吉林大学学报(工学版) ›› 2024, Vol. 54 ›› Issue (2): 564-573.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20220449

• 农业工程·仿生工程 • 上一篇    

电驱式青贮饲料打捆裹膜机设计与试验

冯斌1(),张涛1,2(),梁涛2,张莹2,唐兴隆2,王关平1   

  1. 1.甘肃农业大学 机电工程学院，兰州 730070
    2.重庆市农业科学院，重庆 401329
  • 收稿日期:2022-05-19 出版日期:2024-02-01 发布日期:2024-03-29
  • 通讯作者: 张涛 E-mail:gsfengbin@163.com;fendou8423030@163.com
  • 作者简介:冯斌（1982-），男，副教授，博士. 研究方向：农业工程技术与装备. E-mail： gsfengbin@163.com
  • 基金资助:
    甘肃农业大学人才专项项目(GAU-KYQD-2020-33);重庆市农业科学院市级财政专项项目(NKY-2022AC014)

Design and experiment of silage baling and wrapping machine with electric driving

Bin FENG1(),Tao ZHANG1,2(),Tao LIANG2,Ying ZHANG2,Xing-long TANG2,Guan-ping WANG1   

  1. 1.College of Electromechanical Engineering，Gansu Agricultural University，Lanzhou 730070，China
    2.Chongqing Academy of Agricultural Sciences，Chongqing 401329，China
  • Received:2022-05-19 Online:2024-02-01 Published:2024-03-29
  • Contact: Tao ZHANG E-mail:gsfengbin@163.com;fendou8423030@163.com

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83

摘要：

针对青贮饲料打捆、裹膜作业环节分离和配套动力大等问题，设计了一款电驱式青贮饲料打捆裹膜机。通过分析整机工作原理和核心部件作业过程，确定了上料与打捆装置动力、输送带线速度、打捆腔室撑开角、裹膜2~3层所需时间等主要参数，并进行了机架满载可靠性模拟和整机打捆裹膜性能试验。结果表明：机架在满载工况下最大应力为116.4 MPa，最大变形量为0.71 mm，满足材料力学性能；样机成捆率为97.8%，规则捆率高达100%，草捆密度为148.2~162.5 kg/m3，草捆抗摔率为84.0%。整机运行平稳可靠、振动小，草捆抗摔率较低的原因为秸秆过于均匀且短小，以及缠线不完全，后期可在粉碎处理和缠线机构进行优化。

关键词: 农业机械, 青贮饲料, 缠线机构, 打捆裹膜, 有限元, 试验

Abstract:

Aiming at the problems of silage baling and film wrapping link separation， large supporting power， an silage baling and wrapping film machine with electric drive was designed. By analyzing the working principle of the machine and the operation process of the core components， the main parameters such as the power of feeding and baling device， the linear speed of conveyor belt， the opening angle of the baling chamber， and the time required for 2~3 layers of film wrapping were determined， the reliability simulation of the frame at full load and the performance test of the whole machine were carried out. The results show that the frame maximum stress was 116.4 MPa and the maximum deformation was 0.71 mm under full load condition， which meet the mechanical properties of the material. The bundling rate was 97.8%， the regular bundling rate was up to 100%， the bale density was 148.2~162.5 kg/m3， and the straw bale resistance rate was 84.0%. The whole machine runs smoothly and reliably with small vibration， the low straw bale resistance rate may be caused by the straw being too uniform and short， and the twine was not complete， which can be optimized in the later crushing treatment and twine mechanism.

Key words: agricultural machinery, silage, kinking institutions, baling wrap film, finite element, experiment

中图分类号: 

  • S817.1

图1

电驱式青贮饲料打捆裹膜机结构示意图1-上料装置；2-缠线装置；3-圆捆支撑台；4-牵引装置；5-机架；6-行走轮；7-传动系统；8-打捆装置；9-控制器；10-裹膜装置；11-机架支撑杆"

表1

电驱式青贮饲料打捆裹膜机主要技术参数"

参数设计值
长×宽×高/（mm×mm×mm）2450×1500×1400
配套动力/kW电动机 5.5
整机质量/kg600
成捆尺寸/mmφ580×500
成捆质量/kg30~80
挂接方式牵引式
作业效率/（包·h-1）40~60

图2

电驱式青贮饲料打捆裹膜机传动系统示意图1-电动机Ⅰ；2-主轴Ⅰ；3-主轴Ⅱ；4-人字形铝合金圆辊；5-联轴器；6-带轮Ⅰ；7-皮带Ⅰ；8-带轮Ⅱ；9-圆辊Ⅰ；10-皮带Ⅱ；11-圆锥齿轮Ⅰ；12-圆锥齿轮Ⅱ；13-电动机Ⅱ；14-圆辊Ⅱ；15-圆辊Ⅲ；16-皮带Ⅲ"

图3

上料过程示意图1-下托辊筒；2-粉碎青饲秸秆或牧草；3-上托辊筒；4-输送带；5-张紧辊筒"

图4

打捆装置结构示意图1-链轮；2-缠线拨动手柄；3-缠线机构；4-开仓手柄；5-右支撑板；6-人字形铝合金圆辊；7-左支撑板；8-带轮；9-卸载机构"

图5

打捆腔室工作原理"

图6

人字形铝合金圆辊结构示意图"

图7

缠线机构结构示意图1-绕线轮；2-线箱；3-穿线板；4-滑动板；5-夹线板；6-割刀；7-线绳；8-割刀架；9-离合手柄"

图8

卸载机构组成及运动过程示意图1-转动链轮；2-右腔室；3-气动顶杆；4-气缸；5-锁紧机构；6-左腔室"

图9

裹膜装置结构组成及运动过程示意图1-支撑端盖；2-支撑裹膜棍；3-支撑带；4-支撑架；5-割刀；6-输膜支撑架；7-电动机Ⅱ；8-变速箱；9-传动辊；10-装模杆；11-护板；12-导膜辊；13-薄膜；14-链轮；15-链条；16-青饲圆捆"

图10

机架结构及各装置安装位置示意图1-传动装置；2-打捆装置；3-裹膜装置与电动机Ⅰ；4-控制器；5-液压油泵；6-电动机Ⅱ"

表2

机架满载状态时载荷类型与加载形式"

载荷数值/N形式
总和7270/
控制器120集中载荷
裹膜装置+青饲圆捆+电动机Ⅰ2000集中载荷
电动机Ⅱ600集中载荷
传动装置500集中载荷
打捆装置+青饲圆捆2600集中载荷
液压油泵150集中载荷
机架质量1300惯性载荷

图11

满载工况下机架等效应力与变形量分布图"

图12

样机性能试验"

表3

成捆与抗摔试验结果"

成捆试验参数数值抗摔试验参数数值
打捆数/捆89摔捆数/捆25
散捆数/捆2摔散捆数/捆4
成捆率/%97.8抗摔率/%84.0
标准值/%≥98标准值/%≥90

表4

成捆尺寸测定结果"

序号直径×长度/ （mm×mm）序号直径×长度/ （mm×mm）
1572×46511568×493
2583×49412542×474
3566×49213605×491
4585×50214579×486
5574×47815572×465
6611×49316562×483
7541×47517553×477
8577×48518611×492
9576×48619578×479
10598×49920564×486

表5

圆捆密度试验结果"

序号体积/m3质量/kg密度/（kg·m-3）平均值/（kg·m3）标准值/（kg·m3）
10.5179.8156.5154.1≥115
20.4973.2149.4
30.5894.3162.5
40.5483.0153.7
50.5682.9148.2

表6

裹膜时间试验结果"

序号2层时间/s3层时间/s
112.517.8
213.118.5
313.919.2
412.418.9
515.220.3
613.518.6
714.419.9
平均值13.619.0
理论值11.417.1
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