飼草打包機(jī)設(shè)計(jì)及其三維造型設(shè)計(jì)

1、<p>　　飼草打包機(jī)設(shè)計(jì)及其三維造型</p><p><b>　　設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院 </p><p>　　

2、專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化</p><p>　　班 級 12-1 </p><p><b>　　XX大學(xué)教務(wù)處制</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1緒論1</b></p>

3、;<p>　　1.1本課題來源及其研究的目的和意義1</p><p>　　1.2 本課題所涉及的問題在國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其分析1</p><p>　　1.2.1國外研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3圓捆機(jī)的特點(diǎn)及在飼草收獲中的作用2</p><p>

4、;　　1.4圓捆的分類2</p><p>　　1.5本課題所涉及的任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析2</p><p>　　2飼草打包機(jī)工作原理2</p><p><b>　　3撿拾器3</b></p><p><b>　　3.1設(shè)計(jì)要求3</b></p><p>

5、<b>　　3.2工作原理3</b></p><p>　　3.3新型撿拾器介紹5</p><p>　　3.4撿拾器仿真結(jié)果及分析5</p><p><b>　　4螺旋輸送器6</b></p><p><b>　　4.1設(shè)計(jì)要求6</b></p><

6、p><b>　　4.2工作原理7</b></p><p>　　5滾筒式切碎喂入裝置9</p><p><b>　　5.1設(shè)計(jì)要求9</b></p><p>　　5.2工作原理10</p><p>　　5.3仿真及分析11</p><p><b>　　

7、6打包室13</b></p><p><b>　　7總體效果圖14</b></p><p><b>　　致 謝17</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)18</b></p><p><b>　　1緒論</b></p>

8、<p>　　1.1本課題來源及其研究的目的和意義</p><p>　　目前，我國牧草種植面積約為1 600萬公頃，其中苜蓿種植面積近360萬公頃，苜蓿產(chǎn)量約為2540萬噸，但商品草僅為15萬噸；我國的畜牧業(yè)，特別是草食畜牧業(yè)已發(fā)展到相當(dāng)大的規(guī)模，對苜蓿的需求量快速增加，苜蓿進(jìn)口量迅速提高。2010年我國進(jìn)口牧草產(chǎn)品23.06萬噸，比上年增加了200.46%[1]。制約我國牧草業(yè)發(fā)展的一個(gè)主要因素是牧

9、草收割、貯存等手段的落后，因?yàn)槟敛菔斋@具有很強(qiáng)的季節(jié)性，即到了收獲季節(jié)必須在盡可能短的時(shí)間內(nèi)收割，這樣才能保證牧草養(yǎng)分不致太多損失；另一方面，手工收割一般要比機(jī)械收獲損失更多。目前種植牧草的地區(qū)大多為經(jīng)濟(jì)落后地區(qū)，牧草的產(chǎn)后收儲大多采用傳統(tǒng)的手工方式，導(dǎo)致牧草收割不及時(shí)、霉變、發(fā)黃的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，失去了其應(yīng)有的營養(yǎng)價(jià)值。研究開發(fā)牧草打捆機(jī)是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)化的前提之一。</p><p>　　本課題旨在以國內(nèi)外優(yōu)

10、秀的打包機(jī)為模型，運(yùn)用三維建模技術(shù)建立打包機(jī)的虛擬樣機(jī)并對關(guān)鍵部件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析，為設(shè)計(jì)研究提供依據(jù)。飼草打包機(jī)根據(jù)其打包的形狀可以分為方捆打包機(jī)和圓捆打包機(jī)，經(jīng)過兩者比較發(fā)現(xiàn)圓捆打包機(jī)相對于方捆打包機(jī)有以下特點(diǎn)：</p><p>　　結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便，使用中不易出故障；</p><p>　　生產(chǎn)率高，生產(chǎn)率可達(dá)；</p><p>　　草捆便于飼喂，散食時(shí)很容

11、易鋪開，架飼時(shí)又可圍欄而食，損失較少；</p><p>　　長期露天存放放，不怕風(fēng)吹雨淋，收獲季節(jié)便于安排生產(chǎn)環(huán)節(jié)；</p><p>　　對捆繩要求低，用量較少，與方捆撿拾器打捆機(jī)比較可節(jié)省以上。</p><p>　　所以本課題選用圓捆打包機(jī)為原型進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>　　1.2 本課題所涉及的問題在國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其分析</p&

12、gt;<p>　　1.2.1國外研究現(xiàn)狀</p><p>　　圓捆打包機(jī)于20世紀(jì)60年代問世，由德國Vermeer公司率先在北美市場推出了第一臺圓捆機(jī)，屬于長皮帶內(nèi)纏繞式圓捆機(jī)打包機(jī)。該機(jī)問世后，與小方草捆機(jī)相比較，具有生產(chǎn)率高、勞動(dòng)強(qiáng)度低、使用操作方便等優(yōu)點(diǎn)。因此，歐美許多制造商購買了Vermeer公司的技術(shù)，大批的產(chǎn)品投放市場，并由此原理派生出鏈桿是圓捆打包機(jī)和固定作業(yè)圓捆打包機(jī)。內(nèi)纏繞式圓捆

13、打包機(jī)卷制的草捆直徑在一定的范圍內(nèi)可調(diào)，可以滿足用戶對不同草捆外徑尺寸的需要。</p><p>　　1974年，德國的Welger公司登記了一項(xiàng)圓捆打捆機(jī)的專利，其成形原理與Vermeer公司截然不同，即所謂外纏繞式。成捆室腔體外徑固定，卷制的草捆外松內(nèi)松，成捆后透氣性好，利用通風(fēng)干燥，耐候性好。其結(jié)構(gòu)形式經(jīng)過不斷的發(fā)展和演變，目前有輥筒式、短皮帶式和輥杠式的需要。</p><p>　　1

14、977年，德國Class公司率先推出了第一臺Rollant85型輥筒外卷式圓捆打捆機(jī)。1980—1982年，該公司將其發(fā)展完善成85、62、44和34型系列產(chǎn)品，分別由20、18、14和11個(gè)鋼棍組成成捆室，按圓周排列成直徑為1.8m、1.6m、1.2m和0.9m的定直徑成捆室。</p><p>　　1981年，德國Welger公司研制成RP15和RP12型2種新機(jī)型。其特點(diǎn)是鋼棍直徑小，數(shù)量多。</p&g

15、t;<p>　　20世紀(jì)80年代中期，各公司為了使用原有的圓捆打包機(jī)具有對物料的適應(yīng)性更廣泛和提高生產(chǎn)率，先后對機(jī)具進(jìn)行了進(jìn)一步的改進(jìn)和完善。這一期間的所用的新技術(shù)：</p><p>　　Class公司的“螺旋線形卷壓室”技術(shù)，并將該技術(shù)應(yīng)用于Rollant62、44和34機(jī)型上；</p><p>　　為提高圓形機(jī)的效率，減少捆繩的效率，減少捆繩纏繞草捆的時(shí)間，許多公司采用了

16、“繩網(wǎng)包卷草捆”技術(shù)。New Holland公司首先將該技術(shù)應(yīng)用于變直徑圓形打包機(jī)中；</p><p>　　另一項(xiàng)技術(shù)提高圓捆機(jī)具有生產(chǎn)效率的技術(shù)是不停機(jī)型圓行打捆機(jī)。1986年，Class、New Holland、John Deere和Vermeer公司等均投入該類機(jī)具的研究。并生產(chǎn)出了樣機(jī)。</p><p>　　繼20世紀(jì)80年代中期以后，圓捆打包機(jī)仍然繼續(xù)發(fā)展和完善。如包卷草捆技術(shù)方

17、面，繼繩網(wǎng)包卷草捆技術(shù)以后，為了實(shí)現(xiàn)圓捆的青貯作業(yè)又出現(xiàn)了塑料模包卷草捆技術(shù)。在卷制草捆的物料種類上，德國Vermeer公司最初目的僅僅使用于牧草或農(nóng)作物秸稈的收獲作業(yè)，而英國人將其用于青貯作業(yè)中。因此，隨著物料種類的增加，圓捆記得結(jié)構(gòu)和性能也在不斷的改進(jìn)和完善[2]。</p><p>　　圓捆打包機(jī)歷經(jīng)近40年的發(fā)展和演變，目前技術(shù)已經(jīng)比較成熟，結(jié)構(gòu)日趨完善。特別是近幾年，自動(dòng)控制技術(shù)在圓捆打捆機(jī)上得到了廣泛的

18、應(yīng)用，在駕駛室內(nèi)安裝的電控面板可以全程監(jiān)測圓捆打捆機(jī)草捆的形成過程；可以采集和記錄圓草捆形成過程中的壓力、重量和密度等成捆參數(shù)；也可以預(yù)先設(shè)定圓草捆的重量、密度等參數(shù)，使圓捆機(jī)的操作和使用更簡單方便，更人性化。</p><p>　　1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀</p><p>　　我國牧草打包機(jī)起步較晚, 有關(guān)打捆機(jī)結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)以及配套動(dòng)力等方面的研究報(bào)道都很少,很多問題有待在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)和

19、解決[3]。打捆機(jī)的研制處于仿制階段，仿制生產(chǎn)打捆機(jī)的廠家大都是一些技術(shù)力量相對薄弱的小廠。在生產(chǎn)時(shí)基本上是從結(jié)構(gòu)上仿制, 而涉及到理論計(jì)算方面的內(nèi)容則往往被忽略。隨著畜牧業(yè)的發(fā)展, 飼草打捆機(jī)的市場需求量會越來越多, 而對其性能等方面的要求也會越來越高, 所以我們在打捆機(jī)的研究方面要有所提高,使國產(chǎn)打捆機(jī)在性能上盡快達(dá)到國際先進(jìn)水平。</p><p>　　總體看來, 我國在牧草打捆機(jī)的研究上還和發(fā)達(dá)國家存在很大

20、差距, 國內(nèi)目前的打捆機(jī)無論在數(shù)量上還是在質(zhì)量上都遠(yuǎn)不能滿足畜牧業(yè)發(fā)展的需要。在解決飼料產(chǎn)業(yè)化問題上, 飼草打捆機(jī)是非常重要的工藝設(shè)備, 提高國產(chǎn)打捆機(jī)的質(zhì)量, 無疑會對飼料業(yè)的發(fā)展起到革命性作用, 因此對打捆機(jī)性能方面的研究開發(fā)意義重大。目前, 國內(nèi)市場上未見性價(jià)比較好的國產(chǎn)產(chǎn)品, 而進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格都比較高??所以, 開發(fā)性能良好、自動(dòng)化程度高且價(jià)格適中的國產(chǎn)打捆機(jī)將是我國飼草商品生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一, 對促進(jìn)飼草產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程會起到舉足輕重

21、的作用。</p><p>　　1.3圓捆機(jī)的特點(diǎn)及在飼草收獲中的作用</p><p>　　圓草捆打捆機(jī)是一種農(nóng)村牧區(qū)均適用的收獲機(jī)具，主要用于切割晾曬后的牧草或田間稻、麥等農(nóng)作物秸稈的收獲作業(yè)。它能將田間鋪放的草條自動(dòng)撿拾起來，通過喂入、旋轉(zhuǎn)壓縮成行、纏繞捆繩包卷的繩網(wǎng)等作業(yè)工序，把散狀秸稈或牧草捆扎成外形整齊、規(guī)則的圓柱形草捆。</p><p>　　圓捆打包機(jī)由拖

22、拉機(jī)駕駛員1人操作，適合于在各類天然草場、種植草場以及農(nóng)田進(jìn)行作業(yè)。圓捆打包機(jī)與割草機(jī)、摟草機(jī)、圓捆裝卸機(jī)及運(yùn)輸車配送套，可以實(shí)現(xiàn)牧草或稻、麥等農(nóng)作物秸稈收獲的全部機(jī)械化作業(yè)。</p><p><b>　　1.4圓捆的分類</b></p><p>　　圓捆打包機(jī)從成形原理上分為外纏繞式和內(nèi)纏繞式。從結(jié)構(gòu)形式上，外纏繞式又可分為輥筒式、短皮帶式、輥杠式，內(nèi)纏繞式又可分為

23、長皮帶式和鏈桿式。</p><p>　　內(nèi)卷纏繞式撿拾打包機(jī)，其卷壓室由幾根長皮帶和兩側(cè)壁圍成。巻捆時(shí)卷壓室容積由小變大，對牧草始終保持壓力。所以也叫可變?nèi)莘e撿拾打包機(jī)。它是以所謂的Vermeer系統(tǒng)原理工作。這種打包機(jī)的特點(diǎn)是，牧草以卷氈方式形成草捆，芯部堅(jiān)硬，外層松軟。草捆直徑可根據(jù)需要任意調(diào)整。</p><p>　　外卷繞是撿拾打包機(jī)，卷壓室由幾組短皮帶或若干鋼制卷輥加上兩側(cè)壁所組成

24、。卷壓室尺寸固定不變，開始巻捆時(shí)對牧草沒有壓力，等到牧草充滿卷壓室后開始加壓。所以也叫不變?nèi)莘e撿拾打包機(jī)。它是以Welger系統(tǒng)原理工作的。其特點(diǎn)是草捆的壓實(shí)從外到里逐漸進(jìn)行，草芯疏松，外部緊實(shí)，草捆直徑不能任意改變，較之內(nèi)卷繞式打包機(jī)草捆密度較高，結(jié)構(gòu)比較簡單，制出的草捆適用于制作袋裝青貯食料。</p><p>　　1.5本課題所涉及的任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析</p><p>

25、　　牧草業(yè)作為朝陽產(chǎn)業(yè)正在迅速發(fā)展，然而在牧草、秸稈等纖維料商品化的生產(chǎn)過程中，由于其物料松散，給這一資源的儲存和運(yùn)輸造成巨大的成本壓力，給它的有效利用帶來了障礙。因此，把牧草壓成高密度的草捆是降低牧草成本的重要步驟，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)成套設(shè)備所用的實(shí)驗(yàn)表明:飼草打捆平均密度增大10倍左右運(yùn)輸成本則可降低70%左右，于是出現(xiàn)了各種打捆機(jī)。然而國內(nèi)外現(xiàn)有各種農(nóng)業(yè)纖維物料壓縮設(shè)備的設(shè)計(jì)很少涉及壓縮過程中被壓縮物料自身的生物特性和壓縮規(guī)律,從而導(dǎo)致

26、壓縮設(shè)備在結(jié)構(gòu)參數(shù)、工作性能、功耗以及壓縮后產(chǎn)品的質(zhì)量等方面存在某些缺陷。</p><p>　　由于農(nóng)業(yè)機(jī)械的工作對象和環(huán)境的隨機(jī)性、復(fù)雜性，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法已不能滿足現(xiàn)代農(nóng)機(jī)具的設(shè)計(jì)需求，因此采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，在現(xiàn)有牧草壓縮理論基礎(chǔ)上，先采用solidworks三維軟件國際上先進(jìn)的同類機(jī)械進(jìn)行建模，然后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析，可為重要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定提供理論依據(jù)，從而縮短設(shè)計(jì)周期，降低物理樣機(jī)的成本，提高企業(yè)競爭力[4]。

27、</p><p>　　2飼草打包機(jī)工作原理</p><p>　　由于本課題以德國克勞恩公司的Comprima F 125圓捆打包機(jī)為原型進(jìn)行建模仿真，其簡單構(gòu)造和工作原理如下</p><p>　　該機(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。</p><p>　　打包機(jī)的第一個(gè)任務(wù)是要將草從地上拾起，需

28、要設(shè)計(jì)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(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)飼草往中間輸送。</p><p>　　經(jīng)研究表明飼草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(shí)還有喂入機(jī)構(gòu)的功能。打包室由滾筒、液壓機(jī)構(gòu)和

29、長皮帶等構(gòu)成。 經(jīng)滾筒喂入機(jī)構(gòu)將飼草切碎并送入由輥筒和長皮帶組成的打包室。在重力的共同作用下，物料旋轉(zhuǎn)形成草芯。隨著越來越多的物料進(jìn)入打包室，并在輥筒和長皮帶的共同作用下不斷的旋逐漸形成圓捆，繼續(xù)撿拾，圓捆的直徑不斷增大，密度也越來越大，當(dāng)直徑增大到控制臂的設(shè)定值時(shí)即形成草捆。開啟后門將草捆彈出落到地面，合上后門繼續(xù)前進(jìn)，進(jìn)行下一個(gè)草捆的卷制作業(yè)。</p><p>　　下面就圓捆打包機(jī)的各個(gè)部分分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，建

30、立三維模型，并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析。</p><p>　　圖2-1 飼草打包機(jī)工作原理簡圖</p><p><b>　　3撿拾器</b></p><p><b>　　3.1設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　撿拾器用于撿拾田間或牧草地面割倒的、或用摟草機(jī)集成條鋪的植株莖葉（牧草、青飼料或聯(lián)合收獲機(jī)排

31、出的莖桿）。簡而言之，撿拾器收集鋪成條的物料，并把它們送入機(jī)器或拖車內(nèi)[5]。</p><p>　　對撿拾器工作的要求如下：</p><p>　?。?）應(yīng)該把留茬上的所有草料和莖稈撿拾干凈。在留茬上沒有遺留的草料和莖稈。</p><p>　?。?）在撿拾過程中，不要撕破豆科草料最有營養(yǎng)價(jià)值的細(xì)嫩葉片。</p><p>　?。?）撿拾的物料應(yīng)該

32、無阻礙的輸送到機(jī)器的下一個(gè)部件。</p><p><b>　　3.2工作原理</b></p><p>　　撿拾器的工作部件是旋轉(zhuǎn)的、排成幾排的彈性扒桿。下面分析對輻射狀的撿拾器的工作原理（如下圖3-1）。</p><p>　　被直扒桿撿拾和向上提升的物料，到達(dá)合理配置并待有許多平行窄縫的罩殼上，扒桿從這些窄縫縮進(jìn)罩殼內(nèi)，于是使它們自身與撿拾的物

33、料脫離。物料在監(jiān)視器罩殼表面上移動(dòng)的必要條件為</p><p>　　此處 ——物料在罩殼表面上移動(dòng)的摩擦阻力；</p><p>　　——物料對罩殼表面摩擦系數(shù)。</p><p><b>　　由圖顯而易見</b></p><p><b>　?。?.1）</b></p><p&g

34、t;　　式中——物料沿扒桿移動(dòng)的摩擦角；</p><p>　　——物料沿罩殼表面移動(dòng)的摩擦角。</p><p>　　代入公式（2.1）后可得</p><p>　　圖3-1 直扒桿撿拾器的外形</p><p>　　1—直扒桿 2—罩殼 3—窄縫</p><p>　　N—正壓力 W—由摩擦角引起方向偏斜后的

35、壓力</p><p>　　若，則 </p><p>　　由于角隨直扒桿的進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)而減小，這樣，為了便于扒桿從物料中脫出，此角度必須加大。</p><p>　　選擇撿拾器罩殼上的窄縫的寬度時(shí)，應(yīng)該注意不讓物料扒桿帶進(jìn)去。</p><p>　　使用彈性扒桿，當(dāng)遇到障礙物（如卵石）時(shí)，它們可

36、以向后偏轉(zhuǎn)。而徑向安裝的直扒桿和條鋪接觸時(shí)，其端部以較高的圓周速度打擊物料。此速度的水平分量為為物料沿機(jī)器運(yùn)動(dòng)方向移動(dòng)的速度，而此速度的垂直分量把物料擠壓向下。這兩個(gè)分速度引起條鋪在于它們工作方向一致方向上的初步擠壓。</p><p>　　由上述可知，設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)式撿拾器的每一個(gè)努力，都是為了使扒桿在于物料接觸時(shí)，對物料的打擊應(yīng)該盡量小。并且當(dāng)扒桿從撿拾器罩殼上面的物料中脫離時(shí)，所產(chǎn)生的壓力應(yīng)盡可能的低。換言之，當(dāng)扒

37、桿從撿拾器罩時(shí)，其水平分速度為零。</p><p>　　考慮到撿拾器相鄰兩排扒桿的位置，可以應(yīng)用像拔禾輪中那樣的運(yùn)動(dòng)因數(shù)，即</p><p>　　上式中的為扒桿端運(yùn)動(dòng)圓弧的最大半徑，為角速度，為打包機(jī)前進(jìn)速度。值總是大于1的。否者，扒桿將使物料向前移動(dòng)；在這種情況下，只有一部分物料被撿拾，而其余的物料被遺留下來積聚在田間。用緊接的下一排扒桿撿拾這些積聚的物料是很困難的。因此實(shí)際上采用的，公

38、里/小時(shí)。扒桿一般為排。</p><p>　　能否連續(xù)地?fù)焓拔锪?，取決于相鄰扒桿端所化軌跡間的距離。如果相鄰兩扒桿間的夾角為，那么，撿拾器扒桿轉(zhuǎn)過此角度的時(shí)間為</p><p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　式中 ——扒桿末端的角速度；</p><p><b>　　——扒桿排的數(shù)目

39、。</b></p><p>　　式中——扒桿的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　將上式代入（2.2）式后</p><p><b>　?。?.3a）</b></p><p>　　式中 ——撿拾器轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速。</p><p>　?。?.3b）

40、 </p><p>　　將式（2.3a）的值代入上式</p><p><b>　?。?.3c）</b></p><p>　　此式指出，值隨的增大、隨和的減小而增大。</p><p>　　最佳的值由被撿拾的物料種類和它的含水量而定。例如，在收獲短莖稈和干牧草時(shí)，其值要比撿拾長莖稈和較濕的

41、作物要小些。</p><p>　　在進(jìn)行了一系列試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，一般推薦</p><p><b>　　米</b></p><p>　　有公式（2.3a）、（2.3b）和（2.3c）可得</p><p><b>　　取0.35m，</b></p><p>　　3.3新型撿拾器介紹

42、</p><p>　　下面介紹克勞恩公司研發(fā)生產(chǎn)的新型撿拾器。如圖3-2為克勞恩公司配置在Comprima型圓形打包機(jī)上的撿拾器示意圖，。他主要由撿拾器軸，固定盤，彈齒梁，彈齒，撿拾器護(hù)板等組成。</p><p>　　從圖中可以看出，新型撿拾器取消了傳統(tǒng)撿拾器用來控制彈齒運(yùn)動(dòng)軌跡的定向滾輪機(jī)構(gòu)。在撿拾器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，彈齒的齒端始終與撿拾器軸軸線為圓心作圓周運(yùn)動(dòng)。撿拾器的主要功能是將地面鋪放的

43、草條撿拾提升，并推送至壓捆機(jī)的輸送喂入機(jī)構(gòu)。為此傳統(tǒng)的撿拾器在工作流程中應(yīng)完成撿拾，提升和卸草3個(gè)工序。在撿拾器的提升階段，對彈齒的齒端的運(yùn)動(dòng)軌跡基本上沒有特殊要求，只要沿著規(guī)定的半徑作圓周勻速運(yùn)動(dòng)，即可將物料撿拾提升到護(hù)板上方。在斜草階段，彈齒在沿著護(hù)板上方推送物料過程中，其齒端與護(hù)板的相對速度明顯降低，運(yùn)行方向應(yīng)幾乎垂直向下，以便將物料卸放在護(hù)板末端。在新型撿拾器中，為了完成斜草功能，將撿拾器上方護(hù)板設(shè)計(jì)成微微向上翹起的曲面形狀，并

44、在護(hù)板的上方，設(shè)置了除草板，而且，彈齒沿滾輪周向相對于滾筒徑向向后傾斜一定的角度。因此，在卸草階段，當(dāng)彈齒運(yùn)行到護(hù)板上方時(shí)，彈齒與護(hù)板的夾角將接近180°，并從護(hù)板間隙指那個(gè)縮到護(hù)板內(nèi)側(cè)，物料不會被彈齒拖帶而堵塞在護(hù)板縫隙。</p><p>　　新型撿拾器取消了傳統(tǒng)撿拾器中結(jié)構(gòu)復(fù)雜的定向滾輪機(jī)構(gòu)，從而減少了撿拾器運(yùn)動(dòng)件的數(shù)量和部件的故障率，降低了維修和服務(wù)的費(fèi)用，顯著提高了撿拾器的性能。</p&g

45、t;<p>　　3.4撿拾器仿真結(jié)果及分析</p><p>　　打包機(jī)前進(jìn)的速度為350mm/s，撿拾器的轉(zhuǎn)速為900r/min，方向?yàn)轫槙r(shí)針方向，取彈齒頂點(diǎn)為參考點(diǎn)，運(yùn)用Solidworks進(jìn)行仿真分析，得到的軌跡為余擺線，如圖3-3。</p><p>　　彈齒頂端在撿拾器軸徑向的速度曲線如圖3-4。以打包機(jī)前進(jìn)的方向?yàn)檎较虍?dāng)彈齒頂端運(yùn)動(dòng)方向與打包機(jī)前進(jìn)速度相同時(shí)，速度大

46、小為21521mm/s即圖表的下邊線，當(dāng)彈齒頂端運(yùn)動(dòng)方向與打包機(jī)前進(jìn)速度相反時(shí)，速度大小為20821mm/s即圖表的上邊線，當(dāng)彈齒頂端運(yùn)動(dòng)方向與打包機(jī)前進(jìn)速度垂直時(shí)，速度大小為350mm/s即打包機(jī)前進(jìn)的速度。</p><p>　　圖3-2 新型撿拾器結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　1.撿拾器軸 2.軸承 3.輸送器鏈輪 4.固定盤 5.彈齒</p>&l

47、t;p>　　6.彈齒梁 7.導(dǎo)向器 8.彈齒護(hù)板 9.支撐架</p><p>　　圖3-3 彈齒頂端運(yùn)動(dòng)軌跡圖</p><p><b>　　4螺旋輸送器</b></p><p><b>　　4.1設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　由于撿拾器的撿拾寬度為2.15m，而草捆寬度只

48、有1.2m，需要設(shè)計(jì)輸送器裝置將兩邊的草料往中間運(yùn)送。農(nóng)作物輸送器有斜面，帶式輸送器，鏈板式輸送器，回轉(zhuǎn)式輸送器，割臺螺旋輸送器，斗士升運(yùn)器和擊輪式拋送器等。</p><p>　　在各機(jī)器上，作為常用工作部件的螺旋輸送器，具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p><b>　?。?）尺寸比較??；</b></p><p>　?。?）它不僅可以用于物料的水平輸

49、送，而且也能夠在垂直方向以任意給定的角度輸送物料；</p><p>　　（3）當(dāng)制造精確，裝配仔細(xì)時(shí)，它的工作是可靠的；</p><p><b>　　（4）制造成本低；</b></p><p><b>　　（5）操作簡便；</b></p><p><b>　　（6）便于驅(qū)動(dòng)。</b&

50、gt;</p><p>　　圖3-4 彈齒頂端運(yùn)動(dòng)軌跡圖</p><p>　　螺旋輸送器有整體葉片盤旋式、條帶葉片盤旋式、以及裝有按螺旋線排列的葉片等三種。在飼草收獲機(jī)上，一般使用整體盤旋式螺旋輸送器。</p><p>　　圖4-1 制造螺旋葉片開有切口的金屬板</p><p>　　螺旋面（或螺旋葉片）是由一個(gè)具有適當(dāng)內(nèi)徑和外徑的金屬圓環(huán)制成

51、，如圖4-1。每個(gè)圓環(huán)的外部邊緣沿螺旋線彎曲后的長度，應(yīng)該等于螺旋葉片邊緣螺距的長度；此外，圓環(huán)內(nèi)緣彎曲后的長度，應(yīng)該等于螺旋葉片內(nèi)緣螺距的長度。葉片的內(nèi)緣焊接在一個(gè)圓筒上（或螺旋輸送器的管軸上），管軸的兩端裝有軸承。圓環(huán)的側(cè)緣和相鄰葉片圓環(huán)的相應(yīng)側(cè)緣焊接在一起，這樣就形成了一個(gè)任意長度得連續(xù)的螺旋面。</p><p><b>　　4.2工作原理</b></p><p&g

52、t;　　用螺旋輸送莖桿的過程中與前述的輸送松散物料的過程不同，這種螺旋輸送器的設(shè)計(jì)也是根本不同的。它的底槽取代了螺旋輸送器的管狀外殼，莖桿類物料通過螺旋葉片外邊緣與底槽間形成 的入口間隙，沿著整個(gè)螺旋的長度方向輸送。其螺旋葉片的直徑毫米，盤旋在直徑為毫米的管軸上。拾起下的物料由于螺旋輸送器的推移被送進(jìn)螺旋與底槽形成的間隙中，并受到螺旋葉片邊緣的推壓，按其旋轉(zhuǎn)方向向側(cè)面輸送。</p><p>　　在有些機(jī)器里，莖桿

53、通過撿拾器和連接板輸送器在送入螺旋輸送器里。</p><p>　　雖然使用螺旋輸送器輸送莖稈已有許多年了，但是對于他們的工作過程，至今還沒有完善的闡明，這是由于在單位時(shí)間內(nèi)物料喂入的不均勻，以及植株的莖稈或者葉片被螺旋抓取時(shí)的起始位置有著顯著的差異，因而，其輸送過程非常復(fù)雜。</p><p>　　如圖4-2所示，我們假定輸送厚度，并假設(shè)螺旋葉片邊緣在A點(diǎn)處抓取物料并對物料生產(chǎn)擠壓，使之轉(zhuǎn)向

54、側(cè)面。當(dāng)這些轉(zhuǎn)向側(cè)面的物料被拉進(jìn)螺旋與底槽之間的間隙時(shí)被擠壓的越緊，最大擠壓發(fā)生在物料厚度為的B點(diǎn)。此后由于間隙顯著變大，假設(shè)C點(diǎn)處門螺旋對物料壓力低到不能移動(dòng)在垂直投影面上，物料移動(dòng)的路程可以表示為</p><p>　　理論上說，物料層的最大擠壓發(fā)生在B點(diǎn)，壓力N由于摩擦角的偏移，產(chǎn)生的摩擦分為。底槽的反作用也由于底槽與輸送物料間的摩擦角被偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生分力。并且在被擠壓的莖稈之間也產(chǎn)生摩擦阻力。這些阻力與力的方向

55、相同。</p><p>　　圖4-2 螺旋輸送器的工作情況</p><p>　　1—螺旋輸送器軸 2—螺旋葉片 3—底槽</p><p>　　若，同時(shí)，那么物料移動(dòng)時(shí)，會同時(shí)出現(xiàn)物料層的錯(cuò)動(dòng)。若，或者當(dāng)物料與螺旋葉片邊緣之間沒有打滑發(fā)生時(shí)，物料沿直線AC移過底槽，再次情況下，物料沒有平行于螺旋軸方向的移動(dòng)，螺旋輸送器的生產(chǎn)率為零。</p>&l

56、t;p><b>　　因此，雖然實(shí)際上</b></p><p>　　在軌跡AC上，螺旋葉片邊緣相對于物料層或多或少地存在著滑動(dòng)。當(dāng)發(fā)生滑移時(shí)，物料將沿螺旋面向側(cè)面移動(dòng)。</p><p>　　用簡化的推理方法，可由連續(xù)的區(qū)段Aa,ab,bc,cd,de和來表示物料瞬時(shí)的移動(dòng)路程。與AC方向一致的那些區(qū)段，表示沒有滑移時(shí)的移動(dòng)軌跡，而與螺旋葉片傾斜方向一致的那些區(qū)段，

57、表示有滑移時(shí)的移動(dòng)軌跡。此外，物料總的移動(dòng)方向可以近似地用直線（實(shí)際上是一條螺旋線）表示。段位一定時(shí)間內(nèi)物料平行于螺旋軸移動(dòng)的距離。因此，此數(shù)值的可以象征地表示螺旋輸送器的生產(chǎn)率。</p><p>　　隨著壓力N和螺旋葉片邊緣與物料摩擦系數(shù)的增大，以及物料與槽底面摩擦系數(shù)的減小，物料的橫向滑移量減小。但是壓力N隨物料喂入量增大而增大，這不僅使物料沿軸向的移動(dòng)減小，而且也增大了螺旋輸送器軸和軸承的負(fù)荷，從而加速他們

58、的磨損。</p><p>　　除了上述的橫向滑移外，由于物料與底槽的摩擦，在被移動(dòng)的物料和螺旋葉片之間還有滑移產(chǎn)生。這種滑移可稱為縱向滑移，它使物料移動(dòng)的距離減小，因此，螺旋輸送器的生產(chǎn)率也隨之降低?？傊?，我們可以闡述下面的原理：當(dāng)橫向滑移越大而縱向滑移越小時(shí)，物料的輸送情況越好（并且螺旋輸送器的生產(chǎn)率也越高）。為了達(dá)到使物料沿螺旋軸向的移動(dòng)最大，而沿其旋轉(zhuǎn)方向的移動(dòng)較小，螺旋的邊緣應(yīng)盡可能地銳利和光滑。此外，底

59、槽的表面可以安裝一些與螺旋軸方向平行的凸筋或焊條。</p><p><b>　　4.3 仿真及分析</b></p><p>　　螺旋輸送器安裝在撿拾器后方的機(jī)架上，左右對稱布置，并由鏈傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)，其裝配體如圖4-3。左右螺旋輸送器螺旋葉片的旋轉(zhuǎn)方向相反，葉片外徑200mm，螺距400mm，長度400mm，螺旋軸轉(zhuǎn)速300r/min,y葉片與外殼的間隙5mm。</p

60、><p>　　圖4-3 螺旋輸送器裝配體</p><p>　　取螺旋葉片邊緣點(diǎn)為參考點(diǎn)，運(yùn)用Solidworks進(jìn)行仿真分析，忽略打包機(jī)前進(jìn)的速度，參考點(diǎn)徑向的速度曲線如圖4-4。螺旋葉片上任一點(diǎn)繞軸做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，速度大小為9446mm/s。 </p><p>　　圖4-4 螺旋輸送器葉片邊緣的徑向速度曲線圖</p><p>　　5滾筒式切碎喂

61、入裝置</p><p><b>　　5.1設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　（1）滾筒承受載荷平穩(wěn)；</p><p>　　（2）切得草料長度適中，盡量減少營養(yǎng)損失；</p><p>　?。?）切割刀片要方便檢查、維修和更換；</p><p>　?。?）當(dāng)切割堅(jiān)硬的物體時(shí)自動(dòng)讓刀，以免損傷刀片。

62、</p><p><b>　　5.2工作原理</b></p><p>　　如圖5-1所示，水平面上回轉(zhuǎn)刀盤，在它上面鎦裝刀片，圓盤一面繞O軸旋轉(zhuǎn)一面沿軸前進(jìn)。假設(shè)圓盤工作時(shí)整個(gè)刀刃均參與切割，則刀刃掃過的面積為兩個(gè)平行余擺線所封閉。下一個(gè)相鄰刀刃掃過的面積又由下兩個(gè)平行余擺線封閉。這兩個(gè)刀刃通過的面積交叉區(qū)為重割去，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。

63、</p><p>　　圖5-1 回轉(zhuǎn)式割刀運(yùn)動(dòng)軌跡圖</p><p>　　刀刃上點(diǎn)a的軌跡方程為</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　式中 —機(jī)器前進(jìn)速度。</p><p><b>　　對于b點(diǎn)</b></p><p>

64、;<b>　?。?.2）</b></p><p><b>　　如果</b></p><p><b>　?。?.3）</b></p><p><b>　　則漏割區(qū)消失。</b></p><p>　　式中 —刀刃的有效長度（毫米）</p>&l

65、t;p>　　第一刀片刀刃在或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它將切割軸處的作物。把此值代入式（5.1）得</p><p><b>　?。?.4）</b></p><p>　　相鄰第二刀片刀刃在轉(zhuǎn)角時(shí)也切割軸上的作物，算出時(shí)間之后，代入式（5.2）得</p><p><b>　?。?.5）</b></p><p>　　

66、把式（5.4）、（5.5）代入式（5.3）后得</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　如果在刀盤互成直角地配置四把刀片，則，</p><p><b>　?。?.6）</b></p><p><b>　　所以</b></p><p>

67、;<b>　?。?.7）</b></p><p><b>　　或</b></p><p><b>　　（5.8）</b></p><p>　　式（5.6）表示切割角速度（刀盤轉(zhuǎn)速）與（切割進(jìn)展）之間關(guān)系。若比值較大——即刀刃工作長度一定，機(jī)器前進(jìn)速度較高或機(jī)器速度不變、刀刃工作長度較小，則圓盤的轉(zhuǎn)速較

68、高。對于給定的圓盤轉(zhuǎn)速和刀刃有效長度，式（5.7）可計(jì)算機(jī)器的許可前進(jìn)速度。由該式可知，當(dāng)增大刀片有效長度和適當(dāng)增大刀盤轉(zhuǎn)速，則可大大提高機(jī)器的前進(jìn)速度，因而機(jī)器的工作效率也可大大提高。最后，式（5.8）表示刀刃有效長度與機(jī)器前進(jìn)速度和刀盤轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。</p><p>　　相鄰二刀片（安裝四把刀片時(shí)）的時(shí)間間隔可用下式表示</p><p>　　在同一時(shí)間里機(jī)器前進(jìn)的距離為所以</

69、p><p>　　為了是整個(gè)刀刃進(jìn)行切割，必須滿足下列條件</p><p><b>　　或 </b></p><p>　　在（刀刃傾角為零）時(shí)，</p><p>　　由于回轉(zhuǎn)式切割器要利用作物的慣性，為了達(dá)到一定的慣性及避免產(chǎn)生漏割，割刀要求適當(dāng)高的圓周速度。需要注意，回轉(zhuǎn)割刀的滑切速度是相當(dāng)?shù)偷?，例如其滑切速度比人工用鐮刀?/p>

70、滑切速度還要低得多。按照前蘇練得數(shù)據(jù)，回轉(zhuǎn)式切割器收割大麻的圓周速度為6米/秒，而收割柔軟牧草的圓周則高達(dá)30米/秒時(shí)甚至跟高。</p><p><b>　　5.3仿真及分析</b></p><p>　　滾筒切碎喂入裝置 按物料在喂入預(yù)壓縮室前是否被切碎，底喂入式輸送喂入預(yù)壓縮系統(tǒng)可分為滾筒式切碎喂入預(yù)壓縮系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)式輸送喂入預(yù)壓縮系統(tǒng)。兩者的區(qū)別在與前者將物料切碎后

71、輸送到預(yù)壓縮室，而后者不對物料進(jìn)行切碎，直接輸送喂入到預(yù)壓縮室內(nèi)。</p><p>　　德國Krone公司生產(chǎn)的Comprima F 125型圓草捆壓縮機(jī)切碎喂入系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，它主要由旋轉(zhuǎn)式動(dòng)刀片和鋸齒形定刀組成。如圖5-2所示，裝配時(shí)，每把定位刀置于每副雙聯(lián)動(dòng)刀片之間，使定刀片兩側(cè)刀刃與動(dòng)刀片組成切割副，隨著動(dòng)刀片的旋轉(zhuǎn)，物料被切碎后連續(xù)喂入預(yù)壓縮室。</p><p>　　如圖5-3為

72、滾筒式動(dòng)刀片示意圖，如圖所示，每把刀片具有周向均布的4個(gè)切割刃。安裝時(shí)，每2把刀片為一組固定在滾筒體上，構(gòu)成1副雙聯(lián)動(dòng)刀片。沿著滾筒縱向動(dòng)刀片被劃分為4個(gè)單元，每個(gè)單元中的相鄰2副雙聯(lián)動(dòng)刀片錯(cuò)開一定角度，使刀刃行程一條螺旋線。其中，第一，第三單元刀片的刀刃以右螺旋線方式排列，第二，第四單元刀片的刀刃以左螺旋線方式排列動(dòng)刀片數(shù)量因產(chǎn)生廠家的產(chǎn)品及其產(chǎn)品型號不同而有所不同，若裝上全部的動(dòng)刀片，物料切碎長度50-60mm，用戶在打捆時(shí)，可以根

73、據(jù)各自需求適當(dāng)增減刀片數(shù)量，滾筒直徑通常為550mm左右。</p><p>　　如圖5-4滾筒式切碎喂入裝置定刀片裝配結(jié)構(gòu)示意圖，主要由定刀片，刀片底座，拉桿，擺臂和液壓油缸等組成。如圖所示，定刀片安裝在刀片底座上。底座通過擺臂與拉桿個(gè)液壓油缸聯(lián)接。</p><p>　　圖5-2 滾筒式切碎喂入機(jī)構(gòu)裝配示意圖</p><p>　　圖5-3 滾筒式動(dòng)刀片示意圖<

74、/p><p>　　圖5-4 滾筒式切碎喂入裝置定刀片裝配結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　油缸可使擺臂上下擺動(dòng)。擺臂向上時(shí)，底座隨之上升到工作位置；而擺臂向下擺動(dòng)時(shí)，底座可降至低點(diǎn)，使定刀片完全露出，以便于快速檢查，維修和更換定刀片。</p><p>　　當(dāng)滾筒切碎喂入機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速為2000r/min時(shí)，動(dòng)刀片的中點(diǎn)的徑向運(yùn)動(dòng)速度曲線如圖5-5所示動(dòng)刀片中點(diǎn)的速度為。<

75、;/p><p>　　圖5-5 滾筒切碎喂入機(jī)構(gòu)動(dòng)刀片的中點(diǎn)的徑向運(yùn)動(dòng)速度曲線</p><p><b>　　6打包室 </b></p><p>　　打包室主要有輥筒，帶輪，壓包機(jī)機(jī)構(gòu)即皮帶，彈簧，液壓機(jī)構(gòu)等。輥筒主要用來為草包滾動(dòng)提供動(dòng)力；帶輪可分為固定帶輪和可動(dòng)帶輪，可動(dòng)帶輪與彈簧相連。由于皮帶的長度不變，隨著草捆的增大，可動(dòng)帶輪壓縮彈簧，使外側(cè)皮

76、帶縮短，內(nèi)側(cè)皮帶伸長，并且草捆會將內(nèi)側(cè)皮帶撐起以脫離帶輪。當(dāng)草捆增大到一定大小會觸發(fā)傳感器，在液壓機(jī)構(gòu)的作用下將壓包機(jī)構(gòu)撐起，草捆彈出落到地上，完成打包。</p><p>　　在田間工作業(yè)過程中，隨著機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)和前進(jìn)，撿拾器彈齒將地面草條撿拾起來，經(jīng)滾筒喂入機(jī)構(gòu)將飼草切碎并送入由輥筒和長皮帶組成的成捆室。在重力的共同作用下，物料旋轉(zhuǎn)形成草芯，如圖6-1。隨著越來越多的物料進(jìn)入成捆室，并在輥筒和長皮帶的共同作用下不

77、斷的旋逐漸形成圓捆，繼續(xù)撿拾，圓捆的直徑不斷增大，密度也隨之增大，當(dāng)直徑增大到控制臂的設(shè)定值時(shí)即形成草捆，如圖6-2。</p><p>　　開啟后門將草捆彈出落到地面，合上后門繼續(xù)前進(jìn)，進(jìn)行下一個(gè)草捆的卷制作業(yè)。</p><p>　　圖6-1 草芯形成過程簡圖</p><p>　　圖6-2 壓緊過程簡圖</p><p><b>　　

78、7總體效果圖</b></p><p>　　圖7-1 圓形打包機(jī)前視圖</p><p>　　圖7-2 圓形打包機(jī)左視圖視圖</p><p>　　圖7-3 圓形打包機(jī)俯視圖</p><p>　　圖7-4 圓形打包機(jī)俯視圖</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p>

79、<p>　　[1] 張英俊,王明利等.我國牧草產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢與技術(shù)需求.現(xiàn)代畜牧獸醫(yī),2011(10):8-11. </p><p>　　[2] 楊世昆,蘇正范.飼草生產(chǎn)機(jī)械與設(shè)備.北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2009.</p><p>　　[3] 李大鵬,劉向陽.飼草產(chǎn)業(yè)化與飼草打捆機(jī)的開發(fā)[J].飼料廣角,2002(15):10-12. </p><p>

80、　　[4] 周桂霞,李劍等.牧草壓捆機(jī)關(guān)鍵部件的仿真分析.2011,23(3):16-18.</p><p>　　[5] [波蘭]卡納沃依斯基.收獲機(jī)械.曹崇文,吳春江等譯,1983.</p><p>　　[6] 李寶筏.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué).北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2003 .</p><p>　　[7] 高玉忿.圓形大草捆撿拾壓捆機(jī).譯自蘇刊《國際農(nóng)業(yè)雜志》,1977(7)