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CYMBAL機(jī)電換能器
摘要：一種新型命名為"cymbal"的換能器已經(jīng)出現(xiàn)了，它擁有更大的位移、更大的激振力以及更加經(jīng)濟(jì)有效的制造成本。cymbal換能器由夾在兩片金屬端帽之間的壓電陶瓷片構(gòu)成，即可用于傳感器又可發(fā)生器。相同尺寸壓電陶瓷片的cymbal發(fā)生器能產(chǎn)生大約40倍于普通的換能器的位移。
1、簡(jiǎn)介
本文描述一種新型復(fù)合換能器，"cymbal",它有更大的位移和相當(dāng)高的激振力。以下將描述直徑為12.7mm、總高2mm的振子的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)，以及位移、激振力和最快響應(yīng)時(shí)間。cymbal振子是第二代月牙形復(fù)合換能器，通過有限元分析以及經(jīng)驗(yàn)發(fā)展而來。在最初的月牙形構(gòu)想中，位移由金屬端帽的彎曲運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生。但是，對(duì)cymbal換能器來說，位移則是彎曲和旋轉(zhuǎn)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生。而且，端帽通過沖壓金屬薄板就能容易得到。cymbal復(fù)合振子將在本文中與其他換能器的設(shè)計(jì)比較討論。
2、制造和布局方法
需要設(shè)計(jì)一套沖壓模具，以便能以較低的成本、較高的效率制造圓錐形的“cymbal”端帽。通過切割工具鋼可制造出所需的模具，它能沖直徑為12.7mm并且?guī)?.2、直徑為9.0mm的圓錐形空腔。在沖壓成型過程中，也會(huì)產(chǎn)生變形。最終的產(chǎn)品需要表面處理來保證粘結(jié)質(zhì)量。cymbal端帽可由0.25mm~0.20mm厚的金屬板制造，不同厚度金屬板的特性見表1。cymbal換能器的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。
A）cymbal振子的位移特性
cymbal端帽被粘結(jié)到壓電陶瓷片上，粘結(jié)劑為環(huán)氧樹脂。環(huán)氧樹脂層的厚度大約為20um.在0.1Hz、1kV/mm電場(chǎng)下，用LVDT測(cè)量的復(fù)合振子的位移大約為0.05um。同樣使用LVDT系統(tǒng)，可以測(cè)得在靜載荷條件下的激振力。響應(yīng)特性包括用HP-4194A計(jì)算響應(yīng)速度和評(píng)估粘結(jié)層。
圖2表明與早期的cymbal振子（0.2mm厚端帽）相比，位移的位置獨(dú)立性。位置獨(dú)立的位移是早期月牙形的一個(gè)缺點(diǎn)。帶有凹槽的月牙形端帽表明其有更少的位置依賴性。該cymbal設(shè)計(jì)傳遞一個(gè)在端帽中心一個(gè)寬的部分偏移量小于1微米均勻的位移。新端帽的大接觸平面設(shè)計(jì)使得它比將單個(gè)振子堆在一起來達(dá)到大的位移更加實(shí)際。另外，新的堆積結(jié)構(gòu)在軸對(duì)稱載荷作用下更加穩(wěn)定。175um的位移值相當(dāng)于5個(gè)cymbal堆積在一起。
圖3表明金屬端帽楊氏模量和陶瓷材料的類型對(duì)復(fù)合cymbal振子（0.25mm厚端帽）的影響。對(duì)于相同的金屬端帽，有位移對(duì)陶瓷壓電系數(shù)的獨(dú)立性。PZT在徑向以及空腔的收縮越大，金屬端帽在軸向的位移也越大。金屬端帽得位移會(huì)隨著硬度的增大而變小，這與在端帽的 運(yùn)動(dòng)中高的機(jī)械損失有關(guān)。高硬度金屬的位移大約是低硬度金屬端帽可達(dá)到位移量的52-57%，且與陶瓷類型無關(guān)。
壓電、電致伸縮轉(zhuǎn)換類型的電動(dòng)陶瓷元件在cymbal設(shè)計(jì)中作為驅(qū)動(dòng)元件。即使線性位移特性，壓電陶瓷cymbal依然顯示高的滯后現(xiàn)象。通過使用PMN-FT類型electrosuictive ceever 有電致伸縮驅(qū)動(dòng)元件cymbal振子顯示了非線性位移。這種材料的獨(dú)特屬性就是其在集中電場(chǎng)下的測(cè)定體積擴(kuò)展。跟cymbal端帽設(shè)計(jì)一樣，這種測(cè)定體積擴(kuò)展被轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)的軸向位移。圖4顯示有PNZST驅(qū)動(dòng)元件的cymbal振子的位移滯后現(xiàn)象。
B）最大激振力
黃銅端帽cymbal振子的最大激振力大約是15N。對(duì)于cymbal振子來說，端帽材料的彈性是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，因?yàn)槎嗣痹诩辛ψ饔孟氯菀紫駨椈梢粯舆\(yùn)動(dòng)。cymbal振子的作用力范圍與月牙形振子相比要大一些。由于使用了硬質(zhì)金屬端帽，力的范圍可能明顯地增加。鎢端帽的cymbal振子表現(xiàn)出了一個(gè)大于100N的激振力。圖5彈性模量對(duì)cymbal振子的位移和激振力性能的影響。
C）cymbal振子最快響應(yīng)時(shí)間
對(duì)于振子來說，最快響應(yīng)時(shí)間是一個(gè)重要的標(biāo)準(zhǔn)，它可以被定義為到達(dá)振子快和精確響應(yīng)的時(shí)間。系統(tǒng)的機(jī)械諧振限制了實(shí)際的作用域。振子應(yīng)該用于它們的諧振頻譜的線性范圍內(nèi)。cymbal振子的最快響應(yīng)時(shí)間由式t=（1/f）來評(píng)估，其中f是彈性響應(yīng)頻率。圖6帶有不同壓電驅(qū)動(dòng)元件的cymbal振子的FRT。在給定的尺度下，cymbal振子最快響應(yīng)時(shí)間大約是50usec。
D）cymbal有效壓電系數(shù)
壓電電荷系數(shù)是一個(gè)材料參數(shù)。對(duì)于傳感器來說正壓電效應(yīng)是重要的，而負(fù)壓電效應(yīng)對(duì)作動(dòng)器很重要。由于月牙形和cymbal的復(fù)合設(shè)計(jì)，有效的壓電系數(shù)用于區(qū)分材料常數(shù)。月牙形和cymbal換能器的壓電系數(shù)可用 a modified Berlincourt meter來測(cè)量。例如，0.30mm厚的黃銅端帽，大約10,000 pC/N的壓電系數(shù)在中心處被測(cè)量。月牙形振子端帽下方的空穴在月牙形的特性中扮演一個(gè)至關(guān)重要的角色。月牙形換能器的壓電電荷系數(shù)也顯示了與位移相似的位置依賴性。
用cymbal端帽，壓電系數(shù)增加大約60%。直徑12.7mm和總厚1.7mm的cymbal，其有效壓電系數(shù)大于在直徑為3mm的cymbal換能器的中心部分的15000pC/N。我們推斷，在月牙形金屬端帽的邊緣附近的厚金屬區(qū)域是一個(gè)被動(dòng)區(qū)域，它不僅不能協(xié)助壓力的傳遞，相反還降低了總的效率。而cymbal端帽能更有效地傳遞壓力，明顯地改善能量傳遞。
4.討論
A.Comparison of the Solid Stale Actuator Designs
各種各樣的固體作動(dòng)器設(shè)計(jì)的幾個(gè)特點(diǎn)被列出在表11中。由于幾何學(xué)和特定應(yīng)用中的不同操作環(huán)境的差異，比較不同振子是相當(dāng)困難的。為了作一個(gè)公平的比較，每一個(gè)振子都被選擇了相似的尺寸，且測(cè)量環(huán)境是在表11中指定的那些。有適度激振力和位移值得月牙形cymbal振子填補(bǔ)了多層和雙壓電晶片元件之間的鴻溝。每一個(gè)固體作動(dòng)器的設(shè)計(jì)具有吸引人的特征，這些特征可以開發(fā)作為特定的應(yīng)用。月牙形cymbal振子的優(yōu)點(diǎn)是：通過改變空穴尺寸和端帽尺寸，能很容易的得到想要的振子的性能。它的另一優(yōu)點(diǎn)就是制造方便。彩虹形振子也部分地填補(bǔ)了上述鴻溝。對(duì)于那種類型的振子，高溫下陶瓷元件的處理期間一個(gè)變形階段導(dǎo)致了一個(gè)半導(dǎo)體層和應(yīng)力偏差。即使它表現(xiàn)出了一個(gè)彎曲運(yùn)動(dòng)，彩虹形可以被分為單晶體或者unimorph振子類。彩虹形的有效耦合因子在理論上依然比月牙形cymbal小。與cymbal相比，高集中場(chǎng)，位置獨(dú)立位移和成本是彩虹形振子主要的缺點(diǎn)。在月牙形cymbal振子設(shè)計(jì)中，多層壓電陶瓷晶片可能被用作驅(qū)動(dòng)元件，這樣就可以降低驅(qū)動(dòng)電壓。在這項(xiàng)研究中，為了研究端帽材料和驅(qū)動(dòng)元件的影響，我們保持尺寸不變。并且，通過縮小結(jié)構(gòu)尺寸達(dá)到更高的位移是可能的。以35mm的直徑為例，可達(dá)到150um的位移值。cymbal換能器的有限元分析和比例縮放的研究將在其它的出版物中被發(fā)表。
B）cymbal換能器的應(yīng)用前景
cymbal換能器在汽車工業(yè)中有很大的潛力。在汽車工業(yè)中，它們可以被用作傳感器和振動(dòng)抑制元件。cymbal振子也可在閥的設(shè)計(jì)中用作轉(zhuǎn)換元件。在循環(huán)過程中，在月牙形cymbal換能器內(nèi)部有一個(gè)體積的變化。該體積的改變可在微泵中得到應(yīng)用。像CD-ROM和磁盤存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器一樣的高密度存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器是另外一些可能的應(yīng)用領(lǐng)域，因?yàn)閏ymbal振子有傳遞精確位置的能力。
由于高的壓電電荷系數(shù)，月牙形cymbal換能器可用作水聽器，加速計(jì)和氣-聲換能器。在低的頻率下，cymbal加速計(jì)比PZT陶瓷有更高的靈敏度。cymbal型水聽器的優(yōu)點(diǎn)就是有非常大的流體動(dòng)力電荷和電壓系數(shù)而且有輕一些的重量和便宜一些的制造成本。
任務(wù)書
一、 課題依據(jù):
本課題針對(duì)中小方捆打捆機(jī)開發(fā)的技術(shù)難點(diǎn)，設(shè)計(jì)打捆機(jī)關(guān)鍵零部件，對(duì)機(jī)構(gòu)的工作過程和失效狀況進(jìn)行分析，對(duì)提高秸稈打捆技術(shù)水平是極其必要的，符合當(dāng)前我國秸稈處理的實(shí)際需要，具有明顯的研究?jī)r(jià)值和實(shí)用意義。
原始參數(shù)：
配套動(dòng)力：25-50馬力；
拖拉機(jī)輸入轉(zhuǎn)速；540r/min；
活塞沖程：100次/min；
草捆長(zhǎng)度：30—130cm（可調(diào)）；
打結(jié)器數(shù)量：2個(gè)。
二、 任務(wù)要求:
1. 專題綜述報(bào)告（2000字左右）
2. 專業(yè)譯文工作（5000漢字左右）
3. 調(diào)研報(bào)告（1000字左右）
4. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作（≥4張零號(hào)圖，其中至少有一張1號(hào)CAD圖）
1） 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)總裝圖；
2） 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)非標(biāo)件零件圖。
3） 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（≥8000字）
三、 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)進(jìn)度計(jì)劃:
起訖日期 工作內(nèi)容
3.13～3.19 明確任務(wù)，收集資料，外文翻譯
3.20～4.2 文獻(xiàn)綜述，外出調(diào)研，撰寫調(diào)研報(bào)告
4.3～4.16 傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化方案論證
4.17～5.7 繪制傳動(dòng)系統(tǒng)總裝圖
5.8～5.21 傳動(dòng)系統(tǒng)零件的設(shè)計(jì)
5.22～5.28 傳動(dòng)系統(tǒng)的裝配
5.29～6.4 傳動(dòng)系統(tǒng)分析
6.5～6.11 編寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
6.12～6.16 畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯
摘 要
隨著中央不斷推進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，農(nóng)作物的機(jī)械化也在不斷的發(fā)展，其中主要表現(xiàn)在農(nóng)業(yè)秸稈打捆技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展。目前國內(nèi)外在秸稈撿拾打捆機(jī)部分投入的人力，財(cái)力，都是相當(dāng)可觀的。打捆機(jī)中引針架機(jī)構(gòu)與打結(jié)器機(jī)構(gòu)和活塞止動(dòng)部件以及撿拾機(jī)構(gòu)的相互配合，使得打捆機(jī)能順利的，效率的，完整的完成工作，其中引針架機(jī)構(gòu)及活塞止動(dòng)機(jī)構(gòu)是秸稈撿拾打捆機(jī)的主要部件，它決定了機(jī)械化打捆的的質(zhì)量和效率問題。本論文從中小方捆打捆機(jī)開發(fā)的技術(shù)難點(diǎn)出發(fā)，運(yùn)用機(jī)構(gòu)學(xué)理論，對(duì)機(jī)構(gòu)的工作過程和失效狀況進(jìn)行分析。
本文利用桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性，根據(jù)引針架及活塞止動(dòng)機(jī)構(gòu)的功能要求，對(duì)機(jī)構(gòu)的工作過程進(jìn)行嚴(yán)密的分析，建立了其運(yùn)動(dòng)模型，對(duì)其進(jìn)行機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化和運(yùn)動(dòng)仿真。最后，按照優(yōu)化參數(shù)的結(jié)果，利用Auto CAD設(shè)計(jì)完成了引針架及活塞制動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械裝配圖和零件圖。
關(guān)鍵詞：引針架機(jī)構(gòu) 活塞止動(dòng)機(jī)構(gòu) 秸稈撿拾打捆機(jī)
Abstract
Along with government advances the modern agriculture constantly, Crops has been the development of mechanization，Mainly in the agricultural straw bale technology innovation and development. At home and abroad to pick up in the straw bale machine parts into the human and financial resources, are considerable. Packaging machine frame agency cited the needle device with the robbery and the piston stop to pick up body parts, as well as each other, making a smooth function of packaging, efficiency and integrity of the completion of the work, which cited two institutions and the piston pin stop is Straw bale machine pick up the main components, which determines the mechanical packaging of the quality and efficiency. In this paper, from the small and medium-sized packaging machine tied to the development of technical difficulties, the use of agency theory, the work on the process and failure analysis of the situation.
In this paper, the motion characteristics of bar mechanism, in accordance with primers aircraft and piston-pin body stop the functional requirements, work on the process of rigorous analysis, the motion model parameters to optimize their organizations and Motion Simulation. Finally, in accordance with the results of optimization parameters, the use of Auto CAD design is completed the primer and the piston pin plane mechanical brake assembly drawing bodies and parts diagram.
Key word: Two agencies cited the needle Piston actuator only
Straw bale pick up machine
秸稈打捆機(jī)的發(fā)展歷程及研究現(xiàn)狀
每逢稻、麥?zhǔn)斋@結(jié)束， 農(nóng)民大量焚燒秸稈的現(xiàn)象屢禁不止。盡管各級(jí)政府及有關(guān)部門采取了很多措施，效果仍不明顯。秸稈焚燒不僅造成了大量的生物質(zhì)資源浪費(fèi)， 嚴(yán)重的空氣污染， 破壞了自然環(huán)境， 而且還常引發(fā)各種火災(zāi)及交通事故，使國家和人民的生命財(cái)產(chǎn)安全受到嚴(yán)重的威脅?！?十一五”是我國全面建設(shè)小康社會(huì)，加快推進(jìn)社會(huì)主義現(xiàn)代化和建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村的關(guān)鍵時(shí)期，加快建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，提高資源利用效率，減少損失浪費(fèi)，以盡可能少的資源消耗，創(chuàng)造盡可能大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為此我們加強(qiáng)了資源綜合利用方面的研究。開展秸稈綜合利用，推廣秸稈氣化、固化成型， 秸稈發(fā)電、養(yǎng)畜技術(shù)等，這都需要將大量的秸稈收集起來。秸稈機(jī)械化打捆機(jī)是秸稈綜合利用的基礎(chǔ)裝備，這項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用，必將成為農(nóng)村中一項(xiàng)可持續(xù)發(fā)展的綠色、環(huán)保、健康及經(jīng)濟(jì)效益型的綜合技術(shù)推廣項(xiàng)目，也將遏止秸稈的大面積焚燒，提高稻麥秸稈的綜合利用率， 改善農(nóng)村生產(chǎn)、生活環(huán)境， 成為農(nóng)業(yè)增效和農(nóng)民增收的有效技術(shù)。因此打捆機(jī)的全面應(yīng)用只是時(shí)間問題，在此我們對(duì)打捆機(jī)的發(fā)展歷程及研究現(xiàn)狀做一個(gè)大致的了解，這也是很有必要的。
1853年,美國人埃默里發(fā)明了草的打捆機(jī).那時(shí),美國一些發(fā)展很快的大城市需要大量的干草,以飼養(yǎng)那些用于工業(yè)和運(yùn)輸?shù)鸟R匹.為了方便運(yùn)輸把這些草壓緊,捆實(shí)是必不可少的事.埃默里發(fā)明的打捆機(jī)是一種水平壓力機(jī),在打捆箱兩端的延伸部分各裝一個(gè)功能如活塞的檔板,而草則放在箱內(nèi).由馬來拉動(dòng)一套鏈子和滑輪機(jī)構(gòu),使打捆箱兩端的擋板作相向運(yùn)動(dòng),從而將草壓緊.這種打捆機(jī)每小時(shí)可打5捆草,每捆重250斤.但是,當(dāng)機(jī)器運(yùn)行時(shí),仍需幾個(gè)工人做輔助工作.1872年,戴德里克在此基礎(chǔ)上研制出可連續(xù)生產(chǎn)的打捆機(jī),從而加快了生產(chǎn)的節(jié)奏.這種打捆機(jī)在美國和英國取得了極大的成功.由于需要不斷提高生產(chǎn)能力, 1884年又采用了可以連續(xù)生產(chǎn)的蒸汽壓力打捆機(jī).這種打捆機(jī)在將草壓成捆后,會(huì)自動(dòng)將草捆彈出,然后由人工用鐵絲捆好.
我國打捆機(jī)研究和開發(fā)起步晚,目前市場(chǎng)使用和購買的打捆機(jī)多以國外進(jìn)口為主,由于草場(chǎng)種植面積有限和畜牧發(fā)展規(guī)模不大,購買國外的打捆機(jī)多以小型方捆機(jī)為主。相對(duì)圓捆機(jī)來說,方捆機(jī)輸出的功率小故投資較少!可在牧草水分相對(duì)較高時(shí)進(jìn)行打捆作業(yè),草捆小喂飼方便。根據(jù)國內(nèi)目前飼草發(fā)展?fàn)顩r,購買和使用多以小型方捆機(jī)相對(duì)經(jīng)濟(jì)。方捆機(jī)結(jié)構(gòu)形式大同小異,關(guān)鍵是捆繩的打結(jié)器和其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。優(yōu)質(zhì)的打結(jié)器具有操作簡(jiǎn)單!部件少!保養(yǎng)費(fèi)用低!打結(jié)
成功率高!運(yùn)行平穩(wěn)故障率低等優(yōu)點(diǎn)。
目前打捆機(jī)有很多種類型，其中圓捆打捆機(jī)按其打捆原理主要有內(nèi)纏繞式和外纏繞式兩大類,內(nèi)纏繞式以長(zhǎng)膠帶式為主,外纏繞式以短膠帶式和鋼輥式兩種為主。目前,國內(nèi)外應(yīng)用的大型圓捆打捆機(jī)以長(zhǎng)膠帶式為主,國內(nèi)應(yīng)用的小型圓捆打捆機(jī)以鋼輥式為主。在中國農(nóng)村進(jìn)行農(nóng)作物秸稈打捆時(shí),主要應(yīng)用的是鋼輥式小型圓捆打捆機(jī),其主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、價(jià)格較低、配套動(dòng)力較小;其主要缺點(diǎn)是易于堵塞、適用范圍小。本研究應(yīng)用鋼輥式小型圓捆打捆機(jī)進(jìn)行稻稈及牧草打捆,并將其應(yīng)用于稻稈青貯收獲試驗(yàn)。由于稻稈青貯的適宜時(shí)間很短,在水稻收獲時(shí)若稻稈水分及糖分適宜,應(yīng)立即進(jìn)行稻稈青貯收獲,否則,稻稈在切割后水分就會(huì)迅速散失而無法青貯。而且稻稈自然狀態(tài)較松散,若以其自然狀態(tài)進(jìn)行運(yùn)輸會(huì)增加成本且影響青貯質(zhì)量,基于以上分析及有關(guān)資料,考慮在進(jìn)行稻稈青貯收獲時(shí)進(jìn)行打捆并同時(shí)添加乳酸菌(及水分)作業(yè)。但在用鋼輥式圓捆打捆機(jī)進(jìn)行高大、茂密、高水分稻稈打捆青貯試驗(yàn)時(shí),卻經(jīng)常發(fā)生堵塞、甚至有無
法打捆的現(xiàn)象。
本研究根據(jù)苜邦9KF－8042型方草捆壓捆機(jī)進(jìn)行改進(jìn)工作。苜邦9KF－8042型方草捆壓捆機(jī)主要用于撿拾牧草及水稻、小麥、玉米、油菜等秸稈。該機(jī)能自動(dòng)完成撿拾、壓捆、捆扎、打結(jié)和放捆過程的連續(xù)作業(yè)，打成的方草捆便于運(yùn)輸、儲(chǔ)存和深加工；適合在各種農(nóng)場(chǎng)、草場(chǎng)條件下作業(yè),是適合大作業(yè)量用戶需要的高效機(jī)具。該機(jī)可根據(jù)作物條件、運(yùn)輸和貯存要求，調(diào)整草捆的長(zhǎng)度、寬度以及密實(shí)度。草捆長(zhǎng)度為013-1m，可以調(diào)節(jié)。苜邦9KF－8042型方草捆壓捆機(jī)主要有以下特點(diǎn)：①采用德國羅司伯公司進(jìn)口打結(jié)器，打結(jié)成功率高，草捆尺寸均勻，結(jié)實(shí)牢固；②作物的喂入量大，撿拾干凈，生產(chǎn)效率高；③除了可以用拖拉機(jī)牽引作業(yè)外， 還可以與配套電機(jī)座連接進(jìn)行固定喂入作業(yè)，可提高生產(chǎn)效率；④一機(jī)多用，可用于苜蓿等牧草以及小麥、水稻等糧食作物秸稈的打捆；⑤操作簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、靈活機(jī)動(dòng)，齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)耐用性好；⑥配套動(dòng)力小，品種廣，因此適于配套多種機(jī)型。苜 邦9KF－8042型 方 草 捆 壓 捆 機(jī) 外 形 尺 寸 為長(zhǎng) × 寬 × 高）3.18m×1.7m×1.8m，整 機(jī) 質(zhì) 量980ｋｇ，撿拾寬度 （ 張口）1.05ｍ，彈齒數(shù)56，作業(yè)速度4-10km/h草捆截面尺寸0.32mx0.42m.
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摘 要
隨著中央不斷推進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，農(nóng)作物的機(jī)械化也在不斷的發(fā)展，其中主要表現(xiàn)在農(nóng)業(yè)秸稈打捆技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展。目前國內(nèi)外在秸稈撿拾打捆機(jī)部分投入的人力，財(cái)力，都是相當(dāng)可觀的。打捆機(jī)中引針架機(jī)構(gòu)與打結(jié)器機(jī)構(gòu)和活塞止動(dòng)部件以及撿拾機(jī)構(gòu)的相互配合，使得打捆機(jī)能順利的，效率的，完整的完成工作，其中引針架機(jī)構(gòu)及活塞止動(dòng)機(jī)構(gòu)是秸稈撿拾打捆機(jī)的主要部件，它決定了機(jī)械化打捆的的質(zhì)量和效率問題。本論文從中小方捆打捆機(jī)開發(fā)的技術(shù)難點(diǎn)出發(fā)，運(yùn)用機(jī)構(gòu)學(xué)理論，對(duì)機(jī)構(gòu)的工作過程和失效狀況進(jìn)行分析。
本文利用桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性，根據(jù)引針架及活塞止動(dòng)機(jī)構(gòu)的功能要求，對(duì)機(jī)構(gòu)的工作過程進(jìn)行嚴(yán)密的分析，建立了其運(yùn)動(dòng)模型，對(duì)其進(jìn)行機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化和運(yùn)動(dòng)仿真。最后，按照優(yōu)化參數(shù)的結(jié)果，利用Auto CAD設(shè)計(jì)完成了引針架及活塞制動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械裝配圖和零件圖。
關(guān)鍵詞：引針架機(jī)構(gòu) 活塞止動(dòng)機(jī)構(gòu) 秸稈撿拾打捆機(jī)
Abstract
Along with government advances the modern agriculture constantly, Crops has been the development of mechanization，Mainly in the agricultural straw bale technology innovation and development. At home and abroad to pick up in the straw bale machine parts into the human and financial resources, are considerable. Packaging machine frame agency cited the needle device with the robbery and the piston stop to pick up body parts, as well as each other, making a smooth function of packaging, efficiency and integrity of the completion of the work, which cited two institutions and the piston pin stop is Straw bale machine pick up the main components, which determines the mechanical packaging of the quality and efficiency. In this paper, from the small and medium-sized packaging machine tied to the development of technical difficulties, the use of agency theory, the work on the process and failure analysis of the situation.
In this paper, the motion characteristics of bar mechanism, in accordance with primers aircraft and piston-pin body stop the functional requirements, work on the process of rigorous analysis, the motion model parameters to optimize their organizations and Motion Simulation. Finally, in accordance with the results of optimization parameters, the use of Auto CAD design is completed the primer and the piston pin plane mechanical brake assembly drawing bodies and parts diagram.
Key word: Two agencies cited the needle Piston actuator only
Straw bale pick up machine
目錄
摘 要 2
Abstract 3
第一章 緒 論 5
§1.1 本研究的目的和意義 5
§1.2 撿拾秸稈打捆機(jī)的研究現(xiàn)狀與分析 6
§1.3 本論文所做的工作 10
第二章 打捆機(jī)的工作原理及打結(jié)器送線機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 11
§2.1 打捆機(jī)的結(jié)構(gòu)分析及工作原理 11
1 打捆機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11
1.1 打捆機(jī)結(jié)構(gòu) 11
1.2 打捆機(jī)工作原理 12
§2.2 送線機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖與工作過程分析 12
§2.2 送線機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15
第三章 打捆機(jī)的活塞止回機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 18
§3.1 活塞止動(dòng)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)圖 18
§2.2 活塞止動(dòng)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 20
第四章 總結(jié)與展望 25
致 謝 26
參考文獻(xiàn) 27
第一章 緒 論
本章節(jié)主要對(duì)于本課題研究的目的以及其意義進(jìn)行闡述，使大家對(duì)本文研究有個(gè)大概的了解。然后對(duì)于撿拾秸稈打捆機(jī)當(dāng)前的國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀做個(gè)大致的了解，并做一定的分析。
§1.1 本研究的目的和意義
我國是世界上水稻種植面積最大、品種最多、總產(chǎn)量最多的國家，種植面積占全球五分之一，正常年種植面積在4到5億畝，年產(chǎn)水稻1.85億噸，占世界稻米總量的三分之一。水稻也是我國的主要糧食作物之一，在國民經(jīng)濟(jì)中占有有舉足輕重的作用，全國有60％以上的人口以大米為主食。但是長(zhǎng)期以來我國的水稻種植方式仍以傳統(tǒng)的人工作業(yè)為主，機(jī)械化水平不高。
近年來，每逢稻、麥?zhǔn)斋@結(jié)束， 農(nóng)民大量焚燒秸稈的現(xiàn)象屢禁不止。盡管各級(jí)政府及有關(guān)部門采取了很多措施， 效果仍不明顯。秸稈焚燒不僅造成了大量的生物質(zhì)資源浪費(fèi)， 嚴(yán)重的空氣污染， 破壞了自然環(huán)境， 而且還常引發(fā)各種火災(zāi)及交通事故， 使國家和人民的生命財(cái)產(chǎn)安全受到嚴(yán)重的威脅。為此我們需加強(qiáng)了資源綜合利用方面的研究。開展秸稈綜合利用， 推廣秸稈氣化、固化成型， 秸稈發(fā)電、養(yǎng)畜技術(shù)等， 這都需要將大量的秸稈收集起來。秸稈機(jī)械化打捆機(jī)是秸稈綜合利用的基礎(chǔ)裝備， 這項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用， 必將成為農(nóng)村中一項(xiàng)可持續(xù)發(fā)展的綠色、環(huán)保、健康及經(jīng)濟(jì)效益型的綜合技術(shù)推廣項(xiàng)目， 也將遏止秸稈的大面積焚燒， 提高稻麥秸稈的綜合利用率， 改善農(nóng)村生產(chǎn)、生活環(huán)境， 成為農(nóng)業(yè)增效和農(nóng)民增收的有效技術(shù)。中央2007年1號(hào)文件《中共中央國務(wù)院關(guān)于推進(jìn)社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)的若干意見》中明確提出，“大力推進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化，提高重要農(nóng)時(shí)、重點(diǎn)作物、關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)和糧食主產(chǎn)區(qū)的機(jī)械化作業(yè)水平”。推廣使用秸稈打捆機(jī)，目的就是貫徹中央1號(hào)文件精神，加快農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)機(jī)械化瓶頸環(huán)節(jié)，推進(jìn)我國農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展。
國外最早發(fā)明打捆機(jī)的是在1853年由美國人埃默里發(fā)明了草的打捆機(jī)。而我國打捆機(jī)研究和開發(fā)起步晚,目前市場(chǎng)使用和購買的打捆機(jī)多以國外進(jìn)口為主,由于草場(chǎng)種植面積有限和畜牧發(fā)展規(guī)模不大,購買國外的打捆機(jī)多以小型方捆機(jī)為主。打捆機(jī)中引針架機(jī)構(gòu)與打劫器機(jī)構(gòu)和活塞止動(dòng)部件以及撿拾機(jī)構(gòu)的相互配合，使得打捆機(jī)能順利的，效率的，完整的完成工作，其中引針架機(jī)構(gòu)及活塞止動(dòng)機(jī)構(gòu)是秸稈撿拾打捆機(jī)的主要部件，它決定了機(jī)械化打捆的的質(zhì)量和效率問題。
除此之外，由于國內(nèi)目前直接是外購國外的產(chǎn)品，國內(nèi)在打捆機(jī)方面的進(jìn)展較慢，這樣呢，導(dǎo)致國內(nèi)農(nóng)業(yè)整體的機(jī)械化的推廣緩慢，因?yàn)槠渫赓徍髮?dǎo)致的一系列問題得不到效率的解決，比如起維修，零件的換用等，這將都是較麻煩的事情，并且這樣其花費(fèi)代價(jià)都較高，因此總體不是很經(jīng)濟(jì)，因而沒有多少人會(huì)去購買。為此我們做這樣一個(gè)工作，目的在為填補(bǔ)國內(nèi)秸稈撿拾打捆機(jī)方面的自主權(quán)，發(fā)展國內(nèi)打捆機(jī)的市場(chǎng)，提高國內(nèi)農(nóng)業(yè)機(jī)械化的普及率。
本論文利用桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性，根據(jù)引針架及活塞止動(dòng)機(jī)構(gòu)的功能要求，對(duì)機(jī)構(gòu)的工作過程進(jìn)行嚴(yán)密的分析，建立了其運(yùn)動(dòng)模型，對(duì)其進(jìn)行機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化和運(yùn)動(dòng)仿真。最后，按照優(yōu)化參數(shù)的結(jié)果，利用Auto CAD設(shè)計(jì)完成了引針架及活塞制動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械裝配圖和零件圖。
§1.2 撿拾秸稈打捆機(jī)的研究現(xiàn)狀與分析
打捆機(jī)是將牧草包裝成規(guī)則的形狀便于運(yùn)輸并長(zhǎng)期保存。打捆機(jī)的壓實(shí)系統(tǒng)， 可以使打成的草捆從內(nèi)到外一樣密實(shí)。打捆機(jī)分為方捆打捆機(jī)和圓捆打捆機(jī)。（2）主要機(jī)型特點(diǎn)： ①小型方捆打捆機(jī)。由于草捆較小，可在牧草水分相對(duì)較高時(shí)進(jìn)行打捆作業(yè)， 牧草的收獲質(zhì)量(1)功能及分類： 主要功能是對(duì)牧草進(jìn)行切割與壓扁，草捆可采用人工裝卸， 不足之處是打捆作業(yè)及草捆搬運(yùn)作業(yè)需要較多的勞力。②中、大型方捆打捆機(jī)。作業(yè)效率較高，運(yùn)輸方便， 可直接打包， 制作青貯飼料； 打捆機(jī)的造價(jià)相對(duì)較高， 投資較高， 需要拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)功率較大； 草捆必須采用機(jī)械化裝卸與搬運(yùn)。 ③圓捆打捆機(jī)。作業(yè)效率比小型方捆打捆機(jī)高， 可在打捆后進(jìn)行打包， 直接制作青貯飼料； 配套拖拉機(jī)功率高于小型方捆打捆機(jī)， 低于大型方捆打捆機(jī)；
國外牧草機(jī)械已有100多年的發(fā)展歷史， 經(jīng)歷了從使用以畜力為動(dòng)力到以拖拉機(jī)配套為動(dòng)力， 從單項(xiàng)作業(yè)機(jī)具到成套作業(yè)機(jī)具，從分段作業(yè)機(jī)具到聯(lián)合作業(yè)機(jī)具等發(fā)展過程。20世紀(jì)60年代是歐美各國牧草打捆機(jī)械發(fā)展的高峰時(shí)期， 在此期間完成了由畜力機(jī)械， 如割、摟草等作業(yè)機(jī)具向與拖拉機(jī)動(dòng)力機(jī)械配套的更新?lián)Q代。新型的割、摟機(jī)具和各類聯(lián)合作業(yè)機(jī)具及成形機(jī)具相繼研制成功并迅速推廣。1870年美國人迪得里克研制出人類歷史上的第一臺(tái)機(jī)械式固定牧草打捆機(jī),在隨后一個(gè)多世紀(jì)里打捆機(jī)經(jīng)歷了小方捆、圓草捆、方草捆及圓草捆并行發(fā)展等兒個(gè)階段,20世紀(jì)30年代初,小方捆打捆機(jī)問世,50年代生產(chǎn)進(jìn)入高峰,保有量趨于飽和,當(dāng)時(shí)美國擁有撿拾打捆機(jī)約70萬臺(tái),90%以上的牧草采用撿拾壓捆藝。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。如今打捆機(jī)向大型化、高密度化方向發(fā)展,許多國際著名的農(nóng)機(jī)生產(chǎn)商正致力于大型打捆機(jī)的研究與開發(fā)"國際著名的農(nóng)機(jī)生產(chǎn)商如克拉斯公司（CLAAS）、凱斯一紐荷蘭公司（CNH）以及阿格科集團(tuán)(AGCO)已經(jīng)開發(fā)出自己的大草捆打捆機(jī)設(shè)備。
小方捆打捆機(jī)主要由撿拾機(jī)構(gòu)、輸送填料機(jī)構(gòu)、壓縮機(jī)構(gòu)以及穿針打結(jié)機(jī)構(gòu)組成。圖1-2為國外兒種小方捆機(jī)型（紐荷蘭57、5弗格森1839、克拉斯MARKANT55、約翰迪爾395），表1-1列出了這兒種小方捆的主要參數(shù)。
從國外幾種小方捆機(jī)型可以看出,一般小方捆打捆機(jī)為側(cè)牽引居多,較少采用止?fàn)恳绞健Ｎ锪贤ㄟ^撿拾器后,攪龍橫向喂入或者撥義橫向喂入打捆室,側(cè)牽引方式草條寬度及整齊度不受拖拉機(jī)輪距限制,物料撿拾干凈,并且撿拾機(jī)構(gòu)離地高保證了撿拾物料的清潔。不足之處在于側(cè)牽引方式轉(zhuǎn)彎半徑較大,對(duì)撿拾地塊有一定要求。小方捆打捆機(jī)一般采用單打結(jié)系統(tǒng),捆包截面尺寸一般為0.36mx0.46m。
大方捆打捆機(jī)主要由牽引動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、檢拾喂入機(jī)構(gòu)、填料預(yù)壓機(jī)構(gòu)、壓縮機(jī)構(gòu)、穿針機(jī)構(gòu)以及雙打結(jié)系統(tǒng)等部分織成。日前國外開發(fā)人方捆的廠商土要有克拉斯公司、海斯頓公司（阿格科集團(tuán)）以及凱斯紐荷蘭公司,圖1-4是具有典型結(jié)構(gòu)的克拉斯和海斯頓兩種人方捆打捆機(jī)機(jī)型。表1-2為兩種大方捆打捆機(jī)型的主要技術(shù)參數(shù)比較。
兩種大方捆打捆機(jī)作過程基本相同,物料經(jīng)撿拾機(jī)構(gòu)被收集,然后由輸送部件喂入預(yù)壓艙,又經(jīng)填料連桿撥叉將物料裝填入壓捆室,最后經(jīng)壓縮機(jī)構(gòu)壓縮成型,穿針打結(jié)形成捆包推出壓縮室。
國內(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20 世紀(jì)50 年代末開始生產(chǎn)畜力固定式捆草機(jī) ,60年代初 ,在引進(jìn) 、試驗(yàn)國外小方草捆揀拾壓捆機(jī)的基礎(chǔ)上 ,開展 了小方草捆無繩壓捆機(jī)的研究 70年代中期引進(jìn) 、仿造了國外的方捆機(jī)并批量生產(chǎn) ,70年代末開始仿制圓捆機(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 ,國內(nèi)的一些科研院所和高校開始研制高密度的牧草和秸稈壓捆機(jī)。比如國內(nèi)開發(fā)小型打捆機(jī)的單位主要有中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院呼和浩特分院、現(xiàn)代農(nóng)裝公司、中國收獲機(jī)械總公司以及中日合資上海世達(dá)爾公司。主要機(jī)型有中國農(nóng)機(jī)院呼和浩特分院研制的9YF-1.9方草捆打捆機(jī),現(xiàn)代農(nóng)裝公司研制的9YFQ-1300、1600系列方草捆打捆機(jī),中國收獲機(jī)械總公司研制的9YFQ-1.5型方草捆打捆機(jī)以及上海世達(dá)爾公司研制的THB系列小方捆打捆機(jī)(如圖1-5所示),表1-3列出了這幾種小方捆打捆機(jī)的主要參數(shù)。
雖然小方捆打捆機(jī)的主要性能指標(biāo)最終草捆產(chǎn)品的密度、!成捆率等受很多因素的影響,但在實(shí)際應(yīng)用中,國內(nèi)小方捆打捆機(jī)與國外產(chǎn)品還存在一定差距,表現(xiàn)在最終產(chǎn)品草捆密度、成捆率都較之國外先進(jìn)產(chǎn)品低,其主要原因?yàn)榇蚶υO(shè)備設(shè)計(jì)理論不完善,設(shè)備白動(dòng)化程度不高,表現(xiàn)在草捆密度調(diào)節(jié)不能精確控制,捆與捆之間的差異大、可靠性差。
總之,國內(nèi)小方捆打捆機(jī)與國外產(chǎn)品相比,草捆產(chǎn)品的密度較低!均勻性較差,并且打捆機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量可靠性與國外產(chǎn)品還有一定差距,而日前國內(nèi)人型打捆機(jī)的研究與開發(fā)尚處于起步階段。
§1.3 本論文所做的工作
本課題利用桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性，根據(jù)引針架及活塞止動(dòng)機(jī)構(gòu)的功能要求，對(duì)機(jī)構(gòu)的工作過程進(jìn)行嚴(yán)密的分析，建立了其運(yùn)動(dòng)模型，對(duì)其進(jìn)行機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化和運(yùn)動(dòng)仿真。
（1） 對(duì)打結(jié)器送線機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和送線機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖與工作過程的分析
（2） 送線機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括參數(shù)確定，裝備圖，零件圖。
（3） 活塞止動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，包括活塞止動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
最后，按照優(yōu)化參數(shù)的結(jié)果，利用Auto CAD設(shè)計(jì)完成了引針架及活塞制動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械裝配圖和零件圖。
第二章 打捆機(jī)的工作原理及打結(jié)器送線機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
本章節(jié)首先對(duì)打捆機(jī)的整個(gè)工作原理做個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。然后對(duì)撿拾打捆機(jī)的打結(jié)器送線機(jī)構(gòu)進(jìn)行測(cè)繪以及進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，其次對(duì)送線機(jī)構(gòu)做個(gè)簡(jiǎn)圖且對(duì)工作過程進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析，并且對(duì)送線機(jī)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，及對(duì)機(jī)構(gòu)的部分零件圖和裝備圖進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹與分析。
§2.1 打捆機(jī)的結(jié)構(gòu)分析及工作原理
1 打捆機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.1 打捆機(jī)結(jié)構(gòu)
打捆機(jī)根據(jù)壓成的草捆形狀 ,可分為方捆活塞式打捆機(jī)和圓捆卷壓式打捆機(jī)。方捆活塞式打捆機(jī)按活塞的運(yùn)動(dòng)形式又有直線往復(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打捆機(jī) 、中密度干草打捆機(jī)和低密度干草打捆機(jī)。打捆機(jī)由性能優(yōu)良的拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸驅(qū)動(dòng) ,以維持一個(gè)恒定的速度。打捆機(jī)主要有撿拾器 移動(dòng)式 、輸送喂人裝置 、打捆機(jī)構(gòu) 、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 、車架 、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和牽引裝置等組成 ,其結(jié)構(gòu)如圖 1所示。
1曲柄連桿機(jī)構(gòu)；2 牽引裝里； 3 檢拾器；4 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；5 車架撥叉；6 輸送喂人裝置
1.2 打捆機(jī)工作原理
打捆機(jī)的成捆原理主要是用各種機(jī)械機(jī)構(gòu)來模擬人工捆束的工藝過程 ,完成對(duì)飼草的撿拾 、壓實(shí)和成捆。工作時(shí),牧草連續(xù)地進(jìn)人輸送喂入裝置 ,輸送喂人裝里在活塞回行時(shí),把牧草從側(cè)面喂入到壓縮室內(nèi),在曲柄連桿機(jī)構(gòu)的作用下 ,活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng) ,把壓縮室內(nèi)的牧草壓成草捆。壓好的草捆 ,被后面陸續(xù)成捆的草捆不斷地推向壓縮室出口 。
① 輸送喂人裝置 它的功能是將收集起來的飼草喂人到壓捆室內(nèi)。一個(gè)性能良好的輸送喂人裝置應(yīng)能滿足以下要求 第一 ,喂人均勻 第二 ,在喂人口處不能堆積飼草 第三 ,喂入叉應(yīng)具備過載保護(hù)功能。
輸送喂人裝置采用攪籠—撥叉式。
② 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的活塞、壓捆室是壓捆機(jī)的基礎(chǔ)部件,壓捆室呈長(zhǎng)形 ,其斷面尺寸為 儀 取刃 ,活塞速率越高,其慣性力和速度越大,振動(dòng)和摩擦越嚴(yán)重。為了克服滑動(dòng)摩擦片式活塞的缺點(diǎn) ,可采用滾輪式活塞 ,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) ,滾輪沿著壓捆室壁的軌道滾動(dòng) ,使原來的滑動(dòng)摩擦變成滾動(dòng)摩擦 ,大大改善了活塞的工作性能。
③ 牽引機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸傳出的動(dòng)力傳到需要?jiǎng)恿Φ臋C(jī)構(gòu) ,其上配有安全保護(hù)裝置。
§2.2 送線機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖與工作過程分析
撿拾秸稈打捆機(jī)是一個(gè)由多個(gè)部件在協(xié)調(diào)合作的情況下完成工作的一個(gè)機(jī)械，比如打結(jié)機(jī)構(gòu)；摟草機(jī)構(gòu)；引線機(jī)構(gòu)；拔線機(jī)構(gòu)等等。每個(gè)部件的每一個(gè)動(dòng)作都會(huì)影響到整體的工作，因此它們之間必須有著緊密的協(xié)調(diào)關(guān)系，它們是相互關(guān)聯(lián)著的，是不可缺一的。所以我們有必要對(duì)其中的機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及工作過程做個(gè)簡(jiǎn)明的分析，重點(diǎn)把握它的工作原理以及它們相互之間配合的間隙。
如圖1所示 是秸稈撿拾打捆機(jī)引針架部件實(shí)物圖。它主要是負(fù)責(zé)打捆機(jī)送線過程，也就是說它決定著整個(gè)打捆機(jī)打捆工作完成。它的行走路線與打結(jié)器部件有著緊密的配合關(guān)系，為保證不使引針機(jī)構(gòu)與打結(jié)器部分相摩擦、碰撞，也就是不存在干涉問題，因此我們有必要對(duì)它的運(yùn)動(dòng)做個(gè)簡(jiǎn)要的分析。
4
3
2
1
1：曲柄 2：拉桿 3：引針架 4：打結(jié)器主軸
圖 1
如圖2所示是秸稈撿拾打捆機(jī)引針架的CAD圖。
圖 2
如圖3所示是秸稈撿拾打捆機(jī)引針架機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
1：曲柄 2：拉桿 3: 引針架 4：針
圖 3
引針架在秸稈撿拾打捆機(jī)工作中起著至關(guān)重要的作用，其工作過程首先通過打結(jié)器主軸傳動(dòng)動(dòng)力帶動(dòng)曲柄1（如上述圖），然后動(dòng)力傳給拉桿2帶動(dòng)引針架3，由此來帶動(dòng)針4的上下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)曲柄與拉桿處于一條線的最長(zhǎng)距離位置時(shí)，針剛好處于最低點(diǎn)，而當(dāng)曲柄與拉桿處于一條線的最短距離位置時(shí)，則針剛好處于最高位置，也就是說針已經(jīng)將線送到打結(jié)器所需位置。然而引針架的整體運(yùn)動(dòng)還要跟打捆機(jī)的壓縮機(jī)構(gòu)以及活塞制動(dòng)機(jī)構(gòu)必須有著嚴(yán)密的配合，也就是說當(dāng)打捆機(jī)壓縮機(jī)構(gòu)第一次后退的時(shí)候，引針架向最高位置走動(dòng)，即將線送到打結(jié)器；然后壓縮機(jī)構(gòu)前進(jìn)壓草的時(shí)候，引針架送完線退回最低點(diǎn)；當(dāng)打捆機(jī)壓縮機(jī)構(gòu)第二次前進(jìn)的時(shí)候，這時(shí)候完成一次打捆任務(wù)。其次就是引針架與打結(jié)器相互位置的確定，這步需注意主要是為防止在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)針與打結(jié)器發(fā)生碰撞及摩擦，造成機(jī)械不必要的磨損和浪費(fèi)，減短機(jī)器的壽命，以及更換零件所造成的麻煩。最后打捆繩也要有一定的要求，捆繩的位置應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。目前方草捆的兩根捆繩在草捆上是均勻的布置的, 而草捆上、下側(cè)的反彈力是有差異的, 所以兩根捆繩的捆綁位置應(yīng)平行向下移一定距離。兩根捆繩應(yīng)選用不同的材料。由于草捆上、下側(cè)的反彈力差異, 所以下側(cè)捆繩的強(qiáng)度應(yīng)高于上側(cè)捆繩的強(qiáng)度, 這樣不僅可以避免單側(cè)捆繩崩斷造成的散捆, 還可以節(jié)省捆繩費(fèi)用。
§2.2 送線機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
在秸稈撿拾打捆機(jī)中引針架起著決定性的作用， 因此對(duì)整個(gè)引針架機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析是非常有必要的。下面就引針架機(jī)構(gòu)整體做個(gè)簡(jiǎn)單的介紹，然后就他總在的一些不足之處做個(gè)分析。
如圖4所示是引針架的整體結(jié)構(gòu)圖。
1
2
3
4
5
1：軸套 2：止動(dòng)片 3：三角形板件 4：引針架連接座 5：連接桿
針
圖 4
圖4所示是整個(gè)秸稈撿拾打捆機(jī)送線機(jī)構(gòu)中最重要的結(jié)構(gòu)組成部分，它的穩(wěn)定性直接影響的打捆機(jī)送線機(jī)構(gòu)能否完成其工作。其中針是安裝在引針架下端的，它由兩個(gè)連接座來固定和鎖緊針，因此它有一個(gè)螺紋孔和一個(gè)圓柱孔，因?yàn)槠湓诠ぷ鞴こ讨校丛谝樇苌舷聰[動(dòng)時(shí)針會(huì)左右晃動(dòng)，所以為減少其左右的擺動(dòng)，防止針與打結(jié)器的相互碰撞與摩擦，減少不必要的浪費(fèi)，我們?cè)谘b針的時(shí)候首先一定要確定好位置，方可鎖緊。
連桿接頭
連桿叉頭
引針架焊合圖
除了上述圖中所指出的主要的部件外，引針架部件還有很多較小的但不可缺的零件。上海苜邦9KF-8042型方草困壓捆機(jī)的引針架部件總共有40個(gè)零部件組成。動(dòng)力是從打結(jié)器傳動(dòng)軸傳入帶動(dòng)曲柄，又帶動(dòng)拉桿，接著引起引針架的運(yùn)動(dòng)，這就帶動(dòng)了針的運(yùn)動(dòng)。
關(guān)于針與引針架的連接至關(guān)重要，由于針在運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)上下擺動(dòng)，因此不能保證針不會(huì)左右的擺動(dòng)，所以這是保證針不與打結(jié)器發(fā)生干涉的前提。而針與引針架是通過4個(gè)連接底座來連接的，由此，連接底座需設(shè)計(jì)1個(gè)定位孔和一個(gè)鎖緊孔，在組裝實(shí)驗(yàn)過程中，我們發(fā)現(xiàn)鎖緊孔需適當(dāng)鎖緊，不可太緊，需要把握針與打結(jié)器的相對(duì)結(jié)構(gòu)位置，做好調(diào)整，然后再進(jìn)行定位，這樣就能效率的保證其安裝的正確性。其次在組裝過程中發(fā)現(xiàn)針不是很規(guī)格，這樣就給他的后續(xù)工作帶來諸多不便，因其針的制造也是非常重要的。
第三章 打捆機(jī)的活塞止回機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
本章節(jié)對(duì)撿拾打捆機(jī)的活塞止動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行測(cè)繪以及進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，其次對(duì)活塞止動(dòng)機(jī)構(gòu)做個(gè)簡(jiǎn)圖且對(duì)工作過程中與打捆機(jī)中打結(jié)器、壓縮機(jī)構(gòu)、樓草機(jī)構(gòu)等等的配合進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析，并且對(duì)活塞止動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，及對(duì)機(jī)構(gòu)的部分零件圖和裝備圖進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹與分析。
§3.1 活塞止動(dòng)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)圖
如圖5所示是活塞止動(dòng)部件實(shí)物圖，它在秸稈撿拾打捆機(jī)中起著關(guān)鍵的協(xié)調(diào)作用，它協(xié)調(diào)著引針架、壓縮機(jī)構(gòu)等，為防止壓縮塊與引針架針不會(huì)發(fā)生碰撞，為此我們有必要對(duì)其做個(gè)簡(jiǎn)明的介紹與分析。
1
2
3
4
1：拉簧 2：止動(dòng)板焊接件 3：銷 4：桿件
1
2
1： 滑筒 2：杠桿
圖 5
如圖 6所示是秸稈撿拾打捆機(jī)活塞止動(dòng)部件的CAD圖。
圖 6
如圖7所示是秸稈撿拾打捆機(jī)活塞止動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
1： 杠桿 2： 桿件 3： 止動(dòng)板焊接件 4： 銷 5： 拉簧
圖 7
上述簡(jiǎn)圖，活塞止動(dòng)機(jī)構(gòu)是一個(gè)空間的結(jié)構(gòu)。其中杠桿1、桿件2、銷4、拉簧5均處于一個(gè)面，及垂直面；而止動(dòng)板3處于水平面。活塞止動(dòng)機(jī)構(gòu)在真?zhèn)€秸稈撿拾機(jī)構(gòu)之中起著非常重要的作用，它的運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常，將直接決定的打捆的工作能否成功的完成。動(dòng)力由杠桿1傳入，帶動(dòng)桿件2，以此往后傳遞。當(dāng)桿件2向右前進(jìn)時(shí)，由于銷4及拉簧的作用，止動(dòng)板將以逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；反之亦之。
§2.2 活塞止動(dòng)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
活塞止動(dòng)機(jī)構(gòu)在秸稈撿拾打捆機(jī)中，它所起到的作用是毋庸置疑的，是打捆機(jī)不可或缺的一部分.因而對(duì)其的結(jié)構(gòu)分析也是必須的。下面就活塞止動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作過程及原理做個(gè)介紹。
活塞止動(dòng)機(jī)構(gòu)大小有30個(gè)零部件組成，下面列出就其里面的一些主要的零部件的CAD圖。
桿件的焊合圖
止動(dòng)板的焊合圖
托板的焊合圖
杠桿
拉簧
上述所示是秸稈撿拾打捆機(jī)中活塞止動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要零部件的CAD圖紙。
現(xiàn)以連桿與止動(dòng)板為例，對(duì)其受力情況及運(yùn)動(dòng)做個(gè)簡(jiǎn)明的分析。
我們可以將止動(dòng)板比作滑塊，止動(dòng)板無載荷，因此其受力分析為：
如題所示是上述止動(dòng)活塞機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)圖，它是一個(gè)空間的四連桿機(jī)構(gòu)，動(dòng)力是通過引針架部件上的一個(gè)滾輪傳遞過來的，帶動(dòng)杠桿1的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)拉桿2的運(yùn)動(dòng)，再由拉桿通過一個(gè)銷4來傳遞動(dòng)力的，并且在拉簧5的作用下，使止動(dòng)板3運(yùn)動(dòng)。
止動(dòng)活塞部件的工作過程在整體的總做過程中與其他的部件的配合非常緊密，即當(dāng)壓縮機(jī)構(gòu)前進(jìn)壓縮的時(shí)候，也就在引針架送線結(jié)束后退的時(shí)候，由引針架上的滾輪帶動(dòng)杠桿1的運(yùn)動(dòng)，最終帶動(dòng)止動(dòng)板向里的轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)壓縮機(jī)構(gòu)壓縮完后退的時(shí)候，也就在引針架再一次送線，引針架上推的時(shí)候，由引針架上的滾輪帶動(dòng)杠桿1的運(yùn)動(dòng)，最終帶動(dòng)止動(dòng)板向外的轉(zhuǎn)動(dòng)。下面就止動(dòng)活塞機(jī)構(gòu)這塊存在的一些問題做個(gè)說明：在安裝拉桿與止動(dòng)板連接時(shí)，一定要注意拉桿的長(zhǎng)度，也就是講在全部安裝固定前，首先要試驗(yàn)安裝的是否正確，主要是看在運(yùn)動(dòng)中止動(dòng)板會(huì)不會(huì)與壓縮機(jī)構(gòu)的曲柄發(fā)生干涉問題，即在活塞前進(jìn)后退后，止動(dòng)板應(yīng)該及時(shí)的發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。
第四章 總結(jié)與展望
本文在了解現(xiàn)有秸稈撿拾打捆機(jī)的工作原理和運(yùn)動(dòng)特性的基礎(chǔ)上，對(duì)秸稈撿拾打捆機(jī)送線機(jī)構(gòu)以及活塞止動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行了簡(jiǎn)要的描述，并論述其工作原理。利用機(jī)構(gòu)學(xué)方法，建立該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，提出秸稈撿拾打捆機(jī)送線機(jī)構(gòu)及活塞止動(dòng)機(jī)構(gòu)的的工作過程，并對(duì)其的工作過程進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析。
對(duì)秸稈撿拾打捆機(jī)的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在Auto CAD 2004下完成了齒輪五連桿分插機(jī)構(gòu)的裝配圖和二維零件圖。討論了設(shè)計(jì)過程中必須考慮的幾個(gè)問題。分析了其中存在的一些不足之處，并且提出了一些簡(jiǎn)單的改進(jìn)的方法，使其整體的工作更有保障。
通過對(duì)秸稈撿拾打捆機(jī)送線機(jī)構(gòu)及活塞止動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作過程的介紹與分析。以及對(duì)其所做的餓一些機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，在后續(xù)的工作中，需要將該部件加工裝配后，進(jìn)行試驗(yàn)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證該機(jī)構(gòu)的工作性能和動(dòng)力學(xué)特性，并進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，如對(duì)分插機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，使結(jié)構(gòu)參數(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加合理，工作性能更加可靠。
致 謝
本論文能夠順利完成，首先要感謝尹建軍導(dǎo)師的細(xì)心指導(dǎo)。初始階段，導(dǎo)師就給我們提供了很多的相關(guān)資料，讓我們有更多時(shí)間去熟悉本課題的內(nèi)容和所要做的工作；在整個(gè)過程中，導(dǎo)師推薦了一些非常有用的資料，使得我們對(duì)我們所做的工作有了更深的理解，同時(shí)也是我們的工作簡(jiǎn)單了許多；繪圖階段，我要感謝李耀明李院長(zhǎng)老師、尹建軍導(dǎo)師、徐立章導(dǎo)師、馬老師以及和我們一起參加這次課題的楊曙楊工程師和梁輝。他們?cè)谡麄€(gè)測(cè)繪，繪圖過程中給予了我們很大的幫助，他們不厭其煩的解釋我們不懂得地方，在整個(gè)過程中我們也從他們那里學(xué)到了很多寶貴的知識(shí)以及經(jīng)驗(yàn)，這是別的同學(xué)不曾有過的。所以說沒有導(dǎo)師們以及楊工和量哥的精心指導(dǎo)，本論文是不能保質(zhì)保量及時(shí)完成的，在此向他們致以誠摯的敬意和感謝。
同時(shí)，還要感謝四年來給予我?guī)椭椭С值睦蠋煛⑼瑢W(xué)們。
最后要特別感謝我的父母對(duì)我的養(yǎng)育之恩。
謹(jǐn)以此文獻(xiàn)給養(yǎng)育我的父母，教誨我的老師，支持我的同學(xué)。
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