毕业设计-环保型草坪剪草机设计说明书

第一章绪论1.1 我国草坪业的发展现状随着经济的发展和社会进步,人们对生存环境的要求越来越高。

草坪绿化已成为衡量一个国家、地区或城市文明与发展程度的一个重要指标，在美化环境、固土护坡、净化空气等方面已成为人类的共识，在生态环境建设和保护方面将扮演着越来越重要的角色。

我国的草坪建设也得到了迅速发展,如城市园林绿化、兴建休闲场所等都需要大量的高质量草坪,江河堤坝、高速公路、铁路等交通水利设施的护坡以及屋顶花园、室内绿化也都需要优质草坪。

据不完全统计,在全国500城市66万hm²绿地面积中,草坪占18万hm²,1994 年上海草坪绿化面积为300 hm²1997 年为800 hm²,以后每年以400hm²的速度增长;1997 年北京绿地面积已突破2 000hm²,人均公共绿地面积为7. 8m²,现在每年草坪以300 hm²的速度增长。

修剪是草坪区别于其它一些植物的特殊要求。

草坪通过修剪,可以阻止草坪的草抽穗、开花、结果;修剪可以阻止草坪的草一味地向上生长,使草横向发展而成为坪;修剪可以有效地阻止杂草的生长和病虫害。

因此,草坪业的迅猛发展必并将带动一系列产业的兴起。

我国的草坪业发展自 20 世纪 80 年代才起步，在 90 年代后期发展迅速，到2000 年为止，全国已建成各类草坪3 亿m²以上，经营草业的公司有 5000多家，草坪业从业人员 20 多万人，总产值超过 100亿元，而且规模呈逐年扩大趋势。

在我国500 个城市66 万h m²绿地面积中,草坪占18 万h m²,并呈高速增长趋势。

90 年代以来我国的草坪业年增长率高达30 %～40 %。

随着人们对环境保护、固土防沙意识的日益增强，退耕还草政策的进一步实行，草坪业必然快速发展。

修剪是草坪区别于其它一些植物的特殊要求，草坪业的迅猛发展，意味着草坪剪草机械的大量需求[]15。

1.2 草坪剪草机的国内市场从世界上第一台滚刀式剪草机的问世,到现在已经过了100 多年 ,原来主要应用于牧场的机械已经发展成为有几十个品种,适用于不同场合的剪草机。

根据其工作原理和形式可分为滚刀式、悬刀式和扫雷式三种类型。

我国生产剪草机起步较晚,生产企业规模普遍较小,产品用途较为单一,均没有形成规模批量,所以长期以来,草坪剪草机均以进口为主。

据统计,到1999 年底我国有各种园林机械保有量达10 万台,1999 年的剪草机销售量在3 万台左右,其中80 %为进口。

国内目前生产的剪草机械按动力划分可以分为机动和人推的两类。

按动力又分为柴油机、汽油机骑式(驾乘式)；按配套动力和作业方式分为手推式、手扶推行式、手扶自行式、驾乘式、拖拉机式等。

剪草机的剪草幅宽一般为 400～1000mm，剪草高度从 15～100mm 有几个调节挡位。

以刀具类型可分为滚刀式和旋刀式两大类。

滚刀式剪草机由带有刀片的滚筒和不动的床刀组成。

它较旋刀式剪草机有更好的修剪质量,是高质量草坪最常用的剪草机型。

适用于草高3～80 mm 的草坪,其问题主要是价格贵,维修保养要求严格。

而旋刀式剪草机(又称悬刀式) 是由横向悬挂在直立轴上的刀片高速旋转打切草的上部叶片,它适于25～80 mm 范围内剪草。

它的价格相对低廉，保养、维修和使用都很方便，是国内外目前最流行的剪草机。

此外，还有甩绳式和甩刀式剪草机。

据调查,国内生产剪草机的厂家约有50 家左右。

多数为园艺系统的公司以及转产剪草机的机械厂。

市场上草坪修剪机的品牌很多,有进口产品,也有国内制造和中外合资的。

功率从2. 6～16. 2 kW,剪幅从43. 2～127 cm不等。

进口剪草机主要来自于日本、美国、意大利和瑞典等国,主要品牌和售价详见表1—1。

表1—1 进口剪草机的主要品牌和售价1.3 我国剪草机市场预测1.3.1 按城市人均应有的草坪面积来预测根据国外有关专家的研究,城市人均应有25～30 m²的草坪才能解决人们的二氧化碳和氧气交换的需要。

国外一些城市人均草坪面积与中国及北京的对比表见表1—2。

从表1—2可以看出,我国人均占有草坪面积与发达国家相比,有着较大的差距。

全国现有各类草坪面积约为18万hm² ,若每公顷需5 台剪草机,现有市场容量就达90万台。

随着中国经济的快速发展,剪草机的市场容量将成倍增长。

表1—2 国外一些城市和中国及北京人均草坪面积1.3.2 按种草草坪面积来预测新建草坪有两种方式,一种是以种草种为主,另一种是移植草皮。

据不完全统计,历年进口草种的吨数如下,1995 年前约为6 000 t ,1996 年为2 500 t ,1998 年为5 000 t ,1999 年为6 000 t 。

一般1 m²需20g 草种,按此计算,1999 年种草面积为3 万hm² ,移种面积为9 万hm² ,共约12 万hm² ,若按每公顷需5 台剪草机,仅1999 年时就需剪草机60 万台。

1.3.3 按国家建设部规划来预测按国家建设部规定,2000 年后城市绿化面积需达到30 %。

目前深圳、珠海、厦门等城市的绿化面积已超过此值。

城市人均绿地面积需达到7 m²以上。

照此估计每年约需5～6 万hm²草坪,剪草机30 万台。

在草坪的建设过程中,随之而来的相关园林设备的市场无疑是十分广阔的。

1.4 选题目的意义：综上所述,我国绿化环境使剪草机行业的迅速发展势在必行,为此必须防止为争夺这一市场一哄而起、在低水平低质量上重复建厂生产的不良局面,建议有志于开发这类产品的企业联合起来开发产销对路的产品。

在创名牌,上规模,上品种,上档次等方面进行有益的竞争,抓住这个商机,充分利用原有的厂房设备,适当地进行技术改造进行一定规模的生产。

根据市场调查发现，剪草机必须符合当今人类对环境保护方面的需求,目前市面上的剪草机大多都是动力引擎这会产生较大的噪音，带来环境污染，在办公和学习的地方，这种动力引擎的剪草机非常不受欢迎。

由于动力引擎剪草机有动力装置，保养维护费用较高;同时动力引擎剪草机主要依靠刀片的高速旋转把草割断，通过旋转气流把草排出，因此，对整机的安全性要求较高，操作时也会给工作人员带来强烈的震动，使得操作很不舒服。

虽然动力引擎剪草机剪草效率较高，剪草效果较好，但是价格也较昂贵，对于一般的用户难以接受。

所以研究一种无引擎驱动且造价较低的剪草机势在必行！第二章方案设计2.1 工作原理通过市场调研，我们决定设计一种无引擎驱动，无噪音污染，剪草高度可调节，简洁轻便，操作舒适和美观适用的草坪剪草机。

工作原理如图2—1所示，剪草机工作时由人推动机器行走，从而使剪草机的后轮1转动，带动大齿轮2的转动，通过齿轮2和1组成的增速机构使得速度得以提升，并带动大链轮4回转，通过大链轮4带动小链轮5运动将运动传递给滚刀，使固定其上的刀片与固定在底刀轴上的固定刀片形成剪切运动。

图 2—1 机构运动简图我们所设计的手推式草坪剪草机首先要通过一个传力构件将人力传递出去。

为了让操作者在正常行走的速度下操作，传递出去的力应该通过增速机构继续传递，运动传递到滚刀。

通过分析得到手推式草坪剪草机的组成框图，如图2—2所示。

2.2 传动机构能够实现手推草坪剪草机功能的技术原理很多，但各有利有弊，具体分析如下：驱动方式选择：1）用脚驱动用脚驱动时，一般操作者都需要站在或者坐在被驱动的的机器上用力操作，这样所设计的剪草机除了要完成剪草动作外，还要承受操作者的自重，且要有方向控制装置，使的机器结构较复杂、尺寸较大，不适合小面积草坪使用。

2） 用手驱动 用手驱动可以避免用脚驱动时存在的问题，使得所设计的剪草机小巧，且可以灵活操作。

因此我们选择设计手动式剪草机。

图2—2 草坪剪草机的组成框图 断草方式选择：1） 用割的方式 即用刀将草截断。

但是草柔软，而且一端自由，采用割的方式将草截断较难以实现。

2） 用打的方式 即用刀片或打草绳将草打断。

用这种方法修草时所需要的速度非常高，要求在草还没被打倒之前将草打断，这样的修草产品也有，但是都得用引擎驱动，不符合我们的环保设计要求。

3） 用剪断的方式 即用刀将草剪断，用两个刀片作相对运动的原理较容易将草剪断，而且不需要很高的速度。

因此我们选择设计剪断方式断草。

手动的形式又有用手摇动和用手推动两种。

机械容易实现的是简单的转动，如果用手摇动手柄实现执行构件的往复移动，由于剪草机还要靠人力推着向前行进，操作者要完成的动作太多，操作很不方便。

要使得操作者只通过简单的操作即可完成剪草动作，可以用手推着剪草机向前行进，靠剪草机轮子的转动将转动运动转变成往复移动而输出到执行构件。

显然设计成手推动式草坪剪草机是合理可行的。

2.3 用组合法实现增速为了让操作者在正常行走速度下操作，传递出去的力应通过增速机构继续传递。

由于转换机构的运动输入构件作定轴转动，这样在剪草机动力输入构件轮子和执行构件滚刀之间，可以采用链传动，带传动和齿轮传动。

由此，设计了以下几种传动方案。

为了让设计的剪草机结构紧凑，可以采用齿轮传动。

而齿轮传动有直齿圆柱齿轮传动，斜齿圆柱齿轮传动，圆锥齿轮传动和蜗轮蜗杆传动等。

由于蜗轮蜗杆传动的传动效率低，一般是蜗杆为主动轮，且轴线空间交错，用来做剪草机，会使得支撑结构复杂。

圆锥齿轮传动的轴线相交，且其中一个齿轮需悬挂，也会使剪草机机构复杂。

直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮的轴线互相平行，支撑结构较简单，同时剪草机的速度不高，载荷也不大，因此，可以选择直齿圆柱齿轮作为增速机构。

由于齿轮传动的传动比不能太大，增速不够明显，因此采用直齿轮加链轮传动的组成方案。

机构组成方案如图2—3所示。

图2—3 机构组成方案2.4刀架高度调节机构我们还希望所设计的剪草机能实现剪草高度的调节。

要实现此功能，还需要增加一个能使刀架（包括活动刀片和固定刀片）沿垂直方向移动的移动副，同时又要保证两链轮之间的中心距保持不变，因此选用曲面滑块,如图2—4所示[]18。

图2—4 曲面滑块第三章 结构设计3.1 传动零件的设计3.1.1 齿轮机构设计1 选定齿轮的类型，精度等级，材料以及齿数1） 按照图2—1所示的传动方案，因为齿轮受轴向力很小，故选用直齿圆柱齿轮传动，制作比较简单可以降低成本。

2） 该剪草机工作时的速度较低，所以选择8级精度（GB10095-88）。

3） 材料选择。

由轮齿的失效形式可知，设计齿轮时，应该使齿面具有较高的抗磨损、抗点蚀、抗胶合以及抗塑性变形的能力，而齿根要有较高的抗折断的能力。

因此，对齿轮的材料性能基本要求为：齿面要硬、齿芯要韧。

一般齿轮材料有钢，铸铁，以及非金属材料。