秸稈撿拾打捆機設(shè)計及撿拾器的動力學(xué)分析

馬春曉

黑龍江省農(nóng)業(yè)機械試驗鑒定站 黑龍江哈爾濱 150300

我國屬于農(nóng)業(yè)大國，秸稈資源十分豐富，高效的秸稈撿拾打捆設(shè)備能有效提高我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。秸稈主要來源于小麥、稻谷以及玉米中，具有很高的利用價值。由于秸稈的分布密度小，儲存、運輸過程難度大，嚴(yán)重影響了秸稈的利用性。秸稈撿拾打捆設(shè)備可以高效完成對秸稈的處理，但是由于秸稈本身的復(fù)雜特性，傳統(tǒng)的秸稈撿拾打捆設(shè)備會出現(xiàn)堵塞、穿桿等問題，嚴(yán)重影響了打捆效率以及質(zhì)量，側(cè)面吸入式秸稈撿拾打捆機可以有效解決這些問題。

1 側(cè)面吸入式秸稈撿拾打捆機的結(jié)構(gòu)及其工作原理

1.1 側(cè)面吸入式秸稈撿拾打捆機的結(jié)構(gòu)

側(cè)面吸入式秸稈撿拾打捆機的主要組成部分有機架、變速箱、撿拾裝置、壓縮裝置、傳動系統(tǒng)、打捆機構(gòu)、密度調(diào)節(jié)機構(gòu)以及其他相應(yīng)輔助機構(gòu)組成。機型整體結(jié)構(gòu)呈“T”形，在機器左側(cè)有活塞做縱向往復(fù)運動，機器右側(cè)有喂入裝置以及撿拾器，喂入裝置的運動沿橫向進(jìn)行。

1.2 側(cè)面吸入式秸稈撿拾打捆機的工作原理

機器在工作狀態(tài)時，拖拉機驅(qū)動牽引壓捆機完成相應(yīng)的功能。變速箱以及飛輪獲得由拖拉機輸出軸傳遞過來的動力，壓縮裝置在變速箱的帶動下完成往復(fù)運動，傳動系統(tǒng)通過鏈條接收到來自飛輪上的動力，帶動其他相關(guān)部位做功。當(dāng)拖拉機拉著設(shè)備前進(jìn)時，草料被撿拾設(shè)備撿拾起來送到喂入腔，最終被送到壓縮腔；壓縮腔內(nèi)的活塞做往復(fù)運動將草料持續(xù)壓縮，當(dāng)受到壓縮的草料長度以及密度符合要求時，經(jīng)由打捆機構(gòu)進(jìn)行打捆被后續(xù)物料擠至設(shè)備外地面上。側(cè)面吸入式秸稈撿拾打捆機是一個針對物料進(jìn)行撿拾、傳送、喂入、壓縮以及打捆的連續(xù)性工作過程。

2 撿拾器

2.1 撿拾器設(shè)計

（1）撿拾器的設(shè)計目的。撿拾器的主要目的就是將地面的秸稈撿拾并抬高，其設(shè)計要求時要盡可能將地面上的秸稈撿拾干凈，將遺漏降至最低，同時要保證設(shè)備工作時不能讓秸稈堆積，防止堵塞。針對常見幾種秸稈的特性，在進(jìn)行撿拾器的設(shè)計時采用了彈齒滑到滾筒式結(jié)構(gòu)。

（2）撿拾器的組成部件。主要組成部件有滾輪、滾輪軌道、彈齒、曲柄、十字牽引架。在作業(yè)速度一定的前提下，增加彈齒組數(shù)可以有效降低撿拾損失率。一般采取4-6組彈齒架，既可以降低漏撿，也可以避免堵塞堆積。

（3）撿拾器的工作原理。撿拾器彈齒的運動由撿拾器一端的曲柄、滾輪以及凸輪盤組成的定向滾輪機構(gòu)控制，再另一端安裝有超越離合器，避免因為意外情況導(dǎo)致的撿拾器反轉(zhuǎn)。同時撿拾器配備了懸掛以及升降裝置，可以有效的保證彈齒具有穩(wěn)定的離地間隙。在撿拾器上方設(shè)計的撿拾器可以將撿取的秸稈送到喂入平臺。

（4）滾輪軌道設(shè)計。撿拾器的工作狀態(tài)主要有撿拾、抬高、輸送以及空載四個階段，彈齒在完成撿拾以及后拋運動后快速收至防護(hù)板，可以有效避免秸稈的夾帶。因此在進(jìn)行設(shè)計時，要以曲柄、滾輪以及滾輪軌道為重點進(jìn)行設(shè)計，滾輪軌道是設(shè)計的核心，可以有效約束滾輪的運動軌跡，從而保證彈齒能夠按照設(shè)計要求執(zhí)行撿拾操作。

2.2 動力學(xué)分析

（1）運動軌跡仿真。利用Pro/E軟件建立起三維模型，來進(jìn)行撿拾器動力學(xué)分析。在進(jìn)行仿真分析過程中，分別針對單個和四個彈齒的齒尖運動軌跡進(jìn)行模擬，可以保證秸稈撿拾以及推送的順利進(jìn)行，并且及時將彈齒收至防護(hù)板，有效防止夾帶堵塞現(xiàn)象的出現(xiàn)。

（2）速度位移仿真。根據(jù)打捆機的實際工作狀態(tài)，設(shè)定5km/h的前進(jìn)速度，規(guī)定滾筒轉(zhuǎn)速為110r/min。把撿拾機構(gòu)的相應(yīng)三維模型轉(zhuǎn)化到Admas軟件中，將動力學(xué)分析置于三維虛擬環(huán)境中。通過對打捆機前進(jìn)方向上的彈齒齒尖位移時間圖以及速度時間圖，和打捆機前進(jìn)垂直方向上彈齒齒尖的位移時間圖的分析，其位移隨著時間的變化規(guī)律以及速度隨著時間的變化規(guī)律滿足設(shè)計的要求。盡管滾輪在兩個部件連接處對軌道產(chǎn)生的沖擊會對分析結(jié)果造成一定的影響，但是由于沖擊力度小，并沒有對整體的分析造成太大的影響，因此針對這里不去進(jìn)行詳細(xì)的分析。

（3）仿真結(jié)果。利用Pro/E和Admas軟件對于滾輪軌道設(shè)計通過仿真技術(shù)進(jìn)行動力學(xué)分析，根據(jù)仿真的結(jié)果可以有效的看出彈齒在動作完成度以及運動規(guī)律方面可以滿足整個生產(chǎn)要求，同時針對彈齒齒尖在水平與豎直方向上，位移與時間、速度與時間的關(guān)系都滿足原先的設(shè)計。

3 結(jié)語

本文主要介紹了秸稈撿拾打捆機的結(jié)構(gòu)及其工作原理，撿拾器的結(jié)構(gòu)及其工作原理。通過對撿拾器的核心部位滾輪軌道的設(shè)計，以及利用仿真技術(shù)對整個撿拾器的動力學(xué)進(jìn)行分析，可以充分驗證本次設(shè)計符合實際生產(chǎn)需求，雖然在設(shè)計上還有一些小的瑕疵，但不會影響整個設(shè)備的使用情況。