大方捆打捆机压缩机构的设计.pdf

新疆农机化圆园24 年第 2 期doi:10.13620/ki.issn1007-7782.2024.02.012中图分类号:S817.115文献标识码:A0 引言针对秸秆和草料国内外主要通过打捆机进行捡拾和打捆收集，目前我国的方捆打捆机主要以中小型牵引式打捆机为主，相比小方捆打捆机而言，大方捆打捆机具有草捆密度大、工作效率高以及草捆运输成本低的优点，已逐渐成为秸秆处理的主流产品，然而国内使用的大方捆打捆机严重依赖进口1-2。压缩机构是大方捆打捆机的核心部件，主要功能是将松散的草料压缩成具有一定密度的捆包，其结构较复杂、设计制造困难，打捆机压缩机构作业质量直接影响到草捆密度。因此设计打捆机压缩机构对提升农作物秸秆资源的全程机械化作业水平具有重要意义。1 工作原理及结构1.1 工作原理大方捆打捆机压缩机构的压缩方式主要分为两类：一类是闭式压缩，另一类则是开式压缩。闭式压缩需取出压缩室中的物料，其工作过程是间断的，无法满足机械连续打捆作业的需要。开式压缩压缩室不封闭，为实现压缩室内经活塞压缩成型的物料提供排出口，因此开式压缩可以实现连续机械化打捆作业3-5。大方捆打捆机压缩机构的压缩方式主要采用开式压缩，其工作原理如图 1。图 1 开式压缩机构工作原理图1.压缩活塞 2.物料喂入口 3.物料 4.物料排出口注：为压缩活塞压力，N；为压缩活塞最大工作行程，mm。大方捆打捆机工作时，活塞将喂入压缩室内的物料推送至活塞运动的前极点位置，随着物料不断进入压缩室，经活塞的往复压缩，压缩成型的物料密度、活塞的压缩力和物料捆长度不断增加，并在工作前预先通过草捆长度控制器调定所需的草捆长度，随着打捆机作业，当达到打捆机设定的活塞压缩力和捆包长度时，打结器对方捆进行打结，打结成型的捆包由活塞推出压缩室。文章编号院1007-7782渊2024冤02-0042-03大方捆打捆机压缩机构的设计张小军，伍 涛，孙 奎，文世昌（中国铁建重工集团股份有限公司，湖南 长沙 410100）摘要院本文介绍了一种六道捆绳大方捆打捆机压缩机构的工作原理、结构、主要技术特点以及试验情况。根据打捆机压缩机构工作原理，通过理论计算确定曲柄、连杆长度分别为 368mm 和 1 156mm。经整机试验可知，成型草捆密度达 170190 kg/m3，所设计的压缩机构能够满足大方捆打捆机工程应用实践需求，研究结果为大方捆打捆机相关技术研究提供参考。关键词院压缩机构；大方捆打捆机；结构设计DesignofcompressionmechanismoflargesquarebalerZhang Xiaojun,Wu Tao,Sun Kui,Wen Shichang(China Railway Construction Heavy Industry Group Co.,Ltd.,Changsha,410100,Hunan,China)Abstract:In this paper,the working principle,structure,main technical characteristics and test situation of the compressionmechanism of a six-channel bale rope and large square baler was introduced.According to the working principle of thecompression mechanism of the baler,the lengths of the crank and connecting rod were determined to be 368 mm and 1,156 mmrespectively through theoretical calculation.After the test of the whole machine,it can be seen that the density of the bales reaches170190kg/m3,andthedesignedcompressionmechanismcanmeetthe needsofengineering application ofthe large square baler,theresultsoftheresearchcanprovidereferencesforresearchofrelatedtechnologyoflargesquarebaler.Key words:Compression mechanism;Large square baler;Structural design修回日期院2023-11-032341窑 开发研究 窑42援援新疆农机化圆园24 年第 2 期（下转第 51 页）231图3 压缩机构三维图1.曲柄2.连杆3.活塞1.2 结构曲柄滑块式压缩机构有对心和偏置两种形式。因偏置式曲柄滑块结构具有急回特性的优点，故本设计采用偏置式曲柄滑块机构（图 2），圆心为曲柄旋转中心，1和2分别为活塞的极限位置。曲柄中心的偏心距为，以1为圆心过1、2、三点以为半径做外接圆，1垂直于12，点在该外接圆上。图 2 偏置式曲柄滑块式结构几何示意图注：为极位夹角，。依据几何公式计算可求得偏心式曲柄滑块机构的曲柄 长度和连杆长度。=21+2cot2姨（1）=21-2tan2姨（2）式中压缩行程，mm；曲柄长度，mm；连杆长度，mm；极位夹角，毅；偏心距，mm。根据压缩机构在整机位置布置确定=85 mm，=740 mm，综合考虑传动性能与稳定性，选择极位夹角为 3毅。将已知参数代入式（1）、式（2）计算，结果取整便可求得=1 156 mm，=368 mm。由于大方捆打捆机压缩机构压缩工作面的结构参数决定了成型方捆的外形尺寸，根据目前市面上成型方捆的外形截面尺寸（宽伊高）的要求，设计压缩机构压缩工作面的结构尺寸为宽 1 200 mm、高 900 mm。大方捆打捆机压缩机构主要包括曲柄、连杆和活塞，其中曲柄前端与动力输出装置的分动箱输出轴采用花键配合连接，通过中间连杆将曲柄及活塞进行连接，整体组成双曲柄滑块机构，整机结构如图 3。2 主要技术特点本文所研制的大方捆打捆机压缩机构具有以下特点：（1）压缩机构采用偏置式曲柄滑块机构设计，具有大行程和急回特性，提高了作业效率。（2）活塞采用高强度钢板拼焊结构，质量近 800kg，满足高密度压捆要求。（3）连杆与活塞连接处内嵌布置压力传感器，可记录压缩机构工作时的压缩力，用以反馈调节压捆密度。（4）压缩机构采用六道捆绳式压缩方式，使成型后方捆不易松散。3 样机试验3.1 试验条件为测试所设计大方捆打捆机压缩机构工作性能，样机于 2022 年 11 月2023 年 7 月在湖南临湘和安徽亳州等地进行试验。试验材料选择收获后的田间水稻秸秆和小麦秸秆。试验前首先利用搂草机将秸秆搂集成宽度为 100耀140 cm 的长条，长条含水率为 10%耀17%，配备 DF2104 动力换挡拖拉机进行试验。3.2 试验方法依据中国标准 GB/T 25423-2010 的相关规定对打捆机整机性能进行田间试验6（图 4）。在试验过程中，首先通过方捆长度控制器预先设定方捆长度为 1.5 m，其次随机选取 5 个成型方捆并测量其外形尺，计算方捆体积，进行方捆称重，方捆密度按公式（3）计算，试验数据如表 1。=（3）式中方捆密度，kg/m3；方捆质量，kg；方捆2121窑 开发研究 窑43援援新疆农机化圆园24 年第 2 期图4 样机田间试验（上接第 43 页）体积，m3。表 1 方捆测量数据3.3 试验结果与分析试验前设定方捆长度为 1.5 m，设定密度调节油缸压力为 2 MPa，试验过程中通过保持打捆机密度调节油缸相同压力情况下成型方捆，通过测量方捆的体积尺寸和重量计算方捆密度。根据试验结果，在方捆长度 1.5 m，密度调节油缸压力 2 MPa 下，随机抽取 5 个方捆，实测方捆密度分别为 174.43 kg/m3，184.45 kg/m3，180.95 kg/m3，173.73kg/m3，184.01 kg/m3。此外整机在试验过程中压缩机构工作稳定、性能可靠，方捆成型效果良好，均达到草捆密度大于 150 kg/m3的技术条件，可以满足作业要求。4 结论（1）文中设计了一种六道捆绳打捆机压缩机构，确定了压缩机构的有效行程为 740 mm，偏心距 85mm，极为夹角 3毅，并根据参数之间的几何关系计算出曲柄长度和连杆长度分别为 368 mm 和 1 156 mm。（2）田间试验结果表明整机试验过程中压缩机构工作稳定、性能可靠，能实现物料连续压缩成型打捆作业。成型方捆密度为 170耀190 kg/m3，优于评价要求，满足打捆收获作业要求。参考文献院1朱奕庚袁姚林晓袁古冬冬袁等.国内外秸秆打捆机械研究现状与展望J.农机使用与维修袁2023袁渊2冤院31-34.2刘德.国产大方草捆打捆机进口替代破局思考J.农业机械袁2023袁渊1冤院52-55.3刘祥鹏袁孙传祝袁姜常尊袁等.小型方草捆打捆机压缩机构设计J.农机化研究袁2012袁34渊12冤院76-79援4王刚袁宋德庆袁薛忠袁等援小型甘蔗叶方捆打捆机压缩机构的设计与分析J.广东农业科学袁2013袁40渊21冤院182-185援5中国农业机械化科学研究院援农业机械设计手册M.北京:中国农业科学技术出版社袁2007援6GB/T 25423-2023袁方草捆打捆机S.实际方捆质量（kg）291.3302.5285.9293.6298.1序号12345实际方捆尺寸（长宽高，m）1.451.210.951.511.190.911.471.250.861.431.220.971.531.150.92出转速、角度、流量和压力等数值。通过理论计算得到泵在喷雾时供水压力为 0.355 MPa，流量为 2.277 L/min，液滴从雾化盘边缘抛出的初速度可近似为雾化盘的切向速度 100 r/min 时喷雾的利用率最高。参考文献院1张瑞洁袁贺忠群袁刘雨杭袁等.植物工厂中光强对番杏生长发育及品质的影响J.西北农业学报袁2022袁31渊7冤院886-892.2刘红强袁郭三红.上海地区日光利用型植物工厂周年生产水培生菜品种筛选J.安徽农业科学袁2022袁50渊1冤院210-212.3于畅畅袁高振铭袁徐丽明袁等.植物工厂立体栽培系统多功能作业平台优化与试验J.农业工程学报袁2022袁38渊1冤院266-275.4方慧袁伍纲袁程瑞锋袁等.基于CFD的植物工厂冠层微环境管道通风效果模拟J.农业工程学报袁2021袁37渊22冤院188-193.5洪培瑶袁林斯乐袁张腾敏袁等.植物工厂培养架系统设计J.福建电脑袁2021袁37渊10冤院86-89.6郭世荣.无土栽培M.北京院中国农业出版社袁2003.7杨学坤袁郑士朝.气雾栽培式家庭植物工厂设计J.中国农机化学报袁2022袁43渊4冤院38-45.8李宗耕袁杨其长袁沙德剑袁等.植物工厂水培叶菜生产全程机械化研究进展J.中国农业大学学报袁2022袁27渊5冤院12-21.9李芮袁李建设袁高艳明袁等.农用硒肥对采后植物工厂水培生菜品质的影响J.江苏农业科学袁2021袁49渊20冤院159-165.10路军灵袁仝宇欣袁李扬眉袁等.根际通电栽培对植物工厂生菜生长及叶烧病发生的影响J.中国农业大学学报袁2021袁26渊8冤院173-181.窑 开发研究 窑51援援