水稻稻草打捆機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

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摘要：本設(shè)計(jì)在現(xiàn)有水稻打捆機(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)創(chuàng)新研究，對(duì)打捆機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)主要包括總體方案設(shè)計(jì)、拾取器設(shè)計(jì)、螺旋運(yùn)輸裝置設(shè)計(jì)、滾筒以及打包裝置設(shè)計(jì)等，通過(guò)對(duì)各部分單元設(shè)計(jì)，結(jié)合三維建模軟件對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行三維建模分析，最終完成設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：水稻；打捆機(jī)；三維建模

引言

目前，我國(guó)農(nóng)作物中的水稻的植被面積為8.13億畝，牧草種植也高達(dá)數(shù)百萬(wàn)公頃，商品類牧草的種植面積近365萬(wàn)公頃，商品類牧草的產(chǎn)量約為3540萬(wàn)噸，但可供牲畜實(shí)用的草僅為25萬(wàn)噸；我國(guó)廣泛種植的水稻小麥等作物可以補(bǔ)充牧草的需求，限制我國(guó)稻草發(fā)展的重要原因就是秸稈的收割打捆，傳統(tǒng)手動(dòng)打捆的方式效率低下嚴(yán)重影響著農(nóng)作物的收種進(jìn)度，人工收獲比機(jī)械收獲損失大。所以說(shuō)繼續(xù)采用傳統(tǒng)的人工方式來(lái)收儲(chǔ)水稻秸稈是不現(xiàn)實(shí)的。因此研究創(chuàng)新水稻稻草打捆機(jī)是解決此類問(wèn)題的重中之重。

1水稻稻草打捆機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案

本次設(shè)計(jì)的水稻稻草打捆機(jī)屬于皮帶外卷繞式打包機(jī)。主要由撿拾器、螺旋輸送器、滾筒式切碎喂入裝置和打包室組成。打包機(jī)的第一個(gè)任務(wù)是要將草從地上拾起，需要設(shè)計(jì)撿拾器，一般來(lái)說(shuō)為了提高工作效率，撿拾器的撿拾寬度（2.15m）將大于草捆的寬度（1.2m），這就需要設(shè)計(jì)螺旋輸送器，其工作原理是利用螺旋機(jī)構(gòu)將撿拾器兩側(cè)水稻往中間輸送。經(jīng)研究表明水稻的長(zhǎng)度對(duì)草捆的密度影響很大，圓捆打包機(jī)相對(duì)于方捆打包機(jī)而言普遍密度低，為了改善其性能，新型的打包機(jī)開始采用滾筒式切割喂入機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)不僅可以將牧草切碎，而且同時(shí)還有將草料運(yùn)往下一個(gè)機(jī)構(gòu)的功能。打包室由滾筒、液壓機(jī)構(gòu)和長(zhǎng)皮帶等構(gòu)成。水稻稻草和秸稈由拾取裝置拾起，再經(jīng)滾筒喂入裝置被切碎并且送進(jìn)由輥筒和皮帶構(gòu)成的打包裝置，打捆裝置把剛運(yùn)輸進(jìn)來(lái)的草料和莖稈打捆成草芯。伴隨著更多的物料進(jìn)入打包室，輥筒和皮帶不斷旋轉(zhuǎn)，物料被輥筒和皮帶作用成圓捆，因?yàn)闄C(jī)器會(huì)持續(xù)工作，物料被不斷的吸入打包裝置，圓捆的直徑會(huì)越來(lái)越大，圓捆也會(huì)隨著旋轉(zhuǎn)不斷抱緊，他的密度也會(huì)越來(lái)越大，當(dāng)草捆的直徑和密度達(dá)到一定程度，也就是達(dá)到控制臂的設(shè)定值的時(shí)候，草捆就形成了。這時(shí)打包裝置的后門就會(huì)打開，草捆會(huì)被彈出落到地面，一個(gè)草捆就制作完成，然后后門合上，機(jī)器繼續(xù)運(yùn)行，制作下一個(gè)圓捆。

2水稻稻草打捆機(jī)的主要機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)

動(dòng)力裝置通過(guò)電動(dòng)機(jī)供電使內(nèi)燃機(jī)的曲軸飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，從而帶動(dòng)內(nèi)燃機(jī)的活塞轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。這部分也可采用純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的方式，優(yōu)勢(shì)在于純電動(dòng)拖拉機(jī)無(wú)需考慮傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)，相對(duì)傳統(tǒng)拖拉機(jī)不但要給車輪提供動(dòng)力，還要給拖拉機(jī)所攜帶的收割裝置提供動(dòng)力。電動(dòng)只需要提供電力即可。但是考慮到電池能源密度較小，充電滿足不了需求的話就必須裝上發(fā)電機(jī)發(fā)電，所以更加推薦使用內(nèi)燃機(jī)式拖拉機(jī)，從而將成本控制在農(nóng)民可以負(fù)擔(dān)的起的范圍，另一方面考慮到在農(nóng)間環(huán)境的多變，如果遇到潮濕的天氣純電動(dòng)式更加容易產(chǎn)生故障。具體使用哪個(gè)可以考慮實(shí)際工作環(huán)境加以選擇變動(dòng)。操作方面如果采用手扶式拖拉機(jī)的話需要人為引導(dǎo)使稻草，能夠經(jīng)過(guò)撿拾裝置進(jìn)行第一次處理。考慮到成本和效率問(wèn)題，該裝置也可替換為30馬力的輪式拖拉機(jī)，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制而無(wú)需人為引導(dǎo)，但其缺點(diǎn)在于失去了便捷性和經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)勢(shì)。占用空間變大，造價(jià)變高，大大降低了實(shí)用性，且會(huì)對(duì)農(nóng)民購(gòu)置該機(jī)器時(shí)產(chǎn)生不必要的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)見圖1。

2.2撿拾裝置設(shè)計(jì)

撿拾裝置的作用是拾取田地里的草料和莖稈和秸稈，或者是用收割機(jī)收割水稻留下的稻草或者莖稈以及零碎的草料和莖稈。然后把它們送到機(jī)器的下一個(gè)結(jié)構(gòu)---螺旋運(yùn)輸裝置。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，撿拾裝置拾取鋪成條的草料和莖稈或者莖稈，然后將其送到機(jī)器的下一個(gè)機(jī)構(gòu)中。對(duì)撿拾裝置工作的要求如下：①把地里剩下的草料和莖稈要撿拾干凈。確保田間的整潔性，真正做到無(wú)殘留。②在草料和莖稈的拾取過(guò)程中，不能破壞草料和莖稈最有營(yíng)養(yǎng)部分。③拾取的秸稈和草料莖稈須無(wú)阻礙的輸送到機(jī)器的下一個(gè)結(jié)構(gòu)部分，進(jìn)行下一步驟的處理。拾取裝置模型見圖2。

2.3螺旋運(yùn)輸裝置

擬采用的撿拾裝置的拾取寬度為2.15m，比草捆的寬度要寬（草捆的寬度一般為1.2m），那么就得要一個(gè)運(yùn)輸裝置能順利的把兩邊的草料和莖稈往中間傳遞。農(nóng)作物運(yùn)輸?shù)难b置種類繁多，一般來(lái)說(shuō)有斜面式的，有帶式的輸送器，還有割臺(tái)螺旋式的運(yùn)輸裝置等。螺旋運(yùn)輸裝置模型見圖3。在上述的機(jī)器中，螺旋運(yùn)輸方式使用的居多，也比較常見。螺旋運(yùn)輸裝置有以下優(yōu)點(diǎn)：①尺寸比較??；②該裝置既可以把物料進(jìn)行水平的輸送，也能在豎直或者說(shuō)是垂直方向上進(jìn)行任意角度輸送物料；③制造成本低；④操作簡(jiǎn)便；⑤便于驅(qū)動(dòng)。其設(shè)計(jì)思路是根據(jù)草料在曲面上的運(yùn)動(dòng)狀況繪制平均速度-時(shí)間的曲線圖，這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于數(shù)據(jù)精確可靠，裝置磨損低，耐久度高。具體曲線見圖4。

2.4滾筒粉碎輸入裝置

刀盤在水平面工作，在滾筒上嵌入刀片，工作時(shí)工作面繞圓心O作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)后沿軸向前運(yùn)動(dòng)。如果說(shuō)整個(gè)刀刃均都參與對(duì)草料和莖稈的處理，那么刀刃掃過(guò)的面積為兩個(gè)平行余擺線所封閉。下一個(gè)相鄰刀刃掃過(guò)的面積又由下兩個(gè)平行余擺線封閉。這兩個(gè)刀刃通過(guò)的面積交叉區(qū)為重割區(qū)，第二刀片在重割區(qū)（雙陰影區(qū)），該區(qū)內(nèi)的作物全部漏割。其設(shè)計(jì)要求如下：①滾筒承受載荷平穩(wěn)；②保證莖稈和草料和莖稈的大小合適，降低對(duì)草料和莖稈的破環(huán)；③整個(gè)裝置要便于拆卸，結(jié)構(gòu)盡量精簡(jiǎn)；④當(dāng)遇到障礙物（如石頭等）刀會(huì)自動(dòng)縮回，減少損失。粉碎裝置模型見圖5。

2.5打包裝置設(shè)計(jì)

打包裝置由輥筒、固定帶輪、可動(dòng)帶輪、壓包機(jī)機(jī)構(gòu)組成。形成草捆的動(dòng)力源是輥筒?？蓜?dòng)帶輪與彈簧相連，皮帶長(zhǎng)度固定。草料和莖稈源源不斷地進(jìn)入打包室，受力作用下形成草捆，且草捆的直徑會(huì)逐漸變大，可動(dòng)帶輪就會(huì)壓縮彈簧，然后內(nèi)彎皮帶長(zhǎng)度發(fā)生變化，外短內(nèi)長(zhǎng)。內(nèi)側(cè)皮帶被草捆撐開，隨后脫離帶輪。打包裝置內(nèi)設(shè)有傳感器，當(dāng)草捆直徑到固定值的時(shí)候，在液壓機(jī)構(gòu)作用下，將壓包機(jī)構(gòu)撐起，彈出草捆，完成打包。打捆機(jī)在作業(yè)時(shí)，撿拾裝置將田間地頭的草料和莖稈拾取，滾筒喂入裝置把草料和莖稈粉碎然后送到打捆室里，在力的作用下，物料旋轉(zhuǎn)形成草芯。當(dāng)草捆的直徑和密度達(dá)到控制臂的設(shè)定值的時(shí)候，一個(gè)草捆就形成了。這時(shí)打包裝置的后門就會(huì)打開，草捆會(huì)被彈出落到地面，一個(gè)草捆就制作完成，然后打捆機(jī)后門合上，機(jī)器繼續(xù)運(yùn)行，進(jìn)行下一個(gè)制作草捆。打包裝置的結(jié)構(gòu)形式是稻草由拾取機(jī)構(gòu)以及喂入機(jī)構(gòu)送入打包裝置內(nèi)的長(zhǎng)皮帶組。水稻秸稈進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)向內(nèi)心匯聚。隨著喂入的增多，逐步打結(jié)成捆，當(dāng)打捆完成后，打包裝置將打捆完成后的水稻秸稈進(jìn)行釋放，隨即進(jìn)行第二次打捆作業(yè)。打包裝置模型見圖6。

3結(jié)論

本產(chǎn)品的設(shè)計(jì)是為了解決目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，稻草或者秸稈之類的副產(chǎn)物得不到充分的利用，而造成的能源浪費(fèi)問(wèn)題。在現(xiàn)有的打捆機(jī)的基礎(chǔ)上，對(duì)水稻打捆機(jī)進(jìn)行優(yōu)化改良，提高了工作效率，保證了草捆質(zhì)量，打出優(yōu)質(zhì)草捆。拾取裝置采用了滾筒式拾取裝置，這個(gè)撿拾裝置是目前工作性能較好的也是大部分打捆機(jī)都在使用的。運(yùn)輸裝置采用螺旋式運(yùn)輸裝置，螺旋運(yùn)輸裝置體積小便于操作、裝卸簡(jiǎn)單便于維修，其次這款打捆機(jī)的打包裝置是由輥筒、固定帶輪、可動(dòng)帶輪、壓包機(jī)機(jī)構(gòu)組成。各個(gè)部分較為常見，維修更換容易。而且草捆直徑可以調(diào)節(jié)，大大提高了適用性。

參考文獻(xiàn)：

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[3]沈林安.星光履帶自走式方草捆打捆機(jī)：結(jié)構(gòu)性能•作業(yè)優(yōu)點(diǎn)[J].現(xiàn)代農(nóng)機(jī)，2016.

作者：楊志平 黃子康 呂觀輝 耿璽鈞 張博 王萌萌 單位：山東英才學(xué)院