谷物联合收割机配套打捆机喂入机构设计

邹城市农业机械化学校　张凤娟

谷物联合收割机配套打捆机喂入机构设计

邹城市农业机械化学校张凤娟

近几年，谷物联合收割机配套打捆机技术正在悄然兴起，以其价格较低、结构简单、无须机具二次进地、无须动力机械牵引、操作方便、可靠性高等特点逐渐受到广大农民的认可。喂入装置是其关键组成部分，直接影响到能否形成秸秆草捆，本文以该装置的设计为重点，对几种形式的喂入装置进行剖析。经过对比发现，因受到空间结构的限制，以滚筒式喂入装置较为合理。

秸秆；联合收割机；配套打捆机；喂入装置；设计

1　引言

我国秸秆资源丰富，据相关部门和专家估算，2015年我国主要农作物秸秆可收集资源量为9亿吨，其中，谷物秸秆产量占1/3左右。谷物秸秆是重要的生物质能源，除了做肥料、饲料，还可以做工业原料，具有一定的商业价值。充分利用好谷物秸秆，不仅能够改善环境，还能增加农民的收入，提高农民生活水平，符合科学发展观的发展要求，符合建设资源节约型国家的实际需要。

秸秆作为日常燃料的功能逐渐消失，且收获机械通常把谷物秸秆直接抛撒或粉碎在田间，不做收集处理。在小型秸秆捡拾打捆技术已经成熟的今天，为了赶农时，减少机具进地次数及作业成本，一般也不会对秸秆进行收集利用。随着秸秆综合利用技术的逐步成熟及相关产业的兴起，谷物秸秆被抛在田间直接还田的做法已经不能完全适应农业与环境发展的要求。

在这种背景下，联合收割机配套打捆机应运而生。配套打捆机主要由减速机、秸秆通道、喂入装置、捆绳装置、密度调节装置、成捆室、捆绳箱等部件组成。其中，喂入机构是关系到秸秆草捆形成的关键部件。

2　设计要求

谷物联合收割机配套打捆机以其价格较低、结构简单、无须机具二次进地、无须动力机械牵引、操作方便、可靠性高等特点逐渐受到了广大农民的认可。其设计应遵循“保证工作性能，简化机具结构，降低生产成本”的原则。而喂入机构的设计在遵循总体原则的同时，还要注意以下几点：

（1）在设计过程中，可借助捡拾喂入打捆机喂入机构的原理，简化设计过程。

（2）喂入机构是秸秆通道和压缩活塞之间的工作部件，工作过程中不得与配合部件之间有干扰。

（3）受结构空间限制，喂入机构所占空间要小，但同时必须要保证喂入作业的通畅和质量。

（4）为简化结构，减少动力机械设置，喂入机构的动力通过联合收割机的某个装置提供。

3　结构形式设计方案

与牵引式或自走式打捆机不同，配套打捆机的秸秆喂入并不是通过捡拾机构加喂入机构完成，而是通过设置秸秆通道，使从谷物联合收割机的出草口喷出的秸秆通过通道直接进入打捆机的进料口。

在多数情况下，从上向下喂入物料可以借助物料自身的重力，但在配套打捆机中，秸秆自重较轻，且仅依靠联合收割机风机吹出的力量很难将秸秆全部吹入打捆机，尤其是秸秆较多时，打捆机进料口特别容易堵塞，还会有部分秸秆在活塞进行压捆动作时进入到活塞轨道上，造成活塞运动受阻。

在秸秆通道中设置喂入机构，由喂入机构将喷入通道的秸秆拨送到压缩活塞前方。这种结构不仅简化了打捆机结构，节省了整机占用空间的大小，同时也保证了秸秆质量（不存在捡拾杂质问题）。下面，就喂入机构的结构形式进行探讨和剖析，并为配套打捆机选择合理的喂入机构形式。

3.1拨叉喂入机构

拨叉喂入机构以其适应性强、输送喂入效果好等特点被广泛应用于各种形式的捡拾打捆机中。喂入机构工作时，拨叉在捡拾器的后上方将捡拾器向后上方抛送的物料沿着弧形滑道向压缩室喂入口输送，最终将物料输送进压缩室内，然后迅速回到捡拾器后上方进入工作状态。图1为拨叉喂入机构图。

图1　拨叉喂入机构

在驱动链轮的带动下，曲柄带动偏心轴绕曲柄轴转动，偏心轴上的拨叉随着偏心轴转动。在拨送物料时，拨叉顶端距离曲柄轴线较远，在物料拨送完成后，拨叉顶端回缩，距离轴线较近，从而避免和压缩室及活塞等发生干扰。

这种结构形式利用曲柄连杆原理，设计简单，但必须要注意的是，输送过程中拨叉匀速运动，物料均匀且平稳无颤动。同时，拨叉顶端距离弧形滑道贴近，保证运送的物料可全部进入压缩室。此外，拨叉在将物料送入压缩室时的归位动作要迅速，以保证在不影响活塞工作的同时，也不和活塞有任何干扰或碰撞。

还有一种双拨叉喂入机构，即在偏心轴的圆周上与单拨叉成一定角度（小于180°）再设置一组拨叉，是单拨叉喂入机构优化后的产物，机构运动简图如图2所示。优化后的拨叉喂入机构喂入量增大，效率更高，可靠性更好。

图2　双拨叉喂入机构

3.2螺旋切碎式喂入机构

滚筒式螺旋喂入机构具有工作负荷均匀、切碎质量好、机器振动小的特点，但这种结构同样需要配置专门的抛送装置，如捡拾器。这种形式的喂入机构一般带有切碎功能，常见于国外进口的大中型圆捆机中，如图3所示。

图3　螺旋切碎式喂入机构

在螺旋式切碎喂入机构中，转轴上安装有多个并列的喂入圆盘，每个喂入圆盘圆周上分布着2～3个喂入拨叉，且各个喂入圆盘上的喂入拨叉之间呈V型螺旋状排列。这种结构能保证高喂入能力，使物料持续接触拨叉，即使在作业喂入不均匀时，也能稳定喂入拨叉的负载。

3.3偏心滚筒式喂入机构

这种形式的喂入机构由拨叉喂入机构演变而来，继承了拨叉喂入机构设计简单的特点，所不同的是，该机构添加了拨草滚筒，如图4所示。该机构由拨草筒轴、拨草滚筒、拨叉、偏心轴、偏心连杆、动力输入轴、驱动链轮等组成。由拨草筒轴、偏心轴、偏心连杆、动力输入轴组成的偏心机构使拨叉在拨草滚筒中伸缩运动，且随着拨草滚筒做圆周运动。

这种机构一般用于上喂入的打捆中。采用上喂入结构时，因秸秆自喂入机构上方下降，会造成秸秆覆盖喂入机构，导致喂入机构卡死的后果，因此，在喂入机构的外部应该设置一种阻挡装置。作为阻力最小型阻挡装置，圆筒是最佳的选择。但为了保证拨叉的正常运动，必须在拨草筒轴的对应圆周面上开出相应的拨叉伸出孔。

图4　偏心滚筒式喂入机构

在该喂入机构工作时，当拨叉随着拨草滚筒转到起始位置时，靠近秸秆通道一端的拨叉伸出拨草滚筒距离最长，接收联合收割机出草口吹出来的秸秆，然后顺时针转动，将秸秆向压缩室进口输送，同时拨叉在拨草滚筒外面的裸露长度缩短，当拨叉运行到压缩室附近时，完全缩回到拨草滚筒内部；而与之呈180°角分布的另外一组拨叉伸缩方向与之相反。

3.4压入式喂入机构

在上喂入形式中，还有一种可以考虑的结构形式，那就是压入式喂入，这种喂入形式在固定式打捆机或压块机中也极少见。就是通过某种形状的压入装置，自上而下将物料压入压缩室口，在活塞进行压缩运动前，快速提升到起始位置，准备下一次喂入工作。

3.5配套打捆机喂入机构形式

考虑到仅仅依靠单种形式的喂入机构难以实现配套打捆机喂入要求，因此，考虑采取组合式喂入机构形式。

在秸秆通道中设置偏心滚筒式喂入机构，将联合收割机出草口喷出的秸秆拨送至压缩室口，伸出拨草滚筒的拨叉缩回，另一端的拨叉开始拨送秸秆。但在试验中发现拨叉将谷物秸秆拨送到压缩室口后，由于秸秆质量轻，有时秸秆会堵在压缩室进口处。基于这种情况，还应增加一种压入装置，使压缩室口处的秸秆能顺利到达活塞前方。

在打捆机压缩室口处设置秸秆压入装置。该装置具有秸秆压入和拦截双重功能，活塞在压缩室口处准备执行压捆动作之前，该装置执行下压动作，将秸秆推送至活塞前方，便于活塞执行压捆动作；在活塞执行压捆动作开始时，该装置将部分进料口封住，阻止秸秆进入，然后该装置执行上提动作，直到活塞返程到进料口端准备下个压捆动作时，该装置下压。喂入装置上下往复直线运动，配合喂入辊完成秸秆喂入工作，保证活塞顺利完成秸秆压捆工作。

4　动力来源

为减少动力机械的配置，配套打捆机的动力来源于联合收割机，而联合收割机上最近且最适合的动力源是滚筒轴。但联合收割机的滚筒轴转速较高，需要设置减速机将转速降低到合适值。而喂入装置的动力是直接由减速机动力输出链轮经过链传动提供给喂入装置驱动链轮的，从而保证了喂入装置工作的可靠性。

5　结束语

鉴于谷物联合收割机配套打捆机的特殊性，其喂入装置的设计需要考虑到多种因素。添加了拨草滚筒的拨叉喂入机构在保证喂入工作的同时，避免了秸秆覆盖整个喂入装置；秸秆压入装置则在保证将压缩室口的秸秆压入压缩室的同时，还具有秸秆拦截功能，保证活塞在进行压缩作业时，不会有秸秆掉入活塞后方。从联合收割机滚筒传递出来的动力经减速后直接驱动喂入装置，为其提供了可靠的动力保障。这种设计完全可以满足配套打捆机的工作要求，简单实用。