 指導教師簽名： 年 月 日 教研室意見 教研室主任簽名： 年 月 日 院系意見 主管領導簽名： 年 月 日  本科生畢業(yè)論文(設計) 開題報告 題 目 牧草切根機的設計——傳動裝置 學院名稱 專業(yè)名稱 機械設計制造及其制動化 年 級 學生姓名 學 號 指導教師 職 稱 教 授 2011年3月15日 山 西 農 業(yè) 大 學 畢業(yè)論文（設計）成績單 院系 山西農業(yè)大學 專業(yè) 機械設計制造及其自動化專業(yè) 入學時間 07年9月1號 學號 36 學生姓名 王超 班級 機制信071班 周數(shù) 13 起止日期 6.17 指導教師 郭玉明 職稱 教授 論文（設計）題目 牧草切根機的設計——傳動裝置 指 導 教 師 評 語 建議成績 指導教師簽名 年 月 日 評 閱 人 評 語 建議成績 評閱人簽名 年 月 日 答辯與評分 綜合成績 答辯小組 負責人簽名 年 月 日 本成績單一式二份，一份裝訂在畢業(yè)論文（設計）中，一份入學生學籍檔案。 優(yōu)秀畢業(yè)論文（設計）推薦表 論文題目 牧草切根機的設計——傳動裝置　 學生姓名 　 王超 學 號 　 36 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化　 學 院 　工學院 　指導教師 郭玉明　 審稿說明： 1.對論文內容、論文質量、學術水平（含文字、圖表、公式）的評價。 2.對論文具體說明推薦的理由。 3.推薦的論文稿件是否符合編寫規(guī)范要求。 推薦人意見： 推薦人簽字： 年 月 日 院長簽字： 年 月 日 畢業(yè)設計說明書中文摘要 牧草切根機的設計——傳動裝置 摘 要 我國地域遼闊，畜牧業(yè)發(fā)達。很多地區(qū)種植著牧草，近年來由于土壤條件的變化，使得好多地區(qū)牧草生長狀況出現(xiàn)了不良效果。分析了草場不同土壤條件對牧草生長和草場生態(tài)恢復的影響；研究了退化草場機械化破土切根技術和模式；探討了高堅實度土壤條件的草場破土機理與根莖型或根莖疏叢型牧草橫走根莖切根方式，針對典型草場板結嚴重且橫走根莖錯節(jié)致使自繁促生能力下降等問題。根據(jù)研發(fā)要求，應用力學和機械運動學等理論，設計了牧草復壯促生破土切根機具。該機采用齒輪變速箱傳達改變動力，應用凸輪機構驅動直切刀對牧草進行垂直切根，減小了切根阻力和切縫寬度，通過簡單操作可實現(xiàn)對不同間距、不同深度牧草進行切根作業(yè)，從而達到切斷亞表層下的橫走根莖、改良草地，擴繁促生的效果。經(jīng)速度、加速度和受力分析證明，該機滿足了設計要求，切割速度快，破土能力強，對土壤表皮損傷小，是比較理想的牧草切根機械。 關鍵詞 牧草切根機 直切刀 凸輪 齒輪變速箱 畢業(yè)設計說明書外文摘要 Design of Rejuvenation and Acceleration Root-cutting Machine—Gearing Abstract In order to counter the problem of reduced health promotion ability in typical grass with compacted roots, a root cutting machine was designed for pasture . The machine used came driven of direct cutter to cut root vertically, greatly reducing resistance and perturbations of soil surface while cutting the root,which reached easy work in varies of forage . The machine destroye- dsolid soil, improved grassland, and increased grass yield . Asproven by analyzing the velocity, acceleration and force of the machine was able To meet the needs of designing . It is a more ideal agriculturalmachine for forage grass . Keywords Forage grass Root cutting machine Direct cutter Design 目 錄 1. 引言 1 1.1 我國草業(yè)的現(xiàn)狀及研發(fā)前景 1 1.2 工作原理 3 1.3 牧草生長不良原因分析 3 2. 牧草復壯促生破土切根機的研究與設計 3 2.1 總體結構和工作原理分析 3 2.2 懸掛架 4 2.3 直切刀的選擇 5 2.4 傳動裝置的選擇與設計 9 2.4.1 傳動裝置的選擇 9 2.4.2 齒輪變速箱的工作原理 10 2.4.3 齒輪變速箱的設計 10 2.5 切根機切根寬度和深度的設計 14 2.5.1 切根寬帶的設計 14 2.5.2 切根深度的調節(jié) 14 2.6 滑塊機構 15 2.7 凸輪機構 15 結 論 16 參考文獻 17 致 謝 18 畢業(yè)設計說明書中文摘要 牧草切根機的設計——傳動裝置 摘 要 我國地域遼闊，畜牧業(yè)發(fā)達。很多地區(qū)種植著牧草，近年來由于土壤條件的變化，使得好多地區(qū)牧草生長狀況出現(xiàn)了不良效果。分析了草場不同土壤條件對牧草生長和草場生態(tài)恢復的影響；研究了退化草場機械化破土切根技術和模式；探討了高堅實度土壤條件的草場破土機理與根莖型或根莖疏叢型牧草橫走根莖切根方式，針對典型草場板結嚴重且橫走根莖錯節(jié)致使自繁促生能力下降等問題。根據(jù)研發(fā)要求，應用力學和機械運動學等理論，設計了牧草復壯促生破土切根機具。該機采用齒輪變速箱傳達改變動力，應用凸輪機構驅動直切刀對牧草進行垂直切根，減小了切根阻力和切縫寬度，通過簡單操作可實現(xiàn)對不同間距、不同深度牧草進行切根作業(yè)，從而達到切斷亞表層下的橫走根莖、改良草地，擴繁促生的效果。經(jīng)速度、加速度和受力分析證明，該機滿足了設計要求，切割速度快，破土能力強，對土壤表皮損傷小，是比較理想的牧草切根機械。 關鍵詞 牧草切根機 直切刀 凸輪 齒輪變速箱 畢業(yè)設計說明書外文摘要 Design of Rejuvenation and Acceleration Root-cutting Machine—Gearing Abstract In order to counter the problem of reduced health promotion ability in typical grass with compacted roots, a root cutting machine was designed for pasture . The machine used came driven of direct cutter to cut root vertically, greatly reducing resistance and perturbations of soil surface while cutting the root,which reached easy work in varies of forage . The machine destroye- dsolid soil, improved grassland, and increased grass yield . Asproven by analyzing the velocity, acceleration and force of the machine was able To meet the needs of designing . It is a more ideal agriculturalmachine for forage grass . Keywords Forage grass Root cutting machine Direct cutter Design 牧草切根機的設計——傳動裝置 1. 引言 牧草業(yè)是我國現(xiàn)代農業(yè)的重要組成部分。我國草地面積廣闊，但近年來三化面積逐步擴大。牧草產量降低。針對這一情況設計研究牧草復壯促生機具。以改良牧草的生長情況。 破土切根技術是指在不破壞天然草地植被的情況下,對草原表皮進行破土切縫的一種草地培育措施。此技術大大改良了退化草場, 解決了草畜矛盾,為我國畜牧業(yè)的發(fā)展打下了良好的基礎。我國對牧草切根這一破土切根復壯促生技術發(fā)展較晚,起步于20世紀80年代,通過對國外的先進經(jīng)驗和國內大量的試驗數(shù)據(jù)積累, 黑龍江省穆棱林業(yè)局解全民等研制出自走式果嶺梳草切根機, 中國農業(yè)大學草業(yè)機械工程技術研究中心主任王德成教授研制出9QD2430 型草地點線式破土切根機和9QP2830型草地盤齒式破土切根機,中國農業(yè)大學張淑敏等研制的多功能點、條式牧草切根機。雖然我國對牧草切根機進行了大量的試驗和研究設計,但相對于歐美等發(fā)達國家來說,我國在草地畜牧業(yè)上的投入相對較少,在技術水平、制造手段和工藝設計等方面還存在很大差距, 我國牧草切根機的設計仍然不夠成熟,仍需進一步改進和完善。 本設計針對我國天然草場嚴重退化現(xiàn)狀,采用以機械化切根再不破壞土壤表皮的條件下達到牧草復壯促生，來改善我國的牧草生長。 1.1 我國草業(yè)的現(xiàn)狀及研發(fā)前景 草業(yè)是現(xiàn)代農業(yè)的重要組成部分。它關系到種植業(yè)跟養(yǎng)殖業(yè)，也關系到我國的鄉(xiāng)村生態(tài)發(fā)展，是農業(yè)的基礎產業(yè)。但我國現(xiàn)在的牧草種植地土壤三化情況嚴重，大大影響了我國牧草業(yè)的產量和發(fā)展。據(jù)2006 年國家統(tǒng)計局統(tǒng)計資料，我國草原面積4億公頃 ，占全國總土地面積的41.67%，占世界草地面積的12.5%，是耕地面積的3.7倍，林地面積的3.1倍。其中，可利用草地資源31333萬公頃占國土面積的32.64%。我國的草地生產力條件得天獨厚，生產潛力巨大，依靠豐富的草地資源發(fā)展畜牧業(yè)對建設小康社會、調整產業(yè)結構、保障糧食安全體系和促進經(jīng)濟發(fā)展與農民增收等諸多方面都具有重要意義。但由于不合理的利用制度和不當?shù)姆拍练椒ǎ覈菰霈F(xiàn)大面積退化、沙化和鹽堿化情況。國內外大量事實證明，對天然草場進行改良和建立人工草場是提高草場生產能力、解決草畜矛盾并使畜牧業(yè)生產穩(wěn)定、高速、優(yōu)質發(fā)展的一項關鍵措施。退耕還草、保護和建設生態(tài)環(huán)境都與草場改良和建立人工草場相關。運用機械化技術手段改良退化草場可以兼顧生態(tài)效益與經(jīng)濟效益，具有效率高、效果好的特點。天然草場經(jīng)改良后與未經(jīng)改良的草場相比產草量提高很多。因此對退化草場進行改良既是發(fā)展畜牧業(yè)的必然要求，也符合國家保護生態(tài)環(huán)境的要求。在我國的黑龍江、吉林、遼寧三省及內蒙古自治區(qū)東部的呼倫貝爾市、興安盟、通遼市和赤峰市等地區(qū)，分布著以羊草在主要植被的溫性草甸草原區(qū)，草場總面積約1224.4萬公頃，是我國發(fā)展草原畜牧業(yè)十分寶貴的草場資源。該地區(qū)由于長期無養(yǎng)息超載放牧和家畜踩踏啃食，土壤板結嚴重，土壤板結層深達25～35cm，土壤堅實度達到2.87～4.87kg/cm。同時，羊草等多年生根莖型禾本牧草的根莖分布于50～200mm的土層或更深的地方，其地下橫走莖每年延伸可達 1～1.5m，盤根錯節(jié)的根系致使土壤透氣性減弱， 含水量和孔隙度下降，容重增大。研究表明在此地區(qū)更益采用在亞表層切根、深層松土的方法對退化草場進行改良。實施切根松土改良就是在不破壞原植被的前提下，通過機械手段切斷橫向須根，劃開板結層，進行草場底層松土，改善土壤的透氣、蓄水條件。切斷后的草根能充分吸收養(yǎng)分，提高草產量。深入研究我國根莖型退化草場退化狀況和機械化改良工藝，以驅動型土壤耕作機械設計理論為基礎，研制開發(fā)適用于我國牧區(qū)普通牧民適用的驅動型退化草場破土切根改良專用機，即具有經(jīng)濟效益意義又具有生態(tài)效益意義。通過對這一問題的解決。為我國畜牧業(yè)的發(fā)展打下了一個良好的基礎 在整個機具的研發(fā)過程中，對草場破土切根機性能的研究是尤為重要的，而在整機性能當中刀具的破土性能更是重中之重。我國對牧草切根這一破土切根復壯促生技術發(fā)展較晚，起步于20世紀80年代，通過對國外的先進經(jīng)驗和國內大量的試驗數(shù)據(jù)積累，黑龍江省穆棱林業(yè)局解全民等研制出自走式果嶺梳草切根機，中國農業(yè)大學草業(yè)機械工程技術研究中心主任王德成教授研制出9QD2430型草地點線式破土切根機和9QP2830型草地盤齒式破土切根機，以及中國農業(yè)大學張淑敏等研制的多功能點、條式牧草切根機。雖然我國對牧草切根機進行了大量的試驗和研究設計,但相對于歐美等發(fā)達國家來說，我國在草地畜牧業(yè)上的投入相對較少，在技術水平、 制造手段和工藝設計等方面還存在很大差距，我國牧草切根機的設計仍然不夠成熟，仍需進一步改進和完善。本文根據(jù)機具研發(fā)要求，設計出一套破土切根裝置，和破土根刀具。工作性能優(yōu)越。操作簡單。 1.2 工作原理 本文針對我國天然草場嚴重退化現(xiàn)狀，提出機械化切根復壯分蘗促生自我繁育工藝,研制開發(fā)適用于我國草場的切根機。該機具采用三點懸掛架連接于農業(yè)拖拉機尾部。通過鏈條連接拖拉機動力與齒輪變速箱，從而是動力傳遞到工作機具。通過齒輪變速箱改變調節(jié)工作動力。再經(jīng)凸輪機構傳達到直切刀。破土切根。采用直切方式，破土阻力小，切割快。滿足初始的設計要求。該機具可調性高，可以試用于不同的牧草生長地。直切刀之間的間隔可以通過套筒裝置調節(jié)，以適應于行寬不同的土地，進行多行同時切割。工作量適宜，減少了相應的工作時間。通過限深輪可以適應不同深度的切割。 1.3 牧草生長不良原因分析 退化草原草根與土壤板結嚴重，其堅實度高，土壤中盤根錯節(jié)的根系致使土壤透氣性減弱，持水能力和孔隙度下降，容重增大，不利于牧草的生長。草原松土可以提高土壤通氣性，透水性。板結的草地中植物的根系處在缺氧狀態(tài)，不能正常呼吸，土壤中的二氧化碳又排不出來，耕松后加強了與大氣的氣體交換，促進好氣性微生物的活動，有利于有機質分解為可吸收的養(yǎng)分。同時耕耘后的土壤透水性增加，有利于根系水分的吸收。松土后，土壤能較多的吸收光能，提高地溫，且有利于團粒結構的形成利于牧草的生長。 2. 牧草復壯促生破土切根機的研究與設計 以下分析牧草復壯促生破土切根機的研究與設計。 2.1 總體結構和工作原理分析 牧草切根機主要由懸掛架、 機架、 傳動鏈、 凸輪機構、 切刀驅動機構、 限深輪等組成,結構如下圖1所示。懸掛架采用典型的三點懸掛機構，懸掛在大于40 kW的輪式拖拉機上，當拖拉機在草地上工作時，由拖拉機后動力輸出軸經(jīng)萬向節(jié)傳動軸將動力傳送到切根機齒輪變速箱，再經(jīng)過齒輪變速箱通過傳動鏈將動力傳遞給凸輪機構，再由凸輪機構將動力傳遞給切刀驅動機構，從而帶動切刀垂直入土,一次切根完成后再通過凸輪機構的旋轉帶動切刀快速出土，從而實現(xiàn)切根作業(yè)。當需改變切根速度時可以通過改變鏈輪的大小來實現(xiàn)，切割行寬可通過與套筒連接的螺旋扭調節(jié)，切根深度通過限輪調節(jié)。 圖1 切根機結構示意圖 1. 三點懸掛架 2. 變速箱 3. 皮帶 4. 凸輪機構 5. 滑塊機構 6. 機架 7. 切刀驅動機構 8. 限深輪 9. 直切刀 2.2 懸掛架 該機具用已有的農業(yè)輪式拖拉機后置式三點懸掛裝置，做為連接裝置。該裝置適用與好多農用機具。其結構見下圖2。 圖2 三點懸掛裝置 1.上拉桿 2.下拉桿 3.上懸掛點 4.下懸掛點 5. 上鉸結點 6.下鉸結點 7. 上懸掛點聯(lián)結銷 8.下懸掛點聯(lián)結銷 9.上鉸結點銷 10.鎖銷 11. 提升桿 12.立柱 13.立柱高度 14.下懸掛點最低高度 15.下懸掛點水平調節(jié)范圍 16.下懸掛點跨度 17.鎖銷孔距離 18.提升行程 19.運輸高度 20.下懸掛點間隙 2.3 直切刀的選擇 在牧草切根中，切根刀具的選擇是影響切根質量的重要因素，選擇不當不僅使切根時阻力增大，而且還影響作業(yè)速度和切根質量。該刀具工作刀面為單面光滑刃口底端為凸曲線型刀刃，在加工過程中刀面要制成有一定彎度的面，圖3這樣的設計能使切刀的剛度在原有的基礎上大大增加，并且能使作業(yè)縫寬變大 刀具出土時不會粘土。一是體型小制造工藝簡單且具有良好的破土性能。二是圓弧狀凸曲線刀頭有助于刀具在拖拉機前行過程中對土壤和草根進行滑切，切割阻力小，有利于切根。三是刀具工作過程中對土層翻動少 因此對原生植被的破壞小。且切根的同時對土壤有一定的疏松作用，在切根前行過程中還能對土壤有一定的疏土作用。該切刀具有以下特點：一是切刀結構簡單 體本文選用凸輪機構驅動直刀，入土能力強，不撕扯草根，不翻動土壤，且不易粘土。其直切刀結構示意圖如下圖4所示，工作面主要以圓弧面為主。機器工作時凸輪機構旋轉，帶動滑塊在凸輪上沿凸輪邊界滑動，從而強制切根刀垂直進入土壤切根，一次切根完成后再通過凸輪的轉動帶動切根刀快速垂直出土，大大減少了切割阻力與對土壤表層的切縫。 圖 3直切刀的工作面俯視圖 圖 4 直切刀結構示意圖 直切刀切根部位的運動分析： （1）入土點B的速度方向如圖5所示。 凸輪圓周運動的切向速度，有 則 解得 圖5 凸輪驅動式直切刀運動分析圖 （2）入土點B的加速度方向如圖6所示。則，有 可得 解得 式中——在某點的瞬時半徑 ——凸輪的圓周角速度 、——滑塊在該點的瞬時速度和加速度 、——凸輪在該點的瞬時切向素的和徑向加速 、——直切刀在該點瞬時速度和加速度 選取機器前進速度為2m/s，凸輪轉速為3r/s，此時凸輪半徑為30cm , , 則： m m m m （3）切根刀受力分析 在機體作業(yè)時，切刀與土壤的夾角越小，刀刃越鋒利，切割土壤時的阻力越小，但同時刀刃的強度越低，越容易產生彎曲和折斷。 假設切刀受到來自外界的壓力為；來自正面切根刀尖處的土壤阻力為；切刀受到的土壤支持力為；土壤與刀面的摩擦力為；其中為刀面與土壤的摩擦因數(shù)，摩擦角為(即)；則切刀切根時的受力分析如圖6所示。 其中:。各力沿水平方向和垂直方向分解，牧草切根時，切根刀只在垂直方向上移動在水平方向上無移動。水平方向上：。垂直方向上：切刀受到來自外界的壓力，此壓力是凸輪機構轉動時,半徑不斷變化而產生的。則：( 為此時切刀的加速度 )。受到垂直向上的力為： 圖6 直切刀受力分析圖 由圖6可以看出處于凸輪正下方的切根刀的加速度：，其中始終為0，則 始終小于0，為。只要此處能滿足切根要求，其它處則滿足。一般牧草切根深度在200mm左右，假設牧草的切根深度為200mm凸輪的最小半徑為；切根刀的質量為。則滿足： 此切根機設計即為合理。 2.4 傳動裝置的選擇與設計 傳動裝置的選擇是設計的重要部分。做為動力傳送轉換的重要機構，該機構的選擇需要滿足機具的需求，又要合理適宜。 2.4.1 傳動裝置的選擇 圓柱齒輪傳動承載能力和速度范圍大，傳動比恒定，外廓尺寸小，工作可靠，效率高，壽命長，維修簡便，因而應用范圍很廣。我們選擇齒輪變速箱做為該牧草復壯促生破土切根機的傳動裝置。 2.4.2 齒輪變速箱的工作原理 齒輪變速箱是通過裝在箱體內的一對嚙合齒輪的轉動，動力從一軸傳至另一軸，實現(xiàn)變速的。動力由電動機通過皮帶輪傳送到齒輪軸，然后通過嚙合齒輪（大齒輪帶動小齒輪）傳送到軸，從而實現(xiàn)變速之目的。 變速器有兩條軸系——兩條配線，兩軸分別由滾動軸承支撐在箱體上，采用過渡配合有較好的同軸度，從而保證齒輪嚙合的穩(wěn)定性。箱體采用分離式，沿軸線平面分為箱座和箱蓋，二者采用螺栓連接，這樣便于裝修。為了保證箱體上安裝軸承和端蓋的孔的正確形狀，兩個零件是在一起加工的。裝配時，他們之間采用兩銷定位，銷孔做成通孔。 2.4.3 齒輪變速箱的設計 設計軸的一般步驟為：選擇軸的材料、初步確定軸的直徑、軸的結構設計。主要的原則是：軸的結構越簡單越合理， 裝配越簡單越合理。如圖7所示為齒輪變速箱中的高速軸。軸上與軸承配合的部份稱為軸頸，與傳動零件配合的部份稱為軸頭，連接軸頸與軸頭的非配合部份稱為軸身，起定位作用的階梯軸上截面變化的部分稱為肩軸。設計應滿足: 1.便于軸上零件的裝配。軸的結構外形主要取決于軸在箱體上的安裝位置及形式，軸上零件的布置和固定方式，受力情況和加工工藝等。 2.保證軸上零件的準確定位和可靠固定。 3.具有良好的制造和裝配工藝性。軸為階梯軸便于裝拆、軸上沿長度方向開有幾個鍵槽時，應將鍵槽安排在軸的同一母線上。 4.減小應力集中，改善軸的受力情況。軸大多在變應力下工作，結構設計時應減少應力集中，以提高軸的疲勞強度，尤為重要。軸截面尺寸突變處會造成應力集中，所以對階梯軸，相鄰兩段軸徑變化不宜過大，在軸徑變化處的過渡圓角半徑不宜過小。 圖7 軸的結構圖 （1）扭轉強度，合成強度和鋼度的計算 這種方法是只按軸所受的扭矩來計算軸的強度。如果還受不大的彎矩時，則采用降低許用扭轉切應力的辦法予以考慮。并且應根據(jù)軸的具體受載及應力情況，采取相應的計算方法，并恰當?shù)剡x取其許用應力。在進行軸的結構設計時，通常用這種方法初步估算軸徑。對于不大重要的軸，也可作為最后計算結果。 通過軸的結構設計，軸的主要結構尺寸、軸上零件的位置以及外載荷和支反力的作用位置均已確定，對于鋼制的軸，按第三強度理論，強度條件為： 軸在載荷作用下，將產生彎曲或扭轉變形。若變形量超過允許的限度，就會影響軸上零件的正常工作，甚至會喪失機器應有的工作性能。軸的彎曲剛度是以撓度或偏轉角以及扭轉角來度量，其校核公式為： ;; 式中：、、分別為軸的許用撓度、許用轉角和許用扭轉角。 （2）軸的計算 高速軸直徑的選?。河泄饺「咚佥S直徑為mm。 （3）作用在齒輪上的力 齒輪分度圓直徑為 mm 齒輪所受的轉矩為 N·mm 齒輪作用力 圓周力 N 徑向力N （4）彎矩圖 彎矩圖 1 截面C N·mm （5）扭矩圖 扭矩圖 1 N·mm N·mm 軸用45鋼制作。軸的質量影響著軸上零件的運行準確度，很重要。 （6）聯(lián)軸器 聯(lián)軸器是將兩軸軸向聯(lián)接起來并傳遞扭矩及運動的部件并具有一定的補償兩偏移的能力，為了減少機械傳動系統(tǒng)的振動、降低沖擊尖峰載荷，聯(lián)軸器還應具有一定的緩沖減震性能。聯(lián)軸器有時也兼有過載安全保護作用。 剛性聯(lián)軸器：剛性聯(lián)軸器不具有補償被聯(lián)兩軸軸線相對偏移的能力，也不具有緩沖減震性能；但結構簡單，價格便宜。只有在載荷平穩(wěn)，轉速穩(wěn)定，能保證被聯(lián)兩軸軸線相對偏移極小的情況下，才可選用剛性聯(lián)軸器。撓性聯(lián)軸器：具有一定的補償被聯(lián)兩軸軸線相對偏移的能力，最大量隨型號不同而異。 無彈性元件的撓性聯(lián)軸器：承載能力大，但也不具有緩沖減震性能，在高速或轉速不穩(wěn)定或經(jīng)常正、反轉時，有沖擊噪聲。適用于低速、重載、轉速平穩(wěn)的場合。 安全聯(lián)軸器：在結構上的特點是，存在一個保險環(huán)節(jié)（如銷釘可動聯(lián)接等），其只能承受限定載荷。當實際載荷超過事前限定的載荷時，保險環(huán)節(jié)就發(fā)生變化，截斷運動和動力的傳遞，從而保護機器的其余部分不致?lián)p壞，即起安全保護作用。起動安全聯(lián)軸器：除了具有過載保護作用外，還有將機器電動機的帶載起動轉變?yōu)榻瓶蛰d起動的作用。 （7）聯(lián)軸器的選擇原則 轉矩對中性：對中性好選剛性聯(lián)軸器，需補償時選撓性聯(lián)軸器； 裝拆：考慮裝拆方便，選可直接徑向移動的聯(lián)軸器； 環(huán)境：若在高溫下工作，不可選有非金屬元件的聯(lián)軸器； 成本：同等條件下，盡量選擇價格低，維護簡單的聯(lián)軸器； （8）聯(lián)軸器的材料 半聯(lián)軸器的材料常用45、20Cr鋼，也可用ZG270—500鑄鋼。鏈齒硬度最好為40HRC一45HRC。聯(lián)軸器應有罩殼，用鋁合金鑄成。用單排鏈時，滾子和套筒受力，銷軸只起聯(lián)接作用，結構可靠性好；用雙排鏈時，銷軸受剪力，承受沖擊能力較差，銷軸與外鏈板之間的過盈配合容易松動。在高速輕載場合，宜選用較小鏈節(jié)距的鏈條，重量輕，離心力??；在低速重載場合，宜選用較大鏈節(jié)距的鏈條，以便加大承載面積。鏈輪齒數(shù)一般為12～22。為避免過渡鏈節(jié)，宜取偶數(shù)。 2.5 切根機切根寬度和深度的設計 2.5.1 切根寬帶的設計 為方便調節(jié)兩切根刀之間的間距，取不拆卸刀軸而通過移動套筒的方式調節(jié)破土間距。設計結構如圖8所示。在支撐軸上作等間距的螺紋孔，套筒與刀架固定，套筒在支撐軸上可左右移動。當需調節(jié)切根寬度時，通過移動套筒來實現(xiàn)相鄰切根刀之間的間距，從而實現(xiàn)切根寬度的調節(jié)，當寬度調節(jié)完成后用螺栓固定此位置。 圖8 可調寬帶支撐結構示意圖 1.套筒 2.螺紋孔 3.支撐軸 4.刀軸 2.5.2 切根深度的調節(jié) 切根機工作時，要求切根深度可以自由調節(jié)，為了方便其調節(jié)設計如圖9所示。當調節(jié)深度時往里按旋轉按鈕5，通過旋轉按鈕的旋轉帶動齒輪旋轉 ，帶動限深輪上下移動 ，從而起到調節(jié)深度的作用。當深度調節(jié)到適用位置時，往外拔出旋轉按鈕，使里面的齒與帶動地輪上下移動的齒輪嚙合，起到固定此位置的作用。 圖9可調深度支撐結構示意圖 1.地輪 2.套筒 3.齒輪 4.套筒 5.旋轉按鈕 2.6 滑塊機構 滑塊機構是連接凸輪跟切根刀連接軸的機構。當動力由皮帶傳動到凸輪時，再通過凸輪把動力輸出，驅使切根刀破土切根。在凸輪與直切刀之間通過滑塊連接。在滑塊的連接跟調節(jié)下，使直切刀能夠在一個合適的角度下進行切根。 2.7 凸輪機構 凸輪機構是一種由凸輪、從動件和機架組成的傳動機構。凸輪繞軸轉動時促使工件沿著預定軌跡做往復運動。也可根據(jù)工作性能的要求，將凸輪與機架固定連接（本設計采用），令與從動件以運動副連接的機構為原動件。凸輪機構在運轉時凸輪的運動參數(shù)是給定的。從動件的運動狀況（包括位移，速度，加速度和躍動度等參數(shù)）主要取決于凸輪的輪廓曲面參數(shù)。反之，為使從動件按某一給定的運動狀況運動，需要賦予凸輪相應的輪廓曲面形狀。通過對機具功能的考慮和參數(shù)的考慮，該機具采用平面凸輪。由于原動力是勻速運動的，且采用剛性結構連接直切刀。但由于凸輪運動的非線性所以可以使直切刀更好的破土和抽出。 凸輪機構的基本尺寸主要受兩種矛盾的因素所制約。若基本尺寸較大，則相應的機構總體尺寸也較大，造成原材料和加工工時的浪費、機器尺寸過大。而基本尺寸太小，會造成運動失真、機構自鎖不良等后果。機構的基本尺寸設計是要尋求合理的結構尺寸，使之能夠兼顧矛盾的兩個方面。 基于凸輪機構的基本尺寸和從動件的運動規(guī)律，即可求得凸輪的輪廓曲線坐標。當凸輪機構運轉速度較高或者凸輪機構中構件剛性相當小時，構件的彈性變形將對從動件也就是直切刀的實際運動特性產生影響。 相關參數(shù)的確定 凸輪轉角比例尺 時間比例尺 從動位移比例尺  結 論 我國是個地大物博的農業(yè)大國，草業(yè)占了很大的一部分，對我國的經(jīng)濟有著不可忽略的作用和影響。為適應大面積退化草場的改良需求，我國從1979年開始研制推廣草原改良機械和技術。國內有關科研單位經(jīng)多年實驗研究，總結出用于不同地區(qū)、氣候、土壤和植被條件下的天然草原改良方法。 該破土切根機應用機械的方法，對高堅實度板結層的人工或天然根莖型或根莖疏叢型牧草進行破土切根，促進牧草復壯與自我繁殖，具有結構簡單，重量輕，制造成本低，操作使用方便，工作穩(wěn)定可靠等特點。該破土切根機將凸輪機構的軌跡可設計性和運動往返性應用到了田間作業(yè)機械中，以較小的驅動力得到了較大的切割力，機組工作阻力小，工作效率高。此外，其切刀采用獨特的運動曲線，保證在順利切斷草根的同時不翻動土壤，不破壞土壤表皮，可有效地保護生態(tài)環(huán)境。該機具作業(yè)方式靈活，對于退化嚴重的牧草，以線的方式進行破土切根，加快其恢復。它采用圓弧式直切刀，破土能力強，切根效果好，可以有效地提高生產效率。 1.本設計滿足農藝要求，并保證了設計要求。切根刀入土較易，對表層土壤撓動小，并實現(xiàn)了切根深度、切根間距的可調。 2.通過對凸輪驅動式直切刀的速度、加速度分析以及直切刀在切根時的力學分析，確定了凸輪驅動式直切刀牧草切根的可行性，并為進一步改進刀具提供了參數(shù)依據(jù)。 3.通過對直切刀受力分析，得出牧草切根是否可行決定于凸輪半徑、轉速和凸輪半徑的變化等。  參考文獻 [1] 耿浩林，王玉輝，王風玉，等. 恢復狀態(tài)下羊草( Leym us chinensis)草原植被根冠比動態(tài)及影響因子[J]. 生態(tài)學報，2008，28(10): 46～49. 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[15] 楊加慶，郭玉明.牧草復壯促生破土切根機設計[J].農業(yè)機械學報，2010.9.  致 謝 時間如梭，轉眼畢業(yè)在即?；叵朐诖髮W求學的四年時光，心中充滿了無限的感激之情。感謝母校為我們提供的良好的學習環(huán)境，使我們能夠在這花園式的校園里學習，生活陶冶情操。謹向我的畢業(yè)設計指導老師郭教授（院長）致以最誠摯的謝意！郭老師不僅在學業(yè)上言傳身教，而且以其高尚的品格給我以情操上的熏陶。本設計的設計過程更是得益于郭老師的悉心教導。從設計題目的選定，到設計無不凝聚著他的心血。滴水之恩，當以涌泉相報，師恩重于泰山，師恩難報。我只有在以后的學習生活中，不忘老師教誨，努力充實自己，以博得恩師一笑。再次感謝郭老師于百忙之中抽出時間輔導我。 另外，我必須感謝我的父母。焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無以為報。作為他們的孩子是我的驕傲，我唯有在以后的道路上，努力克服面前的困難，來報答他們。也是因為他們的日夜辛勞，我才有機會來到我敬愛的母校完成我的學業(yè)。進而取得進一步發(fā)展的機會。 最后，我必須感謝我的朋友跟同學，正是因為他們在電腦技術和專業(yè)知識上無私的指引與幫助，我才能得以順利完成該設計。 17