履帶式草捆打捆機(jī)的研究進(jìn)展

蘇建國，謝洪德，鮑冬艷

（山東科技職業(yè)學(xué)院，山東 濰坊 261053）

我國是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，有著悠久的玉米、小麥、水稻等農(nóng)作物的種植歷史和豐富經(jīng)驗，這些農(nóng)作物秸稈加工的飼料是養(yǎng)殖業(yè)的主要原料。隨著國家對環(huán)保的進(jìn)一步重視，秸稈的禁止焚燒已經(jīng)寫入了環(huán)保法。秸稈是農(nóng)作物收集后剩下的部分，同時也是畜牧業(yè)的重要飼料，還可以經(jīng)過壓塊加工后用作生物發(fā)電或冬季采暖燃料，所以搞好秸稈的綜合利用對農(nóng)業(yè)、農(nóng)民、農(nóng)村乃至整個國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展及生存環(huán)境都具有重要意義，但秸稈的收集卻是困擾老百姓的一大難題。收集農(nóng)作物秸稈的過程是先進(jìn)行收割、撿拾（用于不需要收割的情況）、揉碎、打捆等作業(yè)，然后進(jìn)行貯存發(fā)酵，隨時調(diào)用。但是這些過程需要先后通過收割機(jī)、牽引式打捆機(jī)分階段進(jìn)行，工作效率低、經(jīng)濟(jì)性差。針對這種情況，設(shè)計制造一種集收割、揉搓粉碎、圓草捆打捆、機(jī)具的遠(yuǎn)距離遙控駕駛、機(jī)具的位置及作業(yè)信息反饋等多種作業(yè)功能于一體的機(jī)械，通過采用履帶式自走底盤、遙控式操縱系統(tǒng)等創(chuàng)新設(shè)計，使草捆打捆機(jī)具有通過性好、自動化程度高、節(jié)省人力、降低秸稈青貯加工成本、提高加工效率、改善駕駛員操作環(huán)境及勞動強(qiáng)度等優(yōu)勢，這樣不僅大幅度提升了作業(yè)效率，而且具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會生態(tài)效益。

1 結(jié)構(gòu)與原理

1.1 主要結(jié)構(gòu)

（1）液壓行走轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。由發(fā)動機(jī)、皮帶輪、聯(lián)組帶、變量泵、變量馬達(dá)、差速器、制動器、半軸、驅(qū)動輪、橡膠履帶、控制閥、操縱桿、機(jī)架總成等組成。

（2）草料撿拾及輸送系統(tǒng)。由彈齒撿拾器、伸縮齒絞籠式偏心導(dǎo)入機(jī)構(gòu)、鏈爬式連續(xù)輸送機(jī)構(gòu)、甩刀式揉搓機(jī)構(gòu)、間歇式可控輸送裝置、圓捆成型草捆打捆機(jī)、撿拾器位置液壓控制機(jī)構(gòu)、液壓控制喂入端升降機(jī)構(gòu)、換向齒輪箱、傳動帶、離合器、漲緊輪、B型聯(lián)組帶、C型傳動帶、B型傳動帶等組成。

（3）打捆機(jī)構(gòu)。由右側(cè)油缸、擺桿焊合、擺桿連接鎖、液控單向閥、壓草桿、前壓縮室、鏈條張緊裝置、后壓縮室傳動鏈（節(jié)距31.75）、后壓縮室、后壓縮室傳動鏈張緊裝置、布繩機(jī)構(gòu)裝置、布繩機(jī)構(gòu)裝配的傳動皮帶、布繩機(jī)構(gòu)張緊裝置（A1397與A960）、小側(cè)門、放繩箱、卸草裝置等組成。1.彈齒撿拾器，2.割刀，3.撿拾器翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，4.絞籠總成，5.草料輸送帶，6.割臺升降油缸，7.液壓履帶式底盤，8.間歇送料機(jī)構(gòu)，9.機(jī)架總成，10.草捆打捆機(jī)構(gòu)，11.放捆油缸，12.揉搓機(jī)構(gòu)，13.遙控操縱機(jī)構(gòu)，14.圖像傳輸系統(tǒng)

圖1 履帶式草捆打捆機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 自走式圓捆打捆傳動路線圖

（4）遙控及圖像傳輸系統(tǒng)。由行走轉(zhuǎn)向遙控裝置、發(fā)動機(jī)啟停及油門遙控裝置、撿拾器升降遙控裝置、割臺升降遙控裝置、打捆機(jī)工作離合遙控裝置等組成。

（5）電氣系統(tǒng)。由啟動電機(jī)、蓄電池、電源總開關(guān)、發(fā)電機(jī)、主線束總成、前照燈、轉(zhuǎn)向燈、后組合燈、喇叭、組合儀表、整流器、控制開關(guān)等組成。

1.2 工作原理

工作過程大致可分為5個階段。

（1）收割。履帶式草捆打捆機(jī)在前進(jìn)過程中，割臺連續(xù)不斷地割倒牧草。

（2）撿拾喂入。撿拾器將牧草摟集成條1.55m寬（草條濕度應(yīng)為20-25070以內(nèi)），撿拾器彈齒不斷地旋轉(zhuǎn)，把草趟送入壓草桿內(nèi)，再通過壓草桿均勻地送入喂入器，在喂入器工作下進(jìn)入壓縮室，當(dāng)物料堵塞達(dá)到一定程度時，撿拾器安全螺絲就會斷開，保護(hù)撿拾器和其他傳動部分[1]。遇到此種情況時應(yīng)及時停車，排除堵塞，換上新的安全螺釘（M8×3512.9級）。

（3）卷捆成型。喂入齒將物料不斷地送入壓縮室，當(dāng)更多物料送入壓縮室后，14個傳動輥筒使物料形成一個草捆，新的物料被卷在已經(jīng)形成旋轉(zhuǎn)的草捆周圍。當(dāng)壓縮室物料大量增加時，草捆從外向里壓緊，壓縮室里上升壓力從駕駛室的壓力表上可以看到。

（4）布繩捆草捆。當(dāng)草捆達(dá)到所需要的密度（10～12MPa），機(jī)車停止前進(jìn)，按下布繩開關(guān)，布繩擺桿將繩頭送入草捆中間，繩頭被旋轉(zhuǎn)的草抓住并順利輸送，當(dāng)布繩擺桿將繩均勻地從中間往兩側(cè)捆完后，剪刀就會自動將繩剪斷。

（5）卸下草捆。剪刀將繩剪斷后，指示燈就會熄滅，操縱打捆機(jī)液壓分配器打開后壓縮室，草捆被旋轉(zhuǎn)的輥筒擠出前壓縮室，經(jīng)過卸草板滾到地面。當(dāng)草捆離開卸草板，再關(guān)閉壓縮室，使壓力表指針指在5-8MPa，一個工作過程到此結(jié)束[1]。打捆機(jī)再繼續(xù)前進(jìn)，開始新的作業(yè)。

圖3 履帶式草捆打捆機(jī)的工作過程

2 主要參數(shù)

履帶式草捆打捆機(jī)的基本參數(shù)及主要技術(shù)性能指標(biāo)見表1。

表1 履帶式草捆打捆機(jī)的基本參數(shù)及主要技術(shù)性能指標(biāo)

3 結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計與制造方面的優(yōu)化

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計方面

（1）履帶式草捆打捆機(jī)集割草（不需要切割時采用撿拾器撿拾）、揉搓粉碎、打捆于一體，工作效率高，經(jīng)濟(jì)性好。

（2）采用無級變速的履帶式底盤，可以大幅提高整機(jī)的通過性，解決了輪式拖拉機(jī)牽引造成爛地打捆機(jī)下陷、輪胎對田地重復(fù)碾壓等問題。

（3）采用帶圖像傳輸系統(tǒng)和遙控操縱系統(tǒng)，改變了操作方式，改善了操作人員的工作環(huán)境。采用GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)可使管理者及時了解機(jī)具的運行作業(yè)位置及狀態(tài)。由于產(chǎn)品處于研發(fā)階段，短期內(nèi)不會投入中批量以上的產(chǎn)量，因此在設(shè)計時要對零件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行工藝性優(yōu)化，盡量減少沖壓模具的種類和數(shù)量，從而減少模具費用的投入。對于箱體類零件，樣機(jī)采用焊接結(jié)構(gòu)，小批量生產(chǎn)采用手工木模造型。齒輪及軸類零件的加工，盡量減少專用夾具、量具和刀具的投入，而是使用通用的工、卡、量具。

3.2 工藝設(shè)計方面

3.3 加工制造方面

零部件的連接方式兼顧可靠性和可拆卸性。盡可能少用焊接、鉚接等不可拆卸的連接方式，多用易裝拆、易定位的連接[2]。考慮到捆繩機(jī)構(gòu)的不穩(wěn)定性以及打捆作業(yè)過程中的復(fù)雜工況，覆蓋件的設(shè)計盡量采用方便拆裝的結(jié)構(gòu)，右側(cè)留有方便維修的活動門。

4 實地性能試驗

樣機(jī)裝配調(diào)試完成后，將運送到東北地區(qū)草捆打捆機(jī)的主要使用地區(qū)，通過有多年打捆機(jī)使用經(jīng)驗的用戶進(jìn)行實地性能試驗，計劃試驗作業(yè)時間不少于150小時，通過試驗，對樣機(jī)的各項設(shè)計功能進(jìn)行驗證，對樣機(jī)的可靠性及作業(yè)參數(shù)進(jìn)行檢測。試驗完成后，形成完整詳實的試驗報告。

5 試驗結(jié)果及分析

項目組負(fù)責(zé)人組織試驗結(jié)果分析會，對試驗報告中反饋的試驗數(shù)據(jù)及各種故障、問題進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致的分析，對樣機(jī)的各項性能進(jìn)行評價和總結(jié)，形成分析報告，提出對本次設(shè)計的整改意見，并形成整改任務(wù)書。