双刀盘割草机割草性能分析

欧阳兆彰　李伟业

摘 要：割草器的工作性能对割草机的工作效率、使用寿命有重要的影响。通过理论计算与基于有限元分析方法，对自主研发的割草机进行性能分析，评价割草器的工作效率与安全性。本文对割草器特性的研究工作，为下一步设计工作提供依据，缩短开发周期，提高城市绿化工作效率有着重要意义。

关键词：割草机割草器；静态特性；有限元分析

割草器是割草机的关键工作部件。它性能的好坏对割草机设计有着重要的影响，是开发设计过程中的重要环节。割草机在户外草坪修剪工作中还承受各种复杂多变的外界载荷，刀片作为割草器的主要受载部件必须有合理的强度，才能确保整机的工作安全与效率。

江门市公路局与江门职业技术学院联合开发的新型割草机，三维设计图如图1所示。该割草机具有自主研发的液压割草机构，能实现升降、收缩，完成各种草坪的修剪工作要求。根据城市绿化的工作要求，割草机组的工作速度在5～lOkm/h之间，割草器采用双刀盘结构，使割草机工作幅宽达到1.2m，每个刀盘可安装刀片数目为2～4片，刀盘经电机与减速机构带动进行工作，结构如图2所示。

1 割草器主要技术性能与参数

（1）确定刀盘直径、刀盘数和刀片数目，刀盘直径的大小和切割器的传动形式有一定关系。在一定的割草机割幅下，刀盘直径大，刀盘数将减少，传动机构也将简化。本设计综合考虑最终确定刀盘数为2个，每个刀盘上割草器数目为3片，刀盘直径为500mm。

（2）配套动力采用380V发电机，转速3850r/min、最大油耗1.2l/h，连同2.8kW电机驱动，使它在工作期间随时变动自己所需角度、平整度、高度、宽度和速度。

（3）割草机的工作速度在5～lOkm/h之间，割草机配有安全警示装置，同时具备大功率吹风机，能快速清理剩余杂草，从而达到一次性完成工作流程，根据实际情况，本割草机的切割速度定为g=60m/s。

（4）当割草机电机输出转速为2000r/min时，割草器各主要工作参数的选择与计算如下：①刀盘直径D=500mm；②刀盘切割速度g=60m/s；③刀盘经过减速机构，输出转速n=1500r/min；④刀片数为k=3。则割草器每秒割草次数N=nk/60=1500×3/60=75次/s，能较好符合实际工作要求。

2 切割刀片静态特性分析

利用Ansys软件对切割刀片的应力、应变进行分析。刀片材料选为合金钢，刀片伸出长度32mm，切割速度为60m/s，当碰到硬物时，刀刃斜面承受垂直均布载荷约为g=180n/mm。通过Ansys软件分析计算，得到刀片应力云图，如图3所示。可以观察与分析车架的最大应力位置。刀片的最大应力出现在前段安装液压割草机构处，其最大应力为130MP。割草机车架拟用的钢得其屈服极限b为375～460MPa，根据实际情况取安全系数e=2.5，则许用应力值[]为150～184MP，根据有限元分析结果（由图3可看出）最大应力为由分析结果max=130MP，即max<[]。因此，拟设计的刀片的静态特性能很好满足强度要求。

3 结语

通过理论计算，完成了双刀盘割草机的割草性能的分析计算，并对切割草器刀片进行了静态分析，得到割草器刀片在切割硬物时的最大应力为130MP，强度校核分析表明，拟使用的刀片材料能很好满足工作要求。本文对割草机的割草性能的研究工作，可为下一步设计工作提供依据，减少割草机开发周期，降低成本，确保整机开发质量。

参考文献

[1]徐柱主.中国牧草手册[M].北京：化学工业出版社，2004：3-4.

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[3]牛国栋，张士新.虚拟样机技术在农业机械产品开发中的启用[J].农机化研究，2008，（5）：157-159.

（作者单位：1.江门职业技术学院；2.江门市公路局）