牧草打捆机的毕业设计（机械CAD图纸） .doc
1 绪论 1.1 问题的提出 牧草打捆机的设计 2 1 2 3 4 5 6 m 2 3 R c = 2 3 我国地域广袤，而且作为农业大国，有着先天独厚的发展畜牧业的条件。我国草原辽阔，类型繁 多，资源丰富，是巨大的天然宝藏。据统计，我国共有各类天然草地面积约 3.93 亿 hm ，占国土 面积的 41.7%，仅次于澳大利亚，居世界第二位，同时也秸秆资源最为丰富的国家之一，每年生 产 6.4 亿多 t 的秸秆。 然而我国草场的分布很不均匀,导致我国部分地区一方面牧草匮乏,另一方面则因季节性牧草过剩而 得不到合理利用被废弃,不仅浪费了牧草资源,造成经济损失,同时也污染了草地和环境。此外,牧草 在流通领域中遇到的一个主要问题,就是由于牧草的堆密度小,使其运输成本增加,利润空间下降。 有些地方甚至因为利润微薄而宁可烧掉,也不愿意费时费力地运输,造成了资源浪费,而且也污染了 生态环境。这是我们必须面临的显示问题，急需有一个合理的办法来解决这个现状。近年来，由 于各牧场的牲畜存栏量不断增加，而相应的管理政策又相对滞后，还有自然条件的恶化，即使在 牧草比较丰富的牧区，季节性的饲草缺乏现象也很严重 。2000 年初，我国内蒙古、新疆共有 12 个地(州)60 个县出现的“白灾”使 30 万头受灾牲畜死亡，主要原因是由于饲料缺乏的饥饿所致， 很显然解决这个问题的有效措施就是为这些牧草缺乏或季节缺草的地区准备充足的越冬饲草；另 一方面我国草业发展带有比较 突出的地域性特点，牧草种植基地大多位于黄河流域及华北、西 北，而牧草销售市场多位于华东、华南的奶牛、肉牛饲养密集区。由于草场分布不均，部分地区 因季节性牧草过剩得不到合适的处置而被废弃，浪费了资源，也污染了草原 。不仅如此，近年 来随着畜牧业的迅速发展，中国加入 WTO，周边的许多国家，像韩国、日本都是饲料资源短缺的 国家，国际市场对牧草、秸秆等饲料的需求会大幅增加。加入 WTO，我国资源成本相对较高的种 植业面积可能会适当减少，种植业比较效益下降将促使土地资源和农业生产结构向畜牧业、草业 等方面调整，牧草生产和加工 产业将面临新的机遇。因此，加快我国的牧草、秸秆的产业化进 程，能为我国增加出口创汇，成为国民经济大产业，这在发达国家如美国、加拿大等已得到证实 。 在牧草、秸秆等纤维物料的商品化生产过程中，首先遇到的问题是这些物料松散，容积密度小， 收集、运输困难，运输时亏吨现象严重这些物料无论在储存还是运输时，都占用很大的空间，面 临严重的运输成本压力。由此可见，把饲草打成高密度的草捆后储存或运输，是降低饲草成本的 重要步骤。也是使得牧草得到合理利用的有效途径，既可解决牧草资源的分布不均而得不到合理 利用的弊端，有可解决环境问题。据中国农业大学成套设备所的实验设计，饲草打捆平均密度可 以增大 10 倍左右，而运输成本可降低 70%左右，可见饲草压捆机的商业效益是十分显著的 。牧 草业也会因此有长足的发展。 1.2 国内外研究现状及发展趋势 1.2.1 饲草压缩理论的研究概况 压缩理论是饲草料压捆、压饼、压块等机具设计的理论依据，具有重要的价值 。 1938 年西德学者斯卡维特(Skalweit)首次开始研究纤维物料在压缩过程中的压缩机理。他通过在密 闭容器内以低速压缩牧草，来研究压缩力和压缩后牧草容积密度之间的关系，并得出了如下压缩 力和压缩后物料容积密度之间的规律： R = cg (1l) 式中： R 压缩力，(kg/cm )； g 压缩后物料的密度，(kg/m )； g 0 R 初始压缩力(kg/ cm )； : g 0 物料的初始密度,( kg/m )； m 是试验系数。 1959 年西德另一位学者麦威斯(Mewes )通过实验研究分析斯卡维特(Skalweit)所得出的数学模型， 根据分析研究，他对斯卡维特的结论给予肯定，同时，他认为纤维物料在压缩过程中压缩力与物m m m 2 3 3 g 物料的初始密度，(kg/m )； 2 c R = g (l4) 2 3 小麦秸秆 燕麦秸秆 苜蓿 牧草 系数 - - - - 2.53 ´ 10 9.8 ´ 10 3.7 ´ 10 6.75 ´ 10 1550N/cm - - - - 2.87 ´ 10 1.56 ´ 10 1.78 ´ 10 8.55 ´ 10 50200 N/cm c 0 3 3 4 m 5. 3 料的初始密度有关，并分别提出了在不同压缩条件下压缩力与物料密度之间的数学模型： R = c - g 0 ) (12) R = c ( - g 0 ) (13) 式中： R 压缩力，(kg/cm )； g 压缩后物料的密度，(kg/m )； 0 c 和 m 均为试验系数。 1964 年西德学者萨哈特(Sacht)利用小麦和燕麦秸秆以及苜蓿和牧草进行试验研究，首次发现被压 缩物料的湿度对压缩过程有很大的影响。通过实验研究，他认为，斯卡维特的数学模型只有在压 力小于 200N/cm 时才成立，并提出如下数学表达式： w 式中： R 压缩力，(kg/mm )； w 被压缩物料的湿度； g 压缩后物料的密度，(kg/m )； c 和 m 均为试验系数，不同的物料具有不同的值。 该表达式只有在 w =1555%之间成立，c 和 m 的值如表 11 所示： 表 11 各种物料压缩时的实验系数 c 和 m 值 89%干重 88.5%干重 83.5%干重 86%干重 m 1.47 1.59 1.69 1.96 m 1.89 2.35 2.64 2.73 5060 年代苏联学者对纤维物料的压缩过程也进行了很多研究，如奥索波夫(Osobov)通过实验和 理论分析研究认为，纤维物料在压缩过程中压缩力仅取决于被压缩物料的初始密度和压缩过程中 的压缩程度，在此基础上提出： a 式中： g 压缩后物料的密度，(kg/m )； g 0 物料的初始密度，(kg/m )； c 和 a 均为试验系数，表明草料的物理机械特性。 苏联的另一位学者赫拉帕奇(Hulapaqi)研究认为，纤维物料在压缩过程中压缩力不仅与压缩后压缩 物的压缩程度有关 ，而且与压缩过程中的压缩速度以及物料的湿度有关。通过分析研究他提 出了以下表达式： P= c b k (16) 式中： a 物料的湿度系数； a =l - 0.02(w - 15.30) w物料的湿度； b 压缩过程中的压缩速度影响系数； b = 0. 84 ； v 压缩过程中当前位置的压缩速度； g 压缩后物料的密度，(kg/m )；- 7 s - x 2 n 2 m 3 n 3 3 3 A 0 R = e - l ) (l11) 2 g r = ； 3 3 l b = ； k bs R = - l (112) ( - ) k 物料的硬度系数，对整齐的秸秆 k =1，对纠缠的 k =0.67，对牧草 k =0.58； c 和 m 均为试验系数一般取 c=1.92 10 ，m=2.178。 该表达式虽然是在密闭容器内实验得到的，但在开式压捆室压缩干物质含量为 85%的小麦秸秆的 实验中得到了证实。多年来，此式一直被作为压捆机设计的理论依据，它对压捆机的设计在方向 上有一定的意义，对于闭式压缩有重要指导作用。 苏联学者普斯特金(Pusteky)对纤维物料压缩过程中被压缩物料的压缩量与压缩力之间的关系进行 了分析和研究，他用窄板条压缩未脱粒的小麦秸秆进行实验研究得出了压缩力与被压缩物料压缩 量之间关系： bs R = Ae (17) 式中： R 压缩力，(kg/m )； s物料的初始厚度，(mm)； x对物料的压缩量，(mm)； A 和 b 均是试验系数，对于牧草和苜蓿 A=0.35kg/cm，b=0.375。 后来他又在密闭容器内对麦秸进行实验研究，并得出麦秸在密闭容器内压缩时，压缩力与压缩量 之间呈抛物线关系： R = Ax (18) 式中：p压缩力，(kg/m )； x对物料的压缩量，(mm)； A 和 n 是试验系数。 此外，英国和美国等国的学者对不同纤维物料压缩过程作了大量的研究试验和理论分析，如:1984 年英国学者多佛而奇(0Dogherty)和威来尔(Wheller)通过实验研究和理论分析，并根据压缩过程 中物料的容积密度范围提出两个模型： R = c g ( g <400kg/m ) (19) R = c (ln g ) ( g > 400 g / m ) (110) 式中： R 压缩力，(kg/cm )； g 物料压缩过程中的密度，(kg/m )； n、m 均是试验系数。 1987 年英国学者法波若德(Faborode)和卡拉凡(OCallaghan)在考虑了被压缩纤维物料的初始密度 后，提出如下的数学模型： b 式中： R 压缩力(kg/cm )； g g 物料在压缩过程中的密度，(kg.m )； g 0 物料的初始密度，(kg/ m )； A、b 均是试验系数。 他们对其进一步推导： 令：A g 0 = k 0 ； rc 将公式(111)转化成压缩力与压缩活塞位移之间的关系： b e 式中： k 0 物料的初始松散模量；3 8 bs B - ) 3 g 牧草的初始密度，(kg/m )； 3 9 10 511 12 213 g 0 物料的临界密度，(kg/m )； s压缩活塞的位移，(mm)； l压捆室长度，(mm)。 1996 年我国学者杨明韶等在真正的高密度牧草压捆 9KG350 上分阶段对牧草在压捆过程中的压 缩力、压缩量和压缩过程中的牧草的密度等进行了试验研究，并提出了它们之间的数学关系式： R = Ae (113) 并在此基础上推导出用高密度 压捆机对牧草进行压捆时，压缩力与压缩后牧草密度之间的关系 式： P= Ae (114) 式中： P压缩力，(Mpa)； 0 g 牧草压缩过程中的密度，(kg/m )； x牧草的压缩量(mm)； A、B、b 均是实验系数。 纵观国内外学者对各种纤维物料压缩过程所作的各种实验研究和理论分析，主要是从不同角度出 发，采用不同的压缩方式和条件对不同的纤维物料进行试验和理论研究。归纳起来苏联和我国的 学者主要是针对纤维物料压捆过程进行研究，英国、美国、加拿大的学者主要是针对纤维物料的 压块和压饼过程( 密度很高) 进行研究， 日本学者主要 是针对粉体纤维物料的模压成型进行研究 。这些研究成果在解决压缩力和压缩程度之间的问题中发挥了极其重要的作用，对秸秆等纤维 物料压缩过程的理论分析，压缩设备的设计和牧草压缩生产过程研究起到了指导作用，提供了理 论依据。本文就是以这些理论为依据，进行了压捆机的研究。 1.2.2 国外压捆机的发展概况 1870 年美国人迪得里克(DederiC)研制出人类历史上的第一台机械式固定牧草压捆机，被改进完善 后，在欧美一些国家得到广泛应用。20 世纪 30 年代初，小方捆压捆机问世，50 年代生产进入高 峰，保有量趋于饱和，当时美国拥有捡拾压捆机约 70 万台，90%以上的牧草采用捡拾压捆工艺。 60 年代中期，圆草捆卷捆机诞生，70 年代迅速发展，80 年代方、圆捆机并行发展。近年来，欧 美等发达国家的压捆设备更成熟，结构参数更合理，可靠性、生产率提高很快。国际著名的农机 生产商如美国纽荷兰(NewHolland)、约翰迪尔(JohnDeere)、凯斯公司，英国福格森公司，韩国成 元公司，意大利 GALLIGNANI 公司，德国威格公司和前进公司的压捆机都己系列生产，这些设 备无论在机械结构、动力配套、液压系统还是控制系统设计方面都处理得很成功，一些新的设计 理论、最新科研成果的应用在这些机械上都有体现，例如在控制系统方面，单片机、可编程控制 器(PLC)、工业控制机控制(工 PC)等的自动控制手段都得到应用。在一些发达国家，如美国等，牧 草收获己全部实行机械化，牧草已成为国民经济一大产业。 1.2.3 国内的研究状况 国内压捆机方面的研究报道不 多，只有压捆机生产或改进方面的报道，但企业生产的产品质量 低、可靠性差。我国 50 年代末开始生产畜力固定式捆草机，60 年代初，在引进、试验国外小方 草捆拣拾压捆机基础上，开展了小方草捆无绳压捆机的研究。70 年代中期引进、仿造了国外的方 捆机并批量生产，70 年代末开始仿制圆捆机。近几年，随着市场对高密度草捆和农作物秸秆捆需 求量的增加，国内的一些科研院所和高校开始研制高密度的牧草和秸秆压捆机，主要型式可分为 机械式和液压式 。 1.2.4 发展趋势 纵观国内外大中型企业及饲草收获工艺的需要及研究，饲草压捆机将向以下方向发展： 1产品多样化、系列化，以满足不同用户的需求。 2采用新技术、新工艺，改进产品结构，提高产品的使用性能和经济效率。电子计算机、液压技 术等的应用将使机具的性能更先进，操作更方便舒适。 3扩大适用范围，提高机具的利用率，将捆草范围从干草扩大到青饲料或农作物秸秆。 4增加草捆密度，降低功率消耗，提高压捆机经济效益。 5运用现有的饲草压缩理论设计主要结构工作部件，以提高压缩密度和减少功率消耗,使压捆机 效率更高，可靠性更大，性能更优 。58 14 15 1.3 存在的问题 由于国内压捆机目前大多采用测绘或类比方法设计，在配套动力的确定，主要部件的结构参数、 压缩频率和喂入量等工作参数的确定中很少有真正的理论依据，因而不可避免地存在配套动力不 合理，压缩设备功率消耗大、生产能力低等问题，而进口机械不仅价格昂贵，而且有些不适宜我 国的国情 。 1.4 研究的目的和意义 由于我国的饲草压捆技术设备与发达国家相比有很大差距，而且多为仿造产品，主要工作部件结 构参数选择不当，生产规模较少，设备质量欠佳，远不能满足日益扩大的国内草产品生产加工设 备市场的需要。提高国产压捆机的质量，无疑会对畜牧业发展起到革命性作用。虽然市场上国外 产品质量较好，但价格太高(例如黑龙江大庆农场进口的 NewHolland 公司生产的一款高密度压捆 机造价 30 万美元)，不适合国内的消费水平，所以开发性能良好、自动化程度高而且价格适中的 国产压捆机将是我国饲草商品化生产的关键设备之一，对促进饲草产业化进程会起到举足轻重的 作用 。 2 牧草压捆机的设计 2.1 饲草压缩理论研究 2.1.1 饲草压缩过程研究 饲草压缩类型根据压缩设备类型的特点可分为闭式压缩和开式压缩两大类。闭式压缩是指用一个 柱塞对装入一端封闭的压模内的农业纤维物料进行压缩，使其成型并达到一定密度，然后取出被 压缩后的物料，捆扎成捆，完成一次压缩过程，再装入新物料再进行压缩的过程，这种压缩过程 接近于农业粉状纤维物料模压成型的情况，这种压缩型式很难实现自动化作业，有的液压式高密 度压捆机属于此种类型。开式压缩是指用一个柱塞对压捆室内的农业纤维物料进行压缩，克服压 捆室与物料间的摩擦力，推动物料向压捆室出口方向移动，边喂入边压缩，被压缩后的物料随压 缩过程的进行逐渐被推出压捆室。实际物料在大多数压捆机的压缩就属于开式压缩。先前的压缩 理论研究多是在密闭容器进行的实验，多属于闭式压缩，其研究目的也多是为了指导压捆机的设 计，但现有压捆机多是开式压缩，开式压缩和闭式压缩差别很大，因而存在一定的误差。为了压 捆机的发展，首先必须对开式压缩进行全面深入的研究，同时探索开式和闭式压缩之间的异同， 这无疑是压缩研究的一个基本课题 。 (1)闭式压缩是喂入一次压缩一次，形成一个产品一般压缩一次，卸料一次，是间断性作业。产品 压成后在压捆室内并不移动，所以只消耗一次压缩功率，每次压缩之间没有关系。 (2)开式压缩也是喂入一次压缩一次，一般要喂入和压缩若干次才能形成一个产品。在压捆室内， 压缩一次形成一个草片再喂入一次，再压缩成一个草片，直到草片充满压捆室，然后再继续喂入 和压缩，且每次压缩所受的压力不同。待若干草片的厚度达到草捆要求的长度时，进行打捆。捆 好的草捆从压捆室出口处陆续排出。也就是说，产品要经过整个压捆室生成。因而，生产一个产 品(按质量计)所做的功要大于闭式压缩。在压捆室中，活塞压缩物料的过程，可分为三个阶段:第 一阶段，喂入 1 份物料，活塞从前极点向后移动，同物料接触后，推移物料沿压捆室移动，使其 充满压捆室而不对物料进行压缩，此阶段称为充满阶段。第二阶段，活塞继续向后移动，开始压 缩物料，物料体积减少，密度 g 增加， g max 活塞面上的压应力增加，直到密度达到最大值 g max ， 压应力也达到最大值 s max 。第三阶段，活塞继续向后移动，被压缩物料也随之向后移动，一直到 另一个极点止。此阶段，活塞上的压应力不再增加，物料密度也不再增加，称之为移动阶段。其 简图如图 21 所示：S = G ab 0 G S = 图 21 牧草压缩过程示意图 ab max S 活塞行程； 3 3 16 式中：G每次饲草的喂入量，一般为 24kg； a、b压捆室截面的长和高，本设计中分别取为 0.46m、0.36m； S活塞从开始压缩到另极点的距离； 0 S 1 被压缩物料达到最大密度后移动的距离； g 0 压缩前物料的密度，对于牧草般取 3050kg/m ； g max 压缩达到的最大密度(kg/m ),是压捆机的重要指标。 2.1.2 压缩力的分析 ' 17 1 连杆曲柄 2 连杆 3 活塞 5 静上刀片 6 保护罩壳 7 压捆室板 8 侧向进草口 9 被驱动齿轮 10 驱动齿 轮 11飞轮 F 曲柄上的水平方向压缩力 F 作用在曲柄上的合力 F s 沿曲柄轨迹切线方向的作用力 图 22 压缩机构模型受力图 小方捆压捆机压缩牧草时，其受力示意图如图 22 所示 。压缩时，随着活塞的移动，压缩力的 变化过程如图 23 所示： ' 图 23 压缩时各力变化规律(以压缩首楷为例) o 如图 23 所示，力 F、F 和 Fs 随着曲柄转角变化而发生变化的过程。曲线 ab 段表明在初始压缩 牧草时随着压缩量的增大三个力都增大了，在 bc 段上由于切削阻力引起压缩力的进一步增大，在 大量牧草被切断以后(这时 a 约为 145 )阻力在 ed 段减少，接着由于活塞继续压缩的进给运动在 de 段引起压缩力进一步增大，一直达到最大值，随着草捆的移动，压缩力紧接着在 ef 段降低了。18 12 19 在到达最大值 Pmax 之前一小段时间距离活塞到达最大行程有一段距离 S。在 ef 段为了降低活塞 压力，可以尽量减小摩擦系数，或者采用滚动摩擦可以减少功率消耗。曲线 fg 段表示压缩草松驰 阶段，这是由于曲柄施加的力 Fs 改变方向造成的。当曲柄进一步旋转时，为了克服压缩滑块的加 速度而产生一个反方向的力如 gk 段所示，变为正的 kl 段是因为在开始位置处制止反向运动的滑 块而产生的正向阻力。力 Fs 是相反的(如 gklm 虚线所示)。 上述理论的研究具有重要的意义， 本文以上述理论为指导，进行了压捆机的研究。 2.2 压捆机的结构设计 2.2.1 压捆机的结构型式 压捆机可根据以下原则分类：(1)动力源(2)草捆的形状和尺寸(3)捆束材料。按动力源，压捆机可由 拖拉机拖动、动力输出轴驱动、电机驱动和自我驱动等。拖拉机动力输出轴驱动的压捆机是最便 宜的，也是最适用的，但需要性能优良的拖拉机，以维持一个恒定的速度。 按工作方式，压捆机可分固定式压捆机和捡拾式压捆机两种，固定式压捆机一般是用来将收获好 的干草二次压制成高密度草捆后运至其他缺草地区，适合于长距离运输。 压捆机根据压成的草捆形状，又可分为方捆活塞式压捆机(如图 24)和圆捆卷压式压捆机(如图 2 5)。方捆活塞式压捆机按活塞的运动形式又有直线往复式和圆弧摆动式之分。 根据草捆密度，还可以分为高密度干草捆压捆机、中密度干草捆压捆机和低密度干草捆压捆机。 如图 26 是现在常用的两款高密度压捆机。 本设计为以拖拉机为动力的方捆拾禾压捆机小型压 捆机。 北京华联 CLASS 小方捆打捆机 北京华联 CLASS 大方捆打捆机 图 24 方捆打捆机 北京华联 ROLLANT 255 打捆机 图 25 圆捆打捆机2.2.2 压捆机的构造和工作原理 图 26 高密度大型打捆机 20 13 压捆机主要有捡拾 器(移动式 )、输送喂 入装置、压捆 室、草捆密度调节装置、草捆长度控制装 置、打捆装置、曲柄连杆机构(方捆机械式)、传动机构和牵引装置等组成。压捆机的成捆原理主 要是用各种机械机构来模拟人 工捆束的工艺过程，完成对饲草的收集、压实和打捆动作。工作 时，草条连续地进入输送喂入 装置，输送喂入装置在活塞回行时，把饲草从侧面喂入到压捆室 内，在曲柄连杆机构的作用下，活塞往复运动，把压捆室内的饲草压成草捆，活塞切刀将草层切 断，使各层能很好分开，压好的草捆，被后面陆续成捆的草捆不断地推向压捆室出口。 1）输送喂入装置 它的功能是将收集起来的饲草 喂入到压捆室内。一个性能良好的输送喂入装置应能满足以下要 求:(1)喂入均匀(2)在喂入口处不能堆积饲草，即单位时间的喂入量应大于捡拾量或输送量(3)喂入 叉应具备过载保护能力 。 输送喂入装置可分为以下三种:双拨叉式、搅龙一拨叉式和单拨叉式。其结构示意图如图 27 所 示。 10 11 16 1 捡拾器 2 倾斜输送器 3 螺旋输送器 4 喂入口 5 装填器 6 柱塞 7 双拨叉式输送喂入装置 8 捆扎装置 9 填草拨叉 10 草捆 11 飞轮 12 动力输出轴 图 27 方草捆捡拾压捆机结构示意图 图 27(a)为顶部喂入式，捡拾器将干草捡拾后由纵向倾斜输送器 2 向上输送，并由横向螺旋输送 器 3 送入压捆室的顶部喂入口 4，再由装填器在柱塞回行时向下压入压捆室。图(b)为采用双拨叉 式输送喂入装置的侧面喂入式，捡拾器将干草捡拾后拨向后面，由双拨叉式输送喂入装置 7 将干 草从侧面喂入压捆室。图(c)为采用螺旋输送器的侧面喂入式，捡拾器将干草捡拾后拨向后面，由 横向螺旋输送器 3 作横向输送，再由填草拨叉 9 在活塞回行时将干草填入压捆室 。本设计中采 用实用的螺旋输送器侧面喂入式。 2）活塞和压捆室 压 捆室 是压 捆机 的基 础 部件 ，呈 长方 形 ，其 断面 尺寸 主要 有 360 ´ 460mm，400 ´ 460mm， 460´ 560mm ，本设计采用常用的 360´ 460mm。由于活塞速率越高，其惯性力和速度越大，震 动和摩擦越严重。为了改善滑动摩擦片式活塞的缺点，采用滚轮式活塞。它的结构特点是沿着活 塞的水平和垂直方向配置了若干个特制滚轮，当活塞往复运动时，滚轮沿着压捆室的轨道滚动， 使原来的滑动摩擦变成滚动摩擦，大大改善了活塞的工作性能 。12 3）草捆密度调节装置 由于不同饲草的特性不一样，所以应经常调整草捆密度。草捆密度调节机构如图 28 所示，上连 接板铰链连接安装在压捆室上盖板的后端，横梁焊接在上连接板上。旋转调节手柄，顺时针方向 旋转时，上连接板相对于下连接板的倾斜度发生变化，使草捆密度增加，反之草捆密度降低。调 整连接板不同倾角，从而获得不同密度的草捆 。 15 13 1 横梁 2 压捆室侧壁 3 上连接板 4 下连接板 5 调整弹簧 6 调节手柄 7 丝杠 图 28 草捆密度调节机构 4）压缩机构 压缩机构采用曲柄滑块机构，由曲柄，连杆和柱塞组成。对于牵引式拾禾压捆机，曲柄前常有一 对圆锥齿轮和飞轮，飞轮轴由拖拉机动力输出轴带动。它的工作性能直接影响了饲草压缩时的生 物力学特性，它与输送喂入叉相配合而做往复运动。当输送喂入叉进入压捆室时，它后退到极限 初始位置，而当输送喂入叉退出压捆室时，它向前运动从而将进入的饲草压缩成捆。设计中必须 注意压缩活塞与喂入叉的运动关系，以免相撞而损坏。 5）输送喂入器 喂入叉用钢板制成，强度高。在喂入叉和曲柄之间装置上了带有板弹簧的四杆机构。过载时，喂 入叉受到很大阻力，当曲柄旋转时板弹簧就在四杆机构的作用下发生变形，喂入叉向后折。越过 障碍后在板弹簧和四杆机构的作用下喂入叉自动回位进行下一次拨草动作。经过 35 次工作行 程，就可以消除堵塞。 1.曲柄 2. 喂入叉 3. 弹簧 图 29 输送喂入器1 E= J (22) w - w K= ( 23) w - w 式中： w = avg 1 ( J + J )( - w ) = D - D E = (25) W 900 W J = = (26) 2 2 2 2 2 2.2.3 飞轮 1）飞轮的功能 压缩机构在运转过程中，由于生产阻力和原动力的周期性变化以及机构构件本身的惯性力的变化 等因素引起转矩的很大波动，所需的转矩峰值也就非常高，而转矩是驱动机构以等速或接近等速 运动所必须的，这就需要一个 极大的电动机。然而主要由于损失和做外功的一个周期的平均转 矩，通常比转矩峰值要小得多，因此应采取措施减少动力消耗。减轻波动最简单方便可行的方法 是在系统中增加一个飞轮。飞轮的作用是当压捆机中的驱动功超过阻力功时，将多余的能量储藏 起来，使动能和瞬时速度增大相反，当阻力功超过驱动功时，又能将储藏的能量释放出来，补充 驱动功的不足并使瞬时速度降低。因此飞轮可利用其较大的转动惯量用其积蓄的动能来帮助克服 尖峰负载，则减少原动机的所需功率，同时使机械运转的周期性速度波动幅度控制在允许的范围 内。转矩的很大变化表示存储在运动构件内动能的变化，可以认为，转矩的正波动表示主动件(电 动机)传给机构的能量并暂存储在运动构件中，转矩的负波动表示运动构件的能量返回给电动机。 1021 2）飞轮的大小 回转系统动能为 2 式中:J轴上所有回转质量的转动惯量、机构曲柄的转动惯量以及飞轮的转动惯量如方程式(22) 所示，要想从飞轮中获取能量，其唯一方法是降低它的速度，而速度升高使能量增加。因此，对 于载荷所要求的能量是变化的情况，要得到轴的角速度为常数是不可能的，只能做到的是，提供 一个 J 非常大的飞轮来使速度( w max - w in )减小。 机械运转速度波动系数 k 定义为： w vg 2 对机械运转速度不均匀程度的 要求，随机械类型及工作性质的不同而异，农业机械其值一般在 0.020.2 之间选取，相当于转速可以在 2%20%之间波动，所选择的值越小，则所需飞轮越大。 大 的飞 轮将 增加 费用 并增 加系 统重 量 ，而 对提 高运转 的平 稳性 相 对有 好处 ，本 文设 计中 取 k=0.060。 假设飞轮安装在等效构件上，其转动惯量为 J F ；与等效构件有定速比的各构件的等效转动惯量为 Jc；与等效构件有变速比的各构件的等效转动惯量为 Jv；则在等效构件上安装了飞轮的机械系统 其等效转动惯量为： J=J F +Je+Jv=J F +J R (24) 式中:J R =Jc+Jv 为除飞轮以外，机械系统其它运动构件的等效转动惯量，它是机械位置的函数。 因为 Jv 与 JF 相比，比较小，为了简化计算先略去不计，所以： 2 式中：E动能的变化； W最大盈亏功。 当等效转动惯量为常数时，它等于W 的最大值与最小值之差。为简化计算，将相对较小的 Jc 略 去，从而得： w vg k p n k 式中： J F 飞轮的转动惯量，(kgm )； n 飞轮的转速，(r/min)。 由式 26 得，飞轮应安装在高速轴上，因为 J F 与 n 成反比，转速越高，J F 越小，飞轮的尺寸2 可以做得更小。一般飞轮的转动惯量 22.2kg.m ,飞轮直径为 450980mm,轮缘厚为 2780mm, 飞轮的重量为 70140kg，飞轮转速为 280750r/min。 2 2 D + D 1 2 J = (27) 1 为简化计算，假定轮缘的质量集中在平均直径 D= ( D + D 的圆周上，则： 2 mD J = (28) 900 ´ 5000 J = = 26 m 2 2 4 J 4 ´ 26 取 D=600mm,则飞轮质量 m = = = 289 kg 。 2 2 1021 21 210 飞轮结构简图 飞轮采用如图 211 所示的辐条式飞轮，由轮缘、轮幅和轮毅组成。 2 4 2 4 式中：Dl飞轮的外径，m； D 2 :轮缘的内径，m。 本文设计中 取W=5000Nm，n=540r/min,则： p ´ 540 ´ 0. 6 D 0. 飞轮选择材料 HT200 铸造。 2.2.4 捆扎机构 捆扎机构是压捆机的关键部件，其性能直接影响成捆率。捆绳机构有采用软绳和铁丝两种形 式，它主要包括捆扎机构控制器，供绳机构和打结器。 1）捆绳 捆绳有软绳和铁丝两种，常用的软绳有麻绳和塑料绳，软绳需粗细均匀，光滑和柔软。其直 径为 2.53mm，拉断力为 7001000N。采用铁丝捆扎时，要求铁丝直径为 1.82mm,抗拉强度 为 294480MPa。 麻绳和铁丝相比较，麻绳的有点是喂飼方便，对牲畜较安全，同时绳子的成本较低，因此目10 3 前以麻绳使用较广 。本设计将采取麻绳为捆扎绳。采用铁丝捆扎的压捆机常用于长途运输或需 多次装运，且草捆密度在 200kg/ m 以上。 2）软绳捆扎控制器(图 211) 用
