基于SolidWorks的方捆機(jī)喂入機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

摘要：針對(duì)方捆機(jī)喂入易堵塞、作業(yè)效率低的問(wèn)題，使用SolidWorks軟件設(shè)計(jì)一種雙喂入叉式喂入機(jī)構(gòu)。運(yùn)用SolidWorks"Motion軟件對(duì)喂入機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析，獲得并分析喂入叉端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡及速度變化趨勢(shì)，確認(rèn)喂入機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿(mǎn)足喂入要求；運(yùn)用SolidWorks"Simulation軟件對(duì)喂入機(jī)構(gòu)進(jìn)行靜力學(xué)和模態(tài)仿真分析，結(jié)果表明，喂入主軸的最大應(yīng)力為565"MPa，連桿最大應(yīng)力為293"MPa，小于材料的屈服強(qiáng)度，喂入機(jī)構(gòu)強(qiáng)度滿(mǎn)足要求；喂入機(jī)構(gòu)固有模態(tài)最低頻率（一階模態(tài)）為67.127"Hz，與喂入機(jī)構(gòu)工作頻率1.67"Hz，發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)頻率18"Hz均不相等，喂入機(jī)構(gòu)不會(huì)發(fā)生共振，喂入機(jī)構(gòu)模態(tài)滿(mǎn)足要求。田間試驗(yàn)表明，方捆機(jī)的生產(chǎn)率為8.7"t/h，成捆率為99.4%，秸稈草捆密度為125.6"kg/m3。

關(guān)鍵詞：方捆機(jī)；喂入機(jī)構(gòu)；喂入叉；運(yùn)動(dòng)仿真分析；靜力學(xué)仿真分析；模態(tài)分析

中圖分類(lèi)號(hào)：S225.8""""""文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A""""""文章編號(hào)：2095?5553"（2025）"02?0035?07

Design and test of feeding mechanism for square baler based on SolidWorks

Wang Xiang1， Gao Lei1， Bao Zhiliang2， Guo Xiyan1， Meng Yu1， Zhang Li1

（1. Hohhot Branch of Chinese Academy of Agricultural Mechanization Sciences Co.， Ltd.， Hohhot， 010010， China;

2. Inner Mongolian Hua De Grass Cutting Machinery Co.， Ltd.， Hulunbuir， 021000， China）

Abstract： Aiming at the problems of easy blocked feeding and low operating efficiency of the square baler， a dual feeding fork type feeding mechanism was designed by using SolidWorks. By using SolidWorks Motion software， the motion simulation analysis of the feeding mechanism was carried out to obtain and analyze the motion trajectory and speed change trend of the feeding fork endpoint， and to confirm that the structural design of the feeding mechanism met the feeding requirements. The static and modal simulation analysis of the feeding mechanism was performed by using SolidWorks Simulation software. The results show that the maximum stress of the feeding mechanism is 565 MPa， and the maximum stress of the connecting rod is 293 MPa， which is less than the yield strength of the material， and the strength of the feeding mechanism meets the requirements. The lowest natural mode frequency （first?order mode） of the feeding mechanism is 67.127 Hz， which is different from the working frequency of the feeding mechanism of 1.67 Hz and the engine excitation frequency of 18 Hz. The feeding mechanism will not resonate， and the feeding mechanism mode meets the requirements. Field experiments show that the productivity of the square baler is 8.7 t/h， the baling rate is 99.4%， and the straw bale density is 125.6 kg/m3.

Keywords： square baler; feeding mechanism; feeding fork; motion simulation analysis; static simulation analysis; modal analysis

收稿日期：2023年9月18日""""""" 修回日期：2023年10月9日

?基金項(xiàng)目：中國(guó)機(jī)械工業(yè)集團(tuán)有限公司青年科技基金項(xiàng)目（QNJJ—PY—2022—15）

第一作者：王祥，男，1994年生，呼和浩特人，助理工程師；研究方向?yàn)檗r(nóng)牧業(yè)機(jī)械關(guān)鍵技術(shù)。E?mail： 1553754108@qq.com

通訊作者：鮑志亮，男，1988年生，呼和浩特人，碩士，高級(jí)工程師；研究方向?yàn)檗r(nóng)牧業(yè)機(jī)械關(guān)鍵技術(shù)。E?mail： 263567877@qq.com

0 引言

我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，每年有大量農(nóng)作物秸稈產(chǎn)生。2024年，我國(guó)玉米、水稻、小麥、油菜、大豆、棉花等主要農(nóng)作物的秸稈產(chǎn)量為8.65×108 t，可收集量為7.31×108 t，肥料化、飼料化、能源化、基料化、原料化利用率分別為57.6%、20.7%、8.3%、0.7%和0.8%，綜合利用率達(dá)88.1%[1]。目前，關(guān)于秸稈的高效利用技術(shù)較為成熟，但是秸稈田間的機(jī)械化收獲、打捆和運(yùn)輸仍是制約秸稈集中回收利用的主要條件[2]。

方捆機(jī)作為秸稈田間機(jī)械化收獲的核心裝備，我國(guó)早在20世紀(jì)60年代就開(kāi)始研究。通過(guò)對(duì)國(guó)外先進(jìn)方捆機(jī)技術(shù)的學(xué)習(xí)，結(jié)合我國(guó)種植的作物與土地的特點(diǎn)及用戶(hù)對(duì)方捆機(jī)的需求與使用反饋，研發(fā)適合我國(guó)國(guó)情的功能多樣的方捆機(jī)[3]，如MF3040撿拾方捆機(jī)、9YFF除塵方捆機(jī)、9YD型套袋方捆機(jī)。國(guó)內(nèi)眾多專(zhuān)家學(xué)者也在對(duì)方捆機(jī)關(guān)鍵機(jī)構(gòu)進(jìn)行自主研究及優(yōu)化，宋育國(guó)[4]利用曲柄滑塊式切割試驗(yàn)裝置研究并提供了方捆機(jī)打捆時(shí)切刀的最佳切割性能參數(shù)；張建超等[5]通過(guò)對(duì)紫花苜蓿在彈齒端部的加速度和撿拾器的試驗(yàn)，推導(dǎo)了彈齒滾筒式撿拾器的最佳外形及工作參數(shù)?？梢钥闯觯壳皣?guó)內(nèi)關(guān)于方捆機(jī)的研究，大多使用試驗(yàn)后選取的方法對(duì)壓縮、撿拾等機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，耗時(shí)費(fèi)力，成本高，無(wú)法適應(yīng)目前國(guó)內(nèi)快速多變的市場(chǎng)環(huán)境。喂入機(jī)構(gòu)是方捆機(jī)的重要組成部件，其形狀、運(yùn)動(dòng)軌跡、速度與方捆機(jī)不匹配時(shí)，會(huì)造成喂入口堵塞、喂入量少、整機(jī)作業(yè)效率低下的問(wèn)題。

本文使用SolidWorks軟件對(duì)方捆機(jī)的喂入機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模仿真一體化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與仿真切換的相關(guān)工作[6]，即在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后對(duì)喂入機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)和模態(tài)仿真分析，并通過(guò)田間試驗(yàn)對(duì)設(shè)計(jì)及仿真結(jié)果進(jìn)行可靠性驗(yàn)證，為方捆機(jī)喂入機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及優(yōu)化提供支持。

1 方捆機(jī)整體結(jié)構(gòu)及喂入機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 方捆機(jī)整體結(jié)構(gòu)及工作原理

方捆機(jī)是把農(nóng)作物秸稈撿拾、喂入、壓縮、打捆成長(zhǎng)方體草捆的設(shè)備[7]。方捆機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

方捆機(jī)由拖拉機(jī)牽引并提供動(dòng)力，工作時(shí)，隨著拖拉機(jī)的前進(jìn)和運(yùn)轉(zhuǎn)，方捆機(jī)的撿拾器將地面上的秸稈撿拾并拋送到后方的絞龍上，絞龍將秸稈輸送至喂入口，喂入機(jī)構(gòu)的喂入叉將秸稈從喂入口喂入壓縮室入口，隨后被往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞切斷壓實(shí)并推向密度調(diào)節(jié)室入口，待草捆到達(dá)設(shè)定長(zhǎng)度后打結(jié)器打結(jié)，隨后草捆被推出密度調(diào)節(jié)室經(jīng)放捆板掉落，如此往復(fù)循環(huán)。

1.2 喂入機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

喂入機(jī)構(gòu)的功能是將絞龍聚攏到喂入口的秸稈喂入到壓縮室內(nèi)，因此喂入機(jī)構(gòu)至少應(yīng)滿(mǎn)足以下基本條件：（1）喂入機(jī)構(gòu)的喂入量要大于絞龍的輸送量；（2）喂入機(jī)構(gòu)有足夠的行程，可以將秸稈喂入到壓縮室內(nèi)；（3）喂入機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度足夠，且模態(tài)不會(huì)引起共振[8]。

喂入叉是喂入機(jī)構(gòu)的核心零件，喂入叉一般分為雙喂入叉、單喂入叉和橫向絞龍+喂入叉三種類(lèi)型[9]。橫向絞龍+喂入叉式的喂入機(jī)構(gòu)主要用于側(cè)牽引式方捆機(jī)，側(cè)牽引式方捆機(jī)在作業(yè)過(guò)程中，物料經(jīng)過(guò)兩次直角換向，牧草收獲工藝繁復(fù)，已逐漸被市場(chǎng)淘汰。單喂入叉式喂入機(jī)構(gòu)喂入行程較短，主要用于撿拾器底艙距壓縮室距離較小的方捆機(jī)。本研究設(shè)計(jì)的方捆機(jī)撿拾器底艙距壓縮室入口為666"mm，單喂入叉式喂入機(jī)構(gòu)的喂入行程無(wú)法滿(mǎn)足該方捆機(jī)，所以選用雙喂入叉式喂入機(jī)構(gòu)。雙喂入叉式喂入機(jī)構(gòu)喂入行程長(zhǎng)，對(duì)秸稈有一定的預(yù)壓縮作用，喂入效率高，且兩個(gè)喂入叉在喂入腔體內(nèi)交叉運(yùn)動(dòng)，不易使秸稈纏繞喂入叉。

傳統(tǒng)的雙喂入叉式喂入機(jī)構(gòu)是單獨(dú)的兩個(gè)喂入叉，呈上下或前后間隔布置。兩個(gè)喂入叉由兩個(gè)曲柄帶動(dòng)，這就需要考慮兩個(gè)喂入叉的時(shí)序關(guān)系以免發(fā)生碰撞。為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，降低碰撞概率，本次雙喂入叉采用一體化設(shè)計(jì)，即前后兩個(gè)喂入叉是一個(gè)零件，由一個(gè)曲柄帶動(dòng)。喂入機(jī)構(gòu)在進(jìn)行喂入作業(yè)時(shí)，需要在壓縮室入口打開(kāi)后將秸稈進(jìn)行喂入，避免活塞與喂入叉碰撞。且只有秸稈從喂入口至壓縮室入口的運(yùn)動(dòng)階段為有效工作環(huán)節(jié)，喂入叉返程時(shí)空行程較大，為保證喂入叉運(yùn)行安全，提高工作效率，減少空行程時(shí)間，喂入機(jī)構(gòu)采用具有急回特性的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)。喂入機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖2所示。

曲柄[AB]做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，曲柄[AB]與連桿[BC]兩次重合時(shí)形成的[∠B1AC]為極位夾角，此時(shí)[C]與[C1]為搖桿的極限位置。當(dāng)曲柄由[AB]轉(zhuǎn)動(dòng)至[AB1]時(shí)，曲柄轉(zhuǎn)過(guò)的角度為[180°-∠B1AC]，速度為[v1]；當(dāng)曲柄由[AB1]轉(zhuǎn)動(dòng)至AB時(shí)，曲柄轉(zhuǎn)過(guò)的角度為[180°+∠B1AC]，速度為[v2]。搖桿所轉(zhuǎn)過(guò)的角度相等，[v2]與[v1]的比值[K]叫做行程速比系數(shù)，計(jì)算如式（1）所示。

根據(jù)《農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[14]，方捆機(jī)前進(jìn)速度不大于2.55"m/s，取[v=2.5]"m/s。根據(jù)農(nóng)田狀況確定，秸稈重量一般為1.5～2.5"kg/m，取[g=2]"kg/m[13]，根據(jù)式（11）計(jì)算絞龍輸送量[Q=5]"kg/s，小于喂入機(jī)構(gòu)的喂入量[Q1]，喂入機(jī)構(gòu)的喂入量滿(mǎn)足喂入要求。

2 喂入機(jī)構(gòu)仿真分析

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程在零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后開(kāi)始試制、試驗(yàn)，用實(shí)物來(lái)檢查零件運(yùn)動(dòng)時(shí)是否碰撞，強(qiáng)度是否足夠。本次喂入機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)使用SolidWorks軟件，采用建模仿真一體化方式，即喂入機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)建模完成后，使用SolidWorks Motion軟件對(duì)喂入機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，直觀地觀測(cè)喂入機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)的狀態(tài)，使用SolidWorks Simluation軟件對(duì)喂入機(jī)構(gòu)進(jìn)行靜力學(xué)和模態(tài)分析，判斷強(qiáng)度是否滿(mǎn)足要求，模態(tài)是否會(huì)引起共振。

2.1 喂入機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真分析

為精確模擬獲得喂入機(jī)構(gòu)的各運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)，先將喂入機(jī)構(gòu)的材料、重量、位置、自由度等參數(shù)按照實(shí)際喂入機(jī)構(gòu)的狀態(tài)設(shè)置。為使模擬分析計(jì)算收斂，在不影響準(zhǔn)確度的情況下，簡(jiǎn)化部分零部件特征，去除倒角、螺紋等特征。喂入機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真初始狀態(tài)圖如圖5所示。

1.傳動(dòng)鏈輪"2.喂入機(jī)構(gòu)"3.機(jī)架焊合

進(jìn)入SolidWorks"Motion界面對(duì)喂入機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。（1）為提高仿真分析精度，【3D接觸率】調(diào)整為【高】，每秒幀數(shù)設(shè)置為【2"000】幀；（2）設(shè)置仿真邊界條件：添加重力，方向豎直向下；傳動(dòng)鏈輪添加【旋轉(zhuǎn)馬達(dá)】，100"r/min，添加【力矩】3"342.5"N"?"m，【仿真時(shí)間】設(shè)置為喂入機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)兩周的時(shí)間，1.2"s；（3）選擇【結(jié)果和圖解選項(xiàng)】，選擇喂入叉端點(diǎn)，獲取喂入叉端點(diǎn)軌跡和速度曲線；獲得的喂入叉端點(diǎn)軌跡如圖6所示，喂入叉端點(diǎn)速度曲線如圖7所示。

從圖6喂入叉端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡可以看出，喂入機(jī)構(gòu)在喂入過(guò)程中，前后喂入叉有重合區(qū)域，保證喂入機(jī)構(gòu)喂入秸稈時(shí)不會(huì)使秸稈滯留在前后喂入叉之間的空白區(qū)域。后端喂入叉在最高處時(shí)超過(guò)壓縮室底部，保證秸稈順利喂入到壓縮室，且后端喂入叉超過(guò)壓縮室底部高度較高，提高了壓縮室內(nèi)的充草量，進(jìn)而提高方捆機(jī)的工作效率[12]。

從圖7喂入叉端點(diǎn)速度曲線圖可以看出，前后喂入叉端點(diǎn)的速度都有4個(gè)峰值點(diǎn)，速度變化趨勢(shì)相同且前后喂入叉運(yùn)動(dòng)都經(jīng)歷了準(zhǔn)備—撥草—喂入—急回四個(gè)階段，僅到達(dá)峰值時(shí)間前后略有差異。為避免重復(fù)贅述，僅對(duì)后端喂入叉作分析描述。

1）"0～0.08"s，喂入叉由初始位置s點(diǎn)向a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)為撥草階段，喂入叉速度逐漸增大并達(dá)到峰值，保證喂入秸稈時(shí)具有一定的初速度。

2）"0.08～0.22"s，喂入叉由a點(diǎn)向b點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)為喂入階段，秸稈被喂入到壓縮室，喂入叉速度逐漸減小在b點(diǎn)時(shí)減到最小，防止喂入叉將喂入的秸稈帶出壓縮室，造成重復(fù)喂入。

3）"0.22～0.28"s，喂入叉由b點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至c點(diǎn)，此時(shí)為急回階段，從速度曲線可以看出，喂入叉速度迅速增大，并在c點(diǎn)達(dá)到峰值，喂入完成后快速撤回，避免產(chǎn)生過(guò)多的無(wú)用功，又減少了喂入叉在壓縮室內(nèi)停留的時(shí)間，減少活塞碰撞喂入叉故障發(fā)生的概率[15]。

4）"0.28～0.49"s，喂入叉由c點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至d點(diǎn)，此時(shí)為準(zhǔn)備階段，喂入叉速度逐漸減小并在d點(diǎn)減小到峰值，喂入叉到達(dá)d點(diǎn)后準(zhǔn)備開(kāi)始撥草喂入，此時(shí)低速的喂入叉有利于喂入叉輕柔地插入到秸稈層，減輕對(duì)秸稈的過(guò)度擾動(dòng)和打擊，減少秸稈營(yíng)養(yǎng)的損失[16]。

5）"0.49～0.60"s，喂入叉由準(zhǔn)備階段進(jìn)入撥草階段。之后重復(fù)這一工作循環(huán)。

2.2 喂入機(jī)構(gòu)的靜力學(xué)仿真分析

通過(guò)對(duì)喂入機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析確認(rèn)了喂入機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿(mǎn)足功能使用的需求，但還需要進(jìn)一步做靜力學(xué)仿真分析確認(rèn)喂入機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度是否滿(mǎn)足要求，以保證喂入機(jī)構(gòu)在工作時(shí)不發(fā)生斷裂、彎曲等損壞。

使用SolidWorks"Simulation軟件對(duì)喂入機(jī)構(gòu)進(jìn)行有限元靜力學(xué)分析，邊界條件除轉(zhuǎn)速外，其余材料、扭矩、載荷等邊界條件同2.1節(jié)設(shè)置中相同。為分析喂入機(jī)構(gòu)極限工作狀態(tài)下的強(qiáng)度，對(duì)每個(gè)喂入叉施加75"N/m2的壓力進(jìn)行仿真，邊界條件設(shè)置完成后進(jìn)行運(yùn)算。喂入機(jī)構(gòu)應(yīng)力云圖如圖8所示。

本次喂入機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，軸類(lèi)零件采用調(diào)質(zhì)處理后的45號(hào)鋼，平板類(lèi)零件采用Q345結(jié)構(gòu)鋼，便于制造，經(jīng)濟(jì)實(shí)用且強(qiáng)度較高。從圖8可以看出，喂入機(jī)構(gòu)喂入主軸的輸入端受力最大，為565"MPa。喂入主軸材料為調(diào)質(zhì)處理后的45號(hào)鋼，其屈服強(qiáng)度可達(dá)800"MPa[17]，遠(yuǎn)大于仿真計(jì)算得出的最大壓力，喂入主軸的強(qiáng)度滿(mǎn)足使用要求；平板類(lèi)零件的連桿受力最大為293"MPa，小于其材料Q345結(jié)構(gòu)鋼的屈服強(qiáng)度345"MPa，連桿的強(qiáng)度滿(mǎn)足使用要求；其余各零件受力較小，均小于各自材料的屈服強(qiáng)度，喂入機(jī)構(gòu)的整體強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。

2.3 喂入機(jī)構(gòu)的模態(tài)仿真分析

對(duì)于喂入機(jī)構(gòu)這類(lèi)回轉(zhuǎn)類(lèi)零件，當(dāng)激勵(lì)的頻率與本身的固有頻率重合時(shí)，或工作頻率與本身的固有頻率重合時(shí)，都會(huì)出現(xiàn)共振現(xiàn)象[18]，此時(shí)喂入機(jī)構(gòu)的變形將迅速增大，將導(dǎo)致喂入機(jī)構(gòu)在強(qiáng)度滿(mǎn)足要求的情況下斷裂損壞。

喂入機(jī)構(gòu)的固有頻率在結(jié)構(gòu)、形狀、材料確定后便被確定下來(lái)，與載荷、安裝方式等條件無(wú)關(guān)。使用SolidWorks"Simulation軟件對(duì)喂入機(jī)構(gòu)進(jìn)行頻率分析，去除2.2節(jié)中靜應(yīng)力分析時(shí)所施加的扭矩和壓力，運(yùn)行頻率分析算例。喂入機(jī)構(gòu)的一階模態(tài)振形云圖如圖9所示，前10階固有頻率如表1所示。

式中： [fj]——發(fā)動(dòng)機(jī)的激勵(lì)頻率，Hz；

[wj]——發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，r/min；

[Nj]——發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸數(shù)，個(gè)；

[Mj]——發(fā)動(dòng)機(jī)的沖程數(shù)，次。

牽引本方捆機(jī)的拖拉機(jī)工作時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速[wj=540]"r/min，屬于四缸四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，由式（15）計(jì)算可得，發(fā)動(dòng)機(jī)的激勵(lì)頻率[fj=18]"Hz。

由表1可知，喂入機(jī)構(gòu)最小的一階固有模態(tài)頻率[f1=67.127]"Hz，[f1≠fg]，[f1≠fj]，喂入機(jī)構(gòu)正常工作時(shí)不會(huì)發(fā)生共振，喂入機(jī)構(gòu)模態(tài)滿(mǎn)足要求。

3 試驗(yàn)與分析

在新疆伊犁市以小麥秸稈為作業(yè)對(duì)象進(jìn)行田間試驗(yàn)，考察方捆機(jī)的草捆密度、成捆率、生產(chǎn)率等技術(shù)指標(biāo)是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。試驗(yàn)根據(jù)GB/T"25423《方草捆打捆機(jī)》[19]的要求，將方捆機(jī)按照使用說(shuō)明書(shū)所述進(jìn)行磨合、調(diào)整、試運(yùn)轉(zhuǎn)，保證其技術(shù)狀態(tài)調(diào)整到正常工作狀態(tài)。試驗(yàn)用儀器、儀表都經(jīng)檢驗(yàn)合格且在有效期內(nèi)，試驗(yàn)環(huán)境風(fēng)速不大于4"m/s，環(huán)境空氣相對(duì)濕度不小于30%，試驗(yàn)田地基本水平，田間坡度≤5°。

3.1 草捆密度

該方捆機(jī)使用液壓壓力大小控制秸稈草捆密度，液壓壓力范圍為0～5"MPa，分別測(cè)量并計(jì)算各壓力下秸稈草捆密度。方捆機(jī)經(jīng)連續(xù)作業(yè)后，選取5捆捆型完整的秸稈草捆進(jìn)行密度計(jì)算，液壓壓力為0"MPa時(shí)，草捆密度測(cè)定結(jié)果如表2所示。

為方便比較，將秸稈草捆密度均轉(zhuǎn)化為含水率為20%時(shí)的秸稈草捆密度，計(jì)算如式（16）所示。

經(jīng)計(jì)算，在最小壓力為0"MPa時(shí)，秸稈草捆平均密度[ρ=125.6]"kg/m3，大于標(biāo)準(zhǔn)要求100"kg/m3，草捆密度滿(mǎn)足要求。其余壓力下草捆秸稈含水率為20%時(shí)的秸稈草捆平均密度如表3所示。

秸稈草捆平均密度為184"kg/m3，大于設(shè)計(jì)指標(biāo)115"kg/m3，秸稈草捆密度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

3.2 成捆率

成捆率是方捆機(jī)性能的重要指標(biāo)之一，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，方捆機(jī)成捆率需要大于95%。該方捆機(jī)在6個(gè)純工作小時(shí)內(nèi)，累計(jì)打捆2"500捆秸稈草捆，散捆16捆，成捆率為99.4%，方捆機(jī)成捆率滿(mǎn)足指標(biāo)要求。

3.3 生產(chǎn)率

該方捆機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)試穩(wěn)定后，在草條狀態(tài)1"300"mm×380"mm，拖拉機(jī)行駛15.5"km/h，草捆密度壓力2"MPa的情況下，連續(xù)作業(yè)2"h，累計(jì)打捆908捆，累計(jì)散捆5捆。計(jì)算如式（17）所示。

[E=W（ld-ls）/1 000T0] （17）

式中： E——生產(chǎn)率，t/h；

W——草捆平均當(dāng)量質(zhì)量，kg/捆；

[ld]——純工作時(shí)間內(nèi)累積打捆數(shù)，捆；

[ls]——純工作時(shí)間內(nèi)累積散捆數(shù)，捆；

[T0]——純工作時(shí)間，h。

液壓密度調(diào)節(jié)壓力在2"MPa，秸稈草捆含水率為20%時(shí)，平均質(zhì)量W=19.3"kg，代入式（17）計(jì)算可得，E=8.7"t/h。查閱相關(guān)文獻(xiàn)可知，其他方捆機(jī)生產(chǎn)率約為4.49"t/h[20]，該方捆機(jī)生產(chǎn)率遠(yuǎn)超其他同類(lèi)型方捆機(jī)。

3.4 試驗(yàn)結(jié)果

該方捆機(jī)共作業(yè)8天，累計(jì)打捆約15"000捆，生產(chǎn)率為8.7"t/h，成捆率為99.4%，秸稈草捆密度最低為125.6"kg/m3。喂入機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無(wú)共振現(xiàn)象發(fā)生，且未出現(xiàn)斷裂、變形、異響、卡滯等故障。作業(yè)后秸稈草捆形狀規(guī)則，密度高，可以滿(mǎn)足田間運(yùn)輸與使用的需求。

4 結(jié)論

1）"通過(guò)運(yùn)動(dòng)仿真分析，繪制出喂入叉端點(diǎn)基于時(shí)間的運(yùn)動(dòng)軌跡，得出前后喂入叉運(yùn)動(dòng)時(shí)有交叉且后喂入叉運(yùn)動(dòng)到最高處時(shí)進(jìn)入壓縮室，保證秸稈順利喂入；模擬分析出喂入叉端點(diǎn)的速度大小及變化趨勢(shì)，通過(guò)分析認(rèn)為喂入機(jī)構(gòu)滿(mǎn)足方捆機(jī)的喂入要求；還可根據(jù)喂入叉進(jìn)入壓縮室的時(shí)間、高度及速度為壓縮室的壓縮機(jī)構(gòu)作設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及運(yùn)動(dòng)校核。

2）"通過(guò)靜力學(xué)仿真分析得出喂入機(jī)構(gòu)的喂入主軸應(yīng)力最大為565"MPa，連桿最大應(yīng)力為293"MPa，小于材料的屈服強(qiáng)度，認(rèn)為喂入機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。

3）"通過(guò)模態(tài)仿真分析得出喂入機(jī)構(gòu)最小的固有模態(tài)頻率（一階模態(tài)）為67.127"Hz，與發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)頻率18"Hz、工作頻率1.67"Hz均不相等且相差較大，認(rèn)為喂入機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，不會(huì)發(fā)生共振。

4）"通過(guò)田間試驗(yàn)驗(yàn)證，最小壓力時(shí)秸稈草捆密度為125.6"kg/m3，成捆率為99.4%；生產(chǎn)率為8.7"t/h，大于同類(lèi)型方捆機(jī)，作業(yè)效率高；且喂入機(jī)構(gòu)在作業(yè)過(guò)程中喂入順暢，無(wú)堵草、斷裂、共振等故障發(fā)生，喂入機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理可靠。

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