履帶式不停機(jī)打捆收割一體機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

陳月鋒， 黃允魁， 徐名漢， 李君曉， 楊軍太， 董世平， 李 楊

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，北京 100083； 2.現(xiàn)代農(nóng)裝科技股份有限公司，北京 100083）

0 引言

檸條、沙柳和雜交構(gòu)樹(shù)等莖稈、葉等粗蛋白含量高，是優(yōu)質(zhì)的新型非糧飼草料，開(kāi)發(fā)和利用新的飼草料資源是解決飼料資源不足問(wèn)題的有效途徑[1]。同時(shí)，檸條、沙柳和雜交構(gòu)樹(shù)等莖稈木質(zhì)纖維素含量高、熱值較高，是非常理想的生物質(zhì)燃料[2]。近年來(lái)，隨著檸條、沙柳和雜交構(gòu)樹(shù)等種植面積的增加，對(duì)其飼料化、能源化等資源化利用的重視程度也有所增加。雖然有許多研究人員致力于檸條、雜交構(gòu)樹(shù)和灌木等機(jī)械化收獲方面的研究，并取得了一些研究成果，為其機(jī)械化收獲奠定了基礎(chǔ)，但原料商品化、低成本收儲(chǔ)及穩(wěn)定高效的機(jī)械化收獲問(wèn)題仍然急需解決[3-4]。只有加快機(jī)械化收獲技術(shù)的創(chuàng)新、推動(dòng)機(jī)械化收獲技術(shù)研究向更高水平發(fā)展，才能更加充分地發(fā)揮資源優(yōu)勢(shì)，更好地促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的保護(hù)[5]。

1 總體設(shè)計(jì)及工作原理

1.1 總體設(shè)計(jì)

履帶式不停機(jī)打捆收割一體機(jī)主要由履帶底盤(pán)、割臺(tái)、多輥輸送裝置、駕駛室、切碎裝置、拋送筒、鏈耙輸送機(jī)構(gòu)、緩沖艙、圓捆打捆裝置、發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和電控系統(tǒng)等組成，如圖1 所示。履帶底盤(pán)、割臺(tái)、多輥輸送裝置、切碎裝置、拋送筒、緩沖箱和打捆裝置位于縱軸線(xiàn)對(duì)稱(chēng)位置，與發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出軸線(xiàn)平行。發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力通過(guò)聯(lián)組帶分為兩路，一路分往行走液壓泵，驅(qū)動(dòng)底盤(pán)行走；另一路分往作業(yè)部件的中間軸，中間軸再分別傳往切碎裝置和打捆裝置，切碎裝置通過(guò)反轉(zhuǎn)齒箱和中間軸再分別傳往多輥輸送裝置和割臺(tái)裝置。

圖1 履帶式不停機(jī)打捆收割一體機(jī)總體布置Fig.1 General layout of crawler type non-stop bundling and harvesting integrated machine

1.2 工作原理

收割作業(yè)時(shí)，隨著機(jī)器的行駛，高速旋轉(zhuǎn)的鋸盤(pán)首先將植株從根部往上鋸斷并推送至割臺(tái)的撥送攪龍，攪龍?jiān)賹⑽锪贤扑偷蕉噍佪斔脱b置的入口。物料在多輥輸送裝置輸送輥的強(qiáng)制抓取和輸送作用下推送到切碎裝置，切碎滾筒將物料均勻地切碎，切碎后的物料沿著拋送筒迅速被拋送至緩沖箱。緩沖箱底部的鏈耙輸送機(jī)構(gòu)將切碎后物料由喂入輥均勻地喂入到圓捆打捆裝置，打捆裝置將送來(lái)的物料卷壓成圓柱狀捆包。當(dāng)打捆艙內(nèi)捆包達(dá)到設(shè)定的規(guī)格大小和密度時(shí)，鏈耙輸送機(jī)構(gòu)和喂入輥停止送料，送網(wǎng)機(jī)構(gòu)開(kāi)始釋放捆網(wǎng)，在捆網(wǎng)接觸到旋轉(zhuǎn)的捆包時(shí)，捆包外圓周表面就帶動(dòng)捆網(wǎng)進(jìn)行纏網(wǎng)作業(yè)，形成周圈纏繞。當(dāng)纏繞捆網(wǎng)達(dá)到設(shè)定圈數(shù)時(shí)（通常4～5 圈），切網(wǎng)刀下落切開(kāi)捆網(wǎng)，同時(shí)后艙門(mén)打開(kāi)，釋放出成型的捆包，當(dāng)成型捆包出艙滾落于地后，后艙門(mén)自動(dòng)關(guān)閉完成一個(gè)打捆作業(yè)周期。緩沖箱用來(lái)存放來(lái)自切碎滾筒拋送來(lái)的物料，輸送鏈耙機(jī)構(gòu)和進(jìn)料喂入輥在纏網(wǎng)成型和開(kāi)艙卸捆關(guān)閉后艙門(mén)之前停止運(yùn)轉(zhuǎn)，只有當(dāng)前一個(gè)打捆周期結(jié)束后，即成型圓捆完全離開(kāi)打捆艙、后艙門(mén)自動(dòng)閉合后，進(jìn)料喂入輥和鏈耙輸送機(jī)構(gòu)才重啟運(yùn)轉(zhuǎn)，緩沖箱內(nèi)的物料向打捆艙進(jìn)行自動(dòng)填充，開(kāi)始下一個(gè)打捆周期。整個(gè)打捆過(guò)程和前后銜接動(dòng)作通過(guò)電控系統(tǒng)自動(dòng)控制，打捆裝置在纏網(wǎng)、閉合后艙門(mén)等過(guò)程中，機(jī)器保持正常行走和切割作業(yè)，割臺(tái)、輸送裝置和切碎滾筒等都持續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了不停機(jī)圓捆打捆作業(yè)。各工作執(zhí)行裝置和功能部件由底盤(pán)組合在一起，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力驅(qū)動(dòng)行走和工作部件，可一次性完成收割、輸送、切碎、拋送、緩沖暫存、打捆、纏網(wǎng)和出捆等作業(yè)流程。

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 履帶底盤(pán)

考慮到檸條、沙柳等收割在三北地區(qū)沙丘、沙坡地等邊際土地，以及雜交構(gòu)樹(shù)、蛋白桑等收割在南方多雨和黏重土壤地區(qū)進(jìn)行，為提高行走作業(yè)的通過(guò)性能，行走系統(tǒng)采用履帶底盤(pán)。經(jīng)估算，整機(jī)（負(fù)載作業(yè)時(shí)）質(zhì)量M約8 t，常規(guī)農(nóng)業(yè)機(jī)械履帶底盤(pán)“HST+變速箱”驅(qū)動(dòng)方案無(wú)法滿(mǎn)足要求，故驅(qū)動(dòng)采用“定量液壓泵+比例閥+變量行走馬達(dá)”的設(shè)計(jì)方案[6]。考慮到沙丘、沙坡地作業(yè)環(huán)境惡劣，部分沙丘地坡度較大，假設(shè)爬坡角度為α，運(yùn)行阻力系數(shù)為f，爬坡?tīng)顟B(tài)受力分析如圖2 所示。

圖2 爬坡?tīng)顟B(tài)受力分析Fig.2 Stress analysis of climbing state

整機(jī)質(zhì)量在斜坡方向分力

式中GX——整機(jī)質(zhì)量在平行斜坡X方向上分力，N

M——整機(jī)質(zhì)量，kg

g——重力加速度，取值9.8 m/s2

α——地面坡度，（°）

設(shè)備爬坡前進(jìn)時(shí)的運(yùn)行阻力

式中F——爬坡前進(jìn)時(shí)的運(yùn)行阻力，N

GY——整機(jī)質(zhì)量在垂直斜坡Y方向上分力，N

驅(qū)動(dòng)設(shè)備所需要的最大牽引力應(yīng)為

式中T——驅(qū)動(dòng)設(shè)備所需要的最大牽引力，N

設(shè)計(jì)最大爬坡角度α=20°，假設(shè)阻力系數(shù)0.12，根據(jù)式（1）和式（2）可得驅(qū)動(dòng)設(shè)備所需要的最大牽引力35 655 N，根據(jù)選定的履帶節(jié)距90 mm，齒數(shù)16 齒的驅(qū)動(dòng)輪。最大扭矩為

式中N——扭矩，N·m

D——節(jié)圓直徑，m

行走馬達(dá)理論最大輸出扭矩5 258 N·m，大于行走所需驅(qū)動(dòng)扭矩4 112 N·m，所以滿(mǎn)足坡度20°爬坡行走需要。根據(jù)相關(guān)參數(shù)計(jì)算得出，當(dāng)行走馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速113 r/min 時(shí)，理論行走速度9.8 km/h；當(dāng)行走馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速73 r/min 時(shí)，理論行走速度6.3 km/h。

2.2 割臺(tái)

檸條、沙柳和雜交構(gòu)樹(shù)等木本植物的莖稈屬于木質(zhì)結(jié)構(gòu)，質(zhì)地堅(jiān)硬，傳統(tǒng)的往復(fù)式割刀和旋轉(zhuǎn)式割刀都不能達(dá)到平茬無(wú)損切割的要求[7]。本設(shè)計(jì)采用雙圓鋸盤(pán)割臺(tái)裝置，根據(jù)鋸切原理通過(guò)兩個(gè)大直徑、轉(zhuǎn)速相對(duì)的圓盤(pán)鋸齒式切割器，實(shí)施無(wú)支撐切割，能夠?qū)⑶懈詈蟮那o稈通過(guò)攪龍和撥送板強(qiáng)制撥送至輸送裝置入口，從而完成植株的鋸切、傾倒、撥送等動(dòng)作。李曉飛[8]研究表明，采用圓盤(pán)鋸齒式切割器能滿(mǎn)足切割質(zhì)量要求。而中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院[9]經(jīng)過(guò)多年研究，已研制了2.0～2.6 m 不同作業(yè)幅寬的系列雙圓鋸盤(pán)割臺(tái)裝置，對(duì)檸條、沙柳等灌木平茬切割效果良好，并且該系列割臺(tái)采用標(biāo)準(zhǔn)的快速連接接口，可以滿(mǎn)足不同木本植物收獲主機(jī)和不同寬窄種植的作業(yè)需求，因此，采用該單位自主研發(fā)的割臺(tái)裝置，可滿(mǎn)足收割作業(yè)需求。

2.3 多輥輸送裝置

多輥輸送裝置的功能是將由割臺(tái)輸出的物料傳遞并壓送給切碎裝置，設(shè)計(jì)的不停機(jī)打捆收割一體機(jī)采用了中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院[10]具有專(zhuān)利技術(shù)的全浮動(dòng)式喂入輸送裝置，該多輥輸送裝置主要由3 級(jí)喂入輥、張緊彈簧、浮動(dòng)臂、動(dòng)力輸入輪和機(jī)架構(gòu)成。3級(jí)喂入輥及其喂入間隙逐級(jí)減小，其目的是在喂入過(guò)程中將比較蓬松的枝稈逐漸壓實(shí)，使之在切碎時(shí)適應(yīng)切刀的工作條件，并且滿(mǎn)足不均勻物料喂入輸送時(shí)浮動(dòng)且壓實(shí)的要求，具有良好的連續(xù)均勻輸送效果。

2.4 切碎滾筒裝置

為了滿(mǎn)足檸條、沙柳和雜交構(gòu)樹(shù)等飼料化和燃料利用對(duì)原料切段長(zhǎng)度的要求，該機(jī)采用了中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院[11]自主研發(fā)的組合式切碎滾筒裝置，該組合式切碎滾筒裝置由2 組動(dòng)刀組成，每組8 片，分左右兩列，交錯(cuò)對(duì)稱(chēng)布置，動(dòng)刀片采用圓弧刀片，向內(nèi)傾斜布置，可以實(shí)現(xiàn)滑切，減少切削阻力，理論切碎長(zhǎng)度20 mm，切碎滾筒線(xiàn)速度45 m/s，該速度能夠拋送切碎物料，滿(mǎn)足切碎及風(fēng)送功能于一體。經(jīng)實(shí)踐應(yīng)用，切碎滾筒裝置切碎效果滿(mǎn)足木本植物飼料化和燃料化利用對(duì)原料切段長(zhǎng)度的需要。

2.5 圓捆打捆裝置

圓捆打捆裝置主要由緩沖箱、輸送鏈耙、喂入輥、壓捆輥、送網(wǎng)機(jī)構(gòu)、切網(wǎng)刀、油缸、前艙架和后艙門(mén)等部分組成。緩沖箱用來(lái)存放來(lái)自切碎裝置拋送來(lái)的物料；輸送鏈耙配置在緩沖箱的底部，用來(lái)將緩沖箱的物料輸送到喂入輥，再由喂入輥將物料均勻喂入到由16 組壓捆輥組成的圓形纏繞腔內(nèi)；16 組壓捆輥以接力方式將物料沿纏繞腔外圈快速纏繞旋轉(zhuǎn)，使物料形成外緊內(nèi)松的圓形捆包。其結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 圓捆打捆裝置結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of round baling device

2.5.1 打捆艙

圓捆打捆艙由16 組壓捆輥組成，分成前后兩個(gè)部分，前部分由7 組壓捆輥組成，固定在前艙架上，后部分由9 組壓捆輥組成，固定在后艙門(mén)上；輸送鏈耙和喂入輥固定在前艙架的前上方；送網(wǎng)機(jī)構(gòu)和切網(wǎng)刀固定在后艙門(mén)上，后艙門(mén)在油缸作用下能夠繞前艙架鉸軸自由開(kāi)合。打捆艙由16 組壓捆輥圍成的直徑Φ900 mm，寬度1 000 mm 圓柱形空腔。壓捆輥外圈設(shè)計(jì)有凸棱，以增強(qiáng)對(duì)物料的摩擦和卷捆能力。

2.5.2 輸送鏈耙機(jī)構(gòu)

輸送鏈耙機(jī)構(gòu)的動(dòng)力由一組壓捆輥通過(guò)聯(lián)組帶驅(qū)動(dòng)，聯(lián)組帶傳動(dòng)的離合是由離合油缸控制，當(dāng)離合油缸的缸桿伸出到最大行程時(shí)，聯(lián)組帶張緊并傳遞動(dòng)力，當(dāng)離合油缸的缸桿收縮到最小行程時(shí)，聯(lián)組帶松開(kāi)并停止傳遞動(dòng)力，達(dá)到停止物料輸送喂入的目的。為了將切碎物料順利送入打捆艙，設(shè)計(jì)輸送鏈耙有效寬度與打捆艙寬度一致。

2.5.3 喂入輥

喂入輥的作用是將輸送鏈耙送來(lái)的物料快速均勻地拋入打捆艙內(nèi)，考慮到斷續(xù)雙螺旋結(jié)構(gòu)具有將中間物料向兩側(cè)推送摸勻功能，后斜面尖齒具有拋送能力強(qiáng)回帶弱的特點(diǎn)，喂入輥采用斷續(xù)雙螺旋尖齒排列結(jié)構(gòu)。其喂入有效寬度與輸送鏈耙有效寬度一致，其傳動(dòng)是由一組壓捆輥通過(guò)一組等齒齒輪反轉(zhuǎn)進(jìn)行傳遞。

2.5.4 網(wǎng)線(xiàn)送入機(jī)構(gòu)和切網(wǎng)刀

為了將捆網(wǎng)有效送入打捆艙，送網(wǎng)機(jī)構(gòu)采用橡膠輥和鋼輥組成對(duì)輥結(jié)構(gòu)，并且鋼輥以隨動(dòng)方式通過(guò)彈簧常壓在橡膠輥上，保持橡膠輥表面與鋼輥表面微壓接觸；切網(wǎng)刀圍繞著橡膠輥?zhàn)杂蓴[動(dòng)，通常處于懸掛狀態(tài)，當(dāng)需要切網(wǎng)時(shí)，切網(wǎng)刀快速自由落下，切斷網(wǎng)線(xiàn)，當(dāng)后艙門(mén)打開(kāi)時(shí)，切網(wǎng)刀恢復(fù)原狀，處于懸掛狀態(tài)。

橡膠輥的動(dòng)力由一組壓捆輥通過(guò)電磁離合器和A型膠帶驅(qū)動(dòng)，離合器安裝在壓捆輥上，膠帶輪固定在離合器上。

2.5.5 緩沖箱

當(dāng)打捆艙內(nèi)的捆包達(dá)到一定規(guī)格大小和密度時(shí)，捆包需要用捆網(wǎng)進(jìn)行纏繞定型，而打捆艙內(nèi)的捆包在纏網(wǎng)及后艙門(mén)打開(kāi)出捆時(shí)，不得向打捆艙進(jìn)行喂料作業(yè)，此時(shí)，需要設(shè)計(jì)一個(gè)物料緩沖箱，用來(lái)暫存來(lái)自切碎裝置拋送過(guò)來(lái)的物料。緩沖箱的設(shè)計(jì)要求應(yīng)滿(mǎn)足：①在符合整機(jī)總體布置的前提下盡量大，以便存放盡量多的物料；②存放在緩沖箱內(nèi)的碎物料，在重新喂入打捆艙時(shí)，不得在緩沖箱內(nèi)結(jié)拱架空，形成堵塞，影響整機(jī)的作業(yè)流暢性。根據(jù)收割效率測(cè)算物料量，確定緩沖箱有效容積1.36 m3，其斜面與地面的角度70°，以減少結(jié)拱，確保能使切碎物料滑落至輸送鏈耙。

2.6 液壓系統(tǒng)

整機(jī)液壓系統(tǒng)包含行走液壓和作業(yè)液壓兩個(gè)部分，總體特點(diǎn)：壓力損失小，工作可靠，平穩(wěn)無(wú)沖擊，油溫合適，有足夠大的輸出功率，保證工作部件動(dòng)作時(shí)液壓提升力足夠；運(yùn)行速度合適，保證整機(jī)正常平穩(wěn)地行走和完成各工作動(dòng)作。行走液壓系統(tǒng)，采用“定量泵+比例閥+雙變量馬達(dá)”方案，主要由30 MPa 高壓泵、行走比例閥、變量行走馬達(dá)、高壓濾清器、回油濾清器、散熱器、單向閥及油管組成；確保整機(jī)穩(wěn)定行走，轉(zhuǎn)向方便快捷。作業(yè)液壓系統(tǒng)，由液壓泵、三路電磁閥、分配閥、馬達(dá)排量控制閥、圓捆打捆裝置閥組、回油濾清器、液壓鎖、液壓油缸及油管組成；分配閥應(yīng)確保優(yōu)先供給行走馬達(dá)的流量，排量控制閥用來(lái)調(diào)控馬達(dá)快慢變量，調(diào)整機(jī)器行走速度；圓捆打捆裝置閥組通過(guò)監(jiān)控并調(diào)控圓捆機(jī)油缸的流量，當(dāng)油壓達(dá)到設(shè)定值，給出動(dòng)作指令。

2.7 自適應(yīng)調(diào)控系統(tǒng)

為解決檸條、沙柳和雜交構(gòu)樹(shù)等生物量不均勻而帶來(lái)的喂入負(fù)荷不均勻、動(dòng)力匹配不合理等問(wèn)題，集成應(yīng)用中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司自主研發(fā)的負(fù)荷喂入與作業(yè)速度自動(dòng)匹配的自適應(yīng)調(diào)控系統(tǒng)，在割臺(tái)和輸送裝置設(shè)有喂入負(fù)荷傳感器，在底盤(pán)設(shè)有行走速度傳感器等，通過(guò)程序控制器能夠識(shí)別和判斷負(fù)荷信號(hào)與行走速度信號(hào)，并通過(guò)程序控制器進(jìn)行行走液壓馬達(dá)的變量調(diào)控，實(shí)現(xiàn)行走作業(yè)速度與喂入生物量的自適應(yīng)調(diào)控。該系統(tǒng)在自動(dòng)輔助駕駛模式下可實(shí)現(xiàn)負(fù)荷喂入與作業(yè)速度的自動(dòng)調(diào)控匹配，可減少故障發(fā)生，保障不均勻物料的連續(xù)收獲作業(yè)。

2.8 不停機(jī)打捆系統(tǒng)

傳統(tǒng)的圓捆機(jī)捆包完成后，需要停車(chē)來(lái)繼續(xù)纏網(wǎng)、出捆動(dòng)作[12]。即圓捆打捆設(shè)備在捆包密度達(dá)到設(shè)定要求時(shí)，需要進(jìn)行纏網(wǎng)、切割捆網(wǎng)和開(kāi)啟后艙門(mén)釋放捆包、關(guān)閉后艙門(mén)等一系列間歇性時(shí)序動(dòng)作，在此過(guò)程中整機(jī)需要駐車(chē)停止前進(jìn)和切割作業(yè)，停止物料喂入圓捆打捆裝置。國(guó)外某品牌能源林生物質(zhì)打捆機(jī)在捆包達(dá)到預(yù)設(shè)密度后，打捆機(jī)停機(jī)開(kāi)始捆扎，捆扎完成后，后艙門(mén)打開(kāi)，捆包被彈出并掉落到地面上。如此間歇式打捆作業(yè)，嚴(yán)重影響了整體的作業(yè)效率。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)測(cè)試，通常從開(kāi)始駐車(chē)?yán)p網(wǎng)到關(guān)閉后艙門(mén)重新啟動(dòng)行走喂料作業(yè)的時(shí)間至少需要30 s。為提高作業(yè)效率，研究設(shè)計(jì)了一種不停機(jī)打捆系統(tǒng)，包含打捆裝置、緩沖箱、輸送鏈耙機(jī)構(gòu)、喂入輥、傳感器和調(diào)控系統(tǒng)等。在不停機(jī)打捆系統(tǒng)中，打捆艙前上部位布置了緩沖箱和輸送鏈耙機(jī)構(gòu)，后艙門(mén)上布置了網(wǎng)線(xiàn)送入機(jī)構(gòu)，并且對(duì)打捆裝置的輸送鏈耙、網(wǎng)線(xiàn)送入橡膠輥、切網(wǎng)刀切網(wǎng)回位和后艙門(mén)開(kāi)合進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)PLC 程序?qū)θ冯姶砰y、電動(dòng)推桿和電磁離合器進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，從而實(shí)現(xiàn)輸送喂料、打捆、纏網(wǎng)、割網(wǎng)和開(kāi)合后艙門(mén)等自動(dòng)調(diào)控。

不停機(jī)打捆系統(tǒng)控制邏輯關(guān)系：隨著物料的喂入，打捆艙內(nèi)圓捆密度不斷增加，后艙門(mén)油缸壓力也將不斷增加，當(dāng)后艙門(mén)油缸壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，PLC 操控電磁閥，切斷輸送鏈耙和喂入輥的動(dòng)力，停止物料輸送喂入，同時(shí)發(fā)出指令控制電磁離合器啟動(dòng)捆網(wǎng)送入機(jī)構(gòu)對(duì)圓捆進(jìn)行纏網(wǎng)作業(yè)，當(dāng)捆網(wǎng)纏繞達(dá)到了設(shè)定圈數(shù)時(shí)（通常4～5 圈），PLC 操控電動(dòng)推桿釋放切網(wǎng)刀割斷捆網(wǎng)，同時(shí)PLC 操控電磁閥給后艙門(mén)油缸正、反向供油，使后艙門(mén)打開(kāi)釋放成型的捆包后重新閉合，切網(wǎng)刀回位，重新啟動(dòng)輸送鏈耙和喂入輥開(kāi)始輸送填料，開(kāi)始下一個(gè)打捆作業(yè)。

不停機(jī)打捆系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了圓捆打捆裝置各動(dòng)作的無(wú)縫銜接和連續(xù)作業(yè)，打捆纏網(wǎng)和開(kāi)合后艙門(mén)的同時(shí)，不影響機(jī)器行走、切割、輸送、粉碎和拋送物料各個(gè)前序動(dòng)作，減少了駐車(chē)停頓和間歇性操作，提高了收割打捆工作效率，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)收割不停機(jī)打捆目標(biāo)。

3 樣機(jī)試驗(yàn)與結(jié)果

3.1 樣機(jī)試驗(yàn)情況

在河北省康?？h進(jìn)行了樣機(jī)田間性能試驗(yàn)，如圖4所示。收割對(duì)象為人工檸條林，林齡在10 年以上，檸條平均高1.2～1.5 m，莖稈直徑1～2 cm，呈帶狀種植，2 行為1 帶，行間距約1.5 m，帶寬約3 m，帶間距約6 m，檸條帶長(zhǎng)度約1 000 m，地塊寬度約2 000 m，地勢(shì)略有起伏，坡度<10°，沙坡地表面有薄層黏土或鹽土結(jié)皮，覆蓋生長(zhǎng)少量植被。通過(guò)測(cè)試，樣機(jī)在薄土層沙坡地行走順暢，原地轉(zhuǎn)彎輕松自如，作業(yè)流程通暢，能夠?qū)崿F(xiàn)檸條切割、輸送、切碎、拋送、鏈耙輸送、打捆、纏網(wǎng)和卸捆鋪放等一體化功能，具有自動(dòng)填料輸送、不停機(jī)打捆、自動(dòng)送網(wǎng)割網(wǎng)和自動(dòng)開(kāi)關(guān)艙門(mén)等功能特點(diǎn)。樣機(jī)田間測(cè)試重點(diǎn)考察了設(shè)備收獲作業(yè)效率和成捆率等性能指標(biāo)。

圖4 履帶式不停機(jī)打捆收割一體機(jī)作業(yè)Fig.4 Crawler type non-stop bundling and harvesting integrated machine operation

為驗(yàn)證設(shè)備履帶底盤(pán)爬坡性能，在設(shè)備裝卸和轉(zhuǎn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)進(jìn)行了爬坡測(cè)試，測(cè)試設(shè)備在轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)空載及載質(zhì)量（未卸捆）狀態(tài)爬坡能力下，通過(guò)自行攀爬運(yùn)輸掛車(chē)（掛車(chē)斜坡坡度20°），測(cè)試反映設(shè)備在20°爬坡行走作業(yè)時(shí)的適應(yīng)能力，如圖5 所示。

圖5 爬坡測(cè)試（掛車(chē)斜坡坡度20°）Fig.5 Climbing test（trailer slope gradient is 20°）

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

樣機(jī)試驗(yàn)時(shí)采用自動(dòng)輔助駕駛模式，經(jīng)綜合性能測(cè)試，研制的履帶底盤(pán)能夠適應(yīng)8 t 載質(zhì)量驅(qū)動(dòng)行走和20°爬坡要求，整機(jī)樣機(jī)平均作業(yè)速度3～4 km/h，最高作業(yè)速度可達(dá)5.9 km/h，圓捆成型尺寸Φ900 mm×1 000 mm，捆型規(guī)整，平均捆質(zhì)量約220 kg/捆（檸條鮮質(zhì)量），成捆率98.2%，作業(yè)損失率5.5%，作業(yè)后平均割茬高度<8 cm，生產(chǎn)效率0.66 hm2/h，可以實(shí)現(xiàn)收割、輸送、連續(xù)不停機(jī)打捆作業(yè)。測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，損失率略顯偏高，分析主要原因是檸條葉片較細(xì)小，在粉碎、輸送、卷捆翻滾等過(guò)程中，葉片容易脫落，尤其在圓捆成型初期，捆卷相對(duì)比較松散，細(xì)小的葉片和粉碎物料未能及時(shí)形成致密的團(tuán)狀，從而容易從壓輥間隙中漏出，導(dǎo)致?lián)p失率相對(duì)較高，但測(cè)試損失率在可接受范圍之內(nèi)，可通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整壓輥間隙減少損失。綜合測(cè)試結(jié)果表明，研制的履帶式不停機(jī)打捆收割一體機(jī)性能達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

履帶式不停機(jī)打捆收割一體機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)收割、粉碎、輸送、拋送、鏈耙輸送、不停機(jī)打捆、纏網(wǎng)和卸捆鋪放等一體化作業(yè)，具備喂入負(fù)荷與作業(yè)速度自適應(yīng)調(diào)控功能和連續(xù)收割不停機(jī)打捆功能，能將檸條、沙柳和雜交構(gòu)樹(shù)等在收割的同時(shí)直接打捆成Φ900 mm×1 000 mm 標(biāo)準(zhǔn)的捆型，減少了收割作業(yè)環(huán)節(jié)，提高了作業(yè)效率，為檸條、沙柳和雜交構(gòu)樹(shù)等高效低成本、商品化、標(biāo)準(zhǔn)化收獲提供了技術(shù)裝備基礎(chǔ)。經(jīng)樣機(jī)測(cè)試，研制的履帶式不停機(jī)打捆收割一體機(jī)各項(xiàng)性能指標(biāo)基本滿(mǎn)足檸條、沙柳和雜交構(gòu)樹(shù)等木本植物資源化利用高效收獲的需要，但也仍有一定的技術(shù)提升和改進(jìn)空間，建議未來(lái)進(jìn)一步優(yōu)化提高打捆密度、減少損失率，加強(qiáng)可靠性疲勞試驗(yàn)，提高整機(jī)作業(yè)性能。