牧草打捆機(jī)的設(shè)計(jì)【說明書+CAD】

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在流通領(lǐng)域中遇到的一個(gè)主要問題,就是由于牧草的堆密度小,使其運(yùn)輸成本增加,利潤空間下降。 有些地方甚至因?yàn)槔麧櫸⒈《鴮幙蔁?也不愿意費(fèi)時(shí)費(fèi)力地運(yùn)輸,造成了資源浪費(fèi),而且也污染了 生態(tài)環(huán)境。這是我們必須面臨的顯示問題，急需有一個(gè)合理的辦法來解決這個(gè)現(xiàn)狀。近年來，由 于各牧場(chǎng)的牲畜存欄量不斷增加，而相應(yīng)的管理政策又相對(duì)滯后，還有自然條件的惡化，即使在 牧草比較豐富的牧區(qū)，季節(jié)性的飼草缺乏現(xiàn)象也很嚴(yán)重 2。2000 年初，我國內(nèi)蒙古、共有 12 個(gè)地(州)60 個(gè)縣出現(xiàn)的“白災(zāi)”使 30 萬頭受災(zāi)牲畜死亡，主要原因是由于飼料缺乏的饑餓所致， 很顯然解決這個(gè)問題的有效措施就是為這些牧草缺乏或季節(jié)缺草的地區(qū)準(zhǔn)備充足的越冬飼草；另 一方面我國草業(yè)發(fā)展帶有比較突出的地域性特點(diǎn)，牧草種植基地大多位于黃河流域及華北、西北， 而牧草銷售市場(chǎng)多位于華東、華南的奶牛、肉牛飼養(yǎng)密集區(qū)。由于草場(chǎng)分布不均，部分地區(qū)因季 節(jié)性牧草過剩得不到合適的處置而被廢棄，浪費(fèi)了資源，也污染了草原 3。不僅如此，近年來隨 著畜牧業(yè)的迅速發(fā)展，中國加入 WTO，周邊的許多國家，像韓國、日本都是飼料資源短缺的國家， 國際市場(chǎng)對(duì)牧草、秸稈等飼料的需求會(huì)大幅增加。加入 WTO，我國資源成本相對(duì)較高的種植業(yè)面 積可能會(huì)適當(dāng)減少，種植業(yè)比較效益下降將促使土地資源和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)向畜牧業(yè)、草業(yè)等方面 調(diào)整，牧草生產(chǎn)和加工產(chǎn)業(yè)將面臨新的機(jī)遇。因此，加快我國的牧草、秸稈的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，能為 我國增加出口創(chuàng)匯，成為國民經(jīng)濟(jì)大產(chǎn)業(yè)，這在發(fā)達(dá)國家如美國、加拿大等已得到證實(shí) 4。 在牧草、秸稈等纖維物料的商品化生產(chǎn)過程中，首先遇到的問題是這些物料松散，容積密度小， 收集、運(yùn)輸困難，運(yùn)輸時(shí)虧噸現(xiàn)象嚴(yán)重;這些物料無論在儲(chǔ)存還是運(yùn)輸時(shí)，都占用很大的空間，面 臨嚴(yán)重的運(yùn)輸成本壓力。由此可見，把飼草打成高密度的草捆后儲(chǔ)存或運(yùn)輸，是降低飼草成本的 重要步驟。也是使得牧草得到合理利用的有效途徑，既可解決牧草資源的分布不均而得不到合理 利用的弊端，有可解決環(huán)境問題。據(jù)中國農(nóng)業(yè)大學(xué)成套設(shè)備所的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，飼草打捆平均密度可 以增大 10 倍左右，而運(yùn)輸成本可降低 70%左右，可見飼草壓捆機(jī)的商業(yè)效益是十分顯著的 5。牧 草業(yè)也會(huì)因此有長(zhǎng)足的發(fā)展。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 1.2.1 飼草壓縮理論的研究概況 壓縮理論是飼草料壓捆、壓餅、壓塊等機(jī)具設(shè)計(jì)的理論依據(jù)，具有重要的價(jià)值 6。 1938 年西德學(xué)者斯卡維特(Skalweit)首次開始研究纖維物料在壓縮過程中的壓縮機(jī)理。他通過在密 閉容器內(nèi)以低速壓縮牧草，來研究壓縮力和壓縮后牧草容積密度之間的關(guān)系，并得出了如下壓縮 力和壓縮后物料容積密度之間的規(guī)律： (1l)mc 式中： 壓縮力，(kg/cm )；2 壓縮后物料的密度，(kg/m )；3 m0 初始?jí)嚎s力(kg/ )；02c : 物料的初始密度,( kg/m )；0 3 m 是試驗(yàn)系數(shù)。 1959 年西德另一位學(xué)者麥威斯(Mewes )通過實(shí)驗(yàn)研究分析斯卡維特(Skalweit)所得出的數(shù)學(xué)模型， 根據(jù)分析研究，他對(duì)斯卡維特的結(jié)論給予肯定，同時(shí)，他認(rèn)為纖維物料在壓縮過程中壓縮力與物 料的初始密度有關(guān)，并分別提出了在不同壓縮條件下壓縮力與物料密度之間的數(shù)學(xué)模型： (12)mc)(0 (13)0 式中： 壓縮力，(kg/cm )；2 壓縮后物料的密度，(kg/m )；3 物料的初始密度，(kg/m )；0 c 和 m 均為試驗(yàn)系數(shù)。 1964 年西德學(xué)者薩哈特(Sacht)利用小麥和燕麥秸稈以及苜蓿和牧草進(jìn)行試驗(yàn)研究，首次發(fā)現(xiàn)被壓 縮物料的濕度對(duì)壓縮過程有很大的影響。通過實(shí)驗(yàn)研究，他認(rèn)為，斯卡維特的數(shù)學(xué)模型只有在壓 力小于 200N/cm 時(shí)才成立，并提出如下數(shù)學(xué)表達(dá)式：2 (l4)m 式中： 壓縮力，(kg/mm )；2 被壓縮物料的濕度； 壓縮后物料的密度，(kg/m )；;3 c 和 m 均為試驗(yàn)系數(shù)，不同的物料具有不同的值。 該表達(dá)式只有在 =1555%之間成立，c 和 m 的值如表 11 所示： 表 1-1 各種物料壓縮時(shí)的實(shí)驗(yàn)系數(shù) c 和 m 值 壓力范圍 系數(shù) 小麥秸稈 89%干重 燕麥秸稈 88.5%干重 苜蓿 83.5%干重 牧草 86%干重 c 2.53 3109.8 4103.7 4106.75 510 15-50N/cm 3m 1.47 1.59 1.69 1.96 c 2.87 41.56 51.78 68.55 7 50-200 N/cm m 1.89 2.35 2.64 2.73 5060 年代蘇聯(lián)學(xué)者對(duì)纖維物料的壓縮過程也進(jìn)行了很多研究，如奧索波夫(Osobov)通過實(shí)驗(yàn)和 理論分析研究認(rèn)為，纖維物料在壓縮過程中壓縮力僅取決于被壓縮物料的初始密度和壓縮過程中 的壓縮程度，在此基礎(chǔ)上提出： (l5)1(0aec 式中： 壓縮后物料的密度，(kg/m )；3 物料的初始密度，(kg/m )；03 c 和 a 均為試驗(yàn)系數(shù)，表明草料的物理機(jī)械特性。 蘇聯(lián)的另一位學(xué)者赫拉帕奇(Hulapaqi)研究認(rèn)為，纖維物料在壓縮過程中壓縮力不僅與壓縮后壓縮 物的壓縮程度有關(guān) ，而且與壓縮過程中的壓縮速度以及物料的濕度有關(guān)。通過分析研究他提4 出了以下表達(dá)式： P= (16)mkc 式中： 物料的濕度系數(shù)； =l 0.02(w 15.30) ； w物料的濕度； 壓縮過程中的壓縮速度影響系數(shù)； ；5.084v 壓縮過程中當(dāng)前位置的壓縮速度；v 壓縮后物料的密度，(kg/m )；3 物料的硬度系數(shù)，對(duì)整齊的秸稈 =1，對(duì)糾纏的 =0.67，對(duì)牧草 =0.58；kkkk c 和 m 均為試驗(yàn)系數(shù)一般取 c=1.92 ，m=2.178。510 該表達(dá)式雖然是在密閉容器內(nèi)實(shí)驗(yàn)得到的，但在開式壓捆室壓縮干物質(zhì)含量為 85%的小麥秸稈的 實(shí)驗(yàn)中得到了證實(shí)。多年來，此式一直被作為壓捆機(jī)設(shè)計(jì)的理論依據(jù)，它對(duì)壓捆機(jī)的設(shè)計(jì)在方向 上有一定的意義，對(duì)于閉式壓縮有重要指導(dǎo)作用。 7 蘇聯(lián)學(xué)者普斯特金(Pusteky)對(duì)纖維物料壓縮過程中被壓縮物料的壓縮量與壓縮力之間的關(guān)系進(jìn)行 了分析和研究，他用窄板條壓縮未脫粒的小麥秸稈進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究得出了壓縮力與被壓縮物料壓縮 量之間關(guān)系： (17)xs bAe 式中： 壓縮力，(kg/m )；2 s物料的初始厚度，(mm)； x對(duì)物料的壓縮量，(mm)； A 和 b 均是試驗(yàn)系數(shù)，對(duì)于牧草和苜蓿 A=0.35kg/cm，b=0.375。 后來他又在密閉容器內(nèi)對(duì)麥秸進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，并得出麥秸在密閉容器內(nèi)壓縮時(shí)，壓縮力與壓縮量 之間呈拋物線關(guān)系： (18)n 式中：p壓縮力，(kg/m )；2 x對(duì)物料的壓縮量，(mm)； A 和 n 是試驗(yàn)系數(shù)。 此外，英國和美國等國的學(xué)者對(duì)不同纖維物料壓縮過程作了大量的研究試驗(yàn)和理論分析，如:1984 年英國學(xué)者多佛而奇(0Dogherty)和威來爾(Wheller)通過實(shí)驗(yàn)研究和理論分析，并根據(jù)壓縮過程 中物料的容積密度范圍提出兩個(gè)模型： ( 400kg/m ) (19)mc13 ( ) (110)n)(l2/40mkg 式中： 壓縮力，(kg/cm )； 物料壓縮過程中的密度，(kg/m )；3 n、m 均是試驗(yàn)系數(shù)。 1987 年英國學(xué)者法波若德(Faborode)和卡拉凡(O Callaghan)在考慮了被壓縮纖維物料的初始密度 后，提出如下的數(shù)學(xué)模型： (l11)(0lebAr 式中： 壓縮力(kg/cm )；2 ；0r 物料在壓縮過程中的密度，(kg.m )；3 物料的初始密度，(kg/m )；0 3 A、b 均是試驗(yàn)系數(shù)。 他們對(duì)其進(jìn)一步推導(dǎo)： 令：A ；0k b ； cr 將公式(111)轉(zhuǎn)化成壓縮力與壓縮活塞位移之間的關(guān)系： (112)(0leskl 式中： 物料的初始松散模量； 物料的臨界密度，(kg/m )；03 s壓縮活塞的位移，(mm)； l壓捆室長(zhǎng)度，(mm) 。 8 1996 年我國學(xué)者楊明韶等在真正的高密度牧草壓捆 9KG350 上分階段對(duì)牧草在壓捆過程中的壓 縮力、壓縮量和壓縮過程中的牧草的密度等進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并提出了它們之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式： (113)bsAe 并在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出用高密度壓捆機(jī)對(duì)牧草進(jìn)行壓捆時(shí)，壓縮力與壓縮后牧草密度之間的關(guān)系式： P= (114)(0B 式中： P壓縮力，(Mpa) ； 牧草的初始密度，(kg/m )；3 牧草壓縮過程中的密度，(kg/m )； x牧草的壓縮量(mm)； A、B、b 均是實(shí)驗(yàn)系數(shù)。 9 縱觀國內(nèi)外學(xué)者對(duì)各種纖維物料壓縮過程所作的各種實(shí)驗(yàn)研究和理論分析，主要是從不同角度出 發(fā)，采用不同的壓縮方式和條件對(duì)不同的纖維物料進(jìn)行試驗(yàn)和理論研究。歸納起來蘇聯(lián)和我國的 學(xué)者主要是針對(duì)纖維物料壓捆過程進(jìn)行研究，英國、美國、加拿大的學(xué)者主要是針對(duì)纖維物料的 壓塊和壓餅過程(密度很高)進(jìn)行研究，日本學(xué)者主要是針對(duì)粉體纖維物料的模壓成型進(jìn)行研究 10。 這些研究成果在解決壓縮力和壓縮程度之間的問題中發(fā)揮了極其重要的作用，對(duì)秸稈等纖維物料 壓縮過程的理論分析，壓縮設(shè)備的設(shè)計(jì)和牧草壓縮生產(chǎn)過程研究起到了指導(dǎo)作用，提供了理論依 據(jù)。本文就是以這些理論為依據(jù)，進(jìn)行了壓捆機(jī)的研究。 1.2.2 國外壓捆機(jī)的發(fā)展概況 1870 年美國人迪得里克(DederiC)研制出人類歷史上的第一臺(tái)機(jī)械式固定牧草壓捆機(jī)，被改進(jìn)完善 后，在歐美一些國家得到廣泛應(yīng)用。20 世紀(jì) 30 年代初，小方捆壓捆機(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)美國擁有撿拾壓捆機(jī)約 70 萬臺(tái)，90%以上的牧草采用撿拾壓捆工藝。 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。近年來，歐 美等發(fā)達(dá)國家的壓捆設(shè)備更成熟，結(jié)構(gòu)參數(shù)更合理，可靠性、生產(chǎn)率提高很快。國際著名的農(nóng)機(jī) 生產(chǎn)商如美國紐荷蘭(NewHolland)、約翰迪爾(JohnDeere)、凱斯公司，英國福格森公司，韓國成 元公司，意大利 GALLIGNANI 公司，德國威格公司和前進(jìn)公司的壓捆機(jī)都己系列生產(chǎn)，這些設(shè) 備無論在機(jī)械結(jié)構(gòu)、動(dòng)力配套、液壓系統(tǒng)還是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面都處理得很成功，一些新的設(shè)計(jì) 理論、最新科研成果的應(yīng)用在這些機(jī)械上都有體現(xiàn)，例如在控制系統(tǒng)方面，單片機(jī)、可編程控制 器(PLC)、工業(yè)控制機(jī)控制(工 PC)等的自動(dòng)控制手段都得到應(yīng)用。在一些發(fā)達(dá)國家，如美國等，牧 草收獲己全部實(shí)行機(jī)械化，牧草已成為國民經(jīng)濟(jì)一大產(chǎn)業(yè)。 511 1.2.3 國內(nèi)的研究狀況 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 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)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)，主要型式可分為機(jī)械 式和液壓式 12。 1.2.4 發(fā)展趨勢(shì) 縱觀國內(nèi)外大中型企業(yè)及飼草收獲工藝的需要及研究，飼草壓捆機(jī)將向以下方向發(fā)展： 1產(chǎn)品多樣化、系列化，以滿足不同用戶的需求。 2采用新技術(shù)、新工藝，改進(jìn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品的使用性能和經(jīng)濟(jì)效率。電子計(jì)算機(jī)、液壓技 術(shù)等的應(yīng)用將使機(jī)具的性能更先進(jìn)，操作更方便舒適。 3擴(kuò)大適用范圍，提高機(jī)具的利用率，將捆草范圍從干草擴(kuò)大到青飼料或農(nóng)作物秸稈。 4增加草捆密度，降低功率消耗，提高壓捆機(jī)經(jīng)濟(jì)效益。 5運(yùn)用現(xiàn)有的飼草壓縮理論設(shè)計(jì)主要結(jié)構(gòu)工作部件，以提高壓縮密度和減少功率消耗,使壓捆機(jī) 效率更高，可靠性更大，性能更優(yōu) 213。 1.3 存在的問題 由于國內(nèi)壓捆機(jī)目前大多采用測(cè)繪或類比方法設(shè)計(jì)，在配套動(dòng)力的確定，主要部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)、 壓縮頻率和喂入量等工作參數(shù)的確定中很少有真正的理論依據(jù)，因而不可避免地存在配套動(dòng)力不 合理，壓縮設(shè)備功率消耗大、生產(chǎn)能力低等問題，而進(jìn)口機(jī)械不僅價(jià)格昂貴，而且有些不適宜我 國的國情 58。 1.4 研究的目的和意義 由于我國的飼草壓捆技術(shù)設(shè)備與發(fā)達(dá)國家相比有很大差距，而且多為仿造產(chǎn)品，主要工作部件結(jié) 構(gòu)參數(shù)選擇不當(dāng)，生產(chǎn)規(guī)模較少，設(shè)備質(zhì)量欠佳，遠(yuǎn)不能滿足日益擴(kuò)大的國內(nèi)草產(chǎn)品生產(chǎn)加工設(shè) 備市場(chǎng)的需要。提高國產(chǎn)壓捆機(jī)的質(zhì)量，無疑會(huì)對(duì)畜牧業(yè)發(fā)展起到革命性作用。雖然市場(chǎng)上國外 產(chǎn)品質(zhì)量較好，但價(jià)格太高(例如黑龍江大慶農(nóng)場(chǎng)進(jìn)口的 NewHolland 公司生產(chǎn)的一款高密度壓捆 機(jī)造價(jià) 30 萬美元)，不適合國內(nèi)的消費(fèi)水平，所以開發(fā)性能良好、自動(dòng)化程度高而且價(jià)格適中的 國產(chǎn)壓捆機(jī)將是我國飼草商品化生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一，對(duì)促進(jìn)飼草產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程會(huì)起到舉足輕重的 作用 14。 2 牧草壓捆機(jī)的設(shè)計(jì) 2.1 飼草壓縮理論研究 2.1.1 飼草壓縮過程研究 飼草壓縮類型根據(jù)壓縮設(shè)備類型的特點(diǎn)可分為閉式壓縮和開式壓縮兩大類。閉式壓縮是指用一個(gè) 柱塞對(duì)裝入一端封閉的壓模內(nèi)的農(nóng)業(yè)纖維物料進(jìn)行壓縮，使其成型并達(dá)到一定密度，然后取出被 壓縮后的物料，捆扎成捆，完成一次壓縮過程，再裝入新物料再進(jìn)行壓縮的過程，這種壓縮過程 接近于農(nóng)業(yè)粉狀纖維物料模壓成型的情況，這種壓縮型式很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)，有的液壓式高密 度壓捆機(jī)屬于此種類型。開式壓縮是指用一個(gè)柱塞對(duì)壓捆室內(nèi)的農(nóng)業(yè)纖維物料進(jìn)行壓縮，克服壓 捆室與物料間的摩擦力，推動(dòng)物料向壓捆室出口方向移動(dòng)，邊喂入邊壓縮，被壓縮后的物料隨壓 縮過程的進(jìn)行逐漸被推出壓捆室。實(shí)際物料在大多數(shù)壓捆機(jī)的壓縮就屬于開式壓縮。先前的壓縮 理論研究多是在密閉容器進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，多屬于閉式壓縮，其研究目的也多是為了指導(dǎo)壓捆機(jī)的設(shè) 計(jì)，但現(xiàn)有壓捆機(jī)多是開式壓縮，開式壓縮和閉式壓縮差別很大，因而存在一定的誤差。為了壓 捆機(jī)的發(fā)展，首先必須對(duì)開式壓縮進(jìn)行全面深入的研究，同時(shí)探索開式和閉式壓縮之間的異同， 這無疑是壓縮研究的一個(gè)基本課題 15。 (1)閉式壓縮是喂入一次壓縮一次，形成一個(gè)產(chǎn)品一般壓縮一次，卸料一次，是間斷性作業(yè)。產(chǎn)品 壓成后在壓捆室內(nèi)并不移動(dòng)，所以只消耗一次壓縮功率，每次壓縮之間沒有關(guān)系。 (2)開式壓縮也是喂入一次壓縮一次，一般要喂入和壓縮若干次才能形成一個(gè)產(chǎn)品。在壓捆室內(nèi)， 壓縮一次形成一個(gè)草片;再喂入一次，再壓縮成一個(gè)草片，直到草片充滿壓捆室，然后再繼續(xù)喂入 和壓縮，且每次壓縮所受的壓力不同。待若干草片的厚度達(dá)到草捆要求的長(zhǎng)度時(shí)，進(jìn)行打捆。捆 好的草捆從壓捆室出口處陸續(xù)排出。也就是說，產(chǎn)品要經(jīng)過整個(gè)壓捆室生成。因而，生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn) 品(按質(zhì)量計(jì)) 所做的功要大于閉式壓縮。在壓捆室中，活塞壓縮物料的過程，可分為三個(gè)階段: 第 一階段，喂入 1 份物料，活塞從前極點(diǎn)向后移動(dòng)，同物料接觸后，推移物料沿壓捆室移動(dòng)，使其 充滿壓捆室而不對(duì)物料進(jìn)行壓縮，此階段稱為充滿階段。第二階段，活塞繼續(xù)向后移動(dòng)，開始?jí)?縮物料，物料體積減少，密度 增加， 活塞面上的壓應(yīng)力增加，直到密度達(dá)到最大值 ，max max 壓應(yīng)力也達(dá)到最大值 。第三階段，活塞繼續(xù)向后移動(dòng)，被壓縮物料也隨之向后移動(dòng)，一直到max 另一個(gè)極點(diǎn)止。此階段，活塞上的壓應(yīng)力不再增加，物料密度也不再增加，稱之為移動(dòng)階段。其 簡(jiǎn)圖如圖 2-1 所示： 圖 2-1 牧草壓縮過程示意圖 0abGSmax1bGS 式中：G每次飼草的喂入量，一般為 24kg； a、b壓捆室截面的長(zhǎng)和高，本設(shè)計(jì)中分別取為 0.46m、0.36m； S活塞從開始?jí)嚎s到另極點(diǎn)的距離； S 活塞行程；0 S 被壓縮物料達(dá)到最大密度后移動(dòng)的距離；1 壓縮前物料的密度，對(duì)于牧草般取 3050kg/m ； 3 壓縮達(dá)到的最大密度(kg/m ),是壓捆機(jī)的重要指標(biāo)。 16max 3 2.1.2 壓縮力的分析 1 連桿曲柄 2 連桿 3 活塞 5 靜上刀片 6 保護(hù)罩殼 7 壓捆室板 8 側(cè)向進(jìn)草口 9 被驅(qū)動(dòng)齒輪 10 驅(qū)動(dòng)齒 輪 11飛輪 F 曲柄上的水平方向壓縮力 F 作用在曲柄上的合力 F 沿曲柄軌跡切線方向的作用力s 圖 2-2 壓縮機(jī)構(gòu)模型受力圖 小方捆壓捆機(jī)壓縮牧草時(shí)，其受力示意圖如圖 22 所示 17。壓縮時(shí)，隨著活塞的移動(dòng)，壓縮力的 變化過程如圖 23 所示： 圖 2-3 壓縮時(shí)各力變化規(guī)律(以壓縮首楷為例) 如圖 23 所示，力 F、F 和 Fs 隨著曲柄轉(zhuǎn)角變化而發(fā)生變化的過程。曲線 ab 段表明在初始?jí)嚎s 牧草時(shí)隨著壓縮量的增大三個(gè)力都增大了，在 bc 段上由于切削阻力引起壓縮力的進(jìn)一步增大，在 大量牧草被切斷以后(這時(shí) 約為 145 )阻力在 ed 段減少，接著由于活塞繼續(xù)壓縮的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)在o de 段引起壓縮力進(jìn)一步增大，一直達(dá)到最大值，隨著草捆的移動(dòng)，壓縮力緊接著在 ef 段降低了。 在到達(dá)最大值 Pmax 之前一小段時(shí)間距離活塞到達(dá)最大行程有一段距離 S。在 ef 段為了降低活塞 壓力，可以盡量減小摩擦系數(shù)，或者采用滾動(dòng)摩擦可以減少功率消耗。曲線 fg 段表示壓縮草松馳 階段，這是由于曲柄施加的力 Fs 改變方向造成的。當(dāng)曲柄進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)時(shí)，為了克服壓縮滑塊的加 速度而產(chǎn)生一個(gè)反方向的力如 gk 段所示，變?yōu)檎?kl 段是因?yàn)樵陂_始位置處制止反向運(yùn)動(dòng)的滑 塊而產(chǎn)生的正向阻力。力 Fs 是相反的( 如 gklm 虛線所示)。 18上述理論的研究具有重要的意義， 本文以上述理論為指導(dǎo)，進(jìn)行了壓捆機(jī)的研究。 2.2 壓捆機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.2.1 壓捆機(jī)的結(jié)構(gòu)型式 壓捆機(jī)可根據(jù)以下原則分類：(1)動(dòng)力源(2)草捆的形狀和尺寸(3)捆束材料。按動(dòng)力源，壓捆機(jī)可由 拖拉機(jī)拖動(dòng)、動(dòng)力輸出軸驅(qū)動(dòng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)和自我驅(qū)動(dòng)等。拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸驅(qū)動(dòng)的壓捆機(jī)是最便 宜的，也是最適用的，但需要性能優(yōu)良的拖拉機(jī)，以維持一個(gè)恒定的速度。 按工作方式，壓捆機(jī)可分固定式壓捆機(jī)和撿拾式壓捆機(jī)兩種，固定式壓捆機(jī)一般是用來將收獲好 的干草二次壓制成高密度草捆后運(yùn)至其他缺草地區(qū)，適合于長(zhǎng)距離運(yùn)輸。 12 壓捆機(jī)根據(jù)壓成的草捆形狀，又可分為方捆活塞式壓捆機(jī)(如圖 24)和圓捆卷壓式壓捆機(jī)(如圖 25)。方捆活塞式壓捆機(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捆壓捆機(jī)、中密度干草捆壓捆機(jī)和低密度干草捆壓捆機(jī)。 如圖 26 是現(xiàn)在常用的兩款高密度壓捆機(jī)。 19本設(shè)計(jì)為以拖拉機(jī)為動(dòng)力的方捆拾禾壓捆機(jī)小型壓 捆機(jī)。 北京華聯(lián) CLASS 小方捆打捆機(jī) 北京華聯(lián) CLASS 大方捆打捆機(jī) 圖 2-4 方捆打捆機(jī) 北京華聯(lián) ROLLANT 255 打捆機(jī) 圖 2-5 圓捆打捆機(jī) 圖 2-6 高密度大型打捆機(jī) 2.2.2 壓捆機(jī)的構(gòu)造和工作原理 壓捆機(jī)主要有撿拾器(移動(dòng)式 )、輸送喂入裝置、壓捆室、草捆密度調(diào)節(jié)裝置、草捆長(zhǎng)度控制裝置、 打捆裝置、曲柄連桿機(jī)構(gòu)(方捆機(jī)械式 )、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和牽引裝置等組成。壓捆機(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)飼草的收集、壓實(shí)和打捆動(dòng)作。工作時(shí)，草 條連續(xù)地進(jìn)入輸送喂入裝置，輸送喂入裝置在活塞回行時(shí)，把飼草從側(cè)面喂入到壓捆室內(nèi)，在曲 柄連桿機(jī)構(gòu)的作用下，活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，把壓捆室內(nèi)的飼草壓成草捆，活塞切刀將草層切斷，使各 層能很好分開，壓好的草捆，被后面陸續(xù)成捆的草捆不斷地推向壓捆室出口。 20 1）輸送喂入裝置 它的功能是將收集起來的飼草喂入到壓捆室內(nèi)。一個(gè)性能良好的輸送喂入裝置應(yīng)能滿足以下要求: (1)喂入均勻(2)在喂入口處不能堆積飼草，即單位時(shí)間的喂入量應(yīng)大于撿拾量或輸送量(3)喂入叉應(yīng) 具備過載保護(hù)能力 13。 輸送喂入裝置可分為以下三種:雙撥叉式、攪龍一撥叉式和單撥叉式。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 27 所 示。 1 撿拾器 2 傾斜輸送器 3 螺旋輸送器 4 喂入口 5 裝填器 6 柱塞 7 雙撥叉式輸送喂入裝置 8 捆扎裝置 9 填草撥叉 10 草捆 11 飛輪 12 動(dòng)力輸出軸 圖 2-7 方草捆撿拾壓捆機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 圖 27(a)為頂部喂入式，撿拾器將干草撿拾后由縱向傾斜輸送器 2 向上輸送，并由橫向螺旋輸送 器 3 送入壓捆室的頂部喂入口 4，再由裝填器在柱塞回行時(shí)向下壓入壓捆室。圖(b)為采用雙撥叉 式輸送喂入裝置的側(cè)面喂入式，撿拾器將干草撿拾后撥向后面，由雙撥叉式輸送喂入裝置 7 將干 草從側(cè)面喂入壓捆室。圖(c)為采用螺旋輸送器的側(cè)面喂入式，撿拾器將干草撿拾后撥向后面，由 橫向螺旋輸送器 3 作橫向輸送，再由填草撥叉 9 在活塞回行時(shí)將干草填入壓捆室 10。本設(shè)計(jì)中采 用實(shí)用的螺旋輸送器側(cè)面喂入式。 2）活塞和壓捆室 壓捆室是壓捆機(jī)的基礎(chǔ)部件，呈長(zhǎng)方形，其斷面尺寸主要有 360 460mm，400 460mm，460 560mm ，本設(shè)計(jì)采用常用的 360 460mm。由于活塞速率越1 高，其慣性力和速度越大，震動(dòng)和摩擦越嚴(yán)重。為了改善滑動(dòng)摩擦片式活塞的缺點(diǎn)，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置了若干個(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 16。 3）草捆密度調(diào)節(jié)裝置 由于不同飼草的特性不一樣，所以應(yīng)經(jīng)常調(diào)整草捆密度。草捆密度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)如圖 2-8 所示，上連 接板鉸鏈連接安裝在壓捆室上蓋板的后端，橫梁焊接在上連接板上。旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)手柄，順時(shí)針方向 旋轉(zhuǎn)時(shí)，上連接板相對(duì)于下連接板的傾斜度發(fā)生變化，使草捆密度增加，反之草捆密度降低。調(diào) 整連接板不同傾角，從而獲得不同密度的草捆 。12 1 橫梁 2 壓捆室側(cè)壁 3 上連接板 4 下連接板 5 調(diào)整彈簧 6 調(diào)節(jié)手柄 7 絲杠 圖 2-8 草捆密度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 4）壓縮機(jī)構(gòu) 壓縮機(jī)構(gòu)采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，由曲柄，連桿和柱塞組成。對(duì)于牽引式拾禾壓捆機(jī)，曲柄前常有一 對(duì)圓錐齒輪和飛輪，飛輪軸由拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸帶動(dòng)。它的工作性能直接影響了飼草壓縮時(shí)的生 物力學(xué)特性，它與輸送喂入叉相配合而做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)輸送喂入叉進(jìn)入壓捆室時(shí)，它后退到極限 初始位置，而當(dāng)輸送喂入叉退出壓捆室時(shí)，它向前運(yùn)動(dòng)從而將進(jìn)入的飼草壓縮成捆。設(shè)計(jì)中必須 注意壓縮活塞與喂入叉的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，以免相撞而損壞。 15 5）輸送喂入器 喂入叉用鋼板制成，強(qiáng)度高。在喂入叉和曲柄之間裝置上了帶有板彈簧的四桿機(jī)構(gòu)。過載時(shí)，喂 入叉受到很大阻力，當(dāng)曲柄旋轉(zhuǎn)時(shí)板彈簧就在四桿機(jī)構(gòu)的作用下發(fā)生變形，喂入叉向后折。越過 障礙后在板彈簧和四桿機(jī)構(gòu)的作用下喂入叉自動(dòng)回位進(jìn)行下一次撥草動(dòng)作。經(jīng)過 35 次工作行程， 就可以消除堵塞。 13 1.曲柄 2. 喂入叉 3. 彈簧 圖 2-9 輸送喂入器 2.2.3 飛輪 1）飛輪的功能 壓縮機(jī)構(gòu)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于生產(chǎn)阻力和原動(dòng)力的周期性變化以及機(jī)構(gòu)構(gòu)件本身的慣性力的變化 等因素引起轉(zhuǎn)矩的很大波動(dòng)，所需的轉(zhuǎn)矩峰值也就非常高，而轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以等速或接近等速 運(yùn)動(dòng)所必須的，這就需要一個(gè)極大的電動(dòng)機(jī)。然而主要由于損失和做外功的一個(gè)周期的平均轉(zhuǎn)矩， 通常比轉(zhuǎn)矩峰值要小得多，因此應(yīng)采取措施減少動(dòng)力消耗。減輕波動(dòng)最簡(jiǎn)單方便可行的方法是在 系統(tǒng)中增加一個(gè)飛輪。飛輪的作用是當(dāng)壓捆機(jī)中的驅(qū)動(dòng)功超過阻力功時(shí)，將多余的能量?jī)?chǔ)藏起來， 使動(dòng)能和瞬時(shí)速度增大;相反，當(dāng)阻力功超過驅(qū)動(dòng)功時(shí)，又能將儲(chǔ)藏的能量釋放出來，補(bǔ)充驅(qū)動(dòng)功 的不足并使瞬時(shí)速度降低。因此飛輪可利用其較大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量用其積蓄的動(dòng)能來幫助克服尖峰負(fù) 載，則減少原動(dòng)機(jī)的所需功率，同時(shí)使機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的周期性速度波動(dòng)幅度控制在允許的范圍內(nèi)。轉(zhuǎn) 矩的很大變化表示存儲(chǔ)在運(yùn)動(dòng)構(gòu)件內(nèi)動(dòng)能的變化，可以認(rèn)為，轉(zhuǎn)矩的正波動(dòng)表示主動(dòng)件(電動(dòng)機(jī)) 傳給機(jī)構(gòu)的能量并暫存儲(chǔ)在運(yùn)動(dòng)構(gòu)件中，轉(zhuǎn)矩的負(fù)波動(dòng)表示運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的能量返回給電動(dòng)機(jī)。 1021 2）飛輪的大小 回轉(zhuǎn)系統(tǒng)動(dòng)能為 E= (22)21J 式中:J軸上所有回轉(zhuǎn)質(zhì)量的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、機(jī)構(gòu)曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以及飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如方程式(22) 所示，要想從飛輪中獲取能量，其唯一方法是降低它的速度，而速度升高使能量增加。因此，對(duì) 于載荷所要求的能量是變化的情況，要得到軸的角速度為常數(shù)是不可能的，只能做到的是，提供 一個(gè) J 非常大的飛輪來使速度( )減小。minax 機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)系數(shù) k 定義為： K= ( 23)avgminx 式中： 2inax 對(duì)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻程度的要求，隨機(jī)械類型及工作性質(zhì)的不同而異，農(nóng)業(yè)機(jī)械其值一般在 0.020.2 之間選取，相當(dāng)于轉(zhuǎn)速可以在 2%-20%之間波動(dòng)，所選擇的值越小，則所需飛輪越大。 大的飛輪將增加費(fèi)用并增加系統(tǒng)重量，而對(duì)提高運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性相對(duì)有好處，本文設(shè)計(jì)中取 k=0.060。 假設(shè)飛輪安裝在等效構(gòu)件上，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 ；與等效構(gòu)件有定速比的各構(gòu)件的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為FJ Jc；與等效構(gòu)件有變速比的各構(gòu)件的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 Jv；則在等效構(gòu)件上安裝了飛輪的機(jī)械系統(tǒng) 其等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： J=J +Je+Jv=J +J (24)FFR 式中:J =Jc+Jv 為除飛輪以外，機(jī)械系統(tǒng)其它運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，它是機(jī)械位置的函數(shù)。R 因?yàn)?Jv 與 JF 相比，比較小，為了簡(jiǎn)化計(jì)算先略去不計(jì)，所以： (25)(21minax2minax WEJCF 式中：E動(dòng)能的變化； W最大盈虧功。 當(dāng)?shù)刃мD(zhuǎn)動(dòng)慣量為常數(shù)時(shí)，它等于W 的最大值與最小值之差。為簡(jiǎn)化計(jì)算，將相對(duì)較小的 Jc 略 去，從而得： J = (26)Fknavg2290 式中： J 飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，(kgm )；2 n 飛輪的轉(zhuǎn)速，(r/min)。 由式 26 得，飛輪應(yīng)安裝在高速軸上，因?yàn)?J 與 n 成反比，轉(zhuǎn)速越高，J 越小，飛輪的尺寸F2F 可以做得更小。一般飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 22.2kg.m ,飛輪直徑為 450980mm,輪緣厚為 2780mm, 飛輪的重量為 70140kg，飛輪轉(zhuǎn)速為 280750r/min。 2-10 飛輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 飛輪采用如圖 211 所示的輻條式飛輪，由輪緣、輪幅和輪毅組成。 J = (27)F41Dm 為簡(jiǎn)化計(jì)算，假定輪緣的質(zhì)量集中在平均直徑 D= 的圓周上，則：)21(D (28) 2JF 式中：Dl飛輪的外徑，m； D :輪緣的內(nèi)徑，m。2 本文設(shè)計(jì)中 取W=5000Nm，n=540r/min,則： 22k60.549gmJF 取 D=600mm,則飛輪質(zhì)量 m = 。DJF89.42 飛輪選擇材料 HT200 鑄造。 1021 2.2.4 捆扎機(jī)構(gòu) 捆扎機(jī)構(gòu)是壓捆機(jī)的關(guān)鍵部件，其性能直接影響成捆率。捆繩機(jī)構(gòu)有采用軟繩和鐵絲兩種形 式，它主要包括捆扎機(jī)構(gòu)控制器，供繩機(jī)構(gòu)和打結(jié)器。 21 1）捆繩 捆繩有軟繩和鐵絲兩種，常用的軟繩有麻繩和塑料繩，軟繩需粗細(xì)均勻，光滑和柔軟。其直 徑為 2.53mm，拉斷力為 7001000N。采用鐵絲捆扎時(shí)，要求鐵絲直徑為 1.82mm,抗拉強(qiáng)度 為 294480MPa。 麻繩和鐵絲相比較，麻繩的有點(diǎn)是喂飼方便，對(duì)牲畜較安全，同時(shí)繩子的成本較低，因此目 前以麻繩使用較廣 10。本設(shè)計(jì)將采取麻繩為捆扎繩。采用鐵絲捆扎的壓捆機(jī)常用于長(zhǎng)途運(yùn)輸或需 多次裝運(yùn)，且草捆密度在 200kg/m 以上。3 2）軟繩捆扎控制器(圖 211) 用來控制草捆長(zhǎng)度，捆扎控制器平時(shí)由控制桿抵住分離卡爪，使卡爪令一端滾輪不與主動(dòng)盤的內(nèi) 表面凸起接觸，主動(dòng)盤空轉(zhuǎn)。隨著牧草向后移動(dòng)，計(jì)量輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，摩擦輪中間的滾輪借助于 摩擦力帶起提升桿上升，提升桿下端開口進(jìn)入滾輪時(shí)，因?yàn)閺椈闪Φ淖饔檬沟锰嵘龡U左移，使控 制桿下擺，脫離分離卡爪，卡爪左擺，卡爪令一端的滾輪與主動(dòng)盤內(nèi)的凸起接觸，主動(dòng)盤即可帶 動(dòng)從動(dòng)盤和打結(jié)器軸，使捆扎機(jī)構(gòu)開始運(yùn)作。 當(dāng)控制桿和卡爪脫離時(shí)，與控制桿一體的杠桿與從動(dòng)盤接觸，從動(dòng)盤上的凸起部分又迫使杠桿右 擺，使控制桿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，回到原來位置，從動(dòng)盤回轉(zhuǎn)一周后，分離卡爪又被控制桿抵住，從動(dòng) 盤和軸停轉(zhuǎn)，以后又重復(fù)此過程。 1 分離卡爪 2 彈簧 3 打結(jié)器軸 4 從動(dòng)盤 5 主動(dòng)盤 6 杠桿 7 控制桿 8 提升桿 9 限位板 10 計(jì)量輪 11 滾輪 12 摩擦輪 13 彈簧 圖 2-11 捆扎控制器 草捆長(zhǎng)度可由限位板進(jìn)行調(diào)整，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)限位板，可以使提升桿下落位置降低，草捆加長(zhǎng)，壓 捆機(jī)草捆調(diào)節(jié)最小長(zhǎng)度為 300800mm，最大草捆長(zhǎng)度為 8001300mm。 21 3）供繩機(jī)構(gòu) 供繩機(jī)構(gòu)用來將繩纏繞草捆，并將繩送入打結(jié)器打結(jié)。 圖 2-12 為 9KJ1.4 壓捆機(jī)的供繩機(jī)構(gòu)， 它由驅(qū)動(dòng)鏈輪，曲柄，連桿，穿針和導(dǎo)繩器組成。打捆前，捆繩從繩箱出來，通過壓緊器和導(dǎo)繩 器的孔，從穿針孔中穿出，最后夾在打結(jié)器的夾繩盤缺口內(nèi)，當(dāng)草捆達(dá)到預(yù)定長(zhǎng)度時(shí)，離合器結(jié) 合，打結(jié)器軸旋轉(zhuǎn)，周上帶動(dòng)連桿和管架運(yùn)動(dòng)，使穿針向上運(yùn)動(dòng)繞過草捆，將捆繩送到夾繩盤缺 口與令一捆繩端并齊，由打結(jié)器打結(jié)并割斷，穿針開始下降，這時(shí)捆繩一端留在夾繩盤缺口內(nèi)， 為下次打結(jié)做準(zhǔn)備。 21 4） 打結(jié)器 打結(jié)器用來打結(jié)，切斷捆繩，并夾住下一草捆捆繩的一端。軟繩打結(jié)器有“迪爾鈴 Deering”系統(tǒng) (簡(jiǎn)稱 D)打結(jié)器和 “考米克 Cormic”系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱 C)打結(jié)器。 1 驅(qū)動(dòng)鏈輪 2 曲柄 3 連桿 4 管架 5 穿針 6 捆繩 7 導(dǎo)繩器 圖 2-12 軟繩供繩機(jī)構(gòu) D 型打結(jié)器由打結(jié)嘴，夾繩器。脫繩桿，割繩刀，復(fù)合齒盤，夾繩器驅(qū)動(dòng)盤和架體等組成。當(dāng)壓 捆室內(nèi)牧草達(dá)到預(yù)定長(zhǎng)度打捆機(jī)構(gòu)控制器使打結(jié)器開始工作。打捆結(jié)扣的程序是：1 搭繩：穿 針向上運(yùn)動(dòng)，將捆繩搭在打結(jié)器嘴上表面，與原來的繩兩股合在一起。2 夾繩：當(dāng)穿針上升接 近上止點(diǎn)時(shí)，捆繩已被送到夾繩器缺口內(nèi)，這時(shí)夾繩器開始運(yùn)轉(zhuǎn)，將繩夾緊。3 繞環(huán)：夾繩器 尚未停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，打結(jié)器嘴開始轉(zhuǎn)動(dòng)，將兩股繩繞成繩環(huán)。4 張嘴：打結(jié)嘴轉(zhuǎn)動(dòng)到 3/4 圈，打 結(jié)嘴完全張開，兩股繩夾在上下鄂之間。5 閉合：打結(jié)嘴轉(zhuǎn)動(dòng)將近結(jié)束時(shí)，上下鄂閉合，將兩 股繩夾住。6 拉緊：當(dāng)打結(jié)嘴上下鄂閉合后，脫繩桿開始動(dòng)作，套在打結(jié)嘴是的繩環(huán)逐漸被拉 緊。7 割繩：繩環(huán)被拉緊到一定程度，脫繩桿繼續(xù)往前擺動(dòng)，固定在脫繩桿上的割繩刀將捆繩 割斷。8 脫口：脫繩桿繼續(xù)往前運(yùn)動(dòng)，他將繩環(huán)從打結(jié)嘴上摘下，套在上下鄂間夾住的繩端上， 形成打結(jié)器并從打結(jié)嘴上脫下。 C 型打結(jié)器沒有脫繩桿，用蹄塊式夾繩器來代替盤式夾繩器，打結(jié)嘴結(jié)構(gòu)較大。當(dāng)控制器結(jié)合打 捆機(jī)構(gòu)后，打捆機(jī)構(gòu)開始工作，打捆過程的程序是：1 送繩和撥繩：穿針向上運(yùn)動(dòng)，將捆繩經(jīng) 過的導(dǎo)繩板鼻端和打結(jié)嘴前側(cè)，送入夾繩器的導(dǎo)繩鉤，撥繩板開始向內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)，將捆繩撥向?qū)ЮK 板鼻端前側(cè)。使靠草捆的捆繩不致松開。2 松繩：在打結(jié)嘴轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，夾繩器上的蹄塊彈簧 壓力減小而松出一段繩子。3 繞繩和抓繩：打結(jié)嘴轉(zhuǎn)動(dòng)將捆繩繞一圈后，順下卡爪的邊緣進(jìn)入 下卡爪間而被抓住。4 進(jìn)繩和割繩：當(dāng)打結(jié)嘴轉(zhuǎn)動(dòng) 3/8 圈時(shí)，夾繩器開始運(yùn)轉(zhuǎn)，捆繩逐漸進(jìn)入 上下蹄塊之間，之后下蹄塊繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)半周多，捆繩在蹄塊之間有一定的長(zhǎng)度，從而保證了足夠的 壓緊力。當(dāng)夾繩器轉(zhuǎn)動(dòng) 5/8 圈時(shí)打結(jié)嘴轉(zhuǎn)完一圈，捆繩夾在上下卡爪之間，有夾繩器導(dǎo)繩器勾根 部下側(cè)的割繩刀割斷夾繩。5 回位：在夾繩器開始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，打捆針開始下降。穿針將捆繩從夾 繩器，經(jīng)過打結(jié)嘴前側(cè)，導(dǎo)繩板鼻端，壓捆室腔體引向壓捆室下面，為下個(gè)草捆的形成做準(zhǔn)備。 6脫扣：當(dāng)柱塞開始下一壓縮行程，草捆被推向壓捆室的后方，繞在打結(jié)嘴上的捆繩圈被拉下和 拉緊成繩結(jié)。此時(shí)，被卡爪端勾住的捆繩從繩圈種抽出一部分又形成一個(gè)繩圈，該繩圈仍掛卡爪 端勾內(nèi)，直至草捆后移的拉力克服卡爪的壓緊力，才將繩套拉出。 1014 將兩種打結(jié)器進(jìn)行比較，D 型打結(jié)器的繩結(jié)不很穩(wěn)定，捆繩所受拉力較大，但草捆密度比較大。 C 型打結(jié)器繩結(jié)較緊，捆繩所受拉力較小，但草捆密度有所下降，從機(jī)構(gòu)看，C 型打結(jié)器機(jī)構(gòu)較 復(fù)雜，對(duì)制造調(diào)整要求很高。綜考慮兩種打結(jié)器的優(yōu)缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)中采用 D 型打結(jié)器。 2.2.5 主要技術(shù)參數(shù)的確定 ）活塞往復(fù)壓縮頻率 生產(chǎn)率計(jì)算公式為： Q=0.06nq (t/h) (29) 式中: q喂入量，即壓縮 1 次物料的量， (kg)； n曲柄轉(zhuǎn)速，即每分鐘壓縮次數(shù)。 由公式 29 得，為了提高生產(chǎn)率，可加大壓縮頻率。但是，加大壓縮頻率產(chǎn)生了許多新問題。第 一，由于壓縮頻率加大，其消耗功率急劇上升，原因是慣性力急劇增加，其消耗功率增加的比率 大于生產(chǎn)率提高的比率。第二，壓捆機(jī)動(dòng)力不平衡問題更加突出。壓縮過程中，壓縮力隨位移急 劇增加。 壓縮回程時(shí)，阻力又很小(主要是慣性力、空程摩擦力 )，在此基礎(chǔ)上，較大幅度提高壓縮頻率 (速 度)，顯然使功率不平衡的問題更嚴(yán)重了。第三，壓捆機(jī)沖擊力更大。壓縮終了，壓縮力達(dá)到最大 值。例如，在 9KG350 壓捆機(jī)上壓縮密度 r=350kg/m ，其最大壓縮力約 230kN，加大壓縮速度，3 沖擊力更大，故障更多，容易損壞，機(jī)構(gòu)更龐大，生產(chǎn)很不安全，這些問題已在機(jī)械傳動(dòng)式高密 度捆草機(jī)上充分暴露出來了。理論和實(shí)踐都證明:壓縮后單元體應(yīng)力若松弛得快(物料壓縮松馳時(shí)間 T 小)，即應(yīng)力很快松弛到很小值，此時(shí)再壓縮第 2 次，其壓縮效果就好( 好像很軟)。如果應(yīng)力松 弛很慢(T 很大) ，緊接著壓縮第 2 次，壓縮效果就差( 好像很硬)。據(jù)此，要獲得好的壓縮效果應(yīng)選 擇在其應(yīng)力松弛到一定程度后再壓縮下一次，也可以說壓縮 1 次的時(shí)間(頻率) 一般應(yīng)該大于壓縮 產(chǎn)品的松弛時(shí)間 T，而壓縮產(chǎn)品松弛時(shí)間 T 與其物料特性及壓縮工藝條件等有關(guān)。所以，壓縮工 程的壓縮頻率是由壓縮工程內(nèi)部因素決定的，不能隨意選取。可見，用加大壓縮頻率作為提高生 產(chǎn)率的方法不可取。因此壓縮頻率應(yīng)選小，一般壓捆機(jī)的曲柄轉(zhuǎn)速為 6080r/min，近些年來有的 機(jī)型已提高到 80105r/min,本設(shè)計(jì)中取 n=60r/min15?，F(xiàn)有的拾禾壓捆機(jī)的生產(chǎn)率一般為 5 20t/h。 2）壓捆室斷面和草捆輸出倉 壓捆室斷面決定了草捆的尺寸和質(zhì)量。因此可以根據(jù)要求的草捆來確定。最小的壓捆室斷面為 310mm mm,草捆質(zhì)量在 20kg 以下，中等的 壓捆室斷面為 360 mm,草捆質(zhì)量在 30kg 以410 460 下，大型的壓捆室斷面 410 mm，草捆質(zhì)量在 50kg 以下。壓縮產(chǎn)品永久變形部分愈大，應(yīng)該580 說釋放張力愈小;彈性變形愈大，即時(shí)恢復(fù)張 (沖)力愈大;蠕變部分恢復(fù)速率愈小，張(沖) 力就愈小。 因此，草捆在壓捆室內(nèi)時(shí)間越長(zhǎng)，張(沖) 力就越小。因此，壓捆室出倉口長(zhǎng)度選擇 l=1.5m。壓捆 室斷面尺寸取常用的 360mm 460mm。 21 3）輸送喂入裝置參數(shù) 由公式 29 推導(dǎo)出，為提高工作效率，還可以加大喂入量 G。理論和實(shí)踐證明，存在一個(gè)臨界喂 入量，在喂入量小于臨界喂入量時(shí)，隨喂入量增加，壓縮力、功和功率上升，而當(dāng)喂入量超過臨 界喂入量時(shí)，隨喂入量增加，其壓縮力、功和功率反而下降，且不同物料其臨界喂入量不同。初 步試驗(yàn)看出，苜蓿、麥秸和干草的臨界喂入量都遠(yuǎn)大于目前壓捆機(jī)的喂入量，因而在壓縮工程設(shè) 計(jì)中，可以加大喂入量(大于臨界喂入量 )，生產(chǎn)率提高，而且壓縮力、功和功耗還下降。這是提 高壓縮工程生產(chǎn)率的一個(gè)理想的辦法 15。因此，取喂入量 G=3kg。而喂入口長(zhǎng)度 1 則等于： (210)abGl 式中：G活塞往復(fù)次的飼草喂入量， (kg)； a,b壓捆室斷面的高和寬，(m)； 牧草送入壓捆室時(shí)的容重，常取為 5060kg/m 20。3 本設(shè)計(jì)中，取 a=0.46m，b=0.36m， 所以 。ml 36.054.360 取 1=0.50m。 4）活塞行程 活塞行程應(yīng)比喂入口長(zhǎng)度大 25%-35%， S=(1.251.35) l=(0.6250.675)m。 綜合考慮，取 S=0.70m，即活塞半徑 R=0.35m。 16 5）生產(chǎn)率 Q Q=0.06nG 式中:G喂入量，即壓縮 1 次物料的量，(kg); n壓縮頻率，即每分鐘壓縮次數(shù)。 20 綜上所述，G=3kg，n=60r/min， 所以，理論上 Q=0.06 1.8(t/h)。603 3.選擇電動(dòng)機(jī) 3.1 選擇電動(dòng)機(jī)的類型 按工作要求和條件，選用三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，封閉式結(jié)構(gòu)，電壓 380V，Y 型。 3.1.1 選擇電動(dòng)機(jī)的容量 電動(dòng)機(jī)所需工作功率按文獻(xiàn) 4 式（1）為kwaPd 由文獻(xiàn) 4 公式（2）Fv10 因此 kaPd 估算由電動(dòng)機(jī)至運(yùn)輸帶的傳動(dòng)的總效率為 4321a2 為聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率根據(jù)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書參考表 1 初選 9.012 為蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)效率 8.023 為軸承的傳動(dòng)效率出處 934 為卷筒的傳動(dòng)效率出處 6.471.0.9.012 a kwFvadP.7.0813 3.1.2 確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 由已知可以計(jì)算出卷筒的轉(zhuǎn)速為 min28.130.606rDvn 按文獻(xiàn) 4 表 1 推薦的合理范圍，蝸桿傳動(dòng)選擇為閉式 （閉式為減速器的結(jié)構(gòu)形式） ，且選擇采用 雙頭傳動(dòng)，同時(shí)可以在此表中查得這樣的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比是 1040。 故可推算出電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的可選范圍為： min2.431in8.102in28.104 rrraid 符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速為：查文獻(xiàn) 3 第 167 頁表 12-1 可知mn750r in10r m5 根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，由文獻(xiàn) 4 表一查出的電動(dòng)機(jī)型號(hào)，因此有以下三種傳動(dòng)比選擇方案，如下表： 方 電動(dòng)機(jī)型號(hào) 額定 滿載轉(zhuǎn) 電動(dòng)機(jī) 參考 案 功率kw速 minr質(zhì)量kg價(jià)格 1 Y160M-6 7.5 970 119 500 2 Y132M-4 7.5 1440 81 352 3 Y160M-8 7.5 720 145 596 綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸，質(zhì)量，價(jià)格以及傳動(dòng)比，可見第三種方案比較合適，因此選 定電動(dòng)機(jī)的型號(hào)是 Y132M-4。 其主要性能如下表 型號(hào) 額定功 率 滿載轉(zhuǎn) 速 最大轉(zhuǎn)矩額 定轉(zhuǎn)矩 Y132M-4 7.5 1440 2.3 該電動(dòng)機(jī)的主要外型和安裝尺寸如下表：（裝配尺寸圖參考設(shè)計(jì)手冊(cè)表 12-3） 中心高 H 外形尺寸 地腳安裝尺寸 地腳螺栓孔 直徑 軸伸尺寸 裝鍵部位尺寸 132 515（27 0/2+210） 315 216178 12 3880 1033 3.1.3 確定總的傳動(dòng)比 由 選定的電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速 nm 和工作機(jī)的主軸的轉(zhuǎn)速 n，可得傳動(dòng)裝置的總的傳動(dòng)比是：30.128.4nima 根據(jù)總傳動(dòng)比可以選用雙頭閉式傳動(dòng)。 3.2 計(jì)算傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 3.2.1 計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)速1 為蝸桿的轉(zhuǎn)速，因?yàn)楹碗妱?dòng)機(jī)用聯(lián)軸器連在一起，其轉(zhuǎn)速等于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。2 為蝸輪的轉(zhuǎn)速，由于和工作機(jī)聯(lián)在一起，其轉(zhuǎn)速等于工作主軸的轉(zhuǎn)速。 min/401rn min28.102r 3.2.2 計(jì)算各軸的輸入功率pd 為電動(dòng)機(jī)的功率 kw65.1 為蝸桿軸的功率 kwd 48.69.05.621 2 為蝸輪軸的功率 p.8.231 3.2.3 計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)矩 Td為電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩 mNNnmd 310.410.465.9051 為蝸桿軸上的轉(zhuǎn)矩 mNNnpT311 1098.4298.425048.6950 3.3 確定蝸輪蝸桿的尺寸 3.3.1 選擇材料確定其許用應(yīng)力 蝸桿用 45 號(hào)鋼，表面淬火，硬度為 4555HRC；蝸輪用鑄錫青銅 ZCuSn10P1，金屬型鑄造。 3.3.2 確定其許用應(yīng)力 （1）許用接觸應(yīng)力，查文獻(xiàn) 1 表 12-4， H=220Mpa （2）許用彎曲應(yīng)力，查文獻(xiàn) 1 表 12-4， F=70Mpa 3.3.3 選擇蝸桿頭數(shù) Z，并估計(jì)傳動(dòng)效率。 由 i=30.89,查文獻(xiàn) 2 表 11-2 得 41,21z 由 z2=2，查文獻(xiàn) 1，表 12-8，估計(jì) 8.0 3.3.4 確定蝸輪轉(zhuǎn)距 T2 mNmNnP10322 4.8.42.15950 3.3.5 確定使用系數(shù) kA，綜合彈性系數(shù) ZE 根據(jù)文獻(xiàn) 1 表 13-8，取 150,.K取 （鋼配錫青銅） 3.3.6 確定接觸系數(shù) P 假定 4.01ad，由文獻(xiàn) 1 圖 12-11，得 P=2.8 3.3.7 計(jì)算中心距 322HEZTA m56.12208.15481.3 3.3.8 確定模數(shù) m，蝸桿直徑系數(shù) q，蝸桿導(dǎo)程角 r，中心距 a，蝸桿分度圓直徑 d1等參數(shù)。 查機(jī)械設(shè)計(jì)第八版表 11-2 可選擇 a=125mm m=5mm 1d=50mm 21z 1638 0 42 x=-0.5 3.3.9 計(jì)算蝸輪和蝸桿的主要參數(shù)與幾何尺寸 蝸桿 軸向齒距 7.5mPamm 齒頂圓直徑 mhda601011 齒根圓直徑 ff 5.37)2.(2 蝸桿軸向齒厚 sa8. 節(jié)圓直徑 xqw .).(36)(1 蝸輪 蝸輪齒數(shù) 2Z=41，變位系數(shù) 2=-0.5 蝸輪分度圓直徑 mzd205412 蝸輪齒頂圓直徑 xhaa 210)( 蝸輪齒根圓直徑 mdff 5).(222 蝸輪咽喉母圓直徑 arg 015122 外圓直徑 mDaW5.27.2 蝸輪齒寬 B=0.75da45607.1 3.4 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 FFFYmKTa2153. 選取當(dāng)量系數(shù) 48.316cos4332zV 根據(jù)變位系數(shù) 2x=-0.5， 2=43.48 從文獻(xiàn) 1 中的圖 11-19 中查得齒形系數(shù)為 2aFY =2.87。 螺旋角系數(shù) Y= 9.014.01 許用彎曲應(yīng)力 FN= FNK 從文獻(xiàn) 1 表 11-8 中查得由鑄錫磷青銅制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力為F =56Mpa。 壽命系數(shù)為 541.03.2198 6kFNFN = FK= MPa54.06 = 9.73.258619.31 FN 由此可見彎曲強(qiáng)度是可以滿足的。 3.5 蝸桿傳動(dòng)的熱平衡核算 蝸桿傳動(dòng)的效率低，工作時(shí)發(fā)熱量大。在閉式傳動(dòng)中，產(chǎn)生的熱不能及時(shí)散逸，將因油熱不斷升 高而使?jié)櫥拖♂?，從而增大摩擦，甚至發(fā)生膠合。必須進(jìn)行熱平衡計(jì)算，以保證油溫穩(wěn)處于規(guī) 定的范圍內(nèi)。 摩擦損耗的功率 1pf 產(chǎn)生的熱流量為 0 又已知 P=6.65KW321 嚙合摩擦產(chǎn)生的熱量損耗效率 vtan1（ 為蝸桿分度圓上的導(dǎo)程角）2 軸承摩擦產(chǎn)生的熱量損耗效率3 濺油損耗效率v 為當(dāng)量摩擦角， fvvarctn其值可根據(jù)滑動(dòng)速度由表 11-18 和 1-19 中選取。 滑動(dòng)速度計(jì)算為 smdS /768.3os106cos1 又由于蝸輪是有鑄錫磷青銅制造的且硬度45HRC 查表文獻(xiàn) 2，11-18 可得通過插入法計(jì)算得 v為 116 由于軸承摩擦及濺油這兩項(xiàng)功率損耗不大，一般取為 0.950.96 則總效率為31 =（0.95- -0.96） vtan=0.85 以自然冷卻的方式從箱體外壁散發(fā)到周圍空氣中的熱流量為 tadS02 d 為箱體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù),空氣流通好,取為 15 S 為內(nèi)表面能被潤滑油濺到的,而外表面又可為周圍空氣冷卻的箱體表面面積根據(jù)已知估算此面積 1.0 2m S 為內(nèi)表面能被潤滑油所飛濺到，外表面又可以為周圍空氣所冷卻的箱體表面面積。t0 設(shè)為正常工作的油溫為 65 a為周圍空氣的溫度常取為 20 計(jì)算可得 W71485.076.410 adtS2 根據(jù)熱平衡條件， 1= 2 在一定的條件下保持工作溫度所需的散熱面積為 20 06.1651.8-4.701 mtPada 、 即 所以表面散熱面積不滿足散熱要求，需加大于 0.06 2的散熱片 3.6 蝸桿軸的設(shè)計(jì) 由于蝸桿直徑很小，可以將蝸桿和蝸桿軸做成一體，即做成蝸桿軸。 3.6.1 蝸桿上的轉(zhuǎn)矩 T1=23.94Nm 3.6.2 求作用在蝸桿及蝸輪上的力 圓周力 NdTFat 7603194.2121 軸向力 ta .489.58321 徑向力 tr 12tan49an 圓周力徑向力以及軸向力的作用方向如圖所示 3.6.3 初步確定軸的最小直徑 按文獻(xiàn) 2 表 15-3，初步估算蝸桿的最小直徑，選取的材料為 45 號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理， HBS（217 255 ） ， 0A=（103126）取 0A=110， 則 mnpd61.84.133min 蝸桿軸的最小直徑顯然是要安裝聯(lián)軸器處軸的直徑，為了使所選的軸的直徑 d 與聯(lián)軸器的孔相適 應(yīng)，故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào).。 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 dcaKT,查文獻(xiàn) 2 中的表 14-1，考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小，故取 Ka =1.3，則有：NTdca 587019.4233 按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩 Tca 應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查標(biāo)準(zhǔn) GBT5014-1985 或文獻(xiàn)，選用 TL 6 型 聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為 250 m。許用轉(zhuǎn)速 4600r/min，聯(lián)軸器的尺寸為 d=3242mm,L=82 112mm。 3.7 蝸桿軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 擬定蝸桿上零件的裝配方案 蝸桿是直接和軸做成一體的，左軸承及軸承端蓋從左面裝，右軸承及右端蓋從右面裝。 根據(jù)軸向和周向定位要求，確定各段直徑和長(zhǎng)度，軸徑最小 d =30mm， B=（12.5+0.1 2Z）m+30=113mm 蝸桿齒寬 B 計(jì)算選為 113mm。其余部分尺寸見下圖： 3.8 軸的校核 （1）垂直面的支承反力（圖 b） NFRVbrVa63.521 （2）水平面的支承反力（圖 c） NFRtHba 6.8592.17 （3）繪垂直面的彎矩圖（圖 b） mdlMavc 75.23619501.437.11 mb 6953.082 （4）繪水平面的彎矩圖（圖 c） NlRHac 0691 （5）求合成彎矩（圖 d） mNCVc 9.234181975.2322 mMH48 （6）該軸所受扭矩為 T=42.98N.mm （7）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 根據(jù)文獻(xiàn) 1 式（15-5）及以上數(shù)據(jù)，并取 =0.6 ，軸的計(jì)算應(yīng)力 MPaWTcca 72.4)29806.(9.23418)( 57232 前已選定軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn) 2 表 15-1 查得 Pa1。因此 ca 1，故安全。 8）由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度很寬裕地確定的，由蝸桿軸受力情況知截面 C 處應(yīng)力最大， 但其軸徑也較大，且應(yīng)力集中不大，各處應(yīng)力集中都不大，故蝸桿軸疲勞強(qiáng)度不必校核。 3.9 蝸輪軸的設(shè)計(jì)和計(jì)算 3.9.1 計(jì)算最小軸徑： 按文獻(xiàn) 1 中的式 15-3 初步估算蝸桿的最小直徑，選取的材料為 45#鋼，調(diào)質(zhì)處理，根據(jù)文獻(xiàn) 1 中 的表 15-3，取 0A=110， 則 mnpd67.3928.105332min 3.9.2 選聯(lián)軸器： 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 Tca=Ka .T3,查文獻(xiàn) 1 中的表 14-1，考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小， NLdFlRarVb .310842/5./12 故取 Ka =1.3 則有： mNTkAc .58204.83.1 按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩 Tca 應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查文獻(xiàn)表 8-7，選用 HL8 型彈性套柱銷聯(lián)軸 器 其公稱轉(zhuǎn)矩為 710N.m 半聯(lián)