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    一種水稻稻草打捆機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

    2020-09-10 06:24:00楊志平
    內(nèi)燃機(jī)與配件 2020年22期
    關(guān)鍵詞:打捆機(jī)三維建模水稻

    楊志平

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

    關(guān)鍵詞:水稻;打捆機(jī);三維建模

    中圖分類號:S225? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號:1674-957X(2020)22-0197-02

    0? 引言

    目前,我國農(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)百萬公頃,商品類牧草的種植面積近365萬公頃,商品類牧草的產(chǎn)量約為3540萬噸,但可供牲畜實用的草僅為25萬噸;我國廣泛種植的水稻小麥等作物可以補(bǔ)充牧草的需求,限制我國稻草發(fā)展的重要原因就是秸稈的收割打捆,傳統(tǒng)手動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。所以說繼續(xù)采用傳統(tǒng)的人工方式來收儲水稻秸稈是不現(xiàn)實的。因此研究創(chuàng)新水稻稻草打捆機(jī)是解決此類問題的重中之重。

    1? 水稻稻草打捆機(jī)的總體設(shè)計方案

    本次設(shè)計的水稻稻草打捆機(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)的第一個任務(wù)是要將草從地上拾起,需要設(shè)計撿拾器,一般來說為了提高工作效率,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)研究表明水稻的長度對草捆的密度影響很大,圓捆打包機(jī)相對于方捆打包機(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,而且同時還有將草料運往下一個機(jī)構(gòu)的功能。打包室由滾筒、液壓機(jī)構(gòu)和長皮帶等構(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,打捆裝置把剛運輸進(jìn)來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,因為機(jī)器會持續(xù)工作,物料被不斷的吸入打包裝置,圓捆的直徑會越來越大,圓捆也會隨著旋轉(zhuǎn)不斷抱緊,他的密度也會越來越大,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)定值的時候,草捆就形成了。這時打包裝置的后門就會打開,草捆會被彈出落到地面,一個草捆就制作完成,然后后門合上,機(jī)器繼續(xù)運行,制作下一個圓捆。

    2? 水稻稻草打捆機(jī)的主要機(jī)構(gòu)設(shè)計

    2.1 動力裝置設(shè)計

    動力裝置通過電動機(jī)供電使內(nèi)燃機(jī)的曲軸飛輪轉(zhuǎn)動起來,從而帶動內(nèi)燃機(jī)的活塞轉(zhuǎn)動起來。這部分也可采用純電動驅(qū)動的方式,優(yōu)勢在于純電動拖拉機(jī)無需考慮傳動軸的設(shè)計,相對傳統(tǒng)拖拉機(jī)不但要給車輪提供動力,還要給拖拉機(jī)所攜帶的收割裝置提供動力。電動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式更加容易產(chǎn)生故障。具體使用哪個可以考慮實際工作環(huán)境加以選擇變動。

    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)過撿拾裝置進(jìn)行第一次處理。考慮到成本和效率問題,該裝置也可替換為30馬力的輪式拖拉機(jī),實現(xiàn)手動控制而無需人為引導(dǎo),但其缺點在于失去了便捷性和經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)勢。占用空間變大,造價變高,大大降低了實用性,且會對農(nóng)民購置該機(jī)器時產(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

    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)器的下一個結(jié)構(gòu)---螺旋運輸裝置。簡單來說,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)器的下一個機(jī)構(gòu)中。對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,真正做到無殘留。②在草料和莖稈的拾取過程中,不能破壞草料和莖稈最有營養(yǎng)部分。③拾取的秸稈和草料莖稈須無阻礙的輸送到機(jī)器的下一個結(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),那么就得要一個運輸裝置能順利的把兩邊的草料和莖稈往中間傳遞。農(nóng)作物運輸?shù)难b置種類繁多,一般來說有斜面式的,有帶式的輸送器,還有割臺螺旋式的運輸裝置等。螺旋運輸裝置模型見圖3。

    在上述的機(jī)器中,螺旋運輸方式使用的居多,也比較常見。螺旋運輸裝置有以下優(yōu)點:①尺寸比較小;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操作簡便;⑤便于驅(qū)動。

    其設(shè)計思路是根據(jù)草料在曲面上的運動狀況繪制平均速度-時間的曲線圖,這種設(shè)計的優(yōu)點在于數(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,工作時工作面繞圓心O作旋轉(zhuǎn)運動后沿軸向前運動。如果說整個刀刃均都參與對草料和莖稈的處理,那么刀刃掃過的面積為兩個平行余擺線所封閉。下一個相鄰刀刃掃過的面積又由下兩個平行余擺線封閉。這兩個刀刃通過的面積交叉區(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,降低對草料和莖稈的破環(huán);③整個裝置要便于拆卸,結(jié)構(gòu)盡量精簡;④當(dāng)遇到障礙物(如石頭等)刀會自動縮回,減少損失。粉碎裝置模型見圖5。

    2.5 打包裝置設(shè)計

    打包裝置由輥筒、固定帶輪、可動帶輪、壓包機(jī)機(jī)構(gòu)組成。形成草捆的動力源是輥筒??蓜訋л喤c彈簧相連,皮帶長度固定。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,且草捆的直徑會逐漸變大,可動帶輪就會壓縮彈簧,然后內(nèi)彎皮帶長度發(fā)生變化,外短內(nèi)長。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,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)定值的時候,一個草捆就形成了。這時打包裝置的后門就會打開,草捆會被彈出落到地面,一個草捆就制作完成,然后打捆機(jī)后門合上,機(jī)器繼續(xù)運行,進(jìn)行下一個制作草捆。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)的長皮帶組。水稻秸稈進(jìn)行旋轉(zhuǎn),經(jīng)過旋轉(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)計是為了解決目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中,稻草或者秸稈之類的副產(chǎn)物得不到充分的利用,而造成的能源浪費問題。在現(xiàn)有的打捆機(jī)的基礎(chǔ)上,對水稻打捆機(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。運輸裝置采用螺旋式運輸裝置,螺旋運輸裝置體積小便于操作、裝卸簡單便于維修,其次這款打捆機(jī)的打包裝置是由輥筒、固定帶輪、可動帶輪、壓包機(jī)機(jī)構(gòu)組成。各個部分較為常見,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):

    [1]Benson.E.R.Development of automated combine guidance sysmm.2000 ASAE Annual Intenational Meeting.2000,941-951.

    [2]孫永利.秸稈打捆機(jī)撿拾粉碎裝置的設(shè)計與實驗[D].東北農(nóng)業(yè)大學(xué),2018.

    [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[J].現(xiàn)代農(nóng)機(jī),2016.

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