3212 牧草打捆機(jī)的設(shè)計(jì)
3212 牧草打捆機(jī)的設(shè)計(jì),牧草,打捆,設(shè)計(jì)
牧草打捆機(jī)的設(shè)計(jì)目錄1 緒論 ...........................................................................................................................................................11.1 問(wèn)題的提出 .................................................................................................................................................11.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) .....................................................................................................................21.3 存在的問(wèn)題 .................................................................................................................................................51.4 研究的目的和意義 .....................................................................................................................................52 牧草壓捆機(jī)的設(shè)計(jì) ....................................................................................................................................52.1 飼草壓縮理論研究 .....................................................................................................................................52.2 壓捆機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .....................................................................................................................................73.選擇電動(dòng)機(jī) ..............................................................................................................................................163.1 動(dòng)力電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型 ...................................................................................................................................163.2 計(jì)算傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) ...............................................................................................................173.3 確定蝸輪蝸桿的尺寸 ...............................................................................................................................183.4 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 ..........................................................................................................................193.5 蝸桿傳動(dòng)的熱平衡核算 ...........................................................................................................................193.7 蝸桿軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ..................................................................................................................................213.8 軸的校核 .................................................................................................................................................223.9 蝸輪軸的設(shè)計(jì)和計(jì)算 ...............................................................................................................................223.10 滾動(dòng)軸承的選擇及其計(jì)算 .....................................................................................................................25總 結(jié) ..........................................................................................................................................................27參考文獻(xiàn) ....................................................................................................................................................28致謝 ............................................................................................................................................................291 緒論1.1 問(wèn)題的提出我國(guó)地域廣袤,而且作為農(nóng)業(yè)大國(guó),有著先天獨(dú)厚的發(fā)展畜牧業(yè)的條件。我國(guó)草原遼闊,類(lèi)型繁多,資源豐富,是巨大的天然寶藏。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)共有各類(lèi)天然草地面積約 3.93 億 hm2,占國(guó)土面積的 41.7%,僅次于澳大利亞,居世界第二位,同時(shí)也秸稈資源最為豐富的國(guó)家之一,每年生產(chǎn) 6.4 億多 t 的秸稈。 [1]然而我國(guó)草場(chǎng)的分布很不均勻,導(dǎo)致我國(guó)部分地區(qū)一方面牧草匱乏,另一方面則因季節(jié)性牧草過(guò)剩而得不到合理利用被廢棄,不僅浪費(fèi)了牧草資源,造成經(jīng)濟(jì)損失,同時(shí)也污染了草地和環(huán)境。此外,牧草在流通領(lǐng)域中遇到的一個(gè)主要問(wèn)題,就是由于牧草的堆密度小,使其運(yùn)輸成本增加,利潤(rùn)空間下降。有些地方甚至因?yàn)槔麧?rùn)微薄而寧可燒掉,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(wèn)題,急需有一個(gè)合理的辦法來(lái)解決這個(gè)現(xiàn)狀。近年來(lái),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?chē)?yán)重 [2]。2000 年初,我國(guó)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(wàn)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(wèn)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(guó)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(xiāo)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(guò)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(lái)隨著畜牧業(yè)的迅速發(fā)展,中國(guó)加入 WTO,周邊的許多國(guó)家,像韓國(guó)、日本都是飼料資源短缺的國(guó)家,國(guó)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(guó)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(guó)的牧草、秸稈的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程,能為我國(guó)增加出口創(chuàng)匯,成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)大產(chǎn)業(yè),這在發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、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(guò)程中,首先遇到的問(wèn)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(wú)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(jiàn),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(wèn)題。據(jù)中國(guó)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(jiàn)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(guó)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(kāi)始研究纖維物料在壓縮過(guò)程中的壓縮機(jī)理。他通過(guò)在密閉容器內(nèi)以低速壓縮牧草,來(lái)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:(1—l)mc???式中: —壓縮力,(kg/cm );2—壓縮后物料的密度,(kg/m );3m0??—初始?jí)嚎s力(kg/ );0?2c: —物料的初始密度,( kg/m );0 3m 是試驗(yàn)系數(shù)。1959 年西德另一位學(xué)者麥威斯(Mewes )通過(guò)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(guò)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:(1—2)mc)(0????(1—3))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 );0c 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(guò)程有很大的影響。通過(guò)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(l—4)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 );;?3c 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 =15—55%之間成立,c 和 m 的值如表 1—1 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 2.53 310??9.8 410?3.7 410??6.75 510??15-50N/cm 3m 1.47 1.59 1.69 1.96c 2.87 41.56 51.78 68.55 750-200 N/cm m 1.89 2.35 2.64 2.7350—60 年代蘇聯(lián)學(xué)者對(duì)纖維物料的壓縮過(guò)程也進(jìn)行了很多研究,如奧索波夫(Osobov)通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論分析研究認(rèn)為,纖維物料在壓縮過(guò)程中壓縮力僅取決于被壓縮物料的初始密度和壓縮過(guò)程中的壓縮程度,在此基礎(chǔ)上提出:(l—5))1(0????aec式中: —壓縮后物料的密度,(kg/m );3—物料的初始密度,(kg/m );0?3c 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(guò)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(guò)程中的壓縮速度以及物料的濕度有關(guān)。通過(guò)分析研究他提[4]出了以下表達(dá)式:P= (1—6)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(guò)程中的壓縮速度影響系數(shù);;?5.084v?—壓縮過(guò)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;kkkkc 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(kāi)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(lái),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(guò)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:(1—7)xsbAe???式中: —壓縮力,(kg/m );2s—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(lái)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(xiàn)關(guān)系:(1—8)n??式中:p—壓縮力,(kg/m );2x—對(duì)物料的壓縮量,(mm);A 和 n 是試驗(yàn)系數(shù)。此外,英國(guó)和美國(guó)等國(guó)的學(xué)者對(duì)不同纖維物料壓縮過(guò)程作了大量的研究試驗(yàn)和理論分析,如:1984年英國(guó)學(xué)者多佛而奇(0’Dogherty)和威來(lái)爾(Wheller)通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究和理論分析,并根據(jù)壓縮過(guò)程中物料的容積密度范圍提出兩個(gè)模型:( <400kg/m ) (1—9)mc?1??3( ) (1—10)n)(l2/40mkg?式中: —壓縮力,(kg/cm );—物料壓縮過(guò)程中的密度,(kg/m );3n、m 均是試驗(yàn)系數(shù)。1987 年英國(guó)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:(l—11))][(0lebAr????式中: —壓縮力(kg/cm );2;?0r—物料在壓縮過(guò)程中的密度,(kg.m );3—物料的初始密度,(kg/m );0 3A、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(1—11)轉(zhuǎn)化成壓縮力與壓縮活塞位移之間的關(guān)系:(1—12)][)(0leskl???式中: —物料的初始松散模量;—物料的臨界密度,(kg/m );0?3s—壓縮活塞的位移,(mm);l—壓捆室長(zhǎng)度,(mm) 。 [8]1996 年我國(guó)學(xué)者楊明韶等在真正的高密度牧草壓捆 9KG—350 上分階段對(duì)牧草在壓捆過(guò)程中的壓縮力、壓縮量和壓縮過(guò)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:(1—13)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= (1—14))(0??B式中: P—壓縮力,(Mpa) ;—牧草的初始密度,(kg/m );3—牧草壓縮過(guò)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(guān)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)各種纖維物料壓縮過(guò)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(lái)蘇聯(lián)和我國(guó)的學(xué)者主要是針對(duì)纖維物料壓捆過(guò)程進(jìn)行研究,英國(guó)、美國(guó)、加拿大的學(xué)者主要是針對(duì)纖維物料的壓塊和壓餅過(guò)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(wèn)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(guò)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(guò)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(guó)外壓捆機(jī)的發(fā)展概況1870 年美國(guó)人迪得里克(DederiC)研制出人類(lèi)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(guó)家得到廣泛應(yīng)用。20 世紀(jì) 30 年代初,小方捆壓捆機(jī)問(wèn)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(guó)擁有撿拾壓捆機(jī)約 70 萬(wàn)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(lái),歐美等發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)際著名的農(nóng)機(jī)生產(chǎn)商如美國(guó)紐荷蘭(NewHolland)、約翰迪爾(JohnDeere)、凱斯公司,英國(guó)福格森公司,韓國(guó)成元公司,意大利 GALLIGNANI 公司,德國(guó)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(wú)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(guó)家,如美國(guó)等,牧草收獲己全部實(shí)行機(jī)械化,牧草已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)一大產(chǎn)業(yè)。 [5][11]1.2.3 國(guó)內(nèi)的研究狀況國(guó)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(guó) 50 年代末開(kāi)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(guó)外小方草捆揀拾壓捆機(jī)基礎(chǔ)上,開(kāi)展了小方草捆無(wú)繩壓捆機(jī)的研究。70 年代中期引進(jìn)、仿造了國(guó)外的方捆機(jī)并批量生產(chǎn),70 年代末開(kāi)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(guó)內(nèi)的一些科研院所和高校開(kāi)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(guān)國(guó)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(mǎn)足不同用戶(hù)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.?dāng)U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) [2][13]。1.3 存在的問(wèn)題由于國(guó)內(nèi)壓捆機(jī)目前大多采用測(cè)繪或類(lèi)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(wèn)題,而進(jìn)口機(jī)械不僅價(jià)格昂貴,而且有些不適宜我國(guó)的國(guó)情 [5][8]。1.4 研究的目的和意義由于我國(guó)的飼草壓捆技術(shù)設(shè)備與發(fā)達(dá)國(guó)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(mǎn)足日益擴(kuò)大的國(guó)內(nèi)草產(chǎn)品生產(chǎn)加工設(shè)備市場(chǎng)的需要。提高國(guó)產(chǎn)壓捆機(jī)的質(zhì)量,無(wú)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(guó)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(wàn)美元),不適合國(guó)內(nèi)的消費(fèi)水平,所以開(kāi)發(fā)性能良好、自動(dòng)化程度高而且價(jià)格適中的國(guó)產(chǎn)壓捆機(jī)將是我國(guó)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(guò)程研究飼草壓縮類(lèi)型根據(jù)壓縮設(shè)備類(lèi)型的特點(diǎn)可分為閉式壓縮和開(kāi)式壓縮兩大類(lèi)。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(guò)程,再裝入新物料再進(jìn)行壓縮的過(guò)程,這種壓縮過(guò)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(lèi)型。開(kāi)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(guò)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(kāi)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(kāi)式壓縮,開(kāi)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(kāi)式壓縮進(jìn)行全面深入的研究,同時(shí)探索開(kāi)式和閉式壓縮之間的異同,這無(wú)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(méi)有關(guān)系。(2)開(kāi)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(mǎn)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(shuō),產(chǎn)品要經(jīng)過(guò)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(guò)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(mǎn)壓捆室而不對(duì)物料進(jìn)行壓縮,此階段稱(chēng)為充滿(mǎn)階段。第二階段,活塞繼續(xù)向后移動(dòng),開(kāi)始?jí)嚎s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(chēng)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(guò)程示意圖0?abGS?max1?bGS?式中:G—每次飼草的喂入量,一般為 2—4kg;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(kāi)始?jí)嚎s到另—極點(diǎn)的距離;S —活塞行程;0S —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 30—50kg/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)。 [16]max 32.1.2 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(xiàn)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 2—2 所示 [17]。壓縮時(shí),隨著活塞的移動(dòng),壓縮力的變化過(guò)程如圖 2—3 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 2—3 所示,力 F、F 和 Fs 隨著曲柄轉(zhuǎn)角變化而發(fā)生變化的過(guò)程。曲線(xiàn) 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?ode 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(xiàn) 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_(kāi)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(xiàn)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(lèi):(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(lái)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 2—4)和圓捆卷壓式壓捆機(jī)(如圖2—5)。方捆活塞式壓捆機(jī)按活塞的運(yùn)動(dòng)形式又有直線(xiàn)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 2—6 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(lái)模擬人工捆束的工藝過(guò)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(kāi),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(lái)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(mǎn)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(guò)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 2—7 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 2—7(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(lái)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?lè)较蛐D(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(guò)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(guò)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(guò) 3—5 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(guò)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(guò)阻力功時(shí),將多余的能量?jī)?chǔ)藏起來(lái),使動(dòng)能和瞬時(shí)速度增大;相反,當(dāng)阻力功超過(guò)驅(qū)動(dòng)功時(shí),又能將儲(chǔ)藏的能量釋放出來(lái),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(lái)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)。 [10][21]2)飛輪的大小回轉(zhuǎn)系統(tǒng)動(dòng)能為E= (2—2)21?J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(2—2)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(lái)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= ( 2—3)avg?minx?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(lèi)型及工作性質(zhì)的不同而異,農(nóng)業(yè)機(jī)械其值一般在0.02—0.2 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FJJc;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 (2—4)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:(2—5)][))((21minax2minax WEJCF ???????式中:△E—?jiǎng)幽艿淖兓籟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 = (2—6)Fknavg22][90][???式中: J —飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,(kgm );2n— 飛輪的轉(zhuǎn)速,(r/min)。由式 2—6 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 2—2.2kg.m ,飛輪直徑為 450—980mm,輪緣厚為 27—80mm,飛輪的重量為 70—140kg,飛輪轉(zhuǎn)速為 280—750r/min。2-10 飛輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖飛輪采用如圖 2—11 所示的輻條式飛輪,由輪緣、輪幅和輪毅組成。J = (2—7)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?(2—8)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。 [10][21]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 2.5—3mm,拉斷力為 700—1000N。采用鐵絲捆扎時(shí),要求鐵絲直徑為 1.8—2mm,抗拉強(qiáng)度為 294—480MPa。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。32)軟繩捆扎控制器(圖 2—11)用來(lái)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(pán)的內(nèi)表面凸起接觸,主動(dòng)盤(pán)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(kāi)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(pán)內(nèi)的凸起接觸,主動(dòng)盤(pán)即可帶動(dòng)從動(dòng)盤(pán)和打結(jié)器軸,使捆扎機(jī)構(gòu)開(kāi)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(pán)接觸,從動(dòng)盤(pán)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(lái)位置,從動(dòng)盤(pán)回轉(zhuǎn)一周后,分離卡爪又被控制桿抵住,從動(dòng)盤(pán)和軸停轉(zhuǎn),以后又重復(fù)此過(guò)程。1 分離卡爪 2 彈簧 3 打結(jié)器軸 4 從動(dòng)盤(pán) 5 主動(dòng)盤(pán) 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 300—800mm,最大草捆長(zhǎng)度為 800—1300mm。 [21]3)供繩機(jī)構(gòu)供繩機(jī)構(gòu)用來(lái)將繩纏繞草捆,并將繩送入打結(jié)器打結(jié)。圖 2--12 為 9KJ—1.4 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(lái),通過(guò)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(pán)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(guò)草捆,將捆繩送到夾繩盤(pán)缺口與令一捆繩端并齊,由打結(jié)器打結(jié)并割斷,穿針開(kāi)始下降,這時(shí)捆繩一端留在夾繩盤(pán)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(lái)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(chēng) D)打結(jié)器和 “考米克 Cormic”系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng) 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(pán),夾繩器驅(qū)動(dòng)盤(pán)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(kāi)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(lái)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(kāi)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(kāi)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(kāi),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(kāi)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(méi)有脫繩桿,用蹄塊式夾繩器來(lái)代替盤(pán)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(kāi)始工作,打捆過(guò)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(guò)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(kāi)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(kāi)。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(kāi)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(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),打捆針開(kāi)始下降。穿針將捆繩從夾繩器,經(jīng)過(guò)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(kāi)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?huà)炜ㄗΧ斯磧?nèi),直至草捆后移的拉力克服卡爪的壓緊力,才將繩套拉出。 [10][14]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1)活塞往復(fù)壓縮頻率生產(chǎn)率計(jì)算公式為:Q=0.06nq (t/h) (2—9)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 2—9 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(wèn)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(wèn)題更加突出。壓縮過(guò)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(wèn)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 9KG—350 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(wèn)題已在機(jī)械傳動(dòng)式高密度捆草機(jī)上充分暴露出來(lái)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(shuō)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??梢?jiàn),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 60—80r/min,近些年來(lái)有的機(jī)型已提高到 80—105r/min,本設(shè)計(jì)中取 n=60r/min[15]?,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(cāng)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(lái)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(shuō)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(cāng)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 2—9 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(guò)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:(2—10)?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 50—60kg/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=(1.25—1.35) l=(0.625—0.675)m。綜合考慮,取 S=0.70m,即活塞半徑 R=0.35m。 [16]5)生產(chǎn)率 QQ=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)。??6033.選擇電動(dòng)機(jī)3.1 選擇電動(dòng)機(jī)的類(lèi)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(shū)參考表 1 初選 9.01??2為蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)效率 8.02?3為軸承的傳動(dòng)效率出處 93?4為卷筒的傳動(dòng)效率出處 6.4?????71.0.9.012 ????a kwFvadP.7.08133.1.2 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 10—40。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(yè)表 12-1 可知mn750rin10r 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(mǎn)載轉(zhuǎn) 電動(dòng)機(jī) 參考案 功率kw速 minr質(zhì)量kg價(jià)格①1 Y160M-6 7.5 970 119 5002 Y132M-4 7.5 1440 81 3523 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(jiàn)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(mǎn)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×(270/2+210)×315216×178 12 38×80 10×333.1.3 確定總的傳動(dòng)比由 選定的電動(dòng)機(jī)滿(mǎn)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:30.128.4??nima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..8.2313.2.3 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 mNNnpT??????311 1098.4298.425048.69503.3
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上傳時(shí)間:2017-10-27
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牧草
打捆
設(shè)計(jì)
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3212 牧草打捆機(jī)的設(shè)計(jì),牧草,打捆,設(shè)計(jì)
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