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收获粉碎式秸秆压块打包一体机的设计

来源:华佗小知识
2017年4月 农机化研究 第4期 收获粉碎式秸秆压块打包一体机的设计 陈立东 ,孙明伟 ,薛 飞 ,李亚婧 ,杨宗炜。,杨彩媛 ,李学永 ,刘荣昌 ,周彦礼 (1.河北科技师范学院机电工程学院,河北秦皇岛066600;2.滦南县职业教育中心,河北滦南 063500;3.河北广电网络信息集团股份有限公司滦南分公司,河北滦南063500;4.侨城镇中心学校,河 北滦南南摘063500;5.唐山鑫万达实业股份有限公司,河北滦南063500;6.滦南县工业和信息化局,河北滦 063500) 要:针对国内秸秆打包机不能进行田问收获打包作业的现状,设计了收获粉碎式秸秆压块打包一体机。以 73.5kW拖拉机作为牵引机,利用捡拾收割装置进行秸秆捡拾收获,通过二次粉碎抛送装置完成秸秆的二次粉碎 与抛送,实现了秸秆的田间收获压块打包作业。田间试验表明:该机捡拾收获效果良好,损失率低,作业效率达 到了2.84t/h,草捆密度1 33.4kg/m ,满足农作物秸秆收获作业要求,为秸秆综合利用提供了技术支持。 关键词:农作物秸秆;收获;压捆;装包;捡拾 中图分类号:s226.9 文献标识码:A 文章编号:1003-188X(2017)04-0098-05 0 引言 农作物秸秆作为一种可再生资源,我国产量丰 1.1 技术要求 要求能实现站立或倒伏秸秆的田问收获粉碎,同 时实现压块成型并装包作业。整机作业状态外观尺 寸为5 000mmx2 400mmx3 320mm,牵引动力73.5kW, 切碎长度15~25mm(可调),生产率2~4t/h(干黄秸 秆),作业幅宽2.2m,行距不受行限制,成捆率95%, 压缩密度130kg/m。。 1.2总体结构 富,每年约有8.4亿t以上 l J。目前,国内农作物秸 秆的综合利用率还很低,大部分秸秆被废弃或就地焚 烧,不仅浪费了资源、污染了环境,甚至带来了很大的 安全隐患。由于农作物秸秆具有体积大、质量轻、形 状极为不规则及贮运困难等特点,不利于秸秆的综合 利用,因此需要首先解决秸秆的收集储运问题。为解 决上述问题,近年来国内针对秸秆打包机和秸秆压捆 收获粉碎式秸秆压块打包一体机由捡拾收割机 构、输送喂入系统、二次粉碎抛送装置、液压控制系 机的研究越来越多。2008年,江南大学的李倩对稻草 秸秆打包机的压缩过程及压缩性进行了系统的试验 统、计量控制装置、压缩成型系统及出料装包装置等 组成,其基本结构如图1所示,样机如图2所示。 研究与分析,并设计了秸秆打包机及液压系统 。西 北农林科技大学的祝明雪于2009年完成了玉米鲜秸 秆压缩打捆特性及装备的试验研究,通过计算和分 析,设计出了秸秆压缩打捆试验装置,为秸秆打包设 备压缩机构的结构设计提供了基础 J。海南大学的 张浩栋等设计了一种基于PLC的香蕉秸秆自动打包 机,实现了香蕉秸秆的自动打包作业 J。上述研究大 多是针对固定式秸秆打包机压缩机构及其液压控制 进行设计,田间收获粉碎式秸秆压块打包机方面的研 究还很少。为此,提出了一种用于田问收获作业的牵 引式农作物秸秆压块打包一体机。 1 总体结构设计 收稿日期:2016—05—19 7 6 b 1.抛料筒5.仿形辊2.发动机3.二次粉碎抛送装置4.捡拾切割装置 8.压缩装置 6.出料装包装置7.液压控制系统图1 收获粉碎式秸秆压块包裹一体机基本结构 Fig.1 The basic strueture of the whole machine for the crushing of the c13l_hed ts sraw 基金项目:国家农业科技成果转化项目(2叭3GB2A2oo044) 作者简介:陈立东(1973一),男,河北唐山人,副教授,(E—mail)chentian 一940308@163.com。 ・98・ 农机化研究 第4期 性。锤爪的疏密要保证将秸秆切割捡拾干净,通常间 距为63~lOOmm。其布置采用螺旋形排列布置方式, 在螺旋方向上布置19个锤爪,可以保证切割和捡拾, 不致漏捡。 2.1.2滚筒转速的确定 为保证物料的清洁度,滚筒工作时需要有一定离 地间隙。同时,为减小秸秆捡拾损失,需要有降低捡 拾滚筒的离地高度。捡拾滚筒的转速与机器前进速 度的关系为 =n、//r +0.25r +r/cosT (1) 其中,/'t为滚筒转速(r/min); 为机器前进速度 I 2 收获粉 式稿十}:口i块包裹 体机样机 Fig.2 The prolotype of the whole package uf the crushed straw briquette (m/s);r为销轴所在旋转半径(m);f为锤爪长度;y 为销轴与旋转中心连线与锤爪间夹角(。)。动力输出 轴转速为760r/min,滚筒转速取为450r/min。 2.2二次粉碎抛送装置的设计 ]:作时,通过拖拉机牵引进行田问收获作业,同 时利只{拖拉机动力输出轴的动力带动锤爪式捡拾机 构将秸秆(站立或倒伏)收割捡拾,并通过后续的切碎 装置和抛送装置进行切碎、抛送。工作时,捡拾切割 机构将秸秆连续地切割、捡拾、揉搓,并通过喂人又将 二次粉碎抛送装置的作用是进一步粉碎秸秆物 料,提升物料的抛送动能,使粉碎后的物料在风机作 用下沿抛料筒抛到压缩室上方的储料斗。切碎刀盘 秸秆丝抛入输送喂入装置;二次粉碎抛送装置将切碎 物料进行二次粉碎破节,并通过抛料简抛送至压缩机 构,在 缩室内由活塞进行压缩,实现压实、成块,最 后由推料缸推出并进行装袋。 装置采用刀盘和风机叶片一体化设计,即刀盘座上安 装有动刀片和风机叶片,动刀片数量为5个或l0个, 刀盘座转速为1 300r/min,其基本结构如图4所示。 2主要部件设计 2.1 锤爪式捡拾割台的设计 捡拾揉搓机构由锤爪式滚筒、定刀片、滚筒壳体、 螺旋输送器及筛孔式输送器壳体等组成,其功能是把 牧草或农作物秸秆收割、捡拾、揉搓成丝状物,然后由 螺旋输送器输送至粉碎抛送机构,结构如 3所示。 图4粉碎抛送装 芟物仿真 Fig.4 Sinmlation of grinding and polishing device 刀盘座由厚度为15mm、直径为665mm的钢板加 工而成,动刀片和风机叶片均匀布置于刀盘座上。刀 片的内外线速度设计为l3.6~51.7m/s,滑切角为 42。,材料为65Mn;刀片厚度为6.4mm, HRC62~65。 3捡拾揉捷{IL构 Fig.3 Pickup anti kneading mechanism 口硬度 风机叶片外端直径为794mm,叶片外端线速度 为54m/s,叶片数量为5片,抛送筒的高度为4.5m。 2.3压缩装包机构设计 压缩装包机构是捡拾包裹一体机的核心工作部 件,功能是将粉碎后的秸秆进行压缩然后装包,装包 2.1.1锤爪式滚筒 锤爪式滚筒是捡拾揉搓机构的主要部件,由带固 定刀片的滚筒壳体、锤爪式割刀及动刀片等组成。锤 爪刀片采用高铬锰合金材料,以提高抗冲击和耐磨 后将卸于车下。压缩装包机构由机架、料斗、压缩室、 农机化研究 J仨缩机构、液压系统及汁 装置等组成,如图5所示 第4期 简化,去除不必要的相关零件模型,以简化相关运算 过程,提高运算效率。根据此设计中的内容,进行 缩窄静力学分析及疲劳分析。网格划分及分析结果 如 8、图9所示。 I刳5』k从装也机佝 }’ig.5 I】ressing lJl(K k packing mechanism 2.3一 上料斗的设 一 野7压缩窀模 料斗安装在压缩宰的上方,基本结构为圆柱螺旋 形,并与抛料筒的出口相连接,料斗的入料口设置在 圆形料王卜的切线方向上。收获作业时,由抛料筒抛送 的物料沿螺旋形轨道高速进入料斗,秸秆物料中的灰 尘、杂质在高速气流的作用下由j二部出口排除,其基 本结构如图6所示。 一2.3.2压缩机构设计  l冬{6 l 料:}童占构 Fig.6 Up hopper Still(‘ture 【矧8 压缩窄笮f限元网格划分 Fig.8 Finite element mesh of the compress 压缩机构主要由压缩室、闸板、压缩板、推板及出 口纰成。在压缩室内,设计有压缩板和推板,压缩室 I 兰 上边没有料斗,在压缩室和落料斗之间设有闸板。当 料斗中的秸秆物料达到设定的计量质量时,闸板在液 压缸的推动下启动并将料斗内的物料卸入压缩室,同 时封闭落料l_]; 缩板推动压缩室内的秸秆进行压缩 成块,推板将压缩后的秸秆捆从出口推出,压缩机构 进人下一个l 作循环 压缩室模型如图7所示。 网9压缩窜有限元分析结粜 Fig.9 Finite element analysis results of the compression chamber I 对压缩室进行运用SolidWorks三维软件建立各 个零件的模型,并根据各零件的配合关系建立压块机 的装配体。根据有限元分析的特点,必须将模型进行 2.3.3装包装置 经过压缩室压块的秸秆在成型后需要对其进行 装包处理,以备运输及发酵。本设计中成型块的装包 农机化研究 第4期 处理部分位于压缩室的出口处,作用是将包装袋口固 定于压缩室出口处,防止在压块被推出时因压块与袋 子之问的摩擦将袋子从出口处推落。装包装置基本 结构如图10所示。 图12测试现场 Fig.12 Site ot the tesl 1.定架2. 定蝶栓3.旋转压往4.弹簧5.压架 10扣搁机构 F 10 Bundling mechanism 2.3.4 翻转闸板式压缩室入料控制装置 压块翻转闸板控制装置由翻转闸板、液压缸及支 架等组成。其工作过程是:由液压缸驱动翻转式圆弧 封闭闸板,闸板翻转控制落料口的开启和封闭,且在 3.2测试结果 旧13测试效 Fig 13 l{tJsuhs【lf the・ler;I 测试结果如表1所爪 衷1样机测试结果 Table l The teM result of Ihe prololype 闸板封闭的同时将压缩室内的秸秆物料进行压缩,其 结构如图1 1所示。 I.压缩窒2.压缩室入料口3.翻转闸板4.液压缸 图1 1 翻转闸板式人料u控制装置 Fig.I 1 The eonlrol device of the turning gale type feed inlet 4 结论 1)研制了收获粉碎式秸秆压块包裹一体机,该机 主要由捡拾收刮机构、输送喂入系统、二次粉碎抛送 装置、液压控制系统、计量控制装 、压缩成型系统及 出料装包装置等组成。旧时,对捡拾收割机构、二次 粉碎抛送装置及压块装包装倪等进行 设汁,并对J丘 3 田间试验 3.1 测试条件及测试指标 2015年10月,样机在唐山市滦南县西北坨村进 行了生产测试。测试条件:环境温度11~17cc;测试 秸秆为玉米秸秆,含水率19.3%;测试地块(长X宽) l5mx75m;测试评价指标为成捆率、草捆密度、草捆抗 摔率、吨草油耗、纯工作小时生产率等。样机测试现 场及作业效果如图12、图13所示。 缩机构进行了仿真分析。 2)田问试验表明:样机压捆成型性能良好,捡拾 损耗率低,小时生产率达到 2.48t/h,并且实现了白 201 7年4月 农机化研究 第4期 动计量称重,满足了农户对秸秆收获自动计量装包的 要求。 参考文献: [1]毕于运,高春雨,王亚经,等.中国秸秆资源数量估算[J]. 农业工程学报,2009,25(12):211—217. baike.baidu.corn/link?url=VGctZmj—RhSq2Gll qXh4LP2Z SDTJjR1Qa9A5ZsFWyzbl bNOnM1 OH2ryAEQJGpKul NOzI8 JOr4gotMNXzr_Pyga. 李倩.秸秆打包机的分层叠压技术研究[D].无锡:江南 大学,2008. 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Key words:crop straw;harvesting;baling;pack;pick up 

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