【田間小型手提式除草機結(jié)構(gòu)設(shè)計10000字】

PAGE2PAGE田間小型手提式除草機結(jié)構(gòu)設(shè)計目錄TOC\o"1-3"\h\u1181684234摘要 3638153382第1章緒論 49105581561.1除草方法 47824593701.1.1植物檢疫： 417522610091.1.2人工除草： 418075269521.1.3機械除草： 58018118021.1.4物理除草 55910712891.1.5化學(xué)除草： 520232868481.1.6生物除草： 521259877381.1.7生態(tài)除草： 516429937801.1.8綜合防除： 614517273341.2.國內(nèi)外現(xiàn)狀 616195889711.2.1國外 610766098721.2.2國內(nèi) 620323927291.3發(fā)展前景 7549707121第2章小型手提式除草機概述 84529332532.2小型手提式除草機的主要機構(gòu)及其功能 81767138203第3章除草機各部分的作用及介紹 95929398113.1刀盤部分 912152813973.2動力部分 105174727623.3控制刀盤的傾角裝置 1020034242313.4傳動避讓裝置 1011549491043.5橫向收縮裝置 10124905695第4章傳動系統(tǒng)的設(shè)計 1111984927464.1液壓馬達傳動的設(shè)計及計算 1118184568094.1.1選擇材料，確定和及精度等級。 1119638084064.1.2確定中心距a 1210517088994.1.3校核各接觸的強度（由參考文獻得） 121335670364.2傳動軸設(shè)計 147407629374.2.1按照扭轉(zhuǎn)強度計算 151039980500第5章除草刀設(shè)計 165828605675.1螺旋刀設(shè)計 1714646356025.1.1螺旋刀受力 1716730009005.1.2土塊臨界轉(zhuǎn)速計算 1811227361295.1.3螺旋刀轉(zhuǎn)速的計算 1920347975615.1.4螺旋角T的選取有（查表） 191655292525.1.5刀刃起訖位置 1910588154995.1.6刀刃的前角 2014625926515.1.8刀刃的刃傾角 2216968617955.1.9刀刃上每點的攪碎速度 225733564055.2螺旋刀速度計算 236419747465.2.1鉆進速度計算 237117134945.1.6刀片的結(jié)構(gòu) 23284779868第6章生產(chǎn)能力分析 2417016759606.1除草機功率 2419645159636.2刀的切割能力 27587175166.3小型手提式除草機設(shè)計的生產(chǎn)能力G 27386334400參考文獻 28

摘要我國是一個以農(nóng)業(yè)為基礎(chǔ)的農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)創(chuàng)收所帶來的經(jīng)濟占我國經(jīng)濟的很大一部分，農(nóng)業(yè)的發(fā)展會促進我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展。從古至今，我國一直致力于農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展，并且在非常多的方面取得了非常大的成就。但是，由于社會意識形態(tài)存在各個方面的問題，都會影響農(nóng)業(yè)的發(fā)展。我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展必須有符合我國發(fā)展要求的目標，從而提出并實施適合我國國情的農(nóng)業(yè)發(fā)展方案，最終實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。本文以田間小型手提式除草機為例，系統(tǒng)闡述了除草機的工作原理，確定設(shè)計主要技術(shù)參數(shù)、設(shè)計傳動系統(tǒng)、對主要零件的進行結(jié)構(gòu)設(shè)計、并最終進行除草機能力的評估。農(nóng)作物的成長過程中，科學(xué)有效地控制草害是保障農(nóng)作物健康生長，實現(xiàn)農(nóng)作物高產(chǎn)，優(yōu)質(zhì)的關(guān)鍵技術(shù)之一。本論文設(shè)計了一種小型便捷手提式除草機，主要應(yīng)用場景為用來處理壟溝里的雜草，或者是用壟上的雜草，農(nóng)作物間隙存在的草，該設(shè)備方便攜帶動力強，結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，能滿足田間多種形式的除草的需求。關(guān)鍵詞：除草刀具農(nóng)業(yè)機械壟間除草。緒論田間的雜草非常多，并且它有非常多的不利影響：和正常農(nóng)作物爭搶肥料，影響其他作物吸收水分和陽光，影響農(nóng)作物的生長質(zhì)量；在雜草里會有許多害蟲和病毒微生物，這些都會導(dǎo)致農(nóng)作物遭受蟲害的侵蝕。1.1除草方法1.1.1植物檢疫：農(nóng)作物的種子和種苗會在全球各國之間進行交易，我們需要提前進行檢測，針對有問題的種子及時處理，避免其在今后的栽種的時候影響農(nóng)作物。這是一種提前檢測和預(yù)防的方法，這種方法的缺點是對近距離的接觸傳播是不起作用的，需要借助農(nóng)作物種子進行甄別處理，經(jīng)常清洗農(nóng)具，注意施肥的質(zhì)量等等其他形式。1.1.2人工除草：這種方法不像上一種方法那么繁瑣，但是它需要借助人工來付出勞動進行除草，人們可以直接用手拔草或者借助農(nóng)具來除草。這種方法的效率是非低的，同時對于人工勞動力的耗費也是非常大的，以及當遇見大面積需要除草時，不太方便。目前，只有在采用了其他方法除草后，有些邊邊角角的位置除草不充分，才會進行人工除草。1.1.3機械除草：利用機械設(shè)備來進行除草。機械除草通常在農(nóng)作物播種之前和之后會進行的，無論播種前還是后，都是為了減少雜草的危害，利于農(nóng)作物更好的生長。這種方法的主要優(yōu)點是工作效率高，并且人們勞動強度不大。由于機械設(shè)備部便于進入種苗之間，所以這種方法的缺點是非常難除掉農(nóng)作物苗之間的雜草，不適合密集種植的場合。1.1.4物理除草：這種方法是指采用物理方法進行除草。比如直接用火進行燒處田間的廢草，或者是用水清除比較干枯的雜草。又或者是利用太陽光照射塑料膜，使得塑料膜內(nèi)部溫度非常高，從而燒傷雜草等等。1.1.5化學(xué)除草：也就是說，用除草劑除去雜草，不會對農(nóng)作物造成傷害?；瘜W(xué)除草的選擇是,除草劑作物與雜草之間的植物體的高低根的深度和不同形成的高低差異,種子的發(fā)芽時人們是無法很容易的觀察到的,并且各種農(nóng)作物在生長后的形式以及形態(tài)千差萬別。另外，自然生態(tài)環(huán)境、藥量和制劑形態(tài)、使用藥的形式方法和時間的選擇都會對農(nóng)作物的生長產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的影響。上世紀70年代的時候，科學(xué)家研制出了一種安全劑，這種安全劑可以直接作用于種子，也可以可殺蟲農(nóng)藥混合一起使用，并且不會對農(nóng)作物產(chǎn)生副作用。種子發(fā)芽的一年生雜草一般使用有效期限較長的土壤處理劑，在大量發(fā)芽前在土壤表面噴灑藥物，在發(fā)芽期殺死雜草。實現(xiàn)水稻直播，促進密植程度和多毛品種指數(shù)的合理提高。但是，化學(xué)物質(zhì)的大量使用可能會對生態(tài)環(huán)境造成長期的負面影響。因此，殺草劑的品種和制劑形態(tài)應(yīng)向低容量、低殘留的方向發(fā)展，同時應(yīng)與其他措施有機結(jié)合，綜合防治，減少使用次數(shù)和用量。1.1.6生物除草：這種方法是指利用昆蟲、家畜和生存競爭力非常強大的替代植物來實行優(yōu)勝劣汰，從而治理田間的雜草。比如說，人們通常會在田里飼養(yǎng)魚或者鴨子，形成一個生態(tài)系統(tǒng)，來治理雜草。上世紀60年代，中國將真菌作為生物殺草劑來防治絳蟲的黃豆。生物除草不會對環(huán)境造成污染，效果穩(wěn)定，經(jīng)久耐用，由于對環(huán)境要求非?？量蹋芯勘容^困難，效果緩慢。1.1.7生態(tài)除草：為了在更大的范圍內(nèi)創(chuàng)造作物生長的生態(tài)環(huán)境，而不是雜草叢生，有必要采取農(nóng)業(yè)等措施。實行水旱輪作制，對大量無法耐澇和干旱的雜草具有良好的控制效果。經(jīng)常耕種的田地里多年生雜草很難繁殖。在非耕地少耕的茶，桑樹，水果，橡膠園中，多年生雜草蔓延快，一年生草減少。合理密植，套種和種子能充分利用光能和空間結(jié)構(gòu)，促進作物群生長，調(diào)節(jié)雜草發(fā)生量和害度。1.1.8綜合防除：田間的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)會受到來自于自然和人工耕作所帶來的兩個方面的影響，雜草的形式種類各種各樣，如果說我們只采用某一種除草的方法，往往不會獲得我們想要達到的效果；另一方面，我們所談到的幾種除草方法，每種除草方法都有利有弊。綜合防除是一種全面并且效果比較好的一種方法，具體指的就是合理地采用除草方法，針對不同的環(huán)境以及不同的雜草，合理的調(diào)配各種除草方法，以達到最有效率的最穩(wěn)定的效果。比如說我們可以先采用化學(xué)除草的方法進行前期除草的準備，隨著農(nóng)作物的生長，合理的判斷農(nóng)作物生長的時機，利用其它的除草方法，合理的除去農(nóng)作物中后期的雜草。自20世紀70年代開始，全世界上有許多國家開始以生態(tài)學(xué)為理論指導(dǎo)，針對田間產(chǎn)生的一系列病蟲，雜草等有害生物進行全方面的治理。農(nóng)學(xué)家需要繼續(xù)研究探索在一定的種植條件下，各式各樣的雜草對農(nóng)作物的影響，提出符合實際情況的除草方法，達到農(nóng)作物的高質(zhì)量高產(chǎn)量的最終目的。1.2.國內(nèi)外現(xiàn)狀1.2.1國外美國的JD970滾刀式除草耙，其工作部件隨著尺深松及窄苗帶中耕培土等技術(shù)。近年來，墾區(qū)引機器前進，帶動刀軸轉(zhuǎn)動，滾切刀外緣的刀刃切斷進了美國旋轉(zhuǎn)鋤滅草技術(shù)，推廣效果較好。然而，草根，實現(xiàn)除草目的，除草效率高，消耗動力小；當旋轉(zhuǎn)鋤與中耕管理兩項作業(yè)分別進行時，仍存在機具的作業(yè)部件為滾動部件，因此不會發(fā)生秸稈堵不少弊端，因為美式旋轉(zhuǎn)鋤滅草要求高速(16km/h塞;美國的JD886型行間管理除草機具有可調(diào)整的以上)作業(yè)。在土壤疏松的條件下，輪式拖拉機第護苗板，進行噴藥除草治蟲或機械除草時可以有效一遍作業(yè)很難達到速度要求;多次作業(yè)將會破壞土壤，只適合的田間結(jié)構(gòu)形式，將會影響人們的工作效率，成本高?；谏鲜鰡栴}，進行行間作業(yè)。加拿大研制出適合不同土壤的多種類型農(nóng)機旋聯(lián)合除草機，使中耕深松與旋轉(zhuǎn)鋤滅草有機地結(jié)具，玉米、大豆和禾谷類作物的機械除草分別占合起來，實現(xiàn)互補，達到了適時、高效、優(yōu)質(zhì)的目的。德國是世界上有名的制造大國，他們特意研究并制造了一種除匍根冰草機械，當前，國內(nèi)的除草機大都為中耕除草機，工作抓耙20cm深地表，把匍根冰草連根拔起堆放喂豬或部件多為單翼鏟或者雙翼鏟，也有圓盤式的除草機，腐化成肥料。圖1-1國外圖1-2國內(nèi)1.2.2國內(nèi)我國自20世紀60年代開始研究苗間除草機械，能建立起相關(guān)理論，深入開展電場(特別是電磁場)70年代機械苗間除草獲得很大程度的發(fā)展。其工作對植物生長影響機理的研究，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中主要雜部件有旋轉(zhuǎn)鋤式、彈齒式、垂直圓盤式、水平圓盤草在不同生長時期的物理參數(shù)進行測試分析，并最式、錐形圓盤式、鏈齒式、輕耙式等多種形式。其終研制成新一代電子除草機，將會占領(lǐng)這一一具有巨中，垂直雙圓盤除草部件因具有結(jié)構(gòu)合理和除草效大市場前景技術(shù)的制高點，這對我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有果好等優(yōu)點，應(yīng)用較廣。如SHM型垂直雙圓盤苗間非常重要的意義。另外，不同程度電場或電磁場對除草機，可安裝于龍江1號播種中耕機和聯(lián)合播種植物生長促進效能的研究不僅會豐富植物物理學(xué)的機等機架_上進行中耕除草等作業(yè)。相關(guān)理論，而且可以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，增加經(jīng)濟收益。東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院研制的XQ-7型驅(qū)動式治效果。同時，研究人員還加強了分子生物學(xué)在除中耕除草復(fù)式作業(yè)機，設(shè)置了3種工作部件，即除草科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究一雜草抗藥性的分子生物學(xué)草輪、旋耕部件和噴藥裝置，通過配置除草輪來完成對地理和轉(zhuǎn)基因作物的培育。同時，在另一方面，我國有非常多的科研人員正成設(shè)計和制造高效率的除草機械設(shè)備。同時會利用計算機技術(shù)，為田間治理專家制定有效的決策提供幫助。1.3發(fā)展前景農(nóng)業(yè)機械化的迅猛發(fā)展，意味著除草機械的大量需求。我國除草機行業(yè)的迅速發(fā)展勢在必行,市場一定會注意到這個重要的商機，人們必定會一涌而上，這就會導(dǎo)致不良商家為了盈利而不顧質(zhì)量來建立工廠生產(chǎn)的不好現(xiàn)象。根據(jù)市場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，除草機必須符合當今人類的需求,目前市面上的除草機大多都是大型除草裝置，只適用于大面積除草，設(shè)備大不適合田間除草，除草不徹底雜草反反復(fù)復(fù)?，F(xiàn)有普遍的除草機設(shè)備大使用不方便;傳統(tǒng)的除草機主要通過刀具的高速切削來把雜草進行切除，這個設(shè)備具有不安全性，因此，人們對整機的安全性要求會比較高，人們在操作的時候，除草機會發(fā)生劇烈的振動，引起操作者的不適應(yīng)。然而傳統(tǒng)的除草機只是將雜草的莖葉打碎，雜草的根部還滋生在泥土里等到外界環(huán)境適宜雜草會再次長出除草不徹底，對于一般的用戶難以接受。所以研究一種小型的可以將雜草的根莖葉一并打碎的除草機勢在必行！小型手提式除草機概述2.1小型手提式除草機組成除草機的主要是由兩個部分組成，提供動力的液壓驅(qū)動裝置和完成雜草切除的刀具組成，結(jié)構(gòu)形式如圖2－1所示。

圖2－1小型手提式除草機結(jié)構(gòu)簡圖1.刀具部分2.動力源3.控制刀具裝置4.傳動避讓裝置5.橫向收縮裝置2.2小型手提式除草機的主要機構(gòu)及其功能如圖2-1所示的結(jié)構(gòu)簡圖，這是一種旋轉(zhuǎn)式除草機，根據(jù)結(jié)構(gòu)簡圖可以看出，主要包括刀殼、刀軸、液壓馬達、液壓缸、小支架、推桿、液壓缸、短軸承、刀盤、工作軸和刀片等。這個除草機的動力是靠一個液壓馬達提供的，它的動力是通過輸出軸傳遞給配有刀具的工作軸，從而帶動刀具工作，進而切除雜草。發(fā)動機處有一個控制油供給的旋轉(zhuǎn)按鈕，它通過控制油供給的速度，從而控制發(fā)動機主軸的轉(zhuǎn)速，進而控制切除速度。這個旋鈕還可以控制發(fā)動機的啟動和停止。除草機各部分的作用及介紹3.1刀盤部分刀盤裝置，解決現(xiàn)有割草機割草刀裸露在外面，沒有裝置進行保護，導(dǎo)致割草機割草刀片易于損壞的問題。其中包括由上至下依次設(shè)置的轉(zhuǎn)動馬達安裝板、上分草板、下分草板和滑板，他們兩兩之間通過連接桿進行固定連接并組成一個整體結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)動馬達安裝板和上分草板的后側(cè)設(shè)置有用于與牽引裝置連接的安裝板，轉(zhuǎn)動馬達安裝板的上端面固定安裝有轉(zhuǎn)動馬達，轉(zhuǎn)動馬達的輸出軸穿過轉(zhuǎn)動馬達安裝板與設(shè)置在轉(zhuǎn)動軸支座內(nèi)的轉(zhuǎn)動軸建立連接，轉(zhuǎn)動軸的另一端穿過上分草板與設(shè)置在上分草板和下分草板之間的割草刀盤建立連接。采用仿形機構(gòu)設(shè)計，是對人和割除草刀片起到保護作用的一種除草裝置。3.2動力部分本次設(shè)計采用了液壓馬達傳動，馬達的型號為OMQ-50。OMQ-50馬達采用整體式定轉(zhuǎn)子付，結(jié)構(gòu)精密，外觀新穎，可正反轉(zhuǎn)自由切換，可以并聯(lián)和串聯(lián)使用。符合了本次設(shè)計的體積小，功率大和價格的要求。3.3控制刀盤的傾角裝置傾角裝置實現(xiàn)了靈活調(diào)節(jié)夾持機構(gòu)與刀盤的角度的問題，提高了除草機的實用性，保證了壟溝壟上雜草的清理。也提高了除草機的使用安全性，保障了使用者的安全。3.4傳動避讓裝置除草刀具除草時，刀具前端打進地表打碎草根的時，當土壤內(nèi)存在大量的石塊，避讓裝置可以自動避讓石塊，避免刀具崩壞，對切割刀具起到保護作用，提高了刀具的使用壽命。3.5橫向收縮裝置橫向收縮裝置實現(xiàn)了小型手提式除草機手柄的靈活收縮，解決了身高和個人的使用習慣的問題。提高了本次設(shè)計的合理性和實用性。傳動系統(tǒng)的設(shè)計4.1液壓馬達傳動的設(shè)計及計算選擇液壓馬達要考慮很多因素，具體主要包括對動力源大小的要求，比如馬達的可以提供的最大轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速，這些主要是為了滿足除草機的工作要求。另一方面，要考慮的是性價比，用最少的錢滿足除草的性能要求。刀的轉(zhuǎn)速不易過慢，轉(zhuǎn)速太慢不能達到理想的切割力，降低除草的效率。刀的轉(zhuǎn)速也不易太高，因為人的行走能力有限，況且刀除草也需要一定的時間。如果除草機的轉(zhuǎn)速突破一定值后，除草效率并不會提高反而會不如最佳效率，并且速度過高的話，刀具極易磨損，影響除草機的使用壽命，降低刀的使用壽命，速度過快也會導(dǎo)致除草的質(zhì)量不高，這樣就容易發(fā)生除不干凈的現(xiàn)象，傳統(tǒng)意義上，刀的轉(zhuǎn)速通常會在2000-4000r/min的范圍。為了經(jīng)濟效益，在本設(shè)計中，液壓馬達的轉(zhuǎn)速選用3100/min。式中：Pd——液壓馬達工作時的輸出功率；Pw——液壓馬達工作時的輸入功率；——液壓馬達的總效率。除草機工作的時候所需要的功率為；小型手提式除草機刀具在工作過程中kw；根據(jù)實際情況，大致估計小型手提式除草機的質(zhì)量為25Kg；假設(shè)除草時地面的摩擦系數(shù)為0.6；智能除草機的輪子的直徑選用D=400mm；除草機最大的水平行走速度為1.5m/s；效率n的計算：2；2，；；綜上所述，結(jié)合液壓馬達的實際情況，本次設(shè)計采用P為2kw，轉(zhuǎn)速3100r/min的液壓馬達即可符合設(shè)計要求。本設(shè)備選用型號為OMQ50的液壓馬達，該馬達的特點是質(zhì)量小，動力強，油耗低，產(chǎn)品價格低，所以滿足本次設(shè)計要求。4.1.1選擇材料，確定和及精度等級。根據(jù)設(shè)計要求，本除草機的大小齒輪可以采用材料為45鋼，并且經(jīng)過調(diào)質(zhì)和表面淬火的熱處理工藝，達到表面硬度為45－50HRc；精度等級為6級。按硬度最低值的要求，查表：得MQ級質(zhì)量指標查得；查表：得到MQ級質(zhì)量指標查得；。4.1.2確定中心距a式中：根據(jù)表可以查的與這個材料配對的修正系數(shù)為Cm＝1螺旋角的系數(shù)Aa＝476載荷的系數(shù)k＝1.4許用接觸應(yīng)力取a＝80mm根據(jù)設(shè)計要求重新確定螺旋角4.1.3校核各接觸的強度（由參考文獻得）強度條件：[]計算各應(yīng)力：==得：各名義的切向力F===2043N使用系數(shù)K=1（查參考文獻得）動載的系數(shù)=（）式中V=A=81.5B=0.5C=6.75=1.4節(jié)點區(qū)域系數(shù)=1.5（查取）重合度的系數(shù)（查取）螺旋角系數(shù)（查表得）彈性系數(shù)（查表計算得）=＝＝243.9MPa得許用應(yīng)力：[]=得：極限應(yīng)力=1132MPa取最小安全系數(shù)=1.2（查取）壽命系數(shù)=0.92（參考文獻查得）潤滑劑的系數(shù)=1.08（由文獻查取，按油的粘度等于351）速度的系數(shù)=0.95（查文獻得）粗糙度的系數(shù)=0.8尺寸的系數(shù)=1（查取）則：[]==825MPa滿足[]4.1.4計算各齒根的強度強度校核條件：[]許用應(yīng)力：=；其中齒形的系數(shù)=2.65，=2.1（查取）應(yīng)力的修正系數(shù)，重合度的系數(shù)=1.8螺旋角系數(shù)=1.0（查?。X向載荷分布系數(shù)==1.3（其中N=0.95，查參考文獻計算）=94.7MPa==88.4MPa許用應(yīng)力：[]=根據(jù)資料可以確定式中個參數(shù)值為：極限應(yīng)力=350MPa安全系數(shù)=1.26我應(yīng)力修正系數(shù)=2壽命系數(shù)=0.8齒根圓角敏感系數(shù)=0.98齒根表面狀況系數(shù)=1尺寸系數(shù)=1（查取）則[]=滿足，〈〈[]驗算結(jié)果安全4.2傳動軸設(shè)計根據(jù)設(shè)計要求，我們呢對于工作軸的材料選擇為合金結(jié)構(gòu)鋼40MnB，通過熱處理工藝中的調(diào)質(zhì)處理，最后硬度為28HCR，=980MPa，=835MPa，=785MPa，我們設(shè)計的工作軸的一端還帶有花鍵，其具體結(jié)構(gòu)形式可以參見下圖在求得工作軸的輸出扭矩后，通過軸的輕度校核標準，我們求得最小軸徑不能小于7.90mm。為了達到可以控制割草的高度的要求，我們設(shè)計的刀盤的高度必須可以調(diào)整。主要是通過花鍵進行調(diào)節(jié)。4.2.1按照扭轉(zhuǎn)強度計算軸的校核主要是進行剛度扭轉(zhuǎn)強度的校核。如圖所示為工作軸的受力分析圖，工作軸所選擇的材料為合金結(jié)構(gòu)40MnB鋼。工作軸受力圖根據(jù)計算公式可求得工作軸所受扭矩：N/m階梯軸軸扭轉(zhuǎn)角：計算結(jié)果：滿足強度條件，安全。除草刀設(shè)計刀的作用是切割雜草打碎滋生在土壤中的草根。它的內(nèi)刀為圓柱狀，圓柱狀表面有螺旋狀刀，因為要達到入土深度要求。刀用ZG65Mn材料制造，淬火硬度為HRC55-60，刃口要鋒利。5.1螺旋刀設(shè)計螺旋刀的幾何參數(shù)對于切削效率而言是非常重要的，需要針對刀具的各個主要幾何參數(shù)進行非常細致的設(shè)計。轉(zhuǎn)速是螺旋鉆刀非常重要的參數(shù)之一。它對除草機的影響主要包括兩個方面，一是鉆刀的半徑大小R，二是葉片螺旋角的大小T，現(xiàn)在，針對質(zhì)量為m的單位土壤，以這個土壤作為研究對象，進行刀具質(zhì)量的分析。其刃部的攪碎(指切割草的)線速度。其刃部任一點位置上有法向速度。5.1.1螺旋刀受力在進行鉆孔工藝時,刀具鉆入質(zhì)量為m的單位土壤時，被切除的突然會沿著刀具螺旋線，隨著刀具旋轉(zhuǎn)而被排出，當然，這是的土壤會受到一個離心力為P的作用力,沿著葉片邊緣部分進行滑出，并與孔壁接觸(如圖所示)，此時，被切除的土壤不僅僅只受到一個離心力P，同時，土壤會受到重力的影響。即土壤上升的動力。土壤名稱土壤內(nèi)摩擦系數(shù)土壤對鋼鐵的摩擦系數(shù)砂0.58～0.750.73干粘土0.70～1.000.75～1.00泥灰石0.75~1.001.00濕粘土0.18~0.42——碎石0.300.84水泥0.840.73表1土壤摩擦系數(shù)5.1.2土塊臨界轉(zhuǎn)速計算土壤在沿著刀片向上運動時會有一種臨界狀態(tài)，這個時刻的土壤相當于葉片外緣上一個點且隨葉片原地旋轉(zhuǎn)，沒有向上運動，處于平衡狀態(tài)，即土壤所受力的平衡方程式可以表示為F1cosT=_F1sinT+F2F1=_P=_m0式中：an—土塊的向心加速度，an=RR-鉆孔半徑,m;kσ-土塊臨界角速度rad/s;n0土塊臨界轉(zhuǎn)速r/min將an代入（2）式，F(xiàn)1=_1mo將F1F2Fn0=29.92cosT+sinTR_(cosT?_2sinT)·式是沒有考慮科氏加速度影響下的臨界轉(zhuǎn)速，如果考慮科氏加速度的影響,即F向下偏一個U角,增加慣性力Pk，則(3)式變?yōu)閚0=29.92cosT+sinT5.1.3螺旋刀轉(zhuǎn)速的計算土塊的運動是由兩部分組成的，一是鉆桿旋轉(zhuǎn)的牽連運動；二是土塊沿螺旋葉片向上位移的相對運動；這兩部分的運動進行矢量合成。在實際情況時，我們通常取土塊的絕對速度為土塊的臨界轉(zhuǎn)速。因此有no=n+nr一般K=-(0.35～0.5)孔徑較小的,K值取小值;孔徑較大時,K值取大值,故nr=-（0.3～0.5）no5.1.4螺旋角T的選取有（查表）螺旋角的選取太大或者太小都是不對的，如果選擇的過大的話，就會導(dǎo)致鉆桿速度過高，影響鉆頭在工作時候的穩(wěn)定性，土塊不易于向上排出，從而滑落到孔里面去；如果選擇的過小，則會影響土壤沿著葉片的排出。因此,選擇合適的螺旋角是非常重要的，具體是以鉆孔效率來表示的，螺旋角可以根據(jù)鉆桿直徑d和螺距s求出，T=arctg(S^cd)（6）一般情況下，鉆桿的直徑d通常是已經(jīng)知道的，螺距s常取鉆桿直徑的0.5~0.8左右，S=(0.5～0.8)d，其對應(yīng)關(guān)系如表2表2鉆桿直徑與螺距的對應(yīng)關(guān)系直徑d（m）系數(shù)0.80.780.720.6.5刀刃起訖位置在攪拌時，刀具飛速運轉(zhuǎn)，刀具每旋轉(zhuǎn)一圈都會耗費很多的能量，但是實際情況下，我們通常只定義單位時間內(nèi)發(fā)出的熱量為：其中：Q－單位時間內(nèi)，除草機切削草所產(chǎn)生的熱量（J／s）F－除草時刀刃上的切割力（N）－刀刃切割草的線速度（m／s）因此，除草機切除草的速度越快，當然除草機所要產(chǎn)生的熱量就會越大，因此除草速度不能太高。根據(jù)日常生產(chǎn)生活知識，我們所采用的除草切削速度一般在30一90m／min之間，在這個范圍內(nèi)的切削速度是最為理想的，因此我們可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)可以大致的估算出刀刃的起訖位置，即刃的起點半徑和終點半徑R。根據(jù)式[1]得：[3]我們已知十字刀片得轉(zhuǎn)速n＝325r/min當時，，＝30m/min=0.45m/s當時，，R＝圓整后取:r=16mmR=46mm5.1.6刀刃的前角刀刃上的受力情況如圖(5-2)所示。圖5-2刀刃的受力分析根據(jù)圖5-2可知：因為刀刃的摩擦力為：草與前刀面的摩擦力為：得：[4][5]根據(jù)式[5]和式[2]我們可以知道，刀刃前角的大小會直接影響除草機在除草過程中的切削力的大小，并且還會影響切削時的溫度。根據(jù)刀具幾何參數(shù)設(shè)計原則，刀具的前角越大，切削時所需要的力就會越小，切削時產(chǎn)生的熱量也會越小；相反而言，就會很大。凡是不能超過極限，如果刀具的前角非常大的時候，這就會產(chǎn)生不利的影響，主要是因為刀具散熱體積小而使切割草時所產(chǎn)生的溫度不能很快冷卻。因此，我們需要合理的選擇前角的幾何參數(shù)范圍：前角大小一般取：(草比較柔軟時取大值，反之取小值)5.1.7刀刃的后角根據(jù)刀刃幾何參數(shù)意義可知后角的主要意義是：減小后刀面摩擦；在前角不變的情況下，增大后角能使刀刃鋒利。刀具在使用過程中會變得不那么鋒利，這樣，刀具的后角幾乎會被磨掉，從而會加大刀具在切削過程中產(chǎn)生的熱量。后角大小一般取：(草比較柔軟時取大值反之取小值)圖5-3后角與VB、NB的關(guān)系5.1.8刀刃的刃傾角在任何一個刀具葉片的法向剖面內(nèi)可以看到，如果把這個刀刃放大到一定程度時，我們可以近似的把刀刃看成是一小段半徑為的圓弧漸近線，如圖所示5-4所示，由于刀具刀刃上存在一個刃傾角，所以在切削速度方向的剖面內(nèi)，會看成是一小段橢圓弧。圖5-4刃傾角與刀刃鋒利度在這個橢圓弧的長半徑處，可以求得它的曲率半徑，這個曲率半徑就是指的是刀刃純圓半徑。關(guān)系為：[6]通過這個公式可以發(fā)現(xiàn)，如果刀傾角的絕對值越來越大，實際上就是在減小刀具刀刃的鈍圓半徑，進一步說明，兩者之間存在一個互逆的關(guān)系，同時增大刃傾角就可使刀刃變得較為鋒利。刀具的最大刃傾角可以表示為[7]初始刃傾角按下式計算：[8]式中：r－刀刃起始點半徑(mm)；R－刀刃終止點半徑(mm)；b－葉刀片外端寬度（mm）;－初始刃傾角；5.1.9刀刃上每點的攪碎速度刃傾角的存在就可以表示刀刃上相對于刀盤的速度，為了在實際生產(chǎn)生活方便，這個速度可以分解為垂直于刃的法向速度分量和平行于刃的切向速度分量。即：其值為：又因為：整理得（）5.2螺旋刀速度計算5.2.1鉆進速度計算刀具的鉆進速度指的就是鉆頭輸土的能力,但是輸土的能力會受到鉆頭功率的影響。對于直徑較小的鉆頭，它所耗損的功率較小，可以考慮提高輸土能力，但是直徑較小的鉆頭，輸出土壤的能力較差，也需要考慮；對于直徑較大的鉆頭，主要受到鉆頭功率的影響，同時也要考慮輸出土壤的能力，鉆頭速度最好控制的較低點?？梢越柚斖亮康拇笮泶_定鉆進速度v,V=j｜nr｜Sm/minS—螺距mJ—系數(shù)，一般取0.2～0.3法向速度值為：（）5.1.6刀片的結(jié)構(gòu)根據(jù)以上對除草刀各個幾何參數(shù)的分析，得出螺旋刀的結(jié)構(gòu)圖，此刀的特點：螺旋系數(shù)T=0.8；螺旋刀長度為80mm（可調(diào)節(jié)）；后角取4的時候刀片的使用壽命較長；前角取30，以減小攪碎所需的力及功率；通過增大刃傾角來提高刀刃的鋒利度；采用全圓弧形的前刀面結(jié)構(gòu)，以改善刀刃的強度。生產(chǎn)能力分析6.1除草機功率除草機在工作時所消耗的功率主要包括切除土壤的功率、輸出土壤的功率，刀具和土壤之間摩擦所耗費的功率。但是，在傳統(tǒng)功率計算的時候，我們通常為了計算的簡便，會不考慮除草所耗費的功率，但是這個功率確實存在，所以，為了更加符合實際情況，廣泛的考慮各種因素，非常有必要的把這個功率考慮在其中。6.1.1切土功率N1鉆刃在切削土壤時會受到很多阻力，主要包括土壤之間的摩擦阻力即Po=P1+_2P2(8)式中:Pσ刀刃單位長度上的阻力,N/m;Pr刀刃單位長度上的切削阻力,N/m;P1=Kp一;式中Kp為切削比阻力，其取值如表3；表4為土壤等級的劃分;表3切削比阻力KP土壤等級ⅠⅡⅢⅣKP（kPa5080～100150～200260～400表4土壤等級的劃分Ⅰ級砂，輕軟土質(zhì)，輕和中等溫度的松散粘質(zhì)土，種植土Ⅱ級粘質(zhì)土，中細沙礫，輕濕或散軟粘土Ⅲ級密實粘土質(zhì)，中等粘土，重濕度或松散粘土，軟泥炭Ⅳ級含碎石或卵石的粘土質(zhì)，重的或很重的粘土，中等堅實煤灰，有少量雜質(zhì)的石礫堆積物P2—刀刃作用于孔底土壤單位長度傷的壓力，N/m；P2=Q2R,其中Po=Kpvn+_2Q2R作用于鉆刃上的阻力矩M1為M1=P0R2N/M切土功率N1=M1n9545KW至于鉆具軸向壓力Q的值，其等同于鉆具的重力,這是因為鉆頭在鉆削直孔的時候，鉆頭所受到的重力遠遠大于土壤對它的軸向壓力，所以，人們在實際生產(chǎn)中，通常會減小土壤的最小軸向壓力Q的值，查閱文獻知Q值的大小取決于很多復(fù)雜多變的因素,在整個刀具切削土壤過程中,Q值不是恒定不變的,這就需要采用額外的裝置進行控制。當然，Q值的選用可根據(jù)實際工況來確定,一般計算可近似地用下式求出:Q=(30～35)RkN,其孔和徑小時取小值，孔和徑大時取大值。6.1.2輸土功率N2輸出功率N2可以表示為：Kr—土塊相對速度，rad/s；U—土塊運動軌跡螺旋角，其中，m—鉆刀所含全部土的質(zhì)量，m=jcRHVKgH-最大鉆孔深度m；V-土壤容重kg/m，參見表5表5土壤容重（kg/m3粘土亞粘土砂質(zhì)土硬狀態(tài)210521502050半硬狀態(tài)210021002000硬塑狀態(tài)205020001950軟熟狀態(tài)195019001900半流動狀態(tài)190018501850流動狀態(tài)180018001800g-重力加速度m/sa-土塊運動的絕對加速度m/sN總=N1+N2=2000W6.2刀的切割能力式中：F－滾刀切割能力（）；n－螺旋到的轉(zhuǎn)速（r/min）;326r/min－孔眼總面積與樣板面積之比，一般取0.3－0.4；取0.4F=1045cm