9BQ系列裹包圓草捆切包機的研究

徐 冬，郭英洲，陳愛慧，田 健

(黑龍江省農業機械工程科學研究院，哈爾濱 150081)

0 引言

隨著人們生活水平的提高，畜牧業已成為我國農業的主體，草飼料打包得到了廣泛應用，靠人力切開裹包圓草捆的效率過于低下，切開捆包的飼料也不易再移動位置，因此，需要設計一種機械，既可以在地面將草捆包切開，也可以舉起在高處(如攪拌機上方)切開草捆包。草捆包應該盡量從圓心處切開，并且切開后還應有一套機構能夠自動剝離草捆包外覆的包膜和繩網，以免切碎的外包膜和繩網混入飼料，被牲畜誤食。

1 切包機的設計

1.1 設計的思路

本機具是一種通過拖拉機掛載的標準掛接機構掛載的切包機。用AutoCAD建立了兩種不同模型進行比對分析，受草捆包尺寸所限，想要既完全切開草捆包、不切偏，又使草捆包貼近夾膜裝置自動去除外包膜，切包機切刀運行的軌跡選擇就是首要條件，定下所選軌跡也就定下了切包臂大致長度，之后就是使切包臂帶著切刀沿預定軌跡運動。圖1為兩種不同液壓缸布置方式的切包機。

1.2 設計過程

初步設計了兩種不同形式的機具模型進行比較分析，兩種設計方案都采取兩側對稱的形式，動力輸出來源于兩側對稱的同步液壓缸，而由于液壓缸的沖程受液壓缸外缸筒長度所限，所以，并不能設計出一種液壓缸既能收縮的無限短，還能拉伸的很長，以滿足切包臂既能張開很大的角度，適應大直徑草捆包，又能閉合至固定齒處，將草捆包完全切開的功能需求。因此，切刀運行的軌跡受草捆包直徑、切包臂長度、液壓缸尺寸所限。

1.機架；2.液壓缸；3.切包臂；4.切刀軌跡；5.草捆包；6.固定齒；7.夾膜刀

1.3 對比設計

圖1a采用液壓缸收縮帶動切包臂和切刀向固定齒運動，以切開草捆包的結構，機架上裝有夾膜裝置，當草捆包貼上機架時，夾膜裝置工作，夾住草捆包外包膜及繩網，在切刀切到位后，液壓缸伸長，帶動切包臂反向運動，利用連接架調整整機角度，將切開的捆包內的飼料抖落，之后放開夾膜裝置，將草捆包外包膜及繩網丟棄。在這種設計方案中可以看出，切刀并不能完全切至固定齒，也就不能充分切開草捆包，要想充分切開，就要盡量縮短液壓缸外缸筒的長度，這也使得液壓缸內支桿縮短，那么，液壓缸整體伸長的長度就縮短了，導致切包臂張口變小，不適用規定直徑的草捆包?？蓪⑶邪酆蟛恐屋S降低，把液壓缸放在切包臂上面，利用液壓缸伸長的推力帶動切刀向下運動，這樣切包臂帶動切刀就可以切至固定齒處，能夠充分切開草捆包。如圖1b為第二種方案，看起來切刀運行的軌跡離草捆包圓心有些遠，不能更好地切開草捆包，因此，就要調整切包臂的長度，以使切刀盡量切過草捆包的圓心，更容易完全抖落切開的草捆包內的飼料。通過以上分析，圖1a切包機的切刀運行軌跡較差，切包效果不好，草捆包直徑改變就不易將草捆包切透，采取回縮液壓缸拉動切包臂的結構，無法充分利用液壓缸的動力輸出。相對而言，圖1b的切包機切刀運行軌跡較好，切包充分，能夠適應多種直徑的草捆包。

2 受力分析

切刀在切開草捆包的過程中受到了一定的阻力，以上兩種不同的利用液壓缸的方式，即一種利用液壓缸內支桿回縮的拉力，另一種利用液壓缸內支桿伸長的推力，來帶動切包臂切開草捆包。由液壓缸的結構決定了同等情況下液壓缸的推力大約是拉力的2倍，為了滿足切包機液壓缸動力輸出轉化為切刀切包的力能切開草捆包，以及切包臂受到的作用力對強度的要求，需要對切包臂頭部連接切刀處進行受力分析，如圖2可知

F1×L1=F2×L2

即：F1/F2=844/272=3.1。

F3×L3=F2×L4

即：F3/F2=838/227=3.7。

也即是為達到切開草捆包相同大小的力，第一種液壓缸回縮需要輸出的力是切刀阻力的3.1倍，第二種液壓缸伸長需要輸出的力是切刀阻力的3.7倍，結合液壓缸推力與拉力之間的關系，第一種液壓缸需要更大的動力輸出，由F1≈F3，可得出兩種切包臂的強度要求相仿。

圖2 切包機切包臂受力圖

3 優化設計

圖3 夾膜刀結構圖

經過以上對切刀軌跡和切包臂受力分析，選擇第二種設計方案的切包機，它能充分利用液壓缸的動力輸出，使切刀更有力，適用于阻力更大的草捆包?？紤]到實際應用中草捆包的直徑并不是固定的，經過上面的綜合分析，設計的切刀軌跡只能針對一種特定直徑的草捆包，這違背了設計機具的初衷，因此，還需在不改變切包臂長度的情況下，使設計出的切包機的切開功能更好地適應不同直徑的草捆包。要想使切包機能適用于多種尺寸直徑的草捆包又不改變機具主要結構的尺寸，那么就要改變草捆包在切包機上的夾取位置，位置的改變就造成草捆包與機架前擋板之間距離的改變，處于機架前擋板處的夾膜刀組就有可能無法夾住草捆包外包膜，因此，要調整夾膜刀的結構，夾膜刀不能太小，勾入深度應大于100 mm。繞轉的固定軸轉動角度不能太大，應小于60°。如圖3中為初步設計的兩種夾膜刀組，雖然大小上滿足了需求，但是很難保證固定軸不轉動太大角度。轉動角度太大，就需要相配合的小液壓缸沿固定軸旋轉過大的角度，有可能掰缸，更不能夾住草捆包外包膜，因此，只能放棄這種形式的結構，改為能靈活調整夾膜刀組位置的結構，即設計一個靈活的可以伸出的機械手，或者縮小的切包臂樣的機構，由另一套液壓缸帶動，繞一個固定軸轉動，隨著草捆包直徑的改變而調整位置，使夾膜刀組始終能貼近草捆包，夾緊草捆包外包膜。最后，在主液壓缸動力輸出足夠的情況下，可考慮改變切刀與運行軌跡所成的角度，這樣使切刀在切開草捆包后，還能產生一個向前的推力，推開前半部草捆包，更利于抖落飼料。

通過以上的各種改變，我們設計的工作流程也要做相應的改變，即液壓缸收縮使切包臂開角至最大，由拖拉機帶動本機具，使切刀處于橫放的草捆包垂直中線處壓緊；控制液壓缸伸長，同時緩慢前行拖拉機，使切刀盡量沿草捆包圓心切過，同時使草捆包盡量貼近固定架前擋板；草捆包貼近前擋板后就可以使夾膜刀組閉合，夾住捆包外膜，直至切刀完全切開捆包后，收縮液壓缸，使切包臂開角至最大；調整拖拉機連接架，將包內飼料完全抖落；移走拖拉機，反向操作夾膜刀組，抖落剝下的捆包外膜。

4 結論

通過以上設計，本切包機運轉更靈活，由于改變了與切刀的連接角度，改變了夾膜刀組運行模式，選用了圖1b所示的整體結構，使本套設計方案切包效果更好，能充分利用液壓缸的動力輸出；夾膜刀組適應性強，可徹底清除外包膜，避免被家畜誤食。

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