秸稈打捆機的結構設計

王會

摘 要：我國是一個農業大國，小麥秸稈的合理利用是我國面臨的一大問題，因為每年都會因為秸稈利用引發一系列的問題。本設計將打捆機的曲柄搖桿機構轉變成橢圓齒輪驅動的轉臂式打捆機構，不僅能提高工作效率，還能提高運動的平穩性。

關鍵詞：打捆機;轉臂式打捆機構;橢圓齒輪;結構設計

中圖分類號：TH136 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）04-0047-02

Structure Design of Straw Bale

WANG Hui

（School of Mechanical and Electronical Engineering， Dezhou University，Dezhou Shandong 253023）

Abstract： China is a large agricultural country， and the use of wheat straw has become a big problem， because every year a series of problems caused by the use of straw. In this design， the crank and rocker mechanism of the baler was transformed into a rotary arm baling mechanism driven by elliptical gears， which could not only improve the working efficiency， but also improved the motion stability.

Keywords： baling machine;rotary arm type bundling mechanism;elliptic gears;structural design

農村的機械動力都是小型機械，相比發達國家的機械化作業，不僅受機械化水平低的影響，而且受土地面積的影響。因此，決定了國外的機械化大田地作業并不適合我國農村。我國對秸稈打捆機的設計開發較國外晚一些。使用初期，我國一方面從發達國家引進撿拾壓捆機;另一方面開始自行研制開發打捆機。20世紀80年代初期，我國已能生產自主研發的打捆機，并且投入市場使用。目前，國家對可再生資源的開發和再利用的重視度越來越高，國內市場對秸稈這種可再生資源的需求也在逐漸提高，生產高效秸稈打捆機的企業也越來越多，特別是農業機械生產企業都在研制和開發各種類型的秸稈打捆機。國內秸稈打捆機主要生產企業有中機美諾和上海世達爾等。我國收獲機械在性能方面的可靠性偏低，但是配套設備市場需求量巨大，國內只有少量的企業生產摟集設備，其他與打捆相機關設備的都依賴進口[1]。因此，研發符合我國農業生產的秸稈收獲機械也是農用機械設計的發展趨勢。

1 打捆機的結構設計

1.1 動力傳動路線及工作原理

打捆機整體結構設計如圖1所示。

第一條傳動路線：由鏈輪傳入輸入軸，經過錐齒輪傳入中心軸，再通過輸入卡爪將動力傳遞給11（圖1）。

第二條傳動路線：由鏈輪將動力傳遞給軸，通過錐齒輪傳遞給中心軸，再通過中心齒輪和惰輪傳給輸出軸，最后通過爪座到后爪傳遞給前爪（見圖1）。

打捆機的工作原理：在打捆機的齒輪箱體里安裝5個模數相同、幾何尺寸也相同的橢圓齒輪，橢圓齒輪的回轉中心都分布在橢圓齒輪的焦點上，而且其相位都一樣。工作時，作為原動件齒輪箱繞中心輪的回轉中心轉動，另一個原動件中心輪，則通過齒輪箱和爪座的不等速轉動的合成，使爪按照一定的軌跡運動，這個軌跡就是打捆秸稈需要的軌跡[2]。

1.2 打捆機構動力傳入系統

可根據打捆機的生產需要，確定其需要的主要設計的性能參數。秸稈的調節長度為0.5～1.2m，每次喂入量在0.7～0.9kg/次，純工作小時生產率：1 650～2 100kg/h。選用功率為18.5kW，滿載轉速為2 930r/min，型號為Y16L-2的Y系列三相異步電動機。

傳入系統包括主動鏈輪、從動鏈輪、滾子鏈、輸入軸、兩個錐齒輪、輸入卡爪、輸出卡爪和兩個滑動軸承座。滾子鏈傳動是依靠鏈輪的輪齒和鏈節的嚙合傳遞運動，鏈傳動能在惡劣環境中能正常工作，成本低，使用壽命長。從動鏈輪是直接焊接在輸入軸上，而輸入軸的支撐為兩個滑動軸承。兩個滑動軸承的軸承座通過螺栓連接固定在機箱的箱體上。錐齒輪采用的平鍵連接進行周向的固定。軸向固定采用的是軸肩、軸端擋片以及緊定螺釘。輸入卡爪是直接焊接在中心軸上，輸出卡爪是通過螺栓、螺母和齒輪箱進行連接[3]。

1.3 定位系統

秸稈打捆機的定位系統是由端蓋、橢圓齒輪箱定位板、定位銷以及爪座定位擋板等組成。根據機箱上兩個有角度要求的定位銷孔和橢圓齒輪箱定位板上兩銷孔的位置來保證橢圓齒輪箱的定位板的起始安裝角度。由于定位板上的兩孔和卡爪爪座相連，而爪座卡爪和輸出軸相對位置也是固定的，而且輸出軸位置、橢圓齒輪箱已經確定。因此，可根據定位板的位置確定橢圓齒輪箱的位置，保證齒輪箱初始安裝的精確度。

為保證前爪和后爪相對于橢圓齒輪箱的位置確定不變，將爪座定位擋板和爪座焊接在一起。同時要保證爪座中心線的角度和爪座定位板中心線之間的位置關系。橢圓齒輪箱定位板和爪座定位擋板的位置角度應該相同，從而能保證爪的初始安裝的精確性。

1.4 傳動系統

橢圓齒輪傳動系統由五個橢圓齒輪、安裝齒輪用的軸、支撐的滾動軸承以及齒輪箱等部分組成。橢圓齒輪傳動與圓柱齒輪相比，具有傳動副的結構位置緊湊、剛性好、傳動平穩、可靠性高等特點;同時，可根據設計要求的變傳動比進行有規律的精確的結構設計。根據設計要求，設計的齒輪傳動系統中設計為五個模數相同、結構尺寸相同的橢圓齒輪，依次互相嚙合，安裝在橢圓齒輪箱的箱體里。根據橢圓齒輪運動規律的要求，確定橢圓的長半軸a=70mm，橢圓的短半軸b=30mm。根據橢圓齒輪的設計要求，齒輪齒數是奇數。因此，確定齒輪的齒數為35齒，模數為4mm。

齒輪箱中是以中心齒輪所在的軸的軸線為對稱中心，左右兩個齒輪和相應的軸對稱安裝。安裝齒輪的軸根據安裝及定位要求設計成階梯軸，用軸肩對軸上的零件進行軸向定位。安裝卡爪的兩個輸出軸結構相同，軸頭部分要設有螺紋以便軸向固定[4]。

1.5 執行系統

打捆機的執行系統由爪座卡爪、爪座、前爪和后爪幾部分組成。動力通過輸出軸傳給爪座卡爪，最后傳遞給爪座帶動前爪、后爪進行運動。其中，輸入卡爪和中心軸焊接在一起，并將傳入的運動傳遞到輸出卡爪上，然后再傳遞給機箱。兩側定位各不相同，一側通過焊接定位在中心軸上;另一側和軸定位。上下左右對稱位置分別設置4個寬為20mm，并且相對軸心對稱度為0.025的槽，這樣能和輸出卡爪卡死。輸出卡爪的設置要對應輸入卡爪的4個寬為20mm的槽，使得凸出的槽能和輸入卡爪卡死，并且將輸入卡爪的運動傳遞到輸出卡爪，中間有直徑為50mm的孔和特殊形狀的孔，能夠與輸出軸配合傳遞運動。左側端面及圓周用于和橢圓齒輪箱定位擋板固定及定位。再通過螺栓與橢圓齒輪箱連接，接著將運動傳遞給齒輪箱。

通過結構可求出爪尖到爪座上用于安裝前爪的中間螺栓的長度，然后再確定寬度、高度。后爪可以用同樣的方法求出尺寸。考慮到安裝時的干涉問題，可改變后爪的形狀，將后爪通過螺栓連接固定在前爪上。

2 結論

本文設計的橢圓齒輪驅動的秸稈打捆機構在工作時能改善打捆機對秸稈的通過時間的掌控。在橢圓齒輪轉動的一定角度范圍內，結構設計使卡爪能對秸稈進行摟取停頓的時間較長，從而能摟取更多的秸稈，同時在卡爪摟取動作結束后，能快速返回。這樣可保證打捆機構工作時間變長。本設計能改善打捆機的性能，提高工作效率，促進農業生產，具有一定的應用前景。

參考文獻：

[1]濮良貴，陳國定，吳立言.機械設計[M].9版.北京：高等教育出版社，2013.

[2]劉煬，袁媛，韓江.高階變性橢圓類非圓齒輪副設計與仿真[J].機械傳動，2014（12）：37-40.

[3]張國政，韓江，劉有余.高階橢圓齒輪加工方法及理論[J].計算機集成系統，2014（5）：1106-1113.

[4]成大仙.機械設計手冊[M].5版.北京：化學工業出版社，2010.