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輥筒直徑200mm,長(zhǎng)度為1760mm;
33排齒,齒長(zhǎng)150mm
塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書
學(xué)院: 機(jī)械電氣化工程學(xué)院 班級(jí): 機(jī)械12-1
學(xué)生姓名: 楊晨 學(xué)號(hào):8011208102
課題名稱:牧草打捆機(jī)的設(shè)計(jì)
起止時(shí)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(jì)以牧草打捆機(jī)為研究對(duì)象,從整合知識(shí)結(jié)構(gòu)的角度出發(fā),利用已學(xué)過(guò)的知識(shí),進(jìn)行分析計(jì)算,實(shí)現(xiàn)拾禾和壓捆在同一個(gè)機(jī)器上同時(shí)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(jì)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(gè)部件工作過(guò)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(kāi)始查閱資料,完成開(kāi)題報(bào)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(jì)算數(shù)據(jù)面設(shè)計(jì)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(jì)論文,準(zhǔn)備答辯材料。
第14周:遞交畢業(yè)設(shè)計(jì)材料,完成PPT,進(jìn)行答辯,
主要參考文獻(xiàn):
[1] 韓魯佳等.中國(guó)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(bào),2002,5(3):2-3
[2] 李大鵬,劉向陽(yáng)飼草產(chǎn)業(yè)化與打捆機(jī)的開(kāi)發(fā)[J].飼料廣角,2002(15):10-12
[3] 楊學(xué)軍,李長(zhǎng)榮.中國(guó)飼草打捆機(jī)市場(chǎng)分析與預(yù)測(cè)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械,2002,5:15
[4] 候向陽(yáng),萬(wàn)里強(qiáng).加入WTO與我國(guó)草業(yè)發(fā)展[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào),2002,4(1):5-6
[5] 王娜娜,王國(guó)通,楊炳南,呂黃珍,陳月峰.國(guó)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(guó)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(gè)主要問(wèn)題分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),1997,9(13):56
[10] 楊明韶.壓捆機(jī)設(shè)計(jì)與發(fā)展中的幾個(gè)問(wèn)題[J].畜牧機(jī)械,1984,4:121
[11] 姚維禎.畜牧機(jī)械[M].中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,1994,12:69
[12] 牧草收獲機(jī)械[M].中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,1998:1-2
[13] 中國(guó)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(jì)手冊(cè),下冊(cè)[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(wèn),2009,4:144
[15] 鄭鋼,吳慧敏.國(guó)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(guó).牧草壓捆機(jī)設(shè)計(jì)[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(jì)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(jì)開(kāi)題報(bào)告
1.本課題的來(lái)源及研究目的和意義:
我國(guó)地域廣袤,而且作為農(nóng)業(yè)大國(guó),有著先天獨(dú)厚的發(fā)展畜牧業(yè)的條件。我國(guó)草原遼闊,類型繁多,資源豐富,是巨大的天然寶藏。由于我國(guó)的飼草壓捆技術(shù)設(shè)備與發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)內(nèi)草產(chǎn)品生產(chǎn)加工設(shè)備市場(chǎng)的需要。提高國(guó)產(chǎn)壓捆機(jī)的質(zhì)量,無(wú)疑會(huì)對(duì)畜牧業(yè)發(fā)展起到革命性作用。雖然市場(chǎng)上國(guó)外產(chǎn)品質(zhì)量較好,但價(jià)格太高(例如黑龍江大慶農(nóng)場(chǎng)進(jìn)口的NewHolland公司生產(chǎn)的一款高密度壓捆機(jī)造價(jià)30萬(wàn)美元),不適合國(guó)內(nèi)的消費(fèi)水平,所以開(kāi)發(fā)性能良好、自動(dòng)化程度高而且價(jià)格適中的國(guó)產(chǎn)壓捆機(jī)將是我國(guó)飼草商品化生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一,對(duì)促進(jìn)飼草產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程會(huì)起到舉足輕重的作用。
2.本課題所涉及的問(wèn)題在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀以及分析:
國(guó)外壓捆機(jī)的發(fā)展概況
1870年美國(guó)人迪得里克(DederiC)研制出人類歷史上的第一臺(tái)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(guó)家得到廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)30年代初,小方捆壓捆機(jī)問(wèn)世,50年代生產(chǎn)進(jìn)入高峰,保有量趨于飽和,當(dāng)時(shí)美國(guó)擁有撿拾壓捆機(jī)約70萬(wàn)臺(tái),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(lái),歐美等發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)際著名的農(nóng)機(jī)生產(chǎn)商如美國(guó)紐荷蘭(NewHolland)、約翰迪爾(JohnDeere)、凱斯公司,英國(guó)福格森公司,韓國(guó)成元公司,意大利GALLIGNANI公司,德國(guó)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(wú)論在機(jī)械結(jié)構(gòu)、動(dòng)力配套、液壓系統(tǒng)還是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面都處理得很成功,一些新的設(shè)計(jì)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(dòng)控制手段都得到應(yīng)用。在一些發(fā)達(dá)國(guó)家,如美國(guó)等,牧草收獲己全部實(shí)行機(jī)械化,牧草已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)一大產(chǎn)業(yè)。[5][11]
國(guó)內(nèi)的研究狀況
國(guó)內(nèi)壓捆機(jī)方面的研究報(bào)道不多,只有壓捆機(jī)生產(chǎn)或改進(jìn)方面的報(bào)道,但企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量低、可靠性差。我國(guó)50年代末開(kāi)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(guó)外小方草捆揀拾壓捆機(jī)基礎(chǔ)上,開(kāi)展了小方草捆無(wú)繩壓捆機(jī)的研究。70年代中期引進(jìn)、仿造了國(guó)外的方捆機(jī)并批量生產(chǎn),70年代末開(kāi)始仿制圓捆機(jī)。近幾年,隨著市場(chǎng)對(duì)高密度草捆和農(nóng)作物秸稈捆需求量的增加,國(guó)內(nèi)的一些科研院所和高校開(kāi)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(duì)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(jì)以牧草打捆機(jī)為研究對(duì)象,從整合知識(shí)結(jié)構(gòu)的角度出發(fā),利用已學(xué)過(guò)的知識(shí),進(jìn)行分析計(jì)算,實(shí)現(xiàn)拾禾和壓捆在同一個(gè)機(jī)器上同時(shí)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(jì)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(gè)部件工作過(guò)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(guó)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(jì)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(jì)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(guó)內(nèi)存在的問(wèn)題:
由于國(guó)內(nèi)壓捆機(jī)目前大多采用測(cè)繪或類比方法設(shè)計(jì),在配套動(dòng)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(dòng)力不合理,壓縮設(shè)備功率消耗大、生產(chǎn)能力低等問(wèn)題,而進(jìn)口機(jī)械不僅價(jià)格昂貴,而且有些不適宜我國(guó)的國(guó)情。
4.本課題所需要重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問(wèn)題以及解決思路:
4.1重點(diǎn)研究問(wèn)題:
撿拾式壓捆機(jī)的工作原理和設(shè)計(jì),開(kāi)式壓捆機(jī)和閉式壓捆機(jī)的區(qū)別,以及國(guó)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(gè)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(dòng),所以只消耗一次壓縮功率,每次壓縮之間沒(méi)有關(guān)系。
(2)開(kāi)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(gè)產(chǎn)品。在壓捆室內(nèi),壓縮一次形成一個(gè)草片;再喂入一次,再壓縮成一個(gè)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(zhǎng)度時(shí),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(shuō),產(chǎn)品要經(jīng)過(guò)整個(gè)壓捆室生成。因而,生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn)品(按質(zhì)量計(jì))所做的功要大于閉式壓縮。在壓捆室中,活塞壓縮物料的過(guò)程,可分為三個(gè)階段:第一階段,喂入1份物料,活塞從前極點(diǎn)向后移動(dòng),同物料接觸后,推移物料沿壓捆室移動(dòng),使其充滿壓捆室而不對(duì)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(dòng),開(kāi)始?jí)嚎s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(dòng),被壓縮物料也隨之向后移動(dòng),一直到另一個(gè)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(dòng)階段。
4.3工作原理:
壓捆機(jī)主要有撿拾器(移動(dòng)式)、輸送喂入裝置、壓捆室、草捆密度調(diào)節(jié)裝置、草捆長(zhǎng)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(dòng)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(lái)模擬人工捆束的工藝過(guò)程,完成對(duì)飼草的收集、壓實(shí)和打捆動(dòng)作。工作時(shí),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(shí),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(dòng),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(kāi),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(jì)劃:
5.1工作條件:通過(guò)現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)外先進(jìn)壓捆機(jī)的資料,以及通過(guò)網(wǎng)絡(luò)搜索先關(guān)資料。通過(guò)圖書館的現(xiàn)有書籍來(lái)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(jì)劃:
6.1工作方案:
第一步:通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和國(guó)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(kāi)題報(bào)告。
第二步:通過(guò)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(jì)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(jì)方案。
第七步:撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書。
6.2進(jìn)度計(jì)劃:
第1-2周:熟悉題目,開(kāi)始查閱資料,完成開(kāi)題報(bào)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(jì)算數(shù)據(jù)面設(shè)計(jì)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(jì)論文,準(zhǔn)備答辯材料。
第14周:遞交畢業(yè)設(shè)計(jì)材料,完成PPT,進(jìn)行答辯,
主要參考文獻(xiàn):
[1] 韓魯佳等.中國(guó)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(bào),2002,5(3):2-3
[2] 李大鵬,劉向陽(yáng)飼草產(chǎn)業(yè)化與打捆機(jī)的開(kāi)發(fā)[J].飼料廣角,2002(15):10-12
[3] 楊學(xué)軍,李長(zhǎng)榮.中國(guó)飼草打捆機(jī)市場(chǎng)分析與預(yù)測(cè)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械,2002,5:15
[4] 候向陽(yáng),萬(wàn)里強(qiáng).加入WTO與我國(guó)草業(yè)發(fā)展[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào),2002,4(1):5-6
[5] 王娜娜,王國(guó)通,楊炳南,呂黃珍,陳月峰.國(guó)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
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[10] 楊明韶.壓捆機(jī)設(shè)計(jì)與發(fā)展中的幾個(gè)問(wèn)題[J].畜牧機(jī)械,1984,4:121
[11] 姚維禎.畜牧機(jī)械[M].中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,1994,12:69
[12] 牧草收獲機(jī)械[M].中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,1998:1-2
[13] 中國(guó)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(jì)手冊(cè),下冊(cè)[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(wèn),2009,4:144
[15] 鄭鋼,吳慧敏.國(guó)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] Nagchaudhuri,A“Mechatronign Redesign of Slider Crank Mechanism” of Proceedings of IMECE2002 ASME transactional Manuela Engineering gress&ExPosition,November17-22,2002,New Orleans, Louisiana.
[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
[19] 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
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牧草打捆機(jī)的設(shè)計(jì),姓名:楊晨 專業(yè):機(jī)械電氣化及其自動(dòng)化 學(xué)院:機(jī)械電氣化工程學(xué)院 指導(dǎo)老師:丁羽,前言,我國(guó)地域廣袤,而且作為農(nóng)業(yè)大國(guó),有著先天獨(dú)厚的發(fā)展畜牧業(yè)的條件。我國(guó)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(jì),我國(guó)共有各類天然草地面積約3.93億hm2,占國(guó)土面積的41.7%,僅次于澳大利亞,居世界第二位,同時(shí)也秸稈資源最為豐富的國(guó)家之一,每年生產(chǎn)6.4億多t的秸稈。,國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,國(guó)內(nèi)壓捆機(jī)方面的研究報(bào)道不多,只有壓捆機(jī)生產(chǎn)或改進(jìn)方面的報(bào)道,但企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量低、可靠性差。我國(guó)50年代末開(kāi)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(guó)外小方草捆揀拾壓捆機(jī)基礎(chǔ)上,開(kāi)展了小方草捆無(wú)繩壓捆機(jī)的研究。70年代中期引進(jìn)、仿造了國(guó)外的方捆機(jī)并批量生產(chǎn),70年代末開(kāi)始仿制圓捆機(jī)。近幾年,隨著市場(chǎng)對(duì)高密度草捆和農(nóng)作物秸稈捆需求量的增加,國(guó)內(nèi)的一些科研院所和高校開(kāi)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。,打捆機(jī)的發(fā)展趨勢(shì),縱觀國(guó)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(jì)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(jì)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。,,打捆機(jī)的分類,按動(dòng)力源 壓捆機(jī)可由拖拉機(jī)拖動(dòng)、動(dòng)力輸出軸驅(qū)動(dòng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)和自我驅(qū)動(dòng)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(jì)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(jì)是方形打捆機(jī),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(dòng)式)、輸送喂入裝置、壓捆室、草捆密度調(diào)節(jié)裝置、草捆長(zhǎng)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(dòng)機(jī)構(gòu)和牽引裝置等組成。 打捆機(jī)分為開(kāi)式和閉式,我使用的是開(kāi)式打捆機(jī) 國(guó)際主要牧草打捆機(jī)的生產(chǎn)公司有, 美國(guó)New Holland 德國(guó)威利格公司的AP系列 英國(guó)Barmford生產(chǎn)的BX系列 德國(guó)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(jì)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(dòng)更流暢,方形打捆機(jī)示意圖,,,,,,,,輸送喂入裝置,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,撿拾器,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1.4M 2.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3-4 4彈齒齒端線速度:1.74-2.55M/S,撿拾器示意圖,,草捆密度調(diào)節(jié)裝置,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,輸送喂入機(jī)構(gòu)參數(shù),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(dòng)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(guò)載保護(hù)裝置,輸送喂入器,,1.曲柄 2. 喂入叉 3. 彈簧,壓捆室,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(zhǎng)度與曲柄半徑比值L/R=3.0-2.5壓困室截面尺寸有三種: 30cmx41cm(12英寸X16英寸) 36cmX46cm(14英寸X18英寸) 41cmX61cm(16英寸X24英寸) 常用的是36cmX46cm,軟繩捆扎控制器,1 分離卡爪 2 彈簧 3 打結(jié)器軸 4 從動(dòng)盤 5 主動(dòng)盤 6 杠桿 7 控制桿 8 提升桿 9 限位板 10 計(jì)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,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,供繩機(jī)構(gòu),1 驅(qū)動(dòng)鏈輪 2 曲柄 3 連桿 4 管架 5 穿針 6 捆繩 7 導(dǎo)繩器,總 結(jié),飼草業(yè)具有巨大的生態(tài)效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益,越來(lái)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(jì)方法進(jìn)行了這方面的探討。 主要工作和結(jié)論如下: 我國(guó)壓捆機(jī)大多采用測(cè)繪或類比方法設(shè)計(jì),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(jià)格昂貴,而且有些不適宜我國(guó)的國(guó)情。本文在現(xiàn)有機(jī)具的基礎(chǔ)上,根據(jù)我國(guó)的實(shí)際需要進(jìn)行了壓捆機(jī)國(guó)產(chǎn)化的改進(jìn)設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)過(guò)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(jì)的壓捆機(jī)比以前具有更優(yōu)越的性能,以滿足國(guó)內(nèi)的需要。,,感謝老師指導(dǎo),牧草打捆機(jī)的設(shè)計(jì) 目錄 1 緒論 ...........................................................................................................................................................1 1.1 問(wèn)題的提出 .................................................................................................................................................1 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) .....................................................................................................................2 1.3 存在的問(wèn)題 .................................................................................................................................................5 1.4 研究的目的和意義 .....................................................................................................................................5 2 牧草壓捆機(jī)的設(shè)計(jì) ....................................................................................................................................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(jì) .....................................................................................................................................7 3.選擇電動(dòng)機(jī) ..............................................................................................................................................16 3.1 動(dòng)力電動(dòng)機(jī)的類型 ...................................................................................................................................16 3.2 計(jì)算傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)和動(dòng)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(dòng)的熱平衡核算 ...........................................................................................................................19 3.7 蝸桿軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ..................................................................................................................................21 3.8 軸的校核 .................................................................................................................................................22 3.9 蝸輪軸的設(shè)計(jì)和計(jì)算 ...............................................................................................................................22 3.10 滾動(dòng)軸承的選擇及其計(jì)算 .....................................................................................................................25 總 結(jié) ..........................................................................................................................................................27 參考文獻(xiàn) ....................................................................................................................................................28 致謝 ............................................................................................................................................................29 1 緒論 1.1 問(wèn)題的提出 我國(guó)地域廣袤,而且作為農(nóng)業(yè)大國(guó),有著先天獨(dú)厚的發(fā)展畜牧業(yè)的條件。我國(guó)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(jì),我國(guó)共有各類天然草地面積約 3.93 億 hm2,占國(guó)土 面積的 41.7%,僅次于澳大利亞,居世界第二位,同時(shí)也秸稈資源最為豐富的國(guó)家之一,每年生 產(chǎn) 6.4 億多 t 的秸稈。 1 然而我國(guó)草場(chǎng)的分布很不均勻,導(dǎo)致我國(guó)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(guò)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(shí)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(gè)主要問(wèn)題,就是由于牧草的堆密度小,使其運(yùn)輸成本增加,利潤(rùn)空間下降。 有些地方甚至因?yàn)槔麧?rùn)微薄而寧可燒掉,也不愿意費(fèi)時(shí)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(wèn)題,急需有一個(gè)合理的辦法來(lái)解決這個(gè)現(xiàn)狀。近年來(lái),由 于各牧場(chǎng)的牲畜存欄量不斷增加,而相應(yīng)的管理政策又相對(duì)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(guó)內(nèi)蒙古、共有 12 個(gè)地(州)60 個(gè)縣出現(xiàn)的“白災(zāi)”使 30 萬(wàn)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(gè)問(wèn)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(guó)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(chǎng)多位于華東、華南的奶牛、肉牛飼養(yǎng)密集區(qū)。由于草場(chǎng)分布不均,部分地區(qū)因季 節(jié)性牧草過(guò)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(lái)隨 著畜牧業(yè)的迅速發(fā)展,中國(guó)加入 WTO,周邊的許多國(guó)家,像韓國(guó)、日本都是飼料資源短缺的國(guó)家, 國(guó)際市場(chǎng)對(duì)牧草、秸稈等飼料的需求會(huì)大幅增加。加入 WTO,我國(guó)資源成本相對(duì)較高的種植業(yè)面 積可能會(huì)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(guó)的牧草、秸稈的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程,能為 我國(guó)增加出口創(chuàng)匯,成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)大產(chǎn)業(yè),這在發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、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(guò)程中,首先遇到的問(wèn)題是這些物料松散,容積密度小, 收集、運(yùn)輸困難,運(yùn)輸時(shí)虧噸現(xiàn)象嚴(yán)重;這些物料無(wú)論在儲(chǔ)存還是運(yùn)輸時(shí),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(jiàn),把飼草打成高密度的草捆后儲(chǔ)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(wèn)題。據(jù)中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)成套設(shè)備所的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),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(jiàn)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(huì)因此有長(zhǎng)足的發(fā)展。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 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(jì)的理論依據(jù),具有重要的價(jià)值 6。 1938 年西德學(xué)者斯卡維特(Skalweit)首次開(kāi)始研究纖維物料在壓縮過(guò)程中的壓縮機(jī)理。他通過(guò)在密 閉容器內(nèi)以低速壓縮牧草,來(lái)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: (1l)mc 式中: 壓縮力,(kg/cm );2 壓縮后物料的密度,(kg/m );3 m0 初始?jí)嚎s力(kg/ );02c : 物料的初始密度,( kg/m );0 3 m 是試驗(yàn)系數(shù)。 1959 年西德另一位學(xué)者麥威斯(Mewes )通過(guò)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(duì)斯卡維特的結(jié)論給予肯定,同時(shí),他認(rèn)為纖維物料在壓縮過(guò)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: (12)mc)(0 (13))0 式中: 壓縮力,(kg/cm );2 壓縮后物料的密度,(kg/m );3 物料的初始密度,(kg/m );0 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(duì)壓縮過(guò)程有很大的影響。通過(guò)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(shí)才成立,并提出如下數(shù)學(xué)表達(dá)式:2 (l4)m 式中: 壓縮力,(kg/mm );2 被壓縮物料的濕度; 壓縮后物料的密度,(kg/m );;3 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 =1555%之間成立,c 和 m 的值如表 11 所示: 表 1-1 各種物料壓縮時(shí)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 c 2.53 3109.8 4103.7 4106.75 510 15-50N/cm 3m 1.47 1.59 1.69 1.96 c 2.87 41.56 51.78 68.55 7 50-200 N/cm m 1.89 2.35 2.64 2.73 5060 年代蘇聯(lián)學(xué)者對(duì)纖維物料的壓縮過(guò)程也進(jìn)行了很多研究,如奧索波夫(Osobov)通過(guò)實(shí)驗(yàn)和 理論分析研究認(rèn)為,纖維物料在壓縮過(guò)程中壓縮力僅取決于被壓縮物料的初始密度和壓縮過(guò)程中 的壓縮程度,在此基礎(chǔ)上提出: (l5))1(0aec 式中: 壓縮后物料的密度,(kg/m );3 物料的初始密度,(kg/m );03 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(guò)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(guò)程中的壓縮速度以及物料的濕度有關(guān)。通過(guò)分析研究他提4 出了以下表達(dá)式: P= (16)mkc 式中: 物料的濕度系數(shù); =l 0.02(w 15.30) ; w物料的濕度; 壓縮過(guò)程中的壓縮速度影響系數(shù); ;5.084v 壓縮過(guò)程中當(dāng)前位置的壓縮速度;v 壓縮后物料的密度,(kg/m );3 物料的硬度系數(shù),對(duì)整齊的秸稈 =1,對(duì)糾纏的 =0.67,對(duì)牧草 =0.58;kkkk c 和 m 均為試驗(yàn)系數(shù)一般取 c=1.92 ,m=2.178。510 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(kāi)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(lái),此式一直被作為壓捆機(jī)設(shè)計(jì)的理論依據(jù),它對(duì)壓捆機(jī)的設(shè)計(jì)在方向 上有一定的意義,對(duì)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(duì)纖維物料壓縮過(guò)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: (17)xs bAe 式中: 壓縮力,(kg/m );2 s物料的初始厚度,(mm); x對(duì)物料的壓縮量,(mm); A 和 b 均是試驗(yàn)系數(shù),對(duì)于牧草和苜蓿 A=0.35kg/cm,b=0.375。 后來(lái)他又在密閉容器內(nèi)對(duì)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(shí),壓縮力與壓縮量 之間呈拋物線關(guān)系: (18)n 式中:p壓縮力,(kg/m );2 x對(duì)物料的壓縮量,(mm); A 和 n 是試驗(yàn)系數(shù)。 此外,英國(guó)和美國(guó)等國(guó)的學(xué)者對(duì)不同纖維物料壓縮過(guò)程作了大量的研究試驗(yàn)和理論分析,如:1984 年英國(guó)學(xué)者多佛而奇(0Dogherty)和威來(lái)爾(Wheller)通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究和理論分析,并根據(jù)壓縮過(guò)程 中物料的容積密度范圍提出兩個(gè)模型: ( <400kg/m ) (19)mc13 ( ) (110)n)(l2/40mkg 式中: 壓縮力,(kg/cm ); 物料壓縮過(guò)程中的密度,(kg/m );3 n、m 均是試驗(yàn)系數(shù)。 1987 年英國(guó)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: (l11))(0lebAr 式中: 壓縮力(kg/cm );2 ;0r 物料在壓縮過(guò)程中的密度,(kg.m );3 物料的初始密度,(kg/m );0 3 A、b 均是試驗(yàn)系數(shù)。 他們對(duì)其進(jìn)一步推導(dǎo): 令:A ;0k b ; cr 將公式(111)轉(zhuǎn)化成壓縮力與壓縮活塞位移之間的關(guān)系: (112))(0leskl 式中: 物料的初始松散模量; 物料的臨界密度,(kg/m );03 s壓縮活塞的位移,(mm); l壓捆室長(zhǎng)度,(mm) 。 8 1996 年我國(guó)學(xué)者楊明韶等在真正的高密度牧草壓捆 9KG350 上分階段對(duì)牧草在壓捆過(guò)程中的壓 縮力、壓縮量和壓縮過(guò)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: (113)bsAe 并在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出用高密度壓捆機(jī)對(duì)牧草進(jìn)行壓捆時(shí),壓縮力與壓縮后牧草密度之間的關(guān)系式: P= (114))(0B 式中: P壓縮力,(Mpa) ; 牧草的初始密度,(kg/m );3 牧草壓縮過(guò)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(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)各種纖維物料壓縮過(guò)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(duì)不同的纖維物料進(jìn)行試驗(yàn)和理論研究。歸納起來(lái)蘇聯(lián)和我國(guó)的 學(xué)者主要是針對(duì)纖維物料壓捆過(guò)程進(jìn)行研究,英國(guó)、美國(guó)、加拿大的學(xué)者主要是針對(duì)纖維物料的 壓塊和壓餅過(guò)程(密度很高)進(jìn)行研究,日本學(xué)者主要是針對(duì)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(wèn)題中發(fā)揮了極其重要的作用,對(duì)秸稈等纖維物料 壓縮過(guò)程的理論分析,壓縮設(shè)備的設(shè)計(jì)和牧草壓縮生產(chǎn)過(guò)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(guó)外壓捆機(jī)的發(fā)展概況 1870 年美國(guó)人迪得里克(DederiC)研制出人類歷史上的第一臺(tái)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(guó)家得到廣泛應(yīng)用。20 世紀(jì) 30 年代初,小方捆壓捆機(jī)問(wèn)世,50 年代生產(chǎn)進(jìn)入高 峰,保有量趨于飽和,當(dāng)時(shí)美國(guó)擁有撿拾壓捆機(jī)約 70 萬(wàn)臺(tái),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(lái),歐 美等發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)際著名的農(nóng)機(jī) 生產(chǎn)商如美國(guó)紐荷蘭(NewHolland)、約翰迪爾(JohnDeere)、凱斯公司,英國(guó)福格森公司,韓國(guó)成 元公司,意大利 GALLIGNANI 公司,德國(guó)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(wú)論在機(jī)械結(jié)構(gòu)、動(dòng)力配套、液壓系統(tǒng)還是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面都處理得很成功,一些新的設(shè)計(jì) 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(dòng)控制手段都得到應(yīng)用。在一些發(fā)達(dá)國(guó)家,如美國(guó)等,牧 草收獲己全部實(shí)行機(jī)械化,牧草已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)一大產(chǎn)業(yè)。 511 1.2.3 國(guó)內(nèi)的研究狀況 國(guó)內(nèi)壓捆機(jī)方面的研究報(bào)道不多,只有壓捆機(jī)生產(chǎn)或改進(jìn)方面的報(bào)道,但企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量低、 可靠性差。我國(guó) 50 年代末開(kāi)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(guó)外小方草捆 揀拾壓捆機(jī)基礎(chǔ)上,開(kāi)展了小方草捆無(wú)繩壓捆機(jī)的研究。70 年代中期引進(jìn)、仿造了國(guó)外的方捆機(jī) 并批量生產(chǎn),70 年代末開(kāi)始仿制圓捆機(jī)。近幾年,隨著市場(chǎng)對(duì)高密度草捆和農(nóng)作物秸稈捆需求量 的增加,國(guó)內(nèi)的一些科研院所和高校開(kāi)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(shì) 縱觀國(guó)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(jì)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(jì)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。 1.3 存在的問(wèn)題 由于國(guó)內(nèi)壓捆機(jī)目前大多采用測(cè)繪或類比方法設(shè)計(jì),在配套動(dòng)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(dòng)力不 合理,壓縮設(shè)備功率消耗大、生產(chǎn)能力低等問(wèn)題,而進(jìn)口機(jī)械不僅價(jià)格昂貴,而且有些不適宜我 國(guó)的國(guó)情 58。 1.4 研究的目的和意義 由于我國(guó)的飼草壓捆技術(shù)設(shè)備與發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)內(nèi)草產(chǎn)品生產(chǎn)加工設(shè) 備市場(chǎng)的需要。提高國(guó)產(chǎn)壓捆機(jī)的質(zhì)量,無(wú)疑會(huì)對(duì)畜牧業(yè)發(fā)展起到革命性作用。雖然市場(chǎng)上國(guó)外 產(chǎn)品質(zhì)量較好,但價(jià)格太高(例如黑龍江大慶農(nóng)場(chǎng)進(jìn)口的 NewHolland 公司生產(chǎn)的一款高密度壓捆 機(jī)造價(jià) 30 萬(wàn)美元),不適合國(guó)內(nèi)的消費(fèi)水平,所以開(kāi)發(fā)性能良好、自動(dòng)化程度高而且價(jià)格適中的 國(guó)產(chǎn)壓捆機(jī)將是我國(guó)飼草商品化生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一,對(duì)促進(jìn)飼草產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程會(huì)起到舉足輕重的 作用 14。 2 牧草壓捆機(jī)的設(shè)計(jì) 2.1 飼草壓縮理論研究 2.1.1 飼草壓縮過(guò)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(kāi)式壓縮兩大類。閉式壓縮是指用一個(gè) 柱塞對(duì)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(guò)程,再裝入新物料再進(jìn)行壓縮的過(guò)程,這種壓縮過(guò)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(dòng)化作業(yè),有的液壓式高密 度壓捆機(jī)屬于此種類型。開(kāi)式壓縮是指用一個(gè)柱塞對(duì)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(dòng)物料向壓捆室出口方向移動(dòng),邊喂入邊壓縮,被壓縮后的物料隨壓 縮過(guò)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(kāi)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(jì),但現(xiàn)有壓捆機(jī)多是開(kāi)式壓縮,開(kāi)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(duì)開(kāi)式壓縮進(jìn)行全面深入的研究,同時(shí)探索開(kāi)式和閉式壓縮之間的異同, 這無(wú)疑是壓縮研究的一個(gè)基本課題 15。 (1)閉式壓縮是喂入一次壓縮一次,形成一個(gè)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(dòng),所以只消耗一次壓縮功率,每次壓縮之間沒(méi)有關(guān)系。 (2)開(kāi)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(gè)產(chǎn)品。在壓捆室內(nèi), 壓縮一次形成一個(gè)草片;再喂入一次,再壓縮成一個(gè)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(zhǎng)度時(shí),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(shuō),產(chǎn)品要經(jīng)過(guò)整個(gè)壓捆室生成。因而,生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn) 品(按質(zhì)量計(jì)) 所做的功要大于閉式壓縮。在壓捆室中,活塞壓縮物料的過(guò)程,可分為三個(gè)階段: 第 一階段,喂入 1 份物料,活塞從前極點(diǎn)向后移動(dòng),同物料接觸后,推移物料沿壓捆室移動(dòng),使其 充滿壓捆室而不對(duì)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(dòng),開(kāi)始?jí)?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 ,max max 壓應(yīng)力也達(dá)到最大值 。第三階段,活塞繼續(xù)向后移動(dòng),被壓縮物料也隨之向后移動(dòng),一直到max 另一個(gè)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(dòng)階段。其 簡(jiǎn)圖如圖 2-1 所示: 圖 2-1 牧草壓縮過(guò)程示意圖 0abGSmax1bGS 式中:G每次飼草的喂入量,一般為 24kg; a、b壓捆室截面的長(zhǎng)和高,本設(shè)計(jì)中分別取為 0.46m、0.36m; S活塞從開(kāi)始?jí)嚎s到另極點(diǎn)的距離; S 活塞行程;0 S 被壓縮物料達(dá)到最大密度后移動(dòng)的距離;1 壓縮前物料的密度,對(duì)于牧草般取 3050kg/m ; 3 壓縮達(dá)到的最大密度(kg/m ),是壓捆機(jī)的重要指標(biāo)。 16max 3 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(dòng)齒輪 10 驅(qū)動(dòng)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s 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(shí),其受力示意圖如圖 22 所示 17。壓縮時(shí),隨著活塞的移動(dòng),壓縮力的 變化過(guò)程如圖 23 所示: 圖 2-3 壓縮時(shí)各力變化規(guī)律(以壓縮首楷為例) 如圖 23 所示,力 F、F 和 Fs 隨著曲柄轉(zhuǎn)角變化而發(fā)生變化的過(guò)程。曲線 ab 段表明在初始?jí)嚎s 牧草時(shí)隨著壓縮量的增大三個(gè)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(shí) 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(dòng)在o 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(dòng),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(shí)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(dòng)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(shí),為了克服壓縮滑塊的加 速度而產(chǎn)生一個(gè)反方向的力如 gk 段所示,變?yōu)檎?kl 段是因?yàn)樵陂_(kāi)始位置處制止反向運(yùn)動(dòng)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(jì) 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(dòng)力源(2)草捆的形狀和尺寸(3)捆束材料。按動(dòng)力源,壓捆機(jī)可由 拖拉機(jī)拖動(dòng)、動(dòng)力輸出軸驅(qū)動(dòng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)和自我驅(qū)動(dòng)等。拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸驅(qū)動(dòng)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(gè)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(lái)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(zhǎng)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 24)和圓捆卷壓式壓捆機(jī)(如圖 25)。方捆活塞式壓捆機(jī)按活塞的運(yùn)動(dòng)形式又有直線往復(fù)式和圓弧擺動(dòng)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 26 是現(xiàn)在常用的兩款高密度壓捆機(jī)。 19本設(shè)計(jì)為以拖拉機(jī)為動(dòng)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(dòng)式 )、輸送喂入裝置、壓捆室、草捆密度調(diào)節(jié)裝置、草捆長(zhǎng)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(dòng)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(lái)模擬人工捆束的工藝過(guò)程,完成對(duì)飼草的收集、壓實(shí)和打捆動(dòng)作。工作時(shí),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(shí),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(dòng),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(kāi),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(lái)的飼草喂入到壓捆室內(nèi)。一個(gè)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(shí)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(guò)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 27 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(dòng)力輸出軸 圖 2-7 方草捆撿拾壓捆機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 圖 27(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(shí)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(shí)將干草填入壓捆室 10。本設(shè)計(jì)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(zhǎng)方形,其斷面尺寸主要有 360 460mm,400 460mm,460 560mm ,本設(shè)計(jì)采用常用的 360 460mm。由于活塞速率越1 高,其慣性力和速度越大,震動(dòng)和摩擦越嚴(yán)重。為了改善滑動(dòng)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(gè)特制滾輪,當(dāng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí), 滾輪沿著壓捆室的軌道滾動(dòng),使原來(lái)的滑動(dòng)摩擦變成滾動(dòng)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(shí)針?lè)较?旋轉(zhuǎn)時(shí),上連接板相對(duì)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 。12 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(duì)于牽引式拾禾壓捆機(jī),曲柄前常有一 對(duì)圓錐齒輪和飛輪,飛輪軸由拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸帶動(dòng)。它的工作性能直接影響了飼草壓縮時(shí)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(dòng)。當(dāng)輸送喂入叉進(jìn)入壓捆室時(shí),它后退到極限 初始位置,而當(dāng)輸送喂入叉退出壓捆室時(shí),它向前運(yùn)動(dòng)從而將進(jìn)入的飼草壓縮成捆。設(shè)計(jì)中必須 注意壓縮活塞與喂入叉的運(yùn)動(dòng)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(guò)載時(shí),喂 入叉受到很大阻力,當(dāng)曲柄旋轉(zhuǎn)時(shí)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(guò) 障礙后在板彈簧和四桿機(jī)構(gòu)的作用下喂入叉自動(dòng)回位進(jìn)行下一次撥草動(dòng)作。經(jīng)過(guò) 35 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(guò)程中,由于生產(chǎn)阻力和原動(dòng)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(dòng),所需的轉(zhuǎn)矩峰值也就非常高,而轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以等速或接近等速 運(yùn)動(dòng)所必須的,這就需要一個(gè)極大的電動(dòng)機(jī)。然而主要由于損失和做外功的一個(gè)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(dòng)力消耗。減輕波動(dòng)最簡(jiǎn)單方便可行的方法是在 系統(tǒng)中增加一個(gè)飛輪。飛輪的作用是當(dāng)壓捆機(jī)中的驅(qū)動(dòng)功超過(guò)阻力功時(shí),將多余的能量?jī)?chǔ)藏起來(lái), 使動(dòng)能和瞬時(shí)速度增大;相反,當(dāng)阻力功超過(guò)驅(qū)動(dòng)功時(shí),又能將儲(chǔ)藏的能量釋放出來(lái),補(bǔ)充驅(qū)動(dòng)功 的不足并使瞬時(shí)速度降低。因此飛輪可利用其較大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量用其積蓄的動(dòng)能來(lái)幫助克服尖峰負(fù) 載,則減少原動(dòng)機(jī)的所需功率,同時(shí)使機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的周期性速度波動(dòng)幅度控制在允許的范圍內(nèi)。轉(zhuǎn) 矩的很大變化表示存儲(chǔ)在運(yùn)動(dòng)構(gòu)件內(nèi)動(dòng)能的變化,可以認(rèn)為,轉(zhuǎn)矩的正波動(dòng)表示主動(dòng)件(電動(dòng)機(jī)) 傳給機(jī)構(gòu)的能量并暫存儲(chǔ)在運(yùn)動(dòng)構(gòu)件中,轉(zhuǎn)矩的負(fù)波動(dòng)表示運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的能量返回給電動(dòng)機(jī)。 1021 2)飛輪的大小 回轉(zhuǎn)系統(tǒng)動(dòng)能為 E= (22)21J 式中:J軸上所有回轉(zhuǎn)質(zhì)量的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、機(jī)構(gòu)曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以及飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如方程式(22) 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(duì) 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(gè) J 非常大的飛輪來(lái)使速度( )減小。minax 機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)系數(shù) k 定義為: K= ( 23)avgminx 式中: 2inax 對(duì)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 0.020.2 之間選取,相當(dāng)于轉(zhuǎn)速可以在 2%--20%之間波動(dòng),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(duì)提高運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性相對(duì)有好處,本文設(shè)計(jì)中取 k=0.060。 假設(shè)飛輪安裝在等效構(gòu)件上,其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 ;與等效構(gòu)件有定速比的各構(gòu)件的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為FJ Jc;與等效構(gòu)件有變速比的各構(gòu)件的等效轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)慣量為: J=J +Je+Jv=J +J (24)FFR 式中:J =Jc+Jv 為除飛輪以外,機(jī)械系統(tǒng)其它運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,它是機(jī)械位置的函數(shù)。R 因?yàn)?Jv 與 JF 相比,比較小,為了簡(jiǎn)化計(jì)算先略去不計(jì),所以: (25)))((21minax2minax WEJCF 式中:E動(dòng)能的變化; W最大盈虧功。 當(dāng)?shù)刃мD(zhuǎn)動(dòng)慣量為常數(shù)時(shí),它等于W 的最大值與最小值之差。為簡(jiǎn)化計(jì)算,將相對(duì)較小的 Jc 略 去,從而得: J = (26)Fknavg2290 式中: J 飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,(kgm );2 n 飛輪的轉(zhuǎn)速,(r/min)。 由式 26 得,飛輪應(yīng)安裝在高速軸上,因?yàn)?J 與 n 成反比,轉(zhuǎn)速越高,J 越小,飛輪的尺寸F2F 可以做得更小。一般飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 22.2kg.m ,飛輪直徑為 450980mm,輪緣厚為 2780mm, 飛輪的重量為 70140kg,飛輪轉(zhuǎn)速為 280750r/min。 2-10 飛輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 飛輪采用如圖 211 所示的輻條式飛輪,由輪緣、輪幅和輪毅組成。 J = (27)F41Dm 為簡(jiǎn)化計(jì)算,假定輪緣的質(zhì)量集中在平均直徑 D= 的圓周上,則:)21(D (28) 2JF 式中:Dl飛輪的外徑,m; D :輪緣的內(nèi)徑,m。2 本文設(shè)計(jì)中 取W=5000Nm,n=540r/min,則: 22k60.549gmJF 取 D=600mm,則飛輪質(zhì)量 m = 。DJF89.42 飛輪選擇材料 HT200 鑄造。 1021 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 2.53mm,拉斷力為 7001000N。采用鐵絲捆扎時(shí),要求鐵絲直徑為 1.82mm,抗拉強(qiáng)度 為 294480MPa。 麻繩和鐵絲相比較,麻繩的有點(diǎn)是喂飼方便,對(duì)牲畜較安全,同時(shí)繩子的成本較低,因此目 前以麻繩使用較廣 10。本設(shè)計(jì)將采取麻繩為捆扎繩。采用鐵絲捆扎的壓捆機(jī)常用于長(zhǎng)途運(yùn)輸或需 多次裝運(yùn),且草捆密度在 200kg/m 以上。3 2)軟繩捆扎控制器(圖 211) 用來(lái)控制草捆長(zhǎng)度,捆扎控制器平時(shí)由控制桿抵住分離卡爪,使卡爪令一端滾輪不與主動(dòng)盤的內(nèi) 表面凸起接觸,主動(dòng)盤空轉(zhuǎn)。隨著牧草向后移動(dòng),計(jì)量輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),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(kāi)口進(jìn)入滾輪時(shí),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(dòng)盤內(nèi)的凸起接觸,主動(dòng)盤即可帶 動(dòng)從動(dòng)盤和打結(jié)器軸,使捆扎機(jī)構(gòu)開(kāi)始運(yùn)作。 當(dāng)控制桿和卡爪脫離時(shí),與控制桿一體的杠桿與從動(dòng)盤接觸,從動(dòng)盤上的凸起部分又迫使杠桿右 擺,使控制桿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),回到原來(lái)位置,從動(dòng)盤回轉(zhuǎn)一周后,分離卡爪又被控制桿抵住,從動(dòng) 盤和軸停轉(zhuǎn),以后又重復(fù)此過(guò)程。 1 分離卡爪 2 彈簧 3 打結(jié)器軸 4 從動(dòng)盤 5 主動(dòng)盤 6 杠桿 7 控制桿 8 提升桿 9 限位板 10 計(jì)量輪 11 滾輪 12 摩擦輪 13 彈簧 圖 2-11 捆扎控制器 草捆長(zhǎng)度可由限位板進(jìn)行調(diào)整,順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)限位板,可以使提升桿下落位置降低,草捆加長(zhǎng),壓 捆機(jī)草捆調(diào)節(jié)最小長(zhǎng)度為 300800mm,最大草捆長(zhǎng)度為 8001300mm。 21 3)供繩機(jī)構(gòu) 供繩機(jī)構(gòu)用來(lái)將繩纏繞草捆,并將繩送入打結(jié)器打結(jié)。 圖 2--12 為 9KJ1.4 壓捆機(jī)的供繩機(jī)構(gòu), 它由驅(qū)動(dòng)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(lái),通過(guò)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(zhǎng)度時(shí),離合器結(jié) 合,打結(jié)器軸旋轉(zhuǎn),周上帶動(dòng)連桿和管架運(yùn)動(dòng),使穿針向上運(yùn)動(dòng)繞過(guò)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(kāi)始下降,這時(shí)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(lái)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(jiǎn)稱 D)打結(jié)器和 “考米克 Cormic”系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱 C)打結(jié)器。 1 驅(qū)動(dòng)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(dòng)盤和架體等組成。當(dāng)壓 捆室內(nèi)牧草達(dá)到預(yù)定長(zhǎng)度打捆機(jī)構(gòu)控制器使打結(jié)器開(kāi)始工作。打捆結(jié)扣的程序是:1 搭繩:穿 針向上運(yùn)動(dòng),將捆繩搭在打結(jié)器嘴上表面,與原來(lái)的繩兩股合在一起。2 夾繩:當(dāng)穿針上升接 近上止點(diǎn)時(shí),捆繩已被送到夾繩器缺口內(nèi),這時(shí)夾繩器開(kāi)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(shí),打結(jié)器嘴開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng),將兩股繩繞成繩環(huán)。4 張嘴:打結(jié)嘴轉(zhuǎn)動(dòng)到 3/4 圈,打 結(jié)嘴完全張開(kāi),兩股繩夾在上下鄂之間。5 閉合:打結(jié)嘴轉(zhuǎn)動(dòng)將近結(jié)束時(shí),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(kāi)始動(dòng)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(dòng),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(dòng),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(méi)有脫繩桿,用蹄塊式夾繩器來(lái)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(kāi)始工作,打捆過(guò)程的程序是:1 送繩和撥繩:穿針向上運(yùn)動(dòng),將捆繩經(jīng) 過(guò)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(kāi)始向內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng),將捆繩撥向?qū)ЮK 板鼻端前側(cè)。使靠草捆的捆繩不致松開(kāi)。2 松繩:在打結(jié)嘴轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí),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(dòng)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(dòng) 3/8 圈時(shí),夾繩器開(kāi)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(dòng)半周多,捆繩在蹄塊之間有一定的長(zhǎng)度,從而保證了足夠的 壓緊力。當(dāng)夾繩器轉(zhuǎn)動(dòng) 5/8 圈時(shí)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(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),打捆針開(kāi)始下降。穿針將捆繩從夾 繩器,經(jīng)過(guò)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(gè)草捆的形成做準(zhǔn)備。 6脫扣:當(dāng)柱塞開(kāi)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(shí),被卡爪端勾住的捆繩從繩圈種抽出一部分又形成一個(gè)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。 1014 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(duì)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(jì)中采用 D 型打結(jié)器。 2.2.5 主要技術(shù)參數(shù)的確定 )活塞往復(fù)壓縮頻率 生產(chǎn)率計(jì)算公式為: Q=0.06nq (t/h) (29) 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 29 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(wèn)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(dòng)力不平衡問(wèn)題更加突出。壓縮過(guò)程中,壓縮力隨位移急 劇增加。 壓縮回程時(shí),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(wèn)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 9KG350 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,3 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(wèn)題已在機(jī)械傳動(dòng)式高密 度捆草機(jī)上充分暴露出來(lái)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(shí)間 T 小),即應(yīng)力很快松弛到很小值,此時(shí)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(shuō)壓縮 1 次的時(shí)間(頻率) 一般應(yīng)該大于壓縮 產(chǎn)品的松弛時(shí)間 T,而壓縮產(chǎn)品松弛時(shí)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?jiàn),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 6080r/min,近些年來(lái)有的 機(jī)型已提高到 80105r/min,本設(shè)計(jì)中取 n=60r/min15。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(cāng) 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(lái)確定。最小的壓捆室斷面為 310mm mm,草捆質(zhì)量在 20kg 以下,中等的 壓捆室斷面為 360 mm,草捆質(zhì)量在 30kg 以410 460 下,大型的壓捆室斷面 410 mm,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580 說(shuō)釋放張力愈小;彈性變形愈大,即時(shí)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(shí)間越長(zhǎng),張(沖) 力就越小。因此,壓捆室出倉(cāng)口長(zhǎng)度選擇 l=1.5m。壓捆 室斷面尺寸取常用的 360mm 460mm。 21 3)輸送喂入裝置參數(shù) 由公式 29 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(gè)臨界喂 入量,在喂入量小于臨界喂入量時(shí),隨喂入量增加,壓縮力、功和功率上升,而當(dāng)喂入量超過(guò)臨 界喂入量時(shí),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(jì)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(gè)理想的辦法 15。因此,取喂入量 G=3kg。而喂入口長(zhǎng)度 1 則等于: (210)abGl 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(shí)的容重,常取為 5060kg/m 20。3 本設(shè)計(jì)中,取 a=0.46m,b=0.36m, 所以 。ml 36.054.360 取 1=0.50m。 4)活塞行程 活塞行程應(yīng)比喂入口長(zhǎng)度大 25%--35%, S=(1.251.35) l=(0.6250.675)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=0.06 1.8(t/h)。603 3.選擇電動(dòng)機(jī) 3.1 選擇電動(dòng)機(jī)的類型 按工作要求和條件,選用三相籠型異步電動(dòng)機(jī),封閉式結(jié)構(gòu),電壓 380V,Y 型。 3.1.1 選擇電動(dòng)機(jī)的容量 電動(dòng)機(jī)所需工作功率按文獻(xiàn) 4 式(1)為kwaPd 由文獻(xiàn) 4 公式(2)Fv10 因此 kaPd 估算由電動(dòng)機(jī)至運(yùn)輸帶的傳動(dòng)的總效率為 4321a2 為聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率根據(jù)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書參考表 1 初選 9.012 為蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)效率 8.023 為軸承的傳動(dòng)效率出處 934 為卷筒的傳動(dòng)效率出處 6.471.0.9.012 a kwFvadP.7.0813 3.1.2 確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 由已知可以計(jì)算出卷筒的轉(zhuǎn)速為 min28.130.606rDvn 按文獻(xiàn) 4 表 1 推薦的合理范圍,蝸桿傳動(dòng)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(dòng),同時(shí)可以在此表中查得這樣的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比是 1040。 故可推算出電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的可選范圍為: min2.431in8.102in28.104 rrraid 符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速為:查文獻(xiàn) 3 第 167 頁(yè)表 12-1 可知mn750r in10r m5 根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速,由文獻(xiàn) 4 表一查出的電動(dòng)機(jī)型號(hào),因此有以下三種傳動(dòng)比選擇方案,如下表: 方 電動(dòng)機(jī)型號(hào) 額定 滿載轉(zhuǎn) 電動(dòng)機(jī) 參考 案 功率kw速 minr質(zhì)量kg價(jià)格 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(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸,質(zhì)量,價(jià)格以及傳動(dòng)比,可見(jiàn)第三種方案比較合適,因此選 定電動(dòng)機(jī)的型號(hào)是 Y132M-4。 其主要性能如下表 型號(hào) 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(dòng)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(jì)手冊(cè)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(27 0/2+210) 315 216178 12 3880 1033 3.1.3 確定總的傳動(dòng)比 由 選定的電動(dòng)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(dòng)裝置的總的傳動(dòng)比是:30.128.4nima 根據(jù)總傳動(dòng)比可以選用雙頭閉式傳動(dòng)。 3.2 計(jì)算傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 3.2.1 計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)速1 為蝸桿的轉(zhuǎn)速,因?yàn)楹碗妱?dòng)機(jī)用聯(lián)軸器連在一起,其轉(zhuǎn)速等于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。2 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。 min/401rn min28.102r 3.2.2 計(jì)算各軸的輸入功率pd 為電動(dòng)機(jī)的功率 kw65.1 為蝸桿軸的功率 kwd 48.69.05.621 2 為蝸輪軸的功率 p..8.231