方草捆收集車的設(shè)計與試驗

孫文婷,王振華,郝興玉,楊 莉,張 寧

(中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院 呼和浩特分院有限公司,呼和浩特 010010)

0 引言

隨著我國草原畜牧業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、退耕還草和退化草場治理面積的逐年擴大,以及人工草場種植面積的逐年增加,牧草的收貯將直接影響畜牧業(yè)的發(fā)展和草原畜牧業(yè)的發(fā)展規(guī)劃[1]。此外,我國是農(nóng)業(yè)大國,每年產(chǎn)生大量的農(nóng)作物秸稈,約為6億t,其數(shù)量之大差不多相當(dāng)于北方草場全年產(chǎn)草量的50倍,且玉米、大麥、小麥和稻谷等作物秸稈約占世界總產(chǎn)量的20%～30%。因此,牧草收獲設(shè)備的開發(fā)進程就顯得尤為重要[2-3]。

適合我國國情的小方草捆打捆機已經(jīng)在廣大牧區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用,然而目前還沒有技術(shù)先進、結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、適合我國小方草捆的收集機具[4]。草捆在田間的撿拾、裝運全都依靠人工作業(yè),勞動強度高、工作效率低,致使牧草不能及時高效收貯,在造成經(jīng)濟損失的同時影響了優(yōu)質(zhì)飼草的生產(chǎn)和供給,嚴(yán)重制約了我國飼草、秸稈商品化生產(chǎn)[5]。

針對以上問題,設(shè)計了方草捆收集車。該機與打捆機配套使用,將打好的草捆收集成組,減輕了人工撿拾勞動強度,提高了牧草收獲工作效率。

1 基本結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 基本結(jié)構(gòu)

該機主要由牽引裝置、草捆喂入裝置、右側(cè)箱體、推草機構(gòu)、卸草機構(gòu)和電液控制系統(tǒng)等組成。整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示,主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

1.牽引裝置 2.草捆喂入裝置 3.右側(cè)箱體 4.推草機構(gòu) 5.行走機構(gòu) 6.卸草機構(gòu)

表1 方草捆收集車主要技術(shù)參數(shù)

續(xù)表1

1.2 工作原理

草捆喂入裝置將從壓捆室出來的草捆順正,通過喂入鏈條把草捆向后輸送;當(dāng)草捆向后移動觸發(fā)草捆行程開關(guān)時,喂入鏈條停止運行,推草機構(gòu)啟動,將喂入裝置中收集到的草捆向右側(cè)箱體推送后回到起始位置;喂入鏈條再次啟動繼續(xù)喂入草捆,重復(fù)以上動作直到推草機構(gòu)上產(chǎn)生的推送壓力達(dá)到設(shè)定值后,電磁離合器結(jié)合并啟動卸草機構(gòu),將草捆組從收集車后方推出。

整機采用行程開關(guān)控制草捆喂入、收集、卸載動作的開始與結(jié)束,保證各環(huán)節(jié)連接順暢、有序,工作過程穩(wěn)定可靠。

2 關(guān)鍵零部件設(shè)計

2.1 草捆喂入裝置的設(shè)計

將接收到的草捆進行有序擺放是草捆喂入裝置的主要功能,也是收集車順利工作的重要前提。草捆喂入裝置主要由入草口、輸送鏈條、撥草板、壓力開關(guān)及馬達(dá)等組成,如圖2所示。入草口設(shè)計成喇叭狀,可以將傾斜的草捆順正;撥草板安裝在輸送鏈條上,作用是將草捆卡住;輸送鏈條將草捆向后輸送,其動力由液壓馬達(dá)提供。

1.撥草板 2.入草口 3.輸送鏈條 4.壓力開關(guān) 5.馬達(dá)

2.2 推草機構(gòu)的設(shè)計

推草機構(gòu)由兩個相互平行的支撐桿和一個推草桿組成,支撐桿兩端分別與推草桿和草捆喂入裝置連接,如圖3所示。推草機構(gòu)的動作由液壓油缸控制,液壓油缸一端連接在草捆喂入裝置的側(cè)壁上,另一端與靠近它的支撐桿轉(zhuǎn)動連接,推草桿在液壓油缸的作用下推動草捆進行側(cè)移。

1.支撐桿 2.推草桿 3.液壓油缸安裝孔

2.3 卸草機構(gòu)的設(shè)計

卸草機構(gòu)主要由地輪、電磁離合器、卸草鏈條及卸草桿組成,如圖4所示。地輪設(shè)在行走機構(gòu)的輪軸上,電磁離合器設(shè)在卸草軸上,卸草軸設(shè)在收集車后面的鏈輪上,卸草鏈條通過鏈輪安裝在草捆喂入裝置和右側(cè)箱體的兩側(cè),兩個卸草桿均布在卸草鏈條上。卸草機構(gòu)采用地輪驅(qū)動傳動系統(tǒng)設(shè)計方案,無需專門的動力供給,通過電磁離合器使卸草驅(qū)動鏈輪與行走輪進行離合,不僅能夠保證離合的及時性和徹底性,還能產(chǎn)生足夠的卸載動力。

1.地輪 2.電磁離合器 3.卸草桿 4.卸草鏈條

2.4 電液控制系統(tǒng)的設(shè)計

電液控制系統(tǒng)主要由液壓油缸、草捆清零開關(guān)、停止卸草開關(guān)、草捆行程開關(guān)、壓力開關(guān)及液壓油缸復(fù)位開關(guān)組成,如圖5所示。進入箱體的草捆觸發(fā)草捆行程開關(guān)并釋放草捆清零開關(guān),喂入鏈條將停止運行,推草機構(gòu)伸長;當(dāng)推草機構(gòu)完全伸開時,液壓油缸復(fù)位開關(guān)會被開啟,使推草裝置回到起始位置;當(dāng)推草裝置回到起始位置附近時,液壓油缸復(fù)位開關(guān)關(guān)閉,再次啟動喂入鏈條;重復(fù)這個過程,直到箱體被裝滿。當(dāng)箱體被裝滿時,推草裝置試圖向前推進,但卻移動不了且產(chǎn)生壓力;當(dāng)該壓力超過壓力開關(guān)的設(shè)定值時,壓力開關(guān)開始工作,釋放推草裝置并使電磁離合器吸合,通過地輪驅(qū)動鏈條將動力傳遞給卸草鏈條,從而驅(qū)動卸草桿進行卸草;當(dāng)卸草桿轉(zhuǎn)過來時,啟動停止卸草開關(guān),使離合器分開,卸草鏈條停止轉(zhuǎn)動。

3 試驗與分析

3.1 試驗條件

試驗地點在鄂爾多斯市達(dá)拉特旗白泥井鎮(zhèn),試驗物料為第三茬苜蓿草,配套打捆機為紐荷蘭側(cè)牽引打捆機。打捆作業(yè)的試驗條件滿足GB/T 25423-2010中第6條的要求,收集作業(yè)的試驗條件滿足參考文獻(xiàn)[7]、[8]相關(guān)條款的要求。試驗現(xiàn)場收集后的草捆組如圖6、圖7所示。

圖6 試驗現(xiàn)場

圖7 經(jīng)草捆收集車收集后的草捆組

3.2 試驗及結(jié)果分析

按參考文獻(xiàn)[7]中有關(guān)條款的規(guī)定,對機器進行了試運轉(zhuǎn)和調(diào)試,并將機器調(diào)整到最佳工作狀態(tài)后進行性能試驗。主要對純工作小時生產(chǎn)率、一次收集草捆數(shù)量、草捆組整齊率及卸草捆離合器接通響應(yīng)時間等性能指標(biāo)進行了測試,并對試驗結(jié)果進行了分析。

3.2.1 純工作小時生產(chǎn)率

收集作業(yè)試驗測試3次,每次測試時間不少于30min。分別記錄收集的草捆數(shù)和測試時間,按式(1)計算純工作小時生產(chǎn)率,并求其平均值。

(1)

式中Ec—每小時生產(chǎn)率(捆/h);

N—收集草捆數(shù)量(捆);

Tc—測試時間(h)。

試驗結(jié)果如表2所示。

表2 純工作小時生產(chǎn)率

由表2可以看出:收集車純工作小時生產(chǎn)率平均值為180捆/h,符合設(shè)計要求。

3.2.2 一次收集草捆數(shù)量

測定每次草捆收集和推出行程中的草捆數(shù)量,試驗結(jié)果如表3所示。

表3 一次收集草捆數(shù)量

由表3可以看出:方草捆收集車一次收集草捆數(shù)量為15捆,性能指標(biāo)達(dá)到設(shè)計值要求。

3.2.3 草捆組整齊率

檢測堆放在平坦地面上的一次收集的草捆組的上面4個邊長尺寸,當(dāng)其最大值與最小值之差不大于長邊平均值的20%時,應(yīng)判為整齊草捆組;否則,應(yīng)判為不整齊草捆組。至少測定10次收集的草捆組,測量判斷并統(tǒng)計其數(shù)量。草捆組整齊率由式(2)計算,求取平均值。

(2)

式中Zz—草捆組整齊率(%);

Iz—測定的整齊草捆組的數(shù)量(組);

Iq—測定的全部草捆組的數(shù)量(組)。

試驗測量及計算結(jié)果如表4所示。

表4 草捆組整齊率

由表4可以看出:方草捆收集車的草捆組整齊率高于95%,性能指標(biāo)達(dá)到設(shè)計要求。

3.2.4 卸草捆離合器接通響應(yīng)時間

在行駛過程中,機器收集草捆的數(shù)量達(dá)到單次收集的全部草捆數(shù)量的狀態(tài)下,觀察推草油缸的動作。該油缸推后馬上縮回的瞬間,卸草捆離合器開始接通;接通后到卸草機構(gòu)開始動作的時間即是該離合器接通響應(yīng)的全部時間。用電子秒表記錄該響應(yīng)時間,測量4次取平均值。試驗測量及計算結(jié)果如表5所示。

表5 卸草捆電磁離合器接通響應(yīng)時間

由表5可以看出:方草捆收集車卸草捆離合器接通響應(yīng)時間均低于1s,性能指標(biāo)達(dá)到設(shè)計要求。

4 結(jié)論

1)方草捆收集車性能試驗表明:收集車總體結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵部件設(shè)計合理,各環(huán)節(jié)銜接順暢、動作準(zhǔn)確,純工作小時生產(chǎn)率、一次收集草捆數(shù)量、草捆組整齊率及卸草捆離合器接通響應(yīng)時間等各項性能指標(biāo)都達(dá)到設(shè)計要求。

2)利用機械設(shè)備適時對牧草進行收獲、加工成形,并及時將草產(chǎn)品撿拾集中運輸、安全貯存是優(yōu)質(zhì)牧草生產(chǎn)的關(guān)鍵。采用方草捆收集車與打捆機配合作業(yè),可大大減輕人工勞動強度,降低成本,提高了牧草收貯效率及優(yōu)質(zhì)青干草的貯存品質(zhì),減少了牧草收獲貯存運載的損失和污染,使得種植牧草的直接效益成倍增加,促進優(yōu)質(zhì)干草的商品化快速流通[9]。