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秸秆打捆机捡拾粉碎装置的设计与试验

孙永利  
【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。


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