牧草彈齒滾筒撿拾機(jī)研究

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本文作者：王文明、王春光 單位：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院、邢臺(tái)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系

國(guó)內(nèi)外彈齒滾筒式撿拾裝置發(fā)展?fàn)顩r

1國(guó)外彈齒滾筒式撿拾裝置發(fā)展?fàn)顩r

國(guó)外彈齒滾筒式撿拾裝置多用于撿拾壓捆機(jī)上，分段收獲的聯(lián)合收獲機(jī)上也有應(yīng)用。國(guó)外對(duì)于撿拾壓捆機(jī)的研制起步較早，牧草機(jī)具的發(fā)展主要始于近代，距今已有100多年的歷史［2］。目前，在牧草壓捆機(jī)領(lǐng)域處于領(lǐng)先水平的主要有美國(guó)、德國(guó)、澳大利亞和英國(guó)等。其中，具有代表性的公司有美國(guó)的紐荷蘭公司、約翰．迪爾公司，德國(guó)的克拉斯公司、韋利格爾公司、法爾公司、澳大利亞的皮•埃爾公司、吉爾公司和英國(guó)的霍華德公司等。各個(gè)公司生產(chǎn)的彈齒滾筒式撿拾裝置的結(jié)構(gòu)大致相同，他們生產(chǎn)的產(chǎn)品品種齊全、系列完整，可與不同的小方捆撿拾壓捆機(jī)、圓捆卷捆機(jī)、大方捆撿拾壓捆機(jī)和撿拾集垛車(chē)等匹配，不僅適用于各種牧草，而且還可用于撿拾各種秸稈。各個(gè)公司產(chǎn)品的工作原理至今沒(méi)有大的變化，但其都在提高性能、可靠性和操作舒適性等方面下功夫，同時(shí)也逐步完善微電子技術(shù)在其上的應(yīng)用［3－4］。美國(guó)紐荷蘭公司的產(chǎn)品對(duì)不同作物的適應(yīng)性極佳，其撿拾裝置彈齒采用曲線結(jié)構(gòu)，而不是直線結(jié)構(gòu)，可將普通撿拾裝置無(wú)法拾起的短小作物撿拾干凈［5］。德國(guó)的撿拾裝置寬度為1．55～2．2m不等，撿拾裝置由液壓裝置操縱，牽引拖拉機(jī)上的計(jì)算機(jī)可控制液壓機(jī)構(gòu)，也適用于不同物料［6］。德國(guó)克拉斯公司的撿拾裝置彈齒前端采用了獨(dú)特的鉤形設(shè)計(jì)，確保了撿拾率，拉繩牽引至拖拉機(jī)駕駛室，使得撿拾裝置升降十分方便［7］。美國(guó)約翰迪爾公司的撿拾裝置主要采用了小間距的彈齒式設(shè)計(jì)，可保證密度高、幅寬大的草條充分撿拾喂入，位于彈齒上方的小間距齒條壓草桿可防止草葉及斷桿四處飛濺造成損失［8］。德國(guó)韋立格爾公司撿拾裝置的驅(qū)動(dòng)部分增加了一個(gè)摩擦式安全離合器，這是它們的專利;德國(guó)法爾公司在撿拾裝置傳動(dòng)上采用雙作用安全裝置;美國(guó)紐荷蘭公司采用寬型撿拾裝置，并采用“流動(dòng)式撥叉”喂入機(jī)構(gòu)和“轉(zhuǎn)子式”喂入結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)無(wú)堵塞的喂入［9］。總之，國(guó)外彈齒滾筒式撿拾裝置發(fā)展至今日趨成熟，各個(gè)公司都有其自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品。為改善撿拾裝置的適應(yīng)性，提高撿拾能力，降低撿拾遺漏率，撿拾裝置彈齒間距普遍縮小到61～71mm，全部采用彎型彈齒，撿拾裝置的調(diào)節(jié)都改為駕駛員在拖拉機(jī)座位上操作，有一些使用了液壓調(diào)節(jié)器，安全保護(hù)機(jī)構(gòu)更加齊全、靈敏、可靠。國(guó)外對(duì)彈齒滾筒式撿拾裝置的產(chǎn)品介紹較多，但其理論分析文章尚不多見(jiàn)。前蘇聯(lián)的波波夫曾用圖解法對(duì)撿拾裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作性能進(jìn)行了定性分析，并認(rèn)為其是一個(gè)連桿機(jī)構(gòu)［10］。

2國(guó)內(nèi)彈齒滾筒式撿拾裝置發(fā)展?fàn)顩r

我國(guó)的撿拾壓捆機(jī)大多為彈齒滾筒式撿拾裝置，撿拾裝置大多為仿制國(guó)外機(jī)型。我國(guó)牧業(yè)機(jī)械工業(yè)起步較晚。1978年9月，呼和浩特畜牧機(jī)械研究所等單位研制了我國(guó)第一臺(tái)小方草捆撿拾壓捆機(jī)9KJ－142型［11］。到20世紀(jì)90年代，國(guó)外的摟、捆、裝、運(yùn)等牧草收獲機(jī)械陸續(xù)進(jìn)入我國(guó)牧草種植基地，但價(jià)格昂貴。近些年，國(guó)內(nèi)牧草機(jī)械已進(jìn)入快速發(fā)展階段，已研制成功并投產(chǎn)多種型號(hào)的彈齒滾筒式撿拾裝置。由于我國(guó)彈齒滾筒式撿拾裝置大多為仿制國(guó)外的不同機(jī)型研制，其結(jié)構(gòu)參數(shù)和凸輪滑道廓線形狀多種多樣。就凸輪滑道廓線形狀來(lái)說(shuō)有兩類:一類是心臟形，如中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院草原所的9KJ－1．7型方捆機(jī)、9JS－1．6散草撿拾車(chē)等，但廓線段數(shù)也不盡相同，有的是7段圓弧組成，有的是6段或4段圓弧組成;另一類形似豆形，其中由一段直線和幾段圓弧組成，如機(jī)械工業(yè)部呼和浩特畜牧機(jī)械研究所的9KJA－1．4型方捆機(jī)。學(xué)者們對(duì)機(jī)構(gòu)的性質(zhì)認(rèn)識(shí)很不一致。1980年和1981年，農(nóng)機(jī)部呼和浩特畜牧機(jī)械研究所的孫康杰和王英用“圖解法”分別對(duì)韋立格爾－180型圓捆機(jī)撿拾裝置和新荷蘭－850型圓捆機(jī)撿拾裝置的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行了分析，認(rèn)為其是“曲柄擺桿機(jī)構(gòu)”，并建立了彈齒尖端運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，但未知數(shù)較多，無(wú)法應(yīng)用于設(shè)計(jì);1991年，吉林工學(xué)院的盛凱、曾南宏采用“解析法”分析了彈齒滾筒式撿拾器，認(rèn)為其是一個(gè)“反轉(zhuǎn)的擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)”，也建立了彈齒尖端運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型［12］。

從試驗(yàn)研究方面來(lái)講，很多學(xué)者針對(duì)特定機(jī)型參數(shù)進(jìn)行過(guò)分析，對(duì)一定機(jī)型撿拾裝置的撿拾效果都做過(guò)大量的試驗(yàn)，認(rèn)為各機(jī)型均可以滿足撿拾要求。2001年，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)的王國(guó)權(quán)等對(duì)芬蘭Junkkary公司圓捆打捆機(jī)進(jìn)行了國(guó)產(chǎn)化設(shè)計(jì)，并應(yīng)用ADAMS對(duì)此機(jī)型的撿拾器進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真分析，得到了機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中速度、加速度的變化情況，并對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)定。試驗(yàn)表明，機(jī)器撿拾裝置工作效率高，秸稈損失率?。?3］。2006年，中國(guó)農(nóng)機(jī)院呼和浩特分院的王振華、張俊國(guó)針對(duì)9YFQ－1．9型方捆機(jī)撿拾裝置的工作參數(shù)進(jìn)行了分析，分析表明機(jī)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)完全能滿足各種情況下的撿拾作業(yè)要求，并經(jīng)過(guò)田間試驗(yàn)證明該撿拾裝置的漏損率非常小，完全可以避免牧草在地面堆積和漏撿［14］。2008年，新疆農(nóng)科院農(nóng)機(jī)化所的王學(xué)農(nóng)等基于Solidworkds對(duì)殘膜撿拾滾筒進(jìn)行了3D設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真，初步找出了弧型撿膜齒滿足要求的排列布置、滾筒轉(zhuǎn)速和合理的入土深度等工作參數(shù)［15］。2010年，內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)的烏吉斯古楞應(yīng)用Inventor軟件對(duì)特定機(jī)器參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算機(jī)分析，并對(duì)撿拾器的轉(zhuǎn)速、機(jī)器的前進(jìn)速度、彈齒尖端離地高度對(duì)撿拾器工作性能的影響進(jìn)行了試驗(yàn)研究［16］。我國(guó)的彈齒滾筒式撿拾裝置多數(shù)為仿制國(guó)外機(jī)型，對(duì)撿拾裝置的設(shè)計(jì)和參數(shù)的選擇還沒(méi)有形成方法，很多學(xué)者只對(duì)參數(shù)的設(shè)計(jì)做過(guò)定性分析，并沒(méi)有給出設(shè)計(jì)方法，分析時(shí)多用解析法和圖解法分析，也有些學(xué)者嘗試用計(jì)算機(jī)進(jìn)行了輔助分析［17－21］。但對(duì)彈齒滾筒式撿拾裝置的工作要求認(rèn)識(shí)，具體要求為:漏撿損失小，即應(yīng)該把留茬上的所有草料或莖稈撿拾干凈，在留茬上沒(méi)有遺留的草料或莖稈;破碎損失小，即在撿拾過(guò)程中不要撕破豆科草料最有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的細(xì)嫩葉片;結(jié)構(gòu)緊湊，動(dòng)作均勻性好、連續(xù)性好，即撿拾的物料應(yīng)無(wú)阻礙地輸送到機(jī)器的下一個(gè)工作部件;功率損耗小。吉林工學(xué)院的盛凱認(rèn)為:彈齒滾筒式撿拾裝置工作時(shí)彈齒相對(duì)于滾筒的擺動(dòng)規(guī)律及變化速度、加速度對(duì)彈齒的工作性能有很大的影響，其合理的選擇是至關(guān)重要的，而擺動(dòng)規(guī)律不是單一的規(guī)律，而是由多種規(guī)律組合而成的［10］。

存在的主要問(wèn)題

1產(chǎn)品適應(yīng)性差，標(biāo)準(zhǔn)化程度基礎(chǔ)差

我國(guó)研制的彈齒滾筒式撿拾裝置大多不能適應(yīng)多種作物使用，有的針對(duì)幾種牧草設(shè)計(jì)，有的針對(duì)秸稈撿拾設(shè)計(jì)，缺乏適應(yīng)性強(qiáng)的撿拾裝置，且各種彈齒滾筒式撿拾裝置參數(shù)多種多樣，各種之間互無(wú)聯(lián)系，不成系列，各部件尤其是易損件之間不能互換，修理維護(hù)不方便。

2設(shè)計(jì)方法繁鎖，精度低

我國(guó)的彈齒滾筒式撿拾裝置多數(shù)為仿制國(guó)外機(jī)型，在設(shè)計(jì)時(shí)多采用傳統(tǒng)圖解法和解析法對(duì)其進(jìn)行分析，方法繁鎖且精度低，沒(méi)有建立起真正實(shí)用的數(shù)學(xué)模型，不能采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法來(lái)研究完善撿拾裝置的設(shè)計(jì)。尤其對(duì)于主要控制彈齒運(yùn)動(dòng)、影響撿拾質(zhì)量的凸輪滑道廓線的設(shè)計(jì)，還沒(méi)有形成可用于實(shí)際的設(shè)計(jì)方法。

3技術(shù)含量低，使用可靠性不高

我國(guó)在彈齒滾筒式撿拾裝置研制時(shí)缺乏自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，已定型的撿拾裝置大部分屬于國(guó)外20世紀(jì)80年代以前的水平，近些年基本沒(méi)有什么改進(jìn)。關(guān)鍵部件的技術(shù)性能沒(méi)有突破，制約了撿拾裝置的發(fā)展。我國(guó)使用條件差，使用可靠性顯得尤為重要。使用時(shí)故障多，設(shè)計(jì)機(jī)理不清晰，性能不能得到發(fā)揮，制約了草原機(jī)械的使用。特別是在退耕還草后，優(yōu)質(zhì)牧草及苜蓿草大量種植，急需撿拾壓方捆、壓圓捆等機(jī)械設(shè)備，但是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)質(zhì)量仍不過(guò)關(guān)。

發(fā)展對(duì)策及建議

1進(jìn)一步提高機(jī)具適應(yīng)性

我國(guó)牧草品種復(fù)雜，地區(qū)差別很大，有些農(nóng)區(qū)除了要撿拾稻草、秸稈，還要撿拾鮮草。要用盡量少的機(jī)型滿足各地區(qū)的不同要求，要進(jìn)一步研制開(kāi)發(fā)可適用于多種作物的撿拾裝置。

2進(jìn)一步完善撿拾裝置標(biāo)準(zhǔn)

目前我國(guó)在撿拾裝置方面的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不完善，使得撿拾裝置的通用性和互換性差。為此，應(yīng)提高機(jī)具零部件的通用性和互換性，規(guī)范生產(chǎn)市場(chǎng)，制定統(tǒng)一的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，避免重復(fù)研究。

3加大科研投入力度

我國(guó)的彈齒滾筒式撿拾裝置多數(shù)為仿制國(guó)外機(jī)型，設(shè)計(jì)機(jī)理不清晰，致使在使用過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題不能對(duì)癥解決，嚴(yán)重制約了機(jī)械的使用。另外，彈齒滾筒式撿拾裝置機(jī)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)和工藝要求難度大。因此，應(yīng)加大在這方面科研的投入力度，保證技術(shù)創(chuàng)新資金，專項(xiàng)用于這方面的研制、試驗(yàn)和推廣等科研項(xiàng)目。同時(shí)，采取多種優(yōu)惠政策，加大設(shè)備的購(gòu)置補(bǔ)貼等，加快機(jī)具的推廣使用。

4提高制造質(zhì)量

可靠性應(yīng)當(dāng)作為機(jī)具的主要指標(biāo)，在保證使用可靠性的前提下再考慮其他性能指標(biāo)和結(jié)構(gòu)的先進(jìn)性。目前彈齒滾筒式撿拾裝置的一些易損件可靠性差，使用者感到麻煩，使產(chǎn)品沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)力。為此，應(yīng)在設(shè)計(jì)上力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于調(diào)整，并有足夠的安全系數(shù);另一方面，應(yīng)進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量。

結(jié)論

我國(guó)草地資源豐富，畜牧業(yè)更是農(nóng)業(yè)的重要組成部分，采用撿拾壓捆機(jī)收獲牧草，對(duì)增加牧草的貯存量和提高牧草的利用價(jià)值，促進(jìn)我國(guó)畜牧業(yè)大力發(fā)展具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。我國(guó)還是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，小麥和水稻種植面積廣，在其上茬作物收獲后，田間存留大量的秸稈及根茬，對(duì)秸稈的加工需要大量彈齒滾筒式撿拾裝置。綜上所述，應(yīng)及時(shí)了解國(guó)外先進(jìn)機(jī)具生產(chǎn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，因地制宜，研究和探討適合我國(guó)的彈齒滾筒式撿拾裝置，以加快我國(guó)這方面機(jī)械產(chǎn)業(yè)化的步伐，適應(yīng)市場(chǎng)需求。