毕业设计（论文）-基于PLC秸秆草料物料打包机打捆机设计

石俊杰：可行进式方捆稻草物料打捆机辽宁工程技术大学毕业设计（论文）目录TOC\o"1-2"\h\u引言 PAGEPAGE42引言我国农耕面积辽阔，是全球名列前茅的、屈指可数的农业大国，农畜产业的资源十分丰富。农村总人口大约为六亿多，但国家实行的农业政策已经明确要求保持农村土地社会主义属性永远不变动，农村土地红线绝对不能打破，村民的基本权益一定要有保证，而不能破坏。农村耕地按照各家各户分成一块挨一块进行耕种。总体农作物产量高但玉米稻草物料回收率很低，绝大部分农作物物料采用就地焚烧很大程度污染空气环境。国内的耕地并不是大农场，不能采用全机械化收割稻草物料利用。本文设计稻草物料打捆机体型小，工作稳定，工作效率高，非常适合农村水田稻草收储打捆作业。

绪论背景及发展前景目前，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之一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。因此水稻稻草打捆机是解决此类问题的重中之重。包装机械设备是一个相当大，复杂的范畴，本篇所讲述的液压稻草压缩打包机，就是包装机械设备中的一种相当重要，使用的也比较多的一个分支。当今，由于液压稻草压缩式农作物物料打包机在国民经济发展中的重要地位，也依靠了当代的科技水平的迅速发展以及人民生活水平的日益改善，所以现在不管是什么产业，也不管在什么地方，工业生产部门中通过生产过程形成的农产品物料废料，和由人类在日常生活利用的农作物物料所制造的农业废弃物，都在日益的丰富。这将毋庸置疑会对人们的目前生活的自然环境形成非常大的污染。另外，人们只要还生存在星球是，因为每天都是在持续的损耗着星球的能量，星球上的资源存贮量不会增加，但是由于人类的持续利用，这样将会导致各种矿藏资源逐渐减少。我们确实还没办法提高地球的总量资源，不过我们能够通过增加人类对资源的利用，从而间接的保护资源。如此看来，对于农作物材料成品的二次使用也就特别的关键。而液压稻草压缩打包机的作用也就是主要应用于对水稻的挤压，以及包装，主要是使用液压设备来对农产品材料进行打包挤压处理，形成带有相应尺寸尺寸的包装条，以便于将对的农产品材料进行再生、回炉再建，然后再进行加工投放到产品中。这不但缓解了废弃污染物的去向问题，同时还间接的维护了自然环境。另外，它使废物废品中的有用资源进行了更合理的使用，从而提高了效益。总而言之，对于设计液压稻草压缩式打包机具有许多重要意义的活动。人类社会在不断的前进着，而时代也在不断的发展着的，而人们的价值观念也是在不断的改变着，人类文明的发展程度也是在不断的增加的，随着人类社会的发展科技以及民众生活水平的日益提升，人们各行各业中通过产品经过加工后所附带着形成的没有用的农作物材料制品也是越来越多的，而且，随着人们生活中形成的农作物材料的生活产品也越来越多了。一方面，对于这种产品任意放置，将形成并严格污染影响人们生活环境;而一方面，随着人们社会生活的日益消耗，各种矿产资源也将会越来越少。所以为了人们长久的经济利益，同时也为了延续地球的生命，以及为了给我们的后代提供一个更好的生存环境，人们现在就必须提高对农产品材料的处理，并注意起来。液压稻草压缩打包机，能够完成对稻草类的农作物或物料产品的加工处理。虽随着国家现代化发展加快和经济水平提高，但是对稻草物料的利用率却少之又少，尤其体现在农村，清洁能源未能普及到农村且稻草物料回收加工机器不够纯未能走进平民百姓家中。稻草材料硬度差不大且不方便搬运存放，而长期以来大约六至八成的稻草物资都被就地烧掉，不仅耗费了大量资源而且导致空气污染，所以将稻草物资回收使用十分符合习总书记所提出的绿水青山便是金山银山，而提高环境品质便是优先发展生产力的发展宗旨。所以回收利用稻草物料对于促进我国农业可持续发展、减小环境污染以及减少山火都具有巨大意义。现在国内外普遍的稻草物料回收方式包括散草收获方式、打捆收获方式、捡拾集垛方式、压块收获方式，其中散草收获法效率较低，且草料损失率大，工艺较落后；捡拾集垛法效率较高，牧草损失率低，但设备以及人力投入成本比较大；压块收获法工艺形成的结块密度较大，易于运输和储藏，但压块机的功耗较大，工作成本也较高；而打捆作业劳动生产率高、损失小，且投入成本较低，更易推广，因此是目前应用最广的稻草物料回收方法[1]。目前打捆机市场逐渐形成安徽﹑内蒙古、河北﹑河南﹑黑龙江、吉林、山东七大生产集群，研发生产打捆机企业业增长至180家左右，市场持续升温，整体发展蒸蒸日上[2]。小型打捆机优势及原理优点是用地面积空间较小，产量小，作业方便简易，生产利用率也很高，平均一小时内可收获稻草物料草料重约八百五十千克农作物。同时草捆的压制性能较好，结构紧凑，密度较高，通透性好，因此一捆草捆重一般都在二十五千克以下，草捆尺×方捆，可以极大降低仓库的占地面积、极大的增加了稻草物资的运输能力，降低了野外失火的危险性。因此稻草物料打捆机也是造纸业、畜牧业等相关产业中不能缺少的优选性机械设备。该农用设备投放进入社会之后能有效的对秸秆物质回收处理、解决农户燃烧秸杆所造成的一定程度污染环境及提升秸秆物质的使用处理能力取得了巨大的促进作用[3]。本公司自投放作业至今，受到许多农村朋友欢迎，是咱农村朋友发家致富的好助手。水稻物料打捆机，可以将大捆水稻、麦草、高棉杆、小麦杆、油菜杆、花生漫画藤、大豆杆等水稻物料、牧草打捆;配套功能多，既可以先割后再打捆，还可以先粉碎再打捆。稻草物料打捆机工作原理主要由粉碎装置、压缩装置、系统传动机构、限位装置、液压控制机构等部件组成[4]。打捆时手动加压，或自动打捆，利用对液压系统压力高低的调节，来改善打捆时的稻草物料捆的密集程度，使稻草物料捆不散乱、不杂乱。成型后的干草束体积小且紧凑，易于搬运与储存。该打捆机由机身、传动机构、进料粉碎机构、液压打捆机构。由发电机(或内火机)经过传动机构牵引连杆，推动液压系统的往返运行;适量材料首先经过进料嘴、并在粉碎后鼓风机制的作用下，流入计量料腔内，然后再由压草活塞运动推入并被绷紧后前进。当超过量料捆高度时，随草前行，待该板走出储草腔后，出机待用:滚槽机也可在地面较平整的地方，由车辆或拖拉机牵引做较短时间的移动[5]。打捆机分类及研究现状目前，中国的压缩打包机机械的快速发展水平并没有非常拔尖高，这主要原因在中国国内的许多食品包装公司中，其包装工艺水平一直都跟不上国际上各个国家生产机械设备的快速发展跟新速度，同时由于废弃的农作物物料总量也非常的大，而打包机械设备的效率却不高，这也就造成了目前中国的打包质量普遍并不高。尽管国内外也有少数公司凭借其本身不俗的经济基础，经常向海外引入一些全自动的打包设备，但这就造成了其打包成本昂贵，发展前景并不乐观[6]。但是，现在大部分的公司都还是采用零点五自动机器或者用人工来完成商品的包装，这样不但导致了生产效率极大的下降，同时也造成了大量生产劳动力的浪费。所以，针对中国当下打包机产业的现实需求，中国需要研发出产品质量高，安全性好的打包机，如此中国才能够彻底的走出当下包装机械行业的尴尬局面[7]。打包机的系统生产主要有:手动，半手动打包机，全自动打包机，加压型包装机等，打包机产品质量均经过了CE、SO9001等国内认可。1.按主要用途分为:废纸打包机、金属打包机、秸秆打包机、棉花打包机、塑料打包机等等等

2.按功能划分:手动打包机、半自动打包机、自动打包机、全自行包装机等等等3.按原理划分:无人化包装机，全手动水平式包装机，全手动穿剑式包装机，全手动加压穿剑式包装机，全手动加压式包装机，手提式包装机等。十八世纪，很多国家的交通、农业生产都以马为驱动，所以有许多的港口和乡村都需要大批的海伊来喂养马，在运送这些海伊前草必须压实、捆实。一八五三年，美国的埃默里开发出草打捆机，使草捆绑得紧密，便于搬运。这个打捆机采用了一个水平冲压模型，在打捆箱二头的延伸地方各装有一个作用类似鞲鞴的隔板，在人将草放入箱体的同时，再由马来人牵引一个吊链和导向滑轮机构，这样一来打捆箱二头的隔板就作了相向运动，以便使草绷紧，这个打捆机每小时平均能打五捆草，每捆重量为一百二十五千克，它的主要缺陷在于当机械工作后，还需要人力做辅助工作。一八七二年，美籍的科学家戴德里克在埃默里基础上研究出了连续工作的打捆机，在美洲和加拿大都获得很大胜利，也因此提高了工业生产节奏。因为必须进一步地增加生产，一八八四年，又研究出了蒸汽压力打捆机。这种打捆机把草压成束后，用人把草绑好，然后自动把草束弹出来。一八七一年，美籍人沃尔特-伍德取得了钢丝打捆机的专利权，在当时这个打捆机是非常著名的，而且还曾在伦敦展出过。一八五八年，约翰-费-阿布尔比开发了绳索打捆机，但是因为当时绳索的价格昂贵，所以直到二零年以后这项科技才得到进一步发展，这样打捆机应用简便，而且结构更灵活。一八七八年，美国制造商迪林出产的打捆机也采取了阿普尔比的打捆方法。在一九五八年之前，用打捆机就能够将小麦捆开成矩形体，一九五八年由美国政府的埃利斯-查默斯公司和罗托-巴勒共同研发的大圆筒体打捆机投资商业生产，用滚槽机就能够将麦秸捆成径为三十六负五十六公分，长度为零点九一公尺，每束十八负四十五厘米的大圆筒体，直到现在，这种打捆机部分地区仍在应用。目前，中国的压缩打包机设备的发展水平并不是十分拔尖高，其主要原因就在于中国国内的许多包装公司中，其包装水平一直都跟不上着国际上的国产设备的发展跟新效率，并且由于废弃的农作物物料规模都非常的大，因而包装设备的质量也不高，这也就造成了中国国内包装效率的不高。而尽管中国国内也有少数公司凭借其本身不俗的经济基础，经常在海外引入了全自动的包装设备，但是这就造成了其对包装投入的巨大，而且发展前景也并不明朗。导致了现在大部分的公司都还是采用了零点五自动或者是机器人方式来进行商品的包装工作，这就不但导致了生产效率极大的下降，同时还造成了其劳动力的巨大损失。所以，针对中国当下打包机产业的现实需求，中国需要研发出产品质量好，安全性好的打包机，如此中国才能够彻底的走出当下包装机械行业的尴尬局面。在查阅了许多国外的参考文献之后，就能够得出这样的大致的参考的统计，根据统计资料上显示，从泛泛的范围来计算，以八十年代的来说，外国已经存在的被人们普遍采用并且生产效率很高的包装的机器就能达二百余种，从数量上和同时期的日本国内来比较来说，也就是数量多而且有国外不断的会有新科技、新产品的问世。遥遥领先于国内外的技术发展。而外国的打包机的生产，一方面朝高精密、大规模化的方面发展，一方面朝个性化和多用途的方面发展。但是，在咱们国内用来包装的机器进展很迟缓，仅仅区区六十余种，还没有高质量和大型化包装机器的生产，而且在很多的技术领域还是缺乏深入研究。可是，由于社会所需要的机械自动化程度较高，生产效能也较高，并拥有了相应的生产流水线型式的粮食综合加工装置。因此总体来看，外国的机械打包工业的发展速度及其技术发展的进步程度，都是遥遥领先于我国的。国内的产业技术水平和世界上的其他国家的产业技术水平有着相当的差异。国家和区域大致向着产品微型化，智能化，简单化，生产一体化的发展趋势，产品的高性能化、产生的大气，污水，固体等环境污染小，对环境破坏指数少，多功能化的方向推进。但是，我们也应当采取必要的措施。多多吸取外国的先进科学技术，以促进国内机械打捆机产业的发展进程。以缩短与过外产品的价格差距。打捆机主要功能性体现在打捆室，收割、粉碎、喂料、行走、包装等周边功能皆是围绕打捆室为核心运作。作为最关键部位即完成作打捆的结构，该结构的设计与工作状态的稳定、工作行程效率直接决定打捆机整体作业质量水平。各种工作特点类型迥异但都是围绕打捆室服务，上料分为人工喂入式，自动收割拾捡喂入等方式是整体工作第一步进料，然后通过粉碎、鼓风管道送入入料罩下计量料斗，再而进入打捆室压缩成型后出料打包成为成品[10]。打捆室作业方式分为机械式与液压式，出料成型形状又分为圆捆与方捆。目前存在问题近些年，我国在草料物料压缩流变学的研究中获得了丰硕都研究成果，有了相当大的进展，而且由于我国对稻草物料综合利用的急切要求，各个地区打捆机制造厂遍地开花，打捆机器主要集中在大方捆打捆机、圆捆打捆机等，虽然机型各类各样，更新快，但大多数机器适用于耕地面积广阔的农场作业，市场迫切需求小方捆打捆机来满足农村水田耕地的稻草收储打捆的需求。且打捆密度可以再进行改善提高，打捆效率也可以改进提高。本章小结我国稻草物料资源富饶，现有利用率不高，前景市场广阔。并且在农村很多地方耕地面积为小块小面积，应运而生了小方捆打捆机市场空间。现有的打捆机成捆密度以及打捆效率还可以提高。本章节内容主要对各类打捆机的研究现状进行引用阐述，说明介绍打捆机的分类、工作机理、发展前景及市场现状进行综述，并且说明一些场地与所生产的打捆机并不匹配，从而进行优化改良，提高生产率。

整体方案设计设计方案对农作物秸秆的收集以及打成高密度草捆是其合理使用重要资源的第一步骤。为合理利用水稻秸秆这一类型的生物质资源，在压缩密度相当小时，秸秆数量愈多、压缩速率愈快，所需要的压缩力也就愈大。由此，为设计、生产更先进的水稻秸秆打捆机械，提出了必需的科学技术理论基础。依据现有稻草物料打捆机实际情况和实地需求情况，确定改进设计重点，以安全可靠、减排高效为核心，确定整体结构设计及提高生产效率。通过整体结构设计确定所需柴油机、电机功率及数量。按照已知稻草物料密度、硬度、湿度及预期成品密度确定所需压缩能力从而选取农机所用柴油机的功率。依据预期成品外形、成品密度、生产速度设计核心液压系统的结构、行程、动作顺序同时确定所需油缸、液压阀和液压泵。因工作环境多变，采用人工喂料进入稻草物料粉碎机，按照所需上料与出料速度相匹配原则确定粉碎机结构以及功率。然后设计PLC控制部分、实现可调节可控制半自动化生产。整体设计完成后选择适合材料进行强度计算。设计目标1）关于稻草物料方捆打捆机构理论撰写，机械的整体结构、组成、系统、原理设计，对柴油机电机选型，通过适配机器整体提高工作效率，优化结构空间。对液压系统以及产品成型进行参数设计计算，达到更好的节能省时效果。对整体进行工作能力分析计算，修正参数提高生产率。2）对打捆室进行材料分析及强度校核，从而达到预期承力范围和使用寿命。设计主要内容采用柴油机带动切断机或揉丝机进行粉碎，将稻草物料切断或揉丝成3-12cm，再将加工后的稻草物料输送到压块机内，计量称重20-30kg，挤压成310mm×350mm×760mm方块。采用柴油机作为动力，排量250ml/r，油泵的额定压力32MPa。采用PLC控制。整机主要由四大部分组成：（1）动力（2）液压系统（3）控制系统（4）主体机械结构。本设计的打捆机参考实际现有产品进行设计，其所要达到的功能性以及工作原理并不复杂，重点在于整体规划设计与控制系统系统之间配合。整机工作动作顺序原理是:人为送料到粉碎机→由粉碎机鼓风吹进料斗→由PLC控制定量草料投入压制室→x轴推板压缩工作→由z轴推板压制工作→y轴压缩，首先进行迅速的推送出之前已压制到指定厚度的包块，然后紧接着再进行迅速的退回到压制室内→最后出料。液压控制系统中硬件液压阀的选用非常关键，液压稻草物料挤压打捆机的液压阀既是联接所有液压元件的关键枢纽元件，同时又是使其能够顺利运转的关键元件，液压阀所具有的功能非常的明显，而且不同的液压阀也能够发挥不同的功能。而液压泵的选用也相当简单，一般的技术参数都合格就可以使用。主要的压力，额定的工作气压。所以一般来说，液压泵的使用是相对来说比较方便的。PLC控制采用西门子S7-200SMART可编程控制器，系统稳定且适用于工作环境。本章小结本章节总体描述设计方案设计思路。同时说明设计核心内容包括整体结构建模与配套液压系统回路以及PLC控制部分。

基于SolidWorks建模SolidWorks介绍SolidWorks软件公司是当今世界上首个完全采用Windows技术开发的三维CAD应用软件操作系统，也因为技术顺应了CAD及软件技术的发展浪潮与趋向，SolidWorks企业在二年内变成了CAD/CAM产品中获利最快的企业。优秀的财务与客户技术支持，让SolidWorks一年都获得几十乃至数百项的创新，在企业里也得到了不少殊荣。该软件系统曾于一九九五-一九九九年度荣获全国微机平台及CAD软件系统评选一等奖;至一九九五年，已累积荣获十七项全球大奖，其中仅自一九九九年开始，全美权威的CAD技术学术期刊CADENCE已连续四年度获得SolidWorks的优秀编排奖，以表扬SolidWorks的革新、活力与简明。此时，SolidWorks所坚持的简单易用、稳定和创新三个准则已经得到了全面的贯彻与证实，正是通过它，设计师们大大缩短了产品设计时限，商品也迅速、有效地投入了市场。SolidWorks是一个工程模型软件并且功能十分庞大，相配合的组件繁多。SolidWorks具备性能十分强劲、易学简单而且易用以及创新迅速的三个优势，这也让SolidWorks成为了目前众多建模软件中，首屈一指的并且主要的三维CAD解决方案[12]。且，SolidWorks还可以给使用者带来不同的设计方案、降低在产品设计流程中的简单低级的错误和改善产品质量。SolidWorks不仅实现了这么庞大的功用，并且针对所有工程人员和设计人员来说，使用都简单便捷、简单易学易用[13]。主箱体建模整体结构三维Solidworks建模首先对主箱体进行绘制，各个结构尺寸主要参考现已生产打捆机，由于现有产品厂家核心尺寸的数据对外严格保密把控，所以机构的部分参数需要根据实际结构进行调整。主箱体是整机结构主要框架结构，承受着最主要的重量，所以主箱体Solidworks建模从打捆室开始构图。打捆成型尺寸设定为310mm×350mm×760mm，该参数来源于实际已生产小方捆稻草物料打捆机，并考虑整体设计联系实际做出调整而得出，Solidworks建模时第一步需通过拉伸变换出来420mm×760mm×12mm特征薄壁作为打捆室的后侧抵板，薄壁厚度选为12mm来源于对材料强度的计算（请参考章节4.2），在打捆室设计部分详细解释说明所选材料位HT200灰铸铁。构建尺寸为1560mm×760mm厚度为12mm的薄壁特征作为主箱体底面，在底板后侧构建1450mm×850mm主后挡板，厚度为6mm的薄壁特征，再以主底板x轴对称中心作中心线，将主后挡板镜像操作成为主前挡板。在最右侧打捆室的最下方拉伸尺寸760mm×350mm厚度依然为12mm的小挡板，再此小挡板旁拉伸尺寸为310mm×760mm的小底板。此时整体呈现槽体。打捆室剖面如图3-1所示。图3-1打捆室剖面Figure3-1Baleroomsection在每两个竖直空心方管横置焊接一对方管起到稳定结构固定主体箱作用。在结尾处对称位置采用空心方管内侧构建750mm×310mm×500mm的框架，以用来放置液压油缸。打捆室整体图如3-2所示。打捆室整体图3-2Figure3-2Balaleroomoverall计量料斗建模计量料斗位于x轴打捆室正上方，用于接收来自粉碎鼓风机的稻草物料并通过压力传感器称重后放入打捆室中加工。计量料斗由计量料箱和入料罩组成，入料罩用于连通入料管道从而连通粉碎机。第一步在基准面绘制800mm×800mm正方形草图，然后选择薄壁拉伸800mm完成计量料斗初步Solidworks建模。计量料斗如图3-4所示。图3-4计量料斗Figure3-4Measurementhopper相应尺寸的入料罩如图3-5。图3-5入料罩Figure3-5Inletcover油箱及油缸、油缸推杆建模油缸是为整体液压动力系统存放液压油，而液压体系则是使用液体压力能的液压管理体系中的液压控制系统介质，在整套液压管理体系中提供能量体系润滑、抗腐防锈、输送能源、抗磨耐磨、制冷降温等功能[14]。油箱Solidworks建模相对容易，油箱为一个立方体空间，在中间绘制中空管以起到液压油散热作用，如图3-11所示图3-11油箱Figure3-11Fueltank气缸通过活塞运动缸进行管理工作，而液压缸则是把液体压力能量直接转化为机器能的、作垂直往复运动(或扭转运动)的液体压力执行部件。其构造简单、管理工作安全可靠。用它来完成反复运动时，由于可不必减速器安装，而且缺少了传动系统间隙，运动比较均匀，所以在各类机械设备的液压控制系统中广泛获得了应用。液压缸输出压力与气缸运动有效面积以及二侧的压力差成正比。根据现有实际活塞缸选定尺寸为长度为1100mm外径130mm内径80mm。并在油缸中部绘制密封结构，在密封结构上阵列圆孔排气，如图3-12。图3-12油缸Figure3-12Hydro-cylinder推杆连接的推板是实际作业时对稻草物料做功的结构，推板共计三个，分别在xyz轴方向进行压缩稻草物料，x尺寸为760mm×760mm，z轴尺寸为750mm×350mm，y轴尺寸为400mm×350mm。推板具体结构如图3-13所示。图3-13推板Figure3-13Pushpedal整体装配Solidworks建模如图3-14至图3-7所示。图3-14整体机器正视图Figure3-14Overallmachinefacesquarely图3-15整体机器左视图Figure3-15Overallmachinetheleftsquarely图3-16整体机器上视图Figure3-16Overallmachinethetopview图3-17整体机器斜视图Figure3-17Overallmachineobliquedrawing整体质量属性分析总装配稻草打捆机装配体的质量属性配置：默认坐标系：--默认--质量=9043710.68克体积=2098419705.94立方毫米表面积=86954567.91平方毫米重心:(毫米) X=1520.49 Y=216.42 Z=-100.98惯性主轴和惯性主力矩:(克*平方毫米)由重心决定。 Ix=(-0.56，0.82，0.07) Px=7641400456698.44 Iy=(-0.81，-0.57，0.13) Py=10419356213799.14 Iz=(0.15，0.02，0.99) Pz=13468397416095.62惯性张量:(克*平方毫米)由重心决定，并且对齐输出的坐标系。 Lxx=9604603660105.90 Lxy=-1295719313049.24 Lxz=-566076291449.20 Lyx=-1295719313049.24 Lyy=8540183832838.62 Lyz=119648476966.91 Lzx=-566076291449.20 Lzy=119648476966.91 Lzz=13384366593648.70惯性张量:(克*平方毫米)由输出座标系决定。 Ixx=10120415748738.55 Ixy=1680292996687.30 Ixz=-1954610019911.22 Iyx=1680292996687.30 Iyy=29540545334695.72Iyz=-77991868119.73 Izx=-1954610019911.22 Izy=-77991868119.73Izz=34716111991849.19本章小结本章对主体的结构Solidworks建模并进行说明，其中除外调件其余尺寸数据参考9YK-70型号小方捆稻草物料打捆机产品，并对其现有生产产品的公开尺寸数据进行修改，然后将整体Solidworks建模。

液压系统设计压缩物料分析基于，使用了现有的大方捆打捆机中农机LRB作为试验的实物样机，在压力机构许用压力范围内，成功完成了对小麦秸科与小麦秸杆的压力分析。分析的结果:对湿基含水量约为百分之二十的稻草物料草料，打捆时设置负荷与活塞最大残余压缩应力线性模型拟合正常，相关系数分析为0.9814，活塞最大残余压缩应力与草捆密度乘幂关系模型拟合正常，相关系数分析为0.9317，设置负荷与草捆密度乘幂关系模型拟合正常，相关系数分析结果为零点九三五[15]。通过相关计算公式和现有理论对玉米秸秤以初始密度为50kg/m3、60kg/m3，以及70kg/m3、80kg/m3、90kg/m3五种喂入梯度，分别在300mm×400mm、400mm×400mm、500mm×400mm三种不同压缩截面的压缩室内压缩过程中的应力—应变数据进行分析：（4-1）式中：ε--对数应变或自然应变h--变形前物料的原长h--变形后物料的长度从公式我们可以轻易的看出，草料稻草物料分别以以不同初始密度梯度分别在不同尺寸压缩截面压缩室内压缩得到的应力─应变关系。即随着应变的逐渐增加，应力也随之越来越大[16]。当然这一分析过程局限性很多所以只能适当作为参考，不能确切估量实际各种复杂情况。进一步分析，当压缩密度小于100kg/m3时，压力的增长速度小于压缩密度的增长速度，所需的压力也小于1MPa，主要原因是压缩初期x轴推板主要压力来源是挤压秸杆草料间的间隙以及稻草物料草料和与压缩室内壁之间存在的较小的的摩擦力。当压缩密度过100kg/m3时，在同样压缩条件下，不同初始密度在一定时间内压缩密度的小范围变化会引起压力极大程度的增加，说明排除稻草物料草料之间间隙后，秸杆草料的可压缩性飞速逐渐降低，压力的主要来源是秸杆材料自身的结构发生大变化产生的很大阻力以及秸杆草料群体间的交织产生的阻力，与压缩前初期相比较，秸杆材料自身结构变化占比越来越多，压力的增速也逐渐增加，压力的增加引起秸杆块对压缩室内壁的正压力也逐渐增大，摩擦力也随之增加，所需压力远超初始甚至需要到5-10MPa。所以主要承受压力时期为x轴推板渡过前期压缩后所需压力急剧上升，其次是z轴推板所需压力也很大，y轴推板工作时稻草物料材料压缩基本成型，y轴推板主要将稻草物料块推出打捆室进行包膜包网进行缠绕。在调研过程中查阅资料，大方打捆机或卷式打捆机压缩密度大约在300kg/m3，而在本设计产品中理论压缩密度达到400-500kg/m3，更加紧实。压缩室的强度计算初步拟定压缩室尺寸为：760mm×310mm×350mm。选择材料是HT200，壁厚12mm，抗拉强度：=150MPa，弯曲应力最大29.4MPa。压缩时压力为20MPa，选用壁厚t=12mm。油缸的推杆直径170mm。设计的参数:（1）打包机负载19600N（2）废料压制成块料体积为（3）液压缸的行程大小为0.8m（4）上压缩油缸行程为800mm（4-1）取定s经过计算得到以下结果：主油缸:快速空行程速度:=50mm/s工作行程速度:=12.5mm/s顶出压块速度:=50mm/s快速退回速度:=50mm/s上辅缸:快速下降:=125mm/s快速上升:=90mm/s压缩油缸:快速下降:=70mm/s快速上升:=80mm/s液压系统的压力的确定:液压稻壳压缩打包机的液压缸的最大输出压力，是由液压系的最大工作压力与体系内鞲鞴的最大有效体积A两者根据一定的比例，来共同决定其压力值的; （4-2）根据上述的二个式子即可得到下列结果，在一定时期，假若液压缸的工作压力得到越大，将会使得活塞运动的有效面积越小，液压缸的整体构造也就紧凑，给各个部件的布置带来了麻烦;而假若液压缸的p得到越小，那么活塞运动的有效面积A也将会越大，将会使得汽缸的整体构造尺寸也越大。为使工作机构获得相同的转速，就需要控制系统具有较大的流速，所以对相关的液压泵、控制阀等液压部件的规格要求也会随之的提高，这将会使得整体液压传动系统的构成显得非常的庞大，所以，在设定液压缸的最大工作压力p时，就必须按照装置的实际工作条件、经济，以及元件的生产水平等各种因素综合考量.并综合考虑到整个控制系统所需要的最大流速、控制系统的效率和功能、系统工作的安全、工艺性和经济性等各种因素.取控制系统的压力p=16MPa.（4-3）（4-4）（4-5）式中：（4-6）得出包门与压缩室侧壁的剪应力最大FC为1054000N。（4-7）（4-8）（4-9）由公式得：59.9Mpa<（4-10）满足强度要求。液压系统设计液压系统现有已知参数及要求液压系统最高压力25Mpa，工作压力稳定于20Mpa。油缸个数及速度要求：在系统中共3个油缸x轴水平压料油缸型号：10/80-95-32Mpa，对应壁厚：15，对应油缸外径：130mm速度要求：3s伸出；z轴竖直下压油缸I型号：16/125-80-32Mpa，对应壁厚：17.5，对应油缸外径：190mm，速度要求：3s伸出；y轴水平推料油型号：16/125-80-32Mpa，对应壁厚：17.5，对应油缸外径：190mm，速度要求：3s伸出；各个油缸不同时动作，各个执行元件闻动作关系为：换向液压冲击：喷漆及其他要求：无；整机工作环境：确定是否需要加热、冷却；防尘要求：无；车载式液压系统考虑浊箱空滤预压式，防止油液洒出。选型计算系统流量计算x轴水平压料油缸计算：油缸速度：=950/3=316.67mm/s（4-10）油缸伸出所需要的流量为：316.67×π×100^2/4×60/10^6=149.15L/mine（4-11）所需要的排量为：=/1.45=149.15/1.45=102.86ml/r（4-12）zy轴油缸计算：油缸速度：=800/3=266.67mm/s（4-13）油缸伸出所需要的流量为：266.67×π×2/4×60/6=321.54L/min（4-14）所需要的排量为：=/1.45=321.54/1.45=221.75ml/r（4-15）2、3缸差动油缸计算：油缸速度：V5=V2=266.67mm/s（4-16）油缸伸出所需要的流量为：=266.67×π×1202/4×60/10^6=180.866L/min（4-17）油缸所需要的排量为： =/1.45=180.866×2/1.45=124.74ml/r（4-18）高压齿轮泵型号：CBKP100/100-BFPR；轴端：32×48；参数：两泵同时工作；泵排量为：200ml/r；流量为：294L/min，轴端32-45；柴油机柴油机是指采用-15型柴油为主要能源的内燃机。由于柴油机是一个内部加压发电机形式的发电机，它也经常以主要开发人狄塞尔的名称而被称为狄塞尔发动机。汽油发电机在运行时，首先将发电机汽缸中的加压空气，随着鞲鞴的运行而引起很高幅度的压力，从而达到500~700℃的高热。随后再将燃料和烟霞喷入高温空气中，使高温与空气混合产生的可燃液体混合物，自动着火点燃。而燃烧时放出的热能工作于气缸的顶表面，直接驱动鞲鞴并经过连杆和曲轴变换为转动的机械功。按照本系统要求功率需求选4DW90-50G33柴油发动机，功率为60KW。联轴器选择联轴器是一种连接二个轴或轴承的旋转部件，在一个运动和动力状态中一起旋转，并且一般状态下不会脱开的一个设备。有时还用作一个安全装置用来避免被联接器件受到过大的压力，具有过载防护的功能。选取型号：ML7YA65x135/YA32×48；参数：公称扭矩：1120N·M许用转速：3400r/min；符合所需工作要求。单向阀单向阀的流体运动方向可以沿进口水流淌，但出接口介质运动却不能返回，故俗称为单面阀。单面阀又俗称止回阀或逆止阀。用作在液体压力控制系统中阻止油流的逆时针运行，亦可用作在空气控制系统中阻止压缩空气断路器的逆向流通。单向阀主要有直通式和直角式二类。直通式单向阀用螺纹联接装在管路上。而直角式单向阀则有螺纹联接、板型联接和法兰连接三类型式。选取型号：S25A12.0/；最高工作压力：31.5MPa；单向阀开启压力：0.05MPa；连接方式：M42×20；查表25通径流量为300L/min时压降约为0.1MPa；主换向阀(3个)换向阀，是有二个上述流动形式和二个上油嘴的方位控制器。是进行对液压油流动方向的沟通、截断和换向，包括加压卸载和顺序动作等控制的阀。靠阀芯和阀体之间的距离移动的方位控制器。有旋阀式和滑阀式二类。按阀芯在阀内停留时间的工作位数分成二位、三位等;按与阀体相连的油路数目分成二通、三通、四通和六通等;按操纵阀芯运动的方法有自动、机械、电动、液动、电液等多种形式。型号：34E，YM-H-31.5MPa50F-TCZZ；控制方式：外控外泄；最高工作压力：31.5MPa；最高通流量：500L/min；连接方式：法兰连接；小换向阀阀组型号：4WE6R-61/CG24N925L/(带灯插头)；最高工作压力：31.5MPa；最高通流量：80L/min；顺序阀顺序阀门，是指在带有二个以上分支电路的系统中，通过回路的电流压力差等来调节控制器件运动次序的阀门。该阀门还可以当作卸荷阀和背压阀门用。型号：X2F-L32H1；最高工作压力：31.5MPa；调压范围：0.6-1.6MPa；最高通流量：160L/min；油口尺寸：M42×2；先导式电磁溢流阀(2个)先导式溢流阀，作用主阀芯及先导阀芯的测压面上，由先导和主阀构成。型号：YFEH-L32H3；最高工作压力：31.5MPa；调压范围：8.0-20MPa；最高通流量：200L/min；油口尺寸：M42×2；风冷机热交换量×温升(15°)/861≥电机功率的30%×1.4；型号：AH1890，AC220V；风扇功率250W；油箱附件邮箱体积：130×70×65×0.8=473L液位液温计：YwZ-300T数量：2个空气滤清器：EF5-60；参数：加油流量47L/min；空气流量450L/min；空气过滤精度0.105mm；油过源精度125；回油过滤器：RFA-1000×20F-YE加热器加热功率计算：V×c××(一)（4-22）T1-T2=15℃按照加热15℃，时间为1小时比热容c=0.00052Kwh/Kg·k密度=0.88kg/dm3V=1000dm3计算得P=1000×0.00052×0.88×15=6.7Kw实际选用总功率为2Kw实际提高1摄氏度所用时间为12mine从10加热到25需要180min。中间配管部分油管内径计算公式：（4-23）式中：--管内最大流量--许用流速(通常吸油管遒取0.5-1.5m/s，压力油管取2.5-5m/s，回油管渔取1.5-2m/s)油管壁厚计算公式：（4-24）式中：p--压力[]--许用应力吸油管管径计算吸油管道流速取1m/s带入公式：（4-25）选择吸油管为GB/T8163-2018无缝钢管63×5内径为50mm。压力油油管径计算压力油管道流速取4m/s带入公式：（4-26）压力油管壁厚计算：（4-27）以上参考压力油管选取为无缝钢管42x4内径为32mm。回油管径计算回油管管道流速取3m/s，Q取200L/min带入公式（4-28）回油管选取为采用GB/T8163-2018无缝钢管63x5内径为50mm。小缸油管管径计算按照流量80L/min计算，选取内径为20mms外径为28×4。液压原理图设计及分析液压原理图设计如图4-1所示。图4-1液压原理图Figure4-1Hydraulicprinciple在原理图中，由油箱、柴油机、单向阀、电液换向阀、油缸及辅助原件组成。液压系统由60kw柴油机作为动力原件为系统提供动力，高压油被动力原件给予压力从油箱中被吸出，经过双联泵分别走向两条高压油路。液压油经过右侧泵流入管路后途径10Mpa溢流阀而后继续向前流通，随后经过1Mpa的单向的溢流阀，并流进入高压管路，从而仅仅剩余1Mpa压力油流入电液换向阀系统进行电液控制。在高压油路中，液压油经过左侧定量泵变成高压油，继续向前流动经过单向阀，单向阀起到背压回路作用，高压油在吸收1Mpa溢流阀卸荷的高压油后流经20Mpa溢流阀从而保证流入系统压力恒定为20Mpa。高压油分别连通三个电液换向阀，分别为xyz三个轴向油缸提供压力进行执行工作。由于高压油压力很高，电磁换向阀有可能存在电磁功率不足导致换向失败从而使系统崩溃，在控制部分采用电液换向阀即在电路控制继电器换向同时通入1Mpa压力油进行辅助换向控制。三位四通电液换向阀的低压油卸荷流回油箱的管路中，引出支路接通1Mpa溢流阀，形成反馈系统，当卸荷油压力高于1Mpa时候，提高管路合流处压力，将管路中多余压力通过溢流阀卸载，从而稳定系统压力。卸荷油主路继续流入过滤器而后返回油箱。本章小结本章对液压系统进行设计分析计算，对物料压缩进行计算得出压缩压力于压缩空间的关系。对液压系统进行设计，对液压原理进行阐述说明。理论压缩密度能达到400-500kg/m3，打捆一个稻草物料块并进行包膜所需要理论时间为12秒，生产率能达到6-9t/h高于市场平均水平4t/h。

静力仿真强度校核Ansys介绍ANSYS软件系统，是由美籍ANSYS集团开发的特大型通用有限元分析(FEA)应用软件，是全球发展最快的计算机辅助工程技术(CAE)应用软件，能与大多数电脑辅助设计(CAD，computerAIdeddesign)应用软件连接，进行工程信息的数据共享与交流，如Creo，NASTRAN、Algor、i-DEAS、AutoCAD等。是融构造、流线、电场、磁、声场等分析方法于一身的超大型应用有限元分析应用软件。在核工业、铁道、石化、航空航天、机械制造、电力、车辆交通、国防军事、机械电子、土木建筑、造船、生命医药、轻工、地矿、水利工程、日用家电行业等方面都得到普遍的使用。由于ANSYS功能强大，使用简易方便，目前早已形成了全球最受欢迎的有限元分析软件，在历年的FEA评选中均榜上有名。国内一百多家理科和工科高校都使用了ANSYS应用软件开展有限元分析，甚至用作国际标准的教学软件。Ansys有限元分析（1）模型导入如图5.1，首先打开ansysworkbench，点击staticstructural，输入材料HT200，抗拉强度：=150MPa，弯曲应力最大29.4MPa。将x-t格式零件图导入。图5.1graph5.1（2）网格划分如图5-2，选择model，框选主箱体模型，设置sizing为0.01国际单位制。图5.2graph5.2（3）参数输入如图5-3，选择外框方钢结构为load，在x轴方向给定均布载荷压强59.9Mpa。图5.3graph5.3（4）计算结果如图5-4图5.4graph5.4（5）结果分析，如图5-4所展示，在给定材料和压强得出仿真结果，承受面未形变，也未产生局部超出强度的红色网格，颜色偏中性，所以仿真结果为此材料完全满足结构强度需求。本章小结本章主要通过ansys软件对主箱体的打捆室进行力学仿真，得出结果满足强度需求。

PLC控制设计软件介绍可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController，PLC)，一类带有微处理器技术的实现智能化管理的数值计算控件，能够将管理命令及时载入寄存器中加以保存和运行。可程序化控制器一般由CPU、指令和数据寄存器、进入/输出端口、开关电源、数字模拟转换等主要功用单位所构成。早期的可编程逻辑控制器有了逻辑管理的功用，于是就被定名为可编程逻辑控制器，但是后来由于进一步地开发，这种当初功用很单纯的计算机模块也开始逐渐具有了包含逻辑控制器、时序控制系统、模拟控制器、多机通信等的各种功用，于是名字也就变成了可编程控制器(ProgrammableController)，但是由于它的简写PC与个人电脑(PersonalComputer)的缩写相冲突，加之惯例上的因素，现在人类仍然常常采用可编程逻辑控制器这一名称，而仍采用了PLC这一简称。现在，工业生产上所用的可编程逻辑控制器也已相当于或类似于一个紧凑型设备的计算机了，它的扩充度和可靠度这一方面的优点也使它被应用在目前的各种工业生产管理方面。不管是在电脑的直接控制器还是集中分散式控制器DCS，还是在现场的总线控制器FCS上，都有各种PLC控制器的大规模应用。目前PLC的厂家不少，包括了西门子、施耐德、三菱、台达等，而基本上所有工程自动化领域的厂家均会有其PLC的供应。PLC程序设计程序梯形图如图5-1所示。图5-1程序段部分Figure5-1ProcedurePLC接线引脚如图5-2所示。图5-2引脚接线图Figure5-2Wiringpin通过PLC程序控制引脚高低电位变化达到控制整体系统。PLC控制流程内容为：总开关S开启后液压推板向前运动触碰到限位开关SR2后，KM2关闭粉碎电机S1变为常开，推杆保持伸出状态，计料板开始接收粉碎后的稻草物料并通过压力传感器传入PLC电信号。当物料达到20-25kg时KM1开启，x轴伸缩杆缩回直至触碰限位杆SR1后，KM1关、KM2开启，x轴推杆向前伸出触碰限位杆SR2后KM2关闭、KM4开启，z轴推杆伸出直至触碰限位SR4，而后KM4关、KM6开启、S2开启，y轴推杆伸出直至触碰限位开关SR6，随后KM6关闭、S2关闭，下一个控制动作为KM5开启、KM3开启、KM7开启，zy双缸分别退回原点触碰限位开关SR5、SR3继电器关闭，至此完成一次打捆工作流程。本章小结本章主要对PLC的程序设计以及引脚接线图设计，并对PLC控制动作进行说明。

技术经济分析科技经济学是专门研究科学技术方法与市场经济之间矛盾关系的社会科学，具体来说它是指专门研究科学技术方法效益问题与市场经济效果问题的社会科学(注:科学技术方法是指以科学技术为基本，由人才、物质、钱财、运力、自然力和时力构成的，为实现某些目的和适应某些要求的一个有机组合)。科技经济学的重要理论研究各项任务是合理地识别和解决科技与经济问题中间的相互联系，探索科技经济运行的客观规律性，并寻求科技与经济问题相互之间的合理科学联系，具有最优化联系和协同联系。具体的科学研究各项任务一般有如下3个组成部分:(1)科学研究科技经济运行评估和综合评估理论和办法。一是科学研究自己的综合评估理论和办法;二是根据各种科技实际问题研制不同的综合评估理论和办法。这二个科学研究各项任务互相促进，相得益彰。有了科学理论和办法，规划设计、生产运用和经营管理等各部门，就可以针对不同情况来处理不同具体的科技与经济社会实际问题。(2)从总的技术经济分析论证入手，探索国内科学技术(包含硬技术和软技术)快速发展的客观规律及其科技进步与经济社会发展的相互作用和基本规律。(3)通过深入研究处理现实的技术经济问题，尤其是社会因素复杂、综合性很强的重要技术经济问题，并提供具体结论与建议，同时提供科技实践运用。技术分析本设计采用了S7-200SMART系列PLC可编程控制器，通过程序控制来达到自动打捆的功能。PLC控制配合液压系统的控制完成整体机器的粉碎、计重打捆，一体化功能，同时保证了系统稳定性能，而且实现了通过改变压力传感器的信号量阈值来控制打捆成型密度，且预设的默认打捆密度高于普遍打捆机的打捆密度，使方捆更紧实不易松散。通过整体结构建立细节优化使工作时灰尘减少。整体设计Solidworks建模并配合PLC系统液压系统完成总体设计从而达到能在小耕地面积或农村小范围使用的市场要求。经济分析整体机构中柴油机、铡草机、换向阀、油缸等配件均可在电商发达的今天轻易低价采购，部分外购件如表6-1所示。表6-1外购件数量及价格Table6-1Quantityandpriceofthepurchasedparts名称数量价格柴油机18500元铡草机16200元油缸54000元电液换向阀31200元整体机器为智能化PLC控制以及液压系统反馈调节稳定，整体结构经久耐用，且在小耕地面积的稻草物料打捆方向市场的前景广阔，小方捆稻草物料打捆机有很大发挥空间，维护成本很低，使用寿命很长，总体性价比很高。总结在整体的设计流程