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摘 要
上世紀(jì)90 年代初，我國(guó)草坪業(yè)處于起步階段，經(jīng)過(guò)近20 年的發(fā)展，草坪業(yè)已經(jīng)作為重要的產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)著經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的高速發(fā)展。草坪的繁殖、建植、維護(hù)技術(shù)日漸成熟，同時(shí)也面臨著一系列亟待解決的問(wèn)題。
草坪業(yè)的快速發(fā)展帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)草坪機(jī)械的應(yīng)用，用于根莖采集的草坪根莖采集機(jī)的研制，實(shí)現(xiàn)了草坪根莖的機(jī)械化采集，促進(jìn)了根莖直播法的推廣，節(jié)約了土地資源，提高了草坪養(yǎng)護(hù)的效益，為采集草坪種源、規(guī)?；牟萜航ㄖ蔡峁┲匾ＷC，可扭轉(zhuǎn)優(yōu)良無(wú)籽草坪進(jìn)口品種壟斷國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的現(xiàn)狀，應(yīng)用前景廣闊。
本文分析了根莖采集在植草中的作用，通過(guò)參照對(duì)比各種草坪機(jī)械的底盤，研究設(shè)計(jì)了草坪根莖采集收獲機(jī)的自走底盤。本文主要涉及自走驅(qū)動(dòng)輪的零部件及機(jī)架的設(shè)計(jì)。為了考慮到經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性在設(shè)計(jì)中采用了滾筒式的驅(qū)動(dòng)輪和無(wú)梁式機(jī)架，并且通過(guò)校核驗(yàn)證滿足了技術(shù)上的要求。
關(guān)鍵詞：根莖采集；底盤；驅(qū)動(dòng)滾筒；機(jī)架
ABSTRACT
In the early 90 century, course of study of our country lawn at the initial stage, after nearly 20 years of development, the lawn industry as an important industry has led the economic, social development. Turf breeding, planting, maintenance and technology maturity, while also facing a series of problems that solve urgently.
Lawn industry fast development driven by domestic lawn machinery applications, for the stem of lawn rhizome harvesting machine, realizes the lawn rhizome mechanization acquisition, promoted the roots live law promotion, saving land resources, improve the benefit of lawn, lawn seed source for acquisition, the scale of the lawn and provide an important guarantee, can reverse the excellent seedless turf imported varieties monopoly of the domestic market situation, application prospect.
This text analyzed the root-stock collects at plant the function in the grass, pass to according to the mechanical bedrock in every kind of lawn in contrast, the research designed the lawn roo-stock collects to harvest the machine of from walking bedrock. This text involves primarily frpm the design that waliking band driving a roiund the parts of zero and machines. For the sake of in design the roller type drivers a request for with have to no beam type machine , and by checking the certificate satisfied the technique the top .
Key words : root-stock collects；bedrock ；drivers roller；machine
目 錄
第一章 緒論………………………………………………………………………1
1.1引言……………………………………………………………………………1
1.2底盤設(shè)計(jì)概述…………………………………………………………………2
1.3國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況…………………………………………………………4
1.4應(yīng)用前景……………………………………………………………………4
第二章 底盤的總體設(shè)計(jì)………………………………………………………6
2.1驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)…………………………………………………………6
2.2緊固部件的設(shè)計(jì)校核…………………………………………………………12
2.3前輪的選用及其參數(shù)…………………………………………………………14
2.4傳動(dòng)鏈輪的參數(shù)確定…………………………………………………………14
2.5底盤架子的設(shè)計(jì)………………………………………………………………15
第三章 總結(jié)………………………………………………………………………17
致謝……………………………………………………………………………………18
參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………20
第一章 緒論
1.1引言
城市化進(jìn)程是我國(guó)未來(lái)20年發(fā)展不可阻擋的趨勢(shì)。發(fā)展城市綠化是人們最直接、最簡(jiǎn)潔、最迅速地得到小區(qū)域利益的一種有效途徑。
城市綠化可以凈化空氣，城鎮(zhèn)的各類綠地,以其巨大的葉面積,濃密的枝干,阻滯、過(guò)濾、吸附空中的灰塵、飄塵,同時(shí)還能起到滯留、分散、吸收空氣中各種有毒氣體的作用,從而可使空氣得到凈化。樹(shù)林是凈化大氣的特殊“過(guò)濾器”；城市綠化可以調(diào)節(jié)氣候，首先,園林植物可以調(diào)節(jié)溫度。園林綠化可以調(diào)節(jié)氣溫,起到冬暖夏涼的作用。在炎熱的夏季,樹(shù)木龐大的葉面積可以遮陽(yáng),能有效地反射太陽(yáng)輻射,大大減少陽(yáng)光對(duì)地面的直射。樹(shù)木通過(guò)葉片蒸發(fā)水分,可降低自身的溫度,提高附近的空氣濕度。因而夏季綠地內(nèi)的氣溫較非綠地氣溫低3～5℃,較建筑物地區(qū)的氣溫降低10℃左右。因此,城市綠地面積大、覆蓋率高,能有效地改善居民居住區(qū)小氣候。在綠化好的地方,夏季人們會(huì)感到空氣清新,可以消暑納涼、防暑降溫。冬季,樹(shù)木能降低風(fēng)速,減弱冷空氣的侵入,樹(shù)林內(nèi)及其背向的一側(cè),溫度可提高1～2℃。其次,園林植物可以調(diào)節(jié)空氣流動(dòng)。由于綠化區(qū)和非綠化區(qū)之間的溫度存在差異,綠地的氣溫較鄰近的非綠地氣溫要低。按照氣溫?cái)U(kuò)散升降規(guī)律,冷空氣要向熱空氣地區(qū)流動(dòng),有時(shí)流動(dòng)速度可達(dá)1m/s,從而可形成輕微的風(fēng),使人感到?jīng)鏊怀鞘芯G化能夠有效減弱噪音，現(xiàn)代城市噪音污染越來(lái)越嚴(yán)重,噪音不僅影響人們的正常生活,嚴(yán)重的還能危害人們的健康,影響人們的中樞神經(jīng)系統(tǒng)和精神反應(yīng),導(dǎo)致人們出現(xiàn)精神不振、疲勞過(guò)度、血壓增高等癥狀。利用喬木的龐大樹(shù)冠和枝干,則可以吸收和隔離噪聲；城市綠化還可以美化環(huán)境 ，園林植物是城市景觀的重要組成部分。植物千姿百態(tài)、美麗的外形,豐富了環(huán)境的空間變化。樹(shù)木的高低錯(cuò)落,樹(shù)形的各式各樣,樹(shù)冠的大小差異,打破了建筑物的平直單調(diào)而變得生動(dòng)、活潑,從而加深了城市環(huán)境的空間感和層次感。各類植物隨著季節(jié)變化,呈現(xiàn)不同的季相色彩,如五角楓、三角楓、紅瑞木等樹(shù)種秋葉變紅,金銀忍冬、雞樹(shù)條莢蒾等樹(shù)種果穗冬季宿存枝頭,成為寒冷冬天的獨(dú)特景觀?；ɑ艿纳矢俏宀世_紛,因此,對(duì)城市進(jìn)行合理的綠化,可以使城市變得色彩斑斕、生機(jī)盎然,美麗的生存環(huán)境使人們賞心悅目。
園林綠化、生態(tài)、環(huán)境是人們十分關(guān)注的問(wèn)題。園林綠化不僅表現(xiàn)了人們對(duì)美好生活的要求，也體現(xiàn)了一個(gè)城市的現(xiàn)代化水平。草坪業(yè)作為園林綠化的基礎(chǔ)組成部分，得以空前發(fā)展，但由于歷史原因和科技水平的限制我國(guó)草坪業(yè)的發(fā)展始終停留在低水平低層次上，再加上目前我國(guó)目前生產(chǎn)草坪的草種幾乎依賴進(jìn)口，出口草種的價(jià)格偏高，且進(jìn)口的渠道有限，這些因素極大地限制制約了我國(guó)草坪業(yè)良性發(fā)展。
在綠化中，人們已逐步認(rèn)識(shí)到了草坪的重要性，“草坪是衡量一個(gè)國(guó)家或城市文明與發(fā)達(dá)程度的重要標(biāo)志之一”，在發(fā)達(dá)的西方國(guó)家有人提出了“不見(jiàn)寸土主義”，將農(nóng)田、建筑、道路、水面以外的土地用草坪覆蓋。在城市綠化中，草坪的運(yùn)用是十分重要且不可缺少的一環(huán)。城市從整體來(lái)看，是由灰色混凝土構(gòu)成的建筑群，而草坪是綠色的生物，如果有草坪及地被植物的襯托，就可以使固定不變的建筑物富有生氣，增加人工環(huán)境中的自然魅力，使人們?cè)诰裆袭a(chǎn)生舒適的感覺(jué)。
和草坪業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家相比,中國(guó)草坪業(yè)仍存在較大差距。為保證城市居民的正常呼吸,國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定每人需綠地30～40 m2,在發(fā)達(dá)國(guó)家的城市人均草坪面積一般都達(dá)到或超過(guò)這一標(biāo)準(zhǔn)。1973年澳大利亞堪培拉人均達(dá)70.5 m2,1976年美國(guó)人均30.2 m2,英國(guó)30.4 m2,莫斯科44 m2,瑞典斯得哥爾摩80.3 m2,而我國(guó)大、中城市人均擁有面積是7 m2。綠化水平較高的城市北京人均只有7.8 m2,大連9.5 m2,要達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)尚需幾代人的努力。2007年7月26日,國(guó)家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布數(shù)據(jù)顯示,我國(guó)城市化水平為43.9%,城市化速度的加快必將帶動(dòng)草坪業(yè)的快速增長(zhǎng),中國(guó)草坪業(yè)市場(chǎng)潛力極大。草坪種子國(guó)產(chǎn)化、草坪育種、建植、管理
而且我國(guó)目前生產(chǎn)商品草皮絕大部分直接種植在田間地頭，每售一茬需要帶走2cm的表土，對(duì)地力破壞嚴(yán)重， 運(yùn)輸成本高且草皮工藝落后（目前主要依賴人工鏟運(yùn)）造成商品草皮厚度不均鋪植后高低不平，這些因素也從一方面制約了草坪業(yè)的發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)雖然也出現(xiàn)了一些較為先進(jìn)的商品草皮的生產(chǎn)方法，如無(wú)土草毯，植生草毯等，但其生產(chǎn)成本偏高且只適用于少數(shù)品種。
有些草坪品種（如矮生白菜墓大，天堂419，馬尼拉等），利用基根莖較強(qiáng)的萌孽能力的特點(diǎn)，進(jìn)行根莖直播來(lái)建植草坪的方法，早已取得成功，但由于根莖的獲取比較麻煩目前主要手工操作效率低，使得這一成果很難大規(guī)模推廣。
在此情景下，研究草坪根莖規(guī)?；a(chǎn)工藝，探索收獲根莖的方法、新工藝，解決根莖收獲的難點(diǎn)，提高收獲效率，開(kāi)發(fā)除草籽草皮以外的商品化新種源——“根莖”
因此我們本次的設(shè)計(jì)志在研究開(kāi)發(fā)出一臺(tái)帶有自走功能的草坪根莖采集收獲機(jī)。
1.2底盤設(shè)計(jì)概述
1.2.1底盤在園林機(jī)械中的作用
底盤在汽車行業(yè)中發(fā)展得以完備，它是支承、安裝汽車發(fā)動(dòng)機(jī)及其各部件、總成，形成汽車的整體造型，并接受發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，使汽車產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，保證正常行駛。汽車底盤由傳動(dòng)系、行駛系、轉(zhuǎn)向系和制動(dòng)系四部分組成。
底盤在一般的行走機(jī)械中起著支撐動(dòng)力、架起工作部件的作用，在園林機(jī)械中底盤不僅支撐動(dòng)力，工作部分有時(shí)還要帶有收集裝置，是園林機(jī)械的重要組成部分。園林機(jī)械作為一個(gè)整體，其組成部分是相互制約的，也相得益彰，底盤的技術(shù)性能是一部機(jī)械的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、安全性、環(huán)保等性能的基礎(chǔ)，從機(jī)械本身設(shè)計(jì)制造角度來(lái)看，設(shè)計(jì)出合適的底盤才能發(fā)揮出其優(yōu)勢(shì)。
因此，底盤技術(shù)水平的提高是提高和發(fā)展園林機(jī)械技術(shù)的基礎(chǔ)，我們應(yīng)當(dāng)重視底盤的開(kāi)發(fā)研究。
1.2.2底盤的設(shè)計(jì)思路分析
縱觀園林機(jī)械如梳草機(jī)，割草機(jī)等都有各自有利于其使用及達(dá)到性能要求的底盤。如“Blue Bird”牌的手推式梳草機(jī)的底盤，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單整車質(zhì)量不高，因此它的底盤采用的是無(wú)動(dòng)力的手推式，發(fā)動(dòng)機(jī)只帶動(dòng)梳草機(jī)的刀具，在底盤上的布置也比較簡(jiǎn)單，它的四輪也只采用一般的橡膠實(shí)心小輪，采用支耳式裝配就能滿足要求。
再看江蘇丹陽(yáng)word集團(tuán)生產(chǎn)的16寸的自走式割草機(jī)。它的底盤上的總體部件布置緊湊，底板采用鋼板結(jié)構(gòu)式增加了承載能力。它采用后輪驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)方式是差速器驅(qū)動(dòng)，采用鏈傳動(dòng)，工作部件采用帶傳動(dòng)。驅(qū)動(dòng)輪采用的是寬為5寸的充氣輪胎，這樣減少了對(duì)地的壓力，對(duì)草坪起到了保護(hù)作用。由于采用了差速器，因此此割草機(jī)在轉(zhuǎn)彎方面功能不錯(cuò)，操作也很靈活。
在參考了大量園林機(jī)械后，根據(jù)設(shè)計(jì)要求工作寬副為600mm設(shè)計(jì)了一個(gè)采用滾筒替代常規(guī)輪子的自走底盤。在設(shè)計(jì)之初首先考慮的是傳動(dòng)和驅(qū)動(dòng)方式以及過(guò)彎的靈活性。首先的是差速器的傳動(dòng)和驅(qū)動(dòng)。一般差速器采用充氣胎作驅(qū)動(dòng)輪，它的過(guò)彎性能很好，但是成本高。如果設(shè)有后橋總成本高，制造上也比較復(fù)雜。其次又考慮的是普通鏈傳動(dòng)。兩輪子在一個(gè)有鏈輪的軸上通過(guò)鏈來(lái)驅(qū)動(dòng)，這樣設(shè)計(jì)制作簡(jiǎn)單但它的過(guò)彎性能不理想，在此基礎(chǔ)上考慮采用牙嵌式離合器裝在驅(qū)動(dòng)軸上來(lái)改良它的轉(zhuǎn)彎性能，但這樣的話鏈輪要裝在軸的中間變速箱，過(guò)來(lái)的鏈條也要通過(guò)中間來(lái)聯(lián)接，這樣將與草根采集出口相碰不利于傳動(dòng)和采集。
1.2.3 底盤設(shè)計(jì)及優(yōu)點(diǎn)
綜合思路分析及參考一臺(tái)英國(guó)的割草機(jī)選擇滾筒作為驅(qū)動(dòng)輪，傳動(dòng)方式為鏈傳動(dòng)。首先，薄鐵皮做的滾筒在強(qiáng)度上通過(guò)校核滿足要求，它的制作成本很低充分考慮到了經(jīng)濟(jì)的因素，在滾筒外面包上一層橡膠減輕了對(duì)草地的損壞，在裝配方面結(jié)構(gòu)也很簡(jiǎn)單很容易，過(guò)彎方面雖不如差速器驅(qū)動(dòng)來(lái)的方便，但實(shí)際操作起來(lái)還是比較方便，它的操作如圖1-1。
圖1-1
在力F的作用下平滾筒產(chǎn)生一個(gè)扭矩，很容易就轉(zhuǎn)彎了，這個(gè)力F的大小在8～15kg，詳細(xì)的操作的設(shè)計(jì)計(jì)算在操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中。在底盤機(jī)架的設(shè)計(jì)中考慮到上面要支撐汽油機(jī)、變速箱、聯(lián)軸器以及其他一些輔助設(shè)備，而且最主要的是采集刀具甩出來(lái)的根莖要不干涉其他工作部件，因此采用鋼板經(jīng)過(guò)沖壓，折彎來(lái)作支架。這樣的優(yōu)點(diǎn)，在于承受穩(wěn)定牢靠，制作簡(jiǎn)單。如采用有梁支架制作將相當(dāng)復(fù)雜，增加了成本。
1.3國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r
由于根莖采集在植草中的作用越來(lái)越被人重視，國(guó)內(nèi)外都在研究開(kāi)發(fā)生產(chǎn)根莖采集機(jī)械，國(guó)外以大型機(jī)械為主，一般以汽油機(jī)為動(dòng)力工作寬幅一般在1m到2m，它的底盤也較為復(fù)雜，主要應(yīng)用在大型的草坪生產(chǎn)公司。其中做的比較好的是澳洲的沃得公司。
國(guó)內(nèi)這方面主要以小型機(jī)械為主，這符合中國(guó)的國(guó)情，因?yàn)橹袊?guó)的草坪業(yè)為中小型為主，國(guó)內(nèi)做的比較好的有江蘇山水園林建設(shè)公司，在近幾年研究制作出了根莖采集機(jī)械并探索出了一套根莖采集的工藝。2003 年，江蘇山水建設(shè)集團(tuán)有限公司姚鎖坤等提出了“草坪草根莖規(guī)模化生產(chǎn)工藝”，通過(guò)：根莖采集———簡(jiǎn)單處理、收集———貯藏———直播———養(yǎng)護(hù)———成坪，并參考草坪梳草機(jī)的原理，創(chuàng)新設(shè)計(jì)出草坪草根莖采集機(jī)。2009 年江蘇山水建設(shè)集團(tuán)有限公司承擔(dān)了“草坪根莖采集機(jī)優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)的研究”，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，增大了草坪根莖采集機(jī)的動(dòng)力，增加了工作寬幅，改變了刀片的形狀和刀片數(shù)量，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試表明，重新設(shè)計(jì)的草坪根莖采集機(jī)具有采集效率高、整機(jī)穩(wěn)定性能好等優(yōu)點(diǎn)，目前該機(jī)已經(jīng)通過(guò)江蘇省農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定站的性能檢測(cè)。
由于技術(shù)上的差距，國(guó)內(nèi)的這方面的產(chǎn)品與國(guó)外還是有一定的距離的，因此我們作為技術(shù)人員將要投入更大的時(shí)間和精力來(lái)開(kāi)發(fā)更好的產(chǎn)品。
1.4應(yīng)用前景
在草坪建植中，應(yīng)用到的草坪機(jī)械大部分以草坪修剪機(jī)為主，如割灌打草機(jī)、草坪修剪機(jī)、草坪修剪車等。據(jù)海關(guān)統(tǒng)計(jì)，1992 年至1998 年的7 年內(nèi)草坪修剪機(jī)進(jìn)口呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)，累計(jì)進(jìn)口草坪修剪機(jī)約4 萬(wàn)臺(tái)，平均年進(jìn)口約為5 000 臺(tái)。1999 年進(jìn)口的草坪修剪機(jī)達(dá)到2.96 萬(wàn)臺(tái)，2000 年為3.16 萬(wàn)臺(tái)。僅2001 年進(jìn)口的草坪修剪機(jī)就達(dá)到4.03 萬(wàn)臺(tái)，為1992 年至1998 年之間累計(jì)進(jìn)口量的總和。我國(guó)的草坪機(jī)械的研究較晚，起步于20 世紀(jì)70 年代末，但發(fā)展很快，目前已有一批企業(yè)開(kāi)始批量生產(chǎn)各類草坪機(jī)械，如南通縱橫國(guó)際股份有限公司、中浩園林機(jī)械有限公司等。草坪機(jī)械品種比較單一，性能、質(zhì)量和制造水平還比較落后。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)際發(fā)展草坪機(jī)械有近百年歷史，發(fā)達(dá)國(guó)際大部分城市的園林綠化作業(yè)從公共綠地到家庭綠地的建設(shè)和養(yǎng)護(hù)已經(jīng)全部實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化作業(yè)，著名的品牌有美國(guó)的MTD、TORO、JOHNDEERE， 瑞典的HUSQVARNA以及日本的HONDA 等。國(guó)內(nèi)，江蘇山水建設(shè)集團(tuán)有限公司研制的“專用草坪根莖采集機(jī)”獲得國(guó)際發(fā)明專利。
新研制的4JC- 600 型草坪根莖采集機(jī)具有工作穩(wěn)定、生產(chǎn)率高，采集質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，它適用于采用根莖繁殖的草坪草如狗牙根、天堂草、百慕大、結(jié)縷草、假儉草等。根莖種植后經(jīng)過(guò)一個(gè)月左右就能返青成坪。與傳統(tǒng)的移植草皮進(jìn)行種植相比，每年能多生產(chǎn)2～3 茬草坪，與人工采集根莖相比，大大提高了生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)了草坪種莖的規(guī)?；杉?，使得草坪無(wú)性繁殖方式———根莖直播法的推廣成為可能。解決了目前草籽幾乎依賴進(jìn)口的現(xiàn)狀，同時(shí)解決了國(guó)內(nèi)引進(jìn)的優(yōu)良草坪草無(wú)種籽，需要采用營(yíng)養(yǎng)體繁殖方式的難題。
機(jī)械采集草坪種莖直播種植草坪的方法具有加工簡(jiǎn)單、運(yùn)輸建植成本低等優(yōu)點(diǎn)。用收獲根莖直播建坪的成本不到商品草皮的1/3 ，另外根莖運(yùn)輸成本不到草皮運(yùn)輸成本的1/5。經(jīng)試驗(yàn)，1 m2 的根莖可播植5～8 m2，而草皮間鋪一般為1 m2 可鋪設(shè)2～3 m2，直接經(jīng)濟(jì)收入1 m2 可增加6～15 元，再加上綠化面積增收18 元以上，因此1 m2 產(chǎn)值可達(dá)24～33 元，效益顯著。由于種植方便、成坪迅速、草坪質(zhì)量高，同時(shí)還能對(duì)現(xiàn)有農(nóng)田實(shí)施有效保護(hù)，可廣泛應(yīng)用草坪農(nóng)場(chǎng)、草坪養(yǎng)護(hù)公司、企事業(yè)單位的綠化部門以及草坪種植專業(yè)戶等，因此草坪根莖采集機(jī)有廣闊的應(yīng)用前景。
草坪根莖采集機(jī)的應(yīng)用，不但可以節(jié)約土地資源，在不破壞原有草坪的基礎(chǔ)上，規(guī)?；杉o，解決了現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)建設(shè)中需求量大與種源匱乏之間的矛盾；同時(shí)可以將原有草坪養(yǎng)護(hù)過(guò)程中獲得的根莖垃圾加以利用，變“廢”為“寶”，成為草坪新種源，徹底扭轉(zhuǎn)草坪養(yǎng)護(hù)只投入無(wú)產(chǎn)出的現(xiàn)狀，產(chǎn)生明顯的草坪養(yǎng)護(hù)的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，將扭轉(zhuǎn)目前進(jìn)口優(yōu)良無(wú)籽草坪品種壟斷國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的現(xiàn)狀，并推動(dòng)我國(guó)園林機(jī)械化的發(fā)展。
第二章 底盤的總體設(shè)計(jì)
2.1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
2.1.1驅(qū)動(dòng)滾筒的設(shè)計(jì)
滾筒鐵皮的設(shè)計(jì)要求為滿足承載，在負(fù)載情況不易變形，初定滾筒材料為45鋼，厚度為4mm，由于滾筒外面要包3mm厚的橡膠，因此定滾筒外徑R=97mm，內(nèi)徑r=93mm.
由設(shè)計(jì)變速箱的資料顯示，滾筒所受扭矩為1.7610 5 N·mm
由材料力學(xué)公式
得滾筒所受剪應(yīng)力
=
圖2-1 =0.74MPa
絕對(duì)符合條件。
在剪切應(yīng)力得到保證的情況下，通過(guò)加2個(gè)加強(qiáng)肋來(lái)增加它的抗壓能力，其加強(qiáng)肋形狀如下圖2-2：
圖2-2
底盤承受的總質(zhì)量為120kg，根據(jù)前后承重比例后輪承受質(zhì)量為80kg，則每個(gè)加強(qiáng)肋承重40kg。
則所受壓應(yīng)力P===1.7×106Pa 滿足條件
綜上所述滾筒設(shè)計(jì)合理。
2.1.2 橡膠滾筒外皮設(shè)計(jì)
滾筒外包一層橡膠皮有利于對(duì)草坪的保護(hù)而且橡膠有了彈性起到減振作用參考（美）A·N·詹特主編的《橡膠工程》，采用硫化橡膠。硫化橡膠不僅具有彈性，而且可利用特有的粘彈性消耗能量；它們具有很高的強(qiáng)度，特別是在剪切和壓縮的情況下，在硫化橡膠中選用丁苯橡膠（SBR），SBR常用于汽車輪胎，可換性強(qiáng)。它的各參數(shù)如下表2-3：
表2-1
密度
300%定伸應(yīng)力
斷裂強(qiáng)度
扯斷伸長(zhǎng)率
1140kg/
17.9MPa
22.1MPa
33%
2.1.3 后輪對(duì)地壓力計(jì)算
根據(jù)工作幅度600mm以及機(jī)架和刀具軸的長(zhǎng)度定滾筒長(zhǎng)為680mm。
驅(qū)動(dòng)滾筒與地接觸面積：S=8cm×68cm=544cm2
后輪承重80kg，則每cm2上的承重：m′==0.15kg/cm2
要求草坪的承重能力為0.2kg/cm2，因此總體承重滿足要求。
2.1.4 驅(qū)動(dòng)軸的設(shè)計(jì)校核
（1）按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度來(lái)定軸的直徑。
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版公式15-1
式中： —扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為MPa
T——軸所受扭矩，單位為N·mm
WT——軸的抗扭截面系數(shù)單位為mm3
n——軸的轉(zhuǎn)速單位為r/min
P——軸傳動(dòng)的功率為kw
d——計(jì)算截面處軸的直徑單位為mm
——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力單位為MPa
由上式可得
d≥
其中P=1KW
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15-3 []取45MPa
由設(shè)計(jì)要求知前進(jìn)速度V=1m/s=60m/min
驅(qū)動(dòng)輪直徑為200mm
由公式V=nπd 其中n為轉(zhuǎn)速
可得n===95.5r/min
把P，[]、n值代入公式d≥
得d≥22.4mm
即截面處軸的最小直徑不小于22.4mm
在軸的設(shè)計(jì)中我們?nèi)≈虚g最粗段直徑為40mm，由此數(shù)據(jù)來(lái)選擇軸承，再查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》中軸承的選擇來(lái)確定軸直徑為41mm，其中中間軸兩端放軸承的直徑由軸承定為35mm
由于軸上還需要安裝鏈輪利用軸自身的軸肩定位，軸肩高度h=0.07～0.1d 其中d為35mm。
取h=2.5mm
因此鏈輪處軸的直徑定位30mm，且鏈輪也是受力比較大的地方，雖然此處開(kāi)有鏈槽但d大于22.4mm，不會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)。
（2）按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》公式9-11 Fe=1000得
F==1000N
由此可得彎矩 M=FS=1000N×58mm=58000N·mm
其中S為鏈輪中心到離輪鏈最近軸承中心的距離。
由已知可得最危險(xiǎn)截面為離鏈輪最近的軸承處軸的截面，截面半徑為35mm
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》公式15-5得軸的彎扭合成強(qiáng)度條件：
式中：—軸的計(jì)算應(yīng)力，單位為MPa;
M—軸所受的彎矩，單位為N·mm;
T—軸所受的扭矩，單位為N·mm;
W—軸的抗彎截面系數(shù),單位為mm3
—對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)軸的許用彎曲應(yīng)力.
可知扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力，因此取d=1 對(duì)稱循環(huán)變壓力
==43.2MPa
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15-1由軸的材料為45鋼得
調(diào)質(zhì)=60
因此< 滿足彎扭條件
（3）精確校核軸的疲勞程度
從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響來(lái)看，靠近鏈輪的軸承處所受的應(yīng)力最集中,受載也最大，因此此處是最危險(xiǎn)的，因此只校核此處就行了。
抗彎截面系數(shù) W=0.1d3=0.1353mm3=4288mm3
抗扭截面系數(shù) WT=0.2d3=0.2353mm3=8575mm3
彎矩M為 M=58000N·mm
扭矩T為 T=1.76105 N·mm
此截面上的彎曲應(yīng)力 ===13.5MPa
截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 ===20.5MPa
軸的材料45鋼調(diào)質(zhì)處理，由表15-1查得
截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)dσ及dτ按《機(jī)械設(shè)計(jì)》附表3-2查取 ，因==0.042 ==1.17 經(jīng)插值后可查得
由附圖3-1可得軸的材料敏性系數(shù)為
故有效應(yīng)力集中系數(shù)按式（附3-4）為
由附圖3-2（《機(jī)械設(shè)計(jì)》）得尺寸系數(shù)
由附圖3-3得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)
軸按磨削加工，由附圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù)為：
軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即則按式（3-12）及（3-12a）
得綜合數(shù)值為
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》§3-1及§3-2得碳鋼的特性系數(shù)
,取
，取
按式（15-6）～（15-8）計(jì)算安全系數(shù)值.
=
因此此軸的設(shè)計(jì)安全且滿足技術(shù)要求.
2.1.5軸承的設(shè)計(jì)校核
根據(jù)前面軸的中間直徑為41mm且無(wú)軸向力查《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐》表14-2選用6007型軸承其基本參數(shù)如下表2：
表2-2
基本尺寸/mm
基本額定載荷/KN
其他尺寸/mm
安裝尺寸
球數(shù)
d
D
B
Cr
Cor
d2≈
D2
rmin
damin
Damax
ramax
2
35
62
14
16.2
10.5
43.3
53.7
1
41
56
1
11
在轉(zhuǎn)彎時(shí)后輪承受整車質(zhì)量相當(dāng)?shù)牧=120kg×10N/kg=1200N.
則每個(gè)軸承受徑向力為600N
由前面已知轉(zhuǎn)速為9.5r/min.
設(shè)計(jì)要求根莖采集機(jī)每年工作半年工作時(shí)間每天4小時(shí)按8年報(bào)廢則其壽命
T=小時(shí)
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》公式（7-2-1）
式中：C——基本額定動(dòng)載荷計(jì)算值，N;
P——當(dāng)量動(dòng)載荷按式7-2-2計(jì)算，N;
——壽命因數(shù)，按表7-2-2計(jì)算，N;
——速度因數(shù)，按表7-2-9選?。?
——力矩載荷因數(shù)，小時(shí)選大時(shí)
——沖擊載荷因數(shù)按表7-2-10選??；
——溫度因數(shù)，按表7-2-11選取；
——軸承尺寸及性能表中徑向基本額定動(dòng)載荷，N;
——軸承尺寸及性能表中軸向基本額定動(dòng)載荷，N.
由徑向力600N軸徑41mm壽命5760小時(shí)轉(zhuǎn)速47r/min查表7-2-8～表7-2-11得
則
根據(jù)式（7-2-6）
查表7-2-14
查表7-2-16
由6007型軸承參數(shù)知
能滿足要求故選6007型軸承.
2.2緊固部件的設(shè)計(jì)校核
在零部件的裝配中要用到很多緊固件把零件定位在一起，這些緊固件有鍵，銷、套筒等其中各緊固件的強(qiáng)度要滿足要求。
2.2.1鍵的選用及校核
在驅(qū)動(dòng)軸上的滾筒和鏈輪的走位都是靠鍵來(lái)完成的，由于驅(qū)動(dòng)輪的軸向定位由軸肩和套筒完成，鏈輪的軸上定位也是由軸肩和軸端螺母完成因此鍵的作用只是徑向定位故選用平鍵
查《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》表3-3-8 由軸的公稱直徑41選滾筒聯(lián)接的鍵公稱尺寸 b×h=12×8
根據(jù)加強(qiáng)肋的寬度定鍵長(zhǎng)度L=24mm
由表5-3-16 公式 P=得
取μ=0.15
T是扭矩，草地阻力500N 滾筒半徑0.1m
T=0.5KN×0.1m=0.05KN·m
P==130MPa
鍵材料為45鋼,剪切疲勞極限為155MPa，所以滿足條件
查《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》表3-3-8 由鏈輪處軸的公稱直徑36mm，選鍵的公稱尺寸bh=126根據(jù)鏈輪處的寬度定鍵長(zhǎng)度L=30mm，同樣取μ=0.15
則P=
=
=132MPa
由鍵的材料是45鋼，因此安全滿足條件。
2.2.2套筒的設(shè)計(jì)校核
套筒在這里的作用是加強(qiáng)肋的軸上定位，由于軸是階梯型的，因此套筒的設(shè)計(jì)也是階梯型的，示意圖如下圖2-3
圖2-3
此套筒左端靠加強(qiáng)肋右端靠軸承，對(duì)加強(qiáng)肋和軸承都起到軸向定位，左右高度（厚度）h由加強(qiáng)肋和軸承的要求而定，由于軸向力不大，故套筒的強(qiáng)度滿足要求。
2.2.3軸承蓋的參數(shù)計(jì)算
軸承蓋的材料一般為鑄鐵（HT150）或鋼件（Q215或Q235），軸承蓋的結(jié)構(gòu)形式可分為凸緣式和嵌入式，這里選凸緣式，如圖2-4：
圖2-4
由于軸承外徑為62mm 故根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐》表4-16 取螺釘直徑d3=8mm
螺釘數(shù) n=4 do=d3+（1～2） 取do=9mm
由于無(wú)套杯 Do=D+2.5d3=62+20=82mm
D2(D1)=Do+（2.5～3）d3=62+22=84mm
D4=（0.85～0.9）D 取D4=54mm
D5=D=62mm
e=1.2d3=9mm
e1=（0.1～0.15）D 取e1=9mm
M由結(jié)構(gòu)確定 取 8mm
其中透蓋的參數(shù)計(jì)算同上其中厚度B由密封作用的氈圈油封確定
2.3前輪的選用及其參數(shù)
草根采集收獲機(jī)的前輪采用橡膠輪胎，查《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》表1-11-29取輪子大徑D=160mm,，其A級(jí)核定載荷為2000N。
車輪材料為軟質(zhì)輪—橡膠。安裝方式：支耳式
其示意圖如下圖2-5：
圖2-5
2.4 傳動(dòng)鏈輪的參數(shù)確定
由設(shè)計(jì)變速箱得來(lái)的鏈輪的基本參數(shù)
P=15.875 Pt=18.11 d1=10.16 b1=9.4 h2=15.09 Z=25
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表13-2-13得
分度圓直徑d==
齒頂圓直徑damax=d+1.25P-d1
=126+1.25×15.875-10.16
=135.68mm
damin=d+(1-)P-d1
=126+0.936×15.875-10.16
=130.699mm
取da=134mm
齒根圓直徑df=d-d1=126-10.16=115.84mm
齒側(cè)凸緣直徑dg≤
=15.875cot
=109.2mm
取dg=100mm
再查表13-2-14 因?yàn)镻>12.7
齒寬bf1=0.95b1=0.95×9.4=8.94mm
齒側(cè)倒角ba=0.06P=0.06×15.875=0.9525mm
齒側(cè)凸緣圓角半徑ra=0.04 P=0.635mm
齒側(cè)半徑ry=P=15.875mm
查表13-2-15
輪轂厚度h=K++0.01d
=6.4++0.01d=13.66mm
輪轂長(zhǎng)度L=3h=13.66×3=40.8mm
輪轂直徑dh=dk+2h=30+2×13.66=57.32mm
2.5 底盤架干的設(shè)計(jì)
由于底盤上要安裝很多部件，因此不考慮用角鋼組成的架子式，而且在采集草的根莖的過(guò)程采用機(jī)架式很容易妨礙工作部件的工作。我們決定采用鋼板一體式底盤。它的優(yōu)點(diǎn)在于保護(hù)了每個(gè)工作部件的正常工作，便于制作和采集根莖，底盤的示意圖如下：圖2-6
底盤俯視圖 底盤主視圖
圖2-6
在示意圖中 1.汽油機(jī)
2.變速箱
3.聯(lián)軸器
4.前輪操縱桿
5.采集機(jī)構(gòu)，慣流風(fēng)機(jī)，操縱部件
6.采集刀具
其中AB線為聯(lián)接出料口的邊線與出料口，采用鉚接，CD線采用焊接和鉚接連接操縱部件和慣流風(fēng)機(jī)，其中汽油機(jī)在底板上的安裝孔采用長(zhǎng)條孔便于汽油機(jī)的調(diào)整，前輪操縱機(jī)構(gòu)由設(shè)計(jì)總體部分的設(shè)計(jì)，根據(jù)工作幅寬定底板寬度為700mm，長(zhǎng)度由各部件的安裝確定，其中汽油機(jī)，變速箱的安裝用螺栓聯(lián)接，其他用焊接。
選擇4mm厚的鋼板，通過(guò)沖壓成型再折彎做成底架，由于鋼板的強(qiáng)度很大能夠滿足工作上的要求。
第三章 總結(jié)
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我大學(xué)四年的最后一次作業(yè)，也是對(duì)我大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的一次測(cè)驗(yàn)。
這次設(shè)計(jì)的是草坪根莖采集機(jī)的底盤，在設(shè)計(jì)之初我參閱了大量農(nóng)機(jī)，園林機(jī)械及汽車的底盤方面的知識(shí)。通過(guò)制定多個(gè)方案并進(jìn)行比較最后制定了本次設(shè)計(jì)的方案。本設(shè)計(jì)在安全、性能方面滿足設(shè)計(jì)要求，制造加工簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)性良好，符合開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的目的。
在設(shè)計(jì)個(gè)部件的計(jì)算校核中運(yùn)用到了大學(xué)里所學(xué)的各科知識(shí)，是對(duì)以前所學(xué)的一次回顧復(fù)習(xí)，使我更好的掌握了基礎(chǔ)科目和專業(yè)知識(shí)。
在繪制圖紙時(shí)使我學(xué)到了很多以前沒(méi)用過(guò)的知識(shí)，也讓我認(rèn)識(shí)到了以前我在繪圖中的錯(cuò)誤，比如焊合圖的畫法以焊合圖中的標(biāo)注注意點(diǎn)等，在繪圖過(guò)程中有的圖是用計(jì)算機(jī)畫的，在計(jì)算機(jī)繪圖的過(guò)程中，掌握了AutoCAD軟件的應(yīng)用，以及認(rèn)識(shí)到現(xiàn)代繪圖工具的便利性，重要性。
由于這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)是一個(gè)大課題，由我們一組十個(gè)人分?jǐn)偼瓿桑總€(gè)人做一部分，由于課題是一個(gè)整體，因此要求我們有很好的合作精神和團(tuán)結(jié)精神，我們也充分認(rèn)識(shí)到了這一點(diǎn)，在設(shè)計(jì)之初我們一組人一起討論方案，確定方案，在設(shè)計(jì)過(guò)程中我們互相糾正幫助，配合努力用最好的方式完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，也使我們學(xué)到了團(tuán)結(jié)精神的偉大。
總之這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是將大學(xué)四年所學(xué)的理論知識(shí)結(jié)合到實(shí)際的操作中來(lái)，為我們的以后工作打下了基礎(chǔ)，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中我不僅學(xué)到了知識(shí)，還學(xué)會(huì)了很多做人的道理。
20
致 謝
四年的讀書生活在這個(gè)季節(jié)即將劃上一個(gè)句號(hào)，而于我的人生卻只是一個(gè)逗號(hào)，我將面對(duì)又一次征程的開(kāi)始。四年的求學(xué)生涯在師長(zhǎng)、親友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊，在論文即將付梓之際，思緒萬(wàn)千，心情久久不能平靜。 偉人、名人為我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和贊美獻(xiàn)給一位平凡的人，我的導(dǎo)師。我不是您最出色的學(xué)生，而您卻是我最尊敬的老師。您治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營(yíng)造了一種良好的精神氛圍。授人以魚(yú)不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹(shù)立了宏偉的學(xué)術(shù)目標(biāo)，領(lǐng)會(huì)了基本的思考方式，從論文題目的選定到論文寫作的指導(dǎo),經(jīng)由您悉心的點(diǎn)撥,再經(jīng)思考后的領(lǐng)悟,常常讓我有“山重水復(fù)疑無(wú)路,柳暗花明又一村”。
感謝我的爸爸媽媽，焉得諼草，言樹(shù)之背，養(yǎng)育之恩，無(wú)以回報(bào)，你們永遠(yuǎn)健康快樂(lè)是我最大的心愿。在論文即將完成之際，我的心情無(wú)法平靜，從開(kāi)始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯謝意！
同時(shí)也感謝學(xué)院為我提供良好的做畢業(yè)設(shè)計(jì)的環(huán)境。
最后再一次感謝所有在畢業(yè)設(shè)計(jì)中曾經(jīng)幫助過(guò)我的良師益友和同學(xué)，以及在設(shè)計(jì)中被我引用或參考的論著的作者。
彈指一揮間，大學(xué)四年已經(jīng)接近了尾聲。當(dāng)自己懷著忐忑不安的心情完成這篇畢業(yè)論文的時(shí)候，自己也從當(dāng)年一個(gè)從小鎮(zhèn)里走出的懵懂孩子變成了一個(gè)成熟青年，回想自己的十幾年的求學(xué)生涯，雖然只是一個(gè)本科畢業(yè)，但也實(shí)屬不容易。首先，從小學(xué)到大學(xué)的學(xué)費(fèi)和生活費(fèi)就不是一個(gè)小數(shù)目，這當(dāng)然要感謝我的爸爸媽媽，他們都是普通工人，沒(méi)有他們的勤勤懇懇和細(xì)心安排，我是無(wú)論如何也完成不了我的大學(xué)生活。沒(méi)有他們的支持和鼓勵(lì)，我也不可能完成我從高中文科到大學(xué)理科的跨越。當(dāng)然，一個(gè)普通工薪家庭要供應(yīng)一個(gè)大學(xué)生上學(xué)，沒(méi)有別人的幫助和接濟(jì)是相當(dāng)困難的。因此我要感謝那些在我求學(xué)時(shí)對(duì)我經(jīng)濟(jì)和精神上幫助的親戚、朋友、老師和同學(xué)們，我的生活因你們而精彩和充實(shí)。??
三江學(xué)院，這里嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)、優(yōu)美的校園環(huán)境使我大學(xué)四年過(guò)的很充實(shí)和愉快。?雖然老師和同學(xué)都是新的，專業(yè)是新的，但我仍然感受到了那種來(lái)自老師和同學(xué)們的熱情和融洽！這對(duì)我融入新環(huán)境，對(duì)新專業(yè)產(chǎn)生興趣是非常重要的。每一位老師都令我我十分難忘，他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)態(tài)度，幽默風(fēng)趣的授課方式給我留下了深刻的影響。在這篇論文構(gòu)思和寫作過(guò)程，我的論文指導(dǎo)老師龐偉教授，對(duì)我論文的完成更是功不可沒(méi)，龐偉教授每次對(duì)我的疑問(wèn)給予細(xì)心的解答并給出寫作建議，對(duì)我的論文進(jìn)行細(xì)心的修改，使得我的論文結(jié)構(gòu)一步一步的完善，內(nèi)容日趨豐滿。沒(méi)有龐教授的細(xì)心指導(dǎo)，這篇論文是不可能完成的。?
書到用時(shí)方恨少，在這篇論文的寫作過(guò)程中，我深感自己的水平還非常的欠缺。生命不息，學(xué)習(xí)不止，人生就是一個(gè)不斷學(xué)習(xí)和完善的過(guò)程，敢問(wèn)路在何方？路在腳下！
此外，本文最終得以順利完成，也是與機(jī)械學(xué)院其他老師的幫助分不開(kāi)的，雖然他們沒(méi)有直接參與我的論文指導(dǎo)，但在開(kāi)題時(shí)也給我提供了不少的意見(jiàn)，提出了一系列可行性的建議，在此向他們表示深深的感謝！
最后我要再一次感謝我們的導(dǎo)師龐偉教授，在我們的設(shè)計(jì)中遇到困難他們總是耐心的給我們解答，幫我們指明設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤，導(dǎo)師認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度淵博的知識(shí)，感染了我們，沒(méi)有龐偉教授的幫助指點(diǎn)，我們是不能很好的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的。
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