打捆包膜一體機的研究與試制

袁正華

（上海世達爾現(xiàn)代農(nóng)機有限公司，上海市 200245）

0 引言

2021年中央1號文件《中共中央國務院關(guān)于全面推進鄉(xiāng)村振興加快農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化的意見》中提出“鼓勵發(fā)展青貯玉米等優(yōu)質(zhì)飼草飼料”內(nèi)容。打捆包膜機作為青貯優(yōu)質(zhì)飼料裹包制作的先進農(nóng)機裝備，已經(jīng)越來越受市場和農(nóng)機戶歡迎。

打捆包膜一體機主要通過固定作業(yè)方式，拖拉機或電動機提供動力源，把松散或細段的牧草、青貯玉米等飼草料，通過投料倉進入到輸送裝置，然后投入到圓捆機的腔體內(nèi)，通過滾筒皮帶的帶動、纏網(wǎng)，飼草料成為結(jié)實的網(wǎng)包圓捆，最后通過搬運裝置，到達包膜裝置，完成纏膜作業(yè)，變成密封的纏膜捆包。

1 基本構(gòu)造和主要功能部件研究

1）打捆包膜一體機按草料流動方向來看，主要包含草料倉總成、輸送喂入裝置、捆包成型裝置、搬運裝置、包膜裝置等五大功能部件。該機各功能裝置的運轉(zhuǎn)，由液壓驅(qū)動、機械傳動、電器控制等系統(tǒng)，通過編程控制，互相制約，協(xié)調(diào)實施。

如圖1所示，草料倉總成由料倉和水平輸送機構(gòu)組成，草料進入料倉通過水平輸送機構(gòu)向后方運送。

圖1 打捆包膜一體機

輸送喂入裝置由傾斜輸送機構(gòu)和水平喂入機構(gòu)兩段組成，草料進到傾斜輸送機構(gòu)上，逐步均勻地通過水平喂入機構(gòu)將草料喂入捆包成型裝置的內(nèi)腔。

捆包成型裝置由布置成圓形的滾筒組和纏網(wǎng)機構(gòu)組成。滾筒組形成一個圓形內(nèi)腔，松散的草料在滾筒高速運轉(zhuǎn)下變成緊密的草捆，然后通過纏網(wǎng)機構(gòu)，將草捆纏上網(wǎng)，形成不易散捆的包。

搬運裝置將完成捆包的草捆運送到包膜裝置里，通過液壓系統(tǒng)傳遞動力，由鏈輪和鏈板組成。

包膜裝置由轉(zhuǎn)臺、包膜機構(gòu)、回轉(zhuǎn)臂等組成，草捆進入包膜裝置，回轉(zhuǎn)臂將薄膜纏繞到草捆上，經(jīng)過轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)并按照設(shè)定包膜層數(shù)進行包膜作業(yè)，層數(shù)達到要求時，停止包膜，轉(zhuǎn)臺翻轉(zhuǎn)，草捆滾落至地面，形成需要的密封良好纏膜捆包。

2）本機液壓系統(tǒng)由輸送器閥組、上料閥組、捆包閥組、網(wǎng)機構(gòu)閥組、搬運輸送器閥組、包膜閥組、齒輪泵、油箱、冷卻器等組成。

草料倉總成的水平輸送機構(gòu)由輸送器閥組系統(tǒng)來控制動作。本閥組系統(tǒng)機能符號如圖2所示，由閥塊、電磁換向閥、溢流閥、液壓馬達等組成。電磁換向閥最大工作流量40 L/min，最大工作壓力35 MPa；溢流閥最大工作流量30 L/min，調(diào)節(jié)范圍18～35 MPa。

圖2 輸送器閥組系統(tǒng)

輸送喂入裝置由上料閥組系統(tǒng)控制動作、調(diào)節(jié)速度。本閥組系統(tǒng)機能符號如圖3所示，由閥塊、溢流閥、比例調(diào)速閥、壓力補償器、電磁換向閥、節(jié)流閥、液控單向閥、分流集流閥、液壓馬達、油缸等組成。溢流閥最大工作流量200 L/min，調(diào)節(jié)范圍1～35 MPa；比例調(diào)速閥最大工作壓力21 MPa，流量調(diào)節(jié)范圍1～28 L/min。

圖3 上料閥組系統(tǒng)

捆包成型裝置由捆包閥組、網(wǎng)機構(gòu)閥組等兩個系統(tǒng)協(xié)同作用進行各項動作，完成草捆成型、纏網(wǎng)、放捆等系列連續(xù)動作。捆包閥組系統(tǒng)機能符號如圖4所示，由閥塊、電磁換向閥、溢流閥、壓力傳感器、單向節(jié)流閥、液控單向閥、蓄能器、比列溢流閥、油缸等組成。蓄能器容積為0.75 L，預充壓力40 bar，與液壓油缸一起作用，起到保壓功能，草捆成型時保持草捆密度穩(wěn)定。網(wǎng)機構(gòu)閥組由閥塊、溢流閥、電磁換向閥、液控單向閥、壓力傳感器、單向節(jié)流閥、馬達等組成。溢流閥調(diào)壓范圍2～21 MPa，初始設(shè)定壓力為12 MPa。

圖4 搬運輸送器閥組系統(tǒng)

搬運裝置由搬運輸送器閥組系統(tǒng)進行動作控制。本閥組系統(tǒng)由閥塊、電磁換向閥、溢流閥、馬達等組成。馬達選用BMR-400，排量400 cc/rev，最大輸出扭矩38 daNm。

包膜裝置由包膜閥組系統(tǒng)控制整個包膜過程每個動作的運轉(zhuǎn)。本閥組系統(tǒng)由閥塊、液控單向閥、電磁換向閥、節(jié)流閥、單向閥、馬達、液壓油缸等組成。馬達選用排量250 cc/rev，最大輸出扭矩38 daNm。

3）電器控制系統(tǒng)由顯示器、控制器、傳感器和遙控器等組成，如圖5所示。接收顯示器操作指令并控制電磁閥開啟或關(guān)閉，以達到自動控制一體機執(zhí)行送料、送網(wǎng)、切網(wǎng)、后機架打開、后機架關(guān)閉和包膜等動作。

圖5 電器控制系統(tǒng)

顯示器選用型號RT0500，系統(tǒng)分自動模式（AUTO）和手動模式（MANUAL），通過按鍵切換，自動模式下，顯示屏中間顯示整個系統(tǒng)運行狀態(tài)，綠色表示正常，黃色表示注意，紅色表示錯誤；當某個部件出現(xiàn)問題后，蜂鳴器報警并在相應位置顯示紅色。

手動模式下，通過按鍵來切換執(zhí)行哪個部件，顯示屏顯示當前要操作的部件并顯示藍色，按鍵執(zhí)行部件的上下動作，同時相應箭頭顯示藍色。

顯示頁面可顯示當前操作模式、轉(zhuǎn)速、打包數(shù)量等。

控制器選用型號RT-T172，接收傳感器信息并將接收到的信息通過計算顯示在顯示屏上?？刂破鞴δ苣K輸出47個、輸入36個、輸出電源8個、現(xiàn)場總線8個。

輸送喂入裝置部位有電感傳感器，捆包成型裝置部位除液壓系統(tǒng)的壓力傳感器外，還有角度傳感器、電磁傳感器、電感傳感器等，包膜裝置部位有角度傳感器、電磁傳感器、光電傳感器等。

電感傳感器選用Telemecanique 電器的XS118BLPAM12型、電磁傳感器選用歐姆龍公司的GLS-S1型、角度傳感器選用Novotechnik公司的SP2800型、光電傳感器選用型號為PZM-71P型、壓力傳感器選用型號為LVC1134GG1400型。

遙控器由無線發(fā)射器和無線接收器組成，無線發(fā)射器選用BEB型8點按鍵式，防護等級IP65；無線接收器選用型號R11C-2，24路繼電器和12路PWM輸出。

2 一體機作業(yè)試驗、檢測

樣機完成后，經(jīng)過廠內(nèi)試運轉(zhuǎn)后，分別在河南和甘肅兩省進行了場地作業(yè)試驗。

2.1 作業(yè)試驗情況

在河南省鄧州市，作業(yè)對象是青貯玉米，濕度在63%，切斷長為20～40 mm。單個捆包重量平均為830 kg，單個捆包完成時間平均為4 min。作業(yè)中，檢查底板輸送器、供給輸送器、成型室捆包、網(wǎng)包機構(gòu)、搬運輸送器、包膜機構(gòu)等各工作部件，功能和性能良好；監(jiān)測齒輪箱油溫、液壓油溫等，均在可控范圍內(nèi)；試驗中，調(diào)試電器和液壓控制系統(tǒng)，解決捆包未纏網(wǎng)、后機架就自動打開等問題。

經(jīng)過作業(yè)試驗，發(fā)現(xiàn)樣機作業(yè)效率未達到設(shè)計要求，市場要求完成單個捆包作業(yè)時間為3 min左右。樣機需要進一步改善，主要原因分析和改進對策如下：

1）草料進入成型室的邏輯控制不合理。改進對策是捆包腔體滿料后追料30秒后，再下網(wǎng)纏網(wǎng)。

2）成型室的皮帶在草料充滿后進料不暢，這樣延長了作業(yè)時間。改進對策是降低草料供給量，追加滿料完成按鈕。

3）成型室前、后、上部漏料嚴重。改進對策是調(diào)整各部輸送能力和優(yōu)化程序設(shè)置值。

經(jīng)過以上改善，樣機繼續(xù)作業(yè)試驗。在甘肅省慶陽市，作業(yè)對象是青貯玉米，濕度在70%，切斷長為30 mm左右。單個捆包重量平均為960 kg，單個捆包完成時間平均為2.9 min，基本滿足市場需求。

2.2 產(chǎn)品主要技術(shù)規(guī)格

1）名稱：打捆包膜一體機；

2）掛接方式：固定式；

3）配套動力型式：拖拉機或電動機；

4）適用草捆直徑：1 150 mm；

5）適用草捆長度：1 200 mm；

6）卷壓滾筒數(shù)量：17個；

7）膜架數(shù)量：2個。

2.3 產(chǎn)品性能檢測結(jié)果

經(jīng)過以上作業(yè)試驗，公司邀請農(nóng)機檢測機構(gòu)在甘肅定西市，對樣機各項性能指標進行了檢測。物料含水率70%，單個捆包重量平均達1 010 kg，詳細性能檢測結(jié)果見表1。

表1 性能檢測結(jié)果

3 結(jié)語

通過兩年的技術(shù)研發(fā)，樣機進行了作業(yè)試驗和性能檢測，打捆包膜一體機研制基本達到了試驗研究的目的。由于樣機投入成本高，制造成本接近200萬元，場地準備、物料準備、作業(yè)季節(jié)等作業(yè)試驗條件比較苛刻，樣機的實地可靠性試驗沒有充分進行。將來還要進行如下工作和研究：

1）在小批量生產(chǎn)中，提高機械、液壓、電器控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，解決因此產(chǎn)生的作業(yè)效率不高的問題。

2）繼續(xù)研究捆包成型裝置，改善進料口結(jié)構(gòu)，提高物料進入的效率，以此進一步提高整機作業(yè)效率。

3）捆包成型后，研究用拉伸膜對草捆纏繞成捆，替換目前使用的網(wǎng)纏繞結(jié)構(gòu)，滿足大型農(nóng)場飼喂牛羊的特殊市場需求。