水稻稻草打捆機結構設計分析

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摘要：本設計在現(xiàn)有水稻打捆機基礎上進行結構創(chuàng)新研究，對打捆機進行設計主要包括總體方案設計、拾取器設計、螺旋運輸裝置設計、滾筒以及打包裝置設計等，通過對各部分單元設計，結合三維建模軟件對設計進行三維建模分析，最終完成設計。

關鍵詞：水稻；打捆機；三維建模

引言

目前，我國農作物中的水稻的植被面積為8.13億畝，牧草種植也高達數(shù)百萬公頃，商品類牧草的種植面積近365萬公頃，商品類牧草的產(chǎn)量約為3540萬噸，但可供牲畜實用的草僅為25萬噸；我國廣泛種植的水稻小麥等作物可以補充牧草的需求，限制我國稻草發(fā)展的重要原因就是秸稈的收割打捆，傳統(tǒng)手動打捆的方式效率低下嚴重影響著農作物的收種進度，人工收獲比機械收獲損失大。所以說繼續(xù)采用傳統(tǒng)的人工方式來收儲水稻秸稈是不現(xiàn)實的。因此研究創(chuàng)新水稻稻草打捆機是解決此類問題的重中之重。

1水稻稻草打捆機的總體設計方案

本次設計的水稻稻草打捆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是要將草從地上拾起，需要設計撿拾器，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），這就需要設計螺旋輸送器，其工作原理是利用螺旋機構將撿拾器兩側水稻往中間輸送。經(jīng)研究表明水稻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，該機構不僅可以將牧草切碎，而且同時還有將草料運往下一個機構的功能。打包室由滾筒、液壓機構和長皮帶等構成。水稻稻草和秸稈由拾取裝置拾起，再經(jīng)滾筒喂入裝置被切碎并且送進由輥筒和皮帶構成的打包裝置，打捆裝置把剛運輸進來的草料和莖稈打捆成草芯。伴隨著更多的物料進入打包室，輥筒和皮帶不斷旋轉，物料被輥筒和皮帶作用成圓捆，因為機器會持續(xù)工作，物料被不斷的吸入打包裝置，圓捆的直徑會越來越大，圓捆也會隨著旋轉不斷抱緊，他的密度也會越來越大，當草捆的直徑和密度達到一定程度，也就是達到控制臂的設定值的時候，草捆就形成了。這時打包裝置的后門就會打開，草捆會被彈出落到地面，一個草捆就制作完成，然后后門合上，機器繼續(xù)運行，制作下一個圓捆。

2水稻稻草打捆機的主要機構設計

2.1動力裝置設計

動力裝置通過電動機供電使內燃機的曲軸飛輪轉動起來，從而帶動內燃機的活塞轉動起來。這部分也可采用純電動驅動的方式，優(yōu)勢在于純電動拖拉機無需考慮傳動軸的設計，相對傳統(tǒng)拖拉機不但要給車輪提供動力，還要給拖拉機所攜帶的收割裝置提供動力。電動只需要提供電力即可。但是考慮到電池能源密度較小，充電滿足不了需求的話就必須裝上發(fā)電機發(fā)電，所以更加推薦使用內燃機式拖拉機，從而將成本控制在農民可以負擔的起的范圍，另一方面考慮到在農間環(huán)境的多變，如果遇到潮濕的天氣純電動式更加容易產(chǎn)生故障。具體使用哪個可以考慮實際工作環(huán)境加以選擇變動。操作方面如果采用手扶式拖拉機的話需要人為引導使稻草，能夠經(jīng)過撿拾裝置進行第一次處理?？紤]到成本和效率問題，該裝置也可替換為30馬力的輪式拖拉機，實現(xiàn)手動控制而無需人為引導，但其缺點在于失去了便捷性和經(jīng)濟性的優(yōu)勢。占用空間變大，造價變高，大大降低了實用性，且會對農民購置該機器時產(chǎn)生不必要的經(jīng)濟負擔。內燃機結構見圖1。

2.2撿拾裝置設計

撿拾裝置的作用是拾取田地里的草料和莖稈和秸稈，或者是用收割機收割水稻留下的稻草或者莖稈以及零碎的草料和莖稈。然后把它們送到機器的下一個結構---螺旋運輸裝置。簡單來說，撿拾裝置拾取鋪成條的草料和莖稈或者莖稈，然后將其送到機器的下一個機構中。對撿拾裝置工作的要求如下：①把地里剩下的草料和莖稈要撿拾干凈。確保田間的整潔性，真正做到無殘留。②在草料和莖稈的拾取過程中，不能破壞草料和莖稈最有營養(yǎng)部分。③拾取的秸稈和草料莖稈須無阻礙的輸送到機器的下一個結構部分，進行下一步驟的處理。拾取裝置模型見圖2。

2.3螺旋運輸裝置

擬采用的撿拾裝置的拾取寬度為2.15m，比草捆的寬度要寬（草捆的寬度一般為1.2m），那么就得要一個運輸裝置能順利的把兩邊的草料和莖稈往中間傳遞。農作物運輸?shù)难b置種類繁多，一般來說有斜面式的，有帶式的輸送器，還有割臺螺旋式的運輸裝置等。螺旋運輸裝置模型見圖3。在上述的機器中，螺旋運輸方式使用的居多，也比較常見。螺旋運輸裝置有以下優(yōu)點：①尺寸比較??；②該裝置既可以把物料進行水平的輸送，也能在豎直或者說是垂直方向上進行任意角度輸送物料；③制造成本低；④操作簡便；⑤便于驅動。其設計思路是根據(jù)草料在曲面上的運動狀況繪制平均速度-時間的曲線圖，這種設計的優(yōu)點在于數(shù)據(jù)精確可靠，裝置磨損低，耐久度高。具體曲線見圖4。

2.4滾筒粉碎輸入裝置

刀盤在水平面工作，在滾筒上嵌入刀片，工作時工作面繞圓心O作旋轉運動后沿軸向前運動。如果說整個刀刃均都參與對草料和莖稈的處理，那么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)為重割區(qū)，第二刀片在重割區(qū)（雙陰影區(qū)），該區(qū)內的作物全部漏割。其設計要求如下：①滾筒承受載荷平穩(wěn)；②保證莖稈和草料和莖稈的大小合適，降低對草料和莖稈的破環(huán)；③整個裝置要便于拆卸，結構盡量精簡；④當遇到障礙物（如石頭等）刀會自動縮回，減少損失。粉碎裝置模型見圖5。

2.5打包裝置設計

打包裝置由輥筒、固定帶輪、可動帶輪、壓包機機構組成。形成草捆的動力源是輥筒?？蓜訋л喤c彈簧相連，皮帶長度固定。草料和莖稈源源不斷地進入打包室，受力作用下形成草捆，且草捆的直徑會逐漸變大，可動帶輪就會壓縮彈簧，然后內彎皮帶長度發(fā)生變化，外短內長。內側皮帶被草捆撐開，隨后脫離帶輪。打包裝置內設有傳感器，當草捆直徑到固定值的時候，在液壓機構作用下，將壓包機構撐起，彈出草捆，完成打包。打捆機在作業(yè)時，撿拾裝置將田間地頭的草料和莖稈拾取，滾筒喂入裝置把草料和莖稈粉碎然后送到打捆室里，在力的作用下，物料旋轉形成草芯。當草捆的直徑和密度達到控制臂的設定值的時候，一個草捆就形成了。這時打包裝置的后門就會打開，草捆會被彈出落到地面，一個草捆就制作完成，然后打捆機后門合上，機器繼續(xù)運行，進行下一個制作草捆。打包裝置的結構形式是稻草由拾取機構以及喂入機構送入打包裝置內的長皮帶組。水稻秸稈進行旋轉，經(jīng)過旋轉向內心匯聚。隨著喂入的增多，逐步打結成捆，當打捆完成后，打包裝置將打捆完成后的水稻秸稈進行釋放，隨即進行第二次打捆作業(yè)。打包裝置模型見圖6。

3結論

本產(chǎn)品的設計是為了解決目前農業(yè)生產(chǎn)過程中，稻草或者秸稈之類的副產(chǎn)物得不到充分的利用，而造成的能源浪費問題。在現(xiàn)有的打捆機的基礎上，對水稻打捆機進行優(yōu)化改良，提高了工作效率，保證了草捆質量，打出優(yōu)質草捆。拾取裝置采用了滾筒式拾取裝置，這個撿拾裝置是目前工作性能較好的也是大部分打捆機都在使用的。運輸裝置采用螺旋式運輸裝置，螺旋運輸裝置體積小便于操作、裝卸簡單便于維修，其次這款打捆機的打包裝置是由輥筒、固定帶輪、可動帶輪、壓包機機構組成。各個部分較為常見，維修更換容易。而且草捆直徑可以調節(jié)，大大提高了適用性。

參考文獻：

[2]孫永利.秸稈打捆機撿拾粉碎裝置的設計與實驗[D].東北農業(yè)大學，2018.

[3]沈林安.星光履帶自走式方草捆打捆機：結構性能•作業(yè)優(yōu)點[J].現(xiàn)代農機，2016.

作者：楊志平 黃子康 呂觀輝 耿璽鈞 張博 王萌萌 單位：山東英才學院