辊盘式卷捆机构卷捆机理分析与试验研究

1、辊盘式卷捆机构卷捆机理分析与试验研究我国秸秆年产量大且分布分散,加之秸秆结构疏松,导致其收获(收贮运)成本较高,而对秸秆打捆收获是降低其收获成本的必要措施。我国研发的秸秆收获打捆机主要为中小型打捆机,其中钢辊式圆捆机因结构简单、操作方便而得到较广泛应用。在利用现有国产钢辊式圆捆机收获完整稻秆(由应用较普遍的半喂入式水稻收获机获得)时易堵塞。为此,本文在对其核心卷捆机构钢辊式卷捆机构卷捆过程分析的基础上提出了一种辊盘式卷捆机构,并对辊盘式卷捆机构展开了卷捆机理与试验研究。主要内容及结论如下:(1)稻秆卷捆过程相关的基础研究。利用万能试验机、自制压缩装置及摩擦因数测量装置等,对稻秆的弯曲特性、摩擦

2、特性、稻秆压缩过程中力的传导规律、圆草捆(由钢辊式圆捆机获得)密度分布特征等进行研究。得出稻秆抗弯刚度及弯曲强度随稻秆含水率及稻秆直径增大而增大的规律;稻秆压缩过程中,压力沿稻秆压缩方向传导过程中被不断消耗而递减的规律;稻秆与钢板间摩擦因数总体上随稻秆含水率增大而增加、钢辊表面结构及稻秆物理性状对稻秆与转动钢辊间摩擦因数具有显著影响等规律;以及圆草捆的密度分布规律。(2)钢辊式卷捆机构卷捆过程分析。利用高速摄像技术对钢辊式卷捆机构卷捆过程进行研究与分析。分析结果表明,利用现有国产钢辊式圆捆机收获完整稻秆时,旋转草芯无法及时形成是导致堵塞的主要原因,完整稻秆与卷捆室侧壁间摩擦阻力较大及其与钢辊间

3、摩擦作用力较小是阻碍旋转草芯形成的直接原因。(3)辗盘式卷捆机构设计。基于TRIZ理论中的物-场模型法,确定与旋转草芯形成直接相关联的5个量(依据阻碍旋转草芯形成的直接原因),以此建立2个物-场模型,进而得出两套解决问题方案,结合两套方案提出了一种辊盘式卷捆机构,并对辊盘式卷捆机构进行设计,进而以辊盘式卷捆机构为主体建立了辊盘式卷捆机构试验装置。(4)辊盘式卷捆机构卷捆机理研究。卷捆机构卷捆时旋转草芯的及时形成是顺利成捆的关键,故其卷捆机理主要体现为旋转草芯的形成机理,为此本研究利用高速摄像、试验分析等技术手段,对辊盘式卷捆机构卷捆过程中旋转草芯的形成机理进行研究。结果表明旋转草芯形成过程中,

4、圆盘的摩擦带动作用使初始稻秆的运动变得流畅,从而迅速进入草芯累积进程;在草芯累积过程中,圆盘的摩擦带动作用强化了草芯与钢辊间的接触,继而加大了钢辊对草芯的摩擦作用,在圆盘摩擦力与钢辊摩擦力的组合作用下,草芯累积进程缩短,累积草芯较快的转为旋转草芯,进而避免了堵塞现象的发生。(5)辊盘式卷捆机构试验研究。草捆形成率及卷捆功耗是评价辊盘式卷捆机构性能的重要指标。对影响草捆形成率及卷捆功耗的因素进行分析,确定其主要因素圆盘直径、钢辊转速、喂入量及长宽比为试验因素,以草捆形成率和卷捆功耗为评价指标进行试验研究。得出各因素对评价指标的影响规律,各因素影响草捆形成率的主次顺序为圆盘直径?喂入量?钢辊转速?长宽比,影响卷捆功耗的主次顺序为喂入量?钢辊转速?长宽比?圆盘直径;在保证草捆形成率的前提下(草捆形成率100%),寻求辊盘式卷捆机构所能适应的最大长宽比,得出最大长宽比为1.2,此时对应的其他参数值为圆盘直径380mm