飼草打包機設(shè)計及其三維造型【牧草打捆機】【牧草打包機】【說明書+CAD+SOLIDWORKS】

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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)展到相當大的規(guī)模，對苜蓿的需求量快速增加，苜蓿進口量迅速提高。2010年我國進口牧草產(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)展的一個主要因素是牧草收割、貯存等手段的落后，因為牧草收獲具有很強的季節(jié)性，即到了收獲季節(jié)必須在盡可能短的時間內(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械收獲損失更多。目前種植牧草的地區(qū)大多為經(jīng)濟落后地區(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、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)價值。研究開發(fā)牧草打捆機是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)化的前提之一。 本課題旨在以國內(nèi)外優(yōu)秀的打包機為模型，運用三維建模技術(shù)建立打包機的虛擬樣機并對關(guān)鍵部件進行運動學仿真分析，為設(shè)計研究提供依據(jù)。飼草打包機根據(jù)其打包的形狀可以分為方捆打包機和圓捆打包機，經(jīng)過兩者比較發(fā)現(xiàn)圓捆打包機相對于方捆打包機有以下特點： (1) 結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便，使用中不易出故障； (2) 生產(chǎn)率高，生產(chǎn)率可達； (3) 草捆便于飼喂，散食時很容易鋪開，架飼時又可圍欄而食，損失較少； (4) 長期露天存放放，不怕風吹雨淋，收獲季節(jié)便于安排生產(chǎn)環(huán)節(jié)； (5) 對捆繩要求低，用量較少，與方捆撿拾器打捆機比較可節(jié)省以上。 所以本課題選用圓捆打包機為原型進行設(shè)計。 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 1.2.1國外研究現(xiàn)狀 圓捆打包機于20世紀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，屬于長皮帶內(nèi)纏繞式圓捆機打包機。該機問世后，與小方草捆機相比較，具有生產(chǎn)率高、勞動強度低、使用操作方便等優(yōu)點。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和固定作業(yè)圓捆打包機。內(nèi)纏繞式圓捆打包機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。 1974年，德國的Welger公司登記了一項圓捆打捆機的專利，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。 1977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。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。 1981年，德國Welger公司研制成RP15和RP12型2種新機型。其特點是鋼棍直徑小，數(shù)量多。 20世紀80年代中期，各公司為了使用原有的圓捆打包機具有對物料的適應(yīng)性更廣泛和提高生產(chǎn)率，先后對機具進行了進一步的改進和完善。這一期間的所用的新技術(shù)： 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機型上； 為提高圓形機的效率，減少捆繩的效率，減少捆繩纏繞草捆的時間，許多公司采用了“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中； 另一項技術(shù)提高圓捆機具有生產(chǎn)效率的技術(shù)是不停機型圓行打捆機。1986年，Class、New Holland、John Deere和Vermeer公司等均投入該類機具的研究。并生產(chǎn)出了樣機。 繼20世紀80年代中期以后，圓捆打包機仍然繼續(xù)發(fā)展和完善。如包卷草捆技術(shù)方面，繼繩網(wǎng)包卷草捆技術(shù)以后，為了實現(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和完善[2]。 圓捆打包機歷經(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，自動控制技術(shù)在圓捆打捆機上得到了廣泛的應(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)，使圓捆機的操作和使用更簡單方便，更人性化。 1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國牧草打包機起步較晚, 有關(guān)打捆機結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)以及配套動力等方面的研究報道都很少,很多問題有待在生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)和解決[3]。打捆機的研制處于仿制階段，仿制生產(chǎn)打捆機的廠家大都是一些技術(shù)力量相對薄弱的小廠。在生產(chǎn)時基本上是從結(jié)構(gòu)上仿制, 而涉及到理論計算方面的內(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, 所以我們在打捆機的研究方面要有所提高,使國產(chǎn)打捆機在性能上盡快達到國際先進水平。 總體看來, 我國在牧草打捆機的研究上還和發(fā)達國家存在很大差距, 國內(nèi)目前的打捆機無論在數(shù)量上還是在質(zhì)量上都遠不能滿足畜牧業(yè)發(fā)展的需要。在解決飼料產(chǎn)業(yè)化問題上, 飼草打捆機是非常重要的工藝設(shè)備, 提高國產(chǎn)打捆機的質(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)市場上未見性價比較好的國產(chǎn)產(chǎn)品, 而進口產(chǎn)品價格都比較高􀀁所以, 開發(fā)性能良好、自動化程度高且價格適中的國產(chǎn)打捆機將是我國飼草商品生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一, 對促進飼草產(chǎn)業(yè)化進程會起到舉足輕重的作用。 1.3圓捆機的特點及在飼草收獲中的作用 圓草捆打捆機是一種農(nóng)村牧區(qū)均適用的收獲機具，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。 圓捆打包機由拖拉機駕駛員1人操作，適合于在各類天然草場、種植草場以及農(nóng)田進行作業(yè)。圓捆打包機與割草機、摟草機、圓捆裝卸機及運輸車配送套，可以實現(xiàn)牧草或稻、麥等農(nóng)作物秸稈收獲的全部機械化作業(yè)。 1.4圓捆的分類 圓捆打包機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)纏繞式又可分為長皮帶式和鏈桿式。 內(nèi)卷纏繞式撿拾打包機，其卷壓室由幾根長皮帶和兩側(cè)壁圍成。巻捆時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。它是以所謂的Vermeer系統(tǒng)原理工作。這種打包機的特點是，牧草以卷氈方式形成草捆，芯部堅硬，外層松軟。草捆直徑可根據(jù)需要任意調(diào)整。 外卷繞是撿拾打包機，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。卷壓室尺寸固定不變，開始巻捆時對牧草沒有壓力，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。它是以Welger系統(tǒng)原理工作的。其特點是草捆的壓實從外到里逐漸進行，草芯疏松，外部緊實，草捆直徑不能任意改變，較之內(nèi)卷繞式打包機草捆密度較高，結(jié)構(gòu)比較簡單，制出的草捆適用于制作袋裝青貯食料。 1.5本課題所涉及的任務(wù)要求及實現(xiàn)預(yù)期目標的可行性分析 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)大學成套設(shè)備所用的實驗表明:飼草打捆平均密度增大10倍左右運輸成本則可降低70%左右，于是出現(xiàn)了各種打捆機。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。 由于農(nóng)業(yè)機械的工作對象和環(huán)境的隨機性、復(fù)雜性，傳統(tǒng)設(shè)計方法已不能滿足現(xiàn)代農(nóng)機具的設(shè)計需求，因此采用現(xiàn)代設(shè)計方法，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的同類機械進行建模，然后進行運動仿真分析，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)計周期，降低物理樣機的成本，提高企業(yè)競爭力[4]。 2飼草打包機工作原理 由于本課題以德國克勞恩公司的Comprima F 125圓捆打包機為原型進行建模仿真，其簡單構(gòu)造和工作原理如下 該機屬于皮帶外卷繞式打包機。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構(gòu)將撿拾器兩側(cè)飼草往中間輸送。 經(jīng)研究表明飼草的長度對草捆的密度影響很大，圓捆打包機相對于方捆打包機而言普遍密度低，為了改善其性能，新型的打包機開始采用滾筒式切割喂入機構(gòu)，該機構(gòu)不僅可以將牧草切碎，而且同時還有喂入機構(gòu)的功能。打包室由滾筒、液壓機構(gòu)和長皮帶等構(gòu)成。 經(jīng)滾筒喂入機構(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，當直徑增大到控制臂的設(shè)定值時即形成草捆。開啟后門將草捆彈出落到地面，合上后門繼續(xù)前進，進行下一個草捆的卷制作業(yè)。 下面就圓捆打包機的各個部分分別進行設(shè)計，建立三維模型，并進行運動學仿真分析。 圖2-1 飼草打包機工作原理簡圖 3撿拾器 3.1設(shè)計要求 撿拾器用于撿拾田間或牧草地面割倒的、或用摟草機集成條鋪的植株莖葉（牧草、青飼料或聯(lián)合收獲機排出的莖桿）。簡而言之，撿拾器收集鋪成條的物料，并把它們送入機器或拖車內(nèi)[5]。 對撿拾器工作的要求如下： （1）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。 （2）在撿拾過程中，不要撕破豆科草料最有營養(yǎng)價值的細嫩葉片。 （3）撿拾的物料應(yīng)該無阻礙的輸送到機器的下一個部件。 3.2工作原理 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）。 被直扒桿撿拾和向上提升的物料，到達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罩殼內(nèi)，于是使它們自身與撿拾的物料脫離。物料在監(jiān)視器罩殼表面上移動的必要條件為 此處 ——物料在罩殼表面上移動的摩擦阻力； ——物料對罩殼表面摩擦系數(shù)。 由圖顯而易見 （3.1） 式中——物料沿扒桿移動的摩擦角； ——物料沿罩殼表面移動的摩擦角。 代入公式（2.1）后可得 圖3-1 直扒桿撿拾器的外形 1—直扒桿 2—罩殼 3—窄縫 N—正壓力 W—由摩擦角引起方向偏斜后的壓力 若，則 由于角隨直扒桿的進一步旋轉(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。 選擇撿拾器罩殼上的窄縫的寬度時，應(yīng)該注意不讓物料扒桿帶進去。 使用彈性扒桿，當遇到障礙物（如卵石）時，它們可以向后偏轉(zhuǎn)。而徑向安裝的直扒桿和條鋪接觸時，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器運動方向移動的速度，而此速度的垂直分量把物料擠壓向下。這兩個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。 由上述可知，設(shè)計旋轉(zhuǎn)式撿拾器的每一個努力，都是為了使扒桿在于物料接觸時，對物料的打擊應(yīng)該盡量小。并且當扒桿從撿拾器罩殼上面的物料中脫離時，所產(chǎn)生的壓力應(yīng)盡可能的低。換言之，當扒桿從撿拾器罩時，其水平分速度為零。 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動因數(shù)，即 上式中的為扒桿端運動圓弧的最大半徑，為角速度，為打包機前進速度。值總是大于1的。否者，扒桿將使物料向前移動；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。因此實際上采用的，公里/小時。扒桿一般為排。 能否連續(xù)地撿拾物料，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)過此角度的時間為 （3.2） 式中 ——扒桿末端的角速度； ——扒桿排的數(shù)目。 式中——扒桿的轉(zhuǎn)速。 將上式代入（2.2）式后 （3.3a） 式中 ——撿拾器轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速。 （3.3b） 將式（2.3a）的值代入上式 （3.3c） 此式指出，值隨的增大、隨和的減小而增大。 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，其值要比撿拾長莖稈和較濕的作物要小些。 在進行了一系列試驗的基礎(chǔ)上，一般推薦 米 有公式（2.3a）、（2.3b）和（2.3c）可得 取0.35m， 3.3新型撿拾器介紹 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，撿拾器護板等組成。 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動軌跡的定向滾輪機構(gòu)。在撿拾器運轉(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動。撿拾器的主要功能是將地面鋪放的草條撿拾提升，并推送至壓捆機的輸送喂入機構(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個工序。在撿拾器的提升階段，對彈齒的齒端的運動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動，即可將物料撿拾提升到護板上方。在斜草階段，彈齒在沿著護板上方推送物料過程中，其齒端與護板的相對速度明顯降低，運行方向應(yīng)幾乎垂直向下，以便將物料卸放在護板末端。在新型撿拾器中，為了完成斜草功能，將撿拾器上方護板設(shè)計成微微向上翹起的曲面形狀，并在護板的上方，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，當彈齒運行到護板上方時，彈齒與護板的夾角將接近180°，并從護板間隙指那個縮到護板內(nèi)側(cè)，物料不會被彈齒拖帶而堵塞在護板縫隙。 新型撿拾器取消了傳統(tǒng)撿拾器中結(jié)構(gòu)復(fù)雜的定向滾輪機構(gòu)，從而減少了撿拾器運動件的數(shù)量和部件的故障率，降低了維修和服務(wù)的費用，顯著提高了撿拾器的性能。 3.4撿拾器仿真結(jié)果及分析 打包機前進的速度為350mm/s，撿拾器的轉(zhuǎn)速為900r/min，方向為順時針方向，取彈齒頂點為參考點，運用Solidworks進行仿真分析，得到的軌跡為余擺線，如圖3-3。 彈齒頂端在撿拾器軸徑向的速度曲線如圖3-4。以打包機前進的方向為正方向當彈齒頂端運動方向與打包機前進速度相同時，速度大小為21521mm/s即圖表的下邊線，當彈齒頂端運動方向與打包機前進速度相反時，速度大小為20821mm/s即圖表的上邊線，當彈齒頂端運動方向與打包機前進速度垂直時，速度大小為350mm/s即打包機前進的速度。 2 1 6 7 9 8 4 2 5 3 圖3-2 新型撿拾器結(jié)構(gòu)示意圖 1.撿拾器軸 2.軸承 3.輸送器鏈輪 4.固定盤 5.彈齒 6.彈齒梁 7.導(dǎo)向器 8.彈齒護板 9.支撐架 Vm 圖3-3 彈齒頂端運動軌跡圖 4螺旋輸送器 4.1設(shè)計要求 由于撿拾器的撿拾寬度為2.15m，而草捆寬度只有1.2m，需要設(shè)計輸送器裝置將兩邊的草料往中間運送。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，斗士升運器和擊輪式拋送器等。 在各機器上，作為常用工作部件的螺旋輸送器，具有以下優(yōu)點： （1）尺寸比較小； （2）它不僅可以用于物料的水平輸送，而且也能夠在垂直方向以任意給定的角度輸送物料； （3）當制造精確，裝配仔細時，它的工作是可靠的； （4）制造成本低； （5）操作簡便； （6）便于驅(qū)動。 圖3-4 彈齒頂端運動軌跡圖 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。在飼草收獲機上，一般使用整體盤旋式螺旋輸送器。 圖4-1 制造螺旋葉片開有切口的金屬板 螺旋面（或螺旋葉片）是由一個具有適當內(nèi)徑和外徑的金屬圓環(huán)制成，如圖4-1。每個圓環(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，這樣就形成了一個任意長度得連續(xù)的螺旋面。 4.2工作原理 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。 在有些機器里，莖桿通過撿拾器和連接板輸送器在送入螺旋輸送器里。 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的起始位置有著顯著的差異，因而，其輸送過程非常復(fù)雜。 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點處抓取物料并對物料生產(chǎn)擠壓，使之轉(zhuǎn)向側(cè)面。當這些轉(zhuǎn)向側(cè)面的物料被拉進螺旋與底槽之間的間隙時被擠壓的越緊，最大擠壓發(fā)生在物料厚度為的B點。此后由于間隙顯著變大，假設(shè)C點處門螺旋對物料壓力低到不能移動在垂直投影面上，物料移動的路程可以表示為 理論上說，物料層的最大擠壓發(fā)生在B點，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相同。 圖4-2 螺旋輸送器的工作情況 1—螺旋輸送器軸 2—螺旋葉片 3—底槽 若，同時，那么物料移動時，會同時出現(xiàn)物料層的錯動。若，或者當物料與螺旋葉片邊緣之間沒有打滑發(fā)生時，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，螺旋輸送器的生產(chǎn)率為零。 因此，雖然實際上 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。當發(fā)生滑移時，物料將沿螺旋面向側(cè)面移動。 用簡化的推理方法，可由連續(xù)的區(qū)段Aa,ab,bc,cd,de和來表示物料瞬時的移動路程。與AC方向一致的那些區(qū)段，表示沒有滑移時的移動軌跡，而與螺旋葉片傾斜方向一致的那些區(qū)段，表示有滑移時的移動軌跡。此外，物料總的移動方向可以近似地用直線（實際上是一條螺旋線）表示。段位一定時間內(nèi)物料平行于螺旋軸移動的距離。因此，此數(shù)值的可以象征地表示螺旋輸送器的生產(chǎn)率。 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減小，而且也增大了螺旋輸送器軸和軸承的負荷，從而加速他們的磨損。 除了上述的橫向滑移外，由于物料與底槽的摩擦，在被移動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：當橫向滑移越大而縱向滑移越小時，物料的輸送情況越好（并且螺旋輸送器的生產(chǎn)率也越高）。為了達到使物料沿螺旋軸向的移動最大，而沿其旋轉(zhuǎn)方向的移動較小，螺旋的邊緣應(yīng)盡可能地銳利和光滑。此外，底槽的表面可以安裝一些與螺旋軸方向平行的凸筋或焊條。 4.3 仿真及分析 螺旋輸送器安裝在撿拾器后方的機架上，左右對稱布置，并由鏈傳動驅(qū)動，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。 圖4-3 螺旋輸送器裝配體 取螺旋葉片邊緣點為參考點，運用Solidworks進行仿真分析，忽略打包機前進的速度，參考點徑向的速度曲線如圖4-4。螺旋葉片上任一點繞軸做勻速圓周運動，速度大小為9446mm/s。 圖4-4 螺旋輸送器葉片邊緣的徑向速度曲線圖 5滾筒式切碎喂入裝置 5.1設(shè)計要求 （1）滾筒承受載荷平穩(wěn)； （2）切得草料長度適中，盡量減少營養(yǎng)損失； （3）切割刀片要方便檢查、維修和更換； （4）當切割堅硬的物體時自動讓刀，以免損傷刀片。 5.2工作原理 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。假設(shè)圓盤工作時整個刀刃均參與切割，則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。 圖5-1 回轉(zhuǎn)式割刀運動軌跡圖 刀刃上點a的軌跡方程為 （5.1） 式中 —機器前進速度。 對于b點 （5.2） 如果 （5.3） 則漏割區(qū)消失。 式中 —刀刃的有效長度（毫米） 第一刀片刀刃在或轉(zhuǎn)動時，它將切割軸處的作物。把此值代入式（5.1）得 （5.4） 相鄰第二刀片刀刃在轉(zhuǎn)角時也切割軸上的作物，算出時間之后，代入式（5.2）得 （5.5） 把式（5.4）、（5.5）代入式（5.3）后得 所以 如果在刀盤互成直角地配置四把刀片，則， （5.6） 所以 （5.7） 或 （5.8） 式（5.6）表示切割角速度（刀盤轉(zhuǎn)速）與（切割進展）之間關(guān)系。若比值較大——即刀刃工作長度一定，機器前進速度較高或機器速度不變、刀刃工作長度較小，則圓盤的轉(zhuǎn)速較高。對于給定的圓盤轉(zhuǎn)速和刀刃有效長度，式（5.7）可計算機器的許可前進速度。由該式可知，當增大刀片有效長度和適當增大刀盤轉(zhuǎn)速，則可大大提高機器的前進速度，因而機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器前進速度和刀盤轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。 相鄰二刀片（安裝四把刀片時）的時間間隔可用下式表示 在同一時間里機器前進的距離為所以 為了是整個刀刃進行切割，必須滿足下列條件 或 在（刀刃傾角為零）時， 由于回轉(zhuǎn)式切割器要利用作物的慣性，為了達到一定的慣性及避免產(chǎn)生漏割，割刀要求適當高的圓周速度。需要注意，回轉(zhuǎn)割刀的滑切速度是相當?shù)偷模缙浠兴俣缺热斯び苗牭兜幕兴俣冗€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30米/秒時甚至跟高。 5.3仿真及分析 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輸送到預(yù)壓縮室，而后者不對物料進行切碎，直接輸送喂入到預(yù)壓縮室內(nèi)。 德國Krone公司生產(chǎn)的Comprima F 125型圓草捆壓縮機切碎喂入系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，它主要由旋轉(zhuǎn)式動刀片和鋸齒形定刀組成。如圖5-2所示，裝配時，每把定位刀置于每副雙聯(lián)動刀片之間，使定刀片兩側(cè)刀刃與動刀片組成切割副，隨著動刀片的旋轉(zhuǎn)，物料被切碎后連續(xù)喂入預(yù)壓縮室。 如圖5-3為滾筒式動刀片示意圖，如圖所示，每把刀片具有周向均布的4個切割刃。安裝時，每2把刀片為一組固定在滾筒體上，構(gòu)成1副雙聯(lián)動刀片。沿著滾筒縱向動刀片被劃分為4個單元，每個單元中的相鄰2副雙聯(lián)動刀片錯開一定角度，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，若裝上全部的動刀片，物料切碎長度50-60mm，用戶在打捆時，可以根據(jù)各自需求適當增減刀片數(shù)量，滾筒直徑通常為550mm左右。 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液壓油缸聯(lián)接。 圖5-2 滾筒式切碎喂入機構(gòu)裝配示意圖 圖5-3 滾筒式動刀片示意圖 圖5-4 滾筒式切碎喂入裝置定刀片裝配結(jié)構(gòu)示意圖 油缸可使擺臂上下擺動。擺臂向上時，底座隨之上升到工作位置；而擺臂向下擺動時，底座可降至低點，使定刀片完全露出，以便于快速檢查，維修和更換定刀片。 當滾筒切碎喂入機構(gòu)的轉(zhuǎn)速為2000r/min時，動刀片的中點的徑向運動速度曲線如圖5-5所示動刀片中點的速度為。 圖5-5 滾筒切碎喂入機構(gòu)動刀片的中點的徑向運動速度曲線 6打包室 打包室主要有輥筒，帶輪，壓包機機構(gòu)即皮帶，彈簧，液壓機構(gòu)等。輥筒主要用來為草包滾動提供動力；帶輪可分為固定帶輪和可動帶輪，可動帶輪與彈簧相連。由于皮帶的長度不變，隨著草捆的增大，可動帶輪壓縮彈簧，使外側(cè)皮帶縮短，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。當草捆增大到一定大小會觸發(fā)傳感器，在液壓機構(gòu)的作用下將壓包機構(gòu)撐起，草捆彈出落到地上，完成打包。 在田間工作業(yè)過程中，隨著機器的運轉(zhuǎn)和前進，撿拾器彈齒將地面草條撿拾起來，經(jīng)滾筒喂入機構(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入成捆室，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，密度也隨之增大，當直徑增大到控制臂的設(shè)定值時即形成草捆，如圖6-2。 開啟后門將草捆彈出落到地面，合上后門繼續(xù)前進，進行下一個草捆的卷制作業(yè)。 輥筒 固定帶輪 草捆 皮帶 車輪 滾筒 切割喂入器 可動帶輪 圖6-1 草芯形成過程簡圖 輥筒 滾筒切割喂入器 草捆 固定帶輪 車輪 皮帶 可動帶輪 圖6-2 壓緊過程簡圖 7總體效果圖 圖7-1 圓形打包機前視圖 圖7-2 圓形打包機左視圖視圖 圖7-3 圓形打包機俯視圖 圖7-4 圓形打包機俯視圖 致 謝 通過半年來的忙碌和學習，本次畢業(yè)論文設(shè)計已接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，在這里衷心感謝指導(dǎo)老師的督促指導(dǎo)，以及一起學習的同學們的支持，讓我按時完成了這次畢業(yè)設(shè)計。 在這里首先要感謝我的導(dǎo)師老師。周老師在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，都給予了我悉心的指導(dǎo)。她的嚴謹治學，科學研究的精神以及高尚的品格也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。其次要感謝我的專業(yè)課老師對我無私的幫助。正因如此，我才能順利的完成畢業(yè)設(shè)計。我要感謝我的母?！猉X大學，是她給了我優(yōu)良的學習環(huán)境，讓我度過了人生中最難忘的時光。感謝我的朋友們，陪我度過了大學最艱難而有意義的日子。 還有謝謝我周圍的同窗朋友，他們給了我無數(shù)的關(guān)心和鼓勵，也讓我的大學生活充滿了溫暖和歡樂。如果沒有他們的幫助，此次畢業(yè)論文的完成將變得困難。他們在我設(shè)計中給了我許多寶貴的意見和建議。 參考文獻 [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. 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