履帶式草捆打捆機的研究進展

蘇建國，謝洪德，鮑冬艷

（山東科技職業學院，山東 濰坊 261053）

我國是農業生產大國，有著悠久的玉米、小麥、水稻等農作物的種植歷史和豐富經驗，這些農作物秸稈加工的飼料是養殖業的主要原料。隨著國家對環保的進一步重視，秸稈的禁止焚燒已經寫入了環保法。秸稈是農作物收集后剩下的部分，同時也是畜牧業的重要飼料，還可以經過壓塊加工后用作生物發電或冬季采暖燃料，所以搞好秸稈的綜合利用對農業、農民、農村乃至整個國民經濟發展及生存環境都具有重要意義，但秸稈的收集卻是困擾老百姓的一大難題。收集農作物秸稈的過程是先進行收割、撿拾（用于不需要收割的情況）、揉碎、打捆等作業，然后進行貯存發酵，隨時調用。但是這些過程需要先后通過收割機、牽引式打捆機分階段進行，工作效率低、經濟性差。針對這種情況，設計制造一種集收割、揉搓粉碎、圓草捆打捆、機具的遠距離遙控駕駛、機具的位置及作業信息反饋等多種作業功能于一體的機械，通過采用履帶式自走底盤、遙控式操縱系統等創新設計，使草捆打捆機具有通過性好、自動化程度高、節省人力、降低秸稈青貯加工成本、提高加工效率、改善駕駛員操作環境及勞動強度等優勢，這樣不僅大幅度提升了作業效率，而且具有良好的經濟效益和社會生態效益。

1 結構與原理

1.1 主要結構

（1）液壓行走轉向系統。由發動機、皮帶輪、聯組帶、變量泵、變量馬達、差速器、制動器、半軸、驅動輪、橡膠履帶、控制閥、操縱桿、機架總成等組成。

（2）草料撿拾及輸送系統。由彈齒撿拾器、伸縮齒絞籠式偏心導入機構、鏈爬式連續輸送機構、甩刀式揉搓機構、間歇式可控輸送裝置、圓捆成型草捆打捆機、撿拾器位置液壓控制機構、液壓控制喂入端升降機構、換向齒輪箱、傳動帶、離合器、漲緊輪、B型聯組帶、C型傳動帶、B型傳動帶等組成。

（3）打捆機構。由右側油缸、擺桿焊合、擺桿連接鎖、液控單向閥、壓草桿、前壓縮室、鏈條張緊裝置、后壓縮室傳動鏈（節距31.75）、后壓縮室、后壓縮室傳動鏈張緊裝置、布繩機構裝置、布繩機構裝配的傳動皮帶、布繩機構張緊裝置（A1397與A960）、小側門、放繩箱、卸草裝置等組成。1.彈齒撿拾器，2.割刀，3.撿拾器翻轉機構，4.絞籠總成，5.草料輸送帶，6.割臺升降油缸，7.液壓履帶式底盤，8.間歇送料機構，9.機架總成，10.草捆打捆機構，11.放捆油缸，12.揉搓機構，13.遙控操縱機構，14.圖像傳輸系統

圖1 履帶式草捆打捆機整機結構示意圖

圖2 自走式圓捆打捆傳動路線圖

（4）遙控及圖像傳輸系統。由行走轉向遙控裝置、發動機啟停及油門遙控裝置、撿拾器升降遙控裝置、割臺升降遙控裝置、打捆機工作離合遙控裝置等組成。

（5）電氣系統。由啟動電機、蓄電池、電源總開關、發電機、主線束總成、前照燈、轉向燈、后組合燈、喇叭、組合儀表、整流器、控制開關等組成。

1.2 工作原理

工作過程大致可分為5個階段。

（1）收割。履帶式草捆打捆機在前進過程中，割臺連續不斷地割倒牧草。

（2）撿拾喂入。撿拾器將牧草摟集成條1.55m寬（草條濕度應為20-25070以內），撿拾器彈齒不斷地旋轉，把草趟送入壓草桿內，再通過壓草桿均勻地送入喂入器，在喂入器工作下進入壓縮室，當物料堵塞達到一定程度時，撿拾器安全螺絲就會斷開，保護撿拾器和其他傳動部分[1]。遇到此種情況時應及時停車，排除堵塞，換上新的安全螺釘（M8×3512.9級）。

（3）卷捆成型。喂入齒將物料不斷地送入壓縮室，當更多物料送入壓縮室后，14個傳動輥筒使物料形成一個草捆，新的物料被卷在已經形成旋轉的草捆周圍。當壓縮室物料大量增加時，草捆從外向里壓緊，壓縮室里上升壓力從駕駛室的壓力表上可以看到。

（4）布繩捆草捆。當草捆達到所需要的密度（10～12MPa），機車停止前進，按下布繩開關，布繩擺桿將繩頭送入草捆中間，繩頭被旋轉的草抓住并順利輸送，當布繩擺桿將繩均勻地從中間往兩側捆完后，剪刀就會自動將繩剪斷。

（5）卸下草捆。剪刀將繩剪斷后，指示燈就會熄滅，操縱打捆機液壓分配器打開后壓縮室，草捆被旋轉的輥筒擠出前壓縮室，經過卸草板滾到地面。當草捆離開卸草板，再關閉壓縮室，使壓力表指針指在5-8MPa，一個工作過程到此結束[1]。打捆機再繼續前進，開始新的作業。

圖3 履帶式草捆打捆機的工作過程

2 主要參數

履帶式草捆打捆機的基本參數及主要技術性能指標見表1。

表1 履帶式草捆打捆機的基本參數及主要技術性能指標

3 結構工藝設計與制造方面的優化

3.1 結構設計方面

（1）履帶式草捆打捆機集割草（不需要切割時采用撿拾器撿拾）、揉搓粉碎、打捆于一體，工作效率高，經濟性好。

（2）采用無級變速的履帶式底盤，可以大幅提高整機的通過性，解決了輪式拖拉機牽引造成爛地打捆機下陷、輪胎對田地重復碾壓等問題。

（3）采用帶圖像傳輸系統和遙控操縱系統，改變了操作方式，改善了操作人員的工作環境。采用GPS衛星定位系統可使管理者及時了解機具的運行作業位置及狀態。由于產品處于研發階段，短期內不會投入中批量以上的產量，因此在設計時要對零件的結構進行工藝性優化，盡量減少沖壓模具的種類和數量，從而減少模具費用的投入。對于箱體類零件，樣機采用焊接結構，小批量生產采用手工木模造型。齒輪及軸類零件的加工，盡量減少專用夾具、量具和刀具的投入，而是使用通用的工、卡、量具。

3.2 工藝設計方面

3.3 加工制造方面

零部件的連接方式兼顧可靠性和可拆卸性。盡可能少用焊接、鉚接等不可拆卸的連接方式，多用易裝拆、易定位的連接[2]。考慮到捆繩機構的不穩定性以及打捆作業過程中的復雜工況，覆蓋件的設計盡量采用方便拆裝的結構，右側留有方便維修的活動門。

4 實地性能試驗

樣機裝配調試完成后，將運送到東北地區草捆打捆機的主要使用地區，通過有多年打捆機使用經驗的用戶進行實地性能試驗，計劃試驗作業時間不少于150小時，通過試驗，對樣機的各項設計功能進行驗證，對樣機的可靠性及作業參數進行檢測。試驗完成后，形成完整詳實的試驗報告。

5 試驗結果及分析

項目組負責人組織試驗結果分析會，對試驗報告中反饋的試驗數據及各種故障、問題進行認真細致的分析，對樣機的各項性能進行評價和總結，形成分析報告，提出對本次設計的整改意見，并形成整改任務書。