小型手推式割草机的设计

朱立宗　陈广升　张名焕　温科　郭朝勇

摘 要：介绍了一种小型手推式割草机。其特点采用手推式设计，由汽油发动机提供驱动力；采用两组刀片彼此反向切割，可以增加动刀片切削的往复速度，运行速度迅速增加，能够提高工作效率；而体积小、重量轻的小型手推式割草机还具有动性能灵活、操作简单、维修方便等优点。

关键词：小型手推式割草机；设计；方案

引言

目前我国割草在实际条件和客观因素的约束下，往往会选择往复式割草机和旋转割草机，人们在切割过程中，发现旋转式割草机需要较强的动力，耗能较多，相较而言往复式割草机综合表现更好，在所需动力相同的情况下耗能较少，具有良好的经济效益。但也存在一些难以回避的问题，具体表现为在实际切割过程中速度较慢、平衡性也不能得到良好保障，在切割作业过程中会表现出对柔性茎秆牧草的不适应，严重时会出现堵塞情况，无法正常工作。由于以上两种割草机存在的弊端，下文将重点介绍一款高效率的双刀割草机，双刀割草机相比前两中割草机整个构造相对精密，在切割作业过程中能保持较快的速度，同时也能保证良好的平衡性，保障整个作业过程的稳定性，提升工作效率。小型手推式割草机在切割过程中针对不同的品种的牧草作业环境表现出更好的适应性[1-3]。

1 小型手推式割草机方案设计

1.1 结构设计

此小型手推式割草机由主机架、控制把手、传动轴、剪刀头、调节块、发动机、行进轮、皮带安全罩等组成。发动机170F6.5马力风冷汽油机AJ001型发动机，固定于主機架正上方。控制把手连接在主机架后方，右把手上附有油门调节器、右把手上附有前进离合、左把手上附有后退离合。传动轴一端与切割装置传动连接，另一端固定在主机架和变速箱上，与汽油发动机转子相连，经过皮带将动力传递给变速箱的皮带轮。行进轮安装在主机架下方起到支撑和行进的作用。小型手推式割草机结构如图1所示。

1.2 工作原理

由于皮带轮固定在变速箱输入端，汽油发动机输出动力通过齿形皮带传动，将发动机动力传递给变速箱皮带轮，变速箱由蜗轮蜗杆变速等组成。传动轴带动两组刀片相互作，在切割刀的双重作用下将牧草进行切削，从而达到割草的动作。汽油发动机通过动力带动驱动轮驱动整个机器，实现机器自走功能。

2 割草机的传动方式

使用齿形皮带传动：

皮带传动是利用张紧力在带轮上的柔性带进行运动或动力传递的一种机械传动。采用齿形皮带传动，动力传递更大，比较适合自走功能的实现。齿形皮带转动结构简单、传动平稳，能够缓和机器由停止到行走的瞬间加速度；造价较低廉、不需要润滑、维护较容易。

3 双动切割结构的设计

3.1 双动切割装置结构设计

本小型割草机选用了汽油发动机通过皮带传递带动变速箱皮带轮，通过蜗轮蜗杆将动力传递给传动轴输出，来变换成割刀往复直线运动。作为整个割草机核心部分的切割装置，其结构设计复杂，主要由支撑部分和动刀两部分组成，支撑部分和动刀紧密的结合保证整个切割装置的平衡性和稳定性，切割装置内动刀与定刀均采用锯齿形刀片，动刀片和刀杆两者紧密咬合，最后和刀杆头组合在一起形成一套完整的割刀[4-5]。传动机构的正常运转保证动力的有效转换，使得一体化的刀杆和动刀在作业过程中能够获得持续不断地动力。双刀在作业过程中沿着同一个方向不断来往运动，动刀和定刀像一把大剪刀一样不断咬合来有效清理草茬。切割装置中的刀片采用特殊材料（优质钢板）经过热处理后成型，保证刀片具有足够的强度、硬度和耐磨损性；在切割装置的安装过程中，以有效保证良好的平衡性为主要原则，最大程度上减少不良振动，保证机器的使用寿命；支撑部分和动刀的结构设计应该符合工程学的要求，减少作业过程中的摩擦和阻力，降低能耗，提高单位时间内工作效率。切割机表可采用喷漆，避免机器生锈，具有良好耐腐蚀性的同时也拥有精美的外观。双动切割剪刀主体部分结构如图2所示。

3.2 双动切割剪刀功能

本装置为能够更好地适应不同面域的牧草收割工作，设计了双动割刀的不同尺寸。收割作业前，可通过根据收割不同地形、面积大小手动更换适合的剪刀头。将中间的螺栓固定，即实现动刀片收割范围最大化，此状态下动刀片理想收割直径为1200mm，可提高割草效率，适用于较为平坦宽阔的牧草。将尺寸小的剪刀头更换上去，可实现动刀片范围最小化，最小理想收割范围直径为800mm，可收割狭窄空间或死角处的杂草。正常工作时，割草高速往复直线运动将与其接触的待剪物切断，运行平稳且效率较高[6]。双动切割刀实物如图3所示。

4 扶手设计

4.1 扶手结构设计

扶手的支架类似“梯形”形状，但扶手头开口大慢慢弯曲缩小，连接安装放置于割草机机身后方，通过两侧侧板固定在割草机安装扶手座上。扶手座通过螺栓紧固在支撑架上，考虑到操作者身高不同、习惯不同，扶手的高度应当能方便地进行调整[7]。通过操作者调整好的适合高度，并将连接螺栓拧紧即可，可以随时进行调节，操作较方便简单。结构如下图4所示。

4.2 右扶手油门调节设计

为保证割草机进行正常运行收割牧草工作，需对发动机的动力源提供可调节的速度，对较复杂的地形、密集的牧草提供更大的机动功率。操控者方便在远程控制可通过油门调节改变发动机动力输出的转动功率，从而可以改变剪刀收割牧草的速度效率。

4.3 右扶手前进离合设计、左扶手后退离合设计

右扶手前进离合、左扶手后退离合是通过螺栓连接固定在把手上，可通过拉索远程控制连接，主离合器是通过皮带张紧式进行调节前进离合、后退离合的工作过程，市场价格低且外观精美。皮带传动是一种典型的机械传动，它的工作原理为依靠摩擦力来产生和传递动力。它的特点主要表现在皮带有良好的弹性，在工作中能缓和冲击和振动，运动平稳无噪音；而造价低廉、不需要使用润滑来润滑皮带、维护较容易[8]。结构如下图4所示。

5 结束语

利用皮带传动结构简单、传动平稳，能缓和机器由停止到行走的瞬间加速度。该割草机的动刀与定刀均采用梯形刀片，设计采用双动刀切削结构的小型手推式割草机。双动切削与单动切削相比，在装置结构相比更为复杂些，但是驱动动态时机动性能灵活，可以增加动刀片切削的往复速度，运行速度增加，所以作业速度很快，工作效率较高。但是手推式割草机需要人员行走，工作量大容易产生劳累，还有待于进一步改进为车座式，减少人员行走。

参考文献

[1]徐秀英，张维强，杨和梅，等.小型牧草收获机双动切割装置设计与运动分析[J].农业工程学报，2011，27（7）.

[2]尚士友，李旭英，杜健民，等.柔性沉水植物切割检拾装置的试验研究[J].农业工程学报，1998，14（4）.

[3]韩正晟，覃震霄，魏宏安，等.齿形链式切割器的试验研究[J].农业工程学报，1998，14（2）.

[4]许虎泉，卞丽娜，郭伟.小型牧草收获机械的研究[J].农机装备技术，2005（4）.

[5]杜健明.水草收获机械切割输送装置的设计分析[J].农村牧区机械化，1995（2）.

[6]王攀峰，尚士友，刘海亮，等.9GSCC-1.4H水草收割机切割装置改进设计[J].农机化研究，2010（9）.

[7]王文德.浅谈小型多功能手扶拖拉机的开发[J].拖拉机与农用运输车，2004（4）.

[8]赵立水，郑艳.小手扶的兴起与发展前景[J].农业机械，1993（3）.

作者简介：朱立宗（1980-），广西贵港人，广西科技大学职业技术教育学院，讲师，主要从事载运工具运用工程、CAE、职业教育研究。

陈广升（1993-），广西平南人，广西科技大学职业技术教育学院，学生，现主要从事车辆工程研究。