青草制辮成型裝置設計與試驗

李 帥 王光輝 王德成 白效鵬 白慧娟

(中國農業大學工學院，北京100083)

青草制辮成型裝置設計與試驗

李 帥 王光輝 王德成 白效鵬 白慧娟

(中國農業大學工學院，北京100083)

為滿足青藏高原等牧區青草制辮機械化需求，參考賽絡紡的工作原理，設計了一種青草制辮成型裝置，實現草辮的加捻和合股。通過力學分析，得知青草制辮成型與草辮軸向移動速度、加捻滾筒旋轉速度、加捻滾筒半徑以及喂入量有關，并分析出穩定草辮的最終捻度和捻回角，與加捻滾筒轉速及牽引輥線速度有關，與加捻時間和加捻區的長度無關。結合實際，提出將草辮承受的最大拉力作為評價草辮緊實度考核指標的一種方法，并對草辮進行了受力分析，得出草辮所能承受的最大拉力與捻回角成正相關。樣機試驗結果表明，成型機生產率為427 kg/h，工作功率為0.428 kW，成型草辮堆積密度為143.3 kg/m3，成型草辮所能承受的最大拉力為300～350 N，試驗結果滿足實際作業要求。

青草;制辮;成型裝置;加捻;合股

引言

在收獲期適逢雨季的青藏高原等牧區，牧草刈割后田間晾曬無法適應當地氣候，牧草不能及時干燥。機械干燥可解決大型牧場牧草干燥問題，但在小范圍群居為主的牧區，機械干燥依然未能得到推廣和應用。青草制辮成型技術是青藏高原牧民處理鮮草，晾曬脫水的一種有效方式［1］，制辮成型后的草辮搭在“晾草架”上進行堆貯通風干燥，可有效解決牧草霉變問題。目前，青草制辮成型基本為人工制辮方式。

紡織學中加捻的基本原理與青草制辮成型工藝相似。HE［2］研究了2個加捻三角區的運動，LIU等［3］研究了2個加捻三角區合并點的控制。青草制辮過程中，也需要分析成辮過程中青草的運動。環錠紡紗三角區的幾何形狀影響纖維的拉力分布，纖維的拉力分布進一步影響加捻殘余扭矩，捻度越大，纖維所受到的載荷越大［4－5］，但對青草制辮過程中拉力的分布缺少研究。目前，加捻三角區纖維受力分布的研究主要分為兩方面，一部分學者通過理論分析研究加捻過程中纖維的受力變形情況［6－8］，也有學者利用ANSYS柔性體建模，分析加捻過程中的纖維受力變形情況［9－12］，針對富含纖維的青草，可用加捻理論分析其制辮成型工藝。

根據加捻理論，結合青草的特性，本文設計一種青草制辮成型裝置，并利用賽絡紡的工作原理［13－14］對青草制辮成型理論加以分析。以青燕麥秸稈為原料，進行青草制辮成型裝置的樣機制辮試驗和草辮拉伸試驗。

1 整機結構與工作原理

1.1 整機結構

根據加捻原理，設計青草制辮成型裝置，如圖1所示，主要由2套單股加捻裝置和1套合股牽引輸出裝置組成。其中，2套單股加捻裝置分別由軸套、加捻滾筒等部件組成，合股牽引輸出裝置由合股旋轉部件、換向器、1對牽引輥等部件組成，合股旋轉部件包括帶傳動裝置、左側旋轉筒、右側旋轉筒、立板和支撐桿，左側旋轉筒和右側旋轉筒焊接在2塊立板上，分別通過左軸承座和右軸承座兩端支撐，支撐桿位于兩塊立板之間，將2塊立板連接在一起。作為被動驅動牽引輥的齒圈固定在軸承座上。加捻滾筒的旋轉方向與合股旋轉部件旋轉方向一致，牽引輥與換向器固定在合股旋轉部件機架上，隨合股旋轉部件一起旋轉。

圖1 青草制辮成型裝置結構圖Fig．1 Structure diagrams of grass braid device

1.2 工作原理

賽絡紡是在細紗機上喂入2根保持一定間距的粗紗，經牽伸后，由前羅拉輸出這2根單紗須條，并由于捻度的傳遞而使單紗須條上帶有少量的捻度，拼合后被進一步加捻成類似合股的紗線，卷繞在筒管上［15－16］。根據紡紗學紗線成紗原理，參考前羅拉的運動形式，設計加捻滾筒并起到單股成辮的作用［17］;借鑒筒管的卷繞形式，設計旋轉牽引輸出裝置，完成草辮合股并能夠在導草板處形成加捻三角區。青草制辮成型裝置主要工作原理是初步形成的2個加捻三角區再加捻，進一步合并為1個加捻三角區［18］。

在草辮成型過程中，當青草一端被握持，另一端繞自身軸線回轉時，青草各截面間產生相對回轉角位移，使青草形成捻回。本設計采用自由端加捻的方式，即青草滯后端始終處于自由狀態，加捻滾筒旋轉，青草滯后端與加捻滾筒同向回轉，青草在加捻區單股加捻。回轉過程中，草辮相對加捻滾筒滑移率受加捻滾筒轉速的影響。根據實際工況，自由端青草受到阻力，辮尾回轉滯后，草辮滯后端上也會形成不同程度的捻度。合股旋轉部件旋轉，2個單股草辮在牽引輥的夾持下，在合股區同步旋轉并向輸出端輸送，以達到合股輸送的目的。同時，在加捻點與牽引輥之間獲得捻度。為防止輸出的草辮回彈，旋轉牽引輸出的草辮需要與牽引輥同向等速持續旋轉。工作原理圖如圖2所示。

圖2 成型裝置工作原理圖Fig．2 Principle diagram of forming device

為保證成辮效果穩定持續，喂料時，每一束青草與其相鄰的前一束青草相互摻插，如圖3所示。

青草進入加捻滾筒加捻，捻縮過程中單根草辮纖維的數量n為喂入的前一束牧草的根數nf與喂入的后一束牧草的根數nl之和。

圖3 喂入形式簡圖Fig．3 Sketch of feeding form

1.3 技術要求

根據設計要求，結合青藏高原牧民對成辮直徑盡可能大、生產率盡可能高的要求，青草制辮成型裝置主要適用于長度在0.5m以上的青草，主要設計參數如表1所示。

表1 成型裝置主要設計參數Tab．1 Main design parameters of form ing device

2 關鍵部件設計

2.1 總體結構參數設計

總體結構關鍵參數會影響青草制辮成型效果，主要包括加捻滾筒與合股牽引輸出裝置的距離、兩組加捻滾筒的中心距。

圖4 運動簡圖Fig．4 Kinematic sketch of forming device

加捻滾筒與合股牽引輸出裝置的距離根據青草長度確定。如圖4所示，為保證前一束牧草與后一束牧草完美銜接(保證摻插量是青草長度的一半)，應滿足

式中 L1——加捻滾筒長度，m

L2——加捻三角區長度，m

L3——合股后草辮長度，m

Lc——青草長度，m

隨機取20根秸稈，測得秸稈長度為0.529m，為適應不同長度青草制辮，加捻滾筒與牽引輥的距離為0.6m，略大于青草的長度。

在兩股草辮平穩合股過程中，兩組加捻滾筒的中心距決定了兩股草辮合股錐角θ，合股草辮受到的軸向拉力滿足

式中 T——合股草辮受到的軸向拉力，N

Td——單股草辮受到的軸向拉力，N

d——加捻滾筒直筒部分直徑，m

δ——兩組加捻滾筒間隙，m

2.2 加捻滾筒

2.2.1 加捻滾筒設計

加捻滾筒由喂料筒、內部抄板和用于傳動的鏈輪圈組成，如圖5所示。抄板布置在喂料筒的直筒部分，喂料筒另一側為進料端大、出料端小的錐筒，以方便喂料。鏈輪圈與喂料筒固連。

圖5 加捻滾筒結構示意圖Fig．5 Sketch of twisting roller components

加捻滾筒直筒部分的直徑由成型草辮直徑(喂入量)決定，加捻滾筒直筒部分直徑與成型草辮直徑成正比。近似將喂入青草看作圓柱體，為滿足喂料方便，則加捻滾筒直筒部分直徑應滿足

式中 S——合股草辮橫截面積，m2

i——草的壓縮比

hc——抄板高度，m

ds——合股草辮直徑，m

根據牧民手工制辮經驗，合股草辮直徑為0.12m，單根草辮的直徑為0.06 m。青草成辮壓縮比為0.6，抄板高度為0.02 m，由式(4)知，d≥0.117 m，為防止草辮合股過程中斷裂，應減少草辮合股的拉力，即減少兩個加捻滾筒的中心距，所以加捻滾筒直筒部分直徑取0.12 m。加捻滾筒可使貼緊筒壁的青草纏繞筒內的其余青草，實現單股加捻。由式(2)、(3)可知，加捻滾筒的中心距越小，制辮加捻過程中草辮受到拉力越小，因此，根據設計要求，加捻滾筒中心距為0.2m。

經過前期試驗發現，當加捻滾筒的轉速超過250 r/min時，由于抄板的存在，造成人工喂草困難，抄板對喂入的草具有排斥作用。當加捻滾筒的轉速低于100 r/min，牽引草輥線速度高于0.21 m/s時，形成的草辮比較松散，草辮未能扭轉屈服。最終設計的加捻滾筒的旋轉速度為140 r/min，牽引輸出速度為0.17m/s。因青草內纖維含量高，所以與加捻滾筒中心線的夾角為0°的抄板可減少摩擦，降低能耗［19］。為使青草達到良好成辮效果，避免假捻，抄板的位置應盡量靠近進料端。

2.2.2 加捻滾筒加捻草辮的動力學分析

進入加捻滾筒的青草在加捻滾筒內抄板的作用下隨加捻滾筒旋轉，當青草沿加捻滾筒切線方向的旋轉速度與加捻滾筒的旋轉速度一致時，才能更有效地達到青草制辮的目的，否則草辮在旋轉到加捻滾筒的最高點處會自由掉落，加捻的草辮又會松勁回彈。

圖6 草辮受力示意圖Fig．6 Force analysis diagram of grass braid

草辮受力如圖6所示。為簡化分析青草在加捻滾筒內的受力情況，取青草的一小段，并將草辮的變形看作是在彈性變形范圍內，且正在加捻的草辮尺寸足夠小，在青草制辮成型裝置正常運轉的情況下，草辮軸向拉力F近似看作常量。假設抄板每次抄起的草為圓柱體且呈規則排列，抄起的青草受其周圍其余青草的作用力。根據實際加捻工況可知，抄起的青草受力包括:自身重力G，離心力Fe，加捻滾筒支撐力N1和摩擦力f1，抄板的支撐力N2和摩擦力f2，其余青草的推擠力和摩擦力N3x和N3y。已經成捻的草辮對正在加捻草辮的扭矩為Me，青草在加捻滾筒的作用下旋轉。將正在加捻的草辮截面所受力沿加捻滾筒的法向和切向進行分解，建立力學平衡方程組

式中 m——加捻青草的質量，g

ax——加捻草辮的法向加速度，m/s2

ay——加捻草辮的切向加速度，m/s2

α——加捻滾筒角位移，(°)

β——草辮質心與加捻滾筒中心連線和抄板之間的夾角，(°)

R——加捻滾筒的半徑，m

r——抄起的草辮半徑，m

μ1——草辮與加捻滾筒的摩擦因數

μ2——草辮與抄板的摩擦因數

ω——加捻滾筒角速度，rad/s

整理式(6)可得

在草辮成型過程中，青草法向的位移為松散草被加捻成草辮過程中草質心的法向位移h，該位移與法向加速度關系為

式中 t——松散草被加捻成草辮過程中草質心的法向移動位移h所需的時間，s

聯立式(7)和式(9)求得

為保證散青草進入加捻滾筒內充分成捻，松散草被壓緊的時間應盡量短。由式(10)可以得到，在青草制辮過程中，青草在抄板和離心力作用下質心的法向移動位移h所需的時間t，不僅與草辮在加捻滾筒內的軸向移動速度有關，也與μ2、m、r、R、ω、h有關。

綜合分析可知，在離心力作用下青草制辮后的緊實度與草辮在加捻滾筒內的軸向移動速度、加捻滾筒的旋轉速度、加捻滾筒的半徑以及喂入量有關。

2.2.3 加捻滾筒加捻草辮的運動學分析

在制辮過程中，隨著加捻滾筒的旋轉，在抄板的作用下，青草圍繞加捻滾筒軸線扭轉搓動或軸向纏繞，使青草獲得捻回或包纏。在旋轉合股部分和牽引輥的牽引作用下，加捻的2個單股草辮合股向外輸出。單股草辮運動形式是旋轉運動和直線運動的合成。其運動簡圖如圖4所示。

圖7 草辮外側質點速度示意圖Fig．7 Velocity analysis diagram of grass braid lateral particle

圖7所示為草辮移動速度，其中斜線表示草辮外側加捻過程中的螺旋線。在加捻區，草辮的運動是旋轉和平移的合成。將草辮實際絕對速度va1分解為沿圓周方向旋轉的速度ve1和沿軸向直線平移的速度vr1。考慮到草辮在加捻滾筒內相對加捻滾筒有滑移，定義草辮加捻系數為c1，考慮到牽引輥加捻草辮時會產生打滑，定義牽引輥牽引草辮的滑移率為ε，可得到草辮的運動方程組為

式中 n1——加捻滾筒的旋轉速度，r/min

n3——牽引輥的旋轉速度，r/min

ve2——草辮合股的旋轉周向速度，m/s

vr2——草辮合股的軸向直線速度，m/s

v2——單根草辮的速度，m/s

dp——合股草辮直徑，m

d2——牽引輥直徑，m

如圖7所示，螺旋線和草辮母線之銳夾角β，稱為捻回角或螺旋升角，利用速度三角形求解可以得到，單股草辮的螺旋升角β1關系式和合股草辮的螺旋升角β2關系式為

由式(11)和式(13)可知，隨著牽引輥線速度的增加，草辮捻回角減小;另外，隨著加捻滾筒旋轉速度和直徑的增加，單股草辮的捻回角增大，但其也與牽引輥牽引草辮的滑移率ε、草辮加捻系數c1有關。因此，在樣機穩定工作狀態下，草辮獲得的最終捻度和捻回角，只與加捻滾筒轉速和牽引輥轉速有關，與加捻時間和加捻區的長度無關。捻度直接影響草辮的緊實度，影響草辮所能承受的最大拉力。

2.3 合股牽引輸出裝置

2.3.1 合股牽引輸出裝置設計

合股牽引輸出裝置是青草制辮成型裝置的最核心部件，可同時提供旋轉和輸送兩種運動形式，通過一對牽引輥，夾持并牽引進入的單股草辮，隨合股旋轉部件一起公轉，起到兩股草辮合股加捻的目的。作為合股牽引輸出裝置主要部件，牽引輥由螺紋鋼和牽引輥輥體組成(圖8)，合股牽引輸出裝置牽引輥輥體外表面上均布了一系列螺紋鋼，以增大牽引輥與草辮之間的摩擦力。一對牽引輥在行星齒輪的驅動下繞軸承座軸線旋轉。

圖8 合股牽引輸出裝置結構圖Fig．8 Structure diagram of plying，pulling and output device

2.3.2 合股牽引輸出裝置受力分析

為簡化牽引輥結構，這里忽略牽引輥輥體上的螺紋鋼，假設牽引輥是規整的圓柱面。在垂直于牽引輥軸線的草辮與牽引輥發生接觸瞬間，合股草辮受力如圖9所示(從動牽引輥對合股草辮的作用力與主動牽引輥相同，圖中未畫出)，其中N4為牽引輥作用在草辮上的法向力，Ff為牽引輥作用于草辮上的摩擦力。將N4和Ff沿著草辮軸向和徑向分解，可以得到沿徑向壓縮草辮的力N4y+Ffy和沿草辮軸向牽引草辮進入牽引輥間隙的力Ffx與阻止草辮進入牽引輥間隙的力N4x，草辮受到軸向拉力為T。

圖9 牽引輥受力分析圖Fig．9 Force analysis diagram of pulling rollers

隨著牽引輥牽引草辮不斷進入牽引輥間隙，草辮與牽引輥之間的接觸面不斷增加，直至草辮達到牽引輥最小間隙。在此過程中，草辮受到的法向力N4和切向摩擦力Ff不斷增大，并朝著有利于牽引草辮的方向變化。顯然，在草辮初始喂入瞬間，牽引輥抓取草辮的條件為

在初始牽引階段，草辮受到軸向拉力T較小，為簡化分析過程，可忽略不計。于是草辮喂入的光滑牽引輥的抓取條件為

式中 μ0——牽引輥與草辮之間的摩擦因數

γ——牽引輥對草辮的起始抓取角，(°)

牽引輥的直徑為d2，牽引輥間隙為h，從圖中可以推導出，牽引輥的起始抓取角γ與其結構參數關系為

根據三角函數萬能公式可得

由式(17)、(18)可知，在草辮直徑固定的前提下，增加牽引輥直徑d2和工作間隙h，可減小牽引輥的起始抓取角γ，有利于草辮的抓取，將μ0≥tanγ代入式(17)、(18)中，可得到牽引輥抓取草辮時其結構參數與特性參數之間的關系為

根據草辮成型工藝要求，草辮成型直徑為0.09m左右，一般莖稈的壓縮比為0.6～0.9，牽引輥對莖稈的摩擦因數μ0為0.7～1.1［20］。當牽引輥間隙h取0.4d，μ0取1時，由式(19)得d2≥0.184m。考慮到牽引輥牽引草辮的同時圍繞草辮的軸向公轉，為減少轉動慣量，應盡量減小牽引輥的尺寸，因此牽引輥的直徑d2為0.19m。為增大牽引輥的牽引能力，每個牽引輥圓柱面上均布12根直徑為0.01m的螺紋鋼。為防止單股草辮破勁，合股牽引輸出裝置的旋轉速度取140 r/min，與加捻滾筒轉速相等。合股牽引輸出裝置上牽引輥牽引速度為0.17m/s。

3 成型草辮受力分析

相對回轉角為360°時稱為一個捻回。如圖10所示，取草辮一小段l進行力學分析，φ為l段草辮對草辮軸心的包圍角，草辮受到軸向拉伸時，l段的兩端存在張力Tz，q為l段草辮兩端張力Tz在l段草辮中央法線方向的投影之和，即

因此，草辮外部青草相對草辮軸線方向存在包圍角時，外部青草對內部青草產生向心壓力，并與包圍角呈正相關。由于向心壓力的存在，使得外部青草會向內部擠壓［21］，增加了草辮的緊實度和纖維間的摩擦力，從而使得草辮能夠承受更大的拉力，草辮不易松散。圖10中，ρ為螺旋線曲率半徑，向心壓力q與捻回角的關系為

式中 C——常量

圖10 外層草對草辮軸心的壓力分析Fig．10 Analysis of press to axis from outer grass

草與草之間的摩擦因數為μcc，則草辮所能承受的最大拉力Fmax為

因此，草辮所能承受的最大拉力與捻回角呈正相關。制辮過程中單股捻度和合股捻度對草辮緊實度也有重要影響。當前，沒有評價草辮緊實度的相關指標，考慮到牧民普遍將制好的草辮搭在晾草架上的情況，在晾曬過程中，草辮始終受到重力產生的下拉，可用草辮所能承受的最大拉力作為草辮緊實度的評價指標。

4 試驗

如圖11所示，為了測試青草制辮成型裝置的各項性能，進行了樣機試驗。圖11a是青草制辮成型裝置加工草辮的照片，青草從左端喂入，在兩個加捻滾筒的作用下單股成辮，在合股牽引輸出裝置作用下自動合股輸出，從右端輸出成型的草辮。圖11b是形成的草辮，草辮最終由兩股合成一股，呈現麻花狀。

圖11 樣機試驗與結果Fig．11 Prototype test

4.1 試驗原料與儀器

試驗原料為普通燕麥秸稈，基本數據是測量20次取平均值。燕麥秸稈頂端直徑3.468mm，底端直徑5.41mm，秸稈長度529.25mm，穗長225.55mm，單根質量12.38 g。收獲時間為2016年10月25日，按照相關標準［22］，測得剛收獲的燕麥秸稈試驗前含水率為61.05%。

試驗設備與儀器:青草制辮成型裝置、Nscing Es200型游標卡尺、MP200K型電子臺秤、YP30KN型電子秤、tidbit型秒表、VC3267型自動量程鉗型表、1m×0.5 m×0.5 m堆積盒、鋁箔盒、UTM5504型萬能試驗機。

4.2 試驗方案

根據生產率要求設計的青草制辮成型裝置，在加捻滾筒轉速和合股牽引輸出裝置旋轉速度均為140 r/min，牽引輸出速度為0.17 m/s的情況下，進行燕麥青草成辮試驗和草辮拉伸試驗分析。

4.3 試驗指標

4.3.1 工作功率

配備2.2 kW三相電動機作為設備驅動的動力源，其正常工作時電動機功率小于電動機額定功率，三相對稱負載的有功功率，可以通過計算1相負載的有功功率再乘以3得到。

式中 W——電動機功率，kW

Ul——試驗過程中電動機的線電壓，V

Il——試驗過程中電動機的線電流，A

φp——三相電相位角，通常為120°

Up——試驗過程中電動機的相電壓，V

Ip——試驗過程中電動機的相電流，A

4.3.2 生產率

生產率是指在樣機正常工作狀態下，單位時間內加工出的草辮的質量。

式中 P——生產率，kg/h

m1——指定試驗過程中的草辮質量，kg

t1——穩定工作開始的時間，s

t2——穩定工作結束的時間，s

4.3.3 堆積密度

堆積密度是把草辮自由填充于堆積盒中，在正好填充滿堆積盒后所測得的單位體積質量。

式中 ρb——草辮堆積密度，kg/m3

M——堆積盒滿載質量，kg

m——堆積盒質量，kg

V——堆積盒體積，m3

4.4 草辮拉伸試驗分析

圖12 草辮拉伸試驗與結果Fig．12 Tension test and results of grass braid

取不同階段的成型草辮，在萬能試驗機上進行拉伸試驗。拉伸的試驗結果顯示，草辮的斷裂方式是前后兩束草之間位置的滑移，而并非青草的斷裂。任取兩組草辮拉伸試驗結果，如圖12b所示，草辮所能承受的最大拉力為300～350 N。草辮拉力在位移為0.25～0.30 m之間達到最大值，此時位移近似等于青草長度的1/2。拉伸過程前段，草辮拉力與位移成正比。在拉力上升過程中出現拉力突然下降再上升的現象，是由于拉伸草辮過程中部分草突然發生滑移所致;后段，草辮拉力隨著位移增大而減小，減小的速度越來越小，草辮最終斷裂。

4.5 性能測試結果

性能測試結果如表2所示。

表2 性能測試結果Tab．2 Performance test results

以上試驗結果顯示，青草制辮成型機的各項指標均達到牧民的需求，該機器能夠滿足生產的需要，實現連續穩定生產。

試驗過程中發現，在加捻滾筒性能參數保持不變情況下，喂入量越大，青草制辮生產率越高，加捻滾筒能夠有效實現單股青草制辮，但隨著喂入量的改變，牽引輥的間隙也應作出相應調整。在兩股草辮合股過程中，兩股草辮必須同時具有前進和公轉兩個運動形式，合股牽引輸出裝置可實現草辮的合股和牽引輸出，有效改善草辮的制辮質量，牽引輥如果不圍繞草辮的軸線旋轉，兩股草辮將不能實現合股。

5 結論

(1)建立了青草在加捻滾筒內的制辮成型時間與軸向移動速度、加捻滾筒的旋轉速度、加捻滾筒的半徑以及喂入量的數學模型，得出在穩定狀態下草辮獲得的最終捻度和捻回角，只與加捻滾筒轉速和牽引輥轉速有關，與加捻時間和加捻區的長度無關。

(2)根據賽絡紡的工作原理，設計了一種青草制辮成型裝置，帶有抄板的加捻滾筒旋轉，可實現單股草辮的加捻，牽引輥隨合股旋轉部件一起公轉，起到兩股草辮合股加捻的目的，合股牽引輸出裝置可同時提供旋轉和向前輸送2個運動形式，能夠使輸出的草辮呈現麻花狀。

(3)以含水率為61.05%的燕麥秸稈為原料，在加捻滾筒轉速和合股牽引輸出裝置的旋轉速度均為140 r/min，合股牽引輸出裝置上牽引輥的旋轉速度為40 r/min，即牽引輸出速度為0.17 m/s的情況下進行了青草制辮成型性能試驗。試驗結果表明，該成型機生產率為427 kg/h，工作功率為0.428 kW，成型草辮堆積密度為143.3 kg/m3。

(4)提出了將草辮所能承受的最大拉力作為評價草辮緊實度考核指標的一種方法。通過試驗發現，草辮所能承受的最大拉力為300～350 N。草辮拉力在位移為0.25～0.30 m之間達到最大值。草辮的斷裂方式是前后兩束草之間位置的滑移，而并非牧草自身的斷裂。

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Design and Experiment of Green Grass Braid Form ing Device

LIShuai WANG Guanghui WANG Decheng BAIXiaopeng BAIHuijuan
(College of Engineering，China Agricultural University，Beijing 100083，China)

In order tomeet the requirement of the grass braid mechanization technology in the pasturing area such as the Qingzang Plateau，a grass braid forming devicewas designed with the function of twisting and plying referring to the principle of Siro-spinning．The mechanical analysis showed that grass braid forming processwas affected by axialmovement speed，rotating speed of twisting roller，radius of twisting roller and feed quantity．The final twist and twist angle of grass braid were only relevant to the rotational speed of twisting roller and the linear velocity of pulling rollers，but had nothing to do with the spinning time and length of twisting zone．As a new method，the maximum tension force that grass braid could bear was taken as assessment index of grass braid strength．The prototype experimentwas carried outwith oat straw with themoisture content of61.05%．It showed that the productivity of the forming device was 427 kg/h，the working power was 0.428 kW，and the bulk density of formed grass braid was 143.3 kg/m3，respectively，which met the design requirements of grass braid forming device．The results of tension tests showed that themaximum tension force of the grass braid was positively correlated with the twist angle，and themaximum force reached 300～350 N when the displacement was equal to half of the length of grass．The fracture of grass braid was due to the slip between two bunches of grass，which had nothing to do with grass fracture．Thismethod and experiment provided theoretical support for grass braid forming technology．

green grass;braid;forming device;twisting;plying

S226.7

A

1000-1298(2017)07-0112-09

2017-04-10

2017-05-08

農業部公益性行業科研專項(201203007)

李帥(1990—)，男，博士生，主要從事草業機械設備研究，E-mail:lishuai_marshal@cau．edu．cn

王光輝(1974—)，男，副教授，博士生導師，主要從事牧草與生物質生產機械化技術研究，E-mail:guanghui．wang@cau．edu．cn

10．6041/j．issn．1000-1298．2017．07．014