秸秆打捆机的结构设计

王会

摘 要：我国是一个农业大国，小麦秸秆的合理利用是我国面临的一大问题，因为每年都会因为秸秆利用引发一系列的问题。本设计将打捆机的曲柄摇杆机构转变成椭圆齿轮驱动的转臂式打捆机构，不仅能提高工作效率，还能提高运动的平稳性。

关键词：打捆机;转臂式打捆机构;椭圆齿轮;结构设计

中图分类号：TH136 文献标识码：A 文章编号：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

农村的机械动力都是小型机械，相比发达国家的机械化作业，不仅受机械化水平低的影响，而且受土地面积的影响。因此，决定了国外的机械化大田地作业并不适合我国农村。我国对秸秆打捆机的设计开发较国外晚一些。使用初期，我国一方面从发达国家引进捡拾压捆机;另一方面开始自行研制开发打捆机。20世纪80年代初期，我国已能生产自主研发的打捆机，并且投入市场使用。目前，国家对可再生资源的开发和再利用的重视度越来越高，国内市场对秸秆这种可再生资源的需求也在逐渐提高，生产高效秸秆打捆机的企业也越来越多，特别是农业机械生产企业都在研制和开发各种类型的秸秆打捆机。国内秸秆打捆机主要生产企业有中机美诺和上海世达尔等。我国收获机械在性能方面的可靠性偏低，但是配套设备市场需求量巨大，国内只有少量的企业生产搂集设备，其他与打捆相机关设备的都依赖进口[1]。因此，研发符合我国农业生产的秸秆收获机械也是农用机械设计的发展趋势。

1 打捆机的结构设计

1.1 动力传动路线及工作原理

打捆机整体结构设计如图1所示。

第一条传动路线：由链轮传入输入轴，经过锥齿轮传入中心轴，再通过输入卡爪将动力传递给11（图1）。

第二条传动路线：由链轮将动力传递给轴，通过锥齿轮传递给中心轴，再通过中心齿轮和惰轮传给输出轴，最后通过爪座到后爪传递给前爪（见图1）。

打捆机的工作原理：在打捆机的齿轮箱体里安装5个模数相同、几何尺寸也相同的椭圆齿轮，椭圆齿轮的回转中心都分布在椭圆齿轮的焦点上，而且其相位都一样。工作时，作为原动件齿轮箱绕中心轮的回转中心转动，另一个原动件中心轮，则通过齿轮箱和爪座的不等速转动的合成，使爪按照一定的轨迹运动，这个轨迹就是打捆秸秆需要的轨迹[2]。

1.2 打捆机构动力传入系统

可根据打捆机的生产需要，确定其需要的主要设计的性能参数。秸秆的调节长度为0.5～1.2m，每次喂入量在0.7～0.9kg/次，纯工作小时生产率：1 650～2 100kg/h。选用功率为18.5kW，满载转速为2 930r/min，型号为Y16L-2的Y系列三相异步电动机。

传入系统包括主动链轮、从动链轮、滚子链、输入轴、两个锥齿轮、输入卡爪、输出卡爪和两个滑动轴承座。滚子链传动是依靠链轮的轮齿和链节的啮合传递运动，链传动能在恶劣环境中能正常工作，成本低，使用寿命长。从动链轮是直接焊接在输入轴上，而输入轴的支撑为两个滑动轴承。两个滑动轴承的轴承座通过螺栓连接固定在机箱的箱体上。锥齿轮采用的平键连接进行周向的固定。轴向固定采用的是轴肩、轴端挡片以及紧定螺钉。输入卡爪是直接焊接在中心轴上，输出卡爪是通过螺栓、螺母和齿轮箱进行连接[3]。

1.3 定位系统

秸秆打捆机的定位系统是由端盖、椭圆齿轮箱定位板、定位销以及爪座定位挡板等组成。根据机箱上两个有角度要求的定位销孔和椭圆齿轮箱定位板上两销孔的位置来保证椭圆齿轮箱的定位板的起始安装角度。由于定位板上的两孔和卡爪爪座相连，而爪座卡爪和输出轴相对位置也是固定的，而且输出轴位置、椭圆齿轮箱已经确定。因此，可根据定位板的位置确定椭圆齿轮箱的位置，保证齿轮箱初始安装的精确度。

为保证前爪和后爪相对于椭圆齿轮箱的位置确定不变，将爪座定位挡板和爪座焊接在一起。同时要保证爪座中心线的角度和爪座定位板中心线之间的位置关系。椭圆齿轮箱定位板和爪座定位挡板的位置角度应该相同，从而能保证爪的初始安装的精确性。

1.4 传动系统

椭圆齿轮传动系统由五个椭圆齿轮、安装齿轮用的轴、支撑的滚动轴承以及齿轮箱等部分组成。椭圆齿轮传动与圆柱齿轮相比，具有传动副的结构位置紧凑、刚性好、传动平稳、可靠性高等特点;同时，可根据设计要求的变传动比进行有规律的精确的结构设计。根据设计要求，设计的齿轮传动系统中设计为五个模数相同、结构尺寸相同的椭圆齿轮，依次互相啮合，安装在椭圆齿轮箱的箱体里。根据椭圆齿轮运动规律的要求，确定椭圆的长半轴a=70mm，椭圆的短半轴b=30mm。根据椭圆齿轮的设计要求，齿轮齿数是奇数。因此，确定齿轮的齿数为35齿，模数为4mm。

齿轮箱中是以中心齿轮所在的轴的軸线为对称中心，左右两个齿轮和相应的轴对称安装。安装齿轮的轴根据安装及定位要求设计成阶梯轴，用轴肩对轴上的零件进行轴向定位。安装卡爪的两个输出轴结构相同，轴头部分要设有螺纹以便轴向固定[4]。

1.5 执行系统

打捆机的执行系统由爪座卡爪、爪座、前爪和后爪几部分组成。动力通过输出轴传给爪座卡爪，最后传递给爪座带动前爪、后爪进行运动。其中，输入卡爪和中心轴焊接在一起，并将传入的运动传递到输出卡爪上，然后再传递给机箱。两侧定位各不相同，一侧通过焊接定位在中心轴上;另一侧和轴定位。上下左右对称位置分别设置4个宽为20mm，并且相对轴心对称度为0.025的槽，这样能和输出卡爪卡死。输出卡爪的设置要对应输入卡爪的4个宽为20mm的槽，使得凸出的槽能和输入卡爪卡死，并且将输入卡爪的运动传递到输出卡爪，中间有直径为50mm的孔和特殊形状的孔，能够与输出轴配合传递运动。左侧端面及圆周用于和椭圆齿轮箱定位挡板固定及定位。再通过螺栓与椭圆齿轮箱连接，接着将运动传递给齿轮箱。

通过结构可求出爪尖到爪座上用于安装前爪的中间螺栓的长度，然后再确定宽度、高度。后爪可以用同样的方法求出尺寸。考虑到安装时的干涉问题，可改变后爪的形状，将后爪通过螺栓连接固定在前爪上。

2 结论

本文设计的椭圆齿轮驱动的秸秆打捆机构在工作时能改善打捆机对秸秆的通过时间的掌控。在椭圆齿轮转动的一定角度范围内，结构设计使卡爪能对秸秆进行搂取停顿的时间较长，从而能搂取更多的秸秆，同时在卡爪搂取动作结束后，能快速返回。这样可保证打捆机构工作时间变长。本设计能改善打捆机的性能，提高工作效率，促进农业生产，具有一定的应用前景。

参考文献：

[1]濮良贵，陈国定，吴立言.机械设计[M].9版.北京：高等教育出版社，2013.

[2]刘炀，袁媛，韩江.高阶变性椭圆类非圆齿轮副设计与仿真[J].机械传动，2014（12）：37-40.

[3]张国政，韩江，刘有余.高阶椭圆齿轮加工方法及理论[J].计算机集成系统，2014（5）：1106-1113.

[4]成大仙.机械设计手册[M].5版.北京：化学工业出版社，2010.