小型玉米秸秆粉碎器传动系统设计及优化研究

发布时间：2020-03-27 09:13

【摘要】：农作物秸秆是十分的宝贵可再生资源,我国的秸秆、饲草等农作物资源十分丰富,但是在其商品化过程中,因其具有结构疏松、密度小、分布分散、季节性强的特点,高收集成本等因素,限制了秸秆的多元化利用,秸秆的机械化还田或秸秆打捆是目前秸秆利用的主流。与拖拉机配套的半自走式秸秆粉碎打捆机,在促进和减少秸秆焚烧造成的环境的污染方面起到积极的推动作用,秸秆打捆后可以用于发电或作为饲料。在适用于玉米叶和牧草捡拾的打捆机的基础平台上,在保留原有打捆功能的前提下,进行二次开发,增加玉米秸秆粉碎打捆功能,为用户的秸秆粉碎打捆需求提供额外的解决方案。该打捆机可将弹齿滚筒与粉碎器捡拾器互换,以达到一机多用的目的。在粉碎器的动力传递设计过程中,现有机型的空间基础上,如何实现粉碎器的动力传输和传动方案的优化布局将在本文论述。在现有打捆机三维模型平台上,完成新传动系统的概念建模布局。参考DFMEA(Design Failure Mode and Effects Analysis)流程,完成设计前的结构布局分析、功能分析、失效模式分析、措施分析、优化改进,利用这5要素法来控制设计风险、选择优化的传动设计方案并展开传动方案的子组件及其它传动零部件的设计匹配。以田间实验采集到的粉碎器负载数据为依托,结合现有打捆机平台能获得的空间和位置,借助Creo 3.0三维设计软件进行三维初始建模,模拟和验证传动系统零部件的空间适用性。设计的目标是为粉碎器提供满足需求的配套动力。粉碎器传动系统设计的主要研究工作如下:(1)粉碎器左侧布局的HC型长V带传动方案,HC型长V带传动路线过长,需要皮带变向导轮,在功能样机负载10kW时,皮带抖动剧烈,皮带发热严重,传递功率不足,有早期失效风险,如果改进为2HC型皮带,皮带容易脱槽,张紧困难,设计上实现困难。(2)粉碎器右侧布局的锥齿轮箱传动方案,传动路线短,可以实现2HC型皮带配置,传递功率和安全系数高,齿轮箱传递动力可靠,皮带张紧支架尺寸小,配置位置易实现,系统可靠性高,运转平稳。对优化方案展开子传动系统零部件设计、分析和优化,对关键零部件做FEA分析,设计过程始终贯彻精简设计的理念。(3)对粉碎器动力传动系统进行风险评估,对潜在失效模式进行原因和后果分析,确定了齿轮箱失效模式为重大失效模式,通过评审会议和田间实验反馈,最终判定,重点做油温和负载为主的实验验证。以试验台架为载体搭建了齿轮箱性能测试试验台,对齿轮箱进行负载温升实验研究。选取齿轮油型号、齿轮油油量及负载功率为试验因素,齿轮箱油温为评价指标,开展台架性能优化试验,建立齿轮油温升指标与试验参数间的数学模型,运用Design-Expert 8.0.6软件对试验结果进行验证,得到最优参数组合。
【图文】：

打捆机

国外打捆机研究现状外打捆机起源于 100 年之前，，19 世纪初，秸秆或者牧草传统收获方式为分段后人工收集[8-11]。 19 世纪中后期，美国的 Dederic 研制出第一台打捆机，解放了劳动力得到广随后国外打捆机进入飞速发展阶段，国外生产打捆机的公司主要有纽荷)、约翰迪尔(John Deere)、克拉斯(Claas)等。如图 1-1 所示，其中 a)图为纽打捆机，图 b)为纽荷兰圆捆打捆机，图 c)为克拉斯方捆打捆机，图 d)为约翰机。a）纽荷兰小型方捆打捆机 b）纽荷兰圆捆打捆机

打捆机,弹齿

图 1-2 纽荷兰打捆机弹齿Fig.1-2 Newholland baler flexible finger机研究现状的研制较晚，在 20 世纪 80 年代研制成功并投入使以小型为主。随着多年的技术积累和进步，打捆机的 60 家，产品型号有 140 余种。同时由于农机购置补在逐年增加[14,15]。我国打捆机目前涵盖了方捆打捆机YFQ 方捆打捆机，图 b）为德沃科技研制的 9YG 系列 9YG-1.4B 型圆捆打捆机[16]
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S817.122

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