捆樹機畢設調研報告

#壓捆機撿拾機的研究立題依據(jù)1.1研究背景與意義我國秸稈（straw）的總產(chǎn)量位居世界首位，達8億噸多。同時，按照地域分布有東北地區(qū)、長江中下游地區(qū)等 8大區(qū)。而在我們西南地區(qū)的秸稈產(chǎn)量就異常豐富，年產(chǎn)量達到10871.97萬噸，占全國秸稈總產(chǎn)量的12.91%,其中糧食作物秸稈8124.02萬噸，占全國的13.74%⑴。這樣豐富的秸稈資源沒有被充分利用反而在田間就地焚燒或是被廢棄，這不僅僅是對環(huán)境造成嚴重的污染，還有對秸稈資源的浪費。單就四川而言，每年被燃燒掉的秸稈占全國秸稈總產(chǎn)量的 20%左右［2］o秸稈是成熟農(nóng)作物莖葉（穗）的總稱。通常是指小麥、水稻、玉米等農(nóng)作物在收獲籽實之后的剩余部分。農(nóng)作物光合作用的產(chǎn)物有一半以上存在于秸稈中，其中富含氮、磷、鉀、鈣和有機質等，是一種具有多用途的可再生生物資源，同時也可以作為一種粗飼料。而且，通過一定的技術還可以將其更好的利用。例如：以秸稈覆蓋還田、適量添加少許肥料的秸稈肥料化歸田利用；將秸稈轉化為優(yōu)質飼料的秸稈飼料化利用；將秸稈碳化的農(nóng)村能源化利用；將秸稈與木屑、麥麩化作食用菌培養(yǎng)料利用等⑶o現(xiàn)階段對于西南地區(qū)秸稈綜合處理最大的困難就是將秸稈收集打捆。人們在田間作業(yè)時，為了便于運輸、貯存，需要將農(nóng)作物秸稈打捆，但是由于人工打捆的草捆過于松散，這樣不但占用較大的空間，也不利于運輸、貯存。另外，纏繞式的圓草捆打捆機常在作業(yè)時發(fā)生嚴重的纏草和堵塞現(xiàn)象，這不僅增加了工時還嚴重影響了工作效率。如遇到陰雨天氣，濕潤的稻草會增大切草刀的切草阻力，從而增大了打捆機撿拾機構的故障率。還有對于西南地區(qū)來說，秸稈纖維的形態(tài)不同，對打捆機要有針對性地確定打捆機的選型和功率的配置。北方地區(qū)的打捆設備在西南地區(qū)的適用性不強，不能將其用于西南地區(qū)作業(yè)，相反會嚴重影響工作效率和質量［4］。目前，大量推廣運用的秸稈打捆機主要是用于北方平原地區(qū)的牧草類作物的牽引式撿拾打捆機，而對于適用于南方水田中對稻草秸稈進行壓捆回收的打捆機較少，原因是沒有對西南地區(qū)稻田和水稻秸稈的特點做大量的系統(tǒng)研究。當前大量推廣的打捆機有多種類型，按照草捆成型方法可分為纏繞式（圓捆機）和壓縮式（方捆機）；同類型的圓捆機相對于方捆機來說，體積小、重量輕。在工作方式上，圓捆機的工作是間歇式的，即收集到的秸稈到一定的體積（工作時所能纏繞秸稈草捆的最大體積）后，圓捆機就要停止對秸稈的收集工作（機械停止前進）進而操縱相應的打捆與放捆機構，才能繼續(xù)進行下一步收集、打捆和放捆工作，這樣的工作方式不僅效率較低，而且操縱繁瑣。而方捆機除壓捆后草捆為方形以外，其主要優(yōu)點是能夠連續(xù)對秸稈進行收集、打捆和放捆作業(yè)，不需停機或操縱其它機構等繁瑣的操縱方式即可完成全部工序。但由于其體積較大，需要配套與大功率的拖拉機，且只適用于大面積的平原地區(qū)牧草與秸稈收集和壓捆 [5]。綜上所述，對于西南地區(qū)自然條件多樣，地形地貌復雜，農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量豐富，秸稈打捆機撿拾機構必須根據(jù)西南地區(qū)和農(nóng)作物特點來進行研究。建議研究并采用具有高效率、高質量和適用于西南地區(qū)的農(nóng)作物秸稈打捆機撿拾機構來作業(yè)⑹。1.2研究現(xiàn)狀1.2.1國內研究現(xiàn)狀目前，投入生產(chǎn)使用的打捆設備有撿拾壓捆機、機械式壓捆機和液壓式壓捆機。根據(jù)草捆形狀分類于打捆設備，主要是圓草捆型和方草捆型。在工作可靠性方面來看兩種設備，圓草捆的捆草機在運行中主要是采用纏繞式的方式來打捆秸稈，但是在工作過程中，常常會發(fā)生嚴重的纏草和堵塞現(xiàn)象。這不僅影響了工時還嚴重影響了工作效率，再加上遇到陰雨天氣，濕潤的稻草更會增加切草刀的切草阻力，從而大大增加設備故障率。撿拾打方草捆設備的打結機構復雜，調整難度大。機械式壓捆機的沖擊噪音大，結構復雜。另外，現(xiàn)有的方草捆機設備安全螺栓更換頻繁，對設備本身的損壞較大，安全螺栓的保險等級配備不到位等技術上存在著設計缺陷⑺0高殿文在2010年10月份申請了一種關于秸草撿拾壓捆機的專利。其壓捆機特點是在田間對切割晾干后的農(nóng)作物秸稈或牧草進行撿拾、壓縮和打捆的機器。它的基本結構是在現(xiàn)有的撿拾壓捆機技術上，在該機尾部的中下方增設牽引裝置，能讓其與積草車聯(lián)合作業(yè)。不再隨地扔草捆，而是將草捆打捆后就收集起來，集中堆放，提高了草捆的運輸效率⑹。中國農(nóng)業(yè)機械化科學研究院呼和浩特分院于2012年11月申請了一種關于牧草打捆機撿拾輸送裝置。該機構的特點是：割幅為1.2-1.5米，改善了皮帶傳動效率低、不能保證精確的傳動比以及結構受力不均勻而導致扭曲變形等不良問題。其優(yōu)點為撿拾輸送裝置傳動效率高，有過載保護裝置。撿拾器中雙側凸輪盤及彈齒梁左右分段中間固定的連接方式避免了因彈齒梁過長而導致變形扭曲現(xiàn)象的發(fā)生，具有使彈齒梁受力均勻、運動平穩(wěn)、撿拾后彈齒不回帶秸草、有良好的地面仿形和撿拾能力和撿拾效果好等特點[9]o現(xiàn)代農(nóng)裝株洲聯(lián)合收割機有限公司研發(fā)了一種對水田中的稻草秸稈進行收集、打捆的自走式稻草秸稈切割撿拾打捆機。該設備的特點是，自帶動力驅動履帶式行走機構，可以在水田中進行秸稈打捆作業(yè)，但其采用的是圓草捆纏繞式的方式來作業(yè)，對于濕潤的稻草易出現(xiàn)纏草和堵塞現(xiàn)象，工作效率較低，適應性不強[10]o目前，上海世達爾公司研發(fā)的THB3O60THB307(型方捆機和MGR400型摟草攤曬機在動力配套系統(tǒng)、控制系統(tǒng)方面就處于國內領先的位置。其方捆機的工作特點就是主要用于撿拾牧草和水稻、小麥秸稈，壓縮成方草捆。該機械以拖拉機動力輸出軸作為驅動，能自動連續(xù)作業(yè)，并且能夠根據(jù)作物條件、運輸和貯存要求，調整草捆的長度，打結成功率高，草捆尺寸均勻、結實牢固，生產(chǎn)效率高，操作簡單，性能穩(wěn)定，齒輪傳動系統(tǒng)耐用性好等優(yōu)點 m]o1.2.2國外研究現(xiàn)狀在國外，關于牧草收割機、打捆機的發(fā)展早已成熟，現(xiàn)在已經(jīng)開始成套的生產(chǎn)。最初是使用畜力作為動力，逐漸發(fā)展到以拖拉機作為動力?，F(xiàn)在，從單一的割、摟草功能到到集多項功能為一體的與動力機械成配套的農(nóng)業(yè)機具，從分段完成作業(yè)到聯(lián)合作業(yè)，而且農(nóng)業(yè)機械更新?lián)Q代的速度較快。美國牧草撿拾機、壓捆機保有量最高達到70萬臺。國際著名公司(紐荷蘭(NewHolland)生產(chǎn)的575/580型小型方捆打捆機，是與中型拖拉機配套使用的牽引式牧草收集打捆機。主要特點是采用彎曲式彈齒，撿拾率高、故障較少；采用轉子式喂入系統(tǒng)，草捆密度高、作業(yè)效率高；采用柱塞式壓縮機構，草捆密度均勻，動力消耗小等優(yōu)點[12]o其生產(chǎn)的BC5000系列的小方捆打捆機采用轉子式喂入系統(tǒng)，使其喂入順暢；使用自主研發(fā)的加強型打結器，堅固耐用，成捆率高；草捆捆型規(guī)整，密度高，易于回收后堆垛；其裝備較寬的撿拾器，可撿拾較寬的稻草面積，但是存在撿拾不干凈等缺點；另外，其體積雖小，但是還是配套于拖拉機來牽引驅動，采用的是輪式行走機構，不適用于南方地區(qū)的稻田特點等優(yōu)缺點[13]0約翰?迪爾(JohnDeere)在2010年度研發(fā)新型農(nóng)業(yè)機械領域上取得了八項創(chuàng)新產(chǎn)品獲得AE50獎。其中有一項創(chuàng)新：“拖拉機一一打捆機智能聯(lián)合打捆系統(tǒng)”融合了原獨立工作的拖拉機和農(nóng)具。該系統(tǒng)使打捆操作自動化，消除了重復、繁瑣的人工操作，使拖拉機在恰當?shù)臅r間啟動打捆操作，從而簡化了操作，提升了生產(chǎn)效率網(wǎng)0另外，約翰?迪爾在農(nóng)業(yè)機械控制系統(tǒng)方面，使單片機、可編程控制器(PLC、工業(yè)控制機控制(IPC、等自動控制手段都得到了智能化地應用，從而使得機械在運行工作時，安全可靠性高，從而也保證了高效率和高質量。這些應用在農(nóng)業(yè)機械上的新型科學技術激勵著我們也要將農(nóng)業(yè)機械推向智能化發(fā)展。同時，這也是我國農(nóng)業(yè)機械發(fā)展的新趨勢[15]0從以上的技術趨勢分析中可以看出我國的農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)、運用都集中在收獲與壓捆，尤其是在干草或禾桿的壓捆機方面，對機械的動力配套系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)方面的研究相對較少。國際著名的農(nóng)機生產(chǎn)商像紐荷蘭(NewHolland)、約翰?迪爾(JohnDeere、等公司的打捆機都早已成標準的系列化生產(chǎn)，這些設備無論是在機械結構、動力配套系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)還是在控制系統(tǒng)設計方面都處理得十分成功。很多農(nóng)業(yè)機械都需要拖拉機動力輸出軸來驅動，但是需要性能優(yōu)良的拖拉機，以維持和保證農(nóng)業(yè)機械的正常工作[16]0綜上所述，目前國內外正在投入使用的打捆機都只適用于大面積范圍內作業(yè)，對于西南地區(qū)來說，牽引式的大型打捆機適用性不強。主要有以下幾點：(1、西南地區(qū)稻田之間有田埂、水渠等障礙，大型的牽引式壓捆機在田間轉移困難；(2、秸稈的纖維狀態(tài)不同，目前多為撿拾牧草的打捆機撿拾機構的適用性不強，會出現(xiàn)撿拾機構堵塞、撿拾不干凈等問題；撿拾器的彈齒要回帶秸稈，造成撿拾機構與螺旋進料機構間的堵塞；彈齒梁過長，形成堵塞后會造成其彎曲變形等不良現(xiàn)象；建議針對西南地區(qū)的稻田特點與秸稈纖維狀態(tài)來研究適用性較強的打捆機撿拾機構。研究主要內容本文主要針對西南地區(qū)的水稻秸稈特點提出秸稈壓捆機撿拾機構的研究，研究主要內容如下：（1） 分析撿拾機構與螺旋進料機構間的堵塞原因及秸稈輸送機構纏草的原因；（2） 研究撿拾機構工作原理及其結構特點，并找出其結構上存在的不足；（3） 研究進料纖維狀態(tài)對撿拾機構運動單元的影響；（4） 研究撿拾機構運動單元的動力學特性。預期目標具體預期目標如下：（1）根據(jù)田間試驗所記錄的堵塞原因、以及計算機仿真分析結果，提出最優(yōu)的解決方案；（2）減輕打捆機撿拾機構、螺旋機構和輸送機構在工作時的堵塞及纏草現(xiàn)象；（3） 對撿拾機構的結構上的缺點提出改進方案；（4） 總結進料纖維形態(tài)對撿拾機構、螺旋進料機構等造成的影響，并提出改善方案。研究方案4.1研究方法（1） 通過田間試驗，對撿拾機構在工作時所產(chǎn)生堵塞的原因進行跟蹤記錄，為后期分析研究提供依據(jù)；（2） 利用UG軟件建立打捆機三維模型，同時采用有限元法分析撿拾機構和螺旋進料機構受力情況；（3） 查閱打捆機撿拾機構相關文獻資料，為結構研究提供依據(jù)；（4） 利用UG軟件對撿拾機構運動單元進行運動仿真，得到其動力學特性。4.2可行性分析（1） 本課題有各位老師的精心指導，并且有壓捆機系統(tǒng)的設計研究成果可以借鑒，有成熟的三維建模軟件作為分析工具，為課題完成創(chuàng)造了良好的外部條件；（2） 本人在校期間，對于相關理論有一定的學習和理解，對于高等數(shù)學、材料力學、工程力學和相關數(shù)據(jù)處理軟件較為熟悉，為完成課題進行進一步的理論研究打下良好的基礎。本文擬創(chuàng)新點針對西南地區(qū)這獨有的地理及稻田特點來對壓捆機撿拾機構進行研究，是新的嘗試；利用計算機軟件對壓捆機撿拾機構進行運動仿真，得到其動力學特性，是一個新的嘗試。論文進度安排2014年3月完成開題報告，并提交導師審查。同時，根據(jù)初步確定的思路，搜集、整理有關文件資料；2014年4月一6月進行軟件建模和研究，完成三維模型的建立和對其分析；2014年7月一8月對改進后的壓捆機進行田間試驗，并采集壓捆機在工作時的相關數(shù)據(jù)；2014年9月一10月完成論文撰寫，并送導師審閱在導師指導下，完成論文的修改工作；2014年11月 進行論文打印，并準備論文答辯。主要參考文獻畢于運,王亞靜,高春雨?中國主要秸稈資源數(shù)量及其區(qū)域分布[J].農(nóng)機化研究.2010(3):1-7.王麗,李雪銘,許妍.中國大陸秸稈露天焚燒的經(jīng)濟損失研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境.2008,22(2):170-175.鄭孝國.秸稈利用技術與現(xiàn)狀分析[J].黑龍江省化工研究所.2012(36):364-365.危朝安.2009中國種植業(yè)發(fā)展報告[M].中國農(nóng)業(yè)科學技術出版社.2009:150-180.沈國舫.中國農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展戰(zhàn)略研究[M].中國農(nóng)業(yè)科學出版社.2010:75-90.中華人民共和國國務院?國務院關于印發(fā)全國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2011-2015)的通知[R].北京：國家發(fā)展和改革委員會.2011,4李寶筏.農(nóng)業(yè)機械學[M].中國農(nóng)業(yè)出版社.2003:66-80.高殿文.秸草撿拾壓捆機[P].中國專利.ZL201020588151.2011.08.24.李文廣.牧草打捆機撿拾輸送裝置[P].中國專利.ZL2012206415175.2012.11.14.劉興國，喻益新.自走式稻草秸稈切割撿拾打捆機[P].中國專利.ZL2009200646047.2009.05.27.張智國,華燕.上海世達爾方捆機和摟草攤曬機簡介[J].新疆農(nóng)機化.2010(2):59.劉振營.紐荷蘭——575/580型小方捆打捆機.FarmMachineryGuid[J].中國機械工業(yè)聯(lián)合會.2012(4):41.林貴忠