指盘折叠式搂草机

耿传玉+甄宗霖+王凯歌+刘磊

摘要：随着我国人工种植牧草面积在逐年增加，实现牧草收获的机械化，降低劳动强度，提高劳动生产效率具有重要意义。同时，由于我国的草原多分布在北方高寒带，牧草适时收获期较短，季节性强，劳动强度大，为保证割草机割草后及时搂草摊晒，使牧草充分干燥，避免牧草中的营养成分丢失，使用高效率的搂草机械十分必要。该指盘式折叠搂草机主要由伸缩式主梁、折叠式侧梁、调节梁，2+7×2个草盘（分别置于主梁前侧和侧梁）、液压系统、固定轮、万向轮等组成。其中，侧梁与主梁的连接进行零件建模与装配，借助solidworks simulation进行该机机架的有限元分析，为后期优化设计提供理论依据，使用solidCAM对设计产品的采用的折叠机构，大大提高了搂草机的便捷性。本设计主要是利用solidworks主要零件进行数控加工模拟仿真。三维建模软件的使用节省了人力物力，缩短了设计周期。

关键词：指盘折叠式搂草机 效率便捷 CAD/CAE/CAM

1.课题的设计背景和意义

随着我国西部大开发和畜牧业的快速发展，人工种植牧草面积在逐年增加，实现牧草收获的机械化，降低劳动强度，提高劳动生产效率具有重要意义。同时，由于我国的草原多分布在北方高寒带，牧草适时收获期较短，季节性强，劳动强度大，为保证割草机割草后及时搂草摊晒，使牧草充分干燥，避免牧草中的营养成分丢失，使用高效率的搂草机械十分必要。

此外，目前国内搂草机械搂草作业面积大约在15m，搂草机长7m至8m，非工作状态下占用空间较多，这对于一些地形复杂崎岖的地方，传统搂草机的设计显得过于笨重，不便于运输。这就需要一种即便于运输，又不失传统搂草机优势的新型搂草机。

本设计在现有搂草机设计的基础上进行创新。侧梁与主梁的连接采用六杆机构作为搂草机的折叠机构，搂草机伸展后，六杆机构恰好到达死点位置，实现自锁，然后开始作业。作业结束后，利用液压缸拉动滑块将侧梁收回，侧梁折叠，主梁缩回。和传统搂草机相比，该搂草机由于采用折叠机构，使得在相同工作面积下，大大减小了机器尺寸，节省了原材料，同时便于操作和运输，实现控制的自动化。

2.整體结构方案

该指盘式折叠搂草机主要由伸缩式主梁、折叠式侧梁、调节梁，立轴梁，2+7×2个草盘（分别置于主梁前侧和侧梁）、液压系统、固定轮以及万向轮等组成。搂草机整体与拖拉机牵引连接，拖拉机提供整体动力，由液压系统控制草盘的起升和降落以及伸缩式主梁的伸缩。主要结构如图所示：

3.功能与使用说明

该搂草机工作时由拖拉机带动整体前行，液压机构控制主梁梁1的伸长以及折叠式侧梁的伸展，折叠机构伸展后，恰好到达死点位置，实现自锁，然后搂草机开始作业。侧梁与主梁成135°角，16个草盘均匀分布于中间和两侧，并与侧梁成一定角度，草盘靠重力作用抓地随机器前行，齿的头部弯曲，这样易抓取牧草，整个过程中草盘不转动，当遇到地面较高处时，会在弹簧的拉力下自动弹起，避免耙齿破坏草场地面，还可以减少草条中的陈腐草及泥土等杂物。在运输过程中，液压系统控制着草盘的起升和降落，以免搂草盘上的齿将其他物体刮伤或者草盘自身受损。作业结束后，利用液压缸拉动滑块将侧梁收回，侧梁折叠，主梁缩回。

4.基本零件的设计

零件是组成机械产品的基本要素，零件的模型构建及装配决定了整个机械产品的性能。在使用Solidworks三维软件进行零件设计过程中，尺寸设计是一项重要的限制因素，通过详细了解传统搂草机，以及根据有限云分析软件得出的数据，最终确定该指盘折叠式搂草机各部分零件的尺寸。

在该指盘折叠式搂草机中主要部位是主梁，侧梁和调节梁。根据实际工作要求，以及传统搂草机相关尺寸，结合有限元分析软件分析数据，最终确定主梁，侧梁以及调节梁尺寸。然后，将主梁，侧梁和调节梁进行细分，得到各部分零件尺寸。再用Solidworks三维建模软件进行零件图的绘制。在零件图的绘制中，主梁，侧梁，调节梁以及立轴梁的各部分零件主要用到了拉伸，切除，旋转，抽壳以及异型孔向导。

草盘在整个零件的三维建模中属于比较繁琐的零件，依据传统搂草机草盘的形状，尺寸以及有限元分析软件得出的数据，最终确定该搂草机草盘的形状以及尺寸。它的三维建模主要用到了扫描，拉伸，切除，放样以及局部阵列。

其他零件如轮胎，轴销以及液压油缸等根据不同的需要确定其尺寸，通过旋转，放样，曲面等一系列特征形成。

5.运动模拟仿真

Solidworks提供一种运动仿真的运动算例。正确装配搂草机后，进行运动仿真。在该指盘折叠式搂草机的设计中，不同时间点设定搂草机侧梁非工作状态，侧梁展开状态以及主梁伸长状态，和搂草机侧梁折回，主梁收缩状态。通过运动算例实现其不同状态下的模拟仿真运动。通过运动模拟仿真可以直观的观察到设计产品的操作运行状态，为优化设计提供直观依据。

6.结论

通过我们的调查，发现无论国内还是国外的大型牧场都在使用搂草机，但是存在一个严重的缺点，传统搂草机体积较大，在崎岖的地形不方便运输，这样急需要一种在非工作状态下体积较小，方便运输的搂草机。

与传统搂草机相比，该指盘折叠式搂草机折叠系统以及伸缩式主梁的设计，使得其在崎岖的地形上工作成为可能，并且被大大减小了非工作状态下搂草机的体积，更加方面与搂草机的运输，但同时又不影响搂草机的工作效率以及作业幅宽。

使用solidworks进行零件设计、装配，通过直观展示完成一些列的样机外形改进。使用CAE有限元分析软件对主机架及中间桁架进一系列分析，通过应力云图、位移云图、应变云图进行机架校核，简化计算过程，为优化设计提供理论基础。使用CAM进行数控加工模拟仿真技术，用软件进行零件加工轨迹模拟，避免了直接在机床试加工时浪费材料、人力，以及破坏机器的风险。Solidworks软件中CAD/CAE/CAM系统的使用，在产品的设计过程中，保证了设计者可以随时观察、优化和修改设计产品，缩短了设计周期。

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