关于割草机的设计与动态特性探讨

曹良军

（祁阳县农业机械化管理局，湖南 永州　426100）

关于割草机的设计与动态特性探讨

曹良军

（祁阳县农业机械化管理局，湖南 永州426100）

为了促进我国现代农业的高效发展，应当尽快实现畜牧机械化发展，不断改进畜牧业中的存储技术、收割技术、种植技术等，促进农业操作效率的提升。目前已有的割草机存在价格高、使用不便、结构复杂等不足，急需采取有效地设计方法提升割草机的性能，促进割草技术的发展。因此文章主要研究割草机的设计方法，探究割草机的动态特性。

动态特性；设计；割草机

1　割草机的设计方法

（1）确定割草机的设计方案。在对旋转式割草机的切割特点、作业要求等进行综合考虑之后，确定了弹簧减振仿形式旋转割草机、支撑轮式旋转割草机、托盘式旋转割草机三种方案。其中弹簧减振仿形式旋转割草机是指将一个压簧放在其悬挂装置的A、B节点中间，其作用是减振仿形，在调节割茬高度的时候借助悬挂装置的升降臂，具有良好的割草效果。同时也能够与无支撑切割理论要求、旋转式割草机作业要求相适应，这种设计方案是比较合理的；支撑轮式旋转割草机主要是。将一个小车轮放在割草机的后侧方，主要是为了发挥仿形的作用、对割草机提供支撑。其优势在于灵活，弊端是缺少支撑稳定性，存在倾斜问题，而且减振的作用也无法实现，这种设计方案是不可行的；托盘式割草机设计方案，是将一个固定的托盘放在旋转刀盘下面，避免在遇到高处的时候刀盘与地面直接接触，从而有效的防止出现刀片切入泥土中对切割的继续造成不利影响，实现对刀片的保护效果。但是这种方案的不足还是存在的，如缺乏理想的仿形效果，而且当障碍物卡住刀片下的托盘时，就会产生倾斜的问题，对其正常工作、割草质量等造成负面影响，因此这种方案也是不可取的。

（2）分析其功率需求。P3（行走系统的行走功率）、P2（输送功率）、Prc（旋转切割器切割功率）是割草机功率的主要内容。在计算其功率时只要将其内容相加即可得到旋转割草机的功率需求，其公式为P3+P2+Prc=P；而在凹凸不平的倾斜草地上，拖拉机悬挂式旋转切割机进行作业时的功率主要依靠旋转切割机的机械效率、传动系统的总传动比、拖拉机动力输出轴的转速、切割器的半径、牵引阻力系数等指标来确定；在平坦的草地上，计算旋转切割机的切割功率公式为：Pc=VmBL0/102（kW），其中L0表示每平方米茎干切割所需的功率，单位为Nm/m2，B表示割草机的割幅，单位为m，Vm表示机器的前进速度，单位为m/s。在实际测量之后了解到牧草L0为200～300m之间，假设及其的割幅为0.88m，前进速度为10km/h，那么就可以计算出其输送功率需求为单位割幅功率与割幅的乘积，根据以往的经验了解到输送系统功率为0.22～0.5kW。行走轮功率相关的数据来源可以根据相关的经验数据，根据其自重（160kg）、每顿耗用功率（1～2.3kW）、机器行走速度（4km/h）等，可以得知其行走功率为0.24kW。而在不考虑空转功率、传动功率的前提下，单元盘旋转割草机所需的功率需求最小。从而对拖拉机的动力进行确定。

（3）分析割刀的受力情况。切割阻力、径向外拉力、牵引力共同组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关系，在割草机实际工作中径向外拉力与牵引力几乎是不变的定值，因此在设计割草机的时候可以不考虑这两种力的影响，其中切割阻力是经常变化的，其影响因素主要有风力、地面的坡度、牧草植株密度、牧草的种类等。

（4）分析割草机割刀的运动情况。机器前进运动、刀盘的水平旋转等构成了圆盘式割草机的割刀运动，余摆线是刀片某一点在地面上的运动轨迹，余摆带是其扫过的面积，其特点是具有相似的刃部长度、带宽。

（5）确定割草机割刀的转速。切割速度决定了割草机的割刀转速，根据相关试验可以了解到，在切割牧草时使用无支撑切割的旋转式切割器，应当保持81～83m/s刀片线速度，主要是由于刀片内端具有最低的圆周速度，因此在确定割刀应用的速度时选用该点为基准。

（6）确定割草机的刀片数量。多条余摆带形成了圆盘式切割器的切豁图，刀片的长度接近于带宽，在相等的圆盘转动一周时机器的前进距离中刀片余摆带纵向宽度之和与割刀圆盘转动一周时机器的前进距离情况下，就可以确定刀片的数量，同时还要对运转的平衡问题、制造的方便程度等进行综合考虑，从而确定出合理的割草机所需刀片数量。

（7）最终确定割草机的相关数据指标。在分析考虑各方面因素之后，最终决定选用后侧悬挂，作业形式为动力输出轴带动的机器为最终设计的割草机类型，1.273m× 0.939m×1.168m为该割草机的外形尺寸，该割草机自身净重为160kg，一个圆盘，最高12km/h拖拉机前进速度，选用直径为0.8m的刀盘，选择 4片刀片，转速为2000r/min。

2　探究割草机的动态特性

（1）概述动态特性。为了对割草机能够安全可靠的作业提供保证，应当保证割草机结构系统的动态特性和静态特性的良好，所以需要分析割草机的动态特性，与机械结构动态特性和静态特性的要求相适应。在不断变化的时间中，机械在接受输入量作用所做出的系统响应特性就是动态特性，它能够将系统的状态信息、特有属性展现出来，其特征主要是其输出量、输入量是时间函数，在时间变化下其量值也会随之发生改变，不是定值。

（2）分析割草机动态特性的意义。分析其系统动态特性是为了对其各种形式呈现出的状态信息进行研究、提取，进而评价、描述系统的动态特性。而研究割草机的动态性能，应当保证其动态特性与各种特定的要求相适应，从而评价割草机的性能是否优良。其基本任务是进行动态分析、做出正确的判断决策、根据割草机的系统进行信号测试、处理信号和信息、最后建模，或者根据系统知识直接建模。

（3）分析割草机动态特性的方法。在分析割草机的动态特性过程中主要分为建立模型、求解模式、分析计算结果、应用分析方法和模型四个步骤。其中建立动态数据模式主要是用来描述机械力、热、磁、电等综合作用下的运动情况，或者对割草机的工作性能进行分析建模；求解主要是利用计算机设备，对微分方程组进行求解，结合使用数值计算法进行数据计算；分析计算结果主要是比较实际测量的动态性能和规定的动态性能标准，并对所建模型的精确度、可信度进行验证；应用分析方法和模型主要是对前面所建立的模型、分析计算结果的方法等进行应用。从而在割草机的维护阶段、设计阶段等提供割草机的影响因素、动态特性等作为决策依据，使割草机的设计和应用可以达到最佳效果。

3　结语

综上所述，通过对割草机的设计和动态特性的深入研究，从中可以了解到为了提高割草机质量的效率，就需要在设计阶段综合考虑各方面因素，选择适当的设计方案、对割草机的各项数据指标进行确定，同时还要分析割草机的动态特性，使其性能能够与相应的标准相适应，从而设计出可以高效的进行割草作业的割草机设备，促进割草效率的提高，推动畜牧业的发展。

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

曹良军（1977-），男，湖南人，大学专科，助理工程师，主要研究方向：农机。