牧草打捆機(jī)的設(shè)計【三維SW零件圖】
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33排齒，齒長150mm
塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書
學(xué)院： 機(jī)械電氣化工程學(xué)院 班級： 機(jī)械12-1
學(xué)生姓名： 楊晨 學(xué)號：8011208102
課題名稱：牧草打捆機(jī)的設(shè)計
起止時間：2011年12月1日------2012年5月25日（共14周）
指導(dǎo)老師：丁羽 職稱：
課題內(nèi)容：
本次設(shè)計以牧草打捆機(jī)為研究對象，從整合知識結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，利用已學(xué)過的知識，進(jìn)行分析計算，實(shí)現(xiàn)拾禾和壓捆在同一個機(jī)器上同時完成，提高工作效率。然后運(yùn)用CAD軟件繪制零件圖和裝配圖。
主要設(shè)計內(nèi)容包括：
1．根據(jù)要求，詳細(xì)了解的壓捆機(jī)的壓縮原理及構(gòu)造；
2．深入了解牧草壓捆機(jī)的各個部件工作過程；
3．壓捆機(jī)的喂入機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)；
4．撿拾器的工作原理
5．完成參數(shù)的確定和圖紙的繪制（拆分非標(biāo)準(zhǔn)零件，繪制零件圖）；
6．繪制總體裝配圖；
擬定工作進(jìn)度（以周為單位）：
第1-2周：熟悉題目，開始查閱資料，完成開題報告。
第3-4周：研究資料，確定方案。
第5-6周：方案的研究，確定數(shù)據(jù)。
第7-8周：處理計算數(shù)據(jù)面設(shè)計草圖。
第9-11周：完成零件圖和裝配圖。
第12-13周：修改完成零件圖和裝配圖，完成設(shè)計論文，準(zhǔn)備答辯材料。
第14周：遞交畢業(yè)設(shè)計材料，完成PPT,進(jìn)行答辯，
主要參考文獻(xiàn)：
[1] 韓魯佳等.中國農(nóng)作物秸稈資源及其利用現(xiàn)狀[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2002，5(3)：2-3
[2] 李大鵬,劉向陽飼草產(chǎn)業(yè)化與打捆機(jī)的開發(fā)[J].飼料廣角,2002(15):10-12
[3] 楊學(xué)軍，李長榮.中國飼草打捆機(jī)市場分析與預(yù)測[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械，2002，5：15
[4] 候向陽，萬里強(qiáng).加入WTO與我國草業(yè)發(fā)展[J].中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報，2002，4(1)：5-6
[5] 王娜娜，王國通，楊炳南，呂黃珍，陳月峰.國外牧草生產(chǎn)裝備技術(shù)發(fā)展與啟示[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械，2009，24：22
[6] 林一平.向明新品9YY-80型打捆機(jī)[J] .農(nóng)業(yè)機(jī)械 ，2002 ，09：23-24
[7] 道爾吉.9KJ—1.4撿拾壓捆機(jī)的使用和和調(diào)整[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械，1987，5：22-23
[8] 楊明韶.我國牧草基礎(chǔ)研究工作進(jìn)展及探索[J].農(nóng)機(jī)化研究，2002，5：26
[9] 楊明韶，王春光.牧草壓縮工程中幾個主要問題分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，1997，9(13)：56
[10] 楊明韶.壓捆機(jī)設(shè)計與發(fā)展中的幾個問題[J].畜牧機(jī)械，1984，4：121
[11] 姚維禎.畜牧機(jī)械[M].中國農(nóng)業(yè)出版社，1994，12：69
[12] 牧草收獲機(jī)械[M].中國農(nóng)業(yè)出版社，1998：1-2
[13] 中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院編.農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計手冊，下冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1990:191-203
[14] 高山，盧世閣.牧草收獲機(jī)械的選擇[J].養(yǎng)殖技術(shù)顧問，2009，4：144
[15] 鄭鋼，吳慧敏.國內(nèi)外捆草機(jī)發(fā)展綜述[J].牧業(yè)機(jī)械，1988，4：34-35
[16] 劉興元.NH565型方草捆撿拾打捆機(jī)引進(jìn)使用效果分析[J].草業(yè)科學(xué)，1995，12：77
[17] 戴圓倫.發(fā)展牧草機(jī)械推廣飼草加工技術(shù)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械，2002，5：122
[18] 關(guān)曉平，于建國.牧草壓捆機(jī)設(shè)計[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2005 ，08：44
[19] 劉志杰.飼草壓捆機(jī)的設(shè)計及結(jié)構(gòu)分析:[學(xué)位論文].哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué),2004
畢業(yè)設(shè)計開題報告
1.本課題的來源及研究目的和意義：
我國地域廣袤，而且作為農(nóng)業(yè)大國，有著先天獨(dú)厚的發(fā)展畜牧業(yè)的條件。我國草原遼闊，類型繁多，資源豐富，是巨大的天然寶藏。由于我國的飼草壓捆技術(shù)設(shè)備與發(fā)達(dá)國家相比有很大差距，而且多為仿造產(chǎn)品，主要工作部件結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇不當(dāng)，生產(chǎn)規(guī)模較少，設(shè)備質(zhì)量欠佳，遠(yuǎn)不能滿足日益擴(kuò)大的國內(nèi)草產(chǎn)品生產(chǎn)加工設(shè)備市場的需要。提高國產(chǎn)壓捆機(jī)的質(zhì)量，無疑會對畜牧業(yè)發(fā)展起到革命性作用。雖然市場上國外產(chǎn)品質(zhì)量較好，但價格太高(例如黑龍江大慶農(nóng)場進(jìn)口的NewHolland公司生產(chǎn)的一款高密度壓捆機(jī)造價30萬美元)，不適合國內(nèi)的消費(fèi)水平，所以開發(fā)性能良好、自動化程度高而且價格適中的國產(chǎn)壓捆機(jī)將是我國飼草商品化生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一，對促進(jìn)飼草產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程會起到舉足輕重的作用。
2.本課題所涉及的問題在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀以及分析：
國外壓捆機(jī)的發(fā)展概況
1870年美國人迪得里克(DederiC)研制出人類歷史上的第一臺機(jī)械式固定牧草壓捆機(jī)，被改進(jìn)完善后，在歐美一些國家得到廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)30年代初，小方捆壓捆機(jī)問世，50年代生產(chǎn)進(jìn)入高峰，保有量趨于飽和，當(dāng)時美國擁有撿拾壓捆機(jī)約70萬臺，90%以上的牧草采用撿拾壓捆工藝。60年代中期，圓草捆卷捆機(jī)誕生，70年代迅速發(fā)展，80年代方、圓捆機(jī)并行發(fā)展。近年來，歐美等發(fā)達(dá)國家的壓捆設(shè)備更成熟，結(jié)構(gòu)參數(shù)更合理，可靠性、生產(chǎn)率提高很快。國際著名的農(nóng)機(jī)生產(chǎn)商如美國紐荷蘭(NewHolland)、約翰迪爾(JohnDeere)、凱斯公司，英國福格森公司，韓國成元公司，意大利GALLIGNANI公司，德國威格公司和前進(jìn)公司的壓捆機(jī)都己系列生產(chǎn)，這些設(shè)備無論在機(jī)械結(jié)構(gòu)、動力配套、液壓系統(tǒng)還是控制系統(tǒng)設(shè)計方面都處理得很成功，一些新的設(shè)計理論、最新科研成果的應(yīng)用在這些機(jī)械上都有體現(xiàn)，例如在控制系統(tǒng)方面，單片機(jī)、可編程控制器(PLC)、工業(yè)控制機(jī)控制(工PC)等的自動控制手段都得到應(yīng)用。在一些發(fā)達(dá)國家，如美國等，牧草收獲己全部實(shí)行機(jī)械化，牧草已成為國民經(jīng)濟(jì)一大產(chǎn)業(yè)。[5][11]
國內(nèi)的研究狀況
國內(nèi)壓捆機(jī)方面的研究報道不多，只有壓捆機(jī)生產(chǎn)或改進(jìn)方面的報道，但企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量低、可靠性差。我國50年代末開始生產(chǎn)畜力固定式捆草機(jī)，60年代初，在引進(jìn)、試驗(yàn)國外小方草捆揀拾壓捆機(jī)基礎(chǔ)上，開展了小方草捆無繩壓捆機(jī)的研究。70年代中期引進(jìn)、仿造了國外的方捆機(jī)并批量生產(chǎn)，70年代末開始仿制圓捆機(jī)。近幾年，隨著市場對高密度草捆和農(nóng)作物秸稈捆需求量的增加，國內(nèi)的一些科研院所和高校開始研制高密度的牧草和秸稈壓捆機(jī)，主要型式可分為機(jī)械式和液壓式[12]。
3.對課題所涉及的任務(wù)要求和實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性的思路：
3.1任務(wù)要求：
本次設(shè)計以牧草打捆機(jī)為研究對象，從整合知識結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，利用已學(xué)過的知識，進(jìn)行分析計算，實(shí)現(xiàn)拾禾和壓捆在同一個機(jī)器上同時完成，提高工作效率。然后運(yùn)用CAD軟件繪制零件圖和裝配圖。
主要設(shè)計內(nèi)容包括：
1．根據(jù)要求，詳細(xì)了解的壓捆機(jī)的壓縮原理及構(gòu)造；
2．深入了解牧草壓捆機(jī)的各個部件工作過程；
3．壓捆機(jī)的喂入機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)；
4．撿拾器的工作原理
5．完成參數(shù)的確定和圖紙的繪制（拆分非標(biāo)準(zhǔn)零件，繪制零件圖）；
6．繪制總體裝配圖；
3.2分析：
縱觀國內(nèi)外大中型企業(yè)及飼草收獲工藝的需要及研究，飼草壓捆機(jī)將向以下方向發(fā)展：
1．產(chǎn)品多樣化、系列化，以滿足不同用戶的需求。
2．采用新技術(shù)、新工藝，改進(jìn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品的使用性能和經(jīng)濟(jì)效率。電子計算機(jī)、液壓技術(shù)等的應(yīng)用將使機(jī)具的性能更先進(jìn)，操作更方便舒適。
3．?dāng)U大適用范圍，提高機(jī)具的利用率，將捆草范圍從干草擴(kuò)大到青飼料或農(nóng)作物秸稈。
4．增加草捆密度，降低功率消耗，提高壓捆機(jī)經(jīng)濟(jì)效益。
5．運(yùn)用現(xiàn)有的飼草壓縮理論設(shè)計主要結(jié)構(gòu)工作部件，以提高壓縮密度和減少功率消耗,使壓捆機(jī)效率更高，可靠性更大，性能更優(yōu)。
國內(nèi)存在的問題：
由于國內(nèi)壓捆機(jī)目前大多采用測繪或類比方法設(shè)計，在配套動力的確定，主要部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)、壓縮頻率和喂入量等工作參數(shù)的確定中很少有真正的理論依據(jù)，因而不可避免地存在配套動力不合理，壓縮設(shè)備功率消耗大、生產(chǎn)能力低等問題，而進(jìn)口機(jī)械不僅價格昂貴，而且有些不適宜我國的國情。
4.本課題所需要重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題以及解決思路：
4.1重點(diǎn)研究問題：
撿拾式壓捆機(jī)的工作原理和設(shè)計，開式壓捆機(jī)和閉式壓捆機(jī)的區(qū)別，以及國外先進(jìn)牧草打捆機(jī)的工作原理以及其主要部件。
4.2解決思路：、
(1)閉式壓縮是喂入一次壓縮一次，形成一個產(chǎn)品一般壓縮一次，卸料一次，是間斷性作業(yè)。產(chǎn)品壓成后在壓捆室內(nèi)并不移動，所以只消耗一次壓縮功率，每次壓縮之間沒有關(guān)系。
(2)開式壓縮也是喂入一次壓縮一次，一般要喂入和壓縮若干次才能形成一個產(chǎn)品。在壓捆室內(nèi)，壓縮一次形成一個草片;再喂入一次，再壓縮成一個草片，直到草片充滿壓捆室，然后再繼續(xù)喂入和壓縮，且每次壓縮所受的壓力不同。待若干草片的厚度達(dá)到草捆要求的長度時，進(jìn)行打捆。捆好的草捆從壓捆室出口處陸續(xù)排出。也就是說，產(chǎn)品要經(jīng)過整個壓捆室生成。因而，生產(chǎn)一個產(chǎn)品(按質(zhì)量計)所做的功要大于閉式壓縮。在壓捆室中，活塞壓縮物料的過程，可分為三個階段:第一階段，喂入1份物料，活塞從前極點(diǎn)向后移動，同物料接觸后，推移物料沿壓捆室移動，使其充滿壓捆室而不對物料進(jìn)行壓縮，此階段稱為充滿階段。第二階段，活塞繼續(xù)向后移動，開始壓縮物料，物料體積減少，密度增加，活塞面上的壓應(yīng)力增加，直到密度達(dá)到最大值，壓應(yīng)力也達(dá)到最大值。第三階段，活塞繼續(xù)向后移動，被壓縮物料也隨之向后移動，一直到另一個極點(diǎn)止。此階段，活塞上的壓應(yīng)力不再增加，物料密度也不再增加，稱之為移動階段。
4.3工作原理：
壓捆機(jī)主要有撿拾器(移動式)、輸送喂入裝置、壓捆室、草捆密度調(diào)節(jié)裝置、草捆長度控制裝置、打捆裝置、曲柄連桿機(jī)構(gòu)(方捆機(jī)械式)、傳動機(jī)構(gòu)和牽引裝置等組成。壓捆機(jī)的成捆原理主要是用各種機(jī)械機(jī)構(gòu)來模擬人工捆束的工藝過程，完成對飼草的收集、壓實(shí)和打捆動作。工作時，草條連續(xù)地進(jìn)入輸送喂入裝置，輸送喂入裝置在活塞回行時，把飼草從側(cè)面喂入到壓捆室內(nèi)，在曲柄連桿機(jī)構(gòu)的作用下，活塞往復(fù)運(yùn)動，把壓捆室內(nèi)的飼草壓成草捆，活塞切刀將草層切斷，使各層能很好分開，壓好的草捆，被后面陸續(xù)成捆的草捆不斷地推向壓捆室出口。
5本可以必須的工作條件以及解決計劃：
5.1工作條件：通過現(xiàn)有的國內(nèi)外先進(jìn)壓捆機(jī)的資料，以及通過網(wǎng)絡(luò)搜索先關(guān)資料。通過圖書館的現(xiàn)有書籍來研究壓捆機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。
5.2解決辦法：借助圖書館現(xiàn)有先關(guān)書籍，互聯(lián)網(wǎng)查閱先關(guān)文獻(xiàn)，使用制圖軟件CAD。
6完成本課題的工作方案以及進(jìn)度計劃：
6.1工作方案：
第一步：通過互聯(lián)網(wǎng)和國內(nèi)外先關(guān)資料獲取先關(guān)數(shù)據(jù)，完成牧草壓捆機(jī)的開題報告。
第二步：通過分析課題的要求，和查閱相關(guān)先進(jìn)牧草壓捆機(jī)的資料確定方形牧草壓捆機(jī)的設(shè)計和工作方案。
第三步：方案數(shù)據(jù)處理。
第四步：繪制部分零件。
第五步：完成機(jī)體轉(zhuǎn)配圖。
第六步：完成最終設(shè)計方案。
第七步：撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書。
6.2進(jìn)度計劃：
第1-2周：熟悉題目，開始查閱資料，完成開題報告。
第3-4周：研究資料，確定方案。
第5-6周：方案的研究，確定數(shù)據(jù)。
第7-8周：處理計算數(shù)據(jù)面設(shè)計草圖。
第9-11周：完成零件圖和裝配圖。
第12-13周：修改完成零件圖和裝配圖，完成設(shè)計論文，準(zhǔn)備答辯材料。
第14周：遞交畢業(yè)設(shè)計材料，完成PPT,進(jìn)行答辯，
主要參考文獻(xiàn)：
[1] 韓魯佳等.中國農(nóng)作物秸稈資源及其利用現(xiàn)狀[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2002，5(3)：2-3
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[18] Nagehaudhuri，A,“Dynamic Modeling and Analysis of a Crank Slider Mechanism”Proceedings of 2000 ASEE Annual Conference,St.Louis,Mo.,june 24-27,2000.CD-ROM
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姓名：楊晨專業(yè)：機(jī)械電氣化及其自動化學(xué)院：機(jī)械電氣化工程學(xué)院指導(dǎo)老師：丁羽我國地域廣袤，而且作為農(nóng)業(yè)大國，有著先天獨(dú)厚的發(fā)展畜牧業(yè)的條件。我國草原遼闊，類型繁多，資源豐富，是巨大的天然寶藏。據(jù)統(tǒng)計，我國共有各類天然草地面積約3.93億hm2，占國土面積的41.7%，僅次于澳大利亞，居世界第二位，同時也秸稈資源最為豐富的國家之一，每年生產(chǎn)6.4億多t的秸稈。國內(nèi)壓捆機(jī)方面的研究報道不多，只有壓捆機(jī)生產(chǎn)或改進(jìn)方面的報道，但企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量低、可靠性差。我國50年代末開始生產(chǎn)畜力固定式捆草機(jī)，60年代初，在引進(jìn)、試驗(yàn)國外小方草捆揀拾壓捆機(jī)基礎(chǔ)上，開展了小方草捆無繩壓捆機(jī)的研究。70年代中期引進(jìn)、仿造了國外的方捆機(jī)并批量生產(chǎn)，70年代末開始仿制圓捆機(jī)。近幾年，隨著市場對高密度草捆和農(nóng)作物秸稈捆需求量的增加，國內(nèi)的一些科研院所和高校開始研制高密度的牧草和秸稈壓捆機(jī)，主要型式可分為機(jī)械式和液壓式12?？v觀國內(nèi)外大中型企業(yè)及飼草收獲工藝的需要及研究，飼草壓捆機(jī)將向以下方向發(fā)展：1產(chǎn)品多樣化、系列化，以滿足不同用戶的需求。2采用新技術(shù)、新工藝，改進(jìn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品的使用性能和經(jīng)濟(jì)效率。電子計算機(jī)、液壓技術(shù)等的應(yīng)用將使機(jī)具的性能更先進(jìn)，操作更方便舒適。3擴(kuò)大適用范圍，提高機(jī)具的利用率，將捆草范圍從干草擴(kuò)大到青飼料或農(nóng)作物秸稈。4增加草捆密度，降低功率消耗，提高壓捆機(jī)經(jīng)濟(jì)效益。5運(yùn)用現(xiàn)有的飼草壓縮理論設(shè)計主要結(jié)構(gòu)工作部件，以提高壓縮密度和減少功率消耗,使壓捆機(jī)效率更高，可靠性更大，性能更優(yōu)213。按動力源壓捆機(jī)可由拖拉機(jī)拖動、動力輸出軸驅(qū)動、電機(jī)驅(qū)動和自我驅(qū)動等。按工作方式壓捆機(jī)可分固定式壓捆機(jī)和撿拾式壓捆機(jī)兩種根據(jù)草捆密度,我設(shè)計的是撿拾式壓捆機(jī)可以分為高密度干草捆壓捆機(jī)、中密度干草捆壓捆機(jī)和低密度干草捆壓捆機(jī)壓捆機(jī)有圓形打捆和方形打捆兩種，我所設(shè)計是方形打捆機(jī)壓捆機(jī)主要有撿拾器(移動式)、輸送喂入裝置、壓捆室、草捆密度調(diào)節(jié)裝置、草捆長度控制裝置、打捆裝置、曲柄連桿機(jī)構(gòu)(方捆機(jī)械式)、傳動機(jī)構(gòu)和牽引裝置等組成。打捆機(jī)分為開式和閉式，我使用的是開式打捆機(jī) 國際主要牧草打捆機(jī)的生產(chǎn)公司有，美國New Holland 德國威利格公司的AP系列 英國Barmford生產(chǎn)的BX系列 德國Claasg公司的M系列打捆機(jī)有側(cè)牽引式和正牽引式，我設(shè)計的為側(cè)牽引式側(cè)牽引式打捆機(jī)主要特點(diǎn)：1.在總體布局上側(cè)牽引式打捆機(jī)喂入口設(shè)置在壓捆室的側(cè)面撿拾器在左邊2.其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，牧草工藝流程與正牽引式不同3.撿拾 喂入阻力小，牧草流動更流暢輸送喂入裝置可分為以下三種:雙撥叉式、攪龍一撥叉式和單撥叉式。我所選用的是雙撥叉式，（A）圖工作要求：1.撿拾器工作幅度：應(yīng)大于草料寬度，一般不小于1.4M2.彈齒間距：70MM左右3.彈齒桿數(shù)量：側(cè)牽式打捆機(jī)46，正牽式3-44彈齒齒端線速度：1.74-2.55M/S1橫梁2壓捆室側(cè)壁3上連接板4下連接板5調(diào)整彈簧6調(diào)節(jié)手柄 7絲杠1.喂入量：按機(jī)型不同，一般為2.03.5KG/次2.喂入口尺寸：一般為喂入高度300360mm,寬度500650mm,喂入口面積：0.1500.234平方米3.喂入叉每分鐘填入草次數(shù)：80100次/分輸送喂入機(jī)構(gòu)需要滿足以下工藝：1.輸送喂入阻力小，物料流動順暢，不堆積。2.喂入后的物料均勻，壓制成的草捆沿寬度和高度方向具有合理密度，外形整齊3.喂入中伸入量可以調(diào)節(jié)4.有過載保護(hù)裝置1.曲柄 2.喂入叉 3.彈簧打捆機(jī)呀捆部分主要由活塞體，曲柄，連桿，活塞銷，滾輪和切草刀片組成參數(shù)為：曲柄半徑R為300380mm 連桿長度與曲柄半徑比值L/R=3.0-2.5壓困室截面尺寸有三種：1.30cmx41cm（12英寸X16英寸)2.36cmX46cm(14英寸X18英寸）3.41cmX61cm（16英寸X24英寸）4.常用的是36cmX46cm1 分離卡爪 2 彈簧 3 打結(jié)器軸 4 從動盤 5 主動盤 6 杠桿 7 控制桿 8 提升桿 9 限位板 10 計量輪 11 滾輪 12 摩擦輪 13 彈簧20世紀(jì)60年代麥塞福格林公司的C-D型打結(jié)器打結(jié)器分為，C型，D型,C-D型，其中20世紀(jì)60年代麥塞福格林公司的C-D型打結(jié)器1 驅(qū)動鏈輪 2 曲柄 3 連桿 4 管架 5 穿針 6 捆繩 7 導(dǎo)繩器飼草業(yè)具有巨大的生態(tài)效益、社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，越來越引起政府和農(nóng)民的重視，但飼草產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中所需的機(jī)械裝置特別是壓捆機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)的需要。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計方法進(jìn)行了這方面的探討。主要工作和結(jié)論如下：我國壓捆機(jī)大多采用測繪或類比方法設(shè)計，工作性能較差，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足飼草業(yè)的飛速發(fā)展的需要，而進(jìn)口機(jī)械不僅價格昂貴，而且有些不適宜我國的國情。本文在現(xiàn)有機(jī)具的基礎(chǔ)上，根據(jù)我國的實(shí)際需要進(jìn)行了壓捆機(jī)國產(chǎn)化的改進(jìn)設(shè)計，設(shè)計過程中，綜合考慮了現(xiàn)有飼草壓縮理論，以現(xiàn)代技術(shù)為依據(jù)，使設(shè)計的壓捆機(jī)比以前具有更優(yōu)越的性能，以滿足國內(nèi)的需要。感謝老師指導(dǎo)牧草打捆機(jī)的設(shè)計
目錄
1緒論 1
1.1問題的提出 1
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 2
1.3存在的問題 5
1.4研究的目的和意義 5
2牧草壓捆機(jī)的設(shè)計 5
2.1飼草壓縮理論研究 5
2.2壓捆機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 7
3.選擇電動機(jī) 16
3.1動力電動機(jī)的類型 16
3.2計算傳動裝置運(yùn)動和動力參數(shù) 17
3.3確定蝸輪蝸桿的尺寸 18
3.4 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 19
3.5蝸桿傳動的熱平衡核算 19
3.7 蝸桿軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 21
3.8 軸的校核 22
3.9蝸輪軸的設(shè)計和計算 22
3.10滾動軸承的選擇及其計算 25
總 結(jié) 27
參考文獻(xiàn) 28
致謝 29
1緒論
1.1問題的提出
我國地域廣袤，而且作為農(nóng)業(yè)大國，有著先天獨(dú)厚的發(fā)展畜牧業(yè)的條件。我國草原遼闊，類型繁多，資源豐富，是巨大的天然寶藏。據(jù)統(tǒng)計，我國共有各類天然草地面積約3.93億hm2，占國土面積的41.7%，僅次于澳大利亞，居世界第二位，同時也秸稈資源最為豐富的國家之一，每年生產(chǎn)6.4億多t的秸稈。[1]
然而我國草場的分布很不均勻,導(dǎo)致我國部分地區(qū)一方面牧草匱乏,另一方面則因季節(jié)性牧草過剩而得不到合理利用被廢棄,不僅浪費(fèi)了牧草資源,造成經(jīng)濟(jì)損失,同時也污染了草地和環(huán)境。此外,牧草在流通領(lǐng)域中遇到的一個主要問題,就是由于牧草的堆密度小,使其運(yùn)輸成本增加,利潤空間下降。有些地方甚至因?yàn)槔麧櫸⒈《鴮幙蔁?也不愿意費(fèi)時費(fèi)力地運(yùn)輸,造成了資源浪費(fèi),而且也污染了生態(tài)環(huán)境。這是我們必須面臨的顯示問題，急需有一個合理的辦法來解決這個現(xiàn)狀。近年來，由于各牧場的牲畜存欄量不斷增加，而相應(yīng)的管理政策又相對滯后，還有自然條件的惡化，即使在牧草比較豐富的牧區(qū)，季節(jié)性的飼草缺乏現(xiàn)象也很嚴(yán)重[2]。2000年初，我國內(nèi)蒙古、新疆共有12個地(州)60個縣出現(xiàn)的“白災(zāi)”使30萬頭受災(zāi)牲畜死亡，主要原因是由于飼料缺乏的饑餓所致，很顯然解決這個問題的有效措施就是為這些牧草缺乏或季節(jié)缺草的地區(qū)準(zhǔn)備充足的越冬飼草；另一方面我國草業(yè)發(fā)展帶有比較突出的地域性特點(diǎn)，牧草種植基地大多位于黃河流域及華北、西北，而牧草銷售市場多位于華東、華南的奶牛、肉牛飼養(yǎng)密集區(qū)。由于草場分布不均，部分地區(qū)因季節(jié)性牧草過剩得不到合適的處置而被廢棄，浪費(fèi)了資源，也污染了草原[3]。不僅如此，近年來隨著畜牧業(yè)的迅速發(fā)展，中國加入WTO，周邊的許多國家，像韓國、日本都是飼料資源短缺的國家，國際市場對牧草、秸稈等飼料的需求會大幅增加。加入WTO，我國資源成本相對較高的種植業(yè)面積可能會適當(dāng)減少，種植業(yè)比較效益下降將促使土地資源和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)向畜牧業(yè)、草業(yè)等方面調(diào)整，牧草生產(chǎn)和加工產(chǎn)業(yè)將面臨新的機(jī)遇。因此，加快我國的牧草、秸稈的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，能為我國增加出口創(chuàng)匯，成為國民經(jīng)濟(jì)大產(chǎn)業(yè)，這在發(fā)達(dá)國家如美國、加拿大等已得到證實(shí)[4]。
在牧草、秸稈等纖維物料的商品化生產(chǎn)過程中，首先遇到的問題是這些物料松散，容積密度小，收集、運(yùn)輸困難，運(yùn)輸時虧噸現(xiàn)象嚴(yán)重;這些物料無論在儲存還是運(yùn)輸時，都占用很大的空間，面臨嚴(yán)重的運(yùn)輸成本壓力。由此可見，把飼草打成高密度的草捆后儲存或運(yùn)輸，是降低飼草成本的重要步驟。也是使得牧草得到合理利用的有效途徑，既可解決牧草資源的分布不均而得不到合理利用的弊端，有可解決環(huán)境問題。據(jù)中國農(nóng)業(yè)大學(xué)成套設(shè)備所的實(shí)驗(yàn)設(shè)計，飼草打捆平均密度可以增大10倍左右，而運(yùn)輸成本可降低70%左右，可見飼草壓捆機(jī)的商業(yè)效益是十分顯著的[5]。牧草業(yè)也會因此有長足的發(fā)展。
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
1.2.1飼草壓縮理論的研究概況
壓縮理論是飼草料壓捆、壓餅、壓塊等機(jī)具設(shè)計的理論依據(jù)，具有重要的價值[6]。
1938年西德學(xué)者斯卡維特(Skalweit)首次開始研究纖維物料在壓縮過程中的壓縮機(jī)理。他通過在密閉容器內(nèi)以低速壓縮牧草，來研究壓縮力和壓縮后牧草容積密度之間的關(guān)系，并得出了如下壓縮力和壓縮后物料容積密度之間的規(guī)律：
(1—l)
式中： —壓縮力，(kg/cm)；
—壓縮后物料的密度，(kg/m)；
—初始壓縮力(kg/)；
: —物料的初始密度,( kg/m)；
m是試驗(yàn)系數(shù)。
1959年西德另一位學(xué)者麥威斯(Mewes )通過實(shí)驗(yàn)研究分析斯卡維特(Skalweit)所得出的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)分析研究，他對斯卡維特的結(jié)論給予肯定，同時，他認(rèn)為纖維物料在壓縮過程中壓縮力與物料的初始密度有關(guān)，并分別提出了在不同壓縮條件下壓縮力與物料密度之間的數(shù)學(xué)模型：
(1—2)
(1—3)
式中：—壓縮力，(kg/cm)；
—壓縮后物料的密度，(kg/m)；
—物料的初始密度，(kg/m)；
c和m均為試驗(yàn)系數(shù)。
1964年西德學(xué)者薩哈特(Sacht)利用小麥和燕麥秸稈以及苜蓿和牧草進(jìn)行試驗(yàn)研究，首次發(fā)現(xiàn)被壓縮物料的濕度對壓縮過程有很大的影響。通過實(shí)驗(yàn)研究，他認(rèn)為，斯卡維特的數(shù)學(xué)模型只有在壓力小于200N/cm時才成立，并提出如下數(shù)學(xué)表達(dá)式：
(l—4)
式中：—壓縮力，(kg/mm)；
—被壓縮物料的濕度；
—壓縮后物料的密度，(kg/m)；;
c和m均為試驗(yàn)系數(shù)，不同的物料具有不同的值。
該表達(dá)式只有在=15—55%之間成立，c和m的值如表1—1所示：
表1-1各種物料壓縮時的實(shí)驗(yàn)系數(shù)c和m值
壓力范圍
系數(shù)
小麥秸稈
89%干重
燕麥秸稈
88.5%干重
苜蓿
83.5%干重
牧草
86%干重
15-50N/cm
c
2.53
9.8
3.7
6.75
m
1.47
1.59
1.69
1.96
50-200 N/cm
c
2.87
1.56
1.78
8.55
m
1.89
2.35
2.64
2.73
50—60年代蘇聯(lián)學(xué)者對纖維物料的壓縮過程也進(jìn)行了很多研究，如奧索波夫(Osobov)通過實(shí)驗(yàn)和理論分析研究認(rèn)為，纖維物料在壓縮過程中壓縮力僅取決于被壓縮物料的初始密度和壓縮過程中的壓縮程度，在此基礎(chǔ)上提出：
(l—5)
式中： —壓縮后物料的密度，(kg/m)；
—物料的初始密度，(kg/m)；
c和a均為試驗(yàn)系數(shù)，表明草料的物理機(jī)械特性。
蘇聯(lián)的另一位學(xué)者赫拉帕奇(Hulapaqi)研究認(rèn)為，纖維物料在壓縮過程中壓縮力不僅與壓縮后壓縮物的壓縮程度有關(guān)，而且與壓縮過程中的壓縮速度以及物料的濕度有關(guān)。通過分析研究他提出了以下表達(dá)式：
P= (1—6)
式中： —物料的濕度系數(shù)；
=〔l0.02(w15.30)〕；
w—物料的濕度；
—壓縮過程中的壓縮速度影響系數(shù)；
；
—壓縮過程中當(dāng)前位置的壓縮速度；
—壓縮后物料的密度，(kg/m)；
—物料的硬度系數(shù)，對整齊的秸稈=1，對糾纏的=0.67，對牧草=0.58；
c和m均為試驗(yàn)系數(shù)一般取c=1.92，m=2.178。
該表達(dá)式雖然是在密閉容器內(nèi)實(shí)驗(yàn)得到的，但在開式壓捆室壓縮干物質(zhì)含量為85%的小麥秸稈的實(shí)驗(yàn)中得到了證實(shí)。多年來，此式一直被作為壓捆機(jī)設(shè)計的理論依據(jù)，它對壓捆機(jī)的設(shè)計在方向上有一定的意義，對于閉式壓縮有重要指導(dǎo)作用。[7]
蘇聯(lián)學(xué)者普斯特金(Pusteky)對纖維物料壓縮過程中被壓縮物料的壓縮量與壓縮力之間的關(guān)系進(jìn)行了分析和研究，他用窄板條壓縮未脫粒的小麥秸稈進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究得出了壓縮力與被壓縮物料壓縮量之間關(guān)系：
(1—7)
式中：—壓縮力，(kg/m)；
s—物料的初始厚度，(mm)；
x—對物料的壓縮量，(mm)；
A和b均是試驗(yàn)系數(shù)，對于牧草和苜蓿A=0.35kg/cm，b=0.375。
后來他又在密閉容器內(nèi)對麥秸進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，并得出麥秸在密閉容器內(nèi)壓縮時，壓縮力與壓縮量之間呈拋物線關(guān)系：
(1—8)
式中：p—壓縮力，(kg/m)；
x—對物料的壓縮量，(mm)；
A和n是試驗(yàn)系數(shù)。
此外，英國和美國等國的學(xué)者對不同纖維物料壓縮過程作了大量的研究試驗(yàn)和理論分析，如:1984年英國學(xué)者多佛而奇(0’Dogherty)和威來爾(Wheller)通過實(shí)驗(yàn)研究和理論分析，并根據(jù)壓縮過程中物料的容積密度范圍提出兩個模型：
(<400kg/m) (1—9)
() (1—10)
式中：—壓縮力，(kg/cm)；
—物料壓縮過程中的密度，(kg/m)；
n、m均是試驗(yàn)系數(shù)。
1987年英國學(xué)者法波若德(Faborode)和卡拉凡(O’Callaghan)在考慮了被壓縮纖維物料的初始密度后，提出如下的數(shù)學(xué)模型：
(l—11)
式中：—壓縮力(kg/cm)；
；
—物料在壓縮過程中的密度，(kg.m)；
—物料的初始密度，(kg/m)；
A、b均是試驗(yàn)系數(shù)。
他們對其進(jìn)一步推導(dǎo)：
令：A；
b ；
將公式(1—11)轉(zhuǎn)化成壓縮力與壓縮活塞位移之間的關(guān)系：
(1—12)
式中：—物料的初始松散模量；
—物料的臨界密度，(kg/m)；
s—壓縮活塞的位移，(mm)；
l—壓捆室長度，(mm)。[8]
1996年我國學(xué)者楊明韶等在真正的高密度牧草壓捆9KG—350上分階段對牧草在壓捆過程中的壓縮力、壓縮量和壓縮過程中的牧草的密度等進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并提出了它們之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式：
(1—13)
并在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出用高密度壓捆機(jī)對牧草進(jìn)行壓捆時，壓縮力與壓縮后牧草密度之間的關(guān)系式：
P= (1—14)
式中： P—壓縮力，(Mpa)；
—牧草的初始密度，(kg/m)；
—牧草壓縮過程中的密度，(kg/m)；
x—牧草的壓縮量(mm)；
A、B、b均是實(shí)驗(yàn)系數(shù)。[9]
縱觀國內(nèi)外學(xué)者對各種纖維物料壓縮過程所作的各種實(shí)驗(yàn)研究和理論分析，主要是從不同角度出發(fā)，采用不同的壓縮方式和條件對不同的纖維物料進(jìn)行試驗(yàn)和理論研究。歸納起來蘇聯(lián)和我國的學(xué)者主要是針對纖維物料壓捆過程進(jìn)行研究，英國、美國、加拿大的學(xué)者主要是針對纖維物料的壓塊和壓餅過程(密度很高)進(jìn)行研究，日本學(xué)者主要是針對粉體纖維物料的模壓成型進(jìn)行研究[10]。這些研究成果在解決壓縮力和壓縮程度之間的問題中發(fā)揮了極其重要的作用，對秸稈等纖維物料壓縮過程的理論分析，壓縮設(shè)備的設(shè)計和牧草壓縮生產(chǎn)過程研究起到了指導(dǎo)作用，提供了理論依據(jù)。本文就是以這些理論為依據(jù)，進(jìn)行了壓捆機(jī)的研究。
1.2.2國外壓捆機(jī)的發(fā)展概況
1870年美國人迪得里克(DederiC)研制出人類歷史上的第一臺機(jī)械式固定牧草壓捆機(jī)，被改進(jìn)完善后，在歐美一些國家得到廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)30年代初，小方捆壓捆機(jī)問世，50年代生產(chǎn)進(jìn)入高峰，保有量趨于飽和，當(dāng)時美國擁有撿拾壓捆機(jī)約70萬臺，90%以上的牧草采用撿拾壓捆工藝。60年代中期，圓草捆卷捆機(jī)誕生，70年代迅速發(fā)展，80年代方、圓捆機(jī)并行發(fā)展。近年來，歐美等發(fā)達(dá)國家的壓捆設(shè)備更成熟，結(jié)構(gòu)參數(shù)更合理，可靠性、生產(chǎn)率提高很快。國際著名的農(nóng)機(jī)生產(chǎn)商如美國紐荷蘭(NewHolland)、約翰迪爾(JohnDeere)、凱斯公司，英國福格森公司，韓國成元公司，意大利GALLIGNANI公司，德國威格公司和前進(jìn)公司的壓捆機(jī)都己系列生產(chǎn)，這些設(shè)備無論在機(jī)械結(jié)構(gòu)、動力配套、液壓系統(tǒng)還是控制系統(tǒng)設(shè)計方面都處理得很成功，一些新的設(shè)計理論、最新科研成果的應(yīng)用在這些機(jī)械上都有體現(xiàn)，例如在控制系統(tǒng)方面，單片機(jī)、可編程控制器(PLC)、工業(yè)控制機(jī)控制(工PC)等的自動控制手段都得到應(yīng)用。在一些發(fā)達(dá)國家，如美國等，牧草收獲己全部實(shí)行機(jī)械化，牧草已成為國民經(jīng)濟(jì)一大產(chǎn)業(yè)。[5][11]
1.2.3國內(nèi)的研究狀況
國內(nèi)壓捆機(jī)方面的研究報道不多，只有壓捆機(jī)生產(chǎn)或改進(jìn)方面的報道，但企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量低、可靠性差。我國50年代末開始生產(chǎn)畜力固定式捆草機(jī)，60年代初，在引進(jìn)、試驗(yàn)國外小方草捆揀拾壓捆機(jī)基礎(chǔ)上，開展了小方草捆無繩壓捆機(jī)的研究。70年代中期引進(jìn)、仿造了國外的方捆機(jī)并批量生產(chǎn)，70年代末開始仿制圓捆機(jī)。近幾年，隨著市場對高密度草捆和農(nóng)作物秸稈捆需求量的增加，國內(nèi)的一些科研院所和高校開始研制高密度的牧草和秸稈壓捆機(jī)，主要型式可分為機(jī)械式和液壓式[12]。
1.2.4發(fā)展趨勢
縱觀國內(nèi)外大中型企業(yè)及飼草收獲工藝的需要及研究，飼草壓捆機(jī)將向以下方向發(fā)展：
1．產(chǎn)品多樣化、系列化，以滿足不同用戶的需求。
2．采用新技術(shù)、新工藝，改進(jìn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品的使用性能和經(jīng)濟(jì)效率。電子計算機(jī)、液壓技術(shù)等的應(yīng)用將使機(jī)具的性能更先進(jìn)，操作更方便舒適。
3．?dāng)U大適用范圍，提高機(jī)具的利用率，將捆草范圍從干草擴(kuò)大到青飼料或農(nóng)作物秸稈。
4．增加草捆密度，降低功率消耗，提高壓捆機(jī)經(jīng)濟(jì)效益。
5．運(yùn)用現(xiàn)有的飼草壓縮理論設(shè)計主要結(jié)構(gòu)工作部件，以提高壓縮密度和減少功率消耗,使壓捆機(jī)效率更高，可靠性更大，性能更優(yōu)[2][13]。
1.3存在的問題
由于國內(nèi)壓捆機(jī)目前大多采用測繪或類比方法設(shè)計，在配套動力的確定，主要部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)、壓縮頻率和喂入量等工作參數(shù)的確定中很少有真正的理論依據(jù)，因而不可避免地存在配套動力不合理，壓縮設(shè)備功率消耗大、生產(chǎn)能力低等問題，而進(jìn)口機(jī)械不僅價格昂貴，而且有些不適宜我國的國情[5][8]。
1.4研究的目的和意義
由于我國的飼草壓捆技術(shù)設(shè)備與發(fā)達(dá)國家相比有很大差距，而且多為仿造產(chǎn)品，主要工作部件結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇不當(dāng)，生產(chǎn)規(guī)模較少，設(shè)備質(zhì)量欠佳，遠(yuǎn)不能滿足日益擴(kuò)大的國內(nèi)草產(chǎn)品生產(chǎn)加工設(shè)備市場的需要。提高國產(chǎn)壓捆機(jī)的質(zhì)量，無疑會對畜牧業(yè)發(fā)展起到革命性作用。雖然市場上國外產(chǎn)品質(zhì)量較好，但價格太高(例如黑龍江大慶農(nóng)場進(jìn)口的NewHolland公司生產(chǎn)的一款高密度壓捆機(jī)造價30萬美元)，不適合國內(nèi)的消費(fèi)水平，所以開發(fā)性能良好、自動化程度高而且價格適中的國產(chǎn)壓捆機(jī)將是我國飼草商品化生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一，對促進(jìn)飼草產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程會起到舉足輕重的作用[14]。
2牧草壓捆機(jī)的設(shè)計
2.1飼草壓縮理論研究
2.1.1飼草壓縮過程研究
飼草壓縮類型根據(jù)壓縮設(shè)備類型的特點(diǎn)可分為閉式壓縮和開式壓縮兩大類。閉式壓縮是指用一個柱塞對裝入一端封閉的壓模內(nèi)的農(nóng)業(yè)纖維物料進(jìn)行壓縮，使其成型并達(dá)到一定密度，然后取出被壓縮后的物料，捆扎成捆，完成一次壓縮過程，再裝入新物料再進(jìn)行壓縮的過程，這種壓縮過程接近于農(nóng)業(yè)粉狀纖維物料模壓成型的情況，這種壓縮型式很難實(shí)現(xiàn)自動化作業(yè)，有的液壓式高密度壓捆機(jī)屬于此種類型。開式壓縮是指用一個柱塞對壓捆室內(nèi)的農(nóng)業(yè)纖維物料進(jìn)行壓縮，克服壓捆室與物料間的摩擦力，推動物料向壓捆室出口方向移動，邊喂入邊壓縮，被壓縮后的物料隨壓縮過程的進(jìn)行逐漸被推出壓捆室。實(shí)際物料在大多數(shù)壓捆機(jī)的壓縮就屬于開式壓縮。先前的壓縮理論研究多是在密閉容器進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，多屬于閉式壓縮，其研究目的也多是為了指導(dǎo)壓捆機(jī)的設(shè)計，但現(xiàn)有壓捆機(jī)多是開式壓縮，開式壓縮和閉式壓縮差別很大，因而存在一定的誤差。為了壓捆機(jī)的發(fā)展，首先必須對開式壓縮進(jìn)行全面深入的研究，同時探索開式和閉式壓縮之間的異同，這無疑是壓縮研究的一個基本課題[15]。
(1)閉式壓縮是喂入一次壓縮一次，形成一個產(chǎn)品一般壓縮一次，卸料一次，是間斷性作業(yè)。產(chǎn)品壓成后在壓捆室內(nèi)并不移動，所以只消耗一次壓縮功率，每次壓縮之間沒有關(guān)系。
(2)開式壓縮也是喂入一次壓縮一次，一般要喂入和壓縮若干次才能形成一個產(chǎn)品。在壓捆室內(nèi)，壓縮一次形成一個草片;再喂入一次，再壓縮成一個草片，直到草片充滿壓捆室，然后再繼續(xù)喂入和壓縮，且每次壓縮所受的壓力不同。待若干草片的厚度達(dá)到草捆要求的長度時，進(jìn)行打捆。捆好的草捆從壓捆室出口處陸續(xù)排出。也就是說，產(chǎn)品要經(jīng)過整個壓捆室生成。因而，生產(chǎn)一個產(chǎn)品(按質(zhì)量計)所做的功要大于閉式壓縮。在壓捆室中，活塞壓縮物料的過程，可分為三個階段:第一階段，喂入1份物料，活塞從前極點(diǎn)向后移動，同物料接觸后，推移物料沿壓捆室移動，使其充滿壓捆室而不對物料進(jìn)行壓縮，此階段稱為充滿階段。第二階段，活塞繼續(xù)向后移動，開始壓縮物料，物料體積減少，密度增加，活塞面上的壓應(yīng)力增加，直到密度達(dá)到最大值，壓應(yīng)力也達(dá)到最大值。第三階段，活塞繼續(xù)向后移動，被壓縮物料也隨之向后移動，一直到另一個極點(diǎn)止。此階段，活塞上的壓應(yīng)力不再增加，物料密度也不再增加，稱之為移動階段。其簡圖如圖2-1所示：
圖2-1牧草壓縮過程示意圖
式中：G—每次飼草的喂入量，一般為2—4kg；
a、b—壓捆室截面的長和高，本設(shè)計中分別取為0.46m、0.36m；
S—活塞從開始壓縮到另—極點(diǎn)的距離；
S—活塞行程；
S—被壓縮物料達(dá)到最大密度后移動的距離；
—壓縮前物料的密度，對于牧草—般取30—50kg/m；
—壓縮達(dá)到的最大密度(kg/m),是壓捆機(jī)的重要指標(biāo)。[16]
2.1.2壓縮力的分析
1連桿曲柄2連桿3活塞5靜上刀片6保護(hù)罩殼7壓捆室板8側(cè)向進(jìn)草口9被驅(qū)動齒輪10驅(qū)動齒輪11—飛輪
F 曲柄上的水平方向壓縮力
F作用在曲柄上的合力
F沿曲柄軌跡切線方向的作用力
圖2-2壓縮機(jī)構(gòu)模型受力圖
小方捆壓捆機(jī)壓縮牧草時，其受力示意圖如圖2—2所示[17]。壓縮時，隨著活塞的移動，壓縮力的變化過程如圖2—3所示：
圖2-3壓縮時各力變化規(guī)律(以壓縮首楷為例)
如圖2—3所示，力F、F和Fs隨著曲柄轉(zhuǎn)角變化而發(fā)生變化的過程。曲線ab段表明在初始壓縮牧草時隨著壓縮量的增大三個力都增大了，在bc段上由于切削阻力引起壓縮力的進(jìn)一步增大，在大量牧草被切斷以后(這時約為145)阻力在ed段減少，接著由于活塞繼續(xù)壓縮的進(jìn)給運(yùn)動在de段引起壓縮力進(jìn)一步增大，一直達(dá)到最大值，隨著草捆的移動，壓縮力緊接著在ef段降低了。在到達(dá)最大值Pmax之前一小段時間距離活塞到達(dá)最大行程有一段距離S。在ef段為了降低活塞壓力，可以盡量減小摩擦系數(shù)，或者采用滾動摩擦可以減少功率消耗。曲線fg段表示壓縮草松馳階段，這是由于曲柄施加的力Fs改變方向造成的。當(dāng)曲柄進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)時，為了克服壓縮滑塊的加速度而產(chǎn)生一個反方向的力如gk段所示，變?yōu)檎膋l段是因?yàn)樵陂_始位置處制止反向運(yùn)動的滑塊而產(chǎn)生的正向阻力。力Fs是相反的(如gklm虛線所示)。[18]上述理論的研究具有重要的意義，本文以上述理論為指導(dǎo)，進(jìn)行了壓捆機(jī)的研究。
2.2壓捆機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.2.1壓捆機(jī)的結(jié)構(gòu)型式
壓捆機(jī)可根據(jù)以下原則分類：(1)動力源(2)草捆的形狀和尺寸(3)捆束材料。按動力源，壓捆機(jī)可由拖拉機(jī)拖動、動力輸出軸驅(qū)動、電機(jī)驅(qū)動和自我驅(qū)動等。拖拉機(jī)動力輸出軸驅(qū)動的壓捆機(jī)是最便宜的，也是最適用的，但需要性能優(yōu)良的拖拉機(jī)，以維持一個恒定的速度。
按工作方式，壓捆機(jī)可分固定式壓捆機(jī)和撿拾式壓捆機(jī)兩種，固定式壓捆機(jī)一般是用來將收獲好的干草二次壓制成高密度草捆后運(yùn)至其他缺草地區(qū)，適合于長距離運(yùn)輸。[12]
壓捆機(jī)根據(jù)壓成的草捆形狀，又可分為方捆活塞式壓捆機(jī)(如圖2—4)和圓捆卷壓式壓捆機(jī)(如圖2—5)。方捆活塞式壓捆機(jī)按活塞的運(yùn)動形式又有直線往復(fù)式和圓弧擺動式之分。
根據(jù)草捆密度，還可以分為高密度干草捆壓捆機(jī)、中密度干草捆壓捆機(jī)和低密度干草捆壓捆機(jī)。如圖2—6是現(xiàn)在常用的兩款高密度壓捆機(jī)。[19]本設(shè)計為以拖拉機(jī)為動力的方捆拾禾壓捆機(jī)小型壓捆機(jī)。
北京華聯(lián)CLASS小方捆打捆機(jī) 北京華聯(lián)CLASS大方捆打捆機(jī)
圖2-4 方捆打捆機(jī)
北京華聯(lián)ROLLANT 255打捆機(jī)
圖2-5 圓捆打捆機(jī)
圖2-6 高密度大型打捆機(jī)
2.2.2壓捆機(jī)的構(gòu)造和工作原理
壓捆機(jī)主要有撿拾器(移動式)、輸送喂入裝置、壓捆室、草捆密度調(diào)節(jié)裝置、草捆長度控制裝置、打捆裝置、曲柄連桿機(jī)構(gòu)(方捆機(jī)械式)、傳動機(jī)構(gòu)和牽引裝置等組成。壓捆機(jī)的成捆原理主要是用各種機(jī)械機(jī)構(gòu)來模擬人工捆束的工藝過程，完成對飼草的收集、壓實(shí)和打捆動作。工作時，草條連續(xù)地進(jìn)入輸送喂入裝置，輸送喂入裝置在活塞回行時，把飼草從側(cè)面喂入到壓捆室內(nèi)，在曲柄連桿機(jī)構(gòu)的作用下，活塞往復(fù)運(yùn)動，把壓捆室內(nèi)的飼草壓成草捆，活塞切刀將草層切斷，使各層能很好分開，壓好的草捆，被后面陸續(xù)成捆的草捆不斷地推向壓捆室出口。[20]
1）輸送喂入裝置
它的功能是將收集起來的飼草喂入到壓捆室內(nèi)。一個性能良好的輸送喂入裝置應(yīng)能滿足以下要求:(1)喂入均勻(2)在喂入口處不能堆積飼草，即單位時間的喂入量應(yīng)大于撿拾量或輸送量(3)喂入叉應(yīng)具備過載保護(hù)能力[13]。
輸送喂入裝置可分為以下三種:雙撥叉式、攪龍一撥叉式和單撥叉式。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2—7所示。
1撿拾器2傾斜輸送器3螺旋輸送器4喂入口5裝填器6柱塞7雙撥叉式輸送喂入裝置
8捆扎裝置9填草撥叉10草捆11飛輪12動力輸出軸
圖2-7方草捆撿拾壓捆機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
圖2—7(a)為頂部喂入式，撿拾器將干草撿拾后由縱向傾斜輸送器2向上輸送，并由橫向螺旋輸送器3送入壓捆室的頂部喂入口4，再由裝填器在柱塞回行時向下壓入壓捆室。圖(b)為采用雙撥叉式輸送喂入裝置的側(cè)面喂入式，撿拾器將干草撿拾后撥向后面，由雙撥叉式輸送喂入裝置7將干草從側(cè)面喂入壓捆室。圖(c)為采用螺旋輸送器的側(cè)面喂入式，撿拾器將干草撿拾后撥向后面，由橫向螺旋輸送器3作橫向輸送，再由填草撥叉9在活塞回行時將干草填入壓捆室[10]。本設(shè)計中采用實(shí)用的螺旋輸送器側(cè)面喂入式。
2）活塞和壓捆室
壓捆室是壓捆機(jī)的基礎(chǔ)部件，呈長方形，其斷面尺寸主要有360460mm，400460mm，460560mm，本設(shè)計采用常用的360460mm。由于活塞速率越高，其慣性力和速度越大，震動和摩擦越嚴(yán)重。為了改善滑動摩擦片式活塞的缺點(diǎn)，采用滾輪式活塞。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是沿著活塞的水平和垂直方向配置了若干個特制滾輪，當(dāng)活塞往復(fù)運(yùn)動時，滾輪沿著壓捆室的軌道滾動，使原來的滑動摩擦變成滾動摩擦，大大改善了活塞的工作性能[16]。
3）草捆密度調(diào)節(jié)裝置
由于不同飼草的特性不一樣，所以應(yīng)經(jīng)常調(diào)整草捆密度。草捆密度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)如圖2-8所示，上連接板鉸鏈連接安裝在壓捆室上蓋板的后端，橫梁焊接在上連接板上。旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)手柄，順時針方向旋轉(zhuǎn)時，上連接板相對于下連接板的傾斜度發(fā)生變化，使草捆密度增加，反之草捆密度降低。調(diào)整連接板不同傾角，從而獲得不同密度的草捆。
1橫梁2壓捆室側(cè)壁3上連接板4下連接板5調(diào)整彈簧6調(diào)節(jié)手柄 7絲杠
圖2-8草捆密度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)
4）壓縮機(jī)構(gòu)
壓縮機(jī)構(gòu)采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，由曲柄，連桿和柱塞組成。對于牽引式拾禾壓捆機(jī)，曲柄前常有一對圓錐齒輪和飛輪，飛輪軸由拖拉機(jī)動力輸出軸帶動。它的工作性能直接影響了飼草壓縮時的生物力學(xué)特性，它與輸送喂入叉相配合而做往復(fù)運(yùn)動。當(dāng)輸送喂入叉進(jìn)入壓捆室時，它后退到極限初始位置，而當(dāng)輸送喂入叉退出壓捆室時，它向前運(yùn)動從而將進(jìn)入的飼草壓縮成捆。設(shè)計中必須注意壓縮活塞與喂入叉的運(yùn)動關(guān)系，以免相撞而損壞。[15]
5）輸送喂入器
喂入叉用鋼板制成，強(qiáng)度高。在喂入叉和曲柄之間裝置上了帶有板彈簧的四桿機(jī)構(gòu)。過載時，喂入叉受到很大阻力，當(dāng)曲柄旋轉(zhuǎn)時板彈簧就在四桿機(jī)構(gòu)的作用下發(fā)生變形，喂入叉向后折。越過障礙后在板彈簧和四桿機(jī)構(gòu)的作用下喂入叉自動回位進(jìn)行下一次撥草動作。經(jīng)過3—5次工作行程，就可以消除堵塞。[13]
1.曲柄 2. 喂入叉 3. 彈簧
圖2-9 輸送喂入器
2.2.3飛輪
1）飛輪的功能
壓縮機(jī)構(gòu)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于生產(chǎn)阻力和原動力的周期性變化以及機(jī)構(gòu)構(gòu)件本身的慣性力的變化等因素引起轉(zhuǎn)矩的很大波動，所需的轉(zhuǎn)矩峰值也就非常高，而轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動機(jī)構(gòu)以等速或接近等速運(yùn)動所必須的，這就需要一個極大的電動機(jī)。然而主要由于損失和做外功的一個周期的平均轉(zhuǎn)矩，通常比轉(zhuǎn)矩峰值要小得多，因此應(yīng)采取措施減少動力消耗。減輕波動最簡單方便可行的方法是在系統(tǒng)中增加一個飛輪。飛輪的作用是當(dāng)壓捆機(jī)中的驅(qū)動功超過阻力功時，將多余的能量儲藏起來，使動能和瞬時速度增大;相反，當(dāng)阻力功超過驅(qū)動功時，又能將儲藏的能量釋放出來，補(bǔ)充驅(qū)動功的不足并使瞬時速度降低。因此飛輪可利用其較大的轉(zhuǎn)動慣量用其積蓄的動能來幫助克服尖峰負(fù)載，則減少原動機(jī)的所需功率，同時使機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的周期性速度波動幅度控制在允許的范圍內(nèi)。轉(zhuǎn)矩的很大變化表示存儲在運(yùn)動構(gòu)件內(nèi)動能的變化，可以認(rèn)為，轉(zhuǎn)矩的正波動表示主動件(電動機(jī))傳給機(jī)構(gòu)的能量并暫存儲在運(yùn)動構(gòu)件中，轉(zhuǎn)矩的負(fù)波動表示運(yùn)動構(gòu)件的能量返回給電動機(jī)。[10][21]
2）飛輪的大小
回轉(zhuǎn)系統(tǒng)動能為
E= (2—2)
式中:J—軸上所有回轉(zhuǎn)質(zhì)量的轉(zhuǎn)動慣量、機(jī)構(gòu)曲柄的轉(zhuǎn)動慣量以及飛輪的轉(zhuǎn)動慣量如方程式(2—2)所示，要想從飛輪中獲取能量，其唯一方法是降低它的速度，而速度升高使能量增加。因此，對于載荷所要求的能量是變化的情況，要得到軸的角速度為常數(shù)是不可能的，只能做到的是，提供一個J非常大的飛輪來使速度()減小。
機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動系數(shù)k定義為：
K= ( 2—3)
式中：
對機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻程度的要求，隨機(jī)械類型及工作性質(zhì)的不同而異，農(nóng)業(yè)機(jī)械其值一般在0.02—0.2之間選取，相當(dāng)于轉(zhuǎn)速可以在2%--20%之間波動，所選擇的值越小，則所需飛輪越大。大的飛輪將增加費(fèi)用并增加系統(tǒng)重量，而對提高運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性相對有好處，本文設(shè)計中取k=0.060。
假設(shè)飛輪安裝在等效構(gòu)件上，其轉(zhuǎn)動慣量為；與等效構(gòu)件有定速比的各構(gòu)件的等效轉(zhuǎn)動慣量為Jc；與等效構(gòu)件有變速比的各構(gòu)件的等效轉(zhuǎn)動慣量為Jv；則在等效構(gòu)件上安裝了飛輪的機(jī)械系統(tǒng)其等效轉(zhuǎn)動慣量為：
J=J+Je+Jv=J+J (2—4)
式中:J=Jc+Jv為除飛輪以外，機(jī)械系統(tǒng)其它運(yùn)動構(gòu)件的等效轉(zhuǎn)動慣量，它是機(jī)械位置的函數(shù)。
因?yàn)镴v與JF相比，比較小，為了簡化計算先略去不計，所以：
(2—5)
式中：△E—動能的變化；
[W]—最大盈虧功。
當(dāng)?shù)刃мD(zhuǎn)動慣量為常數(shù)時，它等于△W的最大值與最小值之差。為簡化計算，將相對較小的Jc略去，從而得：
J= (2—6)
式中： J—飛輪的轉(zhuǎn)動慣量，(kgm)；
n— 飛輪的轉(zhuǎn)速，(r/min)。
由式2—6得，飛輪應(yīng)安裝在高速軸上，因?yàn)镴與n成反比，轉(zhuǎn)速越高，J越小，飛輪的尺寸可以做得更小。一般飛輪的轉(zhuǎn)動慣量2—2.2kg.m,飛輪直徑為450—980mm,輪緣厚為27—80mm,飛輪的重量為70—140kg，飛輪轉(zhuǎn)速為280—750r/min。
2-10 飛輪結(jié)構(gòu)簡圖
飛輪采用如圖2—11所示的輻條式飛輪，由輪緣、輪幅和輪毅組成。
J = (2—7)
為簡化計算，假定輪緣的質(zhì)量集中在平均直徑D=的圓周上，則：
(2—8)
式中：Dl—飛輪的外徑，m；
D:—輪緣的內(nèi)徑，m。
本文設(shè)計中 取[W]=5000Nm，n=540r/min,則：
取 D=600mm,則飛輪質(zhì)量m=。
飛輪選擇材料HT200鑄造。[10][21]
2.2.4捆扎機(jī)構(gòu)
捆扎機(jī)構(gòu)是壓捆機(jī)的關(guān)鍵部件，其性能直接影響成捆率。捆繩機(jī)構(gòu)有采用軟繩和鐵絲兩種形式，它主要包括捆扎機(jī)構(gòu)控制器，供繩機(jī)構(gòu)和打結(jié)器。[21]
1）捆繩
捆繩有軟繩和鐵絲兩種，常用的軟繩有麻繩和塑料繩，軟繩需粗細(xì)均勻，光滑和柔軟。其直徑為2.5—3mm，拉斷力為700—1000N。采用鐵絲捆扎時，要求鐵絲直徑為1.8—2mm,抗拉強(qiáng)度為294—480MPa。
麻繩和鐵絲相比較，麻繩的有點(diǎn)是喂飼方便，對牲畜較安全，同時繩子的成本較低，因此目前以麻繩使用較廣[10]。本設(shè)計將采取麻繩為捆扎繩。采用鐵絲捆扎的壓捆機(jī)常用于長途運(yùn)輸或需多次裝運(yùn)，且草捆密度在200kg/m以上。
2）軟繩捆扎控制器(圖2—11)
用來控制草捆長度，捆扎控制器平時由控制桿抵住分離卡爪，使卡爪令一端滾輪不與主動盤的內(nèi)表面凸起接觸，主動盤空轉(zhuǎn)。隨著牧草向后移動，計量輪逆時針轉(zhuǎn)動，摩擦輪中間的滾輪借助于摩擦力帶起提升桿上升，提升桿下端開口進(jìn)入滾輪時，因?yàn)閺椈闪Φ淖饔檬沟锰嵘龡U左移，使控制桿下擺，脫離分離卡爪，卡爪左擺，卡爪令一端的滾輪與主動盤內(nèi)的凸起接觸，主動盤即可帶動從動盤和打結(jié)器軸，使捆扎機(jī)構(gòu)開始運(yùn)作。
當(dāng)控制桿和卡爪脫離時，與控制桿一體的杠桿與從動盤接觸，從動盤上的凸起部分又迫使杠桿右擺，使控制桿順時針轉(zhuǎn)動，回到原來位置，從動盤回轉(zhuǎn)一周后，分離卡爪又被控制桿抵住，從動盤和軸停轉(zhuǎn)，以后又重復(fù)此過程。
1 分離卡爪 2 彈簧 3 打結(jié)器軸 4 從動盤 5 主動盤 6 杠桿 7 控制桿 8 提升桿 9 限位板 10 計量輪 11 滾輪 12 摩擦輪 13 彈簧
圖2-11 捆扎控制器
草捆長度可由限位板進(jìn)行調(diào)整，順時針轉(zhuǎn)動限位板，可以使提升桿下落位置降低，草捆加長，壓捆機(jī)草捆調(diào)節(jié)最小長度為300—800mm，最大草捆長度為800—1300mm。[21]
3）供繩機(jī)構(gòu)
供繩機(jī)構(gòu)用來將繩纏繞草捆，并將繩送入打結(jié)器打結(jié)。
圖2--12為9KJ—1.4壓捆機(jī)的供繩機(jī)構(gòu)，
它由驅(qū)動鏈輪，曲柄，連桿，穿針和導(dǎo)繩器組成。打捆前，捆繩從繩箱出來，通過壓緊器和導(dǎo)繩器的孔，從穿針孔中穿出，最后夾在打結(jié)器的夾繩盤缺口內(nèi)，當(dāng)草捆達(dá)到預(yù)定長度時，離合器結(jié)合，打結(jié)器軸旋轉(zhuǎn)，周上帶動連桿和管架運(yùn)動，使穿針向上運(yùn)動繞過草捆，將捆繩送到夾繩盤缺口與令一捆繩端并齊，由打結(jié)器打結(jié)并割斷，穿針開始下降，這時捆繩一端留在夾繩盤缺口內(nèi)，為下次打結(jié)做準(zhǔn)備。[21]
4） 打結(jié)器
打結(jié)器用來打結(jié)，切斷捆繩，并夾住下一草捆捆繩的一端。軟繩打結(jié)器有“迪爾鈴Deering”系統(tǒng)(簡稱D)打結(jié)器和“考米克Cormic”系統(tǒng)(簡稱C)打結(jié)器。
1 驅(qū)動鏈輪 2 曲柄 3 連桿 4 管架 5 穿針 6 捆繩 7 導(dǎo)繩器
圖2-12 軟繩供繩機(jī)構(gòu)
D型打結(jié)器由打結(jié)嘴，夾繩器。脫繩桿，割繩刀，復(fù)合齒盤，夾繩器驅(qū)動盤和架體等組成。當(dāng)壓捆室內(nèi)牧草達(dá)到預(yù)定長度打捆機(jī)構(gòu)控制器使打結(jié)器開始工作。打捆結(jié)扣的程序是：1． 搭繩：穿針向上運(yùn)動，將捆繩搭在打結(jié)器嘴上表面，與原來的繩兩股合在一起。2． 夾繩：當(dāng)穿針上升接近上止點(diǎn)時，捆繩已被送到夾繩器缺口內(nèi)，這時夾繩器開始運(yùn)轉(zhuǎn)，將繩夾緊。3． 繞環(huán)：夾繩器尚未停止運(yùn)轉(zhuǎn)時，打結(jié)器嘴開始轉(zhuǎn)動，將兩股繩繞成繩環(huán)。4． 張嘴：打結(jié)嘴轉(zhuǎn)動到3/4圈，打結(jié)嘴完全張開，兩股繩夾在上下鄂之間。5． 閉合：打結(jié)嘴轉(zhuǎn)動將近結(jié)束時，上下鄂閉合，將兩股繩夾住。6． 拉緊：當(dāng)打結(jié)嘴上下鄂閉合后，脫繩桿開始動作，套在打結(jié)嘴是的繩環(huán)逐漸被拉緊。7． 割繩：繩環(huán)被拉緊到一定程度，脫繩桿繼續(xù)往前擺動，固定在脫繩桿上的割繩刀將捆繩割斷。8． 脫口：脫繩桿繼續(xù)往前運(yùn)動，他將繩環(huán)從打結(jié)嘴上摘下，套在上下鄂間夾住的繩端上，形成打結(jié)器并從打結(jié)嘴上脫下。
C型打結(jié)器沒有脫繩桿，用蹄塊式夾繩器來代替盤式夾繩器，打結(jié)嘴結(jié)構(gòu)較大。當(dāng)控制器結(jié)合打捆機(jī)構(gòu)后，打捆機(jī)構(gòu)開始工作，打捆過程的程序是：1． 送繩和撥繩：穿針向上運(yùn)動，將捆繩經(jīng)過的導(dǎo)繩板鼻端和打結(jié)嘴前側(cè)，送入夾繩器的導(dǎo)繩鉤，撥繩板開始向內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動，將捆繩撥向?qū)ЮK板鼻端前側(cè)。使靠草捆的捆繩不致松開。2． 松繩：在打結(jié)嘴轉(zhuǎn)動的同時，夾繩器上的蹄塊彈簧壓力減小而松出一段繩子。3． 繞繩和抓繩：打結(jié)嘴轉(zhuǎn)動將捆繩繞一圈后，順下卡爪的邊緣進(jìn)入下卡爪間而被抓住。4． 進(jìn)繩和割繩：當(dāng)打結(jié)嘴轉(zhuǎn)動3/8圈時，夾繩器開始運(yùn)轉(zhuǎn)，捆繩逐漸進(jìn)入上下蹄塊之間，之后下蹄塊繼續(xù)轉(zhuǎn)動半周多，捆繩在蹄塊之間有一定的長度，從而保證了足夠的壓緊力。當(dāng)夾繩器轉(zhuǎn)動5/8圈時打結(jié)嘴轉(zhuǎn)完一圈，捆繩夾在上下卡爪之間，有夾繩器導(dǎo)繩器勾根部下側(cè)的割繩刀割斷夾繩。5． 回位：在夾繩器開始運(yùn)轉(zhuǎn)時，打捆針開始下降。穿針將捆繩從夾繩器，經(jīng)過打結(jié)嘴前側(cè)，導(dǎo)繩板鼻端，壓捆室腔體引向壓捆室下面，為下個草捆的形成做準(zhǔn)備。6．脫扣：當(dāng)柱塞開始下一壓縮行程，草捆被推向壓捆室的后方，繞在打結(jié)嘴上的捆繩圈被拉下和拉緊成繩結(jié)。此時，被卡爪端勾住的捆繩從繩圈種抽出一部分又形成一個繩圈，該繩圈仍掛卡爪端勾內(nèi)，直至草捆后移的拉力克服卡爪的壓緊力，才將繩套拉出。[10][14]
將兩種打結(jié)器進(jìn)行比較，D型打結(jié)器的繩結(jié)不很穩(wěn)定，捆繩所受拉力較大，但草捆密度比較大。C型打結(jié)器繩結(jié)較緊，捆繩所受拉力較小，但草捆密度有所下降，從機(jī)構(gòu)看，C型打結(jié)器機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，對制造調(diào)整要求很高。綜考慮兩種打結(jié)器的優(yōu)缺點(diǎn)，本設(shè)計中采用D型打結(jié)器。
2.2.5主要技術(shù)參數(shù)的確定
１）活塞往復(fù)壓縮頻率
生產(chǎn)率計算公式為：
Q=0.06nq (t/h) (2—9)
式中: q—喂入量，即壓縮1次物料的量，(kg)；
n—曲柄轉(zhuǎn)速，即每分鐘壓縮次數(shù)。
由公式2—9得，為了提高生產(chǎn)率，可加大壓縮頻率。但是，加大壓縮頻率產(chǎn)生了許多新問題。第一，由于壓縮頻率加大，其消耗功率急劇上升，原因是慣性力急劇增加，其消耗功率增加的比率大于生產(chǎn)率提高的比率。第二，壓捆機(jī)動力不平衡問題更加突出。壓縮過程中，壓縮力隨位移急劇增加。
壓縮回程時，阻力又很小(主要是慣性力、空程摩擦力)，在此基礎(chǔ)上，較大幅度提高壓縮頻率(速度)，顯然使功率不平衡的問題更嚴(yán)重了。第三，壓捆機(jī)沖擊力更大。壓縮終了，壓縮力達(dá)到最大值。例如，在9KG—350壓捆機(jī)上壓縮密度r=350kg/m，其最大壓縮力約230kN，加大壓縮速度，沖擊力更大，故障更多，容易損壞，機(jī)構(gòu)更龐大，生產(chǎn)很不安全，這些問題已在機(jī)械傳動式高密度捆草機(jī)上充分暴露出來了。理論和實(shí)踐都證明:壓縮后單元體應(yīng)力若松弛得快(物料壓縮松馳時間T小)，即應(yīng)力很快松弛到很小值，此時再壓縮第2次，其壓縮效果就好(好像很軟)。如果應(yīng)力松弛很慢(T很大)，緊接著壓縮第2次，壓縮效果就差(好像很硬)。據(jù)此，要獲得好的壓縮效果應(yīng)選擇在其應(yīng)力松弛到一定程度后再壓縮下一次，也可以說壓縮1次的時間(頻率)一般應(yīng)該大于壓縮產(chǎn)品的松弛時間T，而壓縮產(chǎn)品松弛時間T與其物料特性及壓縮工藝條件等有關(guān)。所以，壓縮工程的壓縮頻率是由壓縮工程內(nèi)部因素決定的，不能隨意選取?？梢?，用加大壓縮頻率作為提高生產(chǎn)率的方法不可取。因此壓縮頻率應(yīng)選小，一般壓捆機(jī)的曲柄轉(zhuǎn)速為60—80r/min，近些年來有的機(jī)型已提高到80—105r/min,本設(shè)計中取n=60r/min[15]。現(xiàn)有的拾禾壓捆機(jī)的生產(chǎn)率一般為5—20t/h。
2）壓捆室斷面和草捆輸出倉
壓捆室斷面決定了草捆的尺寸和質(zhì)量。因此可以根據(jù)要求的草捆來確定。最小的壓捆室斷面為310mmmm,草捆質(zhì)量在20kg以下，中等的 壓捆室斷面為360mm,草捆質(zhì)量在30kg以下，大型的壓捆室斷面410mm，草捆質(zhì)量在50kg以下。壓縮產(chǎn)品永久變形部分愈大，應(yīng)該說釋放張力愈小;彈性變形愈大，即時恢復(fù)張(沖)力愈大;蠕變部分恢復(fù)速率愈小，張(沖)力就愈小。因此，草捆在壓捆室內(nèi)時間越長，張(沖)力就越小。因此，壓捆室出倉口長度選擇l=1.5m。壓捆室斷面尺寸取常用的360mm460mm。[21]
3）輸送喂入裝置參數(shù)
由公式2—9推導(dǎo)出，為提高工作效率，還可以加大喂入量G。理論和實(shí)踐證明，存在一個臨界喂入量，在喂入量小于臨界喂入量時，隨喂入量增加，壓縮力、功和功率上升，而當(dāng)喂入量超過臨界喂入量時，隨喂入量增加，其壓縮力、功和功率反而下降，且不同物料其臨界喂入量不同。初步試驗(yàn)看出，苜蓿、麥秸和干草的臨界喂入量都遠(yuǎn)大于目前壓捆機(jī)的喂入量，因而在壓縮工程設(shè)計中，可以加大喂入量(大于臨界喂入量)，生產(chǎn)率提高，而且壓縮力、功和功耗還下降。這是提高壓縮工程生產(chǎn)率的一個理想的辦法[15]。因此，取喂入量G=3kg。而喂入口長度1則等于：
(2—10)
式中：G—活塞往復(fù)—次的飼草喂入量，(kg)；
a,b—壓捆室斷面的高和寬，(m)；
—牧草送入壓捆室時的容重，常取為50—60kg/m[20]。
本設(shè)計中，取a=0.46m，b=0.36m，
所以 。
取1=0.50m。
4）活塞行程
活塞行程應(yīng)比喂入口長度大25%--35%，
S=(1.25—1.35)l=(0.625—0.675)m。
綜合考慮，取S=0.70m，即活塞半徑R=0.35m。[16]
5）生產(chǎn)率Q
Q=0.06nG
式中:G——喂入量，即壓縮1次物料的量，(kg);
n—壓縮頻率，即每分鐘壓縮次數(shù)。[20]
綜上所述，G=3kg，n=60r/min，
所以，理論上Q=0.061.8(t/h)。
3.選擇電動機(jī)
3.1選擇電動機(jī)的類型
按工作要求和條件，選用三相籠型異步電動機(jī)，封閉式結(jié)構(gòu)，電壓380V，Y型。
3.1.1 選擇電動機(jī)的容量
電動機(jī)所需工作功率按文獻(xiàn)4式（1）為
由文獻(xiàn)4公式（2）
因此
估算由電動機(jī)至運(yùn)輸帶的傳動的總效率為
為聯(lián)軸器的傳動效率根據(jù)設(shè)計指導(dǎo)書參考表1初選
為蝸桿傳動的傳動效率
為軸承的傳動效率出處
為卷筒的傳動效率出處
3.1.2確定電動機(jī)的轉(zhuǎn)速
由已知可以計算出卷筒的轉(zhuǎn)速為
按文獻(xiàn)4表1推薦的合理范圍，蝸桿傳動選擇為閉式 （閉式為減速器的結(jié)構(gòu)形式），且選擇采用雙頭傳動，同時可以在此表中查得這樣的傳動機(jī)構(gòu)的傳動比是10—40。
故可推算出電動機(jī)的轉(zhuǎn)速的可選范圍為：
符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速為：查文獻(xiàn)3第167頁表12-1可知
根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，由文獻(xiàn)4表一查出的電動機(jī)型號，因此有以下三種傳動比選擇方案，如下表：
方案
電動機(jī)型號
額定功率
滿載轉(zhuǎn)速
電動機(jī)質(zhì)量
參考價格①
1
Y160M-6
7.5
970
119
500
2
Y132M-4
7.5
1440
81
352
3
Y160M-8
7.5
720
145
596
綜合考慮電動機(jī)和傳動裝置的尺寸，質(zhì)量，價格以及傳動比，可見第三種方案比較合適，因此選定電動機(jī)的型號是Y132M-4。
其主要性能如下表
型號
額定功率
滿載轉(zhuǎn)速
最大轉(zhuǎn)矩\額定轉(zhuǎn)矩
Y132M-4
7.5
1440
2.3
該電動機(jī)的主要外型和安裝尺寸如下表：（裝配尺寸圖參考設(shè)計手冊表12-3）
中心高
H
外形尺寸
地腳安裝尺寸
地腳螺栓孔直徑
軸伸尺寸
裝鍵部位尺寸
132
515×（270/2+210）×315
216×178
12
38×80
10×33
3.1.3確定總的傳動比
由 選定的電動機(jī)滿載轉(zhuǎn)速nm 和工作機(jī)的主軸的轉(zhuǎn)速 n，可得傳動裝置的總的傳動比是：
根據(jù)總傳動比可以選用雙頭閉式傳動。
3.2計算傳動裝置運(yùn)動和動力參數(shù)
3.2.1計算各軸的轉(zhuǎn)速
為蝸桿的轉(zhuǎn)速，因?yàn)楹碗妱訖C(jī)用聯(lián)軸器連在一起，其轉(zhuǎn)速等于電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。
為蝸輪的轉(zhuǎn)速，由于和工作機(jī)聯(lián)在一起，其轉(zhuǎn)速等于工作主軸的轉(zhuǎn)速。
3.2.2計算各軸的輸入功率
為電動機(jī)的功率
為蝸桿軸的功率
為蝸輪軸的功率
3.2.3 計算各軸的轉(zhuǎn)矩
為電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩
為蝸桿軸上的轉(zhuǎn)矩
3.3確定蝸輪蝸桿的尺寸
3.3.1選擇材料確定其許用應(yīng)力
蝸桿用45號鋼，表面淬火，硬度為45 ～55HRC；蝸輪用鑄錫青銅ZCuSn10P1，金屬型鑄造。
3.3.2 確定其許用應(yīng)力
（1）許用接觸應(yīng)力，查文獻(xiàn)1表12-4，[]=220Mpa
（2）許用彎曲應(yīng)力，查文獻(xiàn)1表12-4，[]=70Mpa
3.3.3選擇蝸桿頭數(shù)，并估計傳動效率。
由i=30.89,查文獻(xiàn)2表11-2得
由=2，查文獻(xiàn)1，表12-8，估計
3.3.4確定蝸輪轉(zhuǎn)距
3.3.5確定使用系數(shù)，綜合彈性系數(shù)
根據(jù)文獻(xiàn)1表13-8，?。ㄤ撆溴a青銅）
3.3.6確定接觸系數(shù)
假定，由文獻(xiàn)1圖12-11，得=2.8
3.3.7計算中心距
3.3.8 確定模數(shù)m，蝸桿直徑系數(shù)q，蝸桿導(dǎo)程角r，中心距a，蝸桿分度圓直徑等參數(shù)。
查機(jī)械設(shè)計第八版表11-2可選擇
a=125mm m=5mm =50mm
x=-0.5
3.3.9 計算蝸輪和蝸桿的主要參數(shù)與幾何尺寸
⑴ 蝸桿
軸向齒距 mm
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
蝸桿軸向齒厚
節(jié)圓直徑
⑵ 蝸輪
蝸輪齒數(shù)=41，變位系數(shù)=-0.5
蝸輪分度圓直徑
蝸輪齒頂圓直徑
蝸輪齒根圓直徑
蝸輪咽喉母圓直徑
外圓直徑
蝸輪齒寬
B=0.75
3.4 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
選取當(dāng)量系數(shù)
根據(jù)變位系數(shù)=-0.5，=43.48
從文獻(xiàn)1中的圖11-19中查得齒形系數(shù)為 =2.87。
螺旋角系數(shù) =
許用彎曲應(yīng)力 =
從文獻(xiàn)1表11-8中查得由鑄錫磷青銅制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力為
′=56Mpa。
壽命系數(shù)為
==
=＜
由此可見彎曲強(qiáng)度是可以滿足的。
3.5蝸桿傳動的熱平衡核算
蝸桿傳動的效率低，工作時發(fā)熱量大。在閉式傳動中，產(chǎn)生的熱不能及時散逸，將因油熱不斷升高而使?jié)櫥拖♂?，從而增大摩擦，甚至發(fā)生膠合。必須進(jìn)行熱平衡計算，以保證油溫穩(wěn)處于規(guī)定的范圍內(nèi)。
摩擦損耗的功率
產(chǎn)生的熱流量為
又已知P=6.65KW
——嚙合摩擦產(chǎn)生的熱量損耗效率
（為蝸桿分度圓上的導(dǎo)程角）
——軸承摩擦產(chǎn)生的熱量損耗效率
——濺油損耗效率
為當(dāng)量摩擦角，其值可根據(jù)滑動速度由表11-18和1-19中選取。
滑動速度計算為
又由于蝸輪是有鑄錫磷青銅制造的且硬度≥45HRC
查表文獻(xiàn)2，11-18可得通過插入法計算得為1°16’
由于軸承摩擦及濺油這兩項功率損耗不大，一般取為0.95—0.96則總效率為
=（0.95- -0.96）=0.85
以自然冷卻的方式從箱體外壁散發(fā)到周圍空氣中的熱流量為
αd為箱體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù),空氣流通好,取為15
S為內(nèi)表面能被潤滑油濺到的,而外表面又可為周圍空氣冷卻的箱體表面面積根據(jù)已知估算此面積1.0
S為內(nèi)表面能被潤滑油所飛濺到，外表面又可以為周圍空氣所冷卻的箱體表面面積。
設(shè)為正常工作的油溫為65℃
為周圍空氣的溫度常取為20℃
計算可得
根據(jù)熱平衡條件，φ1=φ2
在一定的條件下保持工作溫度所需的散熱面積為
、
即
所以表面散熱面積不滿足散熱要求，需加大于0.06的散熱片
3.6蝸桿軸的設(shè)計
由于蝸桿直徑很小，可以將蝸桿和蝸桿軸做成一體，即做成蝸桿軸。
3.6.1 蝸桿上的轉(zhuǎn)矩T1=23.94N·m
3.6.2 求作用在蝸桿及蝸輪上的力
圓周力
軸向力
徑向力
圓周力徑向力以及軸向力的作用方向如圖所示
3.6.3 初步確定軸的最小直徑
按文獻(xiàn)2表15-3，初步估算蝸桿的最小直徑，選取的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，HBS（217～255），=（103～126）取=110，
則
蝸桿軸的最小直徑顯然是要安裝聯(lián)軸器處軸的直徑，為了使所選的軸的直徑d與聯(lián)軸器的孔相適應(yīng)，故需同時選取聯(lián)軸器型號.。
聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩,查文獻(xiàn)2中的表14-1，考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小，故取Ka =1.3，則有：
按照計算轉(zhuǎn)矩Tca應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查標(biāo)準(zhǔn)GB\T5014-1985或文獻(xiàn)３，選用TL 6型聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為250。許用轉(zhuǎn)速4600r/min，聯(lián)軸器的尺寸為d=32～42mm,L=82～112mm。
3.7 蝸桿軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
⑴擬定蝸桿上零件的裝配方案
蝸桿是直接和軸做成一體的，左軸承及軸承端蓋從左面裝，右軸承及右端蓋從右面裝。
⑵根據(jù)軸向和周向定位要求，確定各段直徑和長度，軸徑最小d =30mm，
B=（12.5+0.1）m+30=113mm
蝸桿齒寬B計算選為113mm。其余部分尺寸見下圖：
3.8 軸的校核
（1）垂直面的支承反力（圖b）
（2）水平面的支承反力（圖c）
（3）繪垂直面的彎矩圖（圖b）
（4）繪水平面的彎矩圖（圖c）
（5）求合成彎矩（圖d）
（6）該軸所受扭矩為 T=42.98N.mm
（7）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
根據(jù)文獻(xiàn)1式（15-5）及以上數(shù)據(jù)，并取α=0.6，軸的計算應(yīng)力
前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)2表15-1查得。因此<，故安全。
8）由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度很寬裕地確定的，由蝸桿軸受力情況知截面C處應(yīng)力最大，但其軸徑也較大，且應(yīng)力集中不大，各處應(yīng)力集中都不大，故蝸桿軸疲勞強(qiáng)度不必校核。
3.9蝸輪軸的設(shè)計和計算
3.9.1 計算最小軸徑：
按文獻(xiàn)1中的式15-3初步估算蝸桿的最小直徑，選取的材料為45#鋼，調(diào)質(zhì)處理，根據(jù)文獻(xiàn)1中的表15-3，取=110，
則
3.9.2選聯(lián)軸器：
聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩Tca=Ka .T3,查文獻(xiàn)1中的表14-1，考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小，
故取Ka =1.3則有：
按照計算轉(zhuǎn)矩Tca應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查文獻(xiàn)３表8-7，選用HL8型彈性套柱銷聯(lián)軸器 其公稱轉(zhuǎn)矩為710N.m
半聯(lián)軸器的軸徑 d1取45~63mm
半聯(lián)軸器的長度 L取112mm
所以選軸伸直徑為50mm。
3.9.3 初選滾動軸承：
據(jù)軸
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