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自走式打捆机整机设计及其关键零部件优化

雷亚阔  
【摘要】:作为生物质能源的农作物秸秆,其回收利用是涉及环保问题的重要趋势。目前广泛使用的牵引式打捆机由于转弯半径过大不适用于南方小地块,因此需要研发转弯半径较小、接地比压小的履带自走式打捆机。针对履带自走式打捆机的研制,提出了整机传动与机构布局方案;采用智能化算法对捡拾器、螺旋输送器进行优化设计;对链耙式输送器、喂料、打捆活塞等关键机构进行了仿真分析与设计。研究工作包括:首先,针对履带自走式打捆机的研发,确立了整机的设计原则;根据自走式打捆机各机构的工艺流程,提出了整机机构空间布局;设计了整机的传动方案及传动分配,并对各传动轴进行了安全校核。其次,采用遗传算法对捡拾器、螺旋输送器进行了优化设计,求取最佳的设计参数,并通过仿真分析验证了结构优化的正确性。相较于传统理论优化:捡拾器捡漏率降低了57.4%,物料与弹齿接触速度降低了6%;螺旋输送机输送效率相较于市面主流机型至少提高了12.1%,为农机部件的优化提供了新的思路。再次,对链耙式输送器、喂料、打捆活塞等关键机构进行了结构设计。创新性地设计了链耙式输送器防缠绕装置;通过仿真分析得出喂料机构速度与位移曲线,分析了喂料机构各个时间段的运动状态;对打捆活塞机构进行了最小传动角验证,并通过仿真分析得出活塞的速度与位移曲线,分析了结构设计的合理性,为后续优化提供理论依据。最后,根据整机载重与空间设计布局,确定了机架的结构,并通过静力学分析,求解机架的最大应力与最大变形量。结果表明最大应力91.53MPa,最大变形量为1.6mm,满足设计要求;根据求得的各机构尺寸,完成了整机的建模与装配,验证了整机布局的合理性。基于上述研究,整机作业时每公顷耗时1.05h,完成350个草捆打捆作业,接地比压为14.8KPa,最小转弯半径为1.2m。整机捡拾、输送性能、打捆效率得到了明显提高,接地比压、转弯半径均较小,能够很好的适应南方小地块作业。本文的研究内容为自走式打捆机整机开发提供了借鉴,对提高小地块打捆作业效率具有非常重要的作用。


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