履带式草捆打捆机的研究进展

苏建国，谢洪德，鲍冬艳

（山东科技职业学院，山东 潍坊 261053）

我国是农业生产大国，有着悠久的玉米、小麦、水稻等农作物的种植历史和丰富经验，这些农作物秸秆加工的饲料是养殖业的主要原料。随着国家对环保的进一步重视，秸秆的禁止焚烧已经写入了环保法。秸秆是农作物收集后剩下的部分，同时也是畜牧业的重要饲料，还可以经过压块加工后用作生物发电或冬季采暖燃料，所以搞好秸秆的综合利用对农业、农民、农村乃至整个国民经济发展及生存环境都具有重要意义，但秸秆的收集却是困扰老百姓的一大难题。收集农作物秸秆的过程是先进行收割、捡拾（用于不需要收割的情况）、揉碎、打捆等作业，然后进行贮存发酵，随时调用。但是这些过程需要先后通过收割机、牵引式打捆机分阶段进行，工作效率低、经济性差。针对这种情况，设计制造一种集收割、揉搓粉碎、圆草捆打捆、机具的远距离遥控驾驶、机具的位置及作业信息反馈等多种作业功能于一体的机械，通过采用履带式自走底盘、遥控式操纵系统等创新设计，使草捆打捆机具有通过性好、自动化程度高、节省人力、降低秸秆青贮加工成本、提高加工效率、改善驾驶员操作环境及劳动强度等优势，这样不仅大幅度提升了作业效率，而且具有良好的经济效益和社会生态效益。

1 结构与原理

1.1 主要结构

（1）液压行走转向系统。由发动机、皮带轮、联组带、变量泵、变量马达、差速器、制动器、半轴、驱动轮、橡胶履带、控制阀、操纵杆、机架总成等组成。

（2）草料捡拾及输送系统。由弹齿捡拾器、伸缩齿绞笼式偏心导入机构、链爬式连续输送机构、甩刀式揉搓机构、间歇式可控输送装置、圆捆成型草捆打捆机、捡拾器位置液压控制机构、液压控制喂入端升降机构、换向齿轮箱、传动带、离合器、涨紧轮、B型联组带、C型传动带、B型传动带等组成。

（3）打捆机构。由右侧油缸、摆杆焊合、摆杆连接锁、液控单向阀、压草杆、前压缩室、链条张紧装置、后压缩室传动链（节距31.75）、后压缩室、后压缩室传动链张紧装置、布绳机构装置、布绳机构装配的传动皮带、布绳机构张紧装置（A1397与A960）、小侧门、放绳箱、卸草装置等组成。1.弹齿捡拾器，2.割刀，3.捡拾器翻转机构，4.绞笼总成，5.草料输送带，6.割台升降油缸，7.液压履带式底盘，8.间歇送料机构，9.机架总成，10.草捆打捆机构，11.放捆油缸，12.揉搓机构，13.遥控操纵机构，14.图像传输系统

图1 履带式草捆打捆机整机结构示意图

图2 自走式圆捆打捆传动路线图

（4）遥控及图像传输系统。由行走转向遥控装置、发动机启停及油门遥控装置、捡拾器升降遥控装置、割台升降遥控装置、打捆机工作离合遥控装置等组成。

（5）电气系统。由启动电机、蓄电池、电源总开关、发电机、主线束总成、前照灯、转向灯、后组合灯、喇叭、组合仪表、整流器、控制开关等组成。

1.2 工作原理

工作过程大致可分为5个阶段。

（1）收割。履带式草捆打捆机在前进过程中，割台连续不断地割倒牧草。

（2）捡拾喂入。捡拾器将牧草搂集成条1.55m宽（草条湿度应为20-25070以内），捡拾器弹齿不断地旋转，把草趟送入压草杆内，再通过压草杆均匀地送入喂入器，在喂入器工作下进入压缩室，当物料堵塞达到一定程度时，捡拾器安全螺丝就会断开，保护捡拾器和其他传动部分[1]。遇到此种情况时应及时停车，排除堵塞，换上新的安全螺钉（M8×3512.9级）。

（3）卷捆成型。喂入齿将物料不断地送入压缩室，当更多物料送入压缩室后，14个传动辊筒使物料形成一个草捆，新的物料被卷在已经形成旋转的草捆周围。当压缩室物料大量增加时，草捆从外向里压紧，压缩室里上升压力从驾驶室的压力表上可以看到。

（4）布绳捆草捆。当草捆达到所需要的密度（10～12MPa），机车停止前进，按下布绳开关，布绳摆杆将绳头送入草捆中间，绳头被旋转的草抓住并顺利输送，当布绳摆杆将绳均匀地从中间往两侧捆完后，剪刀就会自动将绳剪断。

（5）卸下草捆。剪刀将绳剪断后，指示灯就会熄灭，操纵打捆机液压分配器打开后压缩室，草捆被旋转的辊筒挤出前压缩室，经过卸草板滚到地面。当草捆离开卸草板，再关闭压缩室，使压力表指针指在5-8MPa，一个工作过程到此结束[1]。打捆机再继续前进，开始新的作业。

图3 履带式草捆打捆机的工作过程

2 主要参数

履带式草捆打捆机的基本参数及主要技术性能指标见表1。

表1 履带式草捆打捆机的基本参数及主要技术性能指标

3 结构工艺设计与制造方面的优化

3.1 结构设计方面

（1）履带式草捆打捆机集割草（不需要切割时采用捡拾器捡拾）、揉搓粉碎、打捆于一体，工作效率高，经济性好。

（2）采用无级变速的履带式底盘，可以大幅提高整机的通过性，解决了轮式拖拉机牵引造成烂地打捆机下陷、轮胎对田地重复碾压等问题。

（3）采用带图像传输系统和遥控操纵系统，改变了操作方式，改善了操作人员的工作环境。采用GPS卫星定位系统可使管理者及时了解机具的运行作业位置及状态。由于产品处于研发阶段，短期内不会投入中批量以上的产量，因此在设计时要对零件的结构进行工艺性优化，尽量减少冲压模具的种类和数量，从而减少模具费用的投入。对于箱体类零件，样机采用焊接结构，小批量生产采用手工木模造型。齿轮及轴类零件的加工，尽量减少专用夹具、量具和刀具的投入，而是使用通用的工、卡、量具。

3.2 工艺设计方面

3.3 加工制造方面

零部件的连接方式兼顾可靠性和可拆卸性。尽可能少用焊接、铆接等不可拆卸的连接方式，多用易装拆、易定位的连接[2]。考虑到捆绳机构的不稳定性以及打捆作业过程中的复杂工况，覆盖件的设计尽量采用方便拆装的结构，右侧留有方便维修的活动门。

4 实地性能试验

样机装配调试完成后，将运送到东北地区草捆打捆机的主要使用地区，通过有多年打捆机使用经验的用户进行实地性能试验，计划试验作业时间不少于150小时，通过试验，对样机的各项设计功能进行验证，对样机的可靠性及作业参数进行检测。试验完成后，形成完整详实的试验报告。

5 试验结果及分析

项目组负责人组织试验结果分析会，对试验报告中反馈的试验数据及各种故障、问题进行认真细致的分析，对样机的各项性能进行评价和总结，形成分析报告，提出对本次设计的整改意见，并形成整改任务书。