方草捆收集车的设计与试验

孙文婷,王振华,郝兴玉,杨 莉,张 宁

(中国农业机械化科学研究院 呼和浩特分院有限公司,呼和浩特 010010)

0 引言

随着我国草原畜牧业结构调整、退耕还草和退化草场治理面积的逐年扩大,以及人工草场种植面积的逐年增加,牧草的收贮将直接影响畜牧业的发展和草原畜牧业的发展规划[1]。此外,我国是农业大国,每年产生大量的农作物秸秆,约为6亿t,其数量之大差不多相当于北方草场全年产草量的50倍,且玉米、大麦、小麦和稻谷等作物秸秆约占世界总产量的20%～30%。因此,牧草收获设备的开发进程就显得尤为重要[2-3]。

适合我国国情的小方草捆打捆机已经在广大牧区得到了广泛的应用,然而目前还没有技术先进、结构设计合理、适合我国小方草捆的收集机具[4]。草捆在田间的捡拾、装运全都依靠人工作业,劳动强度高、工作效率低,致使牧草不能及时高效收贮,在造成经济损失的同时影响了优质饲草的生产和供给,严重制约了我国饲草、秸秆商品化生产[5]。

针对以上问题,设计了方草捆收集车。该机与打捆机配套使用,将打好的草捆收集成组,减轻了人工捡拾劳动强度,提高了牧草收获工作效率。

1 基本结构及工作原理

1.1 基本结构

该机主要由牵引装置、草捆喂入装置、右侧箱体、推草机构、卸草机构和电液控制系统等组成。整体结构图如图1所示,主要技术参数如表1所示。

1.牵引装置 2.草捆喂入装置 3.右侧箱体 4.推草机构 5.行走机构 6.卸草机构

表1 方草捆收集车主要技术参数

续表1

1.2 工作原理

草捆喂入装置将从压捆室出来的草捆顺正,通过喂入链条把草捆向后输送;当草捆向后移动触发草捆行程开关时,喂入链条停止运行,推草机构启动,将喂入装置中收集到的草捆向右侧箱体推送后回到起始位置;喂入链条再次启动继续喂入草捆,重复以上动作直到推草机构上产生的推送压力达到设定值后,电磁离合器结合并启动卸草机构,将草捆组从收集车后方推出。

整机采用行程开关控制草捆喂入、收集、卸载动作的开始与结束,保证各环节连接顺畅、有序,工作过程稳定可靠。

2 关键零部件设计

2.1 草捆喂入装置的设计

将接收到的草捆进行有序摆放是草捆喂入装置的主要功能,也是收集车顺利工作的重要前提。草捆喂入装置主要由入草口、输送链条、拨草板、压力开关及马达等组成,如图2所示。入草口设计成喇叭状,可以将倾斜的草捆顺正;拨草板安装在输送链条上,作用是将草捆卡住;输送链条将草捆向后输送,其动力由液压马达提供。

1.拨草板 2.入草口 3.输送链条 4.压力开关 5.马达

2.2 推草机构的设计

推草机构由两个相互平行的支撑杆和一个推草杆组成,支撑杆两端分别与推草杆和草捆喂入装置连接,如图3所示。推草机构的动作由液压油缸控制,液压油缸一端连接在草捆喂入装置的侧壁上,另一端与靠近它的支撑杆转动连接,推草杆在液压油缸的作用下推动草捆进行侧移。

1.支撑杆 2.推草杆 3.液压油缸安装孔

2.3 卸草机构的设计

卸草机构主要由地轮、电磁离合器、卸草链条及卸草杆组成,如图4所示。地轮设在行走机构的轮轴上,电磁离合器设在卸草轴上,卸草轴设在收集车后面的链轮上,卸草链条通过链轮安装在草捆喂入装置和右侧箱体的两侧,两个卸草杆均布在卸草链条上。卸草机构采用地轮驱动传动系统设计方案,无需专门的动力供给,通过电磁离合器使卸草驱动链轮与行走轮进行离合,不仅能够保证离合的及时性和彻底性,还能产生足够的卸载动力。

1.地轮 2.电磁离合器 3.卸草杆 4.卸草链条

2.4 电液控制系统的设计

电液控制系统主要由液压油缸、草捆清零开关、停止卸草开关、草捆行程开关、压力开关及液压油缸复位开关组成,如图5所示。进入箱体的草捆触发草捆行程开关并释放草捆清零开关,喂入链条将停止运行,推草机构伸长;当推草机构完全伸开时,液压油缸复位开关会被开启,使推草装置回到起始位置;当推草装置回到起始位置附近时,液压油缸复位开关关闭,再次启动喂入链条;重复这个过程,直到箱体被装满。当箱体被装满时,推草装置试图向前推进,但却移动不了且产生压力;当该压力超过压力开关的设定值时,压力开关开始工作,释放推草装置并使电磁离合器吸合,通过地轮驱动链条将动力传递给卸草链条,从而驱动卸草杆进行卸草;当卸草杆转过来时,启动停止卸草开关,使离合器分开,卸草链条停止转动。

3 试验与分析

3.1 试验条件

试验地点在鄂尔多斯市达拉特旗白泥井镇,试验物料为第三茬苜蓿草,配套打捆机为纽荷兰侧牵引打捆机。打捆作业的试验条件满足GB/T 25423-2010中第6条的要求,收集作业的试验条件满足参考文献[7]、[8]相关条款的要求。试验现场收集后的草捆组如图6、图7所示。

图6 试验现场

图7 经草捆收集车收集后的草捆组

3.2 试验及结果分析

按参考文献[7]中有关条款的规定,对机器进行了试运转和调试,并将机器调整到最佳工作状态后进行性能试验。主要对纯工作小时生产率、一次收集草捆数量、草捆组整齐率及卸草捆离合器接通响应时间等性能指标进行了测试,并对试验结果进行了分析。

3.2.1 纯工作小时生产率

收集作业试验测试3次,每次测试时间不少于30min。分别记录收集的草捆数和测试时间,按式(1)计算纯工作小时生产率,并求其平均值。

(1)

式中Ec—每小时生产率(捆/h);

N—收集草捆数量(捆);

Tc—测试时间(h)。

试验结果如表2所示。

表2 纯工作小时生产率

由表2可以看出:收集车纯工作小时生产率平均值为180捆/h,符合设计要求。

3.2.2 一次收集草捆数量

测定每次草捆收集和推出行程中的草捆数量,试验结果如表3所示。

表3 一次收集草捆数量

由表3可以看出:方草捆收集车一次收集草捆数量为15捆,性能指标达到设计值要求。

3.2.3 草捆组整齐率

检测堆放在平坦地面上的一次收集的草捆组的上面4个边长尺寸,当其最大值与最小值之差不大于长边平均值的20%时,应判为整齐草捆组;否则,应判为不整齐草捆组。至少测定10次收集的草捆组,测量判断并统计其数量。草捆组整齐率由式(2)计算,求取平均值。

(2)

式中Zz—草捆组整齐率(%);

Iz—测定的整齐草捆组的数量(组);

Iq—测定的全部草捆组的数量(组)。

试验测量及计算结果如表4所示。

表4 草捆组整齐率

由表4可以看出:方草捆收集车的草捆组整齐率高于95%,性能指标达到设计要求。

3.2.4 卸草捆离合器接通响应时间

在行驶过程中,机器收集草捆的数量达到单次收集的全部草捆数量的状态下,观察推草油缸的动作。该油缸推后马上缩回的瞬间,卸草捆离合器开始接通;接通后到卸草机构开始动作的时间即是该离合器接通响应的全部时间。用电子秒表记录该响应时间,测量4次取平均值。试验测量及计算结果如表5所示。

表5 卸草捆电磁离合器接通响应时间

由表5可以看出:方草捆收集车卸草捆离合器接通响应时间均低于1s,性能指标达到设计要求。

4 结论

1)方草捆收集车性能试验表明:收集车总体结构和关键部件设计合理,各环节衔接顺畅、动作准确,纯工作小时生产率、一次收集草捆数量、草捆组整齐率及卸草捆离合器接通响应时间等各项性能指标都达到设计要求。

2)利用机械设备适时对牧草进行收获、加工成形,并及时将草产品捡拾集中运输、安全贮存是优质牧草生产的关键。采用方草捆收集车与打捆机配合作业,可大大减轻人工劳动强度,降低成本,提高了牧草收贮效率及优质青干草的贮存品质,减少了牧草收获贮存运载的损失和污染,使得种植牧草的直接效益成倍增加,促进优质干草的商品化快速流通[9]。