基于SolidWorks Simulation的圆捆机喂入辊设计与试验

喂入辊对圆捆机作业效率有重要影响。为提高喂入效率,设计一款3叶单排形式的喂入叉,喂入辊主体滚筒长度为1370 mm,滚筒上分布23个喂入叉,喂入叉工作直径为550 mm。为避免作业过程中,喂入辊因强度不足或模态相近引起共振等导致损坏,使用SolidWorks软件对圆捆机进行设计并建立三维模型,使用SolidWorks Simulation软件对喂入辊进行有限元静力学和模态分析。分析结果表明:喂入辊最大位移为2.77 mm,变形量仅为0.5%,最大应力为378 MPa,小于考虑安全系数后的材料许用应力;影响最大的一阶固有模态角频率为1117.3 rad/s,与工作转速角频率(16.75 rad/s)相差较大,喂入辊不会发生共振现象。田间试验过程表明:圆捆机进料顺畅、不堵塞、进料干净,圆捆机所压秸秆草捆密度为161.4 kg/m^(3),成捆率为99.6%,生产率为23 t/h,喂入辊无损坏,喂入辊设计合理可靠。

丘陵山地小型圆捆机自动缠网装置设计与试验

随着农业科技发展,农作物秸秆利用更加多元化,其需求量也随之增加。为解决丘陵山地小型圆捆机存在的草捆易散落、缠网层数不可调、自动化程度低等缺点,对圆捆机的缠网装置进行了模块化设计,包括送网机构、切网机构、检测机构以及控制电路的设计,对送网机构进行了力学分析,加工制造样机并完成试验验证。该装置通过检测机构检测运行参数,经控制器处理后向送网机构和切网机构发出相应的执行指令,从而实现了送网、缠网和切网的自动化作业,并实现了缠网层数可调。在缠网时,其摩擦限矩组件对丝网施加拉力,使丝网缠绕更加紧实,经力学分析得出丝网拉力大小取决于压紧弹簧弹力,可通过调节压紧弹簧改变丝网拉力大小,并提供了相应的调节方法。性能试验结果表明:该装置性能稳定,工作可靠,可对Φ500 mm×700 mm的干草捆进行自动缠网作业,丝网布满草捆侧面,无漏缠现象;在缠网层数为3层时,缠网成功率为95%,抗摔率为83.3%;在缠网层数为4层时,缠网成功率为100%,抗摔率为90%;在缠网层数为5层时,缠网成功率和草捆抗摔率均为100%。设计了一种丘陵山地小型圆捆机自动缠网装置,经试验验证,作业机性能稳定可靠,满足设计要求。在缠网层数为3层时,平地作业性价比最高,丘陵山地作业时,需根据作业坡度,调至4~5层。

秸秆圆捆机捆绳机构的参数优化与试验

针对我国中小型圆捆机收获的秸秆捆易于膨胀松散、甚至散捆的问题,设计了一种与钢辊式圆捆机相配套的捆绳机构。在秸秆捆力学特性测定及其膨胀变形影响因素分析的基础上,利用钢辊式圆捆机试验台,选取影响捆绳机构性能的导绳轮半径、链轮中心距圆捆机侧壁的安装距离、以及捆绳在秸秆捆端部缠绕的圈数作为试验因素,以秸秆捆膨胀率和捆绳消耗量为评价指标进行试验研究。结果表明:对秸秆捆膨胀率贡献率依次为安装距离、导绳轮半径、圈数;对捆绳消耗量贡献率依次为导绳轮半径、安装距离、圈数。当试验因素参数组合为圈数2圈、导绳轮半径70 mm、安装距离62 mm时,秸秆捆膨胀率为4.42%,捆绳消耗量为2.93 kg/t。研究结果可为圆捆机捆绳机构的研究和设计提供理论及技术依据。

稻秆圆捆机辊盘式卷捆机构的设计及参数优化

为消除中小型钢辊式圆捆机收获完整稻秆时出现的堵塞现象及降低其卷捆功耗,设计了一种钢辊与侧圆盘组合式卷捆机构(简称辊盘式卷捆机构),并以此为基础自制了辊盘式卷捆机构试验装置且进行试验。选择影响辊盘式卷捆机构卷捆性能的主要因素:圆盘直径、钢辊转速、喂入量、长宽比(稻秆长度与卷捆室宽度的比值)为试验因素,以草捆形成率(草捆顺利形成次数与总试验次数的比值)和卷捆功耗为评价指标进行四因素五水平正交旋转组合试验。试验表明各因素影响草捆形成率的主次顺序为圆盘直径>喂入量>钢辊转速>长宽比;影响卷捆功耗的主次顺序为喂入量>钢辊0.75100%62.7 kJ/,此时草捆形成率为,卷捆功耗为捆,相比钢辊式圆捆机无堵塞现象发生,卷捆功耗降低。研究结果可为辊盘式圆捆机的结构及作业参数优化提供参考依据。

钢辊式圆捆机旋转草芯形成影响因素分析与优化

针对国产的中小型钢辊式圆捆机收获完整稻秆易产生堵塞的问题,利用自行设计的钢辊式圆捆机(草捆直径约500 mm)试验装置对其打捆过程进行了研究。通过高速摄像分析可知:旋转草芯形成过程实质上是稻秆在卷压室内连续卷绕累积的过程,形成的旋转草芯可对后续喂入的稻秆产生较大的牵带作用,进而消除打捆堵塞。通过试验分析可知,旋转草芯形成过程主要依靠钢辊对稻秆的摩擦牵引及后续喂入稻秆的持续推动完成的,据此,针对影响钢辊式圆捆机形成旋转草芯的主要因素——钢辊对稻秆的摩擦作用、捡拾器弹齿端点线速度以及稻秆喂入量为试验因素,以旋转草芯形成时的干物质质量为评价指标,进行了试验研究。结果表明:各因素对旋转草芯形成时的干物质质量贡献率从大到小依次为:钢辊对稻秆的摩擦作用、捡拾器弹齿端点线速度、稻秆喂入量。当因素参数组合为钢辊与稻秆间的滑动摩擦因数约0.65、捡拾器弹齿端点线速度2.23 m/s、稻秆喂入量1.5 kg/s时,旋转草芯形成时的干物质质量为1.58 kg。研究结果可为钢辊式圆捆机的设计及其作业参数优化提供理论及技术依据。

青饲圆捆机对数螺线式成形装置设计与试验

为提高青贮饲料的打捆作业效率和作业质量,在现有青贮饲料打捆技术的基础上,设计了一种用于青贮作业,由喂料预压机构、对数螺线式二次压捆机构组成的对数螺线式圆草捆成捆装置。对不同含水率的玉米秸秆进行了不同压力角的试验,试验结果表明：取压力角小于20°的对数螺线式喂料压捆过程,解决了圆形内腔的成捆室在喂入粗大、湿润、坚硬物料时的堵塞问题;对含水率为50%-70%的玉米秸秆,装置压力角α值取15°时,喂入速度和压捆速度匹配较好;装置对高含水率的玉米秸秆具有较好的适应性。

辊盘式圆捆机卷捆机理分析与试验

针对国产中小型钢辊式圆捆机收获完整稻秆时易于堵塞问题,设计了侧圆盘与钢辊组合式(简称辊盘式)卷捆机构,并利用自制辊盘式圆捆机试验装置对其卷捆过程进行了试验研究。通过高速摄像与运动学分析可知:完整稻秆刚进入卷捆室后在钢辊及侧圆盘共同作用下沿钢辊做整周运动,稻秆在卷捆室内运转一周重新到达卷捆室底部位置时,两侧壁摩擦力会使其停止旋转,而在卷捆室底部产生持续累积过程,由侧圆盘对稻秆产生的摩擦带动力可缩短累积稻秆形成旋转草芯进程,进而避免堵塞现象发生。据此以影响辊盘式圆捆机形成旋转草芯的主要因素——圆盘直径、圆盘转速、长宽比(稻秆长度与卷捆室宽度的比值)为试验因素,将旋转草芯形成时的稻秆质量作为评价指标进行试验。试验表明各因素影响评价指标的主次顺序为圆盘直径、长宽比、圆盘转速;取圆盘直径380 mm、圆盘转速135 r/min,当长宽比为1.00时,旋转草芯形成时的稻秆质量为1.21 kg,当长宽比为1.26时,旋转草芯形成时的稻秆质量为3.44 kg,并且无堵塞现象发生。研究结果可为辊盘式圆捆机的设计及其作业参数优化提供理论及技术依据。

钢辊式圆捆机缠辊现象机理分析与机构改进

为解决现有中小型钢辊式圆捆机打捆完整稻秆时出现的缠辊现象,采用高速摄像技术对钢辊式圆捆机卷捆过程中发生的缠辊现象﹑缠辊过程中卷捆室内稻秆运动状态及正常卷捆时卷捆室内稻秆运动状态进行了观测与分析。分析结果表明稻秆相对钢辊长时间静止是导致缠辊现象发生的直接原因。对卷捆室内稻秆进行力学分析,得出卷捆过程中旋转草芯形成的临界条件为旋转动力大于阻力,依据力学分析结论对钢辊式卷捆机构进行改进,设计了一种钢辊和侧圆盘组合式(简称辊盘式)卷捆机构。以圆盘表面形式﹑稻秆铺放方式及稻秆含水率为试验因素,以旋转草芯形成时的稻秆质量为评价指标,进行单因素试验。试验结果表明A型圆盘(圆盘表面为平面)与B型圆盘(圆盘表面加装厚度为5mm的一字形拨片)对促进旋转草芯的形成并无显著差异。为保持卷捆室内壁平整性设计采用A型圆盘;辊盘式卷捆机构对不同的稻秆铺放方式(横向铺放﹑杂乱铺放)及不同的稻秆含水率(12%﹑75%)均具有较好的适应性,旋转圆盘具有促进旋转草芯快速形成的作用。以草捆形成率(草捆顺利形成次数与总试验次数的比值为草捆形成率)为评价指标,分别利用两种卷捆机构(钢辊式﹑辊盘式)试验装置进行验证试验。试验结果表明辊盘式卷捆机构相比钢辊式卷捆机构其草捆形成率得到显著提升。在本试验条件下,当长宽比(稻秆长度与卷捆室宽度的比值)小于1时,利用辊盘式卷捆机构进行卷捆时,其草捆形成率达到了100%,有效杜绝了缠辊现象的发生,进一步得出在合适的长宽比条件下,辊盘式卷捆机构可有效避免缠辊现象的发生。

小型圆捆机捆草-卸捆自动操纵与报警装置研究

针对小型圆捆机捆草与卸捆过程依赖机手频繁回头观察并手动操纵的问题,设计了由行程开关、单片机、电动缸操纵机构和蜂鸣器组成的捆草-卸捆自动操纵与报警装置。通过分析捆草与卸捆工作过程,采用3个行程开关分别感知成捆室满仓、草捆捆扎结束和草捆落地,设计了捆草-卸捆控制流程,确定了控制系统的捆扎时间、卸捆时间等控制参数。室内工况模拟试验表明单片机能处理行程开关的触发信号,使电动缸伸缩实现液压阀手柄自动操作卸捆,蜂鸣器在捆草-卸捆过程发出不同节奏的报警提示音,并有效感知行程开关误触发和器件故障,提高了系统可靠性。样机的秸秆捡拾打捆试验表明,该装置可提高小型圆捆机作业效率22.5%~32.2%,捆草-卸捆成功率100%。

WDB800圆捆机草捆称重系统设计与试验

基于STM32处理器设计了圆捆机草捆随车动态称重系统,确定了称重试验台的安装位置,并利用网卷代替草捆,选取影响称重试验台监测精度的固定架长度、秤台宽度,以及秤台末端距固定架尾端距离进作为试验因素,以称重系统有效数据段的数据平稳度作为评价指标进行试验研究。结果表明:当固定架长度为1.2m、秤台宽度为0.6m、秤台末端距固定架尾端距离为0.1m时,有效数据段最为平稳。以该组参数安装草捆随车动态称重试验台,能有效对圆捆机草捆质量实行动态监测,监测误差小于3%。

钢辊预压式圆捆机设计

设计了钢辊预压式圆捆机的整机结构以及关键部件的结构等。整机主要由传动系统、捡拾器、喂入机构、成捆室、缠网及捆绳机构、液压系统、自动控制系统以及卸草器等组成。分析了预压式成捆室的技术特点,设计了整机的传动系统,对自动控制系统的作业流程进行了描述,阐述了捡拾器、喂入装置、缠网机构、捆绳机构以及活动辊组等主要工作部件的功能。

辊杠式圆捆机青贮打捆效率与功耗试验

利用扭矩传感器、数据采集器和计算机测定不同的机具参数设置、物料条件以及操作参数条件下的打捆功耗及效率,并对影响打捆功耗和效率的因素及水平进行研究.结果表明:对于铡切为3~5 cm长度的青饲料,打捆功耗的时域曲线特点可分为瞬时功率阶梯状突变的斜坡凸台型,瞬时功率变化平稳打捆时间较短的缓坡单峰型和打捆耗时较长的缓坡多峰型;喂料压力角是影响作业能耗和成捆效率的最大因素,采用15°的喂料压力角,1.9 m·s^(-1)的辊杠线速度对含水率为60%的苜蓿或玉米秸秆打捆,不但作业过程平稳,而且能以最低的能耗获得最高的打捆效率;选择玉米秸秆或苜蓿对能耗和效率的影响都很小.

TRIZ理论在圆捆机创新设计中的应用

圆捆机作为目前牧区应用最为广泛的收获机械,已经有几十年的历史。圆捆机在使用过程中,当草捆压力达到预设值时,整机必须停止前进,等待捆绳操作完成,这一现象严重影响了圆捆机的工作效率。TRIZ理论作为创新方法学,在工程领域得到了广泛应用。利用TRIZ理论的不同解题工具,针对圆捆机捆绳时须停止前进的问题进行了多角度分析,得出了符合应用实际的解决方案。

喂入式秸秆圆捆机的设计

针对当前我国秸秆打捆机工作效率低下的问题,旨在设计研究喂入式秸秆圆捆机。在现有的草捆圆捆机械化技术的基础上,对喂入式秸秆圆捆机的料仓、传送带、压辊滚筒、绕绳机构、放捆装置等部分进行设计优化。通过试验对圆捆机的草捆密度、成捆率、损失率等指标进行验证。试验表明:此喂入式秸秆圆捆机工作效率高、形成的圆草捆密度大,易于存放和运输,满足秸秆青贮的工艺要求。机器适用于牲畜养殖户和农场,提高秸秆圆捆机的技术水平,有效地促进农业和畜牧业的可持续发展。

小型秸秆圆捆机喂入机构的设计与试验

针对传统小型秸秆圆捆机打捆作业时经常会出现堵塞的问题,结合打捆要求,设计一种由前置喂入对辊、后置挤压对辊和护板组成的新型喂入机构,并以稻秆为试验原料,采用3因素5水平正交旋转设计方法进行试验研究,分析前置喂入对辊的间距、后置挤压对辊的间距以及挤压倾角对秸秆喂入性能的影响,试验表明当前置喂入对辊的间距为50 mm、后置挤压对辊的间距为22 mm、挤压倾角为19°时,喂入机构可有效减少小型秸秆圆捆机出现堵塞的问题,满足日常打捆需求。该研究可为圆捆机的结构设计提供参考。

基于人因工程学课程的圆捆机形态设计应用

在新农科建设的背景下,针对内蒙古农业大学《人因工程学》课程传统教学模式中存在的问题,提出采用农业机械设计项目驱动式教学理念,构建具有农业院校特色的人因工程学课程立体化教学体系。以人因工程学课程中的圆捆机形态设计应用综合项目为教学改革实践案例,阐述了人因工程学教学模式改革的一些新思路和新方法。

基于工程机械控制器HC-G15的圆捆机电气控制系统设计

文章根据9YG-1.25圆捆机的工作流程,设计了基于工程机械控制器HC-G15的电气控制系统。并在此基础上采用CoDeSys和组态软件分别开发了圆捆机控制系统和监控系统程序。通过实际运行表明,该圆捆机的电气控制系统工作可靠,操作控制方便。

共享农机技术可行性研究——以圆捆机为例

共享经济模式不断应用于农业生产,以共享农机为媒介的经济合作形式发展迅速,其运行过程中,远程监控技术不可或缺。以圆捆机为例,基于物联网技术,设计圆捆机作业过程远程监控系统,传感器采集圆捆机动静器件状态,PLC输出相应动作并将圆捆机状态信息传送至网络模块,完成现场端与远程端信息交互,GPS模块采集位置信息,实现圆捆机作业状态远程监控、位置定位、画面监控、远程熄火、故障报警、工作量云存储等。经试验,数据实时高效传输,系统稳定运行,以期为共享农机模式中远程监控环节提供技术支持。

基于多场耦合理论的钢辊式圆捆机卷芯过程研究

研究钢辊式圆捆机卷捆过程的理论尚待完善,尤其卷捆过程的关键环节(旋转草芯形成过程)需进一步深入研究。为此,将多场耦合理论引入钢辊式圆捆机卷捆过程分析中,构建卷捆过程的多场耦合函数模型,并基于分析结论对卷芯过程进行试验研究。理论分析表明:钢辊式圆捆机(无切割喂入机构)打捆时,在摩擦动力场、推力场及摩擦阻力场的耦合作用下完成卷捆过程,影响摩擦动力场的主要因素为重力场、张力场及钢辊与打捆物料间摩擦因数,影响推力场的主要因素为喂入量,影响摩擦阻力场的主要因素为打捆物料与卷捆室侧壁间压力及二者间摩擦因数。据此,进行草捆张力测量试验和旋转草芯形成试验。试验结果表明:在长宽比(稻秆与卷捆室宽度的比值)为1的试验条件下,旋转草芯形成时的草芯密度范围为31.09~37.28kg·m^-3,草芯密度约45kg·m^-3时张力场开始出现,张力场随草芯密度增加呈先缓慢增加后快速上升的趋势,旋转草芯形成时张力场尚未产生,促进草芯转动的摩擦动力场主要依赖草芯重力而产生,且其强度较弱;钢辊与稻秆间摩擦因数的增幅值大于0.223时,旋转草芯形成时的草芯密度发生显著性降低;长宽比为0.8和1.2时,增大喂入量(在机器喂入能力范围内)对旋转草芯形成时的草芯密度无显著影响,长宽比为1.0时,增大喂入量可在一定程度上降低旋转草芯形成时的草芯密度;长宽比对旋转草芯形成时的草芯密度具有极显著影响,旋转草芯形成时的草芯密度随长宽比的增大而增大。

钢辊式圆捆机卷捆功耗中关键生产信息的提取方法

农业生产信息的实时提取与共享,是农业领域实现智能化生产(服务)方式的重要前提,钢辊式圆捆机卷捆功耗内蕴诸多生产信息。为此,以卷捆功耗为信息源进行生产信息(工作状态、运行参数、故障频次、效能指标等)的提取方法研究。依据能量守恒定律,将钢辊式圆捆机卷捆功耗分解为4个分量(圆捆机维持运转状态所需功耗、卷捆过程中草捆所获得的总动能、捡拾器将物料送入卷捆室内所需功耗、转动草捆与卷捆室侧壁间因摩擦阻力而消耗功耗),并构建卷捆功耗数学模型、建立卷捆功耗各分量值(比例)的计算方法。在1.0kg·s^-1和1.5kg·s^-1两种喂入量条件下进行卷捆试验。结果表明:两种喂入量下,上述卷捆功耗各分量在总功耗中所占比例基本保持不变,依次约为57.06%、17.07%、0.11%、25.76%。获取钢辊式圆捆机闲置状态、空运转状态、正常卷捆过程、出现堵塞现象4种状态的功率时序图谱,图谱分析表明,4种状态的曲线趋势特征、瞬时功率特征值间均存在明显差异,据此实现对圆捆机工作状态的识别。建立卷捆功耗(部分)分量与关键生产信息间的关系函数,依托此关系函数、卷捆功耗各分量间比例关系、卷捆功率时序图谱的曲线特征等,设计出通过卷捆功耗提取生产信息的算法。初步试验表明该方法具备可行性,研究结果为钢辊式圆捆机实现智能化生产方式奠定必要理论基础。