一种水稻稻草打捆机的结构设计

杨志平

摘要：本设计在现有水稻打捆机基础上进行结构创新研究，对打捆机进行设计主要包括总体方案设计、拾取器设计、螺旋运输装置设计、滚筒以及打包装置设计等，通过对各部分单元设计，结合三维建模软件对设计进行三维建模分析，最终完成设计。

关键词：水稻;打捆机;三维建模

中图分类号：S225                                        文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2020）22-0197-02

0  引言

目前，我国农作物中的水稻的植被面积为8.13亿亩，牧草种植也高达数百万公顷，商品类牧草的种植面积近365万公顷，商品类牧草的产量约为3540万吨，但可供牲畜实用的草仅为25万吨;我国广泛种植的水稻小麦等作物可以补充牧草的需求，限制我国稻草发展的重要原因就是秸秆的收割打捆，传统手动打捆的方式效率低下严重影响着农作物的收种进度，人工收获比机械收获损失大。所以说继续采用传统的人工方式来收储水稻秸秆是不现实的。因此研究创新水稻稻草打捆机是解决此类问题的重中之重。

1  水稻稻草打捆机的总体设计方案

本次设计的水稻稻草打捆机属于皮带外卷绕式打包机。主要由捡拾器、螺旋输送器、滚筒式切碎喂入装置和打包室组成。打包机的第一个任务是要将草从地上拾起，需要设计捡拾器，一般来说为了提高工作效率，捡拾器的捡拾宽度（2.15m）将大于草捆的宽度（1.2m），这就需要设计螺旋输送器，其工作原理是利用螺旋机构将捡拾器两侧水稻往中间输送。经研究表明水稻的长度对草捆的密度影响很大，圆捆打包机相对于方捆打包机而言普遍密度低，为了改善其性能，新型的打包机开始采用滚筒式切割喂入机构，该机构不仅可以将牧草切碎，而且同时还有将草料运往下一个机构的功能。打包室由滚筒、液压机构和长皮带等构成。水稻稻草和秸秆由拾取装置拾起，再经滚筒喂入装置被切碎并且送进由辊筒和皮带构成的打包装置，打捆装置把刚运输进来的草料和茎秆打捆成草芯。伴随着更多的物料进入打包室，辊筒和皮带不断旋转，物料被辊筒和皮带作用成圆捆，因为机器会持续工作，物料被不断的吸入打包装置，圆捆的直径会越来越大，圆捆也会随着旋转不断抱紧，他的密度也会越来越大，当草捆的直径和密度达到一定程度，也就是达到控制臂的设定值的时候，草捆就形成了。这时打包装置的后门就会打开，草捆会被弹出落到地面，一个草捆就制作完成，然后后门合上，机器继续运行，制作下一个圆捆。

2  水稻稻草打捆机的主要机构设计

2.1 动力装置设计

动力装置通过电动机供电使内燃机的曲轴飞轮转动起来，从而带动内燃机的活塞转动起来。这部分也可采用纯电动驱动的方式，优势在于纯电动拖拉机无需考虑传动轴的设计，相对传统拖拉机不但要给车轮提供动力，还要给拖拉机所携带的收割装置提供动力。电动只需要提供电力即可。但是考虑到电池能源密度较小，充电满足不了需求的话就必须装上发电机发电，所以更加推荐使用内燃机式拖拉机，从而将成本控制在农民可以负担的起的范围，另一方面考虑到在农间环境的多变，如果遇到潮湿的天氣纯电动式更加容易产生故障。具体使用哪个可以考虑实际工作环境加以选择变动。

操作方面如果采用手扶式拖拉机的话需要人为引导使稻草，能够经过捡拾装置进行第一次处理。考虑到成本和效率问题，该装置也可替换为30马力的轮式拖拉机，实现手动控制而无需人为引导，但其缺点在于失去了便捷性和经济性的优势。占用空间变大，造价变高，大大降低了实用性，且会对农民购置该机器时产生不必要的经济负担。内燃机结构见图1。

2.2 捡拾装置设计

捡拾装置的作用是拾取田地里的草料和茎秆和秸秆，或者是用收割机收割水稻留下的稻草或者茎秆以及零碎的草料和茎秆。然后把它们送到机器的下一个结构---螺旋运输装置。简单来说，捡拾装置拾取铺成条的草料和茎秆或者茎秆，然后将其送到机器的下一个机构中。对捡拾装置工作的要求如下：①把地里剩下的草料和茎秆要捡拾干净。确保田间的整洁性，真正做到无残留。②在草料和茎秆的拾取过程中，不能破坏草料和茎秆最有营养部分。③拾取的秸秆和草料茎秆须无阻碍的输送到机器的下一个结构部分，进行下一步骤的处理。拾取装置模型见图2。

2.3 螺旋运输装置

拟采用的捡拾装置的拾取宽度为2.15m，比草捆的宽度要宽（草捆的宽度一般为1.2m），那么就得要一个运输装置能顺利的把两边的草料和茎秆往中间传递。农作物运输的装置种类繁多，一般来说有斜面式的，有带式的输送器，还有割台螺旋式的运输装置等。螺旋运输装置模型见图3。

在上述的机器中，螺旋运输方式使用的居多，也比较常见。螺旋运输装置有以下优点：①尺寸比较小;②该装置既可以把物料进行水平的输送，也能在竖直或者说是垂直方向上进行任意角度输送物料;③制造成本低;④操作简便;⑤便于驱动。

其设计思路是根据草料在曲面上的运动状况绘制平均速度-时间的曲线图，这种设计的优点在于数据精确可靠，装置磨损低，耐久度高。具体曲线见图4。

2.4 滚筒粉碎输入装置

刀盘在水平面工作，在滚筒上嵌入刀片，工作时工作面绕圆心O作旋转运动后沿轴向前运动。如果说整个刀刃均都参与对草料和茎秆的处理，那么刀刃扫过的面积为两个平行余摆线所封闭。下一个相邻刀刃扫过的面积又由下两个平行余摆线封闭。这两个刀刃通过的面积交叉区为重割区，第二刀片在重割区（双阴影区），该区内的作物全部漏割。其设计要求如下：①滚筒承受载荷平稳;②保证茎秆和草料和茎秆的大小合适，降低对草料和茎秆的破环;③整个装置要便于拆卸，结构尽量精简;④当遇到障碍物（如石头等）刀会自动缩回，减少损失。粉碎装置模型见图5。

2.5 打包装置设计

打包装置由辊筒、固定带轮、可动带轮、压包机机构组成。形成草捆的动力源是辊筒。可动带轮与弹簧相连，皮带长度固定。草料和茎秆源源不断地进入打包室，受力作用下形成草捆，且草捆的直径会逐渐变大，可动带轮就会压缩弹簧，然后内弯皮带长度发生变化，外短内长。内侧皮带被草捆撑开，随后脱离带轮。打包装置内设有传感器，当草捆直径到固定值的时候，在液压机构作用下，将压包机构撑起，弹出草捆，完成打包。打捆机在作业时，捡拾装置将田间地頭的草料和茎秆拾取，滚筒喂入装置把草料和茎秆粉碎然后送到打捆室里，在力的作用下，物料旋转形成草芯。当草捆的直径和密度达到控制臂的设定值的时候，一个草捆就形成了。这时打包装置的后门就会打开，草捆会被弹出落到地面，一个草捆就制作完成，然后打捆机后门合上，机器继续运行，进行下一个制作草捆。打包装置的结构形式是稻草由拾取机构以及喂入机构送入打包装置内的长皮带组。水稻秸秆进行旋转，经过旋转向内心汇聚。随着喂入的增多，逐步打结成捆，当打捆完成后，打包装置将打捆完成后的水稻秸秆进行释放，随即进行第二次打捆作业。打包装置模型见图6。

3  结论

本产品的设计是为了解决目前农业生产过程中，稻草或者秸秆之类的副产物得不到充分的利用，而造成的能源浪费问题。在现有的打捆机的基础上，对水稻打捆机进行优化改良，提高了工作效率，保证了草捆质量，打出优质草捆。拾取装置采用了滚筒式拾取装置，这个捡拾装置是目前工作性能较好的也是大部分打捆机都在使用的。运输装置采用螺旋式运输装置，螺旋运输装置体积小便于操作、装卸简单便于维修，其次这款打捆机的打包装置是由辊筒、固定带轮、可动带轮、压包机机构组成。各个部分较为常见，维修更换容易。而且草捆直径可以调节，大大提高了适用性。

参考文献：

[1]Benson.E.R.Development of automated combine guidance sysmm.2000 ASAE Annual Intenational Meeting.2000，941-951.

[2]孙永利.秸秆打捆机捡拾粉碎装置的设计与实验[D].东北农业大学，2018.

[3]沈林安.星光履带自走式方草捆打捆机：结构性能·作业优点[J].现代农机，2016.