捆树机毕设调研报告

#压捆机捡拾机的研究立题依据1.1研究背景与意义我国秸秆（straw）的总产量位居世界首位，达8亿吨多。同时，按照地域分布有东北地区、长江中下游地区等 8大区。而在我们西南地区的秸秆产量就异常丰富，年产量达到10871.97万吨，占全国秸秆总产量的12.91%,其中粮食作物秸秆8124.02万吨，占全国的13.74%⑴。这样丰富的秸秆资源没有被充分利用反而在田间就地焚烧或是被废弃，这不仅仅是对环境造成严重的污染，还有对秸秆资源的浪费。单就四川而言，每年被燃烧掉的秸秆占全国秸秆总产量的 20%左右［2］o秸秆是成熟农作物茎叶（穗）的总称。通常是指小麦、水稻、玉米等农作物在收获籽实之后的剩余部分。农作物光合作用的产物有一半以上存在于秸秆中，其中富含氮、磷、钾、钙和有机质等，是一种具有多用途的可再生生物资源，同时也可以作为一种粗饲料。而且，通过一定的技术还可以将其更好的利用。例如：以秸秆覆盖还田、适量添加少许肥料的秸秆肥料化归田利用；将秸秆转化为优质饲料的秸秆饲料化利用；将秸秆碳化的农村能源化利用；将秸秆与木屑、麦麸化作食用菌培养料利用等⑶o现阶段对于西南地区秸秆综合处理最大的困难就是将秸秆收集打捆。人们在田间作业时，为了便于运输、贮存，需要将农作物秸秆打捆，但是由于人工打捆的草捆过于松散，这样不但占用较大的空间，也不利于运输、贮存。另外，缠绕式的圆草捆打捆机常在作业时发生严重的缠草和堵塞现象，这不仅增加了工时还严重影响了工作效率。如遇到阴雨天气，湿润的稻草会增大切草刀的切草阻力，从而增大了打捆机捡拾机构的故障率。还有对于西南地区来说，秸秆纤维的形态不同，对打捆机要有针对性地确定打捆机的选型和功率的配置。北方地区的打捆设备在西南地区的适用性不强，不能将其用于西南地区作业，相反会严重影响工作效率和质量［4］。目前，大量推广运用的秸秆打捆机主要是用于北方平原地区的牧草类作物的牵引式捡拾打捆机，而对于适用于南方水田中对稻草秸秆进行压捆回收的打捆机较少，原因是没有对西南地区稻田和水稻秸秆的特点做大量的系统研究。当前大量推广的打捆机有多种类型，按照草捆成型方法可分为缠绕式（圆捆机）和压缩式（方捆机）；同类型的圆捆机相对于方捆机来说，体积小、重量轻。在工作方式上，圆捆机的工作是间歇式的，即收集到的秸秆到一定的体积（工作时所能缠绕秸秆草捆的最大体积）后，圆捆机就要停止对秸秆的收集工作（机械停止前进）进而操纵相应的打捆与放捆机构，才能继续进行下一步收集、打捆和放捆工作，这样的工作方式不仅效率较低，而且操纵繁琐。而方捆机除压捆后草捆为方形以外，其主要优点是能够连续对秸秆进行收集、打捆和放捆作业，不需停机或操纵其它机构等繁琐的操纵方式即可完成全部工序。但由于其体积较大，需要配套与大功率的拖拉机，且只适用于大面积的平原地区牧草与秸秆收集和压捆 [5]。综上所述，对于西南地区自然条件多样，地形地貌复杂，农作物秸秆产量丰富，秸秆打捆机捡拾机构必须根据西南地区和农作物特点来进行研究。建议研究并采用具有高效率、高质量和适用于西南地区的农作物秸秆打捆机捡拾机构来作业⑹。1.2研究现状1.2.1国内研究现状目前，投入生产使用的打捆设备有捡拾压捆机、机械式压捆机和液压式压捆机。根据草捆形状分类于打捆设备，主要是圆草捆型和方草捆型。在工作可靠性方面来看两种设备，圆草捆的捆草机在运行中主要是采用缠绕式的方式来打捆秸秆，但是在工作过程中，常常会发生严重的缠草和堵塞现象。这不仅影响了工时还严重影响了工作效率，再加上遇到阴雨天气，湿润的稻草更会增加切草刀的切草阻力，从而大大增加设备故障率。捡拾打方草捆设备的打结机构复杂，调整难度大。机械式压捆机的冲击噪音大，结构复杂。另外，现有的方草捆机设备安全螺栓更换频繁，对设备本身的损坏较大，安全螺栓的保险等级配备不到位等技术上存在着设计缺陷⑺0高殿文在2010年10月份申请了一种关于秸草捡拾压捆机的专利。其压捆机特点是在田间对切割晾干后的农作物秸秆或牧草进行捡拾、压缩和打捆的机器。它的基本结构是在现有的捡拾压捆机技术上，在该机尾部的中下方增设牵引装置，能让其与积草车联合作业。不再随地扔草捆，而是将草捆打捆后就收集起来，集中堆放，提高了草捆的运输效率⑹。中国农业机械化科学研究院呼和浩特分院于2012年11月申请了一种关于牧草打捆机捡拾输送装置。该机构的特点是：割幅为1.2-1.5米，改善了皮带传动效率低、不能保证精确的传动比以及结构受力不均匀而导致扭曲变形等不良问题。其优点为捡拾输送装置传动效率高，有过载保护装置。捡拾器中双侧凸轮盘及弹齿梁左右分段中间固定的连接方式避免了因弹齿梁过长而导致变形扭曲现象的发生，具有使弹齿梁受力均匀、运动平稳、捡拾后弹齿不回带秸草、有良好的地面仿形和捡拾能力和捡拾效果好等特点[9]o现代农装株洲联合收割机有限公司研发了一种对水田中的稻草秸秆进行收集、打捆的自走式稻草秸秆切割捡拾打捆机。该设备的特点是，自带动力驱动履带式行走机构，可以在水田中进行秸秆打捆作业，但其采用的是圆草捆缠绕式的方式来作业，对于湿润的稻草易出现缠草和堵塞现象，工作效率较低，适应性不强[10]o目前，上海世达尔公司研发的THB3O60THB307(型方捆机和MGR400型搂草摊晒机在动力配套系统、控制系统方面就处于国内领先的位置。其方捆机的工作特点就是主要用于捡拾牧草和水稻、小麦秸秆，压缩成方草捆。该机械以拖拉机动力输出轴作为驱动，能自动连续作业，并且能够根据作物条件、运输和贮存要求，调整草捆的长度，打结成功率高，草捆尺寸均匀、结实牢固，生产效率高，操作简单，性能稳定，齿轮传动系统耐用性好等优点 m]o1.2.2国外研究现状在国外，关于牧草收割机、打捆机的发展早已成熟，现在已经开始成套的生产。最初是使用畜力作为动力，逐渐发展到以拖拉机作为动力。现在，从单一的割、搂草功能到到集多项功能为一体的与动力机械成配套的农业机具，从分段完成作业到联合作业，而且农业机械更新换代的速度较快。美国牧草捡拾机、压捆机保有量最高达到70万台。国际著名公司(纽荷兰(NewHolland)生产的575/580型小型方捆打捆机，是与中型拖拉机配套使用的牵引式牧草收集打捆机。主要特点是采用弯曲式弹齿，捡拾率高、故障较少；采用转子式喂入系统，草捆密度高、作业效率高；采用柱塞式压缩机构，草捆密度均匀，动力消耗小等优点[12]o其生产的BC5000系列的小方捆打捆机采用转子式喂入系统，使其喂入顺畅；使用自主研发的加强型打结器，坚固耐用，成捆率高；草捆捆型规整，密度高，易于回收后堆垛；其装备较宽的捡拾器，可捡拾较宽的稻草面积，但是存在捡拾不干净等缺点；另外，其体积虽小，但是还是配套于拖拉机来牵引驱动，采用的是轮式行走机构，不适用于南方地区的稻田特点等优缺点[13]0约翰•迪尔(JohnDeere)在2010年度研发新型农业机械领域上取得了八项创新产品获得AE50奖。其中有一项创新：“拖拉机一一打捆机智能联合打捆系统”融合了原独立工作的拖拉机和农具。该系统使打捆操作自动化，消除了重复、繁琐的人工操作，使拖拉机在恰当的时间启动打捆操作，从而简化了操作，提升了生产效率网0另外，约翰•迪尔在农业机械控制系统方面，使单片机、可编程控制器(PLC、工业控制机控制(IPC、等自动控制手段都得到了智能化地应用，从而使得机械在运行工作时，安全可靠性高，从而也保证了高效率和高质量。这些应用在农业机械上的新型科学技术激励着我们也要将农业机械推向智能化发展。同时，这也是我国农业机械发展的新趋势[15]0从以上的技术趋势分析中可以看出我国的农业机械化生产、运用都集中在收获与压捆，尤其是在干草或禾杆的压捆机方面，对机械的动力配套系统、液压系统方面的研究相对较少。国际著名的农机生产商像纽荷兰(NewHolland)、约翰•迪尔(JohnDeere、等公司的打捆机都早已成标准的系列化生产，这些设备无论是在机械结构、动力配套系统、液压系统还是在控制系统设计方面都处理得十分成功。很多农业机械都需要拖拉机动力输出轴来驱动，但是需要性能优良的拖拉机，以维持和保证农业机械的正常工作[16]0综上所述，目前国内外正在投入使用的打捆机都只适用于大面积范围内作业，对于西南地区来说，牵引式的大型打捆机适用性不强。主要有以下几点：(1、西南地区稻田之间有田埂、水渠等障碍，大型的牵引式压捆机在田间转移困难；(2、秸秆的纤维状态不同，目前多为捡拾牧草的打捆机捡拾机构的适用性不强，会出现捡拾机构堵塞、捡拾不干净等问题；捡拾器的弹齿要回带秸秆，造成捡拾机构与螺旋进料机构间的堵塞；弹齿梁过长，形成堵塞后会造成其弯曲变形等不良现象；建议针对西南地区的稻田特点与秸秆纤维状态来研究适用性较强的打捆机捡拾机构。研究主要内容本文主要针对西南地区的水稻秸秆特点提出秸秆压捆机捡拾机构的研究，研究主要内容如下：（1） 分析捡拾机构与螺旋进料机构间的堵塞原因及秸秆输送机构缠草的原因；（2） 研究捡拾机构工作原理及其结构特点，并找出其结构上存在的不足；（3） 研究进料纤维状态对捡拾机构运动单元的影响；（4） 研究捡拾机构运动单元的动力学特性。预期目标具体预期目标如下：（1）根据田间试验所记录的堵塞原因、以及计算机仿真分析结果，提出最优的解决方案；（2）减轻打捆机捡拾机构、螺旋机构和输送机构在工作时的堵塞及缠草现象；（3） 对捡拾机构的结构上的缺点提出改进方案；（4） 总结进料纤维形态对捡拾机构、螺旋进料机构等造成的影响，并提出改善方案。研究方案4.1研究方法（1） 通过田间试验，对捡拾机构在工作时所产生堵塞的原因进行跟踪记录，为后期分析研究提供依据；（2） 利用UG软件建立打捆机三维模型，同时采用有限元法分析捡拾机构和螺旋进料机构受力情况；（3） 查阅打捆机捡拾机构相关文献资料，为结构研究提供依据；（4） 利用UG软件对捡拾机构运动单元进行运动仿真，得到其动力学特性。4.2可行性分析（1） 本课题有各位老师的精心指导，并且有压捆机系统的设计研究成果可以借鉴，有成熟的三维建模软件作为分析工具，为课题完成创造了良好的外部条件；（2） 本人在校期间，对于相关理论有一定的学习和理解，对于高等数学、材料力学、工程力学和相关数据处理软件较为熟悉，为完成课题进行进一步的理论研究打下良好的基础。本文拟创新点针对西南地区这独有的地理及稻田特点来对压捆机捡拾机构进行研究，是新的尝试；利用计算机软件对压捆机捡拾机构进行运动仿真，得到其动力学特性，是一个新的尝试。论文进度安排2014年3月完成开题报告，并提交导师审查。同时，根据初步确定的思路，搜集、整理有关文件资料；2014年4月一6月进行软件建模和研究，完成三维模型的建立和对其分析；2014年7月一8月对改进后的压捆机进行田间试验，并采集压捆机在工作时的相关数据；2014年9月一10月完成论文撰写，并送导师审阅在导师指导下，完成论文的修改工作；2014年11月 进行论文打印，并准备论文答辩。主要参考文献毕于运,王亚静,高春雨•中国主要秸秆资源数量及其区域分布[J].农机化研究.2010(3):1-7.王丽,李雪铭,许妍.中国大陆秸秆露天焚烧的经济损失研究[J].干旱区资源与环境.2008,22(2):170-175.郑孝国.秸秆利用技术与现状分析[J].黑龙江省化工研究所.2012(36):364-365.危朝安.2009中国种植业发展报告[M].中国农业科学技术出版社.2009:150-180.沈国舫.中国农业机械化发展战略研究[M].中国农业科学出版社.2010:75-90.中华人民共和国国务院•国务院关于印发全国现代农业发展规划(2011-2015)的通知[R].北京：国家发展和改革委员会.2011,4李宝筏.农业机械学[M].中国农业出版社.2003:66-80.高殿文.秸草捡拾压捆机[P].中国专利.ZL201020588151.2011.08.24.李文广.牧草打捆机捡拾输送装置[P].中国专利.ZL2012206415175.2012.11.14.刘兴国，喻益新.自走式稻草秸秆切割捡拾打捆机[P].中国专利.ZL2009200646047.2009.05.27.张智国,华燕.上海世达尔方捆机和搂草摊晒机简介[J].新疆农机化.2010(2):59.刘振营.纽荷兰——575/580型小方捆打捆机.FarmMachineryGuid[J].中国机械工业联合会.2012(4):41.林贵忠