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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(lèi)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(lèi)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(lèi)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?chē)?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(xiāo)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： (1—l)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/ )；0?2c : —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： (1—2)mc)(0???? (1—3))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 (l—4)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 =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(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 2.53 310??9.8 410?3.7 410??6.75 510?? 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 50—60 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： (l—5))1(0????aec 式中： —壓縮后物料的密度，(kg/m )；3 —物料的初始密度，(kg/m )；0?3 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= (1—6)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： (1—7)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(xiàn)關(guān)系： (1—8)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(0’Dogherty)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 ) (1—9)mc?1??3 ( ) (1—10)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： (l—11))][(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(1—11)轉(zhuǎn)化成壓縮力與壓縮活塞位移之間的關(guān)系： (1—12)][)(0leskl??? 式中： —物料的初始松散模量； —物料的臨界密度，(kg/m )；0?3 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 9KG—350 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： (1—13)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= (1—14))(0??B 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(lèi)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] 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(mǎn)足不同用戶(hù)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) [2][13]。 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(lèi)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 [5][8]。 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(mǎn)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(lèi)型根據(jù)壓縮設(shè)備類(lèi)型的特點(diǎn)可分為閉式壓縮和開(kāi)式壓縮兩大類(lèi)。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(lèi)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(mǎn)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(mǎn)壓捆室而不對(duì)物料進(jìn)行壓縮，此階段稱(chēng)為充滿(mǎn)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(chēng)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 0?abGS?max1?bGS? 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(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 30—50kg/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)。 [16]max 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(xiàn)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 2—2 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 2—3 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 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(guò)程。曲線(xiàn) 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(xiàn) 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(xiàn)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(lèi)：(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 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(dòng)形式又有直線(xiàn)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 2—6 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(mǎn)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 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(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 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(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) 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(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)。 [10][21] 2）飛輪的大小 回轉(zhuǎn)系統(tǒng)動(dòng)能為 E= (2—2)21?J 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(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(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= ( 2—3)avg?minx? 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(lèi)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(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 (2—4)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： (2—5)][))((21minax2minax WEJCF ??????? 式中：△E—?jiǎng)幽艿淖兓?[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 = (2—6)Fknavg22][90][??? 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 2—6 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 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(jiǎn)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)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? (2—8) 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。 [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(shí)，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(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 2—11) 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(pán)的內(nèi) 表面凸起接觸，主動(dòng)盤(pán)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(pán)內(nèi)的凸起接觸，主動(dòng)盤(pán)即可帶 動(dòng)從動(dòng)盤(pán)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(pán)接觸，從動(dòng)盤(pán)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(pán)回轉(zhuǎn)一周后，分離卡爪又被控制桿抵住，從動(dòng) 盤(pán)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(pán) 5 主動(dòng)盤(pán) 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 300—800mm，最大草捆長(zhǎng)度為 800—1300mm。 [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 9KJ—1.4 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(pán)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(pán)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(pán)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(chēng) D)打結(jié)器和 “考米克 Cormic”系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng) 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(pán)，夾繩器驅(qū)動(dòng)盤(pán)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(pán)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?huà)炜ㄗ?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(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 １）活塞往復(fù)壓縮頻率 生產(chǎn)率計(jì)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(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 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，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 60—80r/min，近些年來(lái)有的 機(jī)型已提高到 80—105r/min,本設(shè)計(jì)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(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 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(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： (2—10)?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 50—60kg/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=(1.25—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=0.06 1.8(t/h)。??603 3.選擇電動(dòng)機(jī) 3.1 選擇電動(dòng)機(jī)的類(lèi)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(shū)參考表 1 初選 9.01??2 為蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)效率 8.02?3 為軸承的傳動(dòng)效率出處 93?4 為卷筒的傳動(dòng)效率出處 6.4?????71.0.9.012 ????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 10—40。 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(mǎn)載轉(zhuǎn) 電動(dòng)機(jī) 參考 案 功率kw速 minr質(zhì)量kg價(jià)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(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(mǎn)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：