9YFG-2400大方捆压捆机的研制.pdf

新疆农机化圆园23 年第 4 期doi:10.13620/ki.issn1007-7782.2023.04.001中图分类号:S817.115文献标识码院A0 引言随着生活水平的不断提高，人们对牛、羊奶制品和肉蛋类的需求量不断增加，因此需进一步发展牛羊饲养业及饲料作物的生产，而牧草类饲料的全机械化收获是其中最重要的环节。牧草饲料作为牲畜口粮储备的重要品类之一，可有效解决奶牛、羊等饲草季节性不足的问题。成捆牧草青贮饲料既可节省牧草存贮空间和草料运输成本，又可调整草料供应周期，减少秸秆焚烧污染，对农业良性循环发展有一定的积极作用1-3。然而牧草加工机械化水平的落后不仅浪费了大量人力资源，还浪费了大量的生物资源，因此，提升牧草加工机械水平可提升牧草利用率，降低畜牧喂养成本，全面实现畜牧业可持续发展。如何提升牧草机械化收获技术，将散落的牧草秸秆高效收集转运起来是当前必须要解决的问题之一，在此背景下，急需研发出一款高效率、高质量、多功能秸秆打捆设备。1 整机结构及工作原理9YFG-2400牵引式大方捆压捆机可对玉米、小麦、芦苇、甘蔗和苜蓿等多种农作物秸秆进行自动捡拾和打捆，该机集成草捆成型系统和草捆捆包计量系统，可监控单个草捆的重量以及对打捆包数进行实时计数，是我公司自主研发的高性能6道绳草捆成型装备。1.1 整机结构9YFG-2400牵引式大方捆压捆机主要由底盘行走系统、草料喂入系统、草料捡拾切碎系统、动力传递系统、草捆打结机构、草料压缩系统、外围件、草捆成型室、草料放置装置及液压电气控制系统等组成，是一种高可靠性多功能牧草打捆装备，具体结构如图1。图1 9YFG-2400 大方捆压捆机结构1.底盘行走系统2.草料喂入系统3.草料捡拾切碎系统4.动力传递系统5.草捆打结机构6.草料压缩系统7.外围件8.草捆成型室9.草料放置装置1.2 工作原理拖拉机将动力由输出轴传递给 9YFG-2400大方捆压捆机，在拖拉机的牵引下实现对物料的捡拾，其有效捡拾宽度可达2400mm。当物料通过前端捡拾系统时物料流会进入草料喂入系统，随后进行一定的预压缩，当压力达到预先设定值时，物料流被送入草捆成型室，经压缩系统反复压缩形成一定密度的草捆。当物料压缩到设定长度后123456789文章编号院1007-7782渊2023冤04-0005-039YFG-2400大方捆压捆机的研制任建磊（中国铁建重工集团股份有限公司，湖南 长沙 410100）摘 要院针对市场上对高性能牧草加工设备的需求，研制了9YFG-2400大方捆压捆机。本文从整机结构、工作原理及主要技术参数等方面阐述了机具的技术特点。通过田间试验验证该机性能稳定，工作效率高，满足设计要求。为后续推广优化提供技术支持，对6道绳大方捆压捆机的设计有一定的指导意义。关键词院高性能；压捆机；6 道绳Developingof9YFG-2400largesquarebalerRen Jianlei渊ChinaRailwayConstructionHeavyIndustryGroupCo.,Ltd.,Changsha410100,Hunan,China)Abstract:According to the market demand for high-performance forage processing equipment,a 9YFG-2400 large squarebaler was developed.The technical characteristics of the machine from its structure,working principle,main technical parameterswere described in this article.Through field testing,it is concluded that the machine has stable performance,high efficiency,andmeets design requirements.The research results provided data support for subsequent promotion and optimization,and has a cer-tain guiding significance for the design ofa 6-lane rope large square baler.Key words:High-performance;Baler;6-rope修回日期院2023-03-29窑 开发研究 窑5援援新疆农机化圆园23 年第 4 期（下转第 19 页）压缩室上的计量轮会被草捆拨动回转，打结机构开始对草捆进行捆绳打结，打结完成后经压缩系统进一步挤压排出至草捆放置装置。进行下一个循环后，草捆放置装置的草捆被排至地面从而完成物料打捆成型的全机械化过程。2 压缩系统设计及整机参数2.1 压缩系统设计压缩系统作为9YFG-2400大方捆压捆机核心部件，主要由齿轮箱、曲柄连杆、压缩焊接件及电气元件等组成，其结构如图2。压缩焊接件采用高强度薄板件拼焊成型，保证了在较大反推力作用下不变形。齿轮箱采用1个输入端5个输出端3组速比设计，其速比分别为X-Y速比为1：20，X-W速比为1：2.24，X-Z速比为4.88：1，齿轮箱额定转速=1000r/min，额定功率=191.2kW，由公式=9550伊/计算得扭矩=1825.96N m。输出W轴与输入X轴偏移角度为47毅，位于齿轮箱上端，连接液压泵为整机液压系统提供动力，输出Y轴连接活塞曲柄连杆为压缩系统提供动力，输出Z轴连接喂入与捡拾系统，通过齿轮箱分流来实现整机动力的传递，内部传动路线如图3。图2 压缩系统组件示意1.齿轮箱2.曲柄连杆3.压缩焊接件图3 齿轮箱内部传动路线示意1.输入轴 X 2.输出轴 Z3.输出轴 Y4.输出轴 W2.2 整机参数9YFG-2400 大方捆压捆机主要参数如下：工作状态整机尺寸（长伊宽伊高，m）运输状态整机尺寸（长伊宽伊高，m）公路最大行驶速度（km/h）田间最大行驶速度（km/h）飞轮转速（r/min）压缩活塞冲程（次/min）压缩活塞最大推力（t）前后轮胎轴距（m）左右轮距（m）后轮可转向角度（毅）草捆最大尺寸（长伊宽伊高，m）所需拖拉机匹配动力（hp）配备拖拉机电压（V）规则草捆率（%）生产效率（t/h）有效捡拾宽度（m）草捆密度值（kg/m3）3 技术创新及特点（1）配备大马力拖拉机，满足各个部件功率需求的同时也可最大限度地实现机具的利用率。（2）采用无凸轮盘弹齿滚筒式捡拾装置的设计，减少零部件，降低整机质量，提升工作可靠性。弹齿选择柔性材料，降低对牧草的击打和冲击力，保留其营养价值。（3）采用双曲柄连杆活塞机械式压缩机构，保证对物料进行快速稳定地压缩，连杆安装内置压力传感器，可监测工作压力的大小，以便调节。（4）配备国际知名品牌打结器，打结稳定可靠、打结器使用寿命长。配备集中润滑系统，润滑频次可调，确保打结器高效运行，采用横置贯流风机，保证了打结成功率。每个草捆 6 道绳捆结，保证了成型后的草捆不松散，便于后续转运。（5）通过传感器信息采集、数据无线传输以及人机交互 PLC 等模块实现打捆机的精准计算控制，ISOBUS 与 CAN 的兼容设计可匹配不同拖拉机品牌。（6）绳箱采用单边 15 捆绳的装配空间，可满足长时间连续作业需求。4 试验及结论9YFG-2400 大方捆压捆机于 2022 年 10 月在长沙工厂成功下线，后续经厂内调试试验后转厂至湖南岳阳市进行田间测试。依据国家标准 GB/T25423 规定完成田间试验，试验结果如表 1。试验表明：9YFG-2400 大方捆压捆机各关键部件工作稳定，所成型捆包满足密度值大于 220 kg/m3的设计要求，6 道绳双捆结保证了成型后的捆包不易123412310.7伊3.2伊3.59.5伊3.2伊3.540201 00050551.352.6173伊1.2伊0.9逸260直流 12逸98逸252.4逸220窑 开发研究 窑6援援新疆农机化圆园23 年第 4 期根据 机械设计手册11得出轴径应大于 20.6mm，设计轴径最小处=22mm，此时主动轴传递的扭矩=404.1N/m。以=0.6计算弯扭组合强度条件，校核轴的强度，此时约-1=60 MPa，主动轴安全符合要求。选定轴承的使用寿命为8000h，已选轴承的型号为 UCP205，基本额定动载荷=16.2kN，本额定静载荷=10.5 kN，当量动载荷=011，可得轴承寿命=8332h，满足轴承寿命需求。4 采摘装置仿真分析为验证梳齿式采摘头工作可靠性，对其受力情况进行仿真分析，经计算采摘头在采摘过程中所承受的静载荷大小为200N。选择铝合金为梳齿材料，建立有限元模型，将采摘头固定在底部平台上并施加一个向下的力，模拟花朵对采摘头的压力。利用有限元软件进行计算，得到采摘头在加载情况下的应力分布情况（图7）。图7 采摘头应力云图研究结果显示，采摘头的齿槽存在应力集中现象，这将导致该部位更容易出现损坏。为了提高采摘头的可靠性，进一步对采摘头的设计进行了优化，增加了齿槽间的支撑结构，改变了齿槽的形状，经验证减小了该处应力值，此时材料的屈服应力为220MPa，根据静力分析所得到的采摘头最大应力为100MPa，因此安全系数最小值为2.2，该安全系数下承载能力安全可靠，不会发生过载破坏的情况。5 结语本研究介绍了一种新型的菊花采摘机。该机集成了采摘、输送和收集等功能，通过增强梳齿和刀具有效提高了采摘效率，成功解决了强力拔取造成的残留花梗问题。通过采用3排采摘梳齿的设计进一步提高了万寿菊的净采摘率。参考文献院1 韩丽袁罗涛袁王鸿.浅谈庆城县万寿菊种植产业发展现状及发展对策J.科学种养袁2021渊6冤院5-6.2 李志浩袁阿曼.20 万亩万寿菊盛开南疆助脱贫J.中亚信息袁2020渊6冤院36-37.3 祁正栋袁连国党袁李亮亮袁等.万寿菊机械式采摘技术现状与建议J.农业工程袁2020袁10渊9冤院2630.4 于安记袁季明袁史庆春袁等.杭白菊采摘机装置结构设计J.包装工程袁2021袁42渊3冤院220-225.5 刘磊袁吴腾袁孔凡婷袁等.辊刷式蓖麻收获机采摘机构优化设计与试验J.农业工程学报袁2021袁37渊8冤院19-29.6张宏文袁康敏袁傅秀清袁等.胶棒滚筒棉花采摘头的设计与试验J.农业工程学报袁2011袁27渊2冤院109-113.7 中国农业机械化科学研究院.农业机械设计手册院下册M.北京院中国农业科学技术出版社袁2007.8魏景生袁吴淼.中国现代煤矿辅助运输M.煤炭工业出版社袁2017.9 蒋卫良袁韩东劲.我国煤矿输送皮带现状与发展趋势J.煤矿机电袁2008渊1冤院1-6.10 带式输送机工程设计规范 GB50431-2008.11 机械设计手册M.CAD/CAM 与制造业信息化.松散，满足行业标准。表 1 草捆测量参数针对市场上对高性能牧草加工设备的需求研制了9YFG-2400 大方捆压捆机。该机采用 50 次/min 活塞冲程设计，作业效率高，活塞最大推力值 55 t，满足成型草捆密度值需求，达到了设计目标。参考文献院1 史永博.牧草加工机械化技术发展现状及存在的问题J.农机使用与维修袁2019渊3冤院63-64.2 杜玲,李海军.牧草压捆机研究现状及发展趋势J.黑龙江畜牧兽医袁2018渊9冤院39-44.3 李浩袁沈卫强袁班婷.我国秸秆利用技术及秸秆粉碎设备的研究进展J.中国农机化学报袁2018袁39渊1冤院17-21.4 田凯袁张海琨袁李爱华袁等.高密度机械式压捆机的研究J.农村牧区机械化袁2006渊2冤院22-24.5 孙国凯袁朴在林袁王忠良袁等.牧草高密度压捆机研制与开发C.中国科协2003年学术年会渊农 窑 林 窑 水冤袁中国农学会袁中国林学会袁中国农业工程学会袁中国水土保持学会袁2003.6 张伏袁娄立民袁钱丹袁等.大方捆打捆机压缩机构优化设计及试验J/OL.吉林大学学报渊工学版冤院2023-03-29.设定长度（m）1.01.52.02.53.0实测长度（m）1.11.522.152.533.02质量（kg）267.3377.6524.8614.8740.4密度（kg/m3）225230226225227（上接第 6 页）窑 开发研究 窑19援援