秸秆打捆机捡拾粉碎装置的设计与试验

发布时间：2020-06-01 18:53

【摘要】：秸秆资源是重要的可再生能源,其具有相当可观的开发和利用价值。近些年来,一方面,畜牧业发展迅速,饲料需求量加大;另一方面,大量农作物秸秆被焚烧,导致环境污染问题严重,出现了大量的雾霾,使得人、牲畜、环境之间的矛盾加剧。因此,秸秆资源的回收和利用具有重要的社会意义和生态意义。目前,国内的打捆机多为弹齿滚筒式,其在捡拾水稻、小麦等长度较短、质地较软的秸秆时性能良好,但是在捡拾玉米、高粱等长度较长、质地较硬的作物秸秆时,传统的打捆机捡拾装置存在强度不够可靠、捆包里秸秆尺寸过、带土量大影响牲畜直接食用的问题,因此,研究和设计适合玉米等硬质作物秸秆的打捆机捡拾装置,解决秸秆尺寸大、带土量大等问题,具有重要的现实意义。本文通过对国内外打捆机及捡拾装置研究成果进行分析和总结,设计了一种集捡拾粉碎一体的秸秆打捆机捡拾粉碎装置,对捡拾粉碎装置的关键部件进行了设计,对其作业机理进行了理论分析,对捡拾粉碎装置进行了仿真分析,完成捡拾粉碎装置的田间性能试验。本研究为秸秆打捆机捡拾粉碎装置的应用提供参考。研究主要内容及结论如下:(1)对秸秆打捆机捡拾粉碎装置的整体结构及工作原理进行阐述分析,对捡拾粉碎装置进行三维实体建模,确定装置的整体结构和基本参数,对捡拾粉碎部件的材质进行了选型,对主要工作部件的结构和参数进行了设计,对捡拾粉碎装置的作业机理进行了理论分析,为捡拾粉碎装置的设计提供依据。(2)为提高秸秆捡拾粉碎打捆机的作业性能,建立锤爪不同排列方案的三维模型,将所设计的不同排列方案的三维装配体导入到ADAMS软件中进行仿真分析,选出最佳的排列方案。(3)为检查秸秆打捆机捡拾粉碎装置的可靠性,对T型定刀进行了有限元静力学分析,通过分析应力云图和位移云图,得到总的应力最大值为27.997MPa,远小于其材质65Mn的许用应力(570MPa),可靠性稳定,满足使用要求。对捡拾辊装配体进行了模态分析,得出前6阶固有频率和振型,固有频率范围为89.702~409.68Hz,远大于作业时的激振频率30~33.3Hz,因此机器不会因共振而损坏。(4)采用二次回归正交旋转中心组合的试验方案,对秸秆打捆机捡拾粉碎装置进行田间作业试验,分析各试验因素对指标影响规律及最优参数组合。结果表明:各因素对捡拾损失率影响的主次顺序为捡拾辊转速、离地高度、前进速度;对粉碎长度合格率影响的主次顺序为前进速度、捡拾辊转速、离地高度。(5)通过Design-Expert8.0.6软件的优化模块,对试验指标的回归模型进行优化求解,得出最优参数组合,即离地高度为160.5mm,捡拾辊转速为2182r/min,前进速度为2.5km/h,相对应的捡拾损失率为0.53%,秸秆粉碎长度合格率为98.37%。对秸秆打捆机装置粉碎装置的最优工作参数进行验证,结果表明:捡拾损失率平均值为1.21%,粉碎长度合格率平均值为97.42%,与优化结果误差不大,满足秸秆打捆机的作业性能要求。
【图文】：

密度分布,秸秆

世界上许多国家在秸秆资源的综合利用方面比较完善，尤其是发达国家，基本不会将秸秆废弃焚烧。在欧美国家，由于人口较少，秸秆资源中，大约有2/3用于直接还田，有少量的秸秆被用做饲料。在美国，有68%的秸秆被直接还田[7]。相对于美国而言，英国秸秆还田量更大，达到了73%[8]。日本环海，主要种植水稻，其多于2/3的水稻秸秆直接还田，也有1/5的秸秆用作饲料[9]。相比于其他发达国家，韩国的秸秆资源达到了更好的利用，80%以上的秸秆资源用作饲料，只有20%用于还田[10]。从国外的秸秆资源利用情况来看，秸秆回收利用是一项比较复杂的作业过程，原因是秸秆的种类多，研制适合各种秸秆的收获机具比较困难，因此许多国家都将大部分秸秆废弃或者直接还田，秸秆废弃和秸秆还田不利于秸秆的分解，还会带来一系列环境问题[11-13]。以玉米秸秆为例，玉米经过收货机收获之后，秸秆散落在田间，其根部未完全断开，且密度分布较低，规模利用和高效利用都很困难，因此大多数玉米秸秆并没得到充分利用。秸秆的收储是机遇也是挑战，因此，实现秸秆的高效处理、回收利用、以及全面机械化具有重要意义。综上所述，，农作物秸秆资源的回收利用必将成为国家建设中一个重要项目，其潜在的效益巨大，生产适合秸秆收获的机具也将是适应国家有关政策的趋势，未来秸秆资源将会被更多的利用。在实现农作物秸秆产业化回收利用的过程中，收集是首要解决的问题，秸秆散乱状态下装车，收集起来占地空间较大，如图 1-1 所示。这样的运输状态非常不稳定，运输效率低，成本较高，这些问题一直以来都制约着秸秆能源化的利用。

打捆,秸秆,打捆机

图 1-2 秸秆打捆Fig. 1-2 Bale of straw为了应对畜牧业的发展以及工业发展对秸秆资源的需求，秸秆打捆机逐渐进入了人们的视野，世界各大公司看到了打捆机巨大的发展前景，加大了打捆机研发方面的资金投入，打捆机被大量的研制生产，至此，秸秆打捆机问世了。有了秸秆打捆机，农作物秸秆便有了比较先进的收获方法，秸秆运输起来更加便捷，也方便储存。打捆机能够提高秸秆收集效率，减少秸秆收获过程中的损失。1.3 国内外研究现状1.3.1 打捆机种类打捆机有不同的作业方式，从打捆机工作方式划分，打捆机有两种类型，即固定式打捆机和移动式打捆机。固定式打捆机，指的是打捆机不动，人工将秸秆放入打捆机打捆；而移动式打捆机指的是可以被牵引的打捆机。相比固定式打捆机，移动式打捆机比较常见。从打捆后的秸秆捆包类型上划分，打捆机有方捆机和圆捆机两种。方捆机对各种长短秸秆适应性强，经方捆打捆机打捆后的秸秆密度大，体积小，搬运方便，便于机械化装卸；圆捆机常适
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S22

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