作品名稱：新型農用除草打捆一體機
學校名稱：三明學院
參賽隊伍：Lemon
參賽學生：高藝 卓伊烽 黃創鴻
指導老師：王春榮 夏爾冬
畜牧業是人類生活中不可或缺的一部分，不僅衣食住行與其息息相關，人類能夠發展到今天更是與其有著密不可分的聯系。對于我國來說，畜牧業的發展成果在近二十年來是有目共睹的。集割草與打包于一體的機械，主要是以牧草的收獲機械為主，針對田間雜草而設計的機械較為少見。
國外用于畜牧類喂養產品的收獲，也就是牧草的收獲機已經發展了一百多年，目前任然處于該領域的最前端。
相比于國外完備的畜牧業體系，國內研究的發展現狀主要歸結于三點：
1、有關牧草收獲機械的發展起步晚；
2、存在牧草機械產品成套性差的劣勢；
3、高度自動化的牧草收獲生產中，還存在牧草機械產品技術水平低的劣勢
因此，設計一款小型，能同時進行除草以及牧草收獲的機械正是目前所需，并且在進行割草的同時對草進行捆綁打包。既完成了除草，又能方便草的運輸，對于中小型牧草種植以及牲畜養殖的農戶來說是非常實用的。
一臺完整的機械裝置往往都是由各式各樣的機構構成。本設計主要是為了完成草的切割以及捆綁打包。通過設計與分析，最終確定了如下圖所示的機械裝置。該裝置主要由割草機構、卷草機構、壓縮機構、捆綁機構、閘門機構、卸料機構等組成。為了完成草的的切割到打包，主要設想了以下幾個步驟：通過割草機構對草進行切割；在卷草機構的作用下，被切掉的草集中到收集箱；收集箱未集滿時捆綁機構開始運動，將PET打包帶纏繞至壓縮機構，并將其切斷、加熱以及燙壓，使其成一個圓環；收集箱集滿時，壓縮機構下壓，將圓環繞在收集好的草上，完成草的捆綁打包；收集箱閘門打開，卸料機構將草卸出。
目前，除草機械裝置的配置形式分為側置、前置以及后置三種。機器的工作地形復雜，因此不宜采用側置式。車輪的碾壓后的草不易切割，因此也不易采用后置。
切割方式有旋轉式、往復式以及鏈枷式。旋轉式切割：通過高速旋轉的刀盤帶動刀片、塑料繩等來進行草的切割。其工作時由于離心力的作用，被割掉的草往往會沿刀片的轉動方向運動，造成草的四處飛濺。并且，旋轉式割草刀具在工作時邊緣程圓弧狀，受刀片半徑的影響，切割面積有限，割幅超過60cm時慣性和振動過大，危險性高。往復式割草對草進行切割的方法主要是依靠切割定刀與切割動刀之間的相對剪切運動。其具有的優點是功率消耗低、割茬整齊，切割時對牧草的損失較小以及使用方便等，適用于大面積的切割。鏈枷式則是直接將草打碎，不易對草進行收集。
綜合以上的分析，除草機械裝置選用前置式往復切割刀進行設計。（如下圖）
初步設定割幅為1米，定刀如圖2-2所示鋸齒大端寬度為2cm，鋸齒總共53齒，其中有效工作鋸齒49齒，采用兩端固定的方式，通過螺栓連接到車架上。動刀如圖2-3所示總共52齒，有效工作齒數51齒。動刀與定刀之間運動副為低副，主要采用面與面接觸，因此，用于切割的零部件必須具有較高的強度、鋒利度、耐磨性、抗沖擊韌性，因此必須采用高強度優質鋼材，因此材料選用65Mn彈簧鋼。
卷草機構采用滾筒式如圖下圖所示，由電動機帶動滾筒轉動，滾筒上的各個圓桿進行卷草，將已經被切割的草卷向收集箱，達到收集目的。為了使圓桿更耐用，在滾筒外圈設計了圓環，將各個圓桿連接起來。卷草工作進行的好壞，直接關系到后續工作能否正常的進行，因此，卷草器采用雙卷草器，其簡易安裝示意圖如下圖2所示，采用同步運行的方法，左右滾筒圓桿與圓桿之間相互交錯疊加，既是為了左右卷草器不會存在相互影響的情況，也是為了在進草通道之間形成一個相對密封的環境。本機構加大了卷草器直徑，使其存在三個相對密封環境，以此使機構更好的完成卷草工作。
為了方便除草之后的運輸工作，本裝置還設計了對草進行捆綁打包的捆綁機構如下圖所示，
其結構分為置帶盤、送帶機構、剪切機構、加熱夾緊機構以及夾緊纏繞機構，其中，置帶盤作用是用于放置PET打包帶。設想：送帶機構運行，將PET打包帶輸送到夾緊環繞機構；該機構將PET打包帶夾緊，并環繞導軌運行到指定位置，將打包帶環繞壓緊機構一周，當打包帶長度足夠時，剪切機構將打包帶剪斷；加熱夾緊機構燙片將打包帶進行加熱，加熱到一定程度時燙片退出，并將打包帶夾緊，使打包帶粘粘在一起，形成圓環；夾緊環繞機構返回初始點，至此，捆綁機構一次運行完畢。
送帶、剪切機構的設計
PET打包帶環繞在壓縮機構上一圈后為了下一步工作的進行，需要將其剪斷。送帶機構與加熱夾緊機構之間有一個導軌，剪切機構必須處于兩者之間，因此，剪切機構必須是小型的。初步設想的剪切方式有兩種，一種是通過刀片的旋轉進行剪切，一種是通過剪切運動來進行剪切。綜合考慮之下，選擇使用剪切運動來進行打包帶的剪切。送帶以及剪切機構的安裝示意圖如圖所示。送帶機構主要由聯軸器、橡膠圈、支架、減速電機、卷帶輪以及打包帶導軌組成。其工作原理是減速電機帶動主動輪轉動，由于摩擦力的存在，完成打包帶的傳輸。支架通過螺栓固定在機架上，為了使剪切機構與送帶機構相連，更好的完成送帶與剪切工作，因此，在送帶機構的支架上設計了與剪切機構相連的兩個定位孔。為了增大卷帶輪與PET打包帶之間的摩擦力，讓打包帶在傳輸時不會打滑，因此，在卷帶輪外設計了橡膠圈。卷帶輪有主動輪與從動輪，
PET打包帶的厚度為0.8毫米，因此其上的橡膠圈與橡膠圈之間采用過盈配合。導軌的存在是為了使打包帶直接傳輸到加熱夾緊機構，由于打包帶需要提前切斷，因此，在打包帶導軌之上開有剪切槽。
剪切機構的設計
剪切機構如下圖所示：支架、剪子、減速電機、連桿、凸輪和板簧組成。其工作原理是減速電機-帶動凸輪轉動，凸輪轉動時，其輪廓將迫使剪子做往復擺動，從而使剪子完成剪切工作。主動剪與從動剪之間采用連桿連接，從而達到同時運動的目的。為了使該機構在完成剪切工作之后使剪子張開，在剪子與剪子之間增加了板簧，依靠彈力使剪子張開。
加熱夾緊機構的設計
加熱夾緊機構如下圖所示：主要由減速電機、齒輪、齒輪桿、連桿、夾子、加熱燙片、燙片夾緊塊、傳動柱、支架、彈簧、螺帽以及凸輪組成。其工作原理為凸輪將加熱燙片頂出為初始工作狀態，當PET打包帶疊加在加熱燙片上時加熱燙片通電。將打包帶加熱到一定程度時凸輪開始運動，在彈簧的作用下加熱燙片退出。減速電機帶動齒輪，齒輪帶動齒輪桿，在齒輪桿的推動下使夾子夾緊加熱后的打包帶，達到粘粘的目的。
夾緊環繞機構的設計
夾緊環繞機構如下圖所示：主要由夾緊機構、導軌以及旋轉機構組成。其工作原理為夾緊機構將PET打包帶夾緊，旋轉機構繞著導軌運行，以此達到將打包帶環繞在壓縮機構上目的。
夾緊機構主要由支架、連桿、夾子、齒輪桿、齒輪以及減速電機組成。其工作原理為減速電機帶動齒輪轉動，經過一系列的傳動使夾子夾緊打包帶。為了防止夾緊機構在夾住打包帶后發生打滑現象，因此，在夾持部位添加了凹槽。夾持部位與導軌之間的距離不應太大，因為這樣會導致打包環直徑過大，容易造成打包環的脫落而不能完成打包工作。夾緊機構需要與旋轉機構相連接，因此選用螺栓將夾緊機構與旋轉機構連接板相連，如下圖。
壓縮機構的設計
壓縮機構如下圖所示：主要由減速電機、齒輪、鏈輪、鏈條、傳動螺桿、滾動軸承以及壓縮板組成。其工作原理是通過減速電機帶動齒輪，齒輪與同軸的鏈輪帶動傳動螺桿，以此來控制壓縮板的升降。螺旋傳動之所以能實現傳動要求，是因為其利用了螺桿和螺母的螺旋，為了實現機構壓縮板的升降以及壓縮功能，因此，選用螺旋傳動來進行力與運動的傳遞。本機構的運動形式采用螺桿轉動螺母移動的方式，因此選用了四根傳動螺桿，螺桿與螺桿必須保持同步運行，才能使壓縮板平穩運行。鏈傳動通過鏈輪和鏈條傳遞運動和動力。與帶傳動相比，其沒有彈性滑動，并且在負載過載時出現整體打滑的現象。依靠設想，傳動螺桿與傳動螺桿必須保持同步運行，因此帶傳動在此處不適用。同時，為了使整體的摩擦力更小，軸與機架之間都裝有滾動軸承，增加傳動效率。
