打捆包膜一體機的研究與試制

袁正華

（上海世達爾現代農機有限公司，上海市 200245）

0 引言

2021年中央1號文件《中共中央國務院關于全面推進鄉村振興加快農業農村現代化的意見》中提出“鼓勵發展青貯玉米等優質飼草飼料”內容。打捆包膜機作為青貯優質飼料裹包制作的先進農機裝備，已經越來越受市場和農機戶歡迎。

打捆包膜一體機主要通過固定作業方式，拖拉機或電動機提供動力源，把松散或細段的牧草、青貯玉米等飼草料，通過投料倉進入到輸送裝置，然后投入到圓捆機的腔體內，通過滾筒皮帶的帶動、纏網，飼草料成為結實的網包圓捆，最后通過搬運裝置，到達包膜裝置，完成纏膜作業，變成密封的纏膜捆包。

1 基本構造和主要功能部件研究

1）打捆包膜一體機按草料流動方向來看，主要包含草料倉總成、輸送喂入裝置、捆包成型裝置、搬運裝置、包膜裝置等五大功能部件。該機各功能裝置的運轉，由液壓驅動、機械傳動、電器控制等系統，通過編程控制，互相制約，協調實施。

如圖1所示，草料倉總成由料倉和水平輸送機構組成，草料進入料倉通過水平輸送機構向后方運送。

圖1 打捆包膜一體機

輸送喂入裝置由傾斜輸送機構和水平喂入機構兩段組成，草料進到傾斜輸送機構上，逐步均勻地通過水平喂入機構將草料喂入捆包成型裝置的內腔。

捆包成型裝置由布置成圓形的滾筒組和纏網機構組成。滾筒組形成一個圓形內腔，松散的草料在滾筒高速運轉下變成緊密的草捆，然后通過纏網機構，將草捆纏上網，形成不易散捆的包。

搬運裝置將完成捆包的草捆運送到包膜裝置里，通過液壓系統傳遞動力，由鏈輪和鏈板組成。

包膜裝置由轉臺、包膜機構、回轉臂等組成，草捆進入包膜裝置，回轉臂將薄膜纏繞到草捆上，經過轉臺的旋轉并按照設定包膜層數進行包膜作業，層數達到要求時，停止包膜，轉臺翻轉，草捆滾落至地面，形成需要的密封良好纏膜捆包。

2）本機液壓系統由輸送器閥組、上料閥組、捆包閥組、網機構閥組、搬運輸送器閥組、包膜閥組、齒輪泵、油箱、冷卻器等組成。

草料倉總成的水平輸送機構由輸送器閥組系統來控制動作。本閥組系統機能符號如圖2所示，由閥塊、電磁換向閥、溢流閥、液壓馬達等組成。電磁換向閥最大工作流量40 L/min，最大工作壓力35 MPa；溢流閥最大工作流量30 L/min，調節范圍18～35 MPa。

圖2 輸送器閥組系統

輸送喂入裝置由上料閥組系統控制動作、調節速度。本閥組系統機能符號如圖3所示，由閥塊、溢流閥、比例調速閥、壓力補償器、電磁換向閥、節流閥、液控單向閥、分流集流閥、液壓馬達、油缸等組成。溢流閥最大工作流量200 L/min，調節范圍1～35 MPa；比例調速閥最大工作壓力21 MPa，流量調節范圍1～28 L/min。

圖3 上料閥組系統

捆包成型裝置由捆包閥組、網機構閥組等兩個系統協同作用進行各項動作，完成草捆成型、纏網、放捆等系列連續動作。捆包閥組系統機能符號如圖4所示，由閥塊、電磁換向閥、溢流閥、壓力傳感器、單向節流閥、液控單向閥、蓄能器、比列溢流閥、油缸等組成。蓄能器容積為0.75 L，預充壓力40 bar，與液壓油缸一起作用，起到保壓功能，草捆成型時保持草捆密度穩定。網機構閥組由閥塊、溢流閥、電磁換向閥、液控單向閥、壓力傳感器、單向節流閥、馬達等組成。溢流閥調壓范圍2～21 MPa，初始設定壓力為12 MPa。

圖4 搬運輸送器閥組系統

搬運裝置由搬運輸送器閥組系統進行動作控制。本閥組系統由閥塊、電磁換向閥、溢流閥、馬達等組成。馬達選用BMR-400，排量400 cc/rev，最大輸出扭矩38 daNm。

包膜裝置由包膜閥組系統控制整個包膜過程每個動作的運轉。本閥組系統由閥塊、液控單向閥、電磁換向閥、節流閥、單向閥、馬達、液壓油缸等組成。馬達選用排量250 cc/rev，最大輸出扭矩38 daNm。

3）電器控制系統由顯示器、控制器、傳感器和遙控器等組成，如圖5所示。接收顯示器操作指令并控制電磁閥開啟或關閉，以達到自動控制一體機執行送料、送網、切網、后機架打開、后機架關閉和包膜等動作。

圖5 電器控制系統

顯示器選用型號RT0500，系統分自動模式（AUTO）和手動模式（MANUAL），通過按鍵切換，自動模式下，顯示屏中間顯示整個系統運行狀態，綠色表示正常，黃色表示注意，紅色表示錯誤；當某個部件出現問題后，蜂鳴器報警并在相應位置顯示紅色。

手動模式下，通過按鍵來切換執行哪個部件，顯示屏顯示當前要操作的部件并顯示藍色，按鍵執行部件的上下動作，同時相應箭頭顯示藍色。

顯示頁面可顯示當前操作模式、轉速、打包數量等。

控制器選用型號RT-T172，接收傳感器信息并將接收到的信息通過計算顯示在顯示屏上。控制器功能模塊輸出47個、輸入36個、輸出電源8個、現場總線8個。

輸送喂入裝置部位有電感傳感器，捆包成型裝置部位除液壓系統的壓力傳感器外，還有角度傳感器、電磁傳感器、電感傳感器等，包膜裝置部位有角度傳感器、電磁傳感器、光電傳感器等。

電感傳感器選用Telemecanique 電器的XS118BLPAM12型、電磁傳感器選用歐姆龍公司的GLS-S1型、角度傳感器選用Novotechnik公司的SP2800型、光電傳感器選用型號為PZM-71P型、壓力傳感器選用型號為LVC1134GG1400型。

遙控器由無線發射器和無線接收器組成，無線發射器選用BEB型8點按鍵式，防護等級IP65；無線接收器選用型號R11C-2，24路繼電器和12路PWM輸出。

2 一體機作業試驗、檢測

樣機完成后，經過廠內試運轉后，分別在河南和甘肅兩省進行了場地作業試驗。

2.1 作業試驗情況

在河南省鄧州市，作業對象是青貯玉米，濕度在63%，切斷長為20～40 mm。單個捆包重量平均為830 kg，單個捆包完成時間平均為4 min。作業中，檢查底板輸送器、供給輸送器、成型室捆包、網包機構、搬運輸送器、包膜機構等各工作部件，功能和性能良好；監測齒輪箱油溫、液壓油溫等，均在可控范圍內；試驗中，調試電器和液壓控制系統，解決捆包未纏網、后機架就自動打開等問題。

經過作業試驗，發現樣機作業效率未達到設計要求，市場要求完成單個捆包作業時間為3 min左右。樣機需要進一步改善，主要原因分析和改進對策如下：

1）草料進入成型室的邏輯控制不合理。改進對策是捆包腔體滿料后追料30秒后，再下網纏網。

2）成型室的皮帶在草料充滿后進料不暢，這樣延長了作業時間。改進對策是降低草料供給量，追加滿料完成按鈕。

3）成型室前、后、上部漏料嚴重。改進對策是調整各部輸送能力和優化程序設置值。

經過以上改善，樣機繼續作業試驗。在甘肅省慶陽市，作業對象是青貯玉米，濕度在70%，切斷長為30 mm左右。單個捆包重量平均為960 kg，單個捆包完成時間平均為2.9 min，基本滿足市場需求。

2.2 產品主要技術規格

1）名稱：打捆包膜一體機；

2）掛接方式：固定式；

3）配套動力型式：拖拉機或電動機；

4）適用草捆直徑：1 150 mm；

5）適用草捆長度：1 200 mm；

6）卷壓滾筒數量：17個；

7）膜架數量：2個。

2.3 產品性能檢測結果

經過以上作業試驗，公司邀請農機檢測機構在甘肅定西市，對樣機各項性能指標進行了檢測。物料含水率70%，單個捆包重量平均達1 010 kg，詳細性能檢測結果見表1。

表1 性能檢測結果

3 結語

通過兩年的技術研發，樣機進行了作業試驗和性能檢測，打捆包膜一體機研制基本達到了試驗研究的目的。由于樣機投入成本高，制造成本接近200萬元，場地準備、物料準備、作業季節等作業試驗條件比較苛刻，樣機的實地可靠性試驗沒有充分進行。將來還要進行如下工作和研究：

1）在小批量生產中，提高機械、液壓、電器控制系統的穩定性，解決因此產生的作業效率不高的問題。

2）繼續研究捆包成型裝置，改善進料口結構，提高物料進入的效率，以此進一步提高整機作業效率。

3）捆包成型后，研究用拉伸膜對草捆纏繞成捆，替換目前使用的網纏繞結構，滿足大型農場飼喂牛羊的特殊市場需求。