捡拾压捆机

捡拾压捆机（共4篇）

捡拾压捆机 篇1

摘要：捡拾机构是秸秆捡拾压捆机中的关键部件。为提高秸秆捡拾压捆机的收割捡拾效率, 在分析国内外捡拾器的基础上, 设计了“锤爪式”捡拾揉搓机构。该机构利用动力输出轴经捡拾锤爪实现了集切割-捡拾-揉搓于一体的捡拾作业, 不仅能对割晒农作物秸秆进行捡拾, 还能对站立的农作物秸秆进行切割、捡拾揉搓。试验结果表明, 该结构提高了压捆机的捡拾工作效率, 切割效率99.07%, 搓丝长度1050mm。

关键词：秸秆,压捆机械,捡拾机构,锤爪式

0 引言

我国秸秆资源丰富, 但由于其密度小、收集储运困难, 一直没有得到有效利用[1,2,3]。近年来, 随着国家对农作物秸秆再利用的重视, 秸秆收获打捆机越来越受到农民的欢迎。国内从20世纪80年代开始研制秸秆压捆机械, 但与国外相比, 在稳定性、适用性、故障率、生产效率及自动化等方面还有较大差距。中国农业机械化科学研究院的王锋德等[4]对4YF-1300型大方捆打捆机进行了设计和试验, 该机采用合理的捡拾喂入参数、二级预压缩原理和双液压油缸及其反馈控制系统保证了机器作业的可靠性。但该机采用的是弹齿式捡拾机构, 主要适用于苜蓿、饲草等秸秆的捡拾作业, 不适应玉米、棉花等硬质秸秆的收获。中国农业大学的王国权等[5]设计了一种秸秆捡拾打捆机并对其进行了仿真分析, 对弹齿滑道滚筒式捡拾器的工作原理进行了详细的分析, 所设计的捡拾器工作效率高、秸秆损失小;但只能对收割后草条进行捡拾, 不能进行收割捡拾作业, 适应性不好。为此, 在分析了国内外捡拾秸秆压捆机捡拾机构的基础上, 进行了结构优化, 设计了集切割-捡拾-揉搓功能于一体的“锤爪式”捡拾揉搓机构, 旨在提高机器的适用性和工作效率。

1 总体结构及工作过程

1.1 总体结构

秸秆捡拾压捆机主要由捡拾揉搓机构、输送喂入机构、压缩机构及打捆机构等组成, 其总体结构如图1所示。

1.牵引架2.输出传动箱3.万向节传动轴4.减速箱5.万向节6.飞轮7.捡拾滚筒8.螺旋输出器9.捆绳箱10.捆长控制器11.草捆输出口12.放捆板13.捆密度控制器14.打捆针15.打结器16.地轮17.安全装置18.定刀片19.风机传动轮

“锤爪式”捡拾揉搓机构由锤爪式滚筒、定刀片、滚筒壳体、螺旋输送器及筛孔式输送器壳体组成, 功能是把牧草或农作物秸秆收割、捡拾、揉搓成丝状物, 然后抛送到输送喂入机构。捡拾揉搓机构如图2所示。

1.锤爪式滚筒2.定刀片3.滚筒壳体4.螺旋输送器5.筛孔式输送器壳体

1.2 工作过程

秸秆捡拾揉搓机构旋转的“锤爪式”滚筒上安装的锤爪 (动刀) 对秸秆进行切割、捡拾;同时, 锤爪与滚筒上壳体内的定刀片对秸秆进行揉搓、切割和撕扯, 使秸秆变成“丝状物”;然后, 丝状秸秆被滚筒的锤爪叉抛向左、右螺旋输送器, 完成秸秆的收获捡拾作业。

2 捡拾揉搓机构的设计

2.1 捡拾滚筒的设计

秸秆压捆机的揉搓捡拾机构需要适用于多种作物秸秆, 其工作幅宽应与田间铺放的物料宽度相匹配, 一般工作幅宽为1.7~2.4m。对于玉米秸秆物料等高秆作物, 其捡拾幅宽要求比其他物料要大, 本机选择捡拾幅宽为2m。

“锤爪式”滚筒是捡拾揉搓机构的主要部件, 由带固定刀片的滚筒壳体、“锤爪式”割刀及动刀片等组成。主轴采用自动调心轴承和可调心轴承座, 保证捡拾器主轴旋转的稳定性和同心度, 同时可减少传动阻力和振动, 提高捡拾效果[6]。

“锤爪”刀片采用高铬锰合金材料, 以提高抗冲击和耐磨性。“锤爪”的疏密要保证将秸秆切割捡拾干净, 通常间距为63~100mm。其布置采用螺旋形排列布置方式, 在螺旋方向上布置19个锤爪, 可以保证切割和捡拾, 不致漏捡。其结构图如图3所示。

1.滚筒2.锤爪3.销轴

2.2 滚筒转速的确定

滚筒工作时, 为保证将物料捡拾干净, 需要有一定离地高度 (大于l00mm以上) , 保证切割与捡拾的损失率最小。滚筒转速通过整机生产率确定。由捡拾“锤爪”的运动学分析, 可得捡拾滚筒的转速与机器前进速度的关系为[5]

其中, n为滚筒转速, r/min;vm为机器前进速度, m/s;r为销轴所在旋转半径, m;l为锤爪长度;γ为销轴与旋转中心连线与锤爪间夹角, (°) 。动力输出轴转速为760r/min, 滚筒转速取为480r/min。

2.3 壳体结构的设计

捡拾器壳体设计成半弧形, 壳体外前部分与牵引部分焊接成一体, 以确保使用牵引强度。壳体两侧采用8mm厚钢板焊接来增加整体强度。壳体的内侧安装了8组定刀刀片, 工作中与锤爪共同把秸秆切断、撕碎、揉搓成丝状, 随着机械的连续运转不断地把秸秆料送入物料拔出机构。

2.4 输送喂入机构的设计

输送喂入机构的功能是把丝状秸秆集中到喂入口并喂入到压捆室[7], 由左、右横向螺旋输送器和拨叉喂入机构组成。秸秆由锤爪捡拾器捡起向后输送到左、右横向螺旋输送器, 再均匀地输向拨草叉, 由拨叉将丝状秸秆填入压捆室。拨叉为一曲柄摇杆机构, 主要由曲柄、摇杆和拨叉组成。为防止在喂入口堆积秸秆过多而堵塞, 拨叉驱动链轮处设计过载保护剪切螺栓。拨叉有两个齿, 前面的齿将秸秆输送, 后面的齿将秸秆喂入压捆室中。喂入叉数量为4个, 喂入叉频率90次/min;销轴与旋转中心连线与锤爪间夹角取为110°。

3 捡拾揉搓机构的试验

2012年11月8日在滦南县西万坨村示范基地进行了捡拾揉搓性能实验, 试验条件如表1所示, 试验如图4所示。

试验方法:将“锤爪式”捡拾揉搓机构安装于9YS-2.0收获粉碎式秸秆捡拾压捆机上, 对试验基地50m×12m面积的摘穗后玉米秸秆 (倒伏秸秆比例3.7%) 进行收割捡拾作业效果试验检测, 结果如表2所示。

4 结语

通过对捡拾揉搓机构的生产性能试验数据可知, 捡拾揉搓机构采用“锤爪式”捡拾机构, 通过与东方红-LY1004拖拉机的传动连接, 实现了对田间倒伏或直立秸秆的收割、捡拾、揉搓、输送等一体化作业, 保证了较高的切割和捡拾效率, 切割效率达到了99%以上, 各项性能指标达到了使用要求。

参考文献

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[4]王锋德, 陈志, 王俊友, 等.4YF-1300型大方捆打捆机设计与试验[J].农业机械学报, 2009, 40 (11) :36-41.

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[6]李学永.农机用调心轴承油杯结构:中国, CN201220591053.1[P].2013-04-17.

[7]中国农业机械化科学研究院.农业机械设计手册 (下册) [K].北京:中国农业科学技术出版社, 2007.

捡拾压捆机 篇2

无论是设计新机械、还是利用现有机械或是作反求设计,对机构进行运动分析都是十分重要的。现代机械产品设计已逐步进入三维设计时代,众多优秀的三维CAD软件中,SolidWorks由于操作简单,使用方便,功能强大,得到了广泛应用。而Motion是一个与SolidWorks无缝集成的全功能运动仿真软件,内嵌ADAMS 解算器,操作简单,可以对复杂机械系统或机构进行模拟装配、干涉分析、机械运动仿真,跟踪零件的运动轨迹,分析零件的速度、加速度、作用力、反作用力和力矩等,并将结果以动画、图形、表格等多种形式输出[1],以此来验证机构设计的合理性,指导修改零件的结构设计。

1870年,美国人Dederic研制出了人类历史上第一台机械式固定牧草压捆机。压捆机解决了牧草收获中由于本身疏散造成收集、处理、贮存及运输困难的问题,已发展成为牧草收获的最重要、最普及的机械[2,3]。其中,压缩机构是压捆机直接进行压缩工作的运动部件,压缩机构的设计很大程度决定了压捆机的性能以及最终产品的成捆密度[4,5]。压捆机设计时必须对压缩机构的运动和受力状态进行分析和计算。压缩机构多采用四杆式曲柄滑块机构[2,3,4],也可以是六杆机构,其中六杆式压捆机需要配置的动力较四杆式的曲柄滑块机构小,具有省力的特点[6]。为此,利用SolidWorks软件实现了六杆式压缩机构的三维实体造型、装配、机构运动仿真以及运动部件的干涉检查,旨在提高压捆机的工作性能,缩短设计周期,降低开发成本。

1 Solidworks机构运动仿真方法

利用SolidWorks进行机构运动仿真,为简单起见,可以在机构力学模型的基础上,根据机构运动简图建立实体模型,然后利用Motion插件进行运动分析。其操作步骤如下[7]:①在SolidWorks中生成机构的三维实体模型(包括零件与装配体的模型)。②确保已激活Motion 插件。此时由模型中的固定/浮动状态自动设置零件为静止或运动,由零件的装配方式自动设置约束类型。 ③将运动应用到零件。④运行模拟及生成可视化结果。⑤分析结果。

2 六杆式压缩机构力学模型

压捆机工作时,通过输送喂入装置,把牧草喂入到压缩室,在压缩机构的作用下,活塞往复运动,对牧草提供压缩力,把牧草压成草捆,打结后推向压缩室出口[6]。六杆式压缩机构简图如图1所示。其工作原理是:当曲柄1顺时针方向旋转,经过连杆2 ,4带动活塞5在机架上往复移动;杆件1,2,4及机架组成曲柄摇杆机构,推杆4分别连接在连杆2上铰链点C和活塞5的铰链点E处,推动活塞5在压缩室内往复运动,活塞右侧为牧草,活塞的往复直线运动实现对牧草的压实。工作时,曲柄1在动力机械的带动下以角速度ω顺时针匀速转动,对AB杆以B点为矩心考虑力矩平衡,因为AB长度大于BC的长度,故A点承受较小的力,就能对C点产生较大作用力。

如图1,由文献[8]给出设计数据如下:曲柄OA匀速转动,角速度ω1=5rad/s。各杆长度为:lOA=150mm,lAB=600mm,lBC=120mm,lBD=500mm,lCE=600mm,xD=400mm,yD=500mm,yE=600mm。

3 六杆式压缩机构的三维实体建模

六杆式压缩机构三维实体模型如图2所示。首先,借助Solidworks的实体建模功能,将图1所示机构的6个零件以杆件的形式,用拉伸、切除特征进行三维造型,并保存。零件建模完成后,采用自下而上的设计方法建立装配体的三维模型。装配时先插入机架,使得机架的3个定义平面与装配体的3个定义平面重合,将机架完全约束固定,再通过各零件的相互配合关系生成机构模型。完成虚拟装配以后进行干涉检查,能够发现机构构件布置的干涉和机构运动的碰撞等问题,若出现干涉,可以查看到具体干涉位置,及早对相应部位进行修改设计,直至设计合理。

4 六杆式压缩机构运动仿真与分析

4.1 激活插件

首先,确保已激活Motion 插件。在“工具”下拉菜单“插件”中,选择“SolidWorks Motion”并启动。在Solidworks中打开机构的装配体文件,右键生成新运动算例,选择分析类型为“Motion分析”。Motion会自动映射SolidWorks配合以派生运动副,本例中采用的是旋转副和移动副。SolidWorks Motion中固定和运动的零部件由它们在SolidWorks模型中的固定/ 浮动状态决定(如图1所示)。为此,机架为静止件,其余构件为运动件。

4.2 设置运动驱动

运动驱动是加在运动副上控制运动的运动参数。这里根据图1六杆机构力学模型中给定的已知条件和参数,模拟机构的运动,选择等速旋转马达作为机构的动力来源,将曲柄1与机架的转动副设置为运动驱动,角速度为ω1=5rad/s(顺时针转动)。

4.3 设置仿真参数

仿真之前,要对仿真参数进行设置,如力的单位、时间的单位、重力加速度,以及与动画有关的帧时间、帧时间间隔等。这里设置力的单位为kN,时间单位为s,仿真时间为3 s,仿真画面时间间隔为0.15s,仿真帧的数目为550,时间间隔和帧数可以根据仿真精度要求作适当调整。仿真x轴为时间,y轴为所需仿真的参数值如位移、速度或加速度、作用力等。在“运动算例属性” 中的“图解默认值”中,设置绘图的边界、图形区域背景颜色;设置栅格线的有无、线条的颜色及宽度;设置轴线的颜色、宽度,轴上刻度线的位置,x轴与y轴的最小值、最大值、主单位、次单位;设置字体、比例等。本例选择曲柄处于水平位置时作为机构运动仿真的起始位置。

4.4 仿真与分析

设置好仿真参数以后,就可以进行仿真了。单击“计算”工具,运行仿真。在Motion中,对仿真结果的显示和分析方法主要有: ①将结果用动画的形式表示,即将动态仿真用AVI动画保存播放;②将结果以坐标曲线的图形表示;③将结果以Excel表格数据文档形式输出。本例利用图形与Excel表格数据相结合的方式来分析仿真结果。以活塞为主要分析对象, 在仿真结果中选取分析类别为线性位移、线性速度、线性加速度,分析方向为X轴,仿真结果如图3～图5所示。在仿真结果中选取反作用力选项,分析方向为X轴,对活塞与连杆铰接点的X方向作用力进行分析,如图6所示。

以曲柄OA水平位置为仿真计时起始点,相对图1所示坐标系活塞初始坐标XE =-369.11mm。上面各仿真图形中,横坐标代表时间t,单位是s;纵坐标代表各仿真量。观察以上曲线可以看出:在活塞往复运动过程中,活塞的位移、速度以及加速度都随时间呈周期性变化。

为了直接读出数据进行分析,将仿真结果输出生成Excel数据表格文件,通过MAX和MIN函数统计出仿真量的最大、最小值,可以精确得出:当曲柄OA杆以角速度ω=5rad/s匀速转动时,活塞在一个冲程内的极位夹角为72.04°,前极点位置坐标为(-356.3,0,0),后极点位置坐标为(-580.0,0,0),圆整后可确定活塞的实际有效行程为224mm,以此来检验是否满足设计预定的有效行程。同时,活塞速率变化范围为-739.4≤υ≤402.3mm/s,活塞加速度变化范围为-3 953.6≤a≤4 136.1mm/s2,活塞铰接点X方向受力最大值为4 898N,为设计所需压缩力提供了参考依据。

5 结论

采用Solidworks软件建立了压捆机六杆式压缩机构的三维实体模型,实现了该机构的建模、装配、干涉检查以及运动仿真,得出了活塞在预定条件下的位移、速度、加速度以及活塞与连杆铰接点X方向的受力变化规律;考查了活塞的极位夹角、有效行程以及活塞铰接点的受力变化规律。通过运动仿真对压捆机的压缩性能进行分析,设计方案的合理性进行验证,结果用来指导修改设计,可在设计模式下直接修改模型参数,为主要结构参数提供了理论依据,重复仿真分析,便可得到更加合理的机构设计方案。仿真模拟验证了方案的可行性,提高了机械设计的效率,具有很强的实际工程应用意义。

摘要：以压捆机六杆式压缩机构为研究对象,利用SolidWorks软件建立了六杆机构零件与装配体的三维模型,通过Motion插件对压缩机构的主要构件活塞进行了运动仿真,获得了活塞的速度、加速度、位移以及活塞铰接点作用力的变化规律,为压缩机构的结构设计和工程应用提供了理论依据,缩短了设计周期,提高了设计效率。

关键词：压捆机,六杆式压缩机构,运动仿真,SolidWorks/Motion

参考文献

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[7]江洪,陆利锋,魏峥.SOLIDWORKS动画演示与运动分析实例解析[M].北京:机械工业出版社,2006.

捡拾压捆机 篇3

4SFYK-150型生物质秸秆粉碎压捆机属畜牧草机械和收获机械的技术范围,主要适用于玉米和高梁等作物收获后秸秆的收获压捆。 近几年来,国内部分企业及涉农科研机构相继投入技术研发力量和资金,实施方草捆压捆机的研究开发,并已投入试验和推广应用。目前,国内生产的生物质秸秆粉碎压捆机种类繁杂,但都存在着用途单一的缺点,只能用于麦稻类作物收获后秸秆的捡拾压捆,且不具备在粉碎玉米或高梁秸秆的同时收集压捆的功能。农民要想将田间秸秆收集处理,只有两种方法:一是利用秸秆粉碎还田机,先将秸秆粉碎,然后利用捆机收集粉碎后的秸秆,机械重复作业不但无形中增加了农民种地投入,而且由于秸秆粉碎还田机作业时将秸秆压实在地表,利用压捆机收集粉碎后的秸秆极易带入大量泥土,既不利于运输和储存,又不利于为养殖业、造纸业、秸秆发电、工业酒精制造业或墙体材料制造业提供原料;二是秸秆粉碎后人工收集,这种方法劳动强度大,收集的秸秆不利于运输和存放。单一作业的机具作业效果不能满足农艺要求,导致了机具不能大面积推广应用,不仅直接影响着下茬作物的播种质量,而且也抑制了养殖业、造纸业、秸秆发电、工业酒精制造业或墙体材料制造业的稳定发展。随着农村经济的发展,农民迫切需要一种集秸秆粉碎、收集与压捆为一体的农业装备来完成玉米或高梁收获后的秸秆粉碎、收集与压捆,从而减轻繁重的体力劳动。基于此,结合河南省科技攻关重大项目中的“田间作业机的设计”,在认真分析原有秸秆压捆机[1]存在的功能单一问题后,进行了大量的试验改进,研制开发了生物质桔秆粉碎压捆机。该机主要与44.1～55.8kW的轮式拖拉机配套作业,具有较好的适应性。试验和分析证明,压捆机各项技术性能指标达到设计要求,符合国家相关标准,作业质量满足农艺要求。

1 秸秆粉碎压捆机的结构与工作原理

1.1 生物质秸秆粉碎压捆机的结构

生物质秸秆粉碎压捆机[2,3](见图1所示)属复式作业机械,主要由机架(1)、方捆压捆机构(2)、打结器(3)、主变速箱(4)、万向节传动轴(5)、牵引杆(6)、秸秆粉碎拾捡机构(7)、推料机构(8)、行走轮(9)和穿线针(10)等部分组成。在本课题研究中,针对原有秸秆压捆机存在的缺陷进行了因果分析,并通过试验改进做到了合理的集成创新。

1)该机采用可与压捆机捡拾器互换的秸秆粉碎机构,完成了粉碎机构与压捆机构的组合,实现了复式作业的目标。

2)在压捆机构喂料口与粉碎机构出草口的结合部,配置了粉碎后秸秆的全封闭导向器,保证了粉碎后物料的定向安全运送,并且保证了在运送过程中物料不漏撒。

3)针对原有秸秆压捆机调整正置侧置时操作人员劳动强度大、费工费时的缺陷,为了减轻驾驶人员操作的劳动强度和提高调整的方便性,配置了液压缸调控机具正侧置装置,有效提高了驾驶人员操作的方便性。

4)研制开发了压捆机构和粉碎机构共用的动力传动全封闭油浸式变速箱,保证了压捆机构和粉碎机构所需动力与转速的安全平稳传递。

1.机架 2.方捆压捆机构 3.打结器 4.主变速箱 5.万向节传动轴 6.牵引杆 7.粉碎拾捡机构 8.推料机构 9.行走轮 10.穿线针

1.2 生物质秸秆粉碎压捆机工作原理

该机主要适用于在粉碎玉米或高梁等作物秸秆的同时收集压捆,作业一次完成秸秆粉碎、自动收集和压捆等多项工序,具有不受地理气候条件限制、适应性强、工作效率高、秸草损失率小、作业效果好和安全可靠等优点。该机作业时,拖拉机动力输出轴传递的动力,经变速箱总成分别传至秸秆粉碎机构和压捆机构,带动秆粉碎机构的粉碎刀轴高速旋转;在粉碎刀轴高速旋转的离心力作用下,粉碎刀(爪)于轴心线成90°张开,在高速旋转的同时将农作物秸秆从地表剪断后吸入折线型粉碎室,在多排定齿的阻挡下,经粉碎刀(爪)多次击打被粉碎;再经出料口直接进入压捆机构的喂料口,在推料器和活塞作用下挤压成草片,经打结器成捆后排出机外,摆放在地表,完成秸秆粉碎压捆全部过程。

2 主要技术参数

秸秆粉碎工作幅宽/m: 1.5

作业前进速度/km·h-1:4～6

生产效率/ hm2·h-1:0.3～0.4

留茬高度/mm:30～80

秸秆粉碎长度/mm:≤100

秸秆粉碎合格率/%:≥90

草捆密度/kg·m-3:≥100

草捆成捆率/%:≥90

草捆长度/mm:300～1 300(可调)

使用可靠性/%:≥90

草捆抗摔率/%:≥90

整机质量/kg:不超过1 200

配套动力:44.1～55.8kW(轮式拖拉机)

挂接形式:后置拖拉形式

3 秸秆粉碎压捆机性能试验与分析

3.1 生物质秸秆粉碎压捆机的试验

试验参照JB/T5568-2001《秸秆粉碎还田机》和JB 5156-1991《方草捆压捆机 技术条件》规定的试验标准进行。试验[4]项目分技术性能指标试验和田间试验两项。技术性能指标试验主要测试留茬高度、秸秆粉碎长度、粉碎合格率、草捆密度、草捆成捆率和草捆抗摔率等是否达到相关国家标准; 田间试验主要试验机具的故障情况、易损件的磨损量、作业质量、燃油消耗量、工作稳定性及安全性等项指标是否符合相关标准。试验过程中选择了两套试验机型,编号为01和02,配套动力为东方红—170拖拉机,作业挡位为Ⅱ挡。试验结果见表1～表4所示。

3.2 生物质秸秆粉碎压捆机的试验分析

由表1可知:该压捆机留茬平均高度为16.7mm,小于规定的30～80mm,可使秸秆资源得到充分利用;秸秆粉碎合格率平均为93.5%,超过标准值90%的要求;草捆密度平均为105kg/m3,符合草捆密度应大于100kg/m3的农艺要求;草捆成捆率为100%;草捆抗摔率平均为98.8%。因此,该机的主要性能指标均已达到设计要求,符合JB/T5568-2001《秸秆粉碎还田机》和JB 5156-1991《方草捆压捆机 技术条件》的标准规定。

表2试验数据表明,使用可靠性达95%以上,超出90%的国家标准规定。而锤爪及定刀变的故障率比较高,修理时间也较长。

表3测定的数据表明,两台参与试验的粉碎压捆机平均作业面积为11.9hm2;锤爪平均磨损为1.95mm,按锤爪平均有效长度145mm计算,磨损量为总长度的1.3%,按锤爪允许磨损长度为总长的30%计算,其使用寿命为3.2a;定刀片平均磨损量为1.15mm,按刀片平均高度55mm计算,磨损量为总长度的2.1%,刀片允许磨损高度为总高的50%计算,使用年限为2.2a,表明主要磨损件的使用寿命最低是2a,符合易损件使用更换的基本要求。

由表4可以看出,纯工作生产率平均为0.37 hm2/h,班次生产率平均为0.24hm2/h。目前对小型作业机械而言,生产效率较高,作业成本平均为117.13元/hm2,价格适中,可为购机户和农户创造较大的经济效益。

4 结论

生产试验结果表明,该机设计合理,结构紧凑,作业性能质量符合JB/T5568-2001《秸秆粉碎还田机》和JB /T5156-1991《方草捆压捆机 技术条件》的相关规定,满足设计及农艺要求,工作效率高,油料消耗适中,作业性能稳定可靠,性能强,工作运行平稳,安全系数大,易于调整、操作和维护,主要易损件耐久性强,省工省力。其综合技术达到国内领先水平,是广大农户最理想的秸秆收获压捆机械,但机具在起埂种植玉米的田间作业时留茬高度偏高。

摘要：针对目前国内外投入应用的秸秆打捆机和压捆机均不具备粉碎功能的问题,研制开发了4SFYK-150型生物质秸秆粉碎压捆机。该机主要适用于在粉碎玉米和高梁等作物秸秆的同时收集压捆,作业一次完成秸秆粉碎、自动收集、压捆等多项农艺,能有效地减少田间作物秸秆残存量,为保证下茬作物的播种质量奠定了良好的基础。同时,可减少秸秆焚烧污染,维护生态环境,并为养殖业、造纸业、秸秆发电、酒精制造以及墙体材料制造业提供更多的材料资源。通过性能试验和生产试验证明,该机各项技术性能指标达到设计要求,符合国家相关标准,作业质量满足农艺要求。

关键词：秸秆,粉碎,收集,压捆

参考文献

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捡拾压捆机 篇4

根据对固定式饲草压捆机进行从设计、建模仿真到加工试验的全过程, 对试车过程中出现的问题进行分析, 逐渐改进、完善设计。

1 总体结构及性能参数

为方便野外作业, 本机设计为拖拉机驱动, PTO输出转数为540r/min。总装结构如图1所示。

1.拖拉机动力输出轴2.带传动3.锥齿轮传动4.联轴器5.输送叉 (喂入机构) 6.捆草仓7.压缩室8.分捆机构9.压缩机构 (曲柄滑块机构) 10.链传动

该机主要由降速机构、压缩机构、喂入机构和分捆机构等机构组成, 其中设计喂入机构和分捆机构均需与压缩机构建立运动关联关系。压缩机构为曲柄滑块机构, 喂入机构由曲柄轴经传动比i=1:1锥齿轮传动和联轴器来实现长距离、角度传动, 实现草料的自动进给。分捆机构为拨杆联动方式。

2 试车中出现问题及分析改进

2.1 插板分捆

常见的固定式压捆机分捆机构是工人将木拍 (即分隔板) 塞入下拍器内, 观察压草构件抬起后迅速搬起下拍器, 压草构件落下将木拍砸入压缩室内, 从而夹在草捆之间分捆。主要缺点是下拍器搬动费力, 工人劳动强度大, 依靠工人人工观察压草构件的抬起落下, 安全性低, 特别是在压缩频率较快时。

分捆机构最初设计的是单片机自动控制电插板机构, 落板位置在接近行程起点处 (图2中左侧原落板口) , 用接近开关来测量活塞的位置, 把机械信号转换为电信号。接近开关通过计数器、信号放大器和电磁铁控制压板机构的挡销, 来控制何时插板。压板机构是压簧, 在弹簧挡销撤出后, 使分隔板象箭一样射入压缩室内, 夹在草捆之间, 从而达到分捆的目的。然后弹簧被一小型直流电动机带回, 等待下一次动作循环。计数器和电磁铁停留时间等参数均可调节, 可以根据多变的实际工况灵活地调整, 以控制生产率和草捆长度。电插板机构虽然在试验室试验成功, 但在工作现场安装试验时发现一是电磁铁功率不够, 二是计数开关为光电控制开关, 灵敏度高, 而现场工作条件恶劣, 灰尘大, 计数开关误动作多, 无法实现预期的动作。

因此重新设计了一套机械式手动分捆插板机构, 便于野外草场现场作业, 其工作原理如图3所示。落板口在接近返程止点处 (图2中右侧新落板口) , 采用在立体空间上互相垂直的两套拨杆连动机构, 形成杠杆组, 实现分捆插板动作。

图3中, A—A、B—B杆焊在绕水平回转的O轴上, 通过压缩活塞上的控制销轴, 拨动A—A杆带动B—B杆摆动, 触动杆C—C绕竖直回转的O’轴摆动, 杆C—C另一端带动连动销撤回, 露出落板口, 落下分隔板。A—A杆左右两端均有定位机构, 使触动机关放一次分隔板后使A—A杆不再与活塞销相撞, 避免了频繁撞击, 且在活塞回程时落板, 使落板时间充裕, 避免了活塞向前压缩运动时因为落板时间不够, 撞上仅部分落入压缩室内的分隔板。C—C杆有弹簧复位机构, 放板后通过复位机构带动连动销弹回, 等待下一次插板分捆。

2.2 MATLAB/SimMechanics仿真

分捆机构设计的关键是分隔板未完全落入压缩室内时不能与压缩活塞相撞, 以免造成事故。一般的仿真软件很难设置两个或者两个以上的原动机, 本文采用MATLAB/Simulink中的子模块SimMechanics, 对有不同运动规律的压缩机构和分捆机构联立进行仿真, 检验二者运动是否满足运动不干涉的设计条件。在建模中, 将设计的各项数据转换成计算机识别的参数时, 由于是将两个机构联立仿真, 因此一定要注意坐标系的方向转换, 否则就会得出错误的结果。

SimMechanics结合Simulink和MATLAB, 通过一系列相关联的模块来表示一个机构系统, 可以和Simulink中的其他工具箱实现无缝结合。利用模块框图的建模环境来对机械系统的刚体机构运动进行设计和仿真, 有一套工具来设定构件的各种特性, 如质量特性、可能的运动、运动约束和坐标系统, 还可以初始化和测量机构系统的运动。SimMechanics模块组包括刚体模块组 (Bodies) 、运动铰模块组 (Joints) 、约束与驱动模块组 (Constraints&Drivers) 、传感器和作动器模块组 (Sensors&Actuators) 、力单元模块组 (Force Elements) 、辅助工具模块组 (Utilities) 及演示模块组 (Demos) 。不同于Simulink中的其他模块, SimMechanics是物理建模的一部分, 可以直接通过模块对实际构件和构件之间的关系进行建模, 在输入构件参数时要注意惯性张量是3×3的对称矩阵。

设置落板口距离压缩止点0.260m, 考虑分隔板的厚度约为0.050m, 则允许落板时间约为0.795s, 分隔板自由下落, 实际落板时间为0.271s。如图4所示, 根据仿真结果, 落板时间足够。

2.3 喂入机构反转

喂入机构类似于叉子形状, 故也常叫输送叉。压缩机构在设计时因考虑滑块移动方向压缩力大, 连杆比较笨重。为减少功率消耗, 在现场试车前调换了输入端的转动方向, 造成输送叉反向转, 不是将草往压缩室里送, 而是向外拨草。改进方案一是安装惰轮, 但这样会使传动系统变得复杂;二是将曲柄与输送叉之间传动的锥齿轮调换到另一边安装, 将轴端伸长, 加了一个支撑, 起到了一个反向传动的作用, 结构简单, 从而实现了送草喂料动作, 如图2所示。

2.4 输送叉转动不灵活

输送叉在工作时转动不灵活, 曾经卡住, 甚至在机器的强行带动下将螺栓崩飞。经分析, 此处安装的是滚针轴承, 定心性要求很高, 而此处为两个半轴, 另一端装在调心轴承上, 根本无法保证对心性。为结构简单, 将两个半轴做成一根整轴, 提高了整体的刚度和对心性, 再将定心轴承改成球轴承, 降低了定心要求, 以适应草量无法均匀的随机变化。经实践证明, 送草状况较以前大有好转。

2.5 捆绳崩断力学分析

在生产实践中, 经常发生捆绳崩断导致的散包现象。散包多在搬运过程中发生, 分析原因:一方面是因为草捆残余内应力释放的原因, 特别是高密度压捆;另一方面是因为在搬运过程中草捆会经常处于突然运动、停止和摔打的状态, 工人所抓附的张紧捆绳可看成处于一种相对的振动当中, 相当于单自由度无阻尼振动系统的自由振动, 捆绳所承受的力比草捆的残余内应力和重力多出了一个振动张力, 当三种力之和超过捆绳的抗拉强度时, 在三者的共同作用下就会造成捆绳突然崩断。

根据自由振动条件, 对于单个草捆而言, 捆绳的动张力可近似认为用下式计算:

式中:T为捆绳的动张力, N;k为捆绳的刚度, N m;A为振幅, 与搬运状态有关;v为运输搬运中的最大速度, m/s;m为草捆质量, kg。

草捆在运输过程当中捆绳所受的力为:

式中:F为捆绳张力, N;F残余为草捆残余内应力, N;G为草捆重量, N。

2.6 轴承座碎裂

在工作一段时间后, 曲柄中心轴承座在螺栓连接处碎裂, 原因是: (1) 冲击振动大, 轴瓦有点薄; (2) 安装方向为水平立式安装, 压实力为水平方向, 承受力为剪切应力; (3) 材料牌号低, 强度不够; (4) 曲柄轴为两个半轴, 中间隔了个连杆, 无法保证两个半轴的轴心在安装时完全对中, 造成偏心, 产生扭矩所致。

针对这些原因, 采取的改进措施如下: (1) 在轮辐式大链轮的轮辐空隙中配质量块, 即平衡了惯性矩, 降低振动, 又不必设飞轮, 简化了结构; (2) 曲柄轴承座处的底板下加设立筋, 增大机器刚度, 减小振动; (3) 轴承座由立式水平安装改为卧式水平安装, 使承载力由剪切应力改为拉应力, 改善了受力状况; (4) 曲柄两端轴承原先均为圆锥滚子轴承, 改其中一端为调心轴承和球轴承配合使用, 使之有一定的调整余量; (5) 将压缩机构的连杆由厚重的实心钢板改成工字钢, 降低连杆质量, 减少了功率消耗。 (6) 压缩活塞头加设阻尼器, 以减缓压实力的突变, 减小振动冲击, 还可以延长分隔板的使用寿命。为防止分隔板被反弹的压缩饲草弹回推倒, 在接近压缩止点处设有止板器, 但在每次压缩过程中与压缩活塞均有撞击, 噪音很大。因此将压缩活塞与止板器相撞处开了小缺口, 避免撞击, 消除噪音, 保护了工人的身体健康。

3 结束语

本文对9YK-300型饲草压捆机试制过程中产生的一些原理与实践方面的主要问题进行了分析和解决, 完善了设计, 为饲草压捆机的研制提供了宝贵的经验。特别是插板分捆机构结构简单而巧妙, 即达到了分捆目的, 又降低了成本, 是饲草压捆机中全新的分捆方式。

摘要：通过对新型固定式饲草压捆机的设计、仿真和制造, 介绍了9YK-300型饲草压捆机在研制试车时出现的问题, 主要对喂入机构和分捆机构做了重大改进, 使其结构更加合理和简化。

关键词：饲草压捆机,试车,设计

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