毕业设计（论文）-秸秆打捆机的设计

毕业设计（论文）-秸秆打捆机的设计一、题目小型玉米秸秆打捆机的设计二、摘要摘要：为解决我国农业生产中秸秆回收效率低、资源浪费严重及环境污染等问题，本研究设计一款适用于小规模农田作业的小型玉米秸秆打捆机。首先，通过分析国内外秸秆打捆机的研究现状与发展趋势，确定采用卧式圆捆打捆机的总体结构方案，该方案具有结构紧凑、操作便捷、适应性强等特点。其次，完成打捆机核心部件的设计计算，包括捡拾装置、输送装置、压缩打捆装置、捆扎装置及传动系统等，其中重点对捡拾滚筒的转速、压缩室的尺寸、捆扎机构的张力等关键参数进行优化设计，确保打捆机的作业性能。最后，通过三维建模软件（SolidWorks）构建打捆机的整体三维模型，对关键部件进行静力学仿真分析，验证结构设计的合理性与可靠性。本设计的秸秆打捆机可实现秸秆的自动捡拾、输送、压缩、打捆及捆扎一体化作业，打捆密度可达180-220kg/m³，作业效率不低于0.8hm²/h，能有效提升秸秆回收利用率，降低农户劳动强度，具有较好的经济与社会效益。关键词：秸秆打捆机；小型化设计；核心部件；三维建模；仿真分析三、引言3.1研究背景与意义我国是农业大国，每年产生的农作物秸秆总量超过10亿吨，其中玉米秸秆占比高达35%以上。长期以来，大量秸秆被露天焚烧或随意丢弃，不仅造成了严重的大气污染和资源浪费，还存在极大的火灾隐患。随着国家对农业绿色发展和环境保护的重视，秸秆资源化利用已成为农业可持续发展的重要方向。秸秆打捆机作为秸秆回收利用的关键设备，能够将分散的秸秆压缩成密度大、便于运输和储存的草捆，为秸秆后续的饲料加工、生物质发电、有机肥制作等提供便利。目前，我国市场上的秸秆打捆机多以大型设备为主，适用于规模化农场作业，但对于我国广大的小规模农户和丘陵山地地区，存在体积大、价格高、操作复杂、适应性差等问题，难以推广应用。因此，设计一款结构简单、成本低廉、操作便捷、适应性强的小型秸秆打捆机，对于推动我国秸秆资源化利用、减少环境污染、增加农户收入具有重要的现实意义和应用价值。3.2国内外研究现状3.2.1国外研究现状

国外秸秆打捆机的研究起步较早，技术相对成熟，目前已形成系列化、智能化的产品体系。美国、德国、日本等发达国家的打捆机以大型化、高效化、智能化为主要发展方向，采用先进的液压传动、电子控制技术，实现了作业参数的实时监测与自动调节。例如，美国约翰迪尔公司生产的960型圆捆打捆机，采用自走式结构，作业效率可达2-3hm²/h，打捆密度均匀，捆扎可靠性高；德国克拉斯公司的VarioPack系列打捆机，配备了智能控制系统，可根据秸秆的湿度和产量自动调整压缩力和打捆速度，适应性极强。但国外大型打捆机价格昂贵，维护成本高，不适应我国小规模农田的作业条件。3.2.2国内研究现状

我国秸秆打捆机的研究始于20世纪80年代，经过多年的发展，已取得了一定的研究成果，涌现出了一批具有自主知识产权的打捆机产品。目前，国内打捆机的研究主要集中在中型设备的改进与优化上，在小型化、轻量化设计方面也进行了一些探索。例如，中国农业机械化科学研究院设计的4Y-1.5型玉米秸秆打捆机，采用牵引式结构，适用于中小型农场作业；部分高校和企业联合开发的小型手提式打捆机，体积小、重量轻，但作业效率较低，打捆密度较小，难以满足大规模秸秆回收的需求。总体来看，国内小型秸秆打捆机还存在核心技术不成熟、作业稳定性差、打捆效率和密度有待提升等问题，需要进一步深入研究。3.3研究内容与技术路线3.3.1研究内容

本研究的核心内容是设计一款适用于小规模农田作业的小型玉米秸秆打捆机，具体研究内容包括：

（1）确定打捆机的总体结构方案，包括机型选择、整体布局设计等；

（2）完成核心部件的设计计算，包括捡拾装置、输送装置、压缩打捆装置、捆扎装置及传动系统的设计；

（3）利用三维建模软件构建打捆机的整体三维模型，进行部件的装配与干涉检查；

（4）对关键部件（如压缩室、捡拾滚筒）进行静力学仿真分析，验证结构设计的合理性与可靠性；

（5）制定打捆机的加工工艺路线，撰写设计说明书。3.3.2技术路线

本研究的技术路线如下：

（1）文献调研：查阅国内外秸秆打捆机相关的文献资料、专利技术和产品手册，了解打捆机的结构类型、工作原理和技术参数；

（2）方案设计：根据研究需求，确定打捆机的总体结构方案，绘制总体结构示意图；

（3）部件设计：对各核心部件进行结构设计和参数计算，绘制部件的二维工程图；

（4）三维建模与装配：利用SolidWorks软件构建各部件的三维模型，进行整体装配和干涉检查；

（5）仿真分析：利用ANSYS软件对关键部件进行静力学仿真，分析其应力和变形情况，优化设计参数；

（6）工艺制定：根据设计图纸，制定各部件的加工工艺路线和装配工艺规范；

（7）撰写论文：整理研究成果，撰写毕业设计（论文）。四、秸秆打捆机的总体结构设计4.1机型选择目前，秸秆打捆机主要分为圆捆打捆机和方捆打捆机两大类。圆捆打捆机具有结构简单、打捆效率高、草捆便于滚动运输等优点，适用于各种类型的秸秆打捆作业；方捆打捆机则具有草捆形状规则、储存空间小等优点，但结构复杂、成本较高。考虑到本设计的目标是小型化、低成本，且适用于小规模农田作业，因此选择卧式圆捆打捆机作为设计机型。该机型采用牵引式结构，可与小型拖拉机配套使用，操作便捷，适应性强。4.2总体结构布局本设计的小型玉米秸秆打捆机总体结构主要由捡拾装置、输送装置、压缩打捆装置、捆扎装置、传动系统、机架和行走装置等组成，总体结构布局如图4-1所示（此处可插入总体结构示意图）。各部件的功能如下：

（1）捡拾装置：安装在打捆机的前端，用于将地面上的散状秸秆捡拾起来，并输送至输送装置；

（2）输送装置：将捡拾装置捡拾的秸秆输送至压缩打捆装置，确保秸秆输送的连续性和稳定性；

（3）压缩打捆装置：是打捆机的核心部件，用于将松散的秸秆压缩成致密的圆捆；

（4）捆扎装置：当草捆达到设定的尺寸和密度时，自动完成草捆的捆扎作业；

（5）传动系统：为各工作装置提供动力，保证各部件协调工作；

（6）机架：用于支撑和固定各工作部件，保证整机结构的稳定性；

（7）行走装置：采用轮胎式结构，与小型拖拉机配套牵引行走。4.3主要技术参数确定根据小型玉米秸秆打捆机的设计目标和作业要求，结合国内外同类产品的技术参数，确定本设计打捆机的主要技术参数如下：

（1）配套动力：8-12kW（小型拖拉机）；

（2）作业效率：≥0.8hm²/h；

（3）打捆密度：180-220kg/m³；

（4）草捆直径：800-1000mm；

（5）草捆长度：600-800mm；

（6）捡拾宽度：1200mm；

（7）整机重量：≤500kg；

（8）外形尺寸（长×宽×高）：2500×1500×1200mm。五、核心部件的设计计算5.1捡拾装置的设计捡拾装置是秸秆打捆机的关键部件之一，其性能直接影响打捆机的作业效率和秸秆捡拾质量。本设计采用弹齿式捡拾装置，主要由捡拾滚筒、弹齿、弹齿座、偏心轴、护罩等组成。5.1.1捡拾滚筒的设计

捡拾滚筒的直径和长度直接影响捡拾宽度和捡拾效率。根据确定的捡拾宽度（1200mm），选取捡拾滚筒的长度为1300mm（两端各超出捡拾宽度50mm，确保秸秆不散落）。结合同类产品的设计经验，选取捡拾滚筒的直径为500mm。5.1.2弹齿的设计与布置

弹齿采用弹簧钢材质（65Mn），具有较好的弹性和耐磨性。弹齿的形状设计为L型，有效长度为250mm，横截面尺寸为12×8mm。为保证捡拾效果，弹齿在捡拾滚筒上采用螺旋线布置方式，螺旋角为15°，弹齿间距为100mm，共布置36个弹齿。5.1.3捡拾滚筒转速的确定

捡拾滚筒的转速直接影响捡拾效率和秸秆的输送效果。转速过高，会导致秸秆被过度抛撒；转速过低，则无法有效捡拾秸秆。根据秸秆的输送速度和捡拾滚筒的直径，通过公式（5-1）计算捡拾滚筒的转速：

n=v×60/(π×D)（5-1）

式中：n-捡拾滚筒转速（r/min）；v-秸秆输送速度（m/s），取1.2m/s；D-捡拾滚筒直径（m），取0.5m。

代入数据计算得：n=1.2×60/(3.14×0.5)≈45.8r/min，取n=46r/min。5.2输送装置的设计本设计采用刮板链式输送装置，主要由主动链轮、从动链轮、刮板链条、输送槽等组成。其功能是将捡拾装置捡拾的秸秆平稳、连续地输送至压缩打捆装置。5.2.1输送速度的确定

为保证秸秆输送的连续性，输送速度应与捡拾速度相匹配。结合捡拾滚筒的转速和弹齿的布置，确定输送速度为1.2m/s。5.2.2链轮和链条的设计

根据输送速度和传动比要求，选取主动链轮的齿数为17，从动链轮的齿数为34（传动比i=2）。链条采用滚子链，型号为16A-2×60，节距为25.4mm，链节数为60节。5.2.3输送槽的设计

输送槽采用U型结构，材质为Q235钢板，厚度为3mm。输送槽的宽度为400mm，长度为1000mm，确保秸秆能够顺利输送至压缩打捆装置。5.3压缩打捆装置的设计压缩打捆装置是打捆机的核心部件，其功能是将松散的秸秆压缩成致密的圆捆。本设计采用滚筒式压缩打捆装置，主要由主压缩滚筒、辅助压缩滚筒、压缩室、挡板等组成。5.3.1压缩室的设计

压缩室的尺寸直接影响草捆的尺寸和密度。根据确定的草捆直径（800-1000mm）和草捆长度（600-800mm），设计压缩室的内径为1000mm，长度为800mm。压缩室采用弧形钢板拼接而成，材质为Q235钢板，厚度为5mm，确保压缩过程中不发生变形。5.3.2压缩滚筒的设计

压缩滚筒采用实心滚筒结构，材质为45号钢，表面进行淬火处理，提高耐磨性。主压缩滚筒的直径为300mm，辅助压缩滚筒的直径为250mm。主压缩滚筒和辅助压缩滚筒的转速比为3:1，确保秸秆能够被均匀压缩。5.3.3压缩力的计算

为保证打捆密度达到180-220kg/m³，需要计算压缩过程中所需的压缩力。根据秸秆的物理特性（弹性模量E=15MPa，泊松比μ=0.3）和压缩室的尺寸，采用弹性力学理论计算压缩力。经计算，所需的压缩力为8-10kN，因此选取液压马达的额定输出扭矩为1.2kN·m，确保能够提供足够的压缩力。5.4捆扎装置的设计捆扎装置的功能是当草捆达到设定的尺寸和密度时，自动完成草捆的捆扎作业。本设计采用绳捆扎方式，主要由捆扎绳、绳卷、导向轮、打结器等组成。5.4.1捆扎绳的选择

选用聚丙烯捆扎绳，直径为2.5mm，断裂强度≥8kN，具有重量轻、强度高、耐腐蚀等优点，适用于秸秆打捆作业。5.4.2打结器的设计

采用机械式打结器，主要由打结嘴、夹绳器、割绳刀、凸轮等组成。当草捆达到设定尺寸时，打结器在凸轮的驱动下完成夹绳、绕绳、打结、割绳等一系列动作，捆扎效率高，捆扎可靠性强。打结器的转速与压缩滚筒的转速相匹配，确保每捆秸秆的捆扎圈数为3-4圈，捆扎牢固。5.5传动系统的设计传动系统的功能是将小型拖拉机的动力传递给各工作装置，保证各部件协调工作。本设计采用机械传动方式，主要由皮带轮、齿轮、链轮、传动轴等组成。动力传递路线：小型拖拉机的动力通过皮带轮传递给主传动轴，主传动轴通过齿轮传动将动力传递给捡拾装置和输送装置，同时通过链轮传动将动力传递给压缩打捆装置和捆扎装置。各部件的传动比根据其工作转速要求确定，确保各部件协调、稳定工作。六、三维建模与仿真分析6.1三维建模利用SolidWorks三维建模软件，根据各部件的二维工程图，依次构建捡拾装置、输送装置、压缩打捆装置、捆扎装置、传动系统、机架等部件的三维模型。在建模过程中，严格按照设计尺寸进行绘制，确保模型的准确性。完成各部件的三维建模后，进行整体装配，生成打捆机的整体三维模型，并进行干涉检查，及时发现并修正设计中的问题。打捆机的整体三维模型如图6-1所示（此处可插入三维模型图）。6.2关键部件的静力学仿真分析选取压缩室和捡拾滚筒作为关键部件进行静力学仿真分析，验证其结构设计的合理性与可靠性。利用ANSYS软件，将SolidWorks构建的三维模型导入ANSYS中，进行网格划分、载荷施加和约束设置。6.2.1压缩室的静力学仿真

对压缩室施加10kN的压缩力（最大压缩力），约束压缩室两端的固定支座。仿真结果显示，压缩室的最大应力为28.5MPa，小于Q235钢板的许用应力（170MPa）；最大变形量为0.8mm，变形量较小，说明压缩室的结构设计合理，能够满足工作要求。6.2.2捡拾滚筒的静力学仿真

对捡拾滚筒施加弹齿传递的秸秆阻力（每根弹齿的阻力为200N），约束捡拾滚筒的传动轴两端。仿真结果显示，捡拾滚筒的最大应力为32.8MPa，小于45号钢的许用应力（240MPa）；最大变形量为0.5mm，变形量较小，说明捡拾滚筒的结构设计合理，能够保证工作的稳定性。七、加工工艺制定7.1主要部件的加工工艺路线7.1.1捡拾滚筒的加工工艺路线

下料（钢板切割）→卷圆→焊接→校圆→车端面→钻孔（安装弹齿座）→表面除锈→喷漆。7.1.2压缩室的加工工艺路线

下料（钢板切割）→折弯→焊接→校形→钻孔（安装连接件）→表面除锈→喷漆。7.1.3传动轴的加工工艺路线

下料（圆钢切割）→车外圆→铣键槽→热处理（淬火+回火）→磨外圆→表面除锈→喷漆。7.2装配工艺规范（1）装配前，对所有零部件进行清洗和检验，确保零部件的质量符合要求；

（2）按照先下后上、先内后外的顺序进行装配，先装配机架和行走装置，再依次装配传动系统、捡拾装置、输送装置、压缩打捆装置和捆扎装置；

（3）装配过程中，确保各部件的连接牢固，转动灵活，无卡滞现象；

（4）装配完成后，进行整机调试，检查各部件的工作性能，确保打捆机能够正常作业。八、结论与展望8.1结论本研究完成了小型玉米秸秆打捆机的设计，主要研究成果如下：

（1）确定了卧式圆捆打捆机的总体结构方案，完成了整机的结构布局设计，确定了主要技术参数，该方案结构紧凑、操作便捷、适应性强，适用于小规模农田作业；

（2）完成了捡拾装置、输送装置、压缩打捆装置、捆扎装置及传动系统等核心部件的设计计算，确保了各部件的性能满足工作要求；

（3）利用SolidWorks软件构建了打捆机的整体三维模型，进行了干涉检查，修正了设计中的问题；

（4）利用ANSYS软件对压缩室和捡拾滚筒进行了静力学仿真分析，仿真结果表明，关键部件的应力和变形量均在允许范围内，结构设计合理、可靠；

（5）制定了主要部件的加工工艺路线和装配工艺规范，为打捆机的生产制造提供了技术依据。本设计的小型玉米秸秆打捆机可实现秸秆的自动捡拾、输送、压缩、打捆及捆扎一体化作业，打捆密度可达180-220kg/m³，作业效率不低于0.8hm²/h，能够有效提升秸秆回收利用率，降低农户劳动强度，具有较好的经济与社会效益。8.2展望本研究虽然完成了小型玉米秸秆打捆机的设计，但仍存在一些不足之处，未来可从以下几个方面进行进一步改进和研究：

（1）优化打捆机的结构设计，进一步减轻整机重量，降低生产成本；

（2）采用智能化控制技术，实现作业参数（如打捆密度、捆扎圈数）的实时监测与自动调节