Кинематический принцип и основы расчёта
Представленная конструкция газонной косилки, созданная учащимися школы в Горках Ленинских, использует интересный механический принцип. Вращение ходовых колёс преобразуется в возвратно-поступательное движение режущего ножа. Это достигается за счёт кулачкового барабана, который, вращаясь вместе с колёсами, через двуплечий рычаг приводит нож в действие. Давайте разберём ключевые параметры, на которых основана работа этого устройства.
Рис. 1. Принципиальная схема газонной косилки: 1 — противорежущая (зубчатая) гребенка; 2 — нож; 3 — плита (рама); 4, 7 — ходовые колеса; 5 — вал ходовых колес; 6 — кулачковый барабан; 8, 11 — ролики двуплечего рычага; 9 — двуплечий рычаг; 10 — ось двуплечего рычага; 12 — направляющая стойка.
Исходными данными для расчёта являются диаметр ходовых колёс (Дк = 350 мм) и желаемая высота среза травы (4.5 см). За один полный оборот колеса косилка теоретически проходит путь L = π * Дк, что составляет примерно 1.1 метра.
Диаметр кулачкового барабана (Дб) выбран равным 286 мм. На его поверхности расположено 15 кулачков с шагом 60 мм. Важно понимать, что за один оборот такого барабана нож совершит 15 двойных (или 30 одинарных) рабочих ходов.
Для обеспечения сплошного, без пропусков, среза травы высота зубьев ножа (h3) рассчитывается исходя из пройденного пути и количества ходов. В данном случае она составила около 37 мм.
Определение скорости и хода ножа
Качество кошения напрямую зависит от скорости движения режущей кромки. Для чистого среза средняя скорость ножа (Vn) должна быть не менее 0.8 м/сек. При скорости движения косилки вперёд 1.5 м/сек ходовые колёса и барабан делают примерно 1.36 оборота в секунду.
Исходя из этого, можно вычислить частоту одинарных ходов ножа (около 40 ход/сек) и, как следствие, необходимую величину самого хода (Sn). С учётом возможного проскальзывания колёс по грунту (коэффициент ~0.03) ход ножа был принят равным 20 мм. Соответственно, высота кулачков на барабане для равноплечего рычага также должна составлять 20 мм.
В данной косилке используется классический нормальный тип режущего аппарата. Это означает, что ширина основания и шаг зубьев как ножа, так и противорежущей гребёнки, также равны ходу ножа (20 мм). Ширина захвата инструмента ограничена 20 см, что связано с силой сцепления колёс с почвой. При необходимости сцепление можно увеличить, добавив на раму дополнительный груз.
Рис. 2. Устройство газонной косилки: 1 — плита; 2 — противорежущая гребенка; 3 — нож; 4 — ходовое колесо; 5 — вал ходовых колес; 6 — зажимная гайка; 7 — трубчатая ручка; 8 — кронштейн; 9 — кулачковый барабан; 10 — подшипник; 11 — ступица кулачкового барабана; 12 — стопорный болт; 13 — двуплечий рычаг; 14 — направляющая стойка с регулировочной гайкой; 15 — нажимная пластинка; 16 — угольник крепления кронштейна.
Конструкция основных узлов
Основой косилки служит рама — стальная плита толщиной 4 мм. К ней на кронштейнах крепятся подшипники (фланцевые втулки), в которых вращается общий вал для ходовых колёс. Колёса имеют почвозацепы для лучшего сцепления.
Рис. 3. Кулачковый барабан: 1 — вал ходовых колес; 2 — ступица; 3 — стопорный болт; 4 — диск; 5 — кулачковая обойма (дорожка); 6 — накладка; 7 — угольник.
Кулачковый барабан — ключевой узел преобразования движения. Он состоит из двух симметричных половин, каждая из которых включает диск, кулачковую дорожку и ступицу. Половинки устанавливаются на вал со смещением: выступы кулачков одной половины располагаются напротив впадин другой. Это создаёт непрерывную двустороннюю кулачковую дорожку, по которой движется ролик рычага.
Двуплечий рычаг с равными плечами оснащён двумя роликами диаметром 10 мм. Один ролик следует по профилю кулачковой дорожки, а второй входит в прорезь ножа, непосредственно приводя его в движение.
Режущий аппарат и регулировки
Рис. 4. Режущий аппарат: 1 — противорежущая гребенка; 2 — нож; 3 — нажимная пластинка; 4 — направляющая стойка; 5 — регулировочная гайка; 6 — плита; 7 — двуплечий рычаг; 8, 11 — оси и ролики двуплечего рычага; 12 — столярный болт; 13 — двуплечий рычаг; 14 — направляющая стойка; 15 — нажимная пластина.
Режущий узел включает в себя несколько важных компонентов:
- Противорежущая гребёнка: жёстко закреплена на плите и служит неподвижной опорой для среза травы.
- Нож: изготавливается из тонкой (0.5–0.6 мм) эластичной стали. Имеет зубья и специальные прорези для направляющих стоек и ролика рычага.
- Нажимная пластинка: зубчатая пластина из стали или бронзы, которая через направляющие стойки прижимает нож к гребёнке, обеспечивая плотный контакт.
- Направляющие стойки с регулировочными гайками: позволяют точно отрегулировать плотность прилегания ножа, что критически важно для лёгкости и чистоты среза.
Режущие кромки зубьев ножа и гребёнки затачиваются под углом 30°. Качество работы косилки в огромной степени зависит от прямолинейности и идеального прилегания этих двух деталей друг к другу, поэтому для их изготовления следует использовать качественную сталь. В процессе эксплуатации степень прижатия легко корректируется регулировочными гайками на стойках.
И. КИТАЕВ, инженер-механик