飼草打包機設計及其三維造型【牧草打捆機】【牧草打包機】【說明書+CAD+SOLIDWORKS】,牧草打捆機,牧草打包機,說明書+CAD+SOLIDWORKS,飼草打包機設計及其三維造型【牧草打捆機】【牧草打包機】【說明書+CAD+SOLIDWORKS】,飼草,打包機,設計,及其,三維,造型,牧草 飼草打包機設計及其三維造型 設計說明書 學生姓名 學 號 所屬學院 機械電氣化工程學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 12-1 指導教師 日 期 2012.06 XX大學教務處制 目錄 1緒論 1 1.1本課題來源及其研究的目的和意義 1 1.2 本課題所涉及的問題在國內外研究現狀及其分析 1 1.2.1國外研究現狀 1 1.2.2國內研究現狀 1 1.3圓捆機的特點及在飼草收獲中的作用 2 1.4圓捆的分類 2 1.5本課題所涉及的任務要求及實現預期目標的可行性分析 2 2飼草打包機工作原理 2 3撿拾器 3 3.1設計要求 3 3.2工作原理 3 3.3新型撿拾器介紹 5 3.4撿拾器仿真結果及分析 5 4螺旋輸送器 6 4.1設計要求 6 4.2工作原理 7 5滾筒式切碎喂入裝置 9 5.1設計要求 9 5.2工作原理 10 5.3仿真及分析 11 6打包室 13 7總體效果圖 14 致 謝 17 參考文獻 18 塔里木大學畢業(yè)設計 1緒論 1.1本課題來源及其研究的目的和意義 目前，我國牧草種植面積約為1 600萬公頃，其中苜蓿種植面積近360萬公頃，苜蓿產量約為2540萬噸，但商品草僅為15萬噸；我國的畜牧業(yè)，特別是草食畜牧業(yè)已發(fā)展到相當大的規(guī)模，對苜蓿的需求量快速增加，苜蓿進口量迅速提高。2010年我國進口牧草產品23.06萬噸，比上年增加了200.46%[1]。制約我國牧草業(yè)發(fā)展的一個主要因素是牧草收割、貯存等手段的落后，因為牧草收獲具有很強的季節(jié)性，即到了收獲季節(jié)必須在盡可能短的時間內收割，這樣才能保證牧草養(yǎng)分不致太多損失；另一方面，手工收割一般要比機械收獲損失更多。目前種植牧草的地區(qū)大多為經濟落后地區(qū)，牧草的產后收儲大多采用傳統的手工方式，導致牧草收割不及時、霉變、發(fā)黃的現象經常發(fā)生，失去了其應有的營養(yǎng)價值。研究開發(fā)牧草打捆機是實現農業(yè)生物質產業(yè)化的前提之一。 本課題旨在以國內外優(yōu)秀的打包機為模型，運用三維建模技術建立打包機的虛擬樣機并對關鍵部件進行運動學仿真分析，為設計研究提供依據。飼草打包機根據其打包的形狀可以分為方捆打包機和圓捆打包機，經過兩者比較發(fā)現圓捆打包機相對于方捆打包機有以下特點： (1) 結構簡單，調整方便，使用中不易出故障； (2) 生產率高，生產率可達； (3) 草捆便于飼喂，散食時很容易鋪開，架飼時又可圍欄而食，損失較少； (4) 長期露天存放放，不怕風吹雨淋，收獲季節(jié)便于安排生產環(huán)節(jié)； (5) 對捆繩要求低，用量較少，與方捆撿拾器打捆機比較可節(jié)省以上。 所以本課題選用圓捆打包機為原型進行設計。 1.2 本課題所涉及的問題在國內外研究現狀及其分析 1.2.1國外研究現狀 圓捆打包機于20世紀60年代問世，由德國Vermeer公司率先在北美市場推出了第一臺圓捆機，屬于長皮帶內纏繞式圓捆機打包機。該機問世后，與小方草捆機相比較，具有生產率高、勞動強度低、使用操作方便等優(yōu)點。因此，歐美許多制造商購買了Vermeer公司的技術，大批的產品投放市場，并由此原理派生出鏈桿是圓捆打包機和固定作業(yè)圓捆打包機。內纏繞式圓捆打包機卷制的草捆直徑在一定的范圍內可調，可以滿足用戶對不同草捆外徑尺寸的需要。 1974年，德國的Welger公司登記了一項圓捆打捆機的專利，其成形原理與Vermeer公司截然不同，即所謂外纏繞式。成捆室腔體外徑固定，卷制的草捆外松內松，成捆后透氣性好，利用通風干燥，耐候性好。其結構形式經過不斷的發(fā)展和演變，目前有輥筒式、短皮帶式和輥杠式的需要。 1977年，德國Class公司率先推出了第一臺Rollant85型輥筒外卷式圓捆打捆機。1980—1982年，該公司將其發(fā)展完善成85、62、44和34型系列產品，分別由20、18、14和11個鋼棍組成成捆室，按圓周排列成直徑為1.8m、1.6m、1.2m和0.9m的定直徑成捆室。 1981年，德國Welger公司研制成RP15和RP12型2種新機型。其特點是鋼棍直徑小，數量多。 20世紀80年代中期，各公司為了使用原有的圓捆打包機具有對物料的適應性更廣泛和提高生產率，先后對機具進行了進一步的改進和完善。這一期間的所用的新技術： Class公司的“螺旋線形卷壓室”技術，并將該技術應用于Rollant62、44和34機型上； 為提高圓形機的效率，減少捆繩的效率，減少捆繩纏繞草捆的時間，許多公司采用了“繩網包卷草捆”技術。New Holland公司首先將該技術應用于變直徑圓形打包機中； 另一項技術提高圓捆機具有生產效率的技術是不停機型圓行打捆機。1986年，Class、New Holland、John Deere和Vermeer公司等均投入該類機具的研究。并生產出了樣機。 繼20世紀80年代中期以后，圓捆打包機仍然繼續(xù)發(fā)展和完善。如包卷草捆技術方面，繼繩網包卷草捆技術以后，為了實現圓捆的青貯作業(yè)又出現了塑料模包卷草捆技術。在卷制草捆的物料種類上，德國Vermeer公司最初目的僅僅使用于牧草或農作物秸稈的收獲作業(yè)，而英國人將其用于青貯作業(yè)中。因此，隨著物料種類的增加，圓捆記得結構和性能也在不斷的改進和完善[2]。 圓捆打包機歷經近40年的發(fā)展和演變，目前技術已經比較成熟，結構日趨完善。特別是近幾年，自動控制技術在圓捆打捆機上得到了廣泛的應用，在駕駛室內安裝的電控面板可以全程監(jiān)測圓捆打捆機草捆的形成過程；可以采集和記錄圓草捆形成過程中的壓力、重量和密度等成捆參數；也可以預先設定圓草捆的重量、密度等參數，使圓捆機的操作和使用更簡單方便，更人性化。 1.2.2國內研究現狀 我國牧草打包機起步較晚, 有關打捆機結構、液壓系統以及配套動力等方面的研究報道都很少,很多問題有待在生產實踐中發(fā)現和解決[3]。打捆機的研制處于仿制階段，仿制生產打捆機的廠家大都是一些技術力量相對薄弱的小廠。在生產時基本上是從結構上仿制, 而涉及到理論計算方面的內容則往往被忽略。隨著畜牧業(yè)的發(fā)展, 飼草打捆機的市場需求量會越來越多, 而對其性能等方面的要求也會越來越高, 所以我們在打捆機的研究方面要有所提高,使國產打捆機在性能上盡快達到國際先進水平。 總體看來, 我國在牧草打捆機的研究上還和發(fā)達國家存在很大差距, 國內目前的打捆機無論在數量上還是在質量上都遠不能滿足畜牧業(yè)發(fā)展的需要。在解決飼料產業(yè)化問題上, 飼草打捆機是非常重要的工藝設備, 提高國產打捆機的質量, 無疑會對飼料業(yè)的發(fā)展起到革命性作用, 因此對打捆機性能方面的研究開發(fā)意義重大。目前, 國內市場上未見性價比較好的國產產品, 而進口產品價格都比較高􀀁所以, 開發(fā)性能良好、自動化程度高且價格適中的國產打捆機將是我國飼草商品生產的關鍵設備之一, 對促進飼草產業(yè)化進程會起到舉足輕重的作用。 1.3圓捆機的特點及在飼草收獲中的作用 圓草捆打捆機是一種農村牧區(qū)均適用的收獲機具，主要用于切割晾曬后的牧草或田間稻、麥等農作物秸稈的收獲作業(yè)。它能將田間鋪放的草條自動撿拾起來，通過喂入、旋轉壓縮成行、纏繞捆繩包卷的繩網等作業(yè)工序，把散狀秸稈或牧草捆扎成外形整齊、規(guī)則的圓柱形草捆。 圓捆打包機由拖拉機駕駛員1人操作，適合于在各類天然草場、種植草場以及農田進行作業(yè)。圓捆打包機與割草機、摟草機、圓捆裝卸機及運輸車配送套，可以實現牧草或稻、麥等農作物秸稈收獲的全部機械化作業(yè)。 1.4圓捆的分類 圓捆打包機從成形原理上分為外纏繞式和內纏繞式。從結構形式上，外纏繞式又可分為輥筒式、短皮帶式、輥杠式，內纏繞式又可分為長皮帶式和鏈桿式。 內卷纏繞式撿拾打包機，其卷壓室由幾根長皮帶和兩側壁圍成。巻捆時卷壓室容積由小變大，對牧草始終保持壓力。所以也叫可變容積撿拾打包機。它是以所謂的Vermeer系統原理工作。這種打包機的特點是，牧草以卷氈方式形成草捆，芯部堅硬，外層松軟。草捆直徑可根據需要任意調整。 外卷繞是撿拾打包機，卷壓室由幾組短皮帶或若干鋼制卷輥加上兩側壁所組成。卷壓室尺寸固定不變，開始巻捆時對牧草沒有壓力，等到牧草充滿卷壓室后開始加壓。所以也叫不變容積撿拾打包機。它是以Welger系統原理工作的。其特點是草捆的壓實從外到里逐漸進行，草芯疏松，外部緊實，草捆直徑不能任意改變，較之內卷繞式打包機草捆密度較高，結構比較簡單，制出的草捆適用于制作袋裝青貯食料。 1.5本課題所涉及的任務要求及實現預期目標的可行性分析 牧草業(yè)作為朝陽產業(yè)正在迅速發(fā)展，然而在牧草、秸稈等纖維料商品化的生產過程中，由于其物料松散，給這一資源的儲存和運輸造成巨大的成本壓力，給它的有效利用帶來了障礙。因此，把牧草壓成高密度的草捆是降低牧草成本的重要步驟，中國農業(yè)大學成套設備所用的實驗表明:飼草打捆平均密度增大10倍左右運輸成本則可降低70%左右，于是出現了各種打捆機。然而國內外現有各種農業(yè)纖維物料壓縮設備的設計很少涉及壓縮過程中被壓縮物料自身的生物特性和壓縮規(guī)律,從而導致壓縮設備在結構參數、工作性能、功耗以及壓縮后產品的質量等方面存在某些缺陷。 由于農業(yè)機械的工作對象和環(huán)境的隨機性、復雜性，傳統設計方法已不能滿足現代農機具的設計需求，因此采用現代設計方法，在現有牧草壓縮理論基礎上，先采用solidworks三維軟件國際上先進的同類機械進行建模，然后進行運動仿真分析，可為重要結構參數的確定提供理論依據，從而縮短設計周期，降低物理樣機的成本，提高企業(yè)競爭力[4]。 2飼草打包機工作原理 由于本課題以德國克勞恩公司的Comprima F 125圓捆打包機為原型進行建模仿真，其簡單構造和工作原理如下 該機屬于皮帶外卷繞式打包機。主要由撿拾器、螺旋輸送器、滾筒式切碎喂入裝置和打包室組成。 打包機的第一個任務是要將草從地上拾起，需要設計撿拾器，一般來說為了提高工作效率，撿拾器的撿拾寬度（2.15m）將大于草捆的寬度（1.2m），這就需要設計螺旋輸送器，其工作原理是利用螺旋機構將撿拾器兩側飼草往中間輸送。 經研究表明飼草的長度對草捆的密度影響很大，圓捆打包機相對于方捆打包機而言普遍密度低，為了改善其性能，新型的打包機開始采用滾筒式切割喂入機構，該機構不僅可以將牧草切碎，而且同時還有喂入機構的功能。打包室由滾筒、液壓機構和長皮帶等構成。 經滾筒喂入機構將飼草切碎并送入由輥筒和長皮帶組成的打包室。在重力的共同作用下，物料旋轉形成草芯。隨著越來越多的物料進入打包室，并在輥筒和長皮帶的共同作用下不斷的旋逐漸形成圓捆，繼續(xù)撿拾，圓捆的直徑不斷增大，密度也越來越大，當直徑增大到控制臂的設定值時即形成草捆。開啟后門將草捆彈出落到地面，合上后門繼續(xù)前進，進行下一個草捆的卷制作業(yè)。 下面就圓捆打包機的各個部分分別進行設計，建立三維模型，并進行運動學仿真分析。 圖2-1 飼草打包機工作原理簡圖 3撿拾器 3.1設計要求 撿拾器用于撿拾田間或牧草地面割倒的、或用摟草機集成條鋪的植株莖葉（牧草、青飼料或聯合收獲機排出的莖桿）。簡而言之，撿拾器收集鋪成條的物料，并把它們送入機器或拖車內[5]。 對撿拾器工作的要求如下： （1）應該把留茬上的所有草料和莖稈撿拾干凈。在留茬上沒有遺留的草料和莖稈。 （2）在撿拾過程中，不要撕破豆科草料最有營養(yǎng)價值的細嫩葉片。 （3）撿拾的物料應該無阻礙的輸送到機器的下一個部件。 3.2工作原理 撿拾器的工作部件是旋轉的、排成幾排的彈性扒桿。下面分析對輻射狀的撿拾器的工作原理（如下圖3-1）。 被直扒桿撿拾和向上提升的物料，到達合理配置并待有許多平行窄縫的罩殼上，扒桿從這些窄縫縮進罩殼內，于是使它們自身與撿拾的物料脫離。物料在監(jiān)視器罩殼表面上移動的必要條件為 此處 ——物料在罩殼表面上移動的摩擦阻力； ——物料對罩殼表面摩擦系數。 由圖顯而易見 （3.1） 式中——物料沿扒桿移動的摩擦角； ——物料沿罩殼表面移動的摩擦角。 代入公式（2.1）后可得 圖3-1 直扒桿撿拾器的外形 1—直扒桿 2—罩殼 3—窄縫 N—正壓力 W—由摩擦角引起方向偏斜后的壓力 若，則 由于角隨直扒桿的進一步旋轉而減小，這樣，為了便于扒桿從物料中脫出，此角度必須加大。 選擇撿拾器罩殼上的窄縫的寬度時，應該注意不讓物料扒桿帶進去。 使用彈性扒桿，當遇到障礙物（如卵石）時，它們可以向后偏轉。而徑向安裝的直扒桿和條鋪接觸時，其端部以較高的圓周速度打擊物料。此速度的水平分量為為物料沿機器運動方向移動的速度，而此速度的垂直分量把物料擠壓向下。這兩個分速度引起條鋪在于它們工作方向一致方向上的初步擠壓。 由上述可知，設計旋轉式撿拾器的每一個努力，都是為了使扒桿在于物料接觸時，對物料的打擊應該盡量小。并且當扒桿從撿拾器罩殼上面的物料中脫離時，所產生的壓力應盡可能的低。換言之，當扒桿從撿拾器罩時，其水平分速度為零。 考慮到撿拾器相鄰兩排扒桿的位置，可以應用像拔禾輪中那樣的運動因數，即 上式中的為扒桿端運動圓弧的最大半徑，為角速度，為打包機前進速度。值總是大于1的。否者，扒桿將使物料向前移動；在這種情況下，只有一部分物料被撿拾，而其余的物料被遺留下來積聚在田間。用緊接的下一排扒桿撿拾這些積聚的物料是很困難的。因此實際上采用的，公里/小時。扒桿一般為排。 能否連續(xù)地撿拾物料，取決于相鄰扒桿端所化軌跡間的距離。如果相鄰兩扒桿間的夾角為，那么，撿拾器扒桿轉過此角度的時間為 （3.2） 式中 ——扒桿末端的角速度； ——扒桿排的數目。 式中——扒桿的轉速。 將上式代入（2.2）式后 （3.3a） 式中 ——撿拾器轉筒轉速。 （3.3b） 將式（2.3a）的值代入上式 （3.3c） 此式指出，值隨的增大、隨和的減小而增大。 最佳的值由被撿拾的物料種類和它的含水量而定。例如，在收獲短莖稈和干牧草時，其值要比撿拾長莖稈和較濕的作物要小些。 在進行了一系列試驗的基礎上，一般推薦 米 有公式（2.3a）、（2.3b）和（2.3c）可得 取0.35m， 3.3新型撿拾器介紹 下面介紹克勞恩公司研發(fā)生產的新型撿拾器。如圖3-2為克勞恩公司配置在Comprima型圓形打包機上的撿拾器示意圖，。他主要由撿拾器軸，固定盤，彈齒梁，彈齒，撿拾器護板等組成。 從圖中可以看出，新型撿拾器取消了傳統撿拾器用來控制彈齒運動軌跡的定向滾輪機構。在撿拾器運轉過程中，彈齒的齒端始終與撿拾器軸軸線為圓心作圓周運動。撿拾器的主要功能是將地面鋪放的草條撿拾提升，并推送至壓捆機的輸送喂入機構。為此傳統的撿拾器在工作流程中應完成撿拾，提升和卸草3個工序。在撿拾器的提升階段，對彈齒的齒端的運動軌跡基本上沒有特殊要求，只要沿著規(guī)定的半徑作圓周勻速運動，即可將物料撿拾提升到護板上方。在斜草階段，彈齒在沿著護板上方推送物料過程中，其齒端與護板的相對速度明顯降低，運行方向應幾乎垂直向下，以便將物料卸放在護板末端。在新型撿拾器中，為了完成斜草功能，將撿拾器上方護板設計成微微向上翹起的曲面形狀，并在護板的上方，設置了除草板，而且，彈齒沿滾輪周向相對于滾筒徑向向后傾斜一定的角度。因此，在卸草階段，當彈齒運行到護板上方時，彈齒與護板的夾角將接近180°，并從護板間隙指那個縮到護板內側，物料不會被彈齒拖帶而堵塞在護板縫隙。 新型撿拾器取消了傳統撿拾器中結構復雜的定向滾輪機構，從而減少了撿拾器運動件的數量和部件的故障率，降低了維修和服務的費用，顯著提高了撿拾器的性能。 3.4撿拾器仿真結果及分析 打包機前進的速度為350mm/s，撿拾器的轉速為900r/min，方向為順時針方向，取彈齒頂點為參考點，運用Solidworks進行仿真分析，得到的軌跡為余擺線，如圖3-3。 彈齒頂端在撿拾器軸徑向的速度曲線如圖3-4。以打包機前進的方向為正方向當彈齒頂端運動方向與打包機前進速度相同時，速度大小為21521mm/s即圖表的下邊線，當彈齒頂端運動方向與打包機前進速度相反時，速度大小為20821mm/s即圖表的上邊線，當彈齒頂端運動方向與打包機前進速度垂直時，速度大小為350mm/s即打包機前進的速度。 2 1 6 7 9 8 4 2 5 3 圖3-2 新型撿拾器結構示意圖 1.撿拾器軸 2.軸承 3.輸送器鏈輪 4.固定盤 5.彈齒 6.彈齒梁 7.導向器 8.彈齒護板 9.支撐架 Vm 圖3-3 彈齒頂端運動軌跡圖 4螺旋輸送器 4.1設計要求 由于撿拾器的撿拾寬度為2.15m，而草捆寬度只有1.2m，需要設計輸送器裝置將兩邊的草料往中間運送。農作物輸送器有斜面，帶式輸送器，鏈板式輸送器，回轉式輸送器，割臺螺旋輸送器，斗士升運器和擊輪式拋送器等。 在各機器上，作為常用工作部件的螺旋輸送器，具有以下優(yōu)點： （1）尺寸比較??； （2）它不僅可以用于物料的水平輸送，而且也能夠在垂直方向以任意給定的角度輸送物料； （3）當制造精確，裝配仔細時，它的工作是可靠的； （4）制造成本低； （5）操作簡便； （6）便于驅動。 圖3-4 彈齒頂端運動軌跡圖 螺旋輸送器有整體葉片盤旋式、條帶葉片盤旋式、以及裝有按螺旋線排列的葉片等三種。在飼草收獲機上，一般使用整體盤旋式螺旋輸送器。 圖4-1 制造螺旋葉片開有切口的金屬板 螺旋面（或螺旋葉片）是由一個具有適當內徑和外徑的金屬圓環(huán)制成，如圖4-1。每個圓環(huán)的外部邊緣沿螺旋線彎曲后的長度，應該等于螺旋葉片邊緣螺距的長度；此外，圓環(huán)內緣彎曲后的長度，應該等于螺旋葉片內緣螺距的長度。葉片的內緣焊接在一個圓筒上（或螺旋輸送器的管軸上），管軸的兩端裝有軸承。圓環(huán)的側緣和相鄰葉片圓環(huán)的相應側緣焊接在一起，這樣就形成了一個任意長度得連續(xù)的螺旋面。 4.2工作原理 用螺旋輸送莖桿的過程中與前述的輸送松散物料的過程不同，這種螺旋輸送器的設計也是根本不同的。它的底槽取代了螺旋輸送器的管狀外殼，莖桿類物料通過螺旋葉片外邊緣與底槽間形成 的入口間隙，沿著整個螺旋的長度方向輸送。其螺旋葉片的直徑毫米，盤旋在直徑為毫米的管軸上。拾起下的物料由于螺旋輸送器的推移被送進螺旋與底槽形成的間隙中，并受到螺旋葉片邊緣的推壓，按其旋轉方向向側面輸送。 在有些機器里，莖桿通過撿拾器和連接板輸送器在送入螺旋輸送器里。 雖然使用螺旋輸送器輸送莖稈已有許多年了，但是對于他們的工作過程，至今還沒有完善的闡明，這是由于在單位時間內物料喂入的不均勻，以及植株的莖稈或者葉片被螺旋抓取時的起始位置有著顯著的差異，因而，其輸送過程非常復雜。 如圖4-2所示，我們假定輸送厚度，并假設螺旋葉片邊緣在A點處抓取物料并對物料生產擠壓，使之轉向側面。當這些轉向側面的物料被拉進螺旋與底槽之間的間隙時被擠壓的越緊，最大擠壓發(fā)生在物料厚度為的B點。此后由于間隙顯著變大，假設C點處門螺旋對物料壓力低到不能移動在垂直投影面上，物料移動的路程可以表示為 理論上說，物料層的最大擠壓發(fā)生在B點，壓力N由于摩擦角的偏移，產生的摩擦分為。底槽的反作用也由于底槽與輸送物料間的摩擦角被偏轉，產生分力。并且在被擠壓的莖稈之間也產生摩擦阻力。這些阻力與力的方向相同。 圖4-2 螺旋輸送器的工作情況 1—螺旋輸送器軸 2—螺旋葉片 3—底槽 若，同時，那么物料移動時，會同時出現物料層的錯動。若，或者當物料與螺旋葉片邊緣之間沒有打滑發(fā)生時，物料沿直線AC移過底槽，再次情況下，物料沒有平行于螺旋軸方向的移動，螺旋輸送器的生產率為零。 因此，雖然實際上 在軌跡AC上，螺旋葉片邊緣相對于物料層或多或少地存在著滑動。當發(fā)生滑移時，物料將沿螺旋面向側面移動。 用簡化的推理方法，可由連續(xù)的區(qū)段Aa,ab,bc,cd,de和來表示物料瞬時的移動路程。與AC方向一致的那些區(qū)段，表示沒有滑移時的移動軌跡，而與螺旋葉片傾斜方向一致的那些區(qū)段，表示有滑移時的移動軌跡。此外，物料總的移動方向可以近似地用直線（實際上是一條螺旋線）表示。段位一定時間內物料平行于螺旋軸移動的距離。因此，此數值的可以象征地表示螺旋輸送器的生產率。 隨著壓力N和螺旋葉片邊緣與物料摩擦系數的增大，以及物料與槽底面摩擦系數的減小，物料的橫向滑移量減小。但是壓力N隨物料喂入量增大而增大，這不僅使物料沿軸向的移動減小，而且也增大了螺旋輸送器軸和軸承的負荷，從而加速他們的磨損。 除了上述的橫向滑移外，由于物料與底槽的摩擦，在被移動的物料和螺旋葉片之間還有滑移產生。這種滑移可稱為縱向滑移，它使物料移動的距離減小，因此，螺旋輸送器的生產率也隨之降低。總之，我們可以闡述下面的原理：當橫向滑移越大而縱向滑移越小時，物料的輸送情況越好（并且螺旋輸送器的生產率也越高）。為了達到使物料沿螺旋軸向的移動最大，而沿其旋轉方向的移動較小，螺旋的邊緣應盡可能地銳利和光滑。此外，底槽的表面可以安裝一些與螺旋軸方向平行的凸筋或焊條。 4.3 仿真及分析 螺旋輸送器安裝在撿拾器后方的機架上，左右對稱布置，并由鏈傳動驅動，其裝配體如圖4-3。左右螺旋輸送器螺旋葉片的旋轉方向相反，葉片外徑200mm，螺距400mm，長度400mm，螺旋軸轉速300r/min,y葉片與外殼的間隙5mm。 圖4-3 螺旋輸送器裝配體 取螺旋葉片邊緣點為參考點，運用Solidworks進行仿真分析，忽略打包機前進的速度，參考點徑向的速度曲線如圖4-4。螺旋葉片上任一點繞軸做勻速圓周運動，速度大小為9446mm/s。 圖4-4 螺旋輸送器葉片邊緣的徑向速度曲線圖 5滾筒式切碎喂入裝置 5.1設計要求 （1）滾筒承受載荷平穩(wěn)； （2）切得草料長度適中，盡量減少營養(yǎng)損失； （3）切割刀片要方便檢查、維修和更換； （4）當切割堅硬的物體時自動讓刀，以免損傷刀片。 5.2工作原理 如圖5-1所示，水平面上回轉刀盤，在它上面鎦裝刀片，圓盤一面繞O軸旋轉一面沿軸前進。假設圓盤工作時整個刀刃均參與切割，則刀刃掃過的面積為兩個平行余擺線所封閉。下一個相鄰刀刃掃過的面積又由下兩個平行余擺線封閉。這兩個刀刃通過的面積交叉區(qū)為重割去，第二刀片在重割區(qū)（雙陰影區(qū)），該區(qū)內的作物全部漏割。 圖5-1 回轉式割刀運動軌跡圖 刀刃上點a的軌跡方程為 （5.1） 式中 —機器前進速度。 對于b點 （5.2） 如果 （5.3） 則漏割區(qū)消失。 式中 —刀刃的有效長度（毫米） 第一刀片刀刃在或轉動時，它將切割軸處的作物。把此值代入式（5.1）得 （5.4） 相鄰第二刀片刀刃在轉角時也切割軸上的作物，算出時間之后，代入式（5.2）得 （5.5） 把式（5.4）、（5.5）代入式（5.3）后得 所以 如果在刀盤互成直角地配置四把刀片，則， （5.6） 所以 （5.7） 或 （5.8） 式（5.6）表示切割角速度（刀盤轉速）與（切割進展）之間關系。若比值較大——即刀刃工作長度一定，機器前進速度較高或機器速度不變、刀刃工作長度較小，則圓盤的轉速較高。對于給定的圓盤轉速和刀刃有效長度，式（5.7）可計算機器的許可前進速度。由該式可知，當增大刀片有效長度和適當增大刀盤轉速，則可大大提高機器的前進速度，因而機器的工作效率也可大大提高。最后，式（5.8）表示刀刃有效長度與機器前進速度和刀盤轉速之間的關系。 相鄰二刀片（安裝四把刀片時）的時間間隔可用下式表示 在同一時間里機器前進的距離為所以 為了是整個刀刃進行切割，必須滿足下列條件 或 在（刀刃傾角為零）時， 由于回轉式切割器要利用作物的慣性，為了達到一定的慣性及避免產生漏割，割刀要求適當高的圓周速度。需要注意，回轉割刀的滑切速度是相當低的，例如其滑切速度比人工用鐮刀的滑切速度還要低得多。按照前蘇練得數據，回轉式切割器收割大麻的圓周速度為6米/秒，而收割柔軟牧草的圓周則高達30米/秒時甚至跟高。 5.3仿真及分析 滾筒切碎喂入裝置 按物料在喂入預壓縮室前是否被切碎，底喂入式輸送喂入預壓縮系統可分為滾筒式切碎喂入預壓縮系統和旋轉式輸送喂入預壓縮系統。兩者的區(qū)別在與前者將物料切碎后輸送到預壓縮室，而后者不對物料進行切碎，直接輸送喂入到預壓縮室內。 德國Krone公司生產的Comprima F 125型圓草捆壓縮機切碎喂入系統結構示意圖，它主要由旋轉式動刀片和鋸齒形定刀組成。如圖5-2所示，裝配時，每把定位刀置于每副雙聯動刀片之間，使定刀片兩側刀刃與動刀片組成切割副，隨著動刀片的旋轉，物料被切碎后連續(xù)喂入預壓縮室。 如圖5-3為滾筒式動刀片示意圖，如圖所示，每把刀片具有周向均布的4個切割刃。安裝時，每2把刀片為一組固定在滾筒體上，構成1副雙聯動刀片。沿著滾筒縱向動刀片被劃分為4個單元，每個單元中的相鄰2副雙聯動刀片錯開一定角度，使刀刃行程一條螺旋線。其中，第一，第三單元刀片的刀刃以右螺旋線方式排列，第二，第四單元刀片的刀刃以左螺旋線方式排列動刀片數量因產生廠家的產品及其產品型號不同而有所不同，若裝上全部的動刀片，物料切碎長度50-60mm，用戶在打捆時，可以根據各自需求適當增減刀片數量，滾筒直徑通常為550mm左右。 如圖5-4滾筒式切碎喂入裝置定刀片裝配結構示意圖，主要由定刀片，刀片底座，拉桿，擺臂和液壓油缸等組成。如圖所示，定刀片安裝在刀片底座上。底座通過擺臂與拉桿個液壓油缸聯接。 圖5-2 滾筒式切碎喂入機構裝配示意圖 圖5-3 滾筒式動刀片示意圖 圖5-4 滾筒式切碎喂入裝置定刀片裝配結構示意圖 油缸可使擺臂上下擺動。擺臂向上時，底座隨之上升到工作位置；而擺臂向下擺動時，底座可降至低點，使定刀片完全露出，以便于快速檢查，維修和更換定刀片。 當滾筒切碎喂入機構的轉速為2000r/min時，動刀片的中點的徑向運動速度曲線如圖5-5所示動刀片中點的速度為。 圖5-5 滾筒切碎喂入機構動刀片的中點的徑向運動速度曲線 6打包室 打包室主要有輥筒，帶輪，壓包機機構即皮帶，彈簧，液壓機構等。輥筒主要用來為草包滾動提供動力；帶輪可分為固定帶輪和可動帶輪，可動帶輪與彈簧相連。由于皮帶的長度不變，隨著草捆的增大，可動帶輪壓縮彈簧，使外側皮帶縮短，內側皮帶伸長，并且草捆會將內側皮帶撐起以脫離帶輪。當草捆增大到一定大小會觸發(fā)傳感器，在液壓機構的作用下將壓包機構撐起，草捆彈出落到地上，完成打包。 在田間工作業(yè)過程中，隨著機器的運轉和前進，撿拾器彈齒將地面草條撿拾起來，經滾筒喂入機構將飼草切碎并送入由輥筒和長皮帶組成的成捆室。在重力的共同作用下，物料旋轉形成草芯，如圖6-1。隨著越來越多的物料進入成捆室，并在輥筒和長皮帶的共同作用下不斷的旋逐漸形成圓捆，繼續(xù)撿拾，圓捆的直徑不斷增大，密度也隨之增大，當直徑增大到控制臂的設定值時即形成草捆，如圖6-2。 開啟后門將草捆彈出落到地面，合上后門繼續(xù)前進，進行下一個草捆的卷制作業(yè)。 輥筒 固定帶輪 草捆 皮帶 車輪 滾筒 切割喂入器 可動帶輪 圖6-1 草芯形成過程簡圖 輥筒 滾筒切割喂入器 草捆 固定帶輪 車輪 皮帶 可動帶輪 圖6-2 壓緊過程簡圖 7總體效果圖 圖7-1 圓形打包機前視圖 圖7-2 圓形打包機左視圖視圖 圖7-3 圓形打包機俯視圖 圖7-4 圓形打包機俯視圖 致 謝 通過半年來的忙碌和學習，本次畢業(yè)論文設計已接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)設計，由于經驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，在這里衷心感謝指導老師的督促指導，以及一起學習的同學們的支持，讓我按時完成了這次畢業(yè)設計。 在這里首先要感謝我的導師老師。周老師在我做畢業(yè)設計的每個階段，都給予了我悉心的指導。她的嚴謹治學，科學研究的精神以及高尚的品格也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。其次要感謝我的專業(yè)課老師對我無私的幫助。正因如此，我才能順利的完成畢業(yè)設計。我要感謝我的母?！猉X大學，是她給了我優(yōu)良的學習環(huán)境，讓我度過了人生中最難忘的時光。感謝我的朋友們，陪我度過了大學最艱難而有意義的日子。 還有謝謝我周圍的同窗朋友，他們給了我無數的關心和鼓勵，也讓我的大學生活充滿了溫暖和歡樂。如果沒有他們的幫助，此次畢業(yè)論文的完成將變得困難。他們在我設計中給了我許多寶貴的意見和建議。 參考文獻 [1] 張英俊,王明利等.我國牧草產業(yè)發(fā)展趨勢與技術需求.現代畜牧獸醫(yī),2011(10):8-11. [2] 楊世昆,蘇正范.飼草生產機械與設備.北京:中國農業(yè)出版社,2009. [3] 李大鵬,劉向陽.飼草產業(yè)化與飼草打捆機的開發(fā)[J].飼料廣角,2002(15):10-12. [4] 周桂霞,李劍等.牧草壓捆機關鍵部件的仿真分析.2011,23(3):16-18. [5] [波蘭]卡納沃依斯基.收獲機械.曹崇文,吳春江等譯,1983. [6] 李寶筏.農業(yè)機械學.北京:中國農業(yè)出版社,2003 . [7] 高玉忿.圓形大草捆撿拾壓捆機.譯自蘇刊《國際農業(yè)雜志》,1977(7). 飼草打包機模型的建立飼草打包機模型的建立 專業(yè)：機械設計制造及其自動化專業(yè)：機械設計制造及其自動化 班級：機械班級：機械12-1 12-1 姓名：劉清平姓名：劉清平 學號：學號：80112081248011208124 指導教師：周嶺指導教師：周嶺 LOGOContents打包室打包室4.滾筒切碎喂入機構滾筒切碎喂入機構3.螺旋輸送器（攪輪）螺旋輸送器（攪輪）2.撿拾器撿拾器1.飼草打包機工作原理飼草打包機工作原理LOGO工作流程工作流程撿拾器撿拾器攪輪攪輪切碎機構切碎機構打包室打包室撿拾飼草撿拾飼草將兩側的草將兩側的草料往中間輸料往中間輸送送切碎飼草切碎飼草并喂入并喂入打包室打包室在滾筒和在滾筒和長皮帶的長皮帶的作用下完作用下完成打包成打包LOGO撿拾器拾器在撿拾過程中，不要撕破豆科類草料最有營養(yǎng)價值的細嫩葉片。撿拾草條要干凈，撿拾損失率一般不應不大于2%，撿拾起來的物料中陳草及及其他雜質要少。設計設計要求要求要求要求撿拾器原理撿拾器原理 直扒桿撿拾器的外形1直扒桿 2罩殼 3窄縫 N正壓力 W由摩擦角引起方向偏斜后的壓力撿拾器三維實體模型撿拾器三維實體模型撿拾器仿真撿拾器仿真v打包機前進的速度為打包機前進的速度為350mm/s，撿拾器的轉速，撿拾器的轉速為為900r/min，方向為順時針方向，取彈齒頂點，方向為順時針方向，取彈齒頂點為參考點，運用為參考點，運用Solidworks進行仿真分析，得進行仿真分析，得到的軌跡為余擺線到的軌跡為余擺線 彈齒頂端運動該機圖彈齒頂端運動該機圖彈齒頂端速度曲線彈齒頂端速度曲線仿真結果分析仿真結果分析v 以打包機前進的方向為正方向當彈齒頂端運動以打包機前進的方向為正方向當彈齒頂端運動方向與打包機前進速度相同時，速度大小為方向與打包機前進速度相同時，速度大小為21521mm/s即圖表的下邊線，當彈齒頂端運即圖表的下邊線，當彈齒頂端運動方向與打包機前進速度相反時，速度大小為動方向與打包機前進速度相反時，速度大小為20821mm/s即圖表的上邊線，當彈齒頂端運即圖表的上邊線，當彈齒頂端運動方向與打包機前進速度垂直時，速度大小為動方向與打包機前進速度垂直時，速度大小為350mm/s即打包機前進的速度。即打包機前進的速度。螺旋輸送器螺旋輸送器三維實體圖三維實體圖LOGO滾筒式切碎喂入裝置滾筒式切碎喂入裝置 切碎飼草將切碎的飼草喂入打包將切碎的飼草喂入打包室室滾筒式動刀片示意圖滾筒式動刀片示意圖 滾筒式切碎喂入裝置定刀片裝配結構示意圖滾筒式切碎喂入裝置定刀片裝配結構示意圖 滾筒式切碎喂入機構裝配示意圖滾筒式切碎喂入機構裝配示意圖打包室打包室v打包室由輥筒、長皮帶打包室由輥筒、長皮帶、液壓機構構成、液壓機構構成草芯形成過程簡圖草芯形成過程簡圖 壓緊過程簡圖壓緊過程簡圖 圓形打包機前視圖圓形打包機前視圖 圓形打包機左視圖視圖圓形打包機左視圖視圖 圓形打包機俯視圖圓形打包機俯視圖圓形打包機俯視圖圓形打包機俯視圖 2009年第5期 農機化 國外農機：一 約翰迪爾7760自走式可打包棉花收獲機 約翰迪爾7760自走式可打包棉花收獲機是由 美國迪爾公司于2007年推出的世界上最先進的新 一代自走式摘棉機，由一臺摘棉機和一臺機載的圓 形棉花打包機組成。它的誕生體現了迪爾公司在棉 花收獲機械技術上的世界領先地位，實現了機械收 獲棉花的一次革命，即田問采棉和機載打包一次完 成，實現連續(xù)不問斷的田間采棉作業(yè)。該機具有的 主要特點： 1 進行連續(xù)不停頓的田間采摘收獲作業(yè) 7760棉花收獲機柴油箱容積1 136 L，摘錠清 洗液箱容積1 363 L，采棉頭潤滑脂箱容積303 L。 每天加注一次液體可以在田間連續(xù)采棉作業(yè)12 h 以上。 據美國農場主經過2008年棉花采摘季節(jié)的實 踐，與傳統的棉箱式摘棉機相比，相同作業(yè)面積時， 7760棉花收獲機在采摘作業(yè)時間上平均可以節(jié)約 20-30，大幅度提高了棉花采摘效率。當用時間 作為衡量棉花采摘作業(yè)的要素時，這種效率的提高 無異是幫助摘棉機用戶節(jié)約了費用。 2 節(jié)約了田間采摘作業(yè)時需要的人力和相 關配套的設備 在采摘作業(yè)中，該機只需要把機載的圓形棉花 打包機彈出的棉花包放置在機器后面的一個可升降 的托架上，繼續(xù)進行采摘作業(yè)。等該機到地邊時，直 接把棉包卸載到地面上。僅需要配備一個拖拉機后 置式的棉包叉車和一輛棉包運輸車。減少了傳統的 棉箱式摘棉機作業(yè)時必須配套的運棉車、牽引運棉 車的拖拉機或傳統的方形棉花打垛機等設備，農場 棉機一樣的摘錠清洗功能，確保了最大的收獲效率。 7 底盤 5 棉花輸送系統 該機使用了在約翰迪爾自走式摘棉機上驗證多 年的JETAIRTROL棉花輸送系統，確保收獲更干 凈的籽棉。 棉花輸送系統由一個風機和兩個輸棉管組成， 每個采棉頭都有一個單獨的通向棉箱的輸棉管。即 使在最小動力輸出時，該系統也能夠提供出色的籽 棉輸送效率。此外，該系統使采摘頭被阻塞的可能 性降為最低。棉花輸送系統由牽引拖拉機的后動力 輸出軸提供動力。 6 棉箱 棉箱容積l3 m3，最大籽棉裝載量約1 000 kg。 棉箱的升起和下降通過在拖拉機駕駛室內操作液壓 輸出閥手柄完成的。 棉箱系統包含一個手動接合的棉箱油缸鎖。當 棉箱在升起并鎖定的情況下，這個裝置保證了可以 安全地完成各項維修保養(yǎng)工作。 棉箱后部有一個梯子，棉箱上有安全扶手，為清 理棉箱頂部提供了便利。 該機在牽引拖拉機和摘棉機之間，實現了可轉 向的聯結。該裝置允許駕駛員在拖拉機駕駛室進行 道路運輸狀態(tài)(正牽引模式)和田間采摘作業(yè)(右置 側牽引模式)兩種模式下的牽引狀態(tài)轉換操作。此 外，該裝置還可以減小轉彎半徑。 在道路行走時，使用道路運輸牽引模式。這種牽 引模式也被用來在棉田首次采摘開路時使用。當棉 田采摘通路被打開后，將牽引方式轉換成田間采摘 作業(yè)模式，使兩個采摘頭始終在拖拉機的右側工作。 該機與牽引拖拉機之間的懸掛連接和分離非常 方便快捷。在從牽引拖拉機上分離摘棉機時，駕駛員 先放下停車支架，卸掉動力輸出軸，從液壓輸出閥上 拔出液壓管，從拖拉機后部斷開電線插頭和斷開拖 拉機牽引桿。三個人在1 min之內就可以完成懸掛 連接或分離。 約翰迪爾7260牽引式摘棉機在中亞地區(qū)、中國 已經連續(xù)數年進行了田間棉花采摘作業(yè)。實踐 證明，該機完全適合在中小規(guī)模棉花種植規(guī)模下對 棉花機械化收獲的需求。 (約翰迪爾中國市場部) 61 國外農機 農機化 2009年第5期 主明顯減少了在棉花采摘季節(jié)需要雇用的輔助勞動 力人數，也減少了在田間需要搬運棉花方形打垛機 的麻煩。 當7760棉花收獲機需要從一塊棉田轉移到另 一塊棉田時，可以在1 min之內從采摘模式轉換到 運輸模式，允許駕駛員非常輕松地以27 kmh的速 度在道路上行駛。 不論是摘棉機在田間采摘棉花，還是從一塊棉 田轉移到另一塊棉田，7760棉花收獲機都把棉花機 械化收獲提高到了一個新的水平，創(chuàng)造了一種簡單 高效的棉花機械化收獲方式。 3 動力強勁，能夠保證在各種條件下棉田 的采摘作業(yè) 約翰迪爾7760自走式可打包棉花收獲機配備 了約翰迪爾POWERTECH PLu 排氣量135 L、 額定功率370 kW、符合TIER III排放標準的柴油發(fā) 動機。ProDrive 自動換檔的變速箱，允許駕駛員在 行進時實現平穩(wěn)變速。一檔采摘速度可達68 kmh， 道路運輸速度可達274 kmh。靜液壓四輪驅動，保 證強大、高效的驅動能力。適應各種條件下棉田的 采摘作業(yè)，甚至能夠在泥濘和有積水的棉田中進行 采摘作業(yè)。 2008年，美國路易斯安那州颶風災害發(fā)生后， 當其它型號自走式摘棉機都無法在有積水的棉田中 繼續(xù)采摘作業(yè)時，只有約翰迪爾7760自走式可打包 棉花收獲機能夠在泥濘的棉田繼續(xù)進行采摘作業(yè)。 4 適應全天候條件下的采摘作業(yè) 約翰迪爾7760自走式可打包棉花收獲機的機 載圓形打包機把圓形棉包包裹三層，棉包最大直徑 可達229 m(直徑可調范圍091229 113)，寬度2。43 m，每包籽棉重量2 039-2 265 kg。與傳統的方形棉 花垛相比，網形棉包改善了雨天的防水性能，具有 抗風、運輸過程中不易破損等特點，圓形棉包的高強 度打包膜從田間到軋花廠的過程中，很好地保護了 棉花纖維和棉花種子。 圓形棉包與地面接觸面積小，對存放場地沒有 特殊要求，不需要專門的運輸車輛。具有拉運方便、 在田問和軋花廠存放方便的特點。圓形棉花包被全 部包裹，減少了在田問和軋花廠存放場地上的籽棉 損失。 62 5 有利于軋花廠的加工 在棉花的收獲和加工季節(jié)，對軋花廠來說，籽棉 的運輸和存放是非常困難的。圓形棉包具有形狀大 小一致，內部濕度恒定和密度均勻，運輸和存放靈活 方便的特點。 使用7760棉花收獲機收獲的棉花，給軋花廠拉 運籽棉尤其是在雨天拉運籽棉帶來了極大的便利。 運輸圓形棉花包時，首先使用拖拉機后置式叉 車在田間將棉花包分段運輸，再使用標準的方形棉 花垛運輸卡車或平板卡車將圓形棉花包運走。一輛 標準的方形棉花垛運輸卡車每次可以裝運四個圓形 棉花包，長1464 in的平板卡車一次可以裝載6個 圓形棉花包，1617 m的平板卡車一次可以裝載7 個圓形棉花包。 圓形棉花包被全部包裹，從田間到軋花廠包中 的籽棉幾乎不損失。在加工圓形棉花包時，由于圓形 棉花包不會在場地上散落棉花，軋花廠也不需要專 門派人來清理。而傳統的方形棉花垛堆放在軋花廠 場地上會吸收地上的水分并容易受雨水的侵蝕，在 喂人軋花加工線前，需要烘干處理、把臟棉花人工分 撿出來。而全包裹的圓形棉花包從田間到軋花廠的 場院、軋花加工線一直能保持籽棉的干燥。 圓形棉花包中的含水量恒定在大約85，因此 棉花烘干需求的爐溫低、時間短，所以軋花加工線每 小時大約平均可以增加7包的喂入量。此外，由于圓 形棉花包里的籽棉靜電減少了，所以在軋花加工線 上喂入來自圓形棉花包中的籽棉時，要比喂人方形 棉花垛中的籽棉更容易了。據美國德克薩斯州的一 個軋花廠測算，在2008年秋季發(fā)生颶風期間，他們 在雨天加工圓形的棉花包時，節(jié)省了40的用于烘 干籽棉的燃料。另外，圓形棉花包的包裝膜完全可以 回收再利用，也成為了軋花廠的一筆額外收人。 經過美國2008年棉花收獲季節(jié)的實踐，約翰迪 爾7760自走式可打包棉花收獲機得到了棉花農場 主和軋花廠的普遍好評。該機不僅實現了田間連續(xù) 不停頓的采摘作業(yè)，使農場主提高了棉花收獲的采 摘效率。而且，緊湊的圓形棉花包幫助軋花廠減少了 籽棉的損失和棉花等級的降低，也為軋花廠提供了 籽棉拉運和存放的靈活性和方便性，并提高了軋花 加工線的加工效率。 (約翰迪爾中國市場部)