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牧草打捆機的設(shè)計 目錄 1 緒論 1 1 1 問題的提出 1 1 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 2 1 3 存在的問題 5 1 4 研究的目的和意義 5 2 牧草壓捆機的設(shè)計 5 2 1 飼草壓縮理論研究 5 2 2 壓捆機的結(jié)構(gòu)設(shè)計 7 3 選擇電動機 16 3 1 動力電動機的類型 16 3 2 計算傳動裝置運動和動力參數(shù) 17 3 3 確定蝸輪蝸桿的尺寸 18 3 4 校核齒根彎曲疲勞強度 19 3 5 蝸桿傳動的熱平衡核算 19 3 7 蝸桿軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 21 3 8 軸的校核 22 3 9 蝸輪軸的設(shè)計和計算 22 3 10 滾動軸承的選擇及其計算 25 總 結(jié) 27 參考文獻 28 致謝 29 1 緒論 1 1 問題的提出 我國地域廣袤 而且作為農(nóng)業(yè)大國 有著先天獨厚的發(fā)展畜牧業(yè)的條件 我國草原遼闊 類型繁 多 資源豐富 是巨大的天然寶藏 據(jù)統(tǒng)計 我國共有各類天然草地面積約 3 93 億 hm2 占國土 面積的 41 7 僅次于澳大利亞 居世界第二位 同時也秸稈資源最為豐富的國家之一 每年生 產(chǎn) 6 4 億多 t 的秸稈 1 然而我國草場的分布很不均勻 導(dǎo)致我國部分地區(qū)一方面牧草匱乏 另一方面則因季節(jié)性牧草過剩而 得不到合理利用被廢棄 不僅浪費了牧草資源 造成經(jīng)濟損失 同時也污染了草地和環(huán)境 此外 牧草 在流通領(lǐng)域中遇到的一個主要問題 就是由于牧草的堆密度小 使其運輸成本增加 利潤空間下降 有些地方甚至因為利潤微薄而寧可燒掉 也不愿意費時費力地運輸 造成了資源浪費 而且也污染了 生態(tài)環(huán)境 這是我們必須面臨的顯示問題 急需有一個合理的辦法來解決這個現(xiàn)狀 近年來 由 于各牧場的牲畜存欄量不斷增加 而相應(yīng)的管理政策又相對滯后 還有自然條件的惡化 即使在 牧草比較豐富的牧區(qū) 季節(jié)性的飼草缺乏現(xiàn)象也很嚴重 2 2000 年初 我國內(nèi)蒙古 共有 12 個地 州 60 個縣出現(xiàn)的 白災(zāi) 使 30 萬頭受災(zāi)牲畜死亡 主要原因是由于飼料缺乏的饑餓所致 很顯然解決這個問題的有效措施就是為這些牧草缺乏或季節(jié)缺草的地區(qū)準備充足的越冬飼草 另 一方面我國草業(yè)發(fā)展帶有比較突出的地域性特點 牧草種植基地大多位于黃河流域及華北 西北 而牧草銷售市場多位于華東 華南的奶牛 肉牛飼養(yǎng)密集區(qū) 由于草場分布不均 部分地區(qū)因季 節(jié)性牧草過剩得不到合適的處置而被廢棄 浪費了資源 也污染了草原 3 不僅如此 近年來隨 著畜牧業(yè)的迅速發(fā)展 中國加入 WTO 周邊的許多國家 像韓國 日本都是飼料資源短缺的國家 國際市場對牧草 秸稈等飼料的需求會大幅增加 加入 WTO 我國資源成本相對較高的種植業(yè)面 積可能會適當減少 種植業(yè)比較效益下降將促使土地資源和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)向畜牧業(yè) 草業(yè)等方面 調(diào)整 牧草生產(chǎn)和加工產(chǎn)業(yè)將面臨新的機遇 因此 加快我國的牧草 秸稈的產(chǎn)業(yè)化進程 能為 我國增加出口創(chuàng)匯 成為國民經(jīng)濟大產(chǎn)業(yè) 這在發(fā)達國家如美國 加拿大等已得到證實 4 在牧草 秸稈等纖維物料的商品化生產(chǎn)過程中 首先遇到的問題是這些物料松散 容積密度小 收集 運輸困難 運輸時虧噸現(xiàn)象嚴重 這些物料無論在儲存還是運輸時 都占用很大的空間 面 臨嚴重的運輸成本壓力 由此可見 把飼草打成高密度的草捆后儲存或運輸 是降低飼草成本的 重要步驟 也是使得牧草得到合理利用的有效途徑 既可解決牧草資源的分布不均而得不到合理 利用的弊端 有可解決環(huán)境問題 據(jù)中國農(nóng)業(yè)大學(xué)成套設(shè)備所的實驗設(shè)計 飼草打捆平均密度可 以增大 10 倍左右 而運輸成本可降低 70 左右 可見飼草壓捆機的商業(yè)效益是十分顯著的 5 牧 草業(yè)也會因此有長足的發(fā)展 1 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1 2 1 飼草壓縮理論的研究概況 壓縮理論是飼草料壓捆 壓餅 壓塊等機具設(shè)計的理論依據(jù) 具有重要的價值 6 1938 年西德學(xué)者斯卡維特 Skalweit 首次開始研究纖維物料在壓縮過程中的壓縮機理 他通過在密 閉容器內(nèi)以低速壓縮牧草 來研究壓縮力和壓縮后牧草容積密度之間的關(guān)系 并得出了如下壓縮 力和壓縮后物料容積密度之間的規(guī)律 1 l mc 式中 壓縮力 kg cm 2 壓縮后物料的密度 kg m 3 m0 初始壓縮力 kg 0 2c 物料的初始密度 kg m 0 3 m 是試驗系數(shù) 1959 年西德另一位學(xué)者麥威斯 Mewes 通過實驗研究分析斯卡維特 Skalweit 所得出的數(shù)學(xué)模型 根據(jù)分析研究 他對斯卡維特的結(jié)論給予肯定 同時 他認為纖維物料在壓縮過程中壓縮力與物 料的初始密度有關(guān) 并分別提出了在不同壓縮條件下壓縮力與物料密度之間的數(shù)學(xué)模型 1 2 mc 0 1 3 0 式中 壓縮力 kg cm 2 壓縮后物料的密度 kg m 3 物料的初始密度 kg m 0 c 和 m 均為試驗系數(shù) 1964 年西德學(xué)者薩哈特 Sacht 利用小麥和燕麥秸稈以及苜蓿和牧草進行試驗研究 首次發(fā)現(xiàn)被壓 縮物料的濕度對壓縮過程有很大的影響 通過實驗研究 他認為 斯卡維特的數(shù)學(xué)模型只有在壓 力小于 200N cm 時才成立 并提出如下數(shù)學(xué)表達式 2 l 4 m 式中 壓縮力 kg mm 2 被壓縮物料的濕度 壓縮后物料的密度 kg m 3 c 和 m 均為試驗系數(shù) 不同的物料具有不同的值 該表達式只有在 15 55 之間成立 c 和 m 的值如表 1 1 所示 表 1 1 各種物料壓縮時的實驗系數(shù) c 和 m 值 壓力范圍 系數(shù) 小麥秸稈 89 干重 燕麥秸稈 88 5 干重 苜蓿 83 5 干重 牧草 86 干重 c 2 53 310 9 8 410 3 7 410 6 75 510 15 50N cm 3m 1 47 1 59 1 69 1 96 c 2 87 41 56 51 78 68 55 7 50 200 N cm m 1 89 2 35 2 64 2 73 50 60 年代蘇聯(lián)學(xué)者對纖維物料的壓縮過程也進行了很多研究 如奧索波夫 Osobov 通過實驗和 理論分析研究認為 纖維物料在壓縮過程中壓縮力僅取決于被壓縮物料的初始密度和壓縮過程中 的壓縮程度 在此基礎(chǔ)上提出 l 5 1 0 aec 式中 壓縮后物料的密度 kg m 3 物料的初始密度 kg m 0 3 c 和 a 均為試驗系數(shù) 表明草料的物理機械特性 蘇聯(lián)的另一位學(xué)者赫拉帕奇 Hulapaqi 研究認為 纖維物料在壓縮過程中壓縮力不僅與壓縮后壓縮 物的壓縮程度有關(guān) 而且與壓縮過程中的壓縮速度以及物料的濕度有關(guān) 通過分析研究他提 4 出了以下表達式 P 1 6 mkc 式中 物料的濕度系數(shù) l 0 02 w 15 30 w 物料的濕度 壓縮過程中的壓縮速度影響系數(shù) 5 084v 壓縮過程中當前位置的壓縮速度 v 壓縮后物料的密度 kg m 3 物料的硬度系數(shù) 對整齊的秸稈 1 對糾纏的 0 67 對牧草 0 58 kkkk c 和 m 均為試驗系數(shù)一般取 c 1 92 m 2 178 510 該表達式雖然是在密閉容器內(nèi)實驗得到的 但在開式壓捆室壓縮干物質(zhì)含量為 85 的小麥秸稈的 實驗中得到了證實 多年來 此式一直被作為壓捆機設(shè)計的理論依據(jù) 它對壓捆機的設(shè)計在方向 上有一定的意義 對于閉式壓縮有重要指導(dǎo)作用 7 蘇聯(lián)學(xué)者普斯特金 Pusteky 對纖維物料壓縮過程中被壓縮物料的壓縮量與壓縮力之間的關(guān)系進行 了分析和研究 他用窄板條壓縮未脫粒的小麥秸稈進行實驗研究得出了壓縮力與被壓縮物料壓縮 量之間關(guān)系 1 7 xs bAe 式中 壓縮力 kg m 2 s 物料的初始厚度 mm x 對物料的壓縮量 mm A 和 b 均是試驗系數(shù) 對于牧草和苜蓿 A 0 35kg cm b 0 375 后來他又在密閉容器內(nèi)對麥秸進行實驗研究 并得出麥秸在密閉容器內(nèi)壓縮時 壓縮力與壓縮量 之間呈拋物線關(guān)系 1 8 n 式中 p 壓縮力 kg m 2 x 對物料的壓縮量 mm A 和 n 是試驗系數(shù) 此外 英國和美國等國的學(xué)者對不同纖維物料壓縮過程作了大量的研究試驗和理論分析 如 1984 年英國學(xué)者多佛而奇 0 Dogherty 和威來爾 Wheller 通過實驗研究和理論分析 并根據(jù)壓縮過程 中物料的容積密度范圍提出兩個模型 400kg m 1 9 mc 1 3 1 10 n l2 40mkg 式中 壓縮力 kg cm 物料壓縮過程中的密度 kg m 3 n m 均是試驗系數(shù) 1987 年英國學(xué)者法波若德 Faborode 和卡拉凡 O Callaghan 在考慮了被壓縮纖維物料的初始密度 后 提出如下的數(shù)學(xué)模型 l 11 0lebAr 式中 壓縮力 kg cm 2 0r 物料在壓縮過程中的密度 kg m 3 物料的初始密度 kg m 0 3 A b 均是試驗系數(shù) 他們對其進一步推導(dǎo) 令 A 0k b cr 將公式 1 11 轉(zhuǎn)化成壓縮力與壓縮活塞位移之間的關(guān)系 1 12 0leskl 式中 物料的初始松散模量 物料的臨界密度 kg m 0 3 s 壓縮活塞的位移 mm l 壓捆室長度 mm 8 1996 年我國學(xué)者楊明韶等在真正的高密度牧草壓捆 9KG 350 上分階段對牧草在壓捆過程中的壓 縮力 壓縮量和壓縮過程中的牧草的密度等進行了試驗研究 并提出了它們之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式 1 13 bsAe 并在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出用高密度壓捆機對牧草進行壓捆時 壓縮力與壓縮后牧草密度之間的關(guān)系式 P 1 14 0 B 式中 P 壓縮力 Mpa 牧草的初始密度 kg m 3 牧草壓縮過程中的密度 kg m x 牧草的壓縮量 mm A B b 均是實驗系數(shù) 9 縱觀國內(nèi)外學(xué)者對各種纖維物料壓縮過程所作的各種實驗研究和理論分析 主要是從不同角度出 發(fā) 采用不同的壓縮方式和條件對不同的纖維物料進行試驗和理論研究 歸納起來蘇聯(lián)和我國的 學(xué)者主要是針對纖維物料壓捆過程進行研究 英國 美國 加拿大的學(xué)者主要是針對纖維物料的 壓塊和壓餅過程 密度很高 進行研究 日本學(xué)者主要是針對粉體纖維物料的模壓成型進行研究 10 這些研究成果在解決壓縮力和壓縮程度之間的問題中發(fā)揮了極其重要的作用 對秸稈等纖維物料 壓縮過程的理論分析 壓縮設(shè)備的設(shè)計和牧草壓縮生產(chǎn)過程研究起到了指導(dǎo)作用 提供了理論依 據(jù) 本文就是以這些理論為依據(jù) 進行了壓捆機的研究 1 2 2 國外壓捆機的發(fā)展概況 1870 年美國人迪得里克 DederiC 研制出人類歷史上的第一臺機械式固定牧草壓捆機 被改進完善 后 在歐美一些國家得到廣泛應(yīng)用 20 世紀 30 年代初 小方捆壓捆機問世 50 年代生產(chǎn)進入高 峰 保有量趨于飽和 當時美國擁有撿拾壓捆機約 70 萬臺 90 以上的牧草采用撿拾壓捆工藝 60 年代中期 圓草捆卷捆機誕生 70 年代迅速發(fā)展 80 年代方 圓捆機并行發(fā)展 近年來 歐 美等發(fā)達國家的壓捆設(shè)備更成熟 結(jié)構(gòu)參數(shù)更合理 可靠性 生產(chǎn)率提高很快 國際著名的農(nóng)機 生產(chǎn)商如美國紐荷蘭 NewHolland 約翰迪爾 JohnDeere 凱斯公司 英國福格森公司 韓國成 元公司 意大利 GALLIGNANI 公司 德國威格公司和前進公司的壓捆機都己系列生產(chǎn) 這些設(shè) 備無論在機械結(jié)構(gòu) 動力配套 液壓系統(tǒng)還是控制系統(tǒng)設(shè)計方面都處理得很成功 一些新的設(shè)計 理論 最新科研成果的應(yīng)用在這些機械上都有體現(xiàn) 例如在控制系統(tǒng)方面 單片機 可編程控制 器 PLC 工業(yè)控制機控制 工 PC 等的自動控制手段都得到應(yīng)用 在一些發(fā)達國家 如美國等 牧 草收獲己全部實行機械化 牧草已成為國民經(jīng)濟一大產(chǎn)業(yè) 5 11 1 2 3 國內(nèi)的研究狀況 國內(nèi)壓捆機方面的研究報道不多 只有壓捆機生產(chǎn)或改進方面的報道 但企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量低 可靠性差 我國 50 年代末開始生產(chǎn)畜力固定式捆草機 60 年代初 在引進 試驗國外小方草捆 揀拾壓捆機基礎(chǔ)上 開展了小方草捆無繩壓捆機的研究 70 年代中期引進 仿造了國外的方捆機 并批量生產(chǎn) 70 年代末開始仿制圓捆機 近幾年 隨著市場對高密度草捆和農(nóng)作物秸稈捆需求量 的增加 國內(nèi)的一些科研院所和高校開始研制高密度的牧草和秸稈壓捆機 主要型式可分為機械 式和液壓式 12 1 2 4 發(fā)展趨勢 縱觀國內(nèi)外大中型企業(yè)及飼草收獲工藝的需要及研究 飼草壓捆機將向以下方向發(fā)展 1 產(chǎn)品多樣化 系列化 以滿足不同用戶的需求 2 采用新技術(shù) 新工藝 改進產(chǎn)品結(jié)構(gòu) 提高產(chǎn)品的使用性能和經(jīng)濟效率 電子計算機 液壓技 術(shù)等的應(yīng)用將使機具的性能更先進 操作更方便舒適 3 擴大適用范圍 提高機具的利用率 將捆草范圍從干草擴大到青飼料或農(nóng)作物秸稈 4 增加草捆密度 降低功率消耗 提高壓捆機經(jīng)濟效益 5 運用現(xiàn)有的飼草壓縮理論設(shè)計主要結(jié)構(gòu)工作部件 以提高壓縮密度和減少功率消耗 使壓捆機 效率更高 可靠性更大 性能更優(yōu) 2 13 1 3 存在的問題 由于國內(nèi)壓捆機目前大多采用測繪或類比方法設(shè)計 在配套動力的確定 主要部件的結(jié)構(gòu)參數(shù) 壓縮頻率和喂入量等工作參數(shù)的確定中很少有真正的理論依據(jù) 因而不可避免地存在配套動力不 合理 壓縮設(shè)備功率消耗大 生產(chǎn)能力低等問題 而進口機械不僅價格昂貴 而且有些不適宜我 國的國情 5 8 1 4 研究的目的和意義 由于我國的飼草壓捆技術(shù)設(shè)備與發(fā)達國家相比有很大差距 而且多為仿造產(chǎn)品 主要工作部件結(jié) 構(gòu)參數(shù)選擇不當 生產(chǎn)規(guī)模較少 設(shè)備質(zhì)量欠佳 遠不能滿足日益擴大的國內(nèi)草產(chǎn)品生產(chǎn)加工設(shè) 備市場的需要 提高國產(chǎn)壓捆機的質(zhì)量 無疑會對畜牧業(yè)發(fā)展起到革命性作用 雖然市場上國外 產(chǎn)品質(zhì)量較好 但價格太高 例如黑龍江大慶農(nóng)場進口的 NewHolland 公司生產(chǎn)的一款高密度壓捆 機造價 30 萬美元 不適合國內(nèi)的消費水平 所以開發(fā)性能良好 自動化程度高而且價格適中的 國產(chǎn)壓捆機將是我國飼草商品化生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一 對促進飼草產(chǎn)業(yè)化進程會起到舉足輕重的 作用 14 2 牧草壓捆機的設(shè)計 2 1 飼草壓縮理論研究 2 1 1 飼草壓縮過程研究 飼草壓縮類型根據(jù)壓縮設(shè)備類型的特點可分為閉式壓縮和開式壓縮兩大類 閉式壓縮是指用一個 柱塞對裝入一端封閉的壓模內(nèi)的農(nóng)業(yè)纖維物料進行壓縮 使其成型并達到一定密度 然后取出被 壓縮后的物料 捆扎成捆 完成一次壓縮過程 再裝入新物料再進行壓縮的過程 這種壓縮過程 接近于農(nóng)業(yè)粉狀纖維物料模壓成型的情況 這種壓縮型式很難實現(xiàn)自動化作業(yè) 有的液壓式高密 度壓捆機屬于此種類型 開式壓縮是指用一個柱塞對壓捆室內(nèi)的農(nóng)業(yè)纖維物料進行壓縮 克服壓 捆室與物料間的摩擦力 推動物料向壓捆室出口方向移動 邊喂入邊壓縮 被壓縮后的物料隨壓 縮過程的進行逐漸被推出壓捆室 實際物料在大多數(shù)壓捆機的壓縮就屬于開式壓縮 先前的壓縮 理論研究多是在密閉容器進行的實驗 多屬于閉式壓縮 其研究目的也多是為了指導(dǎo)壓捆機的設(shè) 計 但現(xiàn)有壓捆機多是開式壓縮 開式壓縮和閉式壓縮差別很大 因而存在一定的誤差 為了壓 捆機的發(fā)展 首先必須對開式壓縮進行全面深入的研究 同時探索開式和閉式壓縮之間的異同 這無疑是壓縮研究的一個基本課題 15 1 閉式壓縮是喂入一次壓縮一次 形成一個產(chǎn)品一般壓縮一次 卸料一次 是間斷性作業(yè) 產(chǎn)品 壓成后在壓捆室內(nèi)并不移動 所以只消耗一次壓縮功率 每次壓縮之間沒有關(guān)系 2 開式壓縮也是喂入一次壓縮一次 一般要喂入和壓縮若干次才能形成一個產(chǎn)品 在壓捆室內(nèi) 壓縮一次形成一個草片 再喂入一次 再壓縮成一個草片 直到草片充滿壓捆室 然后再繼續(xù)喂入 和壓縮 且每次壓縮所受的壓力不同 待若干草片的厚度達到草捆要求的長度時 進行打捆 捆 好的草捆從壓捆室出口處陸續(xù)排出 也就是說 產(chǎn)品要經(jīng)過整個壓捆室生成 因而 生產(chǎn)一個產(chǎn) 品 按質(zhì)量計 所做的功要大于閉式壓縮 在壓捆室中 活塞壓縮物料的過程 可分為三個階段 第 一階段 喂入 1 份物料 活塞從前極點向后移動 同物料接觸后 推移物料沿壓捆室移動 使其 充滿壓捆室而不對物料進行壓縮 此階段稱為充滿階段 第二階段 活塞繼續(xù)向后移動 開始壓 縮物料 物料體積減少 密度 增加 活塞面上的壓應(yīng)力增加 直到密度達到最大值 max max 壓應(yīng)力也達到最大值 第三階段 活塞繼續(xù)向后移動 被壓縮物料也隨之向后移動 一直到max 另一個極點止 此階段 活塞上的壓應(yīng)力不再增加 物料密度也不再增加 稱之為移動階段 其 簡圖如圖 2 1 所示 圖 2 1 牧草壓縮過程示意圖 0 abGS max1 bGS 式中 G 每次飼草的喂入量 一般為 2 4kg a b 壓捆室截面的長和高 本設(shè)計中分別取為 0 46m 0 36m S 活塞從開始壓縮到另 極點的距離 S 活塞行程 0 S 被壓縮物料達到最大密度后移動的距離 1 壓縮前物料的密度 對于牧草 般取 30 50kg m 3 壓縮達到的最大密度 kg m 是壓捆機的重要指標 16 max 3 2 1 2 壓縮力的分析 1 連桿曲柄 2 連桿 3 活塞 5 靜上刀片 6 保護罩殼 7 壓捆室板 8 側(cè)向進草口 9 被驅(qū)動齒輪 10 驅(qū)動齒 輪 11 飛輪 F 曲柄上的水平方向壓縮力 F 作用在曲柄上的合力 F 沿曲柄軌跡切線方向的作用力s 圖 2 2 壓縮機構(gòu)模型受力圖 小方捆壓捆機壓縮牧草時 其受力示意圖如圖 2 2 所示 17 壓縮時 隨著活塞的移動 壓縮力的 變化過程如圖 2 3 所示 圖 2 3 壓縮時各力變化規(guī)律 以壓縮首楷為例 如圖 2 3 所示 力 F F 和 Fs 隨著曲柄轉(zhuǎn)角變化而發(fā)生變化的過程 曲線 ab 段表明在初始壓縮 牧草時隨著壓縮量的增大三個力都增大了 在 bc 段上由于切削阻力引起壓縮力的進一步增大 在 大量牧草被切斷以后 這時 約為 145 阻力在 ed 段減少 接著由于活塞繼續(xù)壓縮的進給運動在 o de 段引起壓縮力進一步增大 一直達到最大值 隨著草捆的移動 壓縮力緊接著在 ef 段降低了 在到達最大值 Pmax 之前一小段時間距離活塞到達最大行程有一段距離 S 在 ef 段為了降低活塞 壓力 可以盡量減小摩擦系數(shù) 或者采用滾動摩擦可以減少功率消耗 曲線 fg 段表示壓縮草松馳 階段 這是由于曲柄施加的力 Fs 改變方向造成的 當曲柄進一步旋轉(zhuǎn)時 為了克服壓縮滑塊的加 速度而產(chǎn)生一個反方向的力如 gk 段所示 變?yōu)檎?kl 段是因為在開始位置處制止反向運動的滑 塊而產(chǎn)生的正向阻力 力 Fs 是相反的 如 gklm 虛線所示 18 上述理論的研究具有重要的意義 本文以上述理論為指導(dǎo) 進行了壓捆機的研究 2 2 壓捆機的結(jié)構(gòu)設(shè)計 2 2 1 壓捆機的結(jié)構(gòu)型式 壓捆機可根據(jù)以下原則分類 1 動力源 2 草捆的形狀和尺寸 3 捆束材料 按動力源 壓捆機可由 拖拉機拖動 動力輸出軸驅(qū)動 電機驅(qū)動和自我驅(qū)動等 拖拉機動力輸出軸驅(qū)動的壓捆機是最便 宜的 也是最適用的 但需要性能優(yōu)良的拖拉機 以維持一個恒定的速度 按工作方式 壓捆機可分固定式壓捆機和撿拾式壓捆機兩種 固定式壓捆機一般是用來將收獲好 的干草二次壓制成高密度草捆后運至其他缺草地區(qū) 適合于長距離運輸 12 壓捆機根據(jù)壓成的草捆形狀 又可分為方捆活塞式壓捆機 如圖 2 4 和圓捆卷壓式壓捆機 如圖 2 5 方捆活塞式壓捆機按活塞的運動形式又有直線往復(fù)式和圓弧擺動式之分 根據(jù)草捆密度 還可以分為高密度干草捆壓捆機 中密度干草捆壓捆機和低密度干草捆壓捆機 如圖 2 6 是現(xiàn)在常用的兩款高密度壓捆機 19 本設(shè)計為以拖拉機為動力的方捆拾禾壓捆機小型壓 捆機 北京華聯(lián) CLASS 小方捆打捆機 北京華聯(lián) CLASS 大方捆打捆機 圖 2 4 方捆打捆機 北京華聯(lián) ROLLANT 255 打捆機 圖 2 5 圓捆打捆機 圖 2 6 高密度大型打捆機 2 2 2 壓捆機的構(gòu)造和工作原理 壓捆機主要有撿拾器 移動式 輸送喂入裝置 壓捆室 草捆密度調(diào)節(jié)裝置 草捆長度控制裝置 打捆裝置 曲柄連桿機構(gòu) 方捆機械式 傳動機構(gòu)和牽引裝置等組成 壓捆機的成捆原理主要是 用各種機械機構(gòu)來模擬人工捆束的工藝過程 完成對飼草的收集 壓實和打捆動作 工作時 草 條連續(xù)地進入輸送喂入裝置 輸送喂入裝置在活塞回行時 把飼草從側(cè)面喂入到壓捆室內(nèi) 在曲 柄連桿機構(gòu)的作用下 活塞往復(fù)運動 把壓捆室內(nèi)的飼草壓成草捆 活塞切刀將草層切斷 使各 層能很好分開 壓好的草捆 被后面陸續(xù)成捆的草捆不斷地推向壓捆室出口 20 1 輸送喂入裝置 它的功能是將收集起來的飼草喂入到壓捆室內(nèi) 一個性能良好的輸送喂入裝置應(yīng)能滿足以下要求 1 喂入均勻 2 在喂入口處不能堆積飼草 即單位時間的喂入量應(yīng)大于撿拾量或輸送量 3 喂入叉應(yīng) 具備過載保護能力 13 輸送喂入裝置可分為以下三種 雙撥叉式 攪龍一撥叉式和單撥叉式 其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2 7 所 示 1 撿拾器 2 傾斜輸送器 3 螺旋輸送器 4 喂入口 5 裝填器 6 柱塞 7 雙撥叉式輸送喂入裝置 8 捆扎裝置 9 填草撥叉 10 草捆 11 飛輪 12 動力輸出軸 圖 2 7 方草捆撿拾壓捆機結(jié)構(gòu)示意圖 圖 2 7 a 為頂部喂入式 撿拾器將干草撿拾后由縱向傾斜輸送器 2 向上輸送 并由橫向螺旋輸送 器 3 送入壓捆室的頂部喂入口 4 再由裝填器在柱塞回行時向下壓入壓捆室 圖 b 為采用雙撥叉 式輸送喂入裝置的側(cè)面喂入式 撿拾器將干草撿拾后撥向后面 由雙撥叉式輸送喂入裝置 7 將干 草從側(cè)面喂入壓捆室 圖 c 為采用螺旋輸送器的側(cè)面喂入式 撿拾器將干草撿拾后撥向后面 由 橫向螺旋輸送器 3 作橫向輸送 再由填草撥叉 9 在活塞回行時將干草填入壓捆室 10 本設(shè)計中采 用實用的螺旋輸送器側(cè)面喂入式 2 活塞和壓捆室 壓捆室是壓捆機的基礎(chǔ)部件 呈長方形 其斷面尺寸主要有 360 460mm 400 460mm 460 560mm 本設(shè)計采用常用的 360 460mm 由于活塞速率越 1 高 其慣性力和速度越大 震動和摩擦越嚴重 為了改善滑動摩擦片式活塞的缺點 采用滾輪式 活塞 它的結(jié)構(gòu)特點是沿著活塞的水平和垂直方向配置了若干個特制滾輪 當活塞往復(fù)運動時 滾輪沿著壓捆室的軌道滾動 使原來的滑動摩擦變成滾動摩擦 大大改善了活塞的工作性能 16 3 草捆密度調(diào)節(jié)裝置 由于不同飼草的特性不一樣 所以應(yīng)經(jīng)常調(diào)整草捆密度 草捆密度調(diào)節(jié)機構(gòu)如圖 2 8 所示 上連 接板鉸鏈連接安裝在壓捆室上蓋板的后端 橫梁焊接在上連接板上 旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)手柄 順時針方向 旋轉(zhuǎn)時 上連接板相對于下連接板的傾斜度發(fā)生變化 使草捆密度增加 反之草捆密度降低 調(diào) 整連接板不同傾角 從而獲得不同密度的草捆 12 1 橫梁 2 壓捆室側(cè)壁 3 上連接板 4 下連接板 5 調(diào)整彈簧 6 調(diào)節(jié)手柄 7 絲杠 圖 2 8 草捆密度調(diào)節(jié)機構(gòu) 4 壓縮機構(gòu) 壓縮機構(gòu)采用曲柄滑塊機構(gòu) 由曲柄 連桿和柱塞組成 對于牽引式拾禾壓捆機 曲柄前常有一 對圓錐齒輪和飛輪 飛輪軸由拖拉機動力輸出軸帶動 它的工作性能直接影響了飼草壓縮時的生 物力學(xué)特性 它與輸送喂入叉相配合而做往復(fù)運動 當輸送喂入叉進入壓捆室時 它后退到極限 初始位置 而當輸送喂入叉退出壓捆室時 它向前運動從而將進入的飼草壓縮成捆 設(shè)計中必須 注意壓縮活塞與喂入叉的運動關(guān)系 以免相撞而損壞 15 5 輸送喂入器 喂入叉用鋼板制成 強度高 在喂入叉和曲柄之間裝置上了帶有板彈簧的四桿機構(gòu) 過載時 喂 入叉受到很大阻力 當曲柄旋轉(zhuǎn)時板彈簧就在四桿機構(gòu)的作用下發(fā)生變形 喂入叉向后折 越過 障礙后在板彈簧和四桿機構(gòu)的作用下喂入叉自動回位進行下一次撥草動作 經(jīng)過 3 5 次工作行程 就可以消除堵塞 13 1 曲柄 2 喂入叉 3 彈簧 圖 2 9 輸送喂入器 2 2 3 飛輪 1 飛輪的功能 壓縮機構(gòu)在運轉(zhuǎn)過程中 由于生產(chǎn)阻力和原動力的周期性變化以及機構(gòu)構(gòu)件本身的慣性力的變化 等因素引起轉(zhuǎn)矩的很大波動 所需的轉(zhuǎn)矩峰值也就非常高 而轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動機構(gòu)以等速或接近等速 運動所必須的 這就需要一個極大的電動機 然而主要由于損失和做外功的一個周期的平均轉(zhuǎn)矩 通常比轉(zhuǎn)矩峰值要小得多 因此應(yīng)采取措施減少動力消耗 減輕波動最簡單方便可行的方法是在 系統(tǒng)中增加一個飛輪 飛輪的作用是當壓捆機中的驅(qū)動功超過阻力功時 將多余的能量儲藏起來 使動能和瞬時速度增大 相反 當阻力功超過驅(qū)動功時 又能將儲藏的能量釋放出來 補充驅(qū)動功 的不足并使瞬時速度降低 因此飛輪可利用其較大的轉(zhuǎn)動慣量用其積蓄的動能來幫助克服尖峰負 載 則減少原動機的所需功率 同時使機械運轉(zhuǎn)的周期性速度波動幅度控制在允許的范圍內(nèi) 轉(zhuǎn) 矩的很大變化表示存儲在運動構(gòu)件內(nèi)動能的變化 可以認為 轉(zhuǎn)矩的正波動表示主動件 電動機 傳給機構(gòu)的能量并暫存儲在運動構(gòu)件中 轉(zhuǎn)矩的負波動表示運動構(gòu)件的能量返回給電動機 10 21 2 飛輪的大小 回轉(zhuǎn)系統(tǒng)動能為 E 2 2 21 J 式中 J 軸上所有回轉(zhuǎn)質(zhì)量的轉(zhuǎn)動慣量 機構(gòu)曲柄的轉(zhuǎn)動慣量以及飛輪的轉(zhuǎn)動慣量如方程式 2 2 所示 要想從飛輪中獲取能量 其唯一方法是降低它的速度 而速度升高使能量增加 因此 對 于載荷所要求的能量是變化的情況 要得到軸的角速度為常數(shù)是不可能的 只能做到的是 提供 一個 J 非常大的飛輪來使速度 減小 minax 機械運轉(zhuǎn)速度波動系數(shù) k 定義為 K 2 3 avg minx 式中 2inax 對機械運轉(zhuǎn)速度不均勻程度的要求 隨機械類型及工作性質(zhì)的不同而異 農(nóng)業(yè)機械其值一般在 0 02 0 2 之間選取 相當于轉(zhuǎn)速可以在 2 20 之間波動 所選擇的值越小 則所需飛輪越大 大的飛輪將增加費用并增加系統(tǒng)重量 而對提高運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性相對有好處 本文設(shè)計中取 k 0 060 假設(shè)飛輪安裝在等效構(gòu)件上 其轉(zhuǎn)動慣量為 與等效構(gòu)件有定速比的各構(gòu)件的等效轉(zhuǎn)動慣量為FJ Jc 與等效構(gòu)件有變速比的各構(gòu)件的等效轉(zhuǎn)動慣量為 Jv 則在等效構(gòu)件上安裝了飛輪的機械系統(tǒng) 其等效轉(zhuǎn)動慣量為 J J Je Jv J J 2 4 FFR 式中 J Jc Jv 為除飛輪以外 機械系統(tǒng)其它運動構(gòu)件的等效轉(zhuǎn)動慣量 它是機械位置的函數(shù) R 因為 Jv 與 JF 相比 比較小 為了簡化計算先略去不計 所以 2 5 21minax2minax WEJCF 式中 E 動能的變化 W 最大盈虧功 當?shù)刃мD(zhuǎn)動慣量為常數(shù)時 它等于 W 的最大值與最小值之差 為簡化計算 將相對較小的 Jc 略 去 從而得 J 2 6 Fknavg22 90 式中 J 飛輪的轉(zhuǎn)動慣量 kgm 2 n 飛輪的轉(zhuǎn)速 r min 由式 2 6 得 飛輪應(yīng)安裝在高速軸上 因為 J 與 n 成反比 轉(zhuǎn)速越高 J 越小 飛輪的尺寸F2F 可以做得更小 一般飛輪的轉(zhuǎn)動慣量 2 2 2kg m 飛輪直徑為 450 980mm 輪緣厚為 27 80mm 飛輪的重量為 70 140kg 飛輪轉(zhuǎn)速為 280 750r min 2 10 飛輪結(jié)構(gòu)簡圖 飛輪采用如圖 2 11 所示的輻條式飛輪 由輪緣 輪幅和輪毅組成 J 2 7 F41Dm 為簡化計算 假定輪緣的質(zhì)量集中在平均直徑 D 的圓周上 則 21 D 2 8 2JF 式中 Dl 飛輪的外徑 m D 輪緣的內(nèi)徑 m 2 本文設(shè)計中 取 W 5000Nm n 540r min 則 22k60 549gmJF 取 D 600mm 則飛輪質(zhì)量 m DJF89 42 飛輪選擇材料 HT200 鑄造 10 21 2 2 4 捆扎機構(gòu) 捆扎機構(gòu)是壓捆機的關(guān)鍵部件 其性能直接影響成捆率 捆繩機構(gòu)有采用軟繩和鐵絲兩種形 式 它主要包括捆扎機構(gòu)控制器 供繩機構(gòu)和打結(jié)器 21 1 捆繩 捆繩有軟繩和鐵絲兩種 常用的軟繩有麻繩和塑料繩 軟繩需粗細均勻 光滑和柔軟 其直 徑為 2 5 3mm 拉斷力為 700 1000N 采用鐵絲捆扎時 要求鐵絲直徑為 1 8 2mm 抗拉強度 為 294 480MPa 麻繩和鐵絲相比較 麻繩的有點是喂飼方便 對牲畜較安全 同時繩子的成本較低 因此目 前以麻繩使用較廣 10 本設(shè)計將采取麻繩為捆扎繩 采用鐵絲捆扎的壓捆機常用于長途運輸或需 多次裝運 且草捆密度在 200kg m 以上 3 2 軟繩捆扎控制器 圖 2 11 用來控制草捆長度 捆扎控制器平時由控制桿抵住分離卡爪 使卡爪令一端滾輪不與主動盤的內(nèi) 表面凸起接觸 主動盤空轉(zhuǎn) 隨著牧草向后移動 計量輪逆時針轉(zhuǎn)動 摩擦輪中間的滾輪借助于 摩擦力帶起提升桿上升 提升桿下端開口進入滾輪時 因為彈簧力的作用使得提升桿左移 使控 制桿下擺 脫離分離卡爪 卡爪左擺 卡爪令一端的滾輪與主動盤內(nèi)的凸起接觸 主動盤即可帶 動從動盤和打結(jié)器軸 使捆扎機構(gòu)開始運作 當控制桿和卡爪脫離時 與控制桿一體的杠桿與從動盤接觸 從動盤上的凸起部分又迫使杠桿右 擺 使控制桿順時針轉(zhuǎn)動 回到原來位置 從動盤回轉(zhuǎn)一周后 分離卡爪又被控制桿抵住 從動 盤和軸停轉(zhuǎn) 以后又重復(fù)此過程 1 分離卡爪 2 彈簧 3 打結(jié)器軸 4 從動盤 5 主動盤 6 杠桿 7 控制桿 8 提升桿 9 限位板 10 計量輪 11 滾輪 12 摩擦輪 13 彈簧 圖 2 11 捆扎控制器 草捆長度可由限位板進行調(diào)整 順時針轉(zhuǎn)動限位板 可以使提升桿下落位置降低 草捆加長 壓 捆機草捆調(diào)節(jié)最小長度為 300 800mm 最大草捆長度為 800 1300mm 21 3 供繩機構(gòu) 供繩機構(gòu)用來將繩纏繞草捆 并將繩送入打結(jié)器打結(jié) 圖 2 12 為 9KJ 1 4 壓捆機的供繩機構(gòu) 它由驅(qū)動鏈輪 曲柄 連桿 穿針和導(dǎo)繩器組成 打捆前 捆繩從繩箱出來 通過壓緊器和導(dǎo)繩 器的孔 從穿針孔中穿出 最后夾在打結(jié)器的夾繩盤缺口內(nèi) 當草捆達到預(yù)定長度時 離合器結(jié) 合 打結(jié)器軸旋轉(zhuǎn) 周上帶動連桿和管架運動 使穿針向上運動繞過草捆 將捆繩送到夾繩盤缺 口與令一捆繩端并齊 由打結(jié)器打結(jié)并割斷 穿針開始下降 這時捆繩一端留在夾繩盤缺口內(nèi) 為下次打結(jié)做準備 21 4 打結(jié)器 打結(jié)器用來打結(jié) 切斷捆繩 并夾住下一草捆捆繩的一端 軟繩打結(jié)器有 迪爾鈴 Deering 系統(tǒng) 簡稱 D 打結(jié)器和 考米克 Cormic 系統(tǒng) 簡稱 C 打結(jié)器 1 驅(qū)動鏈輪 2 曲柄 3 連桿 4 管架 5 穿針 6 捆繩 7 導(dǎo)繩器 圖 2 12 軟繩供繩機構(gòu) D 型打結(jié)器由打結(jié)嘴 夾繩器 脫繩桿 割繩刀 復(fù)合齒盤 夾繩器驅(qū)動盤和架體等組成 當壓 捆室內(nèi)牧草達到預(yù)定長度打捆機構(gòu)控制器使打結(jié)器開始工作 打捆結(jié)扣的程序是 1 搭繩 穿 針向上運動 將捆繩搭在打結(jié)器嘴上表面 與原來的繩兩股合在一起 2 夾繩 當穿針上升接 近上止點時 捆繩已被送到夾繩器缺口內(nèi) 這時夾繩器開始運轉(zhuǎn) 將繩夾緊 3 繞環(huán) 夾繩器 尚未停止運轉(zhuǎn)時 打結(jié)器嘴開始轉(zhuǎn)動 將兩股繩繞成繩環(huán) 4 張嘴 打結(jié)嘴轉(zhuǎn)動到 3 4 圈 打 結(jié)嘴完全張開 兩股繩夾在上下鄂之間 5 閉合 打結(jié)嘴轉(zhuǎn)動將近結(jié)束時 上下鄂閉合 將兩 股繩夾住 6 拉緊 當打結(jié)嘴上下鄂閉合后 脫繩桿開始動作 套在打結(jié)嘴是的繩環(huán)逐漸被拉 緊 7 割繩 繩環(huán)被拉緊到一定程度 脫繩桿繼續(xù)往前擺動 固定在脫繩桿上的割繩刀將捆繩 割斷 8 脫口 脫繩桿繼續(xù)往前運動 他將繩環(huán)從打結(jié)嘴上摘下 套在上下鄂間夾住的繩端上 形成打結(jié)器并從打結(jié)嘴上脫下 C 型打結(jié)器沒有脫繩桿 用蹄塊式夾繩器來代替盤式夾繩器 打結(jié)嘴結(jié)構(gòu)較大 當控制器結(jié)合打 捆機構(gòu)后 打捆機構(gòu)開始工作 打捆過程的程序是 1 送繩和撥繩 穿針向上運動 將捆繩經(jīng) 過的導(dǎo)繩板鼻端和打結(jié)嘴前側(cè) 送入夾繩器的導(dǎo)繩鉤 撥繩板開始向內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動 將捆繩撥向?qū)ЮK 板鼻端前側(cè) 使靠草捆的捆繩不致松開 2 松繩 在打結(jié)嘴轉(zhuǎn)動的同時 夾繩器上的蹄塊彈簧 壓力減小而松出一段繩子 3 繞繩和抓繩 打結(jié)嘴轉(zhuǎn)動將捆繩繞一圈后 順下卡爪的邊緣進入 下卡爪間而被抓住 4 進繩和割繩 當打結(jié)嘴轉(zhuǎn)動 3 8 圈時 夾繩器開始運轉(zhuǎn) 捆繩逐漸進入 上下蹄塊之間 之后下蹄塊繼續(xù)轉(zhuǎn)動半周多 捆繩在蹄塊之間有一定的長度 從而保證了足夠的 壓緊力 當夾繩器轉(zhuǎn)動 5 8 圈時打結(jié)嘴轉(zhuǎn)完一圈 捆繩夾在上下卡爪之間 有夾繩器導(dǎo)繩器勾根 部下側(cè)的割繩刀割斷夾繩 5 回位 在夾繩器開始運轉(zhuǎn)時 打捆針開始下降 穿針將捆繩從夾 繩器 經(jīng)過打結(jié)嘴前側(cè) 導(dǎo)繩板鼻端 壓捆室腔體引向壓捆室下面 為下個草捆的形成做準備 6 脫扣 當柱塞開始下一壓縮行程 草捆被推向壓捆室的后方 繞在打結(jié)嘴上的捆繩圈被拉下和 拉緊成繩結(jié) 此時 被卡爪端勾住的捆繩從繩圈種抽出一部分又形成一個繩圈 該繩圈仍掛卡爪 端勾內(nèi) 直至草捆后移的拉力克服卡爪的壓緊力 才將繩套拉出 10 14 將兩種打結(jié)器進行比較 D 型打結(jié)器的繩結(jié)不很穩(wěn)定 捆繩所受拉力較大 但草捆密度比較大 C 型打結(jié)器繩結(jié)較緊 捆繩所受拉力較小 但草捆密度有所下降 從機構(gòu)看 C 型打結(jié)器機構(gòu)較 復(fù)雜 對制造調(diào)整要求很高 綜考慮兩種打結(jié)器的優(yōu)缺點 本設(shè)計中采用 D 型打結(jié)器 2 2 5 主要技術(shù)參數(shù)的確定 活塞往復(fù)壓縮頻率 生產(chǎn)率計算公式為 Q 0 06nq t h 2 9 式中 q 喂入量 即壓縮 1 次物料的量 kg n 曲柄轉(zhuǎn)速 即每分鐘壓縮次數(shù) 由公式 2 9 得 為了提高生產(chǎn)率 可加大壓縮頻率 但是 加大壓縮頻率產(chǎn)生了許多新問題 第 一 由于壓縮頻率加大 其消耗功率急劇上升 原因是慣性力急劇增加 其消耗功率增加的比率 大于生產(chǎn)率提高的比率 第二 壓捆機動力不平衡問題更加突出 壓縮過程中 壓縮力隨位移急 劇增加 壓縮回程時 阻力又很小 主要是慣性力 空程摩擦力 在此基礎(chǔ)上 較大幅度提高壓縮頻率 速 度 顯然使功率不平衡的問題更嚴重了 第三 壓捆機沖擊力更大 壓縮終了 壓縮力達到最大 值 例如 在 9KG 350 壓捆機上壓縮密度 r 350kg m 其最大壓縮力約 230kN 加大壓縮速度 3 沖擊力更大 故障更多 容易損壞 機構(gòu)更龐大 生產(chǎn)很不安全 這些問題已在機械傳動式高密 度捆草機上充分暴露出來了 理論和實踐都證明 壓縮后單元體應(yīng)力若松弛得快 物料壓縮松馳時間 T 小 即應(yīng)力很快松弛到很小值 此時再壓縮第 2 次 其壓縮效果就好 好像很軟 如果應(yīng)力松 弛很慢 T 很大 緊接著壓縮第 2 次 壓縮效果就差 好像很硬 據(jù)此 要獲得好的壓縮效果應(yīng)選 擇在其應(yīng)力松弛到一定程度后再壓縮下一次 也可以說壓縮 1 次的時間 頻率 一般應(yīng)該大于壓縮 產(chǎn)品的松弛時間 T 而壓縮產(chǎn)品松弛時間 T 與其物料特性及壓縮工藝條件等有關(guān) 所以 壓縮工 程的壓縮頻率是由壓縮工程內(nèi)部因素決定的 不能隨意選取 可見 用加大壓縮頻率作為提高生 產(chǎn)率的方法不可取 因此壓縮頻率應(yīng)選小 一般壓捆機的曲柄轉(zhuǎn)速為 60 80r min 近些年來有的 機型已提高到 80 105r min 本設(shè)計中取 n 60r min 15 現(xiàn)有的拾禾壓捆機的生產(chǎn)率一般為 5 20t h 2 壓捆室斷面和草捆輸出倉 壓捆室斷面決定了草捆的尺寸和質(zhì)量 因此可以根據(jù)要求的草捆來確定 最小的壓捆室斷面為 310mm mm 草捆質(zhì)量在 20kg 以下 中等的 壓捆室斷面為 360 mm 草捆質(zhì)量在 30kg 以410 460 下 大型的壓捆室斷面 410 mm 草捆質(zhì)量在 50kg 以下 壓縮產(chǎn)品永久變形部分愈大 應(yīng)該580 說釋放張力愈小 彈性變形愈大 即時恢復(fù)張 沖 力愈大 蠕變部分恢復(fù)速率愈小 張 沖 力就愈小 因此 草捆在壓捆室內(nèi)時間越長 張 沖 力就越小 因此 壓捆室出倉口長度選擇 l 1 5m 壓捆 室斷面尺寸取常用的 360mm 460mm 21 3 輸送喂入裝置參數(shù) 由公式 2 9 推導(dǎo)出 為提高工作效率 還可以加大喂入量 G 理論和實踐證明 存在一個臨界喂 入量 在喂入量小于臨界喂入量時 隨喂入量增加 壓縮力 功和功率上升 而當喂入量超過臨 界喂入量時 隨喂入量增加 其壓縮力 功和功率反而下降 且不同物料其臨界喂入量不同 初 步試驗看出 苜蓿 麥秸和干草的臨界喂入量都遠大于目前壓捆機的喂入量 因而在壓縮工程設(shè) 計中 可以加大喂入量 大于臨界喂入量 生產(chǎn)率提高 而且壓縮力 功和功耗還下降 這是提 高壓縮工程生產(chǎn)率的一個理想的辦法 15 因此 取喂入量 G 3kg 而喂入口長度 1 則等于 2 10 abGl 式中 G 活塞往復(fù) 次的飼草喂入量 kg a b 壓捆室斷面的高和寬 m 牧草送入壓捆室時的容重 常取為 50 60kg m 20 3 本設(shè)計中 取 a 0 46m b 0 36m 所以 ml 36 054 360 取 1 0 50m 4 活塞行程 活塞行程應(yīng)比喂入口長度大 25 35 S 1 25 1 35 l 0 625 0 675 m 綜合考慮 取 S 0 70m 即活塞半徑 R 0 35m 16 5 生產(chǎn)率 Q Q 0 06nG 式中 G 喂入量 即壓縮 1 次物料的量 kg n 壓縮頻率 即每分鐘壓縮次數(shù) 20 綜上所述 G 3kg n 60r min 所以 理論上 Q 0 06 1 8 t h 603 3 選擇電動機 3 1 選擇電動機的類型 按工作要求和條件 選用三相籠型異步電動機 封閉式結(jié)構(gòu) 電壓 380V Y 型 3 1 1 選擇電動機的容量 電動機所需工作功率按文獻 4 式 1 為kwaPd 由文獻 4 公式 2 Fv10 因此 kaPd 估算由電動機至運輸帶的傳動的總效率為 4321a2 為聯(lián)軸器的傳動效率根據(jù)設(shè)計指導(dǎo)書參考表 1 初選 9 01 2 為蝸桿傳動的傳動效率 8 02 3 為軸承的傳動效率出處 93 4 為卷筒的傳動效率出處 6 4 71 0 9 012 a kwFvadP 7 0813 3 1 2 確定電動機的轉(zhuǎn)速 由已知可以計算出卷筒的轉(zhuǎn)速為 min28 130 606rDvn 按文獻 4 表 1 推薦的合理范圍 蝸桿傳動選擇為閉式 閉式為減速器的結(jié)構(gòu)形式 且選擇采用 雙頭傳動 同時可以在此表中查得這樣的傳動機構(gòu)的傳動比是 10 40 故可推算出電動機的轉(zhuǎn)速的可選范圍為 min2 431in8 102in28 104 rrraid 符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速為 查文獻 3 第 167 頁表 12 1 可知mn750r in10r m5 根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速 由文獻 4 表一查出的電動機型號 因此有以下三種傳動比選擇方案 如下表 方 電動機型號 額定 滿載轉(zhuǎn) 電動機 參考 案 功率kw速 minr質(zhì)量kg價格 1 Y160M 6 7 5 970 119 500 2 Y132M 4 7 5 1440 81 352 3 Y160M 8 7 5 720 145 596 綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸 質(zhì)量 價格以及傳動比 可見第三種方案比較合適 因此選 定電動機的型號是 Y132M 4 其主要性能如下表 型號 額定功 率 滿載轉(zhuǎn) 速 最大轉(zhuǎn)矩 額 定轉(zhuǎn)矩 Y132M 4 7 5 1440 2 3 該電動機的主要外型和安裝尺寸如下表 裝配尺寸圖參考設(shè)計手冊表 12 3 中心高 H 外形尺寸 地腳安裝尺寸 地腳螺栓孔 直徑 軸伸尺寸 裝鍵部位尺寸 132 515 27 0 2 210 315 216 178 12 38 80 10 33 3 1 3 確定總的傳動比 由 選定的電動機滿載轉(zhuǎn)速 nm 和工作機的主軸的轉(zhuǎn)速 n 可得傳動裝置的總的傳動比是 30 128 4 nima 根據(jù)總傳動比可以選用雙頭閉式傳動 3 2 計算傳動裝置運動和動力參數(shù) 3 2 1 計算各軸的轉(zhuǎn)速1 為蝸桿的轉(zhuǎn)速 因為和電動機用聯(lián)軸器連在一起 其轉(zhuǎn)速等于電動機的轉(zhuǎn)速 2 為蝸輪的轉(zhuǎn)速 由于和工作機聯(lián)在一起 其轉(zhuǎn)速等于工作主軸的轉(zhuǎn)速 min 401rn min28 102r 3 2 2 計算各軸的輸入功率pd 為電動機的功率 kw65 1 為蝸桿軸的功率 kwd 48 69 05 621 2 為蝸輪軸的功率 p 8 231 3 2 3 計算各軸的轉(zhuǎn)矩 Td為電動機軸上的轉(zhuǎn)矩 mNNnmd 310 410 465 9051 為蝸桿軸上的轉(zhuǎn)矩 mNNnpT 311 1098 4298 425048 6950 3 3 確定蝸輪蝸桿的尺寸 3 3 1 選擇材料確定其許用應(yīng)力 蝸桿用 45 號鋼 表面淬火 硬度為 45 55HRC 蝸輪用鑄錫青銅 ZCuSn10P1 金屬型鑄造 3 3 2 確定其許用應(yīng)力 1 許用接觸應(yīng)力 查文獻 1 表 12 4 H 220Mpa 2 許用彎曲應(yīng)力 查文獻 1 表 12 4 F 70Mpa 3 3 3 選擇蝸桿頭數(shù) Z 并估計傳動效率 由 i 30 89 查文獻 2 表 11 2 得 41 21 z 由 z2 2 查文獻 1 表 12 8 估計 8 0 3 3 4 確定蝸輪轉(zhuǎn)距 T2 mNmNnP 10322 4 8 42 15950 3 3 5 確定使用系數(shù) kA 綜合彈性系數(shù) ZE 根據(jù)文獻 1 表 13 8 取 150 K取 鋼配錫青銅 3 3 6 確定接觸系數(shù) P 假定 4 01 ad 由文獻 1 圖 12 11 得 P 2 8 3 3 7 計算中心距 322 HEZTA m56 12208 15481 3 3 3 8 確定模數(shù) m 蝸桿直徑系數(shù) q 蝸桿導(dǎo)程角 r 中心距 a 蝸桿分度圓直徑 d1等參數(shù) 查機械設(shè)計第八版表 11 2 可選擇 a 125mm m 5mm 1d 50mm 21 z 1638 0 42 x 0 5 3 3 9 計算蝸輪和蝸桿的主要參數(shù)與幾何尺寸 蝸桿 軸向齒距 7 5 mPamm 齒頂圓直徑 mhda601011 齒根圓直徑 ff 5 37 2 2 蝸桿軸向齒厚 sa8 節(jié)圓直徑 xqw 36 1 蝸輪 蝸輪齒數(shù) 2Z 41 變位系數(shù) 2 0 5 蝸輪分度圓直徑 mzd205412 蝸輪齒頂圓直徑 xhaa 210 蝸輪齒根圓直徑 mdff 5 222 蝸輪咽喉母圓直徑 arg 015122 外圓直徑 mDaW5 27 2 蝸輪齒寬 B 0 75da45607 1 3 4 校核齒根彎曲疲勞強度 FFFYmKTa 2153 選取當量系數(shù) 48 316cos4332 zV 根據(jù)變位系數(shù) 2x 0 5 2 43 48 從文獻 1 中的圖 11 19 中查得齒形系數(shù)為 2aFY 2 87 螺旋角系數(shù) Y 9 014 01 許用彎曲應(yīng)力 FN FNK 從文獻 1 表 11 8 中查得由鑄錫磷青銅制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力為 F 56Mpa 壽命系數(shù)為 541 03 2198 6 kFNFN FK MPa54 06 9 73 258619 31 FN 由此可見彎曲強度是可以滿足的 3 5 蝸桿傳動的熱平衡核算 蝸桿傳動的效率低 工作時發(fā)熱量大 在閉式傳動中 產(chǎn)生的熱不能及時散逸 將因油熱不斷升 高而使?jié)櫥拖♂?從而增大摩擦 甚至發(fā)生膠合 必須進行熱平衡計算 以保證油溫穩(wěn)處于規(guī) 定的范圍內(nèi) 摩擦損耗的功率 1pf 產(chǎn)生的熱流量為 0 又已知 P 6 65KW 321 嚙合摩擦產(chǎn)生的熱量損耗效率 v tan1 為蝸桿分度圓上的導(dǎo)程角 2 軸承摩擦產(chǎn)生的熱量損耗效率3 濺油損耗效率v 為當量摩擦角 fvvarctn 其值可根據(jù)滑動速度由表 11 18 和 1 19 中選取 滑動速度計算為 smdS 768 3os106cos1 又由于蝸輪是有鑄錫磷青銅制造的且硬度 45HRC 查表文獻 2 11 18 可得通過插入法計算得 v為 1 16 由于軸承摩擦及濺油這兩項功率損耗不大 一般取為 0 95 0 96 則總效率為 31 0 95 0 96 v tan 0 85 以自然冷卻的方式從箱體外壁散發(fā)到周圍空氣中的熱流量為 tadS 02 d 為箱體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 空氣流通好 取為 15 S 為內(nèi)表面能被潤滑油濺到的 而外表面又可為周圍空氣冷卻的箱體表面面積根據(jù)已知估算此面積 1 0 2m S 為內(nèi)表面能被潤滑油所飛濺到 外表面又可以為周圍空氣所冷卻的箱體表面面積 t0 設(shè)為正常工作的油溫為 65 a為周圍空氣的溫度常取為 20 計算可得 W71485 076 410 adtS 2 根據(jù)熱平衡條件 1 2 在一定的條件下保持工作溫度所需的散熱面積為 20 06 1651 8 4 701 mtPada 即 所以表面散熱面積不滿足散熱要求 需加大于 0 06 2的散熱片 3 6 蝸桿軸的設(shè)計 由于蝸桿直徑很小 可以將蝸桿和蝸桿軸做成一體 即做成蝸桿軸 3 6 1 蝸桿上的轉(zhuǎn)矩 T1 23 94N m 3 6 2 求作用在蝸桿及蝸輪上的力 圓周力 NdTFat 7603194 2121 軸向力 ta 489 58321 徑向力 tr 12tan49an 圓周力徑向力以及軸向力的作用方向如圖所示 3 6 3 初步確定軸的最小直徑 按文獻 2 表 15 3 初步估算蝸桿的最小直徑 選取的材料為 45 號鋼 調(diào)質(zhì)處理 HBS 217 255 0A 103 126 取 0A 110 則 mnpd61 84 133min 蝸桿軸的最小直徑顯然是要安裝聯(lián)軸器處軸的直徑 為了使所選的軸的直徑 d 與聯(lián)軸器的孔相適 應(yīng) 故需同時選取聯(lián)軸器型號 聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩 dcaKT 查文獻 2 中的表 14 1 考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小 故取 Ka 1 3 則有 NTdca 587019 4233 按照計算轉(zhuǎn)矩 Tca 應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件 查標準 GB T5014 1985 或文獻 選用 TL 6 型 聯(lián)軸器 其公稱轉(zhuǎn)矩為 250 m 許用轉(zhuǎn)速 4600r min 聯(lián)軸器的尺寸為 d 32 42mm L 82 112mm 3 7 蝸桿軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 擬定蝸桿上零件的裝配方案 蝸桿是直接和軸做成一體的 左軸承及軸承端蓋從左面裝 右軸承及右端蓋從右面裝 根據(jù)軸向和周向定位要求 確定各段直徑和長度 軸徑最小 d 30mm B 12 5 0 1 2Z m 30 113mm 蝸桿齒寬 B 計算選為 113mm 其余部分尺寸見下圖 3 8 軸的校核 1 垂直面的支承反力 圖 b NFRVbrVa63 521 2 水平面的支承反力 圖 c NFRtHba 6 8592 17 3 繪垂直面的彎矩圖 圖 b mdlMavc 75 23619501 437 11 mb 6953 082 4 繪水平面的彎矩圖 圖 c NlRHac 0691 5 求合成彎矩 圖 d mNCVc 9 234181975 2322 mMH 48 6 該軸所受扭矩為 T 42 98N mm 7 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度 根據(jù)文獻 1 式 15 5 及以上數(shù)據(jù) 并取 0 6 軸的計算應(yīng)力 MPaWTcca 72 4 29806 9 23418 57232 前已選定軸的材料為 45 鋼 調(diào)質(zhì)處理 由文獻 2 表 15 1 查得 Pa 1 因此 ca 1 故安全 8 由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強度很寬裕地確定的 由蝸桿軸受力情況知截面 C 處應(yīng)力最大 但其軸徑也較大 且應(yīng)力集中不大 各處應(yīng)力集中都不大 故蝸桿軸疲勞強度不必校核 3 9 蝸輪軸的設(shè)計和計算 3 9 1 計算最小軸徑 按文獻 1 中的式 15 3 初步估算蝸桿的最小直徑 選取的材料為 45 鋼 調(diào)質(zhì)處理 根據(jù)文獻 1 中 的表 15 3 取 0A 110 則 mnpd67 3928 105332min 3 9 2 選聯(lián)軸器 聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩 Tca Ka T3 查文獻 1 中的表 14 1 考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小 NLdFlRarVb 310842 5 12 故取 Ka 1 3 則有 mNTkAc 58204 83 1 按照計算轉(zhuǎn)矩 Tca 應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件 查文獻 表 8 7 選用 HL8 型彈性套柱銷聯(lián)軸 器 其公稱轉(zhuǎn)矩為 710N m 半聯(lián)軸器的軸徑 d1 取 45 63mm 半聯(lián)軸器的長度 L 取 112mm 所以選軸伸直徑為 50mm 3 9 3 初選滾動軸承 據(jù)軸徑初選圓錐滾子軸承 32310 查文獻 表 6 7 得 B 40mm D 110mm d 50mm T 42 25mm 確定軸的結(jié)構(gòu)尺寸如下 所以軸的長度為 425 mm 至此 已經(jīng)初步確定了軸的各段直徑和長度 3 9 4 軸上零件的周向定位 半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接 半聯(lián)軸器與軸的配合為 H7 k6 滾動軸承與軸的周向 定位是用過盈配合來保證的 此處選軸的直徑尺寸公差為 k6 蝸輪與軸采用過盈配合 H7 r6 根據(jù)參考文獻 1 表 15 2 取軸端倒角為 2 45 各軸肩處的圓角半徑為 R1 6 確定軸上的載荷如下圖 3 9 5 按彎扭合成應(yīng)力效核軸的強度 1 垂直面的支承反力 圖